專利名稱：天然氣發動機氣缸內混合氣分層控制方法
技術領域：
本發明涉及一種天然氣發動機氣缸內混合氣分層控制方法，用在 電控稀燃天然氣發動機上。
背景技術：
天然氣發動機通常采用兩種燃燒方式 一種是理論空燃比， 一種 是稀薄燃燒方式。中重型天然氣發動機采取理論空燃比燃燒方式會使 方動機熱負荷過高而難以達到高功率的要求，同時，發動機的排放很
難達到歐ni標準。采用稀薄燃燒方式的天然氣發動機可以保持與柴油 機接近的熱負荷，發動機可以做到大功率要求。為實現稀薄燃燒，需 要具有穩定的點火能力和較高的火焰傳播速度。采用分層燃燒系統是 擴大稀燃熄火極限的最有效的方式。在汽油機基礎上開發的天然氣發 動機，燃燒室布置在氣缸蓋上、氣門與氣缸中心線有一定的角度，混 合氣在缸內形成很強的滾流，只要合理地組織縱向滾流，與噴氣定時 巧妙結合，可以實現缸內混合氣由上到下由濃到稀的分層分布。但是 在柴油機的基礎上開發而成的天然氣發動機，保持了原柴油機的平底 氣缸蓋，燃燒室布置在活塞頂部，氣門與氣缸中心線平行布置在氣缸 蓋上。發動機只能通過增加活塞擠氣面積提高缸內擠流，氣缸內混合 氣為由上而下由稀到濃的分布。在公知技術中，對于采用平底氣缸蓋的天然氣發動機分層燃燒的研究未見報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種天然氣發動機氣缸內混合氣分層控 制方法，是對于采用平底氣缸蓋、燃燒室布置在活塞頂部的電控天然 氣發動機，通過合理推遲天然氣噴氣時刻，使氣缸內混合氣由自上而 下由稀到濃的逆分層實現氣缸內混合氣自上而下由濃到稀的弱分層 分布，這種弱分層分布使火花塞處因混合氣較濃實現可靠點火和穩定 燃燒，提高稀燃極限。
本發明的技術方案是這樣實現的天然氣發動機氣缸內混合氣分 層控制方法，其特征在于采用平底氣缸蓋、燃燒室布置在活塞頂部 的電控天然氣發動機，通過合理推遲發動機各工況的天然氣噴氣時 刻，使氣缸內混合氣實現自上而下由濃到稀的弱分層分布。其具體的 步驟為第一步，根據發動機轉數和負荷，確定發動機各工況下的天 然氣噴氣時刻A。第二步，采用CFD計算方法，計算天然氣噴氣時
刻分別為A、在A基礎上推遲12QCA、 24GCA和4(^CA時，各工況 的發動機缸內混合氣濃度場、溫度場等，從缸內混合氣濃度場計算結 果可以發現，隨著天然氣噴氣時刻的推遲，氣缸內混合氣由自上而下 由稀到濃的逆分層逐漸變化到氣缸內混合氣自上而下由濃到稀的弱 分層分布。將缸內混合氣由逆分層到弱分層的天然氣噴氣時刻加5 OCA 10OCA作為天然氣噴氣時刻基礎脈譜圖。第三步，在發動機臺 架上進行電控標定時，通過試驗測得發動機的功率、天然氣消耗量、 排放值、過量空氣系數等參數。第四步，綜合判斷這些值是否達到開發目標，如達到開發目標，則確定該天然氣噴氣時刻為最終值。如達 不到開發目標，對天然氣噴氣時刻進行進一步調整后，重復第三步工 作，直到該工況的性能滿足要求。
第五步，對于發動機各工況，按照以上四個步驟分別確定各工況 下的天然氣噴氣時刻，從而確定出天然氣噴氣時刻脈譜圖。
本發明的積極效果在于通過合理推遲天然氣噴氣時刻，使氣缸內 混合氣由自上而下由稀到濃的逆分層實現氣缸內混合氣自上而下由 濃到稀的弱分層分布，使發動機燃燒穩定，擴大稀燃熄火極限，有效 控制發動機排放。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明做進一步的描述CA6SE1系列天然氣 發動機即使用本發明的氣缸內混合氣分層控制方法，對某些工況通過 推遲天然氣噴氣時刻，使缸內混合氣形成了所希望的由上到下由濃到
稀的弱分層分布。其具體步驟為第一步，根據發動機轉數和負荷，
