CN104500248A - 天然气发动机燃料供给装置多次喷射控制方法 - Google Patents

天然气发动机燃料供给装置多次喷射控制方法 Download PDF

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彭晗
杨杰
金阳
段俊法
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Abstract

本发明涉及一种天然气发动机的燃气的喷射方法，尤其是天然气发动机燃料供给装置多次喷射控制方法。该方法包括天然气发动机为四行程发动机，天然气发动机每一个工作循环分为四个阶段，该天然气发动机燃料供给装置设置在进气门侧方，天然气与空气在气缸内混合燃烧；所述的燃料供给装置多次喷射控制是在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内调节燃料供给装置供给天然气的喷射次数和喷射量。利用本发明针对不同的发动机受负荷工况，以局部分层的方式保证了发动机稳定点火，提高了火焰传播速度，改善了着火的稳定性。

Description

天然气发动机燃料供给装置多次喷射控制方法
技术领域
本发明涉及一种天然气发动机的燃气的喷射方法，尤其是天然气发动机燃料供给装置多次喷射控制方法。
背景技术
伴随着我国汽车保有量的大幅提高，已经占据了大量有限的石油资源，也加剧了空气污染程度，对我国的石油资源和环境提出了双重挑战。随着节能减排的呼召和倡导，需要大力开发和使用节能型和清洁燃料的汽车，降低机动车污染物排放。
天然气被世界公认为最为现实和技术上比较成熟的车用汽油、柴油的代用燃料，其排放特性好，几乎不产生微粒排放，这种燃料与汽油、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，并且没有苯，铅等致癌和有毒物质危害人体健康，天然气汽车发动机得到了高度重视。
天然气在我国储量丰富，价格低廉，燃烧清洁，是一种非常适合作为传统内燃机的替代燃料的新型能源。因此，天然气发动机以其优良的经济性和排放清洁为公众知晓。虽然天然气发动机使用经济、排放清洁，但天然气的主要成分是甲烷（CH4），因此其化学性质较稳定，表现在燃烧过程中，就是诱导期增长，天然气燃点为650℃比汽油高（汽油燃点为427℃），并且火焰传播速度比汽油慢，容易造成天然气在做功行程中燃烧不充分，影响天然气发动机的动力性和排放。
为了充分提高天然气发动机的动力性能及改善排放，人们就天然气发动机的燃烧规律进行深入研究，过量空气可以提高燃料燃烧充分性，同时需要解决火焰传播速度慢的问题，才能保证天然气燃烧的充分性及发动机的动力稳定性。虽然重型天然气发动机多是在柴油机的基础上开发的，但是由于一般的天然气发动机与柴油机在燃料的供给装置和着火方式有着本质不同，天然气发动机多为进气道喷射火花点燃，而天然气发动机着火稳定性能差及火焰传播速度慢，决定了必须改变发动机活塞缸内天然气的浓度分布，从而改善天然气发动机在发动机缸内的燃烧效果。
目前，传统的天然气发动机燃料供给方式是在进气门侧方安装天然气喷嘴并对进气门内进行单次喷射，采用单次喷射的喷射方法使得点火时气缸内混合气体呈现上稀下浓的分布，在点火燃烧时，天然气燃烧的火焰不能稳定传播，燃烧不充分，影响发动机的动力性能和清洁排放。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供天然气发动机燃料供给装置多次喷射控制方法，该方法是在传统进气门内单次喷射的基础上，在不同工作负荷下，在压缩上止点前2400曲轴转角到压缩上止点后2400曲轴转角范围内通过调节天然气的喷射次数和喷射量，使得天然气发动机的着火方式变为由浓混合气引燃稀混合气的形式，进而达到天然气整体稀薄燃烧的目的,改善发动机的着火稳定性能和清洁排放，使天然气燃料混合的更加均匀，发挥天然气发动机的更高效率。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：
天然气发动机燃料供给装置多次喷射控制方法，天然气发动机为四行程发动机，天然气发动机每一个工作循环分为四个阶段，包括进气行程、压缩行程、燃烧行程及排气行程，该天然气发动机燃料供给装置设置在进气门侧方，天然气与空气在气缸内混合燃烧；所述的燃料供给装置多次喷射控制是在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内调节燃料供给装置供给天然气的喷射次数和喷射量，具体来说，该燃料供给装置多次喷射控制方法的步骤如下：
1)在天然气发动机处于低负荷工作时，进行进气门两次喷射，两次喷射在气缸中形成的混合气在火花塞下方成由浓到稀从近到远的分布，使得天然气发动机达到整体稀薄燃烧的目的；
喷射的时间控制在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内。
2)在天然气发动机处于中负荷工作时，进行进气门单次喷射，单次喷射在气缸中形成的混合气在火花塞下方呈现由浓到稀从近到远的分布，使得天然气发动机达到整体稀薄燃烧的目的；
喷射的时间控制在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内；
3)在高负荷工作时，进行进气道三次以上的喷射，三次喷射在气缸中形成的混合气在火花塞下方呈现由浓到稀从近到远的分布，使得天然气发动机达到整体稀薄燃烧的目的；喷射的时间控制在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内。
进一步，所述的进气道每次喷射的天然气燃料的量是一定的，其数值与在每一个工作循环内需要喷射的天然气总量和喷射次数决定；天然气的喷射量为满足天然气着火的理论空燃比计算，通过高能火花塞点火燃烧；由于天然气燃烧的火焰传播速度较液体燃料慢，使滞燃期和燃烧持续期长，很容易因为燃烧不完全，造成排放问题；特别是在低负荷时会导致HC和CO排放增多，在高负荷时使得NOx排放过高。
本发明的有益效果和技术特点是：
    利用本发明对天然气发动机燃料供给装置多次喷射进行控制而言，燃气喷射量及燃气喷气时刻对发动机燃气的燃烧及排放性能均有较为明显的影响，这主要是由于燃气喷射量及燃气喷气时刻决定了点火时刻气缸内的混合气浓度场分布；针对不同的发动机受负荷工况，以局部分层的方式，即以大范围内的均质混合气为基础，对火花塞周围混合气实施小范围内的局部加浓既可以保证稳定点火，又可以提高火焰传播速度，改善了着火的稳定性。
附图说明
图1是本发明提出的天然气发动机燃料供给装置第一次喷射天然气的状态示意图。
图2是本发明提出的天然气发动机燃料供给装置第二次喷射天然气的状态示意图。
图3是本发明提出的天然气发动机燃料供给装置第三次喷射天然气的状态示意图。
图4是本发明提出的天然气发动机燃料供给装置喷射天然气后在气缸内的混合气混合情况示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。
如图1、图2、图3及图4所示，天然气发动机燃料供给装置多次喷射控制方法，天然气发动机为四行程发动机，天然气发动机每一个工作循环分为四个阶段，包括进气行程、压缩行程、燃烧行程及排气行程，该天然气发动机燃料供给装置设置在进气门侧方，天然气与空气在气缸内混合燃烧；所述的燃料供给装置多次喷射控制是在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内调节燃料供给装置供给天然气的喷射次数和喷射量，具体来说，该燃料供给装置多次喷射控制方法的步骤如下：
1)在天然气发动机处于低负荷工作时，进行进气门两次喷射，即在发动机的进气行程过程中曲柄转角至1200时开始直至在发动机的排气行程过程中曲柄转角至600时为止范围内，喷嘴一共分为两次将天然气喷入气缸内，这样在远离火花塞的区域形成稀薄的可燃混合气，与在气缸内的近火花塞一端形成分层效应，当火花塞点火时，首先在火花塞周围浓的混合气区域形成较强的火焰，然后迅速传播到稀薄的混合气体区域，实现稳定燃烧；两次喷射在气缸中形成的混合气在火花塞下方成由浓到稀从近到远的分布，使得天然气发动机达到整体稀薄燃烧的目的；
喷射的时间控制在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内。
2)在天然气发动机处于中负荷工作时，进行进气门单次喷射，单次喷射在气缸中形成的混合气在火花塞下方形成均匀混合，实现均质燃烧，使得天然气发动机达到整体稀薄燃烧的目的；
喷射的时间控制在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内；
3)在高负荷工作时，进行进气道三次以上的喷射，即在发动机的进气行程过程中曲柄转角至1200时开始直至在发动机的排气行程过程中曲柄转角至600时为止范围内，喷嘴一共分为三次将天然气喷入气缸内，这样在远离火花塞的区域形成稀薄的可燃混合气，与在气缸内的近火花塞一端形成分层效应，当火花塞点火时，首先在火花塞周围浓的混合气区域形成较强的火焰，然后迅速传播到稀薄的混合气体区域，实现稳定燃烧；三次喷射在气缸中形成的混合气在火花塞下方呈现由浓到稀从近到远的分布，使得天然气发动机达到整体稀薄燃烧的目的；喷射的时间控制在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内。
在上述的实施例所述技术方案的基础上，优选地，所述的进气道每次喷射的天然气燃料的量是一定的，其数值与在每一个工作循环内需要喷射的天然气总量和喷射次数决定；天然气的喷射量为满足天然气着火的理论空燃比计算，通过高能火花塞点火燃烧；由于天然气燃烧的火焰传播速度较液体燃料慢，使滞燃期和燃烧持续期长，很容易因为燃烧不完全，造成排放问题；特别是在低负荷时会导致HC和CO排放增多，在高负荷时使得NOx排放过高。

