[发明专利]一种多次喷射天然气的发动机分层快速燃烧方法

说明书

本发明的目的在于提供一种多次喷射天然气的发动机分层快速燃烧方法，其系统包括进气道、排气道、低压天然气喷射阀、具有倾斜出口(单孔)的心形预燃室，以便气流在内形成滚流、火花塞、缸内高压直喷喷气阀以及主燃烧室。本发明采用进气道低压喷射和缸内高压直喷结合的方式供给天然气，针对发动机不同运行工况，通过调节每循环所需燃气总量在进气道喷射和高压直喷中所占的不同比例和缸内高压直喷喷气阀的喷气规律，可以在缸内由预燃室出口向外形成由浓到稀的混合气浓度分层，而火花塞附近也会形成混合气由浓到稀的分布，从而实现天然气发动机分层快速燃烧目的，保证了天然气发动机着火的稳定性，还能够提高发动机效率和降低排放。

技术领域

本发明涉及的是一种发动机控制方法，具体地说是天然气发动机燃烧控制方法。

背景技术

天然气在我国储量丰富,价格低廉,燃烧清洁,是一种非常适合作为传统内燃机替代燃料的新型能源。因此,天然气发动机以其优良的经济性为公众知晓。虽然天然气发动机使用经济、排放清洁,但天然气的主要成分是甲烷,其燃点比汽油和柴油都高,表现在燃烧过程中,就是火焰传播速度相对较慢,容易造成天然气在做功行程中燃烧不充分,从而影响天然气发动机的动力性。

大型天然气发动机多安装有预燃室，靠点燃预燃室内的混合气形成的高温燃气来点燃整个缸内的混合气，由于天然气着火稳定性能差及火焰传播速度慢, 在大缸径的天然气发动机上，决定了必须改变发动机缸内天然气的浓度分布, 从而改善天然气发动机缸内的燃烧效果。

目前,大部分天然气发动机的燃料供给方式是在进气道内安装一套天然气供气装置，采用进气道内单次喷射天然气并预混的方式,在这种方式下为了改善天然气发动机的燃烧性能，部分专利如CN104500248A采用了在进气道内多次喷射天然气的方法，根据发动机的不同负荷，在进气道内提供不同浓度梯度的混合气进入气缸实现一定程度的分层燃烧，但无论采用进气道单次喷射还是多次喷射的方法，由于气流的运动，在混合气进入气缸后，单次喷射会使混合气整体呈现上稀下浓的分布,多次喷射会使混合气整体呈现上浓下稀的分布，都存在大量局部过浓或过稀的区域，这种受气流运动的影响而导致的混合气随机分层的情况，是影响天然气火焰传播稳定性的一大原因。

为了使混合气能够充分地燃烧，以MAN公司为代表，有少部分天然气发动机采用缸内高压直喷的方法单次向气缸内喷入天然气，通过对喷气时刻和点火时刻的配合控制，缩短燃气在缸内的扩散时间，保证在点火时，缸内混合气整体呈现上浓下稀的分布，而国内这种缸内直喷燃料技术目前多应用在双燃料发动机或者汽油机中，如专利CN105041512A、CN1455079A；尽管缸内直喷能有效降低气流运动的影响，但是缸内单次直喷无法实现缸内多尺度的分层快速燃烧，也无法适时调整符合发动机当前工况下的混合气浓度梯度，仍然存在天然气燃烧不完全的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供由浓混合气引燃稀混合气的着火形式,从而大大缩短火焰传播距离,改善发动机的着火稳定性并实现清洁排放的一种多次喷射天然气的发动机分层快速燃烧方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种多次喷射天然气的发动机分层快速燃烧方法，其特征是：包括气缸、气缸盖、活塞、进气道，活塞与气缸盖之间形成ω型主燃烧室，气缸盖里设置缸内高压直喷喷气阀、高压天然气供气管路、心形预燃室、火花塞，火花塞头部位于心形预燃室，高压天然气供气管路连通缸内高压直喷喷气阀，缸内高压直喷喷气阀为单孔结构并倾斜设置，其倾斜角度使得缸内高压直喷喷气阀的燃气射流喷射到ω型主燃烧室的中心凸起上，心形预燃室的出口具有倾斜角度，使得心形预燃室的燃气射流倾斜地喷射到ω型主燃烧室的中心凸起上，进气道里设置低压燃气喷射阀；

低压燃气喷射阀在进气阀开启至进气阀关闭期间单次喷射天然气，天然气与空气在进气道内初步混合后进入气缸；缸内高压直喷喷气阀在进气阀关闭至活塞运行到上止点前10℃A期间进行至少两次等量或不等量的天然气喷射；两种供气方式供气量的具体控制方案如下：