CN110318900B - 一种缸内、进气岐管及预燃室混合供气的燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种缸内、进气岐管及预燃室混合供气的燃烧方法，根据发动机的不同工况，通过控制天然气在进气岐管低压喷射和缸内高压直喷中的供气比例，使缸内混合气呈浓度梯度的分层，通过控制低压燃气喷射阀和缸内高压直喷喷气阀的喷气规律，进一步控制缸内混合气的分层尺度。本发明通过在预燃室内安装单向阀供气、控制天然气在进气岐管低压喷射和缸内高压直喷中的供气比例、高压直喷喷气阀和低压燃气喷射阀的喷气规律，达到预燃室内混合气一定程度的加浓、缸内混合气具有理想的浓度分层的目的，从而实现天然气发动机各个工况下的稳定着火和快速分层燃烧，既提高了大型天然气发动机的工作效率又提高了其工作的稳定性。

Description

一种缸内、进气岐管及预燃室混合供气的燃烧方法
技术领域
本发明涉及的是一种发动机控制方法，具体地说是天然气发动机控制方法。
背景技术
大缸径天然气发动机多安装有预燃室来提高点火能量，由于天然气具有着火性差、火焰传播速度慢等问题,在大缸径的天然气发动机上，必须合理组织发动机缸内天然气的浓度分布来优化天然气发动机缸内的燃烧过程，从而实现高效低排放燃烧。
目前,大部分天然气发动机采用进气道内单次喷射天然气的供气方式。为了改善采用这种供气方式的天然气发动机的燃烧性能，部分专利如CN104500248A提出了在进气道内多次喷射天然气的方法，根据发动机的不同负荷，在进气道内提供不同浓度梯度的混合气进入气缸实现一定程度的分层燃烧，但无论采用进气道单次喷射还是多次喷射的方法，在混合气进入气缸后，受气流运动的影响，缸内混合气会出现随机分层的情况，容易导致较大燃烧循环变动。
为了改善天然气发动机的燃烧循环变动，一些天然气发动机采用缸内高压单次直喷的方法向缸内供气，通过控制喷气时刻、点火正时来实现缸内快速稳定的燃烧，但单次直喷缸内混合气的分层效果仍不理想，也无法根据发动机当前工况控制缸内混合气分层尺度。
发明内容
本发明的目的在于提供控制天然气在进气岐管低压喷射和缸内高压直喷中的供气比例、低压燃气喷射阀和缸内高压直喷喷气阀的喷气规律、火花塞的点火正时，达到带有预燃室的大型天然气发动机稳定点火和分层燃烧目的的一种缸内、进气岐管及预燃室混合供气的燃烧方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种缸内、进气岐管及预燃室混合供气的燃烧方法，其特征是：包括气缸、气缸盖、活塞、进气道，活塞与气缸盖之间形成浴盆形主燃室，气缸盖里设置缸内高压直喷喷气阀、单向阀、预燃室、火花塞，火花塞头部位于预燃室里，单向阀设置在预燃室上方并与预燃室相通，缸内高压直喷喷气阀的喷嘴位于浴盆形主燃室里，进气道里设置低压燃气喷射阀，预燃室底部设有三分叉燃气通道，三分叉燃气通道深入到浴盆形主燃室中；
根据发动机的不同工况，通过控制天然气在进气岐管低压喷射和缸内高压直喷中的供气比例，使缸内混合气呈浓度梯度的分层，通过控制低压燃气喷射阀和缸内高压直喷喷气阀的喷气规律，进一步控制缸内混合气的分层尺度。
本发明还可以包括：
1、(1)当天然气发动机处于低负荷工况时，缸内高压直喷喷气阀在进气门关闭至活塞运行到上止点前20° CA期间向缸内单次喷射天然气；高压直喷的天然气量占每循环耗气量的比例>60％，进气岐管喷射的天然气量占每循环耗气量的比例<30％；火花塞的点火正时控制在活塞上止点前25～35° CA间；
