[发明专利]一种采用助燃剂提高天然气发动机压缩着火性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机设计及燃烧技术领域，特别是一种采用助燃剂提高天然气发动机压缩着火性能的燃烧系统。

背景技术

受我国汽车保有量大幅增加等因素的影响，2011年前5个月我国原油对外依存度首度超过美国，而其中90%新增原油需求来自汽车产业，直接干扰国家能源安全战略。为此高效清洁使用气体燃料作为汽油、柴油的替代燃料，将大大降低汽车产业等对原油的过度依赖，而开发气体燃料清洁高效的燃烧技术是推广气体燃料发动机应用的关键。在已应用的替代燃料中压缩天然气所占比例最高，分布的国家最广。

与点燃式发动机相比较，压燃式发动机具有压缩比高的特点，有利于提高发动机热效率和燃料经济性。但是压缩天然气等燃料由于自燃温度高，在通常条件下很难实现稳定的压缩着火燃烧，必须借助某些特殊的技术手段，如在发动机气缸内设置点火用的电热塞，采用绝热燃烧室。但是，适用于高自燃点温度的高热值电热塞的开发还存在很多困难，特别是电热塞最高工作温度值和长期工作的可靠性方面还没有明显突破，距离商业化使有待时日。绝热燃烧室研究虽然自上世纪六七十年代就已开始，特别是美国德士古公司做了大量研究工作，但是高温用工业陶瓷的研制和发动机全陶瓷的使用同样也面临很多困难，如陶瓷发动机的润滑、陶瓷的抗疲劳强度、高温条件下燃油燃烧的有效组织等，使得绝热发动机的优势还未完全发挥出来。

此外，利用燃料助燃添加剂同样可改善气体燃料压缩着火的可靠性，利用压缩行程末期喷入的一定数量的助燃添加剂，由于助燃剂着火性能好，首先在缸内形成着火源，相当于数量和能量被急剧放大的电热塞，对提高气体燃料点火可靠性效果非常突出，此项技术已成为各发动机研究与生产单位的关注重点。但是，助燃添加剂的数量和所占比例通常较小，为保证助燃添加剂可靠着火，适用条件较为苛刻：助燃添加剂必须在着火前完成与空气混合，且混合气浓度满足着火燃烧的需要；缸内温度达到或超过添加剂自燃温度。在开式燃烧室中，由于燃烧室空间统一，燃料喷入气缸后会迅速扩散，为了在燃料扩散前着火，必须将助燃剂的喷射时刻向压缩行程终点靠近，而此时缸内压力高，为保证助燃添加剂能够进入气缸必须采用高压喷射装置，如美国西岸开发的双燃料高压喷射装置，可在压缩行程终点附近分别喷射压缩天然气和助燃剂柴油，利用两种燃料的喷射角度不同，实现了缸内燃料分层和天然气的可靠点火。这种燃料喷射装置已在欧美重型货车上得到使用，但是由于结构复杂，价格高，还没有得到普遍推广。中国潍柴公司开发的双燃料发动机利用气缸盖内设置的预燃室结构，实现了大缸径天然气发动机的可靠点火燃烧。由于预燃室内部须设置天然气和柴油两套燃料供给装置，故预燃室的结构尺寸较大，在中小型缸径的发动机中使用受到限制，目前专门针对中小型机的气体燃料压缩着火辅助装置还未见到。针对压缩天然气、沼气、氢气等高自燃点气体燃料，实现其可靠的压缩着火必须探索内燃机新的燃烧技术，并结合内燃机结构改进和设计，开发出新型的燃烧系统才能实现。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术分析和存在问题，提供一种采用助燃剂提高天然气发动机压缩着火性能的方法，利用涡流室内助燃添加剂的引燃作用，给主燃烧室提供比普通火花塞高很多的超高能点火能量，实现天然气发动机压缩着火和快速燃烧。

本发明的技术方案：

一种采用助燃剂提高天然气发动机压缩着火性能的方法，发动机采用高压缩比的主副燃烧室结构，副燃烧室设置助燃剂喷射阀，在压缩行程上止点前喷射助燃添加剂，使副燃烧室内燃料首先着火燃烧，实现对主燃烧室内燃料混合气的引燃作用。