CN106257027A - 燃气发动机 - Google Patents

燃气发动机 Download PDF

Info

Publication number
CN106257027A
CN106257027A CN201610426095.2A CN201610426095A CN106257027A CN 106257027 A CN106257027 A CN 106257027A CN 201610426095 A CN201610426095 A CN 201610426095A CN 106257027 A CN106257027 A CN 106257027A
Authority
CN
China
Prior art keywords
injection
gas
crank angle
pilot
opportunity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610426095.2A
Other languages
English (en)
Inventor
黛健斗
近藤守男
冈俊郎
别府治
坂根笃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd filed Critical Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Publication of CN106257027A publication Critical patent/CN106257027A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3094—Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B7/00—Engines characterised by the fuel-air charge being ignited by compression ignition of an additional fuel
    • F02B7/06—Engines characterised by the fuel-air charge being ignited by compression ignition of an additional fuel the fuel in the charge being gaseous
    • F02B7/08—Methods of operating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/082—Premixed fuels, i.e. emulsions or blends
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/10—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels peculiar to compression-ignition engines in which the main fuel is gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/025—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining temperatures inside the cylinder, e.g. combustion temperatures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/027—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using knock sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/146—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1015—Engines misfires
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

本发明提供一种燃气发动机的燃烧方法。燃气发动机具备对空气进行加压而将其供给到气缸(20)的增压器以及根据负荷来控制增压器所加压的空气的压力的机构，在气缸盖上具备引燃燃料喷射阀(22)，利用经由引燃燃料喷射阀喷射到气缸内的引燃燃料来实现导入到气缸内的预混合气体的着火燃烧，具备进行引燃燃料喷射阀的控制的控制机构(40)，将引燃燃料的喷射分为辅助预混合气体的火焰传播燃烧的预喷射和控制预混合气体的着火时机的主喷射，在基于发动机规格预先求出的预混合气体的燃烧不开始的曲轴转角及喷射量的范围内进行预喷射后，利用活塞(16)对预混合气体进行压缩，在引发预混合气体着火燃烧的曲轴转角及喷射量的范围内进行主喷射。

