[发明专利]一种天然气发动机的燃烧控制方法及控制系统

说明书

本发明公开了一种天然气发动机的控制方法及控制系统，该控制方法中发动机高负荷工况时，在发动机一个工作循环内实现了天然气的活性压燃和扩散燃烧的有机结合。由于天然气活性压燃热效率高于扩散燃烧，使这种燃烧方式的热效率高于现有天然气缸内高压直喷扩散燃烧方式，天然气活性压燃属于低温燃烧范畴，可以同时减少NOx和碳烟排放，使这种燃烧方式的排放也优于天然气扩散燃烧方式；该新型燃烧方式燃烧后期耦合了扩散燃烧，降低了大负荷时的放热速度和压力升高率，同样消除了爆震的限制，可以继续采用与柴油机同样的压缩比，标定过程中合理调整活性压燃的权重，使其可以拓宽运行在发动机大负荷点。

技术领域

本发明涉及天然气发动机燃烧技术领域，具体涉及一种天然气发动机的燃烧控制方法及控制系统。

背景技术

近些年来，大面积的雾霾天气对广大居民的生产生活带来了很大的影响，危害人们的健康。其中，机动车排放的颗粒是城市雾霾的主要来源之一。

机动车根据其燃料的不同，主要包括柴油(汽油)机动车和天然气机动车两种。其中天然气机动车以天然气为燃料，由于天然气中甲烷不含碳链，燃烧过程中生成的碳烟相对少，因此机动车采用天然气为燃料可以有效控制排放，对缓解环境污染具有重要意义。

传统天然气发动机压缩比的提高受爆震的限制，同时由于天然气的燃烧速度慢，使传统燃烧方式的天然气发动机热效率及动力性都低于同排量的柴油机。

为了提高天然气发动机热效率及动力性，目前最采用的方式为在压缩上止点附近喷入少量柴油，然后天然气喷入引燃柴油火焰中，天然气被喷入的柴油引燃实现天然气的扩散燃烧，这种燃烧方式的天然气发动机不受爆震的控制，其热效率和动力性接近同排量柴油水平。

研究表明上述喷入柴油的天然气燃烧方法，其天然气在燃烧过程中仍然存在燃料的过浓区，同样生成一定量的碳烟，尾气中的PM(英文为Particulate Matter，中文为固体悬浮颗粒质量，简称PM)和PN(英文为Particulate Number，中文为固体悬浮颗粒数量，简称PN)虽然远低于柴油机，但要达到严格的EuroⅥ排放标准，后处理系统需要与柴油同样的配置，成本较高。

发明内容

本发明提供了一种天然气发动机的燃烧控制方法，该控制方法包括以下内容：根据天然气发动机当前工况参数，判断天然气发动机的运行工况并计算天然气发动机该工况下所需天然气和引燃柴油的总喷射量；

当所述运行工况为高负荷工况时，配置所述总喷射量成三部分：压燃天然气喷射量、引燃柴油喷射量和扩散燃烧天然气喷射量；

在所述天然气发动机压缩冲程初期，将所述压燃天然气喷射量的天然气喷射于燃烧腔室与其内部空气混合；在压缩上止点附近位置或较大柴油喷射提前角将所述引燃柴油喷射量的柴油喷射至所述燃烧腔室引燃预先喷射的天然气，隔预定时间后再将所述扩散燃烧天然气喷射量的天然气喷射至所述燃烧腔室；

其中所述压缩冲程初期是以自进气门关闭曲轴至少转过10度时位置为始点。

本发明中高负荷工况时，在发动机一个工作循环内实现了天然气的活性压燃和扩散燃烧的有机结合。由于天然气活性压燃热效率高于扩散燃烧，使这种燃烧方式的热效率高于现有天然气缸内高压直喷扩散燃烧方式，天然气活性压燃属于低温燃烧范畴，可以同时减少NOx和碳烟排放，使这种燃烧方式的排放也优于天然气扩散燃烧方式；独立的天然气活性压燃方式由于受压力升高率的限制使用范围较窄，不同应用于高负荷工况，该新型燃烧方式燃烧后期耦合了扩散燃烧，降低了高负荷时的放热速度和压力升高率，同样消除了爆震的限制，可以继续采用与柴油机同样的压缩比，标定过程中合理调整活性压燃的权重，使其可以拓宽运行在发动机大负荷点。

可选的，所述总喷射量计算完成后，在天然气发动机燃烧过程中依照以下原则优化压燃天然气喷射量、引燃柴油喷射量和扩散燃烧天然气喷射量三者的分配量：