[发明专利]一种采用喷射阀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，特别是一种采用喷射阀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。

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，提供一种采用喷射阀提高天然气发动机压缩着火性能的方法，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：

一种采用喷射阀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，在副燃烧室内喷涂隔热陶瓷并设置天然气喷射阀，在压缩行程初期向副燃烧室喷射天然气，使副燃烧室内燃料首先着火燃烧，实现对主燃烧室内燃料的引燃作用。

所述发动机的主副燃烧室，利用S195柴油机的涡流室式燃烧室，改造涡流副燃烧室，发动机缸盖上设有一个用于安装天然气喷射阀的倾斜的天然气喷射阀安装孔并与副燃烧室相通，同时在主燃烧室和副燃烧室之间采用设有贯穿通道的涡流室镶块，天然气喷射阀安装孔的位置与原柴油喷油器的位置相同，其中心线与副燃烧室的垂直中心线的夹角为20度，天然气喷射阀安装孔上部为直径25mm、高24mm圆柱型螺纹孔，下部为直径14mm圆柱型孔，下部的圆柱型孔与副燃烧室相贯通，天然气喷射阀与天然气喷射阀安装孔通过螺纹密封连接；涡流室镶块外型为阶梯状圆柱体结构，由三个不同直径的圆柱体构成，自上而下三个圆柱体分别为高6.5mm、直径36mm，高8mm、直径32mm和高8mm、直径40mm，涡流室镶块内部中心设有顶部的圆柱型孔和与之相通的半球型涡流室底，顶部的圆柱型孔直径为30mm、高4mm，半球型涡流室底的直径为26mm，涡流室镶块底边设有两个圆孔通道，其中一个圆孔通道为启动孔，其中心线下端距镶块垂直中心线下端15mm、与镶块垂直中心线的夹角为30度、直径为3mm，另一个圆孔通道为涡流室通道，其中心线下端距镶块垂直中心线下端7mm、与镶块垂直中心线的夹角为40度、直径为8-12mm，涡流室镶块与发动机缸盖通过过盈配合固定。

所述发动机的压缩比为19-21。

所述隔热陶瓷为氧化锆陶瓷，喷涂厚度为1.2㎜。

所述天然气喷射阀为贵州红华公司生产的SP系列气体喷射阀，喷射的天然气在压缩上止点前180-120度曲轴转角范围内喷射，喷射压力为5.5-6.5Mpa，供气数量以喷射阀开启持续时间计为60-180度曲轴转角范围内。

本发明的技术分析：

内燃机工作过程包括吸气过程，压缩过程，着火燃烧做功过程和排气过程，共4个过程。通常一台内燃机做功单元的重要部件为燃烧室，燃烧室由圆柱型缸套内侧、活塞顶部和缸盖底面所围成的空间组成，缸套上方为气缸盖，活塞在缸套内作往复运动。活塞在缸套内由上向下运动，将环境空气吸入为吸气行程；活塞由下向上运动将吸入的空气压缩为压缩行程；压缩行程终点喷入燃料实现着火燃烧，所产生的高温高压气体推动活塞向下运动对外做功，称为着火燃烧做功行程；燃烧后产生的废气由活塞由下向上运动推出气缸，称为排气行程。