天然氣發動機燃料供給裝置多次噴射控制方法

2023-06-11 22:50:21 5

天然氣發動機燃料供給裝置多次噴射控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種天然氣發動機的燃氣的噴射方法，尤其是天然氣發動機燃料供給裝置多次噴射控制方法。該方法包括天然氣發動機為四行程發動機，天然氣發動機每一個工作循環分為四個階段，該天然氣發動機燃料供給裝置設置在進氣門側方，天然氣與空氣在氣缸內混合燃燒；所述的燃料供給裝置多次噴射控制是在發動機活塞壓縮行程上止點前2400曲軸轉角到壓縮行程上止點後2400曲軸轉角範圍內調節燃料供給裝置供給天然氣的噴射次數和噴射量。利用本發明針對不同的發動機受負荷工況，以局部分層的方式保證了發動機穩定點火，提高了火焰傳播速度，改善了著火的穩定性。
【專利說明】天然氣發動機燃料供給裝置多次噴射控制方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種天然氣發動機的燃氣的噴射方法，尤其是天然氣發動機燃料供給裝置多次噴射控制方法。

【背景技術】
[0002]伴隨著我國汽車保有量的大幅提高，已經佔據了大量有限的石油資源，也加劇了空氣汙染程度，對我國的石油資源和環境提出了雙重挑戰。隨著節能減排的呼召和倡導，需要大力開發和使用節能型和清潔燃料的汽車，降低機動車汙染物排放。
[0003]天然氣被世界公認為最為現實和技術上比較成熟的車用汽油、柴油的代用燃料，其排放特性好，幾乎不產生微粒排放，這種燃料與汽油、柴油相比，可大幅度降低一氧化碳、二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等的排放，並且沒有苯，鉛等致癌和有毒物質危害人體健康，天然氣汽車發動機得到了高度重視。
[0004]天然氣在我國儲量豐富，價格低廉，燃燒清潔，是一種非常適合作為傳統內燃機的替代燃料的新型能源。因此，天然氣發動機以其優良的經濟性和排放清潔為公眾知曉。雖然天然氣發動機使用經濟、排放清潔，但天然氣的主要成分是甲烷(￠:?)，因此其化學性質較穩定，表現在燃燒過程中，就是誘導期增長，天然氣燃點為6501比汽油高(汽油燃點為4271 ),並且火焰傳播速度比汽油慢，容易造成天然氣在做功行程中燃燒不充分，影響天然氣發動機的動力性和排放。
[0005]為了充分提高天然氣發動機的動力性能及改善排放，人們就天然氣發動機的燃燒規律進行深入研究，過量空氣可以提高燃料燃燒充分性，同時需要解決火焰傳播速度慢的問題，才能保證天然氣燃燒的充分性及發動機的動力穩定性。雖然重型天然氣發動機多是在柴油機的基礎上開發的，但是由於一般的天然氣發動機與柴油機在燃料的供給裝置和著火方式有著本質不同，天然氣發動機多為進氣道噴射火花點燃，而天然氣發動機著火穩定性能差及火焰傳播速度慢，決定了必須改變發動機活塞缸內天然氣的濃度分布，從而改善天然氣發動機在發動機缸內的燃燒效果。
[0006]目前，傳統的天然氣發動機燃料供給方式是在進氣門側方安裝天然氣噴嘴並對進氣門內進行單次噴射，採用單次噴射的噴射方法使得點火時氣缸內混合氣體呈現上稀下濃的分布，在點火燃燒時，天然氣燃燒的火焰不能穩定傳播，燃燒不充分，影響發動機的動力性能和清潔排放。


