[发明专利]一种带有预燃室低压供气和缸内高压直喷的天然气发动机燃烧组织方法

说明书

本发明的目的在于提供一种带有预燃室低压供气和缸内高压直喷的天然气发动机燃烧组织方法，高压燃气喷射装置倾斜安装在缸盖上，在压缩冲程末喷射的气体在缸内形成浓度梯度分布；预燃室位于主燃室正上方，火花塞倾斜安装在预燃室左上方；低压单向供气阀安装在预燃室顶部，在进气冲程向预燃室内供气，与压缩冲程被挤入预燃室的空气形成可燃混合气并由火花塞点燃，火焰进入主燃室引燃缸内混合气；低负荷时，控制单向供气阀供气压力为4‑6bar；(2)高负荷时，控制单向供气阀供气压力为8‑10bar。本发明通过调节单向阀内的供气压力保证不同工况下的点火稳定性，通过缸内直喷实现缸内稀混合气的浓度分层和快速燃烧，从而提升发动机的经济性和排放性。

技术领域

本发明涉及的是一种燃烧控制方法，具体地说是天然气发动机燃烧控制方法。

背景技术

天然气是一种储量丰富、排放清洁的绿色燃料，在发动机领域将其作为石油的替代燃料，能有效改善目前能源短缺和环境污染的困境。

天然气发动机按供气方式可分为缸外供气和缸内供气，缸外供气方式分为进气总管单点进气和进气歧管多点进气，单点进气方式会不可避免的出现天然气大量逃逸，不仅造成碳氢大量排放，而且不利于改善燃料经济性，多点进气方式虽可减少天然气逃逸，但是这种方式对阀件要求高，维修成本高，不利于发动机的整体经济性，而且各缸浓度的均匀性不易控制，易出现爆震和失火现象。这两种方式都会因为天然气占用一部分体积，导致进气效率降低。

缸内供气又分为缸内高压喷射供气和缸内低压喷射供气，低压喷射供气虽能解决天然气占用体积导致进气效率降低的问题，但是由于发动机充量需要节气门的节流作用来调节，导致中低负荷时节流损失大，而缸内高压直喷是以较高的喷射压力将天然气喷入气缸内，能有效解决缸外喷射和缸内低压喷射带来的充气效率不足、动力性下降等问题，具有较高的热效率，因而具有良好的动力性，此外在高压缸内直喷发动机中，天然气不参与压缩行程，因此不存对其抗爆性的要求，所以可靠性较高。

为了更好的发挥天然气的排放优势，天然气发动机通常会在较稀的混合气下工作，但是天然气的主要成分甲烷燃点较高，燃烧过程中火焰传播速度较慢，稀混合气容易出现失火及爆震现象，为了解决这些问题一般采用带有火花塞的预燃室式结构，这种结构能够保证较大的点火能量，不仅能改善失火及爆震问题，还能拓宽天然气发动机稀燃极限。

现阶段多数天然气发动机均由柴油机或汽油机改装而来，这种改装的天然气发动机大部分采用缸外供气的方式，由于天然气常温下呈现气态的性质，会占用部分体积，导致大部分改装的天然气发动机都存在动力性下降的问题。

缸内高压直喷技术是目前天然气发动机领域的最新技术，在专利方面已有不少成果，如专利CN105888858A申请了一种单喷嘴直喷气液燃料点燃式内燃机及控制方法，其中提出了解决高压气体喷射时喷嘴的润滑与散热问题的方法；专利CN101749136A申请了电控燃气缸内直喷发动机，其供气方式采用缸内高压直喷；专利CN204572248U申请了一种船用发动机燃料供给装置，对高压燃气供气装置结构进行了详细描述；在天然气发动机预燃室研究方面，有的专利对预燃室供气装置进行了研究如CN105422256A，这种供气装置同时对预燃室和主燃室供气，还有专利对预燃室单向供气阀进行了研究如CN205446824U，详细介绍了适用于预燃室式的单向供气阀结构。而这些专利均未对预燃室和主燃室内混合气形成、合理组织燃烧以及预燃室火焰稳定的向主燃室传播等问题进行详细研究。

发明内容

本发明的目的在于提供通过调节单向阀内的供气压力保证不同工况下预燃室内都能形成浓度合理混合气的一种带有预燃室低压供气和缸内高压直喷的天然气发动机燃烧组织方法。

本发明的目的是这样实现的：