一种采用喷射阀提高天然气发动机压缩着火性能的方法，发动机采用高压缩比的主副燃烧室结构，在副燃烧室内喷涂隔热陶瓷并设置天然气喷射阀，在压缩行程初期向副燃烧室喷射天然气，使副燃烧室内燃料首先着火燃烧，实现对主燃烧室内燃料的引燃作用。本项发明专利技术的优点是：采用涡流室隔热结构可大大提高天然气发动机压缩着火性能，副燃烧室设计易于实现，可在市场上现有的大量涡流室式柴油机基础上改装而成，改装成本低，市场应用规模广；该燃烧系统不仅适用于天然气，还可适用于其他高自燃点的发动机替代燃料，如沼气、氢气等，实现气体燃料压缩着火燃烧，提高发动机启动性、经济性和排放特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及内燃机设计及燃烧
，特别是一种采用喷射阀提高天然气发动机压缩着火性能的燃烧系统。
技术介绍
受我国汽车保有量大幅增加等因素的影响，2011年前5个月我国原油对外依存度首度超过美国，而其中90%新增原油需求来自汽车产业，直接干扰国家能源安全战略。为此高效清洁使用气体燃料作为汽油、柴油的替代燃料，将大大降低汽车产业等对原油的过度依赖，而开发气体燃料清洁高效的燃烧技术是推广气体燃料发动机应用的关键。在已应用的替代燃料中压缩天然气所占比例最高，分布的国家最广。与点燃式发动机相比较，压燃式发动机具有压缩比高的特点，有利于提高发动机热效率和燃料经济性。但是压缩天然气等燃料由于自燃温度高，在通常条件下很难实现稳定的压缩着火燃烧，必须借助某些特殊的技术手段，如在发动机气缸内设置点火用的电热塞，采用绝热燃烧室。但是，适用于高自燃点温度的高热值电热塞的开发还存在很多困难， 特别是电热塞最高工作温度值和长期工作的可靠性方面还没有明显突破，距离商业化使有待时日。绝热燃烧室研究虽然自上世纪六七十年代就已开始，特别是美国德士古公司做了大量研究工作，但是高温用工业陶瓷的研制和发动机全陶瓷的使用同样也面临很多困难， 如陶瓷发动机的润滑、陶瓷的抗疲劳强度、高温条件下燃油燃烧的有效组织等，使得绝热发动机的优势还未完全发挥出来。针对压缩天然气、沼气、氢气等高自燃点气体燃料，实现其可靠的压缩着火必须探索内燃机新的燃烧技术，并结合内燃机结构改进和设计，开发出新型的燃烧系统才能实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述技术分析和存在问题，提供，给主燃烧室提供比普通火花塞高很多的超高能点火能量， 实现天然气发动机压缩着火和快速燃烧。本专利技术的技术方案，发动机采用高压缩比的主副燃烧室结构，在副燃烧室内喷涂隔热陶瓷并设置天然气喷射阀，在压缩行程初期向副燃烧室喷射天然气，使副燃烧室内燃料首先着火燃烧，实现对主燃烧室内燃料的引燃作用。所述发动机的主副燃烧室，利用S195柴油机的涡流室式燃烧室，改造涡流副燃烧室，发动机缸盖上设有一个用于安装天然气喷射阀的倾斜的天然气喷射阀安装孔并与副燃烧室相通，同时在主燃烧室和副燃烧室之间采用设有贯穿通道的涡流室镶块，天然气喷射阀安装孔的位置与原柴油喷油器的位置相同，其中心线与副燃烧室的垂直中心线的夹角为 20度，天然气喷射阀安装孔上部为直径25mm、高24mm圆柱型螺纹孔，下部为直径14mm圆柱型孔，下部的圆柱型孔与副燃烧室相贯通，天然气喷射阀与天然气喷射阀安装孔通过螺纹密封连接；涡流室镶块外型为阶梯状圆柱体结构，由三个不同直径的圆柱体构成，自上而下三个圆柱体分别为高6. 5mm、直径36mm，高8mm、直径32mm和高8mm、直径40mm，涡流室镶块内部中心设有顶部的圆柱型孔和与之相通的半球型涡流室底，顶部的圆柱型孔直径为 30mm、高4mm，半球型涡流室底的直径为^mm,涡流室镶块底边设有两个圆孔通道，其中一个圆孔通道为启动孔，其中心线下端距镶块垂直中心线下端15mm、与镶块垂直中心线的夹角为30度、直径为3mm，另一个圆孔通道为涡流室通道，其中心线下端距镶块垂直中心线下端7mm、与镶块垂直中心线的夹角为40度、直径为8_12mm，涡流室镶块与发动机缸盖通过过盈配合固定。所述发动机的压缩比为19-21。所述隔热陶瓷为氧化锆陶瓷，喷涂厚度为1. 2 mm。所述天然气喷射阀为贵州红华公司生产的SP系列气体喷射阀，喷射的天然气在压缩上止点前180-120度曲轴转角范围内喷射，喷射压力为5. 5-6. 5Mpa，供气数量以喷射阀开启持续时间计为60-180度曲轴转角范围内。本专利技术的技术分析内燃机工作过程包括吸气过程，压缩过程，着火燃烧做功过程和排气过程，共4个过程。通常一台内燃机做功单元的重要部件为燃烧室，燃烧室由圆柱型缸套内侧、活塞顶部和缸盖底面所围成的空间组成，缸套上方为气缸盖，活塞在缸套内作往复运动。活塞在缸套内由上向下运动，将环境空气吸入为吸气行程；活塞由下向上运动将吸入的空气压缩为压缩行程；压缩行程终点喷入燃料实现着火燃烧，所产生的高温高压气体推动活塞向下运动对外做功，称为着火燃烧做功行程；燃烧后产生的废气由活塞由下向上运动推出气缸，称为排气行程。燃料实现压缩着火的条件，燃料在气缸内实现压缩着火燃烧必须同时具备几个条件着火前燃料和空气的混合气浓度合适；压缩终点的温度超过缸内混合气的自燃点。着火前混合气浓度分布受到燃烧室结构，缸内气流运动及燃料在燃烧室内的喷射状态，如喷射方向和喷射时刻等影响。压缩终点的温度取决于发动机的压缩比等参数。
