[发明专利]稀燃天然气发动机燃气喷射方法

说明书

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，更具体地说，它涉及一种稀燃天然气发动机燃气喷射方法。

背景技术

能源的匮乏和全球环境的恶化已成为世界关注的焦点。随着科技的进步和社会的发展，世界汽车保有量逐年增加，并占用了大量有限的石油储备资源，同时加大了对大气的污染程度。“节能减排”是我国的基本国策；是贯彻落实科学发展观，构建社会主义和谐社会的重大举措。为此，国务院于2007年11月22日颁发了《国家环境保护“十一五”规划》，其中明确指出“大力开发和使用节能型和清洁燃料汽车，降低机动车污染物排放”。

天然气发动机以其排放特性好(几乎不产生微粒排放)、资源较为丰富、辛烷值高等优点，而得到了高度重视。为了充分提高天然气发动机的热效率及改善排放，人们就天然气发动机稀薄燃烧技术进行了深入地研究。过量的空气可以提高燃烧终了混合气的绝热指数，有利于提高膨胀功；并且空气充足也使得燃烧效率提高；稀燃可以降低缸内的热负荷，允许采用更高的压缩比来提高热效率。但是必须妥善解决火焰传播速度慢的缺点，才能使稀燃技术得到充分的发展。

重型天然气发动机多是在柴油机的基础上开发的，由于天然气发动机的燃料供给方式和着火方式与柴油机有着本质的不同。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差及火焰传播速度慢，决定了必须优化缸内混合气浓度场分布，来改善点燃式稀燃天然气发动机的燃烧过程。

目前进气道喷射火花点燃式天然气发动机的供气方法多为单次喷射。研究结果表明，采用单次喷射的喷气方法使得点火时刻缸内混合气呈现上稀下浓的分布，这不利于混合气的可靠点火和稳定燃烧，也不利于提高稀燃极限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种稀燃天然气发动机燃气喷射方法。旨在通过采用燃气两次喷射的喷气方法，优化缸内混合气浓度场的分布，改善发动机的着火稳定性，从而提高进气道喷射点燃式稀燃天然气发动机的燃烧热效率。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：将天然气发动机每一个工作循环所需要的天然气量分成两份，按比例、按速度、按时间分第一与第二两次由进气道向缸内进行喷射：

第一次喷射在气缸中形成大范围均质混合气体，第二次喷射在气缸中实现混合气浓度局部分层，第一次喷射的天然气量与第二次喷射的天然气量之比为4.7∶1，速度之比为1∶2，第一次喷射的开始时间在进气上止点前30度曲轴转角至进气上止点后30度曲轴转角，第二次喷射在进气上止点后100度至160度曲轴转角之间开始喷射。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

对原机在1450r/min，100％load工况点的工作过程进行了模拟分析。

通过数值模拟研究表明，对于稀燃电控多点喷射天然气发动机而言，燃气喷射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。这主要是由于喷气时刻决定了点火时刻缸内的混合气浓度场分布。分析结果表明，采取原来的单次喷射的喷气方法使得点火时刻缸内混合气呈现上稀下浓的分布，这不利于混合气的可靠点火和稳定燃烧，也不利于提高稀燃极限。局部分层，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的局部加浓这种混合气分布情况既可以保证稳定点火，又可以提高稀燃极限。

本发明所提出的两次喷射的喷气方法即可以实现这种局部分层。并利用商用数值模拟软件STAR-CD，模拟了发动机采用两次喷射方法时缸内混合气形成和燃烧过程。

两次喷射的具体方案是在原机上，将每循环所需的天然气量分作两部分，比例为4.7∶1，分别在不同时间，采用不同的速度喷射。一部分是在进气上止点前30度曲轴转角至进气上止点后30度曲轴转角之间开始喷射，喷射持续期为94度曲轴转角；另一部分是在进气上止点后100度至160度曲轴转角之间开始喷射，喷射持续期为19度曲轴转角。

根据发动机不同运转工况确定第一次喷射与第二次喷射的具体喷射时间。

由于第二次喷射时，进气门开度较小，因此以首次喷射两倍的速度进行喷射，以使天然气随气流快速进入气缸。第一次喷气的目的在于在气缸中形成大范围的均质混合气。第二次喷气则要求在火花塞周围形成易于点火并形成初期燃烧火焰团的局部浓混合气。控制第二次喷射的燃气量，可以调节火花塞附近的可燃混合气的浓度。

模拟的工况点为1450r/min、100％负荷，在压缩上止点前12度曲轴转角开始点火。下面为描述方便，将采用原机喷气方法的工况称为原机，将采用两次喷射方法的工况称为两次喷射。