確定發動機各工況下的天然氣噴氣時刻A。第二步，采用CFD計算 方法，計算天然氣噴氣時刻分別為A、在A基礎上推遲12QCA、24QCA 和4(^CA時，各工況的發動機缸內混合氣濃度場和溫度場等，從缸 內混合氣濃度場計算結果可以發現，隨著天然氣噴氣時刻的推遲，氣 缸內混合氣由自上而下由稀到濃的逆分層逐漸變化到氣缸內混合氣 自上而下由濃到稀的弱分層分布。將缸內混合氣由逆分層到弱分層的 天然氣噴氣時刻加5QCA 10QCA作為天然氣噴氣時刻基礎脈譜圖。 第三步，在發動機臺架上進行電控標定時，通過試驗測得發動機的功率、天然氣消耗量、排放值、過量空氣系數等參數。第四步，綜合判 斷這些值是否達到開發目標，如達到開發目標，則確定該天然氣噴氣 時刻為最終值。如達不到開發目標，對天然氣噴氣時刻進行進一步調 整后，重復第三步工作，直到該工況的性能滿足要求。
第五步，對于發動機各工況，按照以上四個步驟分別確定各工況 下的天然氣噴氣時刻，從而確定出天然氣噴氣時刻脈譜圖。
CA6SE1系列天然氣發動機采用該缸內混合氣分層控制方法，經
過發動機電控標定，發動機的排放滿足歐ni標準要求，發動機保持了
原柴油機的動力性，而且，發動機工作平穩。 實施例1:
發動機1450r/min、 100%負荷工況的天然氣噴氣時刻按照以下步 驟確定其具體的步驟為第一步，根據經驗數據，確定該工況下的 天然氣噴氣時刻為0GCA。第二步，采用CFD計算方法，計算天然氣 噴氣時刻分別為()GCA、 12QCA、 240CA和4()OCA時，各工況的發 動機缸內混合氣濃度場、溫度場等，從缸內混合氣濃度場計算結果可 以發現，隨著天然氣噴氣時刻的推遲，氣缸內混合氣由自上而下由稀 到濃的逆分層逐漸變化到氣缸內混合氣自上而下由濃到稀的弱分層 分布。在進氣上止點開始噴氣時，火花塞附近的入(過量空氣系數) 大于2，燃燒室底部的入為1. 1 1. 2;在進氣上止點后120CA開始噴 氣時，火花塞附近的A為1.7，燃燒室底部的A為1.2 1.3;在進氣 上止點后240CA開始噴氣時，火花塞附近的人為1.42，燃燒室底部 的入為1. 4;在進氣上止點后40QCA開始噴氣時，火花塞附近的入為1. 3 1. 4，燃燒室底部的入為1. 8左右。天然氣噴氣時刻為24QCA時， 缸內混合氣自上而下濃度均勻分布，據此，確定該工況下的天然氣噴 氣時刻為30QCA。第三步，在發動機臺架上，采用30QCA的天然氣噴 氣時刻，測得發動機的功率、天然氣消耗量、排放值、過量空氣系數 等參數。第四步，經過綜合判斷，這些參數達到開發目標，因此，確 定該工況的天然氣噴氣時刻為30oCA。
權利要求
1、天然氣發動機氣缸內混合氣分層控制方法，其特征在于采用平底氣缸蓋、燃燒室布置在活塞頂部的電控天然氣發動機，通過推遲發動機各工況的天然氣噴氣時刻，使氣缸內混合氣實現自上而下由濃到稀的弱分層分布；其具體的步驟為第一步，根據發動機轉數和負荷，確定發動機各工況下的天然氣噴氣時刻A；第二步，采用CFD計算方法，計算天然氣噴氣時刻分別為A、在A基礎上推遲12℃A、24℃A和40℃A時，各工況的發動機缸內混合氣濃度場、溫度場等，從缸內混合氣濃度場計算結果可以發現，隨著天然氣噴氣時刻的推遲，氣缸內混合氣由自上而下由稀到濃的逆分層逐漸變化到氣缸內混合氣自上而下由濃到稀的弱分層分布；將缸內混合氣由逆分層到弱分層的天然氣噴氣時刻加5℃A～10℃A作為天然氣噴氣時刻基礎脈譜圖；第三步，在發動機臺架上進行電控標定時，通過試驗測得發動機的功率、天然氣消耗量、排放值、過量空氣系數等參數；第四步，綜合判斷這些值是否達到開發目標，如達到開發目標，則確定該天然氣噴氣時刻為最終值；如達不到開發目標，對天然氣噴氣時刻進行進一步調整后，重復第三步工作，直到該工況的性能滿足要求；第五步，對于發動機各工況，按照以上四個步驟分別確定各工況下的天然氣噴氣時刻，從而確定出天然氣噴氣時刻脈譜圖。
全文摘要
本發明涉及一種天然氣發動機氣缸內混合氣分層控制方法，其特征在于采用平底氣缸蓋、燃燒室布置在活塞頂部的電控天然氣發動機，通過合理推遲發動機各工況的天然氣噴氣時刻，使氣缸內混合氣實現自上而下由濃到稀的弱分層分布。其可以使發動機燃燒穩定，擴大稀燃熄火極限，有效控制發動機排放。
文檔編號F02M21/02GK101302971SQ200710055620
公開日2008年11月12日 申請日期2007年5月11日 優先權日2007年5月11日
發明者劉忠長, 王忠恕, 竇慧莉 申請人:中國第一汽車集團公司