技术实现思路
包括燃烧室结构设计和天然气。为保证天然气等高自燃温度燃料的可靠压缩着火，设计采用涡流室式燃烧室结构，燃烧室包括由活塞顶部和缸盖底部形成的主燃烧室以及在缸盖底部且远离气缸中心线处设置的球型涡流室。在副燃烧室内喷涂隔热陶瓷并设置用于压缩天然气的喷射装置，在压缩行程初期喷入压缩天然气。通过该套装置可有效提高压缩天然气、氢气或者沼气等高自燃点燃料在内燃机气缸中的可靠压缩着火，实现气体燃料的高效清洁燃烧。所述提高天然气发动机压缩着火性能的燃烧系统的关键技术是1)发动机压缩比和主副燃烧室容积比选择；2)涡流室镶块通道的设计，包括通道的角度、尺寸、数量；3)涡流室的隔热陶瓷材料及隔热陶瓷涂层厚度选择。上述措施是一个整体，对天然气压缩着火和燃烧过程具有相互制约。存在最优方案，即存在最佳的参数选择。设计发动机压缩比是为保证压缩终点的温度满足助燃添加剂的自燃着火。设计主副燃烧室容积比是为保证副室内混合气着火后进入主实施的点火能量满足主室天然气点火能量要求。设计副燃烧室参数是为了确保添加剂喷射后最大限度地保留在副室，并与副室内空气混合，尽快形成当量比可燃混合气并实现点火。设计主燃烧室参数是为了与副燃烧室的镶块通道相匹配，使得副燃烧室内燃烧的火焰以最小的能量损失进入主燃烧室，实现主燃烧室内天然气与空气混合气的可靠点火和快速燃烧。设计涡流室的隔热陶瓷材料及隔热陶瓷涂层厚度是为保证压缩终点具有最高的压缩温度，利于天然气压燃着火。本项专利技术的优点是采用涡流室隔热结构可大大提高天然气发动机压缩着火性能，副燃烧室设计易于实现，可在市场上现有的大量涡流室式柴油机基础上改装而成，改装成本低，市场应用规模广；该燃烧系统不仅适用于天然气，还可适用于其他高自燃点的发动机替代燃料，如沼气、氢气等，实现气体燃料压缩着火燃烧，提高发动机启动性、经济性和排放特性。附图说明图1为缸盖整体、副燃烧室及镶块结构示意图。图中1.缸盖 2.天然气喷射阀 3为天然气喷射阀安装孔 4.副燃烧室 5.主燃烧室 6.涡流室镶块 7.圆柱型孔， 8.半球型涡流室底 9为启动孔 10.涡流室通道。具体实施例方式实施例，发动机采用高压缩比的主副燃烧室结构，在副燃烧室内喷涂隔热陶瓷并设置天然气喷射阀，在压缩行程初期向副燃烧室喷射天然气，使副燃烧室内燃料首先着火燃烧，实现对主燃烧室内燃料的引燃作用，措施如下1)利用S195柴油机的涡流室式燃烧室，改造涡流副燃烧室重新设计天然气进气口，以便安装天然气喷射阀，缸盖整体、副燃烧室及镶块结构如图 1所示，发动机缸盖1上设有一个用于安装天然气喷射阀2的倾斜的天然气喷射阀安装孔3 并与副燃烧室本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种采用喷射阀提高天然气发动机压缩着火性能的方法，其特征在于发动机采用高压缩比的主副燃烧室结构，在副燃烧室内喷涂隔热陶瓷并设置天然气喷射阀，在压缩行程初期向副燃烧室喷射天然气，使副燃烧室内燃料首先着火燃烧，实现对主燃烧室内燃料的引燃作用。2.根据权利要求1所述采用喷射阀提高天然气发动机压缩着火性能的方法，其特征在于所述发动机的主副燃烧室，利用S195柴油机的涡流室式燃烧室，改造涡流副燃烧室， 发动机缸盖上设有一个用于安装天然气喷射阀的倾斜的天然气喷射阀安装孔并与副燃烧室相通，同时在主燃烧室和副燃烧室之间采用设有贯穿通道的涡流室镶块，天然气喷射阀安装孔的位置与原柴油喷油器的位置相同，其中心线与副燃烧室的垂直中心线的夹角为20 度，天然气喷射阀安装孔上部为直径25mm、高24mm圆柱型螺纹孔，下部为直径14mm圆柱型孔，下部的圆柱型孔与副燃烧室相贯通，天然气喷射阀与天然气喷射阀安装孔通过螺纹密封连接；涡流室镶块外型为阶梯状圆柱体结构，由三个不同直径的圆柱体构成，自上而下三个圆柱体分别为高6. 5mm、直径36mm，高8mm、直径32mm和高8mm、直径40mm，涡...
【专利技术属性】
技术研发人员：张德福，荣雷，沈国华，张惠明，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：
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