CN109296446A - 一种带有天然气高低压混合喷射和预燃室的柴油微喷引燃天然气发动机燃烧组织方法 - Google Patents

一种带有天然气高低压混合喷射和预燃室的柴油微喷引燃天然气发动机燃烧组织方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种带有天然气高低压混合喷射和预燃室的柴油微喷引燃天然气发动机燃烧组织方法,低负荷工况时,高压天然气喷射阀高压直喷的天然气量占每循环所喷射的天然气总量的比例大于50%,柴油喷射正时在上止点前15‑25°CA;中等负荷工况时,通过进气歧管进气预混的天然气量占每循环所喷射的天然气总量的比例应在60‑70%,柴油喷射提前角在上止点前10‑20°CA;高负荷工况时,通过进气歧管进气预混的天然气量占每循环所喷射的天然气总量的比例应在80‑90%,柴油喷射正时在上止点前5‑15°CA。本发明实现了对缸内混合气浓度分层梯度的控制,改善了发动机在不同工况下无法兼顾排放性和动力性的缺陷,提高了不同工况下天然气发动机排放性。

Description

一种带有天然气高低压混合喷射和预燃室的柴油微喷引燃天 然气发动机燃烧组织方法
技术领域
本发明涉及的是一种燃烧控制方法,具体地说是天然气发动机燃烧控制方法。
背景技术
由于传统石油燃料的日益枯竭,天然气这种高效清洁的燃料渐渐被世界各国所重视。虽然天然气具有高效清洁,价格低廉的优点,但由于天然气的燃点比汽油、柴油等燃料要高,导致点燃天然气所需的能量较高,火焰传播速度相对较低,从而降低了发动机的燃烧效率,影响发动机的排放性与动力性。
典型的电控多点喷射式天然气发动机如美国SPI公司为Benz公司改装的OM352天然气发动机、德国MAN公司的MAN28/32天然气发动机等,通过将天然气喷入进气岐管与空气形成均匀稀薄预混合气后进入气缸。这类天然气发动机不仅避免了气门重叠过程中气体燃料随排气排出,而且有利于混合气的分层燃烧,实现稀薄燃烧。但是对于低负荷工况,电控多点式天然气发动机动力性相对较差。
芬兰Wartsila公司、挪威Trondheim大学等都采用过缸内直喷式天然气发动机,通过将天然气直接喷入气缸形成较浓的混合气分布。这类天然气发动机提高了天然气发动机的热效率,易于实现对稀薄燃烧和燃烧过程的控制,提高动力性。但是对于中高负荷工况,缸内直喷式天然气发动机的排放性相对较差。
发明内容
本发明的目的在于提供可实现对缸内混合气浓度分层梯度的控制,通过预燃室柴油喷射量和喷射正时的控制,实现不同工况下天然气发动机可靠点火和高效率、低排放燃烧的一种带有天然气高低压混合喷射和预燃室的柴油微喷引燃天然气发动机燃烧组织方法。
本发明的目的是这样实现的:
本发明一种带有天然气高低压混合喷射和预燃室的柴油微喷引燃天然气发动机燃烧组织方法,其特征是:天然气发动机包括气缸壁、气缸盖,气缸盖位于气缸壁上方,气缸壁里设置活塞,活塞与气缸盖之间为主燃室,进气歧管连通主燃室,进气歧管上设置低压天燃气喷射阀,进气管与主燃室相通处设置进气阀,气缸盖里分别设置喷油器、高压天然气喷射阀,预燃室通过连通通道连通主燃室,喷油器安装在预燃室上方,高压天然气喷射阀的喷口位于主燃室上方;
检测天然气发动机工况,根据天然气发动机不同工况,实行不同控制策略:
(1)天然气发动机处于低负荷工况时,高压天然气喷射阀高压直喷的天然气量占每循环所喷射的天然气总量的比例大于50%,柴油喷射正时在上止点前15-25℃A;
(2)天然气发动机处于中等负荷工况时,通过进气歧管进气预混的天然气量占每循环所喷射的天然气总量的比例应在60-70%,柴油喷射提前角在上止点前10-20℃A;
(3)天然气发动机处于高负荷工况时,通过进气歧管进气预混的天然气量占每循环所喷射的天然气总量的比例应在80-90%,柴油喷射正时在上止点前5-15℃A。
本发明的优势在于:本发明通过两套供气装置与一套供油装置,将天然气高低压混合喷射与预燃室的微喷柴油引燃相结合,实现了对缸内混合气浓度分层梯度的控制,改善了发动机在不同工况下无法兼顾排放性和动力性的缺陷,提高了不同工况下天然气发动机排放性,点火可靠性和燃烧效率。
附图说明
图1为本发明的结构及原理图;
图2为在低负荷工况下天然气在气缸内形成的大梯度混合气分层示意图。
图3为在中负荷工况下天然气在气缸内形成的中等梯度混合气分层示意图。
图4为在高负荷工况下天然气在气缸内形成的小梯度混合气分层示意图;
图5为本发明的控制策略示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
结合图1-5,本发明涉及的天然气发动机燃烧系统主要由活塞1、气缸壁2、气缸盖3、高压天然气喷射阀4、预燃室5、喷油器6、预燃室与主燃室通道7、低压天然气喷射阀8、主燃室9、进气歧管10、进气阀11等组成。
天然气发动机为四冲程发动机,每循环分别包含进气行程、压缩行程、燃烧行程及排气行程。上述天然气发动机燃烧系统的低压天然气喷射阀安装在进气歧管上,在进气阀开启与至进气阀关闭期间进行单次喷射(压力为5bar),天然气与空气形成均匀稀薄预混合气后进入气缸。
天然气发动机燃烧系统的高压天然气喷射阀为单孔结构并倾斜的安装在气缸盖内,其安装角度能使在活塞行至上止点前30度时将天然气直接喷射到主燃室的中心凸起处,从而在缸内形成局部浓混合气。喷出的天然气离预燃室的出口有不小于15mm的安全距离,防止预燃室出口天然气浓度过大使点火困难。
天然气发动机燃烧系统的喷油器安装在气缸盖正中央的喷油器安装孔内,预燃室位于气缸盖内并处于喷油器的正下方,在活塞行至压缩上止点附近时,喷油器向预燃室内喷射少量柴油,柴油被压燃后通过预燃室与主燃室的通道喷出并点燃缸内混合气。
针对不同工况下,对于天然气发动机的控制方案(图5)具体如下:
(1)在天然气发动机处于低负荷工况时,天然气主要以高压直喷的方式进入气缸,高压直喷的天然气量占每循环所喷射的天然气总量的比例应大于50%,这是由于天然气在低负荷时因稀薄燃烧易发生失火等问题,通过高压直喷的天然气会在高压天然气喷射阀附近形成浓度较高的天然气区域,从而实现缸内由上至下大梯度混合气浓度分层和快速燃烧。低负荷由于易发生失火等问题,因此需要采用较大喷油提前角,柴油喷射正时在上止点前15-25℃A。
(2)在天然气发动机处于中等负荷工况时,天然气主要以进气道预混的方式进入气缸,进气预混的天然气量占每循环所喷射的天然气总量的比例应在60-70%,由于预混合的喷射比例大于缸内直喷,天然气已经混合均匀,因此会在缸内形成中等梯度的混合气分层,从而实现分层燃烧。柴油喷射提前角相对于低负荷适当减小,在上止点前10-20℃A。
(3)在天然气发动机处于高负荷工况时,天然气主要以进气道预混的方式进入气缸,进气预混的天然气量占每循环所喷射的天然气总量的比例应在80-90%,由于预混合的天然气量远大于缸内直喷的天然气量,因此缸内会形成小梯度稀薄的混合气,实现分层快速燃烧。为了充分的燃烧需要采用较小的喷油提前角,柴油喷射正时在上止点前5-15℃A。
综上所述,该方法在所述大型天然气发动机的进气道内单次喷射天然气,在主燃室内高压单次喷射天然气,通过调节天然气进气道低压喷射和高压天然气缸内直喷天然气的比例,实现了对缸内混合气浓度分层梯度的控制。采用预燃室柴油微喷引燃的方式,控制预燃室柴油喷射量和喷射正时。此方法有利于发动机缸内快速分层燃烧,提高热效率,从而提高了不同工况下天然气发动机的点火可靠性,动力性与排放性。

