[發明專利]一種采用噴射閥提高天然氣發動機壓縮著火性能的方法

無效

• 申請號: 201110343601.9
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN102425484A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 張德福;榮雷;沈國華;張惠明
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: F02B23/04
• 分類號: F02B23/04;F02M61/14;F02D41/30;F02D19/02;F02F1/24
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及內燃機設計及燃燒技術領域，特別是一種采用噴射閥提高天然氣發動機壓縮著火性能的燃燒系統。

背景技術

受我國汽車保有量大幅增加等因素的影響，2011年前5個月我國原油對外依存度首度超過美國，而其中90%新增原油需求來自汽車產業，直接干擾國家能源安全戰略。為此高效清潔使用氣體燃料作為汽油、柴油的替代燃料，將大大降低汽車產業等對原油的過度依賴，而開發氣體燃料清潔高效的燃燒技術是推廣氣體燃料發動機應用的關鍵。在已應用的替代燃料中壓縮天然氣所占比例最高，分布的國家最廣。

與點燃式發動機相比較，壓燃式發動機具有壓縮比高的特點，有利于提高發動機熱效率和燃料經濟性。但是壓縮天然氣等燃料由于自燃溫度高，在通常條件下很難實現穩定的壓縮著火燃燒，必須借助某些特殊的技術手段，如在發動機氣缸內設置點火用的電熱塞，采用絕熱燃燒室。但是，適用于高自燃點溫度的高熱值電熱塞的開發還存在很多困難，特別是電熱塞最高工作溫度值和長期工作的可靠性方面還沒有明顯突破，距離商業化使有待時日。絕熱燃燒室研究雖然自上世紀六七十年代就已開始，特別是美國德士古公司做了大量研究工作，但是高溫用工業陶瓷的研制和發動機全陶瓷的使用同樣也面臨很多困難，如陶瓷發動機的潤滑、陶瓷的抗疲勞強度、高溫條件下燃油燃燒的有效組織等，使得絕熱發動機的優勢還未完全發揮出來。

針對壓縮天然氣、沼氣、氫氣等高自燃點氣體燃料，實現其可靠的壓縮著火必須探索內燃機新的燃燒技術，并結合內燃機結構改進和設計，開發出新型的燃燒系統才能實現。

發明內容

本發明的目的在于針對上述技術分析和存在問題，提供一種采用噴射閥提高天然氣發動機壓縮著火性能的方法，給主燃燒室提供比普通火花塞高很多的超高能點火能量，實現天然氣發動機壓縮著火和快速燃燒。

本發明的技術方案：

一種采用噴射閥提高天然氣發動機壓縮著火性能的方法，發動機采用高壓縮比的主副燃燒室結構，在副燃燒室內噴涂隔熱陶瓷并設置天然氣噴射閥，在壓縮行程初期向副燃燒室噴射天然氣，使副燃燒室內燃料首先著火燃燒，實現對主燃燒室內燃料的引燃作用。

所述發動機的主副燃燒室，利用S195柴油機的渦流室式燃燒室，改造渦流副燃燒室，發動機缸蓋上設有一個用于安裝天然氣噴射閥的傾斜的天然氣噴射閥安裝孔并與副燃燒室相通，同時在主燃燒室和副燃燒室之間采用設有貫穿通道的渦流室鑲塊，天然氣噴射閥安裝孔的位置與原柴油噴油器的位置相同，其中心線與副燃燒室的垂直中心線的夾角為20度，天然氣噴射閥安裝孔上部為直徑25mm、高24mm圓柱型螺紋孔，下部為直徑14mm圓柱型孔，下部的圓柱型孔與副燃燒室相貫通，天然氣噴射閥與天然氣噴射閥安裝孔通過螺紋密封連接；渦流室鑲塊外型為階梯狀圓柱體結構，由三個不同直徑的圓柱體構成，自上而下三個圓柱體分別為高6.5mm、直徑36mm，高8mm、直徑32mm和高8mm、直徑40mm，渦流室鑲塊內部中心設有頂部的圓柱型孔和與之相通的半球型渦流室底，頂部的圓柱型孔直徑為30mm、高4mm，半球型渦流室底的直徑為26mm，渦流室鑲塊底邊設有兩個圓孔通道，其中一個圓孔通道為啟動孔，其中心線下端距鑲塊垂直中心線下端15mm、與鑲塊垂直中心線的夾角為30度、直徑為3mm，另一個圓孔通道為渦流室通道，其中心線下端距鑲塊垂直中心線下端7mm、與鑲塊垂直中心線的夾角為40度、直徑為8-12mm，渦流室鑲塊與發動機缸蓋通過過盈配合固定。

所述發動機的壓縮比為19-21。

所述隔熱陶瓷為氧化鋯陶瓷，噴涂厚度為1.2㎜。

所述天然氣噴射閥為貴州紅華公司生產的SP系列氣體噴射閥，噴射的天然氣在壓縮上止點前180-120度曲軸轉角范圍內噴射，噴射壓力為5.5-6.5Mpa，供氣數量以噴射閥開啟持續時間計為60-180度曲軸轉角范圍內。

本發明的技術分析：

內燃機工作過程包括吸氣過程，壓縮過程，著火燃燒做功過程和排氣過程，共4個過程。通常一臺內燃機做功單元的重要部件為燃燒室，燃燒室由圓柱型缸套內側、活塞頂部和缸蓋底面所圍成的空間組成，缸套上方為氣缸蓋，活塞在缸套內作往復運動。活塞在缸套內由上向下運動，將環境空氣吸入為吸氣行程；活塞由下向上運動將吸入的空氣壓縮為壓縮行程；壓縮行程終點噴入燃料實現著火燃燒，所產生的高溫高壓氣體推動活塞向下運動對外做功，稱為著火燃燒做功行程；燃燒后產生的廢氣由活塞由下向上運動推出氣缸，稱為排氣行程。