專利名稱：天然氣發動機的制作方法
技術領域：
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本發明涉及一種天然氣發動機，特別是一種多點電控噴射稀燃天 然氣發動機。
背景技術：
隨著能源短缺和環境污染問題的日益嚴重，天然氣發動機以其良 好的能源替代性和排放特性在國內推廣應用。所以有很多的研究開發 轉向如何利用天然氣資源，用天然氣作發動機的燃料。 一般開發采用 機械混合器式的天然氣發動機較多，這些發動機排放水平較低，動力 性較差。電控發動機主要采用單點集中噴射方式，在發動機的進氣歧 管上布置混合器，采用幾個噴氣嘴將天然氣噴進混合器，空氣和天然 氣在此混合后沿進氣歧管流入氣缸。與多點電控發動機相比，這種發
動機的動態響應較差，發動機燃料消耗率高。發動機較難滿足歐in以 上排放要求。
發明內容
本發明的目的在于提供一種天然氣發動機，是一種多點順序噴射 電控天然氣發動機，其為高性能、低排放、高可靠性的多點電控順序 噴射天然氣發動機。
本發明的技術方案是這樣實現的天然氣發動機，其特征在于-多點順序噴射電控系統搭載在發動機上氣軌布置在進氣歧管上，氣 軌與進氣歧管間采用密封膠圈密封，六個噴氣嘴布置在氣軌上，天然 氣溫度傳感器和壓力傳感器安裝在氣軌上，進氣溫度傳感器和迸氣壓 力傳感器布置在進氣歧管上，轉速傳感器安裝在飛輪殼上，從飛輪取 轉速信號，相位傳感器安裝在飛輪殼正對凸輪軸正時齒輪處，水溫傳 感器布置在出水管上，排溫傳感器安裝在排氣管上；線性氧傳感器安 裝在排氣總管上；點火線圈固定在氣缸體上的點火線圈支架上；火花 塞安裝在氣缸蓋上，高壓線一端連接點火線圈， 一端連接火花塞；高 壓線支架安裝在氣缸體上，固定高壓線；線束固定在發動機上，用相 應的線束夾固定；電子節氣門安裝在進氣歧管進口處；ECU、天然氣 濾清器和減壓器布置在整車駕駛室內或發動機機艙內。
水冷中間殼增壓器連接在排氣管和排氣總管之間，其進水管一端 布置在發動機的水套高壓端，另一端與增壓器連接，其回水管一端布 置在發動機出水管上，另一端與增壓器連接。
進氣歧管在噴氣嘴孔的連接處安裝了一個銅制套管，套管過盈壓 入進氣歧管，通過一直徑為小8 10咖的天然氣導向管將天然氣噴到 進氣門口處。
氣缸蓋上鑄造六個火花塞孔。
燃燒室為盆型，燃燒室外徑64 66mm，深度25 27mm，底部 圓角R7 8mm，燃燒室喉口倒角為R2mm，壓縮比12。
活塞上設有專用的活塞環，活塞環包括有氣環和油環，其中氣環 為梯形結構，油環的刮油刃寬度L減小35y。。本發明的積極效果是該天然氣發動機保持了原柴油機的動力 性，排放達到歐3標準要求。控制方法通過分區控制空燃比實現缸內 有效控制NOx排放，同時采用氧化催化器降低HC及CO排放；在
歐III排放法規的NOx控制區使過量空氣系數達到1.4 1.58，在非排 放控制區的低速大負荷區域，過量空氣系數控制在1.2左右。
圖1為多點順序噴射電控系統在發動機上的搭載圖； 圖2為帶有天然氣導入通道的進氣歧管； 圖3為鑄造火花塞孔的氣缸蓋示意圖； 圖4為盆型燃燒室； 圖5為專用活塞環；
圖6為分區控制空燃比的排放控制方法。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步的描述