(2)当天然气发动机处于中负荷工况时，缸内高压直喷喷气阀在进气门关闭至活塞运行到上止点前20° CA期间向缸内单次喷射天然气；高压直喷的天然气量与进气岐管喷射的天然气量占每循环耗气量的比例相等；火花塞的点火正时控制在活塞上止点前20～30° CA间；
(3)当天然气发动机处于高负荷工况时，缸内高压直喷喷气阀在进气门关闭至活塞运行到上止点前20° CA期间向缸内进行两次等量的天然气喷射；高压直喷的天然气量占每循环耗气量的比例<30％，进气岐管喷射的天然气量占每循环耗气量的比例>60％；火花塞的点火正时控制在活塞上止点前10～20° CA间。
本发明的优势在于：本发明通过在预燃室内安装单向阀供气、控制天然气在进气岐管低压喷射和缸内高压直喷中的供气比例、高压直喷喷气阀和低压燃气喷射阀的喷气规律，达到预燃室内混合气一定程度的加浓、缸内混合气具有理想的浓度分层的目的，从而实现天然气发动机各个工况下的稳定着火和快速分层燃烧，既提高了大型天然气发动机的工作效率又提高了其工作的稳定性。
附图说明
图1为本发明的燃烧***示意图；
图2为缸内高压直喷与进气岐管低压喷射相结合的供气示意图；
图3为单向阀向预燃室供气的示意图；
图4为预燃室内高温燃气经三分叉燃气通道喷射到主燃室的示意图；
图5为发动机低负荷工况下缸内混合气大尺度分层示意图；
图6为发动机中负荷下缸内混合气小尺度分层示意图；
图7为发动机高负荷下缸内混合气的分层示意图。
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1-7，本发明一种采用缸内高压多次直喷、进气歧管低压喷射及预燃室低压进气混合供气的天然气发动机燃烧方法，其燃烧***组成包括：低压燃气喷射阀1、气缸盖2、单向阀3、预燃室4、火花塞5、三分叉燃气通道6、缸内高压直喷喷气阀7、活塞8、浴盆形主燃室9。为采用的某大缸径四冲程天然气发动机配备三套供气装置：安装在进气歧管上由低压燃气喷射阀1供气的第一套供气装置、安装在气缸盖2内的由高压直喷喷气阀7供气的第二套供气装置、安装在预燃室4上部由单向阀3供气的第三套供气装置；
低压燃气喷射阀1安装在发动机进气岐管内，在发动机工作过程中向进气岐管内单次喷射天然气，高压直喷喷气阀7为单孔结构并与缸盖下表面呈60°倾角安装在缸盖2内，其安装位置能够保证活塞运行到压缩上止点时其中轴线正对主燃室9的中心，在发动机的工作过程中单次或多次向缸内喷射天然气，单向阀3为压力单向阀，与缸盖上表面呈60°倾角安装在缸盖2内，在发动机进气阶段单方向向预燃室4供气；火花塞5与缸盖下表面呈120°倾角安装在预燃室4内；预燃室底部设有三分叉燃气通道6深入到主燃烧室中，防止缸内天然气过多的进入预燃室同时也能缩短火焰在主燃室内的传播距离。
根据发动机所处工况及时控制天然气在进气岐管低压喷射和缸内高压直喷中的供气比例,实现缸内气体一定浓度梯度的分层；通过对火花塞点火时刻的控制，适时点燃预燃室内一定浓度的混合气，保证发动机各负荷下点火的稳定性，从而实现大缸径天然气发动机的分层快速燃烧，不同负荷发动机的供气和点火策略如下：
