[发明专利]天然气发动机气缸内混合气分层控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种天然气发动机气缸内混合气分层控制方法，用在电控稀燃天然气发动机上。

背景技术：

天然气发动机通常采用两种燃烧方式：一种是理论空燃比，一种是稀薄燃烧方式。中重型天然气发动机采取理论空燃比燃烧方式会使方动机热负荷过高而难以达到高功率的要求，同时，发动机的排放很难达到欧III标准。采用稀薄燃烧方式的天然气发动机可以保持与柴油机接近的热负荷，发动机可以做到大功率要求。为实现稀薄燃烧，需要具有稳定的点火能力和较高的火焰传播速度。采用分层燃烧系统是扩大稀燃熄火极限的最有效的方式。在汽油机基础上开发的天然气发动机，燃烧室布置在气缸盖上、气门与气缸中心线有一定的角度，混合气在缸内形成很强的滚流，只要合理地组织纵向滚流，与喷气定时巧妙结合，可以实现缸内混合气由上到下由浓到稀的分层分布。但是在柴油机的基础上开发而成的天然气发动机，保持了原柴油机的平底气缸盖，燃烧室布置在活塞顶部，气门与气缸中心线平行布置在气缸盖上。发动机只能通过增加活塞挤气面积提高缸内挤流，气缸内混合气为由上而下由稀到浓的分布。在公知技术中，对于采用平底气缸盖的天然气发动机分层燃烧的研究未见报道。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种天然气发动机气缸内混合气分层控制方法，是对于采用平底气缸盖、燃烧室布置在活塞顶部的电控天然气发动机，通过合理推迟天然气喷气时刻，使气缸内混合气由自上而下由稀到浓的逆分层实现气缸内混合气自上而下由浓到稀的弱分层分布，这种弱分层分布使火花塞处因混合气较浓实现可靠点火和稳定燃烧，提高稀燃极限。

本发明的技术方案是这样实现的：天然气发动机气缸内混合气分层控制方法，其特征在于：采用平底气缸盖、燃烧室布置在活塞顶部的电控天然气发动机，通过合理推迟发动机各工况的天然气喷气时刻，使气缸内混合气实现自上而下由浓到稀的弱分层分布。其具体的步骤为：第一步，根据发动机转数和负荷，确定发动机各工况下的天然气喷气时刻A。第二步，采用CFD计算方法，计算天然气喷气时刻分别为A、在A基础上推迟12°CA、24°CA和40°CA时，各工况的发动机缸内混合气浓度场、温度场等，从缸内混合气浓度场计算结果可以发现，随着天然气喷气时刻的推迟，气缸内混合气由自上而下由稀到浓的逆分层逐渐变化到气缸内混合气自上而下由浓到稀的弱分层分布。将缸内混合气由逆分层到弱分层的天然气喷气时刻加5°CA～10°CA作为天然气喷气时刻基础脉谱图。第三步，在发动机台架上进行电控标定时，通过试验测得发动机的功率、天然气消耗量、排放值、过量空气系数等参数。第四步，综合判断这些值是否达到开发目标，如达到开发目标，则确定该天然气喷气时刻为最终值。如达不到开发目标，对天然气喷气时刻进行进一步调整后，重复第三步工作，直到该工况的性能满足要求。

第五步，对于发动机各工况，按照以上四个步骤分别确定各工况下的天然气喷气时刻，从而确定出天然气喷气时刻脉谱图。

本发明的积极效果在于通过合理推迟天然气喷气时刻，使气缸内混合气由自上而下由稀到浓的逆分层实现气缸内混合气自上而下由浓到稀的弱分层分布，使发动机燃烧稳定，扩大稀燃熄火极限，有效控制发动机排放。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明做进一步的描述：CA6SE1系列天然气发动机即使用本发明的气缸内混合气分层控制方法，对某些工况通过推迟天然气喷气时刻，使缸内混合气形成了所希望的由上到下由浓到稀的弱分层分布。其具体步骤为：第一步，根据发动机转数和负荷，确定发动机各工况下的天然气喷气时刻A。第二步，采用CFD计算方法，计算天然气喷气时刻分别为A、在A基础上推迟12°CA、24°CA和40°CA时，各工况的发动机缸内混合气浓度场和温度场等，从缸内混合气浓度场计算结果可以发现，随着天然气喷气时刻的推迟，气缸内混合气由自上而下由稀到浓的逆分层逐渐变化到气缸内混合气自上而下由浓到稀的弱分层分布。将缸内混合气由逆分层到弱分层的天然气喷气时刻加5°CA～10°CA作为天然气喷气时刻基础脉谱图。第三步，在发动机台架上进行电控标定时，通过试验测得发动机的功率、天然气消耗量、排放值、过量空气系数等参数。第四步，综合判断这些值是否达到开发目标，如达到开发目标，则确定该天然气喷气时刻为最终值。如达不到开发目标，对天然气喷气时刻进行进一步调整后，重复第三步工作，直到该工况的性能满足要求。

第五步，对于发动机各工况，按照以上四个步骤分别确定各工况下的天然气喷气时刻，从而确定出天然气喷气时刻脉谱图。