【發明內容】

[0007]本發明所要解決的技術問題是提供天然氣發動機燃料供給裝置多次噴射控制方法，該方法是在傳統進氣門內單次噴射的基礎上，在不同工作負荷下，在壓縮上止點前240°曲軸轉角到壓縮上止點後240°曲軸轉角範圍內通過調節天然氣的噴射次數和噴射量，使得天然氣發動機的著火方式變為由濃混合氣引燃稀混合氣的形式，進而達到天然氣整體稀薄燃燒的目的，改善發動機的著火穩定性能和清潔排放，使天然氣燃料混合的更加均勻，發揮天然氣發動機的更高效率。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是這樣實現的:
天然氣發動機燃料供給裝置多次噴射控制方法，天然氣發動機為四行程發動機，天然氣發動機每一個工作循環分為四個階段，包括進氣行程、壓縮行程、燃燒行程及排氣行程，該天然氣發動機燃料供給裝置設置在進氣門側方，天然氣與空氣在氣缸內混合燃燒；所述的燃料供給裝置多次噴射控制是在發動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉角到壓縮行程上止點後240°曲軸轉角範圍內調節燃料供給裝置供給天然氣的噴射次數和噴射量，具體來說，該燃料供給裝置多次噴射控制方法的步驟如下:
1)在天然氣發動機處於低負荷工作時，進行進氣門兩次噴射，兩次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方成由濃到稀從近到遠的分布，使得天然氣發動機達到整體稀薄燃燒的目的；
噴射的時間控制在發動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉角到壓縮行程上止點後240°曲軸轉角範圍內。
[0009]2)在天然氣發動機處於中負荷工作時，進行進氣門單次噴射，單次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方呈現由濃到稀從近到遠的分布，使得天然氣發動機達到整體稀薄燃燒的目的；
噴射的時間控制在發動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉角到壓縮行程上止點後240°曲軸轉角範圍內；
3)在高負荷工作時，進行進氣道三次以上的噴射，三次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方呈現由濃到稀從近到遠的分布，使得天然氣發動機達到整體稀薄燃燒的目的；噴射的時間控制在發動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉角到壓縮行程上止點後240 0曲軸轉角範圍內。
[0010]進一步，所述的進氣道每次噴射的天然氣燃料的量是一定的，其數值與在每一個工作循環內需要噴射的天然氣總量和噴射次數決定；天然氣的噴射量為滿足天然氣著火的理論空燃比計算，通過高能火花塞點火燃燒；由於天然氣燃燒的火焰傳播速度較液體燃料慢，使滯燃期和燃燒持續期長，很容易因為燃燒不完全，造成排放問題；特別是在低負荷時會導致此和(?排放增多，在高負荷時使得顯X排放過高。
[0011]本發明的有益效果和技術特點是:
利用本發明對天然氣發動機燃料供給裝置多次噴射進行控制而言，燃氣噴射量及燃氣噴氣時刻對發動機燃氣的燃燒及排放性能均有較為明顯的影響，這主要是由於燃氣噴射量及燃氣噴氣時刻決定了點火時刻氣缸內的混合氣濃度場分布；針對不同的發動機受負荷工況，以局部分層的方式，即以大範圍內的均質混合氣為基礎，對火花塞周圍混合氣實施小範圍內的局部加濃既可以保證穩定點火，又可以提高火焰傳播速度，改善了著火的穩定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發明提出的天然氣發動機燃料供給裝置第一次噴射天然氣的狀態示意圖。
[0013]圖2是本發明提出的天然氣發動機燃料供給裝置第二次噴射天然氣的狀態示意圖。
[0014]圖3是本發明提出的天然氣發動機燃料供給裝置第三次噴射天然氣的狀態示意圖。
[0015]圖4是本發明提出的天然氣發動機燃料供給裝置噴射天然氣後在氣缸內的混合氣混合情況示意圖。