Description

燃气发动机
技术领域
本发明涉及以天然气等气体燃料为主燃料的预混合燃烧方式的增压式燃气发动机，与着火时在气缸内直接喷射微量的引燃燃料(例如轻质油)的引燃燃油着火方式(直喷微引燃着火方式)的发动机相关，也包括双燃料发动机中的气体模式。
背景技术
作为预混合燃烧方式的发动机中的着火方式，大致分为主燃烧室火花点火方式、副室式火花点火方式、副室式微引燃燃油着火方式、直喷微引燃燃油着火方式等。主燃烧室着火方式是通过配置在主燃烧室的火花塞使预混合气体(燃气与空气的预混合气)着火的方式。副室式火花点火方式是具备除主燃烧室以外的副室，在副室配置火花塞及引燃气体供给系统，通过火花塞对引燃气体的着火而使主燃烧室的预混合气体着火的方式。另外，副室式微引燃燃油着火方式是具备副室，通过在副室喷射引燃燃油(轻质油)来促使着火的方式(例如参照专利文献1)。
本燃气发动机的直喷微引燃燃油着火方式是向主燃烧室直接喷射引燃燃油而着火的方式。在直喷微引燃燃油着火方式中，不具备副室和向副室供给气体的气体供给系统，而能够通过该喷射使预混合气体切实地着火(例如参照专利文献2)。
目前为止，在预混合燃气发动机的直喷微引燃燃油着火方式中，报告有将引燃燃料分为两次进行喷射的方法(参照专利文献3)。其目的在于，在低负荷下，通过在初期喷射的引燃燃料来促进预混合气体自着火特性。然而在该方式中，初期喷射的引燃燃料可能导致预混合气体的燃烧开始，特别是在假定以高负荷运转的增压式预混合燃气发动机中，作为大的风险，能够举出由过早着火引起的异常燃烧。
专利文献1：(日本)特开2005-90381号公报
专利文献2：(日本)特开2007-247569号公报
专利文献3：(日本)特开2005-522626号公报
从应对全球变暖或经济上的观点出发，重视内燃机(燃气发动机)热效率的提高。为使热效率提高，期待在使预混合气体的着火时机提前或使运转负荷增大等更严苛条件下运转，本燃气发动机是增压预混合燃烧方式，因此在更严苛条件下的运转提高了异常燃烧的风险。
一般来说热效率与排气中的NOx(氮氧化物)排出量处于折衷关系。如果使热效率提高则NOx排出量增加，但为了减轻环境负荷，不希望NOx排出量增加。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种燃气发动机的燃烧方法，能够活用直喷微引燃燃油方式的特征而适当地控制混合气体的着火时机，避免异常燃烧，并且提高燃烧稳定性而实现热效率的提高，还能够抑制由热效率提高引起的NOx排出量的增加。
燃气发动机具备对空气进行加压而将其供给到气缸的增压器以及根据负荷来控制利用该增压器所加压的空气的压力的机构，并且在气缸盖上具备引燃燃料喷射阀，利用经由所述引燃燃料喷射阀喷射到所述气缸内的引燃燃料来实现导入到所述气缸内的预混合气体的着火燃烧，该燃气发动机的特征在于，具备进行所述引燃燃料喷射阀的控制的控制机构，将所述引燃燃料的喷射分为辅助所述预混合气体的火焰传播燃烧的预喷射和能够控制所述预混合气体的着火时机的主喷射，在预先求出的所述预混合气体的燃烧不开始的曲轴转角及喷射量的范围内进行所述预喷射后，利用活塞对所述预混合气体进行压缩，在引发所述预混合气体着火燃烧的曲轴转角及喷射量的范围内进行所述主喷射。
在具有上述特征的燃气发动机中，所述控制机构可以通过改变所述预喷射的次数、时机、以及量中的至少任一个，来改变在所述气缸内的所述引燃燃料的分布范围。
在具有上述特征的燃气发动机中，所述控制机构可以通过改变所述预喷射的次数、时机、以及量中的至少任一个，来改变由于所述主喷射而着火的预混合气体的燃烧压力。
在具有上述特征的燃气发动机中，所述控制机构可以在发生了异常燃烧的情况下，将进行所述预喷射的时机提前。通过具有这样的特征，能够避免过早着火，抑制异常燃烧。
在具有上述特征的燃气发动机中，所述控制机构可以在发生了异常燃烧的情况下，减少所述预喷射的量。在具有这样的特征的情况下，也能够避免过早着火，抑制异常燃烧。
在具有上述特征的燃气发动机中，所述控制机构所控制的所述预喷射的时机及量是达到所述气缸内的压缩温度引发燃烧的曲轴转角时，成为所喷射的引燃燃料扩散且失去动量的状态的曲轴转角及喷射量。
通过具有这样的特征，预喷射所喷射的引燃燃料在引发燃烧之前的反应时间长，即使活塞达到上死点，也处于预混合气体难以开始燃烧的状态。