如圖1所示，天然氣發動機，其特征在于是一種多點順序噴射 電控天然氣發動機，電控系統搭載在發動機上，氣軌9布置在進氣歧 管8上，氣軌與進氣歧管之間采用密封膠圈密封，六個噴氣嘴10布 置在氣軌9上，天然氣溫度傳感器13和壓力傳感器15安裝在氣軌9 上，進氣溫度傳感器11和進氣壓力傳感器14布置在進氣歧管8上， 轉速傳感器8安裝在飛輪殼上，從飛輪取轉速信號，相位傳感器1安 裝在飛輪殼正對凸輪軸正時齒輪處，水溫傳感器5布置在出水管上， 排溫傳感器2安裝在排氣管上；線性氧傳感器16安裝在排氣總管上。點火線圈21固定在氣缸體上的點火線圈支架14上。火花塞17安裝 在氣缸蓋上，高壓線18—端連接點火線圈21， 一端連接火花塞17。 高壓線支架20安裝在氣缸體上，固定高壓線18。線束19固定在發 動機上，用相應的線束夾固定。電子節氣門12安裝在進氣歧管進口 處。ECU、天然氣濾清器和減壓器布置在整車駕駛室內或發動機機艙 內。
水冷中間殼增壓器3連接在排氣管和排氣總管之間。其進水管7 一端布置在發動機的水套高壓端，另一端與增壓器連接。其回水管4 一端布置在發動機出水管上，另一端與增壓器連接，使增壓器得到足 夠的冷卻水，保證增壓器可靠工作。
如圖2所示，為帶有天然氣導入通道的進氣歧管8。在噴氣嘴孔 的連接處安裝了一個銅制套管8-1，套管過盈壓入進氣歧管，杜絕發 動機在使用過程中天然氣泄漏，通過一直徑為4>8 10mm的天然氣導 入管8-2將天然氣噴到進氣門口處。該結構使各缸天然氣充分進入氣 缸，有效避免了因天然氣密度低于空氣密度而積存在進氣歧管上部， 從而保證了各缸正確的天然氣供給量。
如圖3所示，為采用鑄造火花塞孔的氣缸蓋示意圖。在氣缸蓋上 取消原來的噴油器孔，設計六個鑄造的火花塞孔，避免了采用銅套密 封冷卻水時經常出現冷卻水漏到缸內或火花塞孔內的問題。在確定火 花塞孔的位置時，應采用CFD模擬方法或試驗方法確認鑄造后的氣缸 蓋能夠保證所需的冷卻能力。
圖4所示為采用盆型燃燒室的示意圖。燃燒室外徑64 66mm，深度25 27mm，底部圓角R7 8mm，燃燒室喉口倒角為R2mm， 壓縮比12。
圖5所示為活塞上設有專用的活塞環，如圖5所示，氣環為T 型結構，取消二環扭曲，同時活塞環徑向彈力增加15%。油環 一方 面增加撐簧彈力，另一方面將圖5所示的刮油刃寬度L減小35。/。，以 提高油環與缸套的接觸面壓，增加油環的刮油能力。
采用通過分區控制空燃比實現缸內有效控制NOx排放，同時采用
氧化催化器降低hc及co排放，使發動機達到歐m標準的排放控制
方法。圖6為分區控制空燃比的排放控制方法。在歐III排放法規的 NOx控制區使過量空氣系數達到1.4 1.58，在非排放控制區的低速大 負荷區域，過量空氣系數控制在1.2左右，使燃燒完善，但需要保證 排溫在允許的范圍內。對于中小負荷區域，主要追求發動機的燃料經 濟性。在進行發動機的性能開發和電控標定時，采用多點電控順序噴 射系統，按照該控制方法精確地控制各區域的過量空氣系數，使發動 機排放達到歐III標準。
當天然氣發動機工作時，空氣經過渦輪增壓器后，到中冷器冷卻， 冷卻后的空氣通過迸氣歧管進入氣道中，根據各缸工作順序，在進氣 門打開后流入氣缸內。天然氣從鋼瓶導減壓器，經過減壓后，經濾清 器進入到氣軌，由噴氣嘴將天然氣噴到進氣歧管中天然氣導入管，在 進氣門口處與空氣混合后，進入氣缸內。ECU采集處理傳感器得到的 各種發動機工況信號，并通過運算，確定發動機在不同轉速、負荷、 溫度等工況下的天然氣噴射量，向執行裝置按照噴射正時輸出控制脈沖信號，控制噴射的整個工作過程。同時，査詢點火正時MAP圖，確 定各缸點火時刻，控制點火系統實現準確點火。為了保證發動機在
MAP存儲的最優過量空氣系數下工作，ECU根據氧傳感器信號、進氣
溫度、壓力、天然氣溫度、壓力等信號實時修正天然氣的噴射量，發 送給執行模塊實現天然氣多點順序噴射。發動機運行時，故障診斷模 塊實時監測各個系統的工作情況，當發生一些意外情況時，報警系統 會發出警報并將發動機轉換到安全模式運行或停機。
