[發(fā)明專利]基于環(huán)形電極的稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510020201.2
• 申請(qǐng)日: 2015-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN104595021A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李孟涵;劉琨然;豐程嵐;李玉東;李軍銀;張強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): F02B43/10
• 分類號(hào): F02B43/10;F02D43/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于環(huán)形電極的稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

全球氣候變暖，能源短缺，使天然氣作為一種儲(chǔ)量豐富、高效清潔的燃料受到越來越廣泛的關(guān)注。而隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)高效清潔燃燒技術(shù)的開發(fā)成為了當(dāng)今世界天然氣應(yīng)用技術(shù)的焦點(diǎn)之一。

目前，稀燃被認(rèn)為是降低天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)排放的有效措施，然而，由于天然氣燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俣冗h(yuǎn)低于柴油機(jī)，特別是過量空氣系數(shù)大于1.8時(shí)，天然氣的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葮O為緩慢，極易導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于環(huán)形電極的稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)及控制方法，采用外加電極電場(chǎng)的方式，利用電場(chǎng)產(chǎn)生的熱效應(yīng)、電化學(xué)效應(yīng)和離子風(fēng)效應(yīng)，拓展了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的稀燃極限，提高了火焰?zhèn)鞑ニ俾剩岣吡税l(fā)動(dòng)機(jī)的效率并降低排放，提高了稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于環(huán)形電極的稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)，包括天然氣供給噴射系統(tǒng)；

所述天然氣供給噴射系統(tǒng)為發(fā)動(dòng)機(jī)提供不同過量空氣系數(shù)、混合均勻的天然氣和空氣混合氣；智能點(diǎn)火裝置按照電子控制單元ECU指令點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的混合氣；

空氣經(jīng)過氣體循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入天然氣供給噴射系統(tǒng)中的天然氣和空氣混合器中與天然氣混合；

氣缸套上設(shè)有環(huán)形電極，所述環(huán)形電極與燃燒室壁面形成電場(chǎng)；電場(chǎng)電源在電子控制單元ECU的控制下為環(huán)形電極施加合適的電壓，環(huán)形電極與燃燒室壁面形成交流電場(chǎng)，提高火焰的傳播速率。

所述天然氣供給噴射系統(tǒng)包括天然氣罐，所述天然氣罐通過天然氣管道連接緩沖罐，所述緩沖罐的輸出管道上依次設(shè)有天然氣減壓穩(wěn)壓器、天然氣噴射模塊；所述天然氣噴射模塊通過天然氣管道與所述天然氣和空氣混合器連接；

所述天然氣噴射模塊在電子控制單元ECU的控制下噴射天然氣；

所述天然氣和空氣混合器通過進(jìn)氣管連接氣缸的進(jìn)氣道，所述氣缸的進(jìn)氣管上設(shè)有節(jié)氣門；

所述節(jié)氣門在電子控制單元ECU的控制下控制進(jìn)入氣缸的混合氣量。

所述智能點(diǎn)火裝置包括智能點(diǎn)火模塊，所述智能點(diǎn)火模塊的輸入端連接電子控制單元ECU的輸出端，所述智能點(diǎn)火模塊的輸出端連接火花塞；智能點(diǎn)火模塊在電子控制單元ECU的控制下為火花塞提供點(diǎn)火信號(hào)，以點(diǎn)燃混合氣體。

所述氣體循環(huán)系統(tǒng)包括增壓器，所述增壓器壓氣機(jī)的輸出端通過進(jìn)氣管連接中冷器；

所述中冷器的輸出端通過進(jìn)氣管連接天然氣和空氣混合器；

氣缸的排氣道通過排氣管連接增壓器中渦輪機(jī)的進(jìn)氣口；

所述增壓器中渦輪機(jī)的出氣口設(shè)有排氣氧傳感器，所述排氣氧傳感器連接電子控制單元ECU的輸入端。

所述節(jié)氣門之后、氣缸進(jìn)氣道之前的進(jìn)氣管內(nèi)設(shè)有進(jìn)氣溫度、壓力傳感器，所述進(jìn)氣溫度、壓力傳感器連接電子控制單元ECU的輸入端。

所述氣缸內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器，所述轉(zhuǎn)速傳感器連接電子控制單元ECU的輸入端。

所述電場(chǎng)電源為交流電源，交流電源控制模塊在電子控制單元ECU的控制下控制交流電源輸出電壓、頻率能變的交流電。

所述環(huán)形電極為平板型，安裝于高于活塞上止點(diǎn)處的氣缸套上，外環(huán)直徑小于氣缸套內(nèi)徑，避免與氣缸套內(nèi)壁接觸，內(nèi)環(huán)直徑根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，環(huán)形電極底部在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)運(yùn)行過程中與活塞始終無接觸。環(huán)形電極要保證環(huán)形面積不過于大，以免影響發(fā)動(dòng)機(jī)氣流運(yùn)動(dòng)，環(huán)形電極的厚度應(yīng)在保證可靠性和使用需要的前提下盡量薄。

所述環(huán)形電極設(shè)有兩處突出的固定位置，兩處突出的固定位置經(jīng)絕緣套包裹后穿過氣缸套固定于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體；所述環(huán)形電極的兩處固定位置同時(shí)也是電壓的施加位置，通過導(dǎo)線與電場(chǎng)電源相連。

基于環(huán)形電極的稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟S301，利用試驗(yàn)方法標(biāo)定不同工況下合適的電壓大小及頻率，制定詳細(xì)的MAP圖；

步驟S302，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中工況發(fā)生變化；

步驟S303，電子控制單元ECU根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器的反饋值調(diào)整節(jié)氣門的開度，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定；

步驟S304，電子控制單元ECU根據(jù)預(yù)先標(biāo)定好的MAP圖控制天然氣噴射模塊的天然氣噴射量，并根據(jù)排氣氧傳感器的反饋值進(jìn)行調(diào)整；