在具有上述特征的燃气发动机是四冲程燃气发动机情况下的所述预喷射可以在吸气阀闭阀之后进行。
此外，在具有上述特征的燃气发动机是二冲程燃气发动机的情况下的所述预喷射可以在所述气缸内滑动的活塞封堵进气道之后或排气阀闭阀之后进行。
发明的效果
根据具有上述特征的燃气发动机，能够适当地控制预混合气体的着火时机而避免异常燃烧，并且提高燃烧稳定性而实现热效率的提高，还能够抑制由热效率提高而引起的NOx排出量的增加。
附图说明
图1是表示实施方式的四冲程燃气发动机的气缸以及在该气缸上附带的控制机构的结构的图。
图2是表示异常燃烧时的气缸内压的图。
图3是表示利用活塞对气缸内进行压缩的压缩温度及通过主喷射使预混合气体燃烧时的气缸内最高压力的周期变化系数的图。
图4是表示有预喷射及无预喷射的气缸内压的图。
图5是表示热效率及NOx排出量的关系的图。
图6是表示进行预喷射的时机与NOx排出量的关系的图。
图7是表示进行预喷射的时机与热效率的关系的图。
图8是表示进行预喷射的时机与输出功率的周期变化关系的图。
图9是四冲程燃气发动机中的进行预喷射的情况下的燃烧示意图。
附图标记说明
10...气缸、12...气缸套、14...气缸盖、16...活塞、18...吸气口、18a...吸气阀、20...排气口、20a...排气阀、22...引燃燃料喷射阀、24...吸气管、26...燃气供给管、28...燃气供给阀、30...排气管、32...燃料管、34...高压燃料管、36...爆震传感器、40...控制机构、42...引燃燃料喷射阀驱动装置、44...燃气供给阀驱动装置、46...燃烧诊断单元、52...燃气压力调节阀、54...燃气室、56...进气室、58...进气压力传感器、60...进气温度传感器、62...进气压力调节阀。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的燃气发动机的实施方式详细地进行说明。
图1是表示四冲程多缸发动机中的一个气缸10的图。气缸10由气缸套12和气缸盖14构成，采用活塞16在气缸套12内往复的结构。在气缸盖14上除了吸气口18和排气口20，还设有引燃燃料喷射阀22、爆震传感器36。在吸气口18和排气口20上分别配设有吸气阀18a和排气阀20a。另外，吸气管24和排气管30分别与吸气口18和排气口20连接。燃气(例如城市燃气)经由燃气供给阀28及燃气供给管26从燃气室54被供给到吸气管24，在吸气管24内形成燃气和进气(空气)的混合气。在通过燃气压力调节阀52调节燃气室54内的压力后，根据发动机输出，利用燃气供给阀28来控制被供给到吸气管24的燃气流量，并且根据所需的空气过剩系数，利用进气压力调节阀62控制从增压器被供给到进气室56的进气的压力，成为能够将混合气体中的燃气浓度保持在规定浓度的结构。
引燃燃料喷射阀22经由燃料管32与高压燃料管34连接。高压燃料管34是用于以高压状态贮存从引燃燃料喷射阀22喷射的引燃燃料的罐(通过设置高压燃料管34，能够不依赖于发动机转速地维持合适的压力作为喷射引燃燃料时的压力)。爆震传感器36是监视爆震等异常燃烧或失火的发生状态的传感器。
在这样的气缸10上附带有发送接收用于控制的信号的控制机构40。作为来自控制机构40的发送信号，包括引燃燃料喷射指令信号、燃气喷射指令信号、进气压力调节阀开度指令信号等。各信号被分别输入到引燃燃料喷射阀驱动装置42、燃气供给阀驱动装置44、进气压力调节阀62。引燃燃料喷射阀22或燃气供给阀28根据信号中输入的时机或长度，以预先设定的单位时间喷射量、供给量喷射或供给引燃燃料或燃气。另外，将与开度相对应的量的剩余空气从进气压力调节阀62排出到外部，对进气压力进行调节。
作为被输入到控制机构40的接收信号，包括经由连接有爆震传感器的燃烧诊断单元46输入的表示爆震发生状态或失火发生状态的信号、表示发动机的输出状态的信号、以及表示曲轴转角、活塞上死点位置信号(TDC)、曲轴转速、曲轴相位角等的信号，除此之外，为了控制进气量，还包括来自检测进气室56内的温度的进气温度传感器58的信号以及来自检测压力的进气压力传感器60的信号等。