【具體實施方式】
[0016]以下結合附圖和實施例對本發明作進一步地詳細描述。
[0017]如圖1、圖2、圖3及圖4所示，天然氣發動機燃料供給裝置多次噴射控制方法，天然氣發動機為四行程發動機，天然氣發動機每一個工作循環分為四個階段，包括進氣行程、壓縮行程、燃燒行程及排氣行程，該天然氣發動機燃料供給裝置設置在進氣門側方，天然氣與空氣在氣缸內混合燃燒；所述的燃料供給裝置多次噴射控制是在發動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉角到壓縮行程上止點後240 曲軸轉角範圍內調節燃料供給裝置供給天然氣的噴射次數和噴射量，具體來說，該燃料供給裝置多次噴射控制方法的步驟如下:
1)在天然氣發動機處於低負荷工作時，進行進氣門兩次噴射，即在發動機的進氣行程過程中曲柄轉角至120°時開始直至在發動機的排氣行程過程中曲柄轉角至60時為止範圍內，噴嘴一共分為兩次將天然氣噴入氣缸內，這樣在遠離火花塞的區域形成稀薄的可燃混合氣，與在氣缸內的近火花塞一端形成分層效應，當火花塞點火時，首先在火花塞周圍濃的混合氣區域形成較強的火焰，然後迅速傳播到稀薄的混合氣體區域，實現穩定燃燒；兩次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方成由濃到稀從近到遠的分布，使得天然氣發動機達到整體稀薄燃燒的目的；
噴射的時間控制在發動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉角到壓縮行程上止點後240°曲軸轉角範圍內。
[0018]2)在天然氣發動機處於中負荷工作時，進行進氣門單次噴射，單次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方形成均勻混合，實現均質燃燒，使得天然氣發動機達到整體稀薄燃燒的目的；
噴射的時間控制在發動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉角到壓縮行程上止點後240°曲軸轉角範圍內；
3)在高負荷工作時，進行進氣道三次以上的噴射，即在發動機的進氣行程過程中曲柄轉角至120°時開始直至在發動機的排氣行程過程中曲柄轉角至60 時為止範圍內，噴嘴一共分為三次將天然氣噴入氣缸內，這樣在遠離火花塞的區域形成稀薄的可燃混合氣，與在氣缸內的近火花塞一端形成分層效應，當火花塞點火時，首先在火花塞周圍濃的混合氣區域形成較強的火焰，然後迅速傳播到稀薄的混合氣體區域，實現穩定燃燒；三次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方呈現由濃到稀從近到遠的分布，使得天然氣發動機達到整體稀薄燃燒的目的；噴射的時間控制在發動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉角到壓縮行程上止點後240°曲軸轉角範圍內。
[0019]在上述的實施例所述技術方案的基礎上，優選地，所述的進氣道每次噴射的天然氣燃料的量是一定的，其數值與在每一個工作循環內需要噴射的天然氣總量和噴射次數決定；天然氣的噴射量為滿足天然氣著火的理論空燃比計算，通過高能火花塞點火燃燒；由於天然氣燃燒的火焰傳播速度較液體燃料慢，使滯燃期和燃燒持續期長，很容易因為燃燒不完全，造成排放問題；特別是在低負荷時會導致此和(1)排放增多，在高負荷時使得顯X排放過高。
【權利要求】
1.一種天然氣發動機燃料供給裝置多次噴射控制方法，天然氣發動機為四行程發動機，天然氣發動機每一個工作循環分為四個階段，包括進氣行程、壓縮行程、燃燒行程及排氣行程，該天然氣發動機燃料供給裝置設置在進氣門側方，天然氣與空氣在氣缸內混合燃燒；其特徵在於:所述的燃料供給裝置多次噴射控制是在發動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉角到壓縮行程上止點後240 °曲軸轉角範圍內調節燃料供給裝置供給天然氣的噴射次數和噴射量，具體來說，該燃料供給裝置多次噴射控制方法的步驟如下: 1)在天然氣發動機處於低負荷工作時，進行進氣門兩次噴射，兩次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方成由濃到稀從近到遠的分布，使得天然氣發動機達到整體稀薄燃燒的目的； 噴射的時間控制在發動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉角到壓縮行程上止點後240°曲軸轉角範圍內； 2)在天然氣發動機處於中負荷工作時，進行進氣門單次噴射，單次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方呈現由濃到稀從近到遠的分布，使得天然氣發動機達到整體稀薄燃燒的目的； 噴射的時間控制在發動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉角到壓縮行程上止點後240°曲軸轉角範圍內； 3)在高負荷工作時，進行進氣道三次以上的噴射，三次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方呈現由濃到稀從近到遠的分布，使得天然氣發動機達到整體稀薄燃燒的目的；噴射的時間控制在發動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉角到壓縮行程上止點後240 0曲軸轉角範圍內。
2.根據權利要求1所述的天然氣發動機燃料供給裝置多次噴射控制方法，其特徵在於:所述的進氣道每次噴射的天然氣燃料的量是一定的，其數值與在每一個工作循環內需要噴射的天然氣總量和噴射次數決定；天然氣的噴射量為滿足天然氣著火的理論空燃比計算，通過高能火花塞點火燃燒；由於天然氣燃燒的火焰傳播速度較液體燃料慢，使滯燃期和燃燒持續期長，很容易因為燃燒不完全，造成排放問題；特別是在低負荷時會導致HC和CO排放增多，在高負荷時使得NOx排放過高。
【文檔編號】F02D41/30GK104500248SQ201410791448
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月19日 優先權日:2014年12月19日
【發明者】孫志強, 彭晗, 楊傑, 金陽, 段俊法 申請人:華北水利水電大學