Claims (2)

1.一种天然气发动机燃料供给装置多次喷射控制方法，天然气发动机为四行程发动机，天然气发动机每一个工作循环分为四个阶段，包括进气行程、压缩行程、燃烧行程及排气行程，该天然气发动机燃料供给装置设置在进气门侧方，天然气与空气在气缸内混合燃烧；其特征在于：所述的燃料供给装置多次喷射控制是在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内调节燃料供给装置供给天然气的喷射次数和喷射量，具体来说，该燃料供给装置多次喷射控制方法的步骤如下：
1)在天然气发动机处于低负荷工作时，进行进气门两次喷射，两次喷射在气缸中形成的混合气在火花塞下方成由浓到稀从近到远的分布，使得天然气发动机达到整体稀薄燃烧的目的；
喷射的时间控制在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内；
2)在天然气发动机处于中负荷工作时，进行进气门单次喷射，单次喷射在气缸中形成的混合气在火花塞下方呈现由浓到稀从近到远的分布，使得天然气发动机达到整体稀薄燃烧的目的；
喷射的时间控制在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内；
3)在高负荷工作时，进行进气道三次以上的喷射，三次喷射在气缸中形成的混合气在火花塞下方呈现由浓到稀从近到远的分布，使得天然气发动机达到整体稀薄燃烧的目的；喷射的时间控制在发动机活塞压缩行程上止点前2400曲轴转角到压缩行程上止点后2400曲轴转角范围内。
2.根据权利要求1所述的天然气发动机燃料供给装置多次喷射控制方法，其特征在于：所述的进气道每次喷射的天然气燃料的量是一定的，其数值与在每一个工作循环内需要喷射的天然气总量和喷射次数决定；天然气的喷射量为满足天然气着火的理论空燃比计算，通过高能火花塞点火燃烧；由于天然气燃烧的火焰传播速度较液体燃料慢，使滞燃期和燃烧持续期长，很容易因为燃烧不完全，造成排放问题；特别是在低负荷时会导致HC和CO排放增多，在高负荷时使得NOx排放过高。
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