在具有这样的基本结构的燃气发动机中，在活塞16下降时燃气(预混合气体)从吸气口18导入到气缸10内。在吸气阀18a、排气阀20a关闭的状态下，活塞16上升，燃气被压缩。在燃气压缩时，从引燃燃料喷射阀22喷射引燃燃料，使其着火、燃烧，气缸内压的上升，活塞16下降，对曲轴施加动力。
在本实施方式的发动机中，输出来自控制机构40的控制信号，从而在一个工作循环中多次进行来自引燃燃料喷射阀22的引燃燃料的喷射。
具体地说，以预混合气体着火前的引燃燃料的喷射为预喷射、实际上使预混合气体着火的引燃燃料的喷射为主喷射，在气缸套12内滑动的活塞16在从吸气阀开阀至达到上死点期间进行预喷射和主喷射两者。
需要说明的是，进气压力的控制机构、引燃燃料的喷射机构、燃气的供给方法等是多种多样的，不限于图1所示的方法。
图2表示异常燃烧时的气缸内的压力波形。异常燃烧是指火焰传播燃烧前的未燃混合气自着火燃烧而产生的爆震、尤其是在高负荷区域预混合气体的着火过早而产生的伴随着压力急剧上升的现象，由于与通常相比压力上升剧烈，因此存在发动机损伤的可能。为了防止异常燃烧，必须适当控制预混合气体着火及燃烧的时机。
如果预混合气体利用预喷射的引燃燃料着火，会导致过早着火而成为异常燃烧的起因。为了防止异常燃烧，需要适当地控制预喷射的时机及量。
图3中以实线表示利用活塞对预混合气体进行压缩的气缸内压缩温度，以虚线表示通过引燃燃料主喷射使压缩的预混合气体燃烧时的气缸内最高压力的变化系数(300工作循环的标准偏差/平均值)。横轴的曲轴转角以吸气阀关闭后的活塞下死点为0度，对于气缸内最高压力的变化系数，表示进行主喷射后的曲轴转角。
使引燃燃料的喷射量相对于总投入燃料热量为0.4％、0.8％、1.4％三种情况，并使这些喷射量与进行预喷射的情况下的预喷射的量相等。观察气缸内最高压力的变化系数，可以读出在三种情况的任一种情况下，燃烧最稳定的状态都是进行引燃燃料喷射的时机在160deg.ABDC附近，在其前后的曲轴转角处于燃烧趋于不稳定化的倾向。另外，通过实验，当喷射引燃燃料的时机在130deg.ABDC之前，也能够得到预混合气体不能燃烧而失火的可能性高的结果。
在这里，对在130deg.ABDC之前喷射引燃燃料的情况进行讨论，首先，在刚刚喷射后，由于喷射引燃燃料的时机过早，认为气缸内的温度低，引燃燃料不着火、预混合气体的燃烧不开始。然后，即使在气缸内的温度由于之后活塞的压缩而上升的情况下，从喷射开始经过规定时间的引燃燃料与预混合气体混合而变得稀薄，并且由于喷雾粒子失去了动量，燃烧的反应时间变长，因此认为在活塞达到上死点之前，预混合气体的燃烧不会开始。
因此，为了防止预喷射的过早着火，在图3中的预混合气体的未燃烧区域进行基于预喷射的引燃燃料的喷射，并且优选对其喷射量进行调节。需要说明的是，关于引燃燃料的喷射量，从图3可以读出，喷射量越少，能够使预混合气体稳定燃烧的曲轴转角的范围越窄。
通过进行上述实验，能够求出与在预喷射中的引燃燃料的喷射量相对应的预混合气体未燃烧的曲轴转角(未燃烧区域)和预混合气体燃烧的曲轴转角(燃烧区域)，但这些燃烧区域及未燃烧区域根据发动机的规格(发动机尺寸、转速、压缩比、空气过剩系数)而变化，因此难以一概而论地导出合适的条件，需要通过事先的实验对与规格相对应的每种发动机进行求解。
另外，在万一发生异常燃烧的情况下，通过预喷射的实施，能够使预喷射的时机及量变化，抑制异常燃烧。具体地说，在检测到异常燃烧或过大的燃烧压力时，通过进一步提前进行预喷射的时机、减少预喷射的量来避免过早着火。
在进行引燃燃料预喷射而抑制过早着火的本实施方式的燃气发动机中，在进行预喷射之后，通过进行引燃燃料的主喷射，预混合气体着火且燃烧开始。
图4表示由实验所得的在有引燃燃料预喷射(预喷射+主喷射)及无引燃燃料预喷射(仅主喷射)中的气缸内的压力波形。横轴的曲轴转角以吸气阀关闭后的活塞下死点为0度。在本实验中的预喷射的实施基于预先求出的预混合气体的燃烧未开始的喷射的时机及量进行。对有预喷射的情况和无预喷射的情况的波形进行比较研究，可以读出预混合气体的燃烧开始与预喷射的有无无关，而由进行主喷射的时机确定。即，预混合气体的着火不是通过预喷射而是通过由主喷射引起的引燃燃料的燃烧而进行。
此外，与无引燃燃料预喷射相比，有预喷射的预混合气体燃烧开始而得到的气缸内的最高压力大。这是由于预喷射所喷射的引燃燃料在气缸内扩散，有助于通过引燃燃料主喷射而着火后的预混合气体的燃烧及火焰传播。