(1)当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；高压直喷喷气阀7在进气门关闭至活塞运行到上止点前20° CA期间向缸内单次喷射天然气；高压直喷的天然气量占每循环耗气量的比例>60％，进气岐管喷射的天然气量占每循环耗气量的比例<30％；火花塞的点火正时控制在活塞上止点前25～35° CA间；此时缸内混合气呈浓度梯度较大的分层，采用这种浓度梯度较大的分层燃烧来提高发动机低负荷工况下缸内燃烧和火焰传播的稳定性，使燃烧更加充分。
(2)当天然气发动机处于中负荷工况时，高压直喷喷气阀7在进气门关闭至活塞运行到上止点前20° CA期间向缸内单次喷射天然气；高压直喷的天然气量与进气岐管喷射的天然气量占每循环耗气量的比例大致相等；火花塞的点火正时控制在活塞上止点前20～30° CA间；此时缸内混合气呈浓度梯度较小的分层，采用这种浓度梯度较小的分层燃烧能提高发动机中负荷工况下的工作效率。
(3)当天然气发动机处于高负荷工况时，天然气主要以进气歧管喷射的方式进入气缸；高压直喷喷气阀7在进气门关闭至活塞运行到上止点前20° CA期间向缸内进行两次等量的天然气喷射；高压直喷的天然气量占每循环耗气量的比例<30％，进气岐管喷射的天然气量占每循环耗气量的比例>60％；火花塞的点火正时控制在活塞上止点前10～20° CA间；此时缸内混合气呈大范围匀质、局部小浓度梯度的分层，采用这种分层燃烧效果能有效降低发动机的排放。
综上所述,该燃烧方法采用在所述大缸径天然气发动机的进气岐管内单次喷射天然气、主燃烧室内多次喷射天然气、预燃室内单向供气的供气策略,通过控制天然气在进气岐管低压喷射和缸内高压直喷中的供气比例、高压直喷喷气阀与低压喷气阀的喷气规律、火花塞的点火正时，实现大缸径天然气发动机缸内混合气的分层快速燃烧，该方法仅需对现有大型预燃室气体机稍加改造,产业化前景较好。

Claims (1)

1.一种缸内、进气岐管及预燃室混合供气的燃烧方法，其特征是：包括气缸、气缸盖、活塞、进气道，活塞与气缸盖之间形成浴盆形主燃室，气缸盖里设置缸内高压直喷喷气阀、单向阀、预燃室、火花塞，火花塞头部位于预燃室里，单向阀设置在预燃室上方并与预燃室相通，缸内高压直喷喷气阀的喷嘴位于浴盆形主燃室里，进气道里设置低压燃气喷射阀，预燃室底部设有三分叉燃气通道，三分叉燃气通道深入到浴盆形主燃室中；
根据发动机的不同工况，通过控制天然气在进气岐管低压喷射和缸内高压直喷中的供气比例，使缸内混合气呈浓度梯度的分层，通过控制低压燃气喷射阀和缸内高压直喷喷气阀的喷气规律，进一步控制缸内混合气的分层尺度；
(1)当天然气发动机处于低负荷工况时，缸内高压直喷喷气阀在进气门关闭至活塞运行到上止点前20°CA期间向缸内单次喷射天然气；高压直喷的天然气量占每循环耗气量的比例>60％，进气岐管喷射的天然气量占每循环耗气量的比例<30％；火花塞的点火正时控制在活塞上止点前25～35°CA间；
(2)当天然气发动机处于中负荷工况时，缸内高压直喷喷气阀在进气门关闭至活塞运行到上止点前20°CA期间向缸内单次喷射天然气；高压直喷的天然气量与进气岐管喷射的天然气量占每循环耗气量的比例相等；火花塞的点火正时控制在活塞上止点前20～30°CA间；
(3)当天然气发动机处于高负荷工况时，缸内高压直喷喷气阀在进气门关闭至活塞运行到上止点前20°CA期间向缸内进行两次等量的天然气喷射；高压直喷的天然气量占每循环耗气量的比例<30％，进气岐管喷射的天然气量占每循环耗气量的比例>60％；火花塞的点火正时控制在活塞上止点前10～20°CA间。
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