本電控天然氣發動機適用的機型為80 300馬力，特別適合安裝 在排放要求嚴格的城市公交車、旅游車、環衛車及卡車等其它車型上。
本發動機保持了與原柴油機相同的動力性，排放達到歐m水平。本機
型價格比同類進口機型低30% 45%，燃料消耗率與進口機型相當。 因此是一種具有廣闊應用前景的發動機。
權利要求
1、天然氣發動機，其特征在于多點順序噴射電控系統搭載在發動機上氣軌(9)布置在進氣歧管(8)上，氣軌(9)與進氣歧管(8)間采用密封膠圈密封，六個噴氣嘴(10)布置在氣軌(9)上，天然氣溫度傳感器(13)和壓力傳感器(15)安裝在氣軌(9)上，進氣溫度傳感器(11)和進氣壓力傳感器(14)布置在進氣歧管(8)上，轉速傳感器(23)安裝在飛輪殼上，從飛輪取轉速信號，相位傳感器(1)安裝在飛輪殼正對凸輪軸正時齒輪處，水溫傳感器(5)布置在出水管上，排溫傳感器(2)安裝在排氣管上；線性氧傳感器(16)安裝在排氣總管上；點火線圈(21)固定在氣缸體上的點火線圈支架(22)上；火花塞(17)安裝在氣缸蓋上，高壓線(18)一端連接點火線圈(21)，一端連接火花塞(17)；高壓線支架(20)安裝在氣缸體上，固定高壓線(18)；線束(19)固定在發動機上，用相應的線束夾固定；電子節氣門(12)安裝在進氣歧管進口處；ECU、天然氣濾清器和減壓器布置在整車駕駛室內或發動機機艙內。
2、 根據權利要求1所述的天然氣發動機，其特征在于所述的水 冷中間殼增壓器(3)連接在排氣管和排氣總管之間，其進水管(7) 一端布置在發動機的水套高壓端，另一端與增壓器連接，其回水管(4) 一端布置在發動機出水管上，另一端與增壓器連接。
3、 根據權利要求1所述的天然氣發動機，其特征在于所述的進 氣歧管(8)在噴氣嘴孔的連接處安裝了一個銅制套管(8-1)，套管過盈壓入進氣歧管，通過一直徑為ct)8 10mm的天然氣導向管(8-2) 將天然氣噴到進氣門口處。
4、 根據權利要求1所述的天然氣發動機，其特征在于所述的氣 缸蓋(6)上鑄造六個火花塞孔。
5、 根據權利要求1所述的天然氣發動機，其特征在于所述的燃 燒室為盆型，燃燒室外徑64 66mm，深度25 27mm，底部圓角R7 8mm，燃燒室喉口倒角為R2mm，壓縮比12。
6、 根據權利要求1所述的天然氣發動機，其特征在于所述的活 塞上設有專用的活塞環，活塞環包括有氣環和油環，其中氣環為梯形 結構，油環的刮油刃寬度L減小35G/0。
7、 根據權利要求1所述的天然氣發動機，其特征在于控制方 法通過分區控制空燃比實現缸內有效控制NOx排放，同時采用氧化 催化器降低HC及CO排放；在歐III排放法規的NOx控制區使過量 空氣系數達到1.4~1.58，在非排放控制區的低速大負荷區域，過量空 氣系數控制在1.2左右。
全文摘要
本發明涉及一種天然氣發動機，其特征在于多點順序噴射電控系統搭載在發動機上、采用帶有天然氣導入通道的進氣歧管、采用鑄造火花塞孔的氣缸蓋、盆型燃燒室、專用活塞環、水冷增壓器并布置合理的冷卻管路、采用分區控制空燃比和加裝氧化催化器實現歐3排放的稀燃排放控制方法。其為高性能、低排放、高可靠性的多點電控順序噴射天然氣發動機。
文檔編號F02M21/02GK101302961SQ20071005561
公開日2008年11月12日 申請日期2007年5月10日 優先權日2007年5月10日
發明者劉東航, 吳世友, 勇 崔, 張慧英, 鵬 李, 杜喜云, 偉 王, 竇慧莉, 濤 閆 申請人:中國第一汽車集團公司