图5表示通过实验得到的NOx排出量与热效率的关系。图中从A开始使进气压力下降而使空气过剩系数下降的情况是B，实施引燃燃料预喷射的情况是C。与B相比C的热效率上升大而NOx排出量的增加少。
即，在进行预喷射的情况下，与使进气压力下降而使空气过剩系数下降的情况相比，表示了热效率上升大而NOx排出量的增加少的情况。这是由于如果进行预喷射，则预混合气体的燃烧及火焰传播被辅助而气缸内的最高压力上升，热效率随之改善，通过预喷射所喷射的引燃燃料与预混合气体混合而变得稀薄，因此燃烧温度的上升没有那么大，NOx排出量的增加得以抑制。
图6～图8表示在进行一次引燃燃料预喷射，之后通过引燃燃料主喷射使预混合气体燃烧的情况下，使预喷射的量一定，使进行预喷射的时机在预混合气体不通过预喷射而燃烧的范围内变化时的实验结果。使预喷射的量为1.4％、主喷射的量为1.0％、进行主喷射的时机为160deg.ABDC。
图6表示进行引燃燃料预喷射的时机与NOx排出量的关系。横轴的曲轴转角以吸气阀关闭后的活塞下死点为0度。根据图6，可以读出进行预喷射的时机越早，NOx排出量降得越低。这是由于预喷射的时机越早，所喷射的引燃燃料的分布范围扩得越大，与预混合气体混合而变得稀薄，燃烧时的温度上升得以抑制。
图7表示进行引燃燃料预喷射的时机与热效率的关系。横轴的曲轴转角以吸气阀关闭后的活塞下死点为0度。根据图7，可以读出进行预喷射的时机越早，热效率升得越高。这是由于预喷射的时机越早，所喷射的引燃燃料的所能达到的距离扩得越远，有助于难以燃烧的气缸外缘部的预混合气体的燃烧，气缸内的最高压力上升。
图8表示进行引燃燃料预喷射的时机与Pi(图示的平均有效压力)的变化系数(300工作循环的标准偏差/平均值)的关系。横轴的曲轴转角以吸气阀关闭后的活塞下死点为0度。可以读出进行预喷射的时机越早，Pi的变化系数降得越低。相同地，这也是由于预喷射的时机越早，越有助于难以燃烧的气缸外缘部的预混合气体的燃烧，且每次的燃烧更加稳定。
如上所述，通过改变进行引燃燃料预喷射的时机而改变预混合气体的燃烧状态。这是由于在预混合气体通过主喷射而着火的时刻中的、预喷射的引燃燃料的气缸内的分布范围发生变化。即，具有在越早的时机进行预喷射，所喷射的引燃燃料在气缸外缘部分布得越多，在中心部变得越少的倾向。
由此可知，在引燃燃料预喷射的实施中，通过基于预先求出的进行预混合气体的燃烧未开始的喷射的时机及量，将其分为多次进行，能够使预喷射的引燃燃料的气缸内的分布范围变化。
最后参照图9，对在引燃燃料的无预喷射(仅主喷射)及有预喷射(预喷射+主喷射)中的预混合气体燃烧状态的差异进行说明。首先，在无预喷射的情况下，活塞的压缩不充分，即在图3中的未燃烧区域中不进行预喷射。然后在曲轴转角达到燃烧区域的时刻，进行引燃燃料主喷射，预混合气体的燃烧开始。
另一方面，在有引燃燃料预喷射的情况下，预喷射在图3中的未燃烧区域的曲轴转角时进行。在该情况下，所喷射的引燃燃料在被喷射的时刻由于活塞的压缩不充分而不着火。之后，即使通过发动机的压缩而使气缸内的温度逐渐上升，引燃燃料与预混合气体混合而变得稀薄，并且由于喷雾粒子失去动量，燃烧的反应时间长，预混合气体的燃烧不开始。然后，在预混合气体的燃烧通过引燃燃料主喷射而开始时，该燃烧及火焰传播被分布于气缸内的预喷射的引燃燃料被辅助。
根据以上效果，通过实施引燃燃料的预喷射，能够适当地控制预混合气体的着火时机而避免异常燃烧，并且提高燃烧稳定性而实现热效率提高，还能够抑制由热效率引起的NOx排出量的增加。
在上述实施方式中，对于发动机的形态，作为具体例举出了四冲程发动机，对适用于该发动机的引燃燃料的预喷射及主喷射进行了解释说明。但是，本申请的发明也能够适用于二冲程的预混合燃气发动机。与四冲程发动机相同，将引燃燃料的喷射分为预喷射和主喷射，预喷射基于预先求出的进行预混合气体的燃烧不会开始的喷射的时机及量进行，预混合气体的燃烧通过主喷射的引燃燃料而开始。在二冲程发动机的情况下，在气缸套内滑动的活塞在从排气阀开阀至达到上死点之间，进行预喷射和主喷射。
因此，来自控制机构的控制信号的输出满足上述时机。通过满足这样的条件，即使是二冲程发动机，也能够发挥与四冲程发动机的情况下同样的效果。