Claims (1)

1.一种带有天然气高低压混合喷射和预燃室的柴油微喷引燃天然气发动机燃烧组织方法,其特征是:天然气发动机包括气缸壁、气缸盖,气缸盖位于气缸壁上方,气缸壁里设置活塞,活塞与气缸盖之间为主燃室,进气歧管连通主燃室,进气歧管上设置低压天燃气喷射阀,进气管与主燃室相通处设置进气阀,气缸盖里分别设置喷油器、高压天然气喷射阀,预燃室通过连通通道连通主燃室,喷油器安装在预燃室上方,高压天然气喷射阀的喷口位于主燃室上方;
检测天然气发动机工况,根据天然气发动机不同工况,实行不同控制策略:
(1)天然气发动机处于低负荷工况时,高压天然气喷射阀高压直喷的天然气量占每循环所喷射的天然气总量的比例大于50%,柴油喷射正时在上止点前15-25°CA;
(2)天然气发动机处于中等负荷工况时,通过进气歧管进气预混的天然气量占每循环所喷射的天然气总量的比例应在60-70%,柴油喷射提前角在上止点前10-20°CA;
(3)天然气发动机处于高负荷工况时,通过进气歧管进气预混的天然气量占每循环所喷射的天然气总量的比例应在80-90%,柴油喷射正时在上止点前5-15°CA。
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