天然氣發(fā)動機燃料供給裝置多次噴射控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種天然氣發(fā)動機的燃?xì)獾膰娚浞椒?，尤其是天然氣發(fā)動機燃料供給裝置多次噴射控制方法。該方法包括天然氣發(fā)動機為四行程發(fā)動機，天然氣發(fā)動機每一個工作循環(huán)分為四個階段，該天然氣發(fā)動機燃料供給裝置設(shè)置在進(jìn)氣門側(cè)方，天然氣與空氣在氣缸內(nèi)混合燃燒；所述的燃料供給裝置多次噴射控制是在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前2400曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后2400曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)調(diào)節(jié)燃料供給裝置供給天然氣的噴射次數(shù)和噴射量。利用本發(fā)明針對不同的發(fā)動機受負(fù)荷工況，以局部分層的方式保證了發(fā)動機穩(wěn)定點火，提高了火焰?zhèn)鞑ニ俣?，改善了著火的穩(wěn)定性。
【專利說明】天然氣發(fā)動機燃料供給裝置多次噴射控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天然氣發(fā)動機的燃?xì)獾膰娚浞椒ǎ绕涫翘烊粴獍l(fā)動機燃料供給裝置多次噴射控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著我國汽車保有量的大幅提高，已經(jīng)占據(jù)了大量有限的石油資源，也加劇了空氣污染程度，對我國的石油資源和環(huán)境提出了雙重挑戰(zhàn)。隨著節(jié)能減排的呼召和倡導(dǎo)，需要大力開發(fā)和使用節(jié)能型和清潔燃料的汽車，降低機動車污染物排放。
[0003]天然氣被世界公認(rèn)為最為現(xiàn)實和技術(shù)上比較成熟的車用汽油、柴油的代用燃料，其排放特性好，幾乎不產(chǎn)生微粒排放，這種燃料與汽油、柴油相比，可大幅度降低一氧化碳、二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等的排放，并且沒有苯，鉛等致癌和有毒物質(zhì)危害人體健康，天然氣汽車發(fā)動機得到了高度重視。
[0004]天然氣在我國儲量豐富，價格低廉，燃燒清潔，是一種非常適合作為傳統(tǒng)內(nèi)燃機的替代燃料的新型能源。因此，天然氣發(fā)動機以其優(yōu)良的經(jīng)濟性和排放清潔為公眾知曉。雖然天然氣發(fā)動機使用經(jīng)濟、排放清潔，但天然氣的主要成分是甲烷(￠:?)，因此其化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，表現(xiàn)在燃燒過程中，就是誘導(dǎo)期增長，天然氣燃點為6501比汽油高(汽油燃點為4271 ),并且火焰?zhèn)鞑ニ俣缺绕吐?，容易造成天然氣在做功行程中燃燒不充分，影響天然氣發(fā)動機的動力性和排放。
[0005]為了充分提高天然氣發(fā)動機的動力性能及改善排放，人們就天然氣發(fā)動機的燃燒規(guī)律進(jìn)行深入研究，過量空氣可以提高燃料燃燒充分性，同時需要解決火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷膯栴}，才能保證天然氣燃燒的充分性及發(fā)動機的動力穩(wěn)定性。雖然重型天然氣發(fā)動機多是在柴油機的基礎(chǔ)上開發(fā)的，但是由于一般的天然氣發(fā)動機與柴油機在燃料的供給裝置和著火方式有著本質(zhì)不同，天然氣發(fā)動機多為進(jìn)氣道噴射火花點燃，而天然氣發(fā)動機著火穩(wěn)定性能差及火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?，決定了必須改變發(fā)動機活塞缸內(nèi)天然氣的濃度分布，從而改善天然氣發(fā)動機在發(fā)動機缸內(nèi)的燃燒效果。
[0006]目前，傳統(tǒng)的天然氣發(fā)動機燃料供給方式是在進(jìn)氣門側(cè)方安裝天然氣噴嘴并對進(jìn)氣門內(nèi)進(jìn)行單次噴射，采用單次噴射的噴射方法使得點火時氣缸內(nèi)混合氣體呈現(xiàn)上稀下濃的分布，在點火燃燒時，天然氣燃燒的火焰不能穩(wěn)定傳播，燃燒不充分，影響發(fā)動機的動力性能和清潔排放。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供天然氣發(fā)動機燃料供給裝置多次噴射控制方法，該方法是在傳統(tǒng)進(jìn)氣門內(nèi)單次噴射的基礎(chǔ)上，在不同工作負(fù)荷下，在壓縮上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮上止點后240°曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)通過調(diào)節(jié)天然氣的噴射次數(shù)和噴射量，使得天然氣發(fā)動機的著火方式變?yōu)橛蓾饣旌蠚庖枷』旌蠚獾男问剑M(jìn)而達(dá)到天然氣整體稀薄燃燒的目的，改善發(fā)動機的著火穩(wěn)定性能和清潔排放，使天然氣燃料混合的更加均勻，發(fā)揮天然氣發(fā)動機的更高效率。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
天然氣發(fā)動機燃料供給裝置多次噴射控制方法，天然氣發(fā)動機為四行程發(fā)動機，天然氣發(fā)動機每一個工作循環(huán)分為四個階段，包括進(jìn)氣行程、壓縮行程、燃燒行程及排氣行程，該天然氣發(fā)動機燃料供給裝置設(shè)置在進(jìn)氣門側(cè)方，天然氣與空氣在氣缸內(nèi)混合燃燒；所述的燃料供給裝置多次噴射控制是在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后240°曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)調(diào)節(jié)燃料供給裝置供給天然氣的噴射次數(shù)和噴射量，具體來說，該燃料供給裝置多次噴射控制方法的步驟如下:
1)在天然氣發(fā)動機處于低負(fù)荷工作時，進(jìn)行進(jìn)氣門兩次噴射，兩次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方成由濃到稀從近到遠(yuǎn)的分布，使得天然氣發(fā)動機達(dá)到整體稀薄燃燒的目的；
噴射的時間控制在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后240°曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)。
[0009]2)在天然氣發(fā)動機處于中負(fù)荷工作時，進(jìn)行進(jìn)氣門單次噴射，單次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方呈現(xiàn)由濃到稀從近到遠(yuǎn)的分布，使得天然氣發(fā)動機達(dá)到整體稀薄燃燒的目的；
噴射的時間控制在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后240°曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)；
3)在高負(fù)荷工作時，進(jìn)行進(jìn)氣道三次以上的噴射，三次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方呈現(xiàn)由濃到稀從近到遠(yuǎn)的分布，使得天然氣發(fā)動機達(dá)到整體稀薄燃燒的目的；噴射的時間控制在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后240 0曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步，所述的進(jìn)氣道每次噴射的天然氣燃料的量是一定的，其數(shù)值與在每一個工作循環(huán)內(nèi)需要噴射的天然氣總量和噴射次數(shù)決定；天然氣的噴射量為滿足天然氣著火的理論空燃比計算，通過高能火花塞點火燃燒；由于天然氣燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣容^液體燃料慢，使滯燃期和燃燒持續(xù)期長，很容易因為燃燒不完全，造成排放問題；特別是在低負(fù)荷時會導(dǎo)致此和(?排放增多，在高負(fù)荷時使得顯X排放過高。
[0011]本發(fā)明的有益效果和技術(shù)特點是:
利用本發(fā)明對天然氣發(fā)動機燃料供給裝置多次噴射進(jìn)行控制而言，燃?xì)鈬娚淞考叭細(xì)鈬姎鈺r刻對發(fā)動機燃?xì)獾娜紵芭欧判阅芫休^為明顯的影響，這主要是由于燃?xì)鈬娚淞考叭細(xì)鈬姎鈺r刻決定了點火時刻氣缸內(nèi)的混合氣濃度場分布；針對不同的發(fā)動機受負(fù)荷工況，以局部分層的方式，即以大范圍內(nèi)的均質(zhì)混合氣為基礎(chǔ)，對火花塞周圍混合氣實施小范圍內(nèi)的局部加濃既可以保證穩(wěn)定點火，又可以提高火焰?zhèn)鞑ニ俣龋纳屏酥鸬姆€(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明提出的天然氣發(fā)動機燃料供給裝置第一次噴射天然氣的狀態(tài)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明提出的天然氣發(fā)動機燃料供給裝置第二次噴射天然氣的狀態(tài)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明提出的天然氣發(fā)動機燃料供給裝置第三次噴射天然氣的狀態(tài)示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明提出的天然氣發(fā)動機燃料供給裝置噴射天然氣后在氣缸內(nèi)的混合氣混合情況示意圖。

【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0017]如圖1、圖2、圖3及圖4所示，天然氣發(fā)動機燃料供給裝置多次噴射控制方法，天然氣發(fā)動機為四行程發(fā)動機，天然氣發(fā)動機每一個工作循環(huán)分為四個階段，包括進(jìn)氣行程、壓縮行程、燃燒行程及排氣行程，該天然氣發(fā)動機燃料供給裝置設(shè)置在進(jìn)氣門側(cè)方，天然氣與空氣在氣缸內(nèi)混合燃燒；所述的燃料供給裝置多次噴射控制是在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后240 曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)調(diào)節(jié)燃料供給裝置供給天然氣的噴射次數(shù)和噴射量，具體來說，該燃料供給裝置多次噴射控制方法的步驟如下:
1)在天然氣發(fā)動機處于低負(fù)荷工作時，進(jìn)行進(jìn)氣門兩次噴射，即在發(fā)動機的進(jìn)氣行程過程中曲柄轉(zhuǎn)角至120°時開始直至在發(fā)動機的排氣行程過程中曲柄轉(zhuǎn)角至60時為止范圍內(nèi)，噴嘴一共分為兩次將天然氣噴入氣缸內(nèi)，這樣在遠(yuǎn)離火花塞的區(qū)域形成稀薄的可燃混合氣，與在氣缸內(nèi)的近火花塞一端形成分層效應(yīng)，當(dāng)火花塞點火時，首先在火花塞周圍濃的混合氣區(qū)域形成較強的火焰，然后迅速傳播到稀薄的混合氣體區(qū)域，實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒；兩次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方成由濃到稀從近到遠(yuǎn)的分布，使得天然氣發(fā)動機達(dá)到整體稀薄燃燒的目的；
噴射的時間控制在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后240°曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)。