Claims (19)

1.一种燃气发动机，具备对空气进行加压而将其供给到气缸的增压器以及根据负荷来控制利用该增压器所加压的空气的压力的机构，并且在气缸盖上具备引燃燃料喷射阀，利用经由所述引燃燃料喷射阀喷射到所述气缸内的引燃燃料来实现导入到所述气缸内的预混合气体的着火燃烧，
该燃气发动机的特征在于，
具备进行所述引燃燃料喷射阀的控制的控制机构，
将所述引燃燃料的喷射分为辅助所述预混合气体的火焰传播燃烧的预喷射和能够控制所述预混合气体的着火时机的主喷射，
在预先求出的所述预混合气体的燃烧不开始的曲轴转角及喷射量的范围内进行所述预喷射后，利用活塞对所述预混合气体进行压缩，在所述预混合气体着火燃烧的曲轴转角及喷射量的范围内进行所述主喷射。
2.如权利要求1所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构通过改变所述预喷射的次数、时机、以及量中的至少任一个，来改变在所述气缸内的所述引燃燃料的分布范围。
3.如权利要求1或2所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构通过改变所述预喷射的次数、时机、以及量中的至少任一个，来改变由于所述主喷射而着火的预混合气体的燃烧压力。
4.如权利要求1或2所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构在发生了异常燃烧的情况下，
将进行所述预喷射的时机提前。
5.如权利要求3所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构在发生了异常燃烧的情况下，
将进行所述预喷射的时机提前。
6.如权利要求1或2所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构在发生了异常燃烧的情况下，
减少所述预喷射的量。
7.如权利要求3所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构在发生了异常燃烧的情况下，
减少所述预喷射的量。
8.如权利要求4所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构在发生了异常燃烧的情况下，
减少所述预喷射的量。
9.如权利要求5所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构在发生了异常燃烧的情况下，
减少所述预喷射的量。
10.如权利要求1或2所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构所控制的所述预喷射的时机及量是达到所述气缸内的压缩温度引发燃烧的曲轴转角时，成为所喷射的引燃燃料扩散且失去动量的状态的曲轴转角及喷射量。
11.如权利要求3所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构所控制的所述预喷射的时机及量是达到所述气缸内的压缩温度引发燃烧的曲轴转角时，成为所喷射的引燃燃料扩散且失去动量的状态的曲轴转角及喷射量。
12.如权利要求4所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构所控制的所述预喷射的时机及量是达到所述气缸内的压缩温度引发燃烧的曲轴转角时，成为所喷射的引燃燃料扩散且失去动量的状态的曲轴转角及喷射量。
13.如权利要求5所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构所控制的所述预喷射的时机及量是达到所述气缸内的压缩温度引发燃烧的曲轴转角时，成为所喷射的引燃燃料扩散且失去动量的状态的曲轴转角及喷射量。
14.如权利要求6所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构所控制的所述预喷射的时机及量是达到所述气缸内的压缩温度引发燃烧的曲轴转角时，成为所喷射的引燃燃料扩散且失去动量的状态的曲轴转角及喷射量。
15.如权利要求7所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构所控制的所述预喷射的时机及量是达到所述气缸内的压缩温度引发燃烧的曲轴转角时，成为所喷射的引燃燃料扩散且失去动量的状态的曲轴转角及喷射量。
16.如权利要求8所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构所控制的所述预喷射的时机及量是达到所述气缸内的压缩温度引发燃烧的曲轴转角时，成为所喷射的引燃燃料扩散且失去动量的状态的曲轴转角及喷射量。
17.如权利要求9所述的燃气发动机，其特征在于，
所述控制机构所控制的所述预喷射的时机及量是达到所述气缸内的压缩温度引发燃烧的曲轴转角时，成为所喷射的引燃燃料扩散且失去动量的状态的曲轴转角及喷射量。
18.如权利要求17所述的燃气发动机，其特征在于，
在四冲程燃气发动机情况下的所述预喷射在吸气阀闭阀之后进行。
19.如权利要求17所述的燃气发动机，其特征在于，
在二冲程燃气发动机情况下的所述预喷射在所述气缸内滑动的活塞封堵进气道之后或排气阀闭阀之后进行。
CN201610426095.2A 2015-06-18 2016-06-16 燃气发动机 Pending CN106257027A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015122858A JP5922830B1 (ja) 2015-06-18 2015-06-18 ガスエンジン
JP2015-122858 2015-06-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106257027A true CN106257027A (zh) 2016-12-28

Family

ID=56015196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610426095.2A Pending CN106257027A (zh) 2015-06-18 2016-06-16 燃气发动机

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5922830B1 (zh)
CN (1) CN106257027A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113027594A (zh) * 2016-07-14 2021-06-25 洋马动力科技有限公司 发动机
CN113544374A (zh) * 2019-03-04 2021-10-22 川崎重工业株式会社 带涡轮增压器的燃气发动机及其燃烧方法
CN114718722A (zh) * 2022-02-24 2022-07-08 潍柴动力股份有限公司 预燃室进气用阀门故障检测方法、检测系统及发动机
CN116085134A (zh) * 2023-02-24 2023-05-09 一汽解放汽车有限公司 发动机燃料喷射控制方法、装置、设备、介质和产品

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6657040B2 (ja) * 2016-07-14 2020-03-04 ヤンマー株式会社 エンジン
KR101990766B1 (ko) * 2016-11-17 2019-06-18 바르실라 핀랜드 오이 가스 모드에서 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법 및 피스톤 엔진
DE102018106894A1 (de) * 2018-03-22 2019-09-26 Man Energy Solutions Se Verfahren und Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Motors

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06341343A (ja) * 1993-05-31 1994-12-13 Yanmar Diesel Engine Co Ltd ディーゼル機関
JP2005163686A (ja) * 2003-12-04 2005-06-23 Toyota Motor Corp 混合気を圧縮自着火させる自着火運転が可能な内燃機関
JP2005522626A (ja) * 2002-04-09 2005-07-28 ウエストポート リサーチ インコーポレイテッド 内燃機関内への燃料噴射の方法及び装置
CN103511101A (zh) * 2012-06-20 2014-01-15 现代自动车株式会社 闭环控制燃料注入方法
CN104265471A (zh) * 2014-07-30 2015-01-07 长城汽车股份有限公司 汽油预混、柴油引燃发动机燃烧模式控制系统及控制策略