[0018]2)在天然氣發(fā)動機處于中負(fù)荷工作時，進(jìn)行進(jìn)氣門單次噴射，單次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方形成均勻混合，實現(xiàn)均質(zhì)燃燒，使得天然氣發(fā)動機達(dá)到整體稀薄燃燒的目的；
噴射的時間控制在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后240°曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)；
3)在高負(fù)荷工作時，進(jìn)行進(jìn)氣道三次以上的噴射，即在發(fā)動機的進(jìn)氣行程過程中曲柄轉(zhuǎn)角至120°時開始直至在發(fā)動機的排氣行程過程中曲柄轉(zhuǎn)角至60 時為止范圍內(nèi)，噴嘴一共分為三次將天然氣噴入氣缸內(nèi)，這樣在遠(yuǎn)離火花塞的區(qū)域形成稀薄的可燃混合氣，與在氣缸內(nèi)的近火花塞一端形成分層效應(yīng)，當(dāng)火花塞點火時，首先在火花塞周圍濃的混合氣區(qū)域形成較強的火焰，然后迅速傳播到稀薄的混合氣體區(qū)域，實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒；三次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方呈現(xiàn)由濃到稀從近到遠(yuǎn)的分布，使得天然氣發(fā)動機達(dá)到整體稀薄燃燒的目的；噴射的時間控制在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后240°曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)。
[0019]在上述的實施例所述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選地，所述的進(jìn)氣道每次噴射的天然氣燃料的量是一定的，其數(shù)值與在每一個工作循環(huán)內(nèi)需要噴射的天然氣總量和噴射次數(shù)決定；天然氣的噴射量為滿足天然氣著火的理論空燃比計算，通過高能火花塞點火燃燒；由于天然氣燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣容^液體燃料慢，使滯燃期和燃燒持續(xù)期長，很容易因為燃燒不完全，造成排放問題；特別是在低負(fù)荷時會導(dǎo)致此和(1)排放增多，在高負(fù)荷時使得顯X排放過高。
【權(quán)利要求】
1.一種天然氣發(fā)動機燃料供給裝置多次噴射控制方法，天然氣發(fā)動機為四行程發(fā)動機，天然氣發(fā)動機每一個工作循環(huán)分為四個階段，包括進(jìn)氣行程、壓縮行程、燃燒行程及排氣行程，該天然氣發(fā)動機燃料供給裝置設(shè)置在進(jìn)氣門側(cè)方，天然氣與空氣在氣缸內(nèi)混合燃燒；其特征在于:所述的燃料供給裝置多次噴射控制是在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后240 °曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)調(diào)節(jié)燃料供給裝置供給天然氣的噴射次數(shù)和噴射量，具體來說，該燃料供給裝置多次噴射控制方法的步驟如下: 1)在天然氣發(fā)動機處于低負(fù)荷工作時，進(jìn)行進(jìn)氣門兩次噴射，兩次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方成由濃到稀從近到遠(yuǎn)的分布，使得天然氣發(fā)動機達(dá)到整體稀薄燃燒的目的； 噴射的時間控制在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后240°曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)； 2)在天然氣發(fā)動機處于中負(fù)荷工作時，進(jìn)行進(jìn)氣門單次噴射，單次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方呈現(xiàn)由濃到稀從近到遠(yuǎn)的分布，使得天然氣發(fā)動機達(dá)到整體稀薄燃燒的目的； 噴射的時間控制在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后240°曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)； 3)在高負(fù)荷工作時，進(jìn)行進(jìn)氣道三次以上的噴射，三次噴射在氣缸中形成的混合氣在火花塞下方呈現(xiàn)由濃到稀從近到遠(yuǎn)的分布，使得天然氣發(fā)動機達(dá)到整體稀薄燃燒的目的；噴射的時間控制在發(fā)動機活塞壓縮行程上止點前240°曲軸轉(zhuǎn)角到壓縮行程上止點后240 0曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣發(fā)動機燃料供給裝置多次噴射控制方法，其特征在于:所述的進(jìn)氣道每次噴射的天然氣燃料的量是一定的，其數(shù)值與在每一個工作循環(huán)內(nèi)需要噴射的天然氣總量和噴射次數(shù)決定；天然氣的噴射量為滿足天然氣著火的理論空燃比計算，通過高能火花塞點火燃燒；由于天然氣燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣容^液體燃料慢，使滯燃期和燃燒持續(xù)期長，很容易因為燃燒不完全，造成排放問題；特別是在低負(fù)荷時會導(dǎo)致HC和CO排放增多，在高負(fù)荷時使得NOx排放過高。
【文檔編號】F02D41/30GK104500248SQ201410791448
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】孫志強, 彭晗, 楊杰, 金陽, 段俊法 申請人:華北水利水電大學(xué)