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09158810A (ja) * 1995-10-02 1997-06-17 Hino Motors Ltd ディーゼルエンジン
JP2005090381A (ja) * 2003-09-18 2005-04-07 Niigata Power Systems Co Ltd パイロット油着火ガスエンジン
JP4247842B2 (ja) * 2006-03-16 2009-04-02 三井造船株式会社 ガスエンジンのノッキング制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06341343A (ja) * 1993-05-31 1994-12-13 Yanmar Diesel Engine Co Ltd ディーゼル機関
JP2005522626A (ja) * 2002-04-09 2005-07-28 ウエストポート リサーチ インコーポレイテッド 内燃機関内への燃料噴射の方法及び装置
JP2005163686A (ja) * 2003-12-04 2005-06-23 Toyota Motor Corp 混合気を圧縮自着火させる自着火運転が可能な内燃機関
CN103511101A (zh) * 2012-06-20 2014-01-15 现代自动车株式会社 闭环控制燃料注入方法
CN104265471A (zh) * 2014-07-30 2015-01-07 长城汽车股份有限公司 汽油预混、柴油引燃发动机燃烧模式控制系统及控制策略

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113027594A (zh) * 2016-07-14 2021-06-25 洋马动力科技有限公司 发动机
CN113544374A (zh) * 2019-03-04 2021-10-22 川崎重工业株式会社 带涡轮增压器的燃气发动机及其燃烧方法
CN113544374B (zh) * 2019-03-04 2023-09-12 川崎重工业株式会社 带涡轮增压器的燃气发动机及其燃烧方法
CN114718722A (zh) * 2022-02-24 2022-07-08 潍柴动力股份有限公司 预燃室进气用阀门故障检测方法、检测系统及发动机
CN114718722B (zh) * 2022-02-24 2023-03-21 潍柴动力股份有限公司 预燃室进气用阀门故障检测方法、检测系统及发动机
CN116085134A (zh) * 2023-02-24 2023-05-09 一汽解放汽车有限公司 发动机燃料喷射控制方法、装置、设备、介质和产品
CN116085134B (zh) * 2023-02-24 2024-06-04 一汽解放汽车有限公司 发动机燃料喷射控制方法、装置、设备、介质和产品

Also Published As

Publication number Publication date
JP5922830B1 (ja) 2016-05-24
JP2017008752A (ja) 2017-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106257027A (zh) 燃气发动机
EP2748446B1 (en) Pilot injection of dual fuel engines
CN105849396B (zh) 用于燃料喷射和动态燃烧控制的方法和设备
CN100362223C (zh) 发动机的燃烧控制装置
CN103154474B (zh) 气态燃料化学计量的内燃发动机及操作内燃发动机的方法
CN103201478B (zh) 内燃机和控制内燃机的燃烧过程的方法
CN103161587B (zh) 可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机、系统和方法
CN102822485B (zh) 内燃机的燃烧控制装置
CN103452682B (zh) 用于操作发动机的方法
CN105971719B (zh) 二冲程燃气发动机及该发动机用的燃料气体喷射系统
CN104712445B (zh) 单燃料压燃与点燃混合的燃烧控制方法及内燃机
CN103415691A (zh) 燃料喷射装置
CN102057151A (zh) 用于内燃机的燃料喷射控制装置
US10273891B2 (en) Gaseous fuel internal combustion engine and operating method therefor
CN108561233A (zh) 一种柴油/天然气双燃料发动机排放控制策略
CN109983213A (zh) 在气体模式下操作活塞发动机的方法和活塞发动机
CN110318891A (zh) 一种天然气/柴油双燃料发动机多模式燃烧组织方法
CN114729595A (zh) 火焰触发和控制的体积点火
JP5532008B2 (ja) 内燃機関
CN114233465A (zh) 氨燃料燃烧系统、发动机及燃烧控制方法
CN110145405A (zh) 多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机
CN206221058U (zh) 用于发动机的燃料喷射系统
CN103277200B (zh) 一种乙醇-柴油双直喷发动机的燃烧方法
JP5866813B2 (ja) 内燃機関
CN106523227A (zh) 带双喷射装置的多点点火燃烧系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Tokyo, Japan

Applicant after: Mitsui AIS Corp.

Address before: Tokyo, Japan

Applicant before: MITSUI ENGINEERING & SHIPBUILDING Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20181101

Address after: Tokyo, Japan

Applicant after: MITSUI ENGINEERING & SHIPBUILDING Co.,Ltd.

Address before: Tokyo, Japan

Applicant before: Mitsui AIS Corp.

TA01 Transfer of patent application right
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161228

RJ01 Rejection of invention patent application after publication