一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射系统及其喷射控制方法技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射系统及其喷射控制方法，包括气缸盖、缸体和活塞，气缸盖、缸体、活塞之间形成球形燃烧室，气缸盖里设置进气歧管、高压燃气喷射阀、引燃柴油喷射阀，进气歧管连接进气总管，进气总管与进气歧管连接处设置节气门，节气门后方的进气歧管里设置低压燃气喷射阀，高压燃气喷射阀和引燃柴油喷射阀位于球形燃烧室上方。本发明专利技术两个燃气喷射阀根据不同工况配合工作，从而实现双燃料发动机高效低排放燃烧，加速火焰传播速度，缩短燃烧时间，有利于提高燃烧质量，降低排气温度，可以改善双燃料发动机失火及爆震问题。

【技术实现步骤摘要】
一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射系统及其喷射控制方法
本专利技术涉及的是一种发动机及其控制方法，具体地说是双燃料发动机及其控制方法。
技术介绍
随着排放法规逐渐严格，为了改善和保护环境，天然气因为发热量高、排放清洁、储量大等特点已逐渐成为传统柴油机的代用燃料。天然气的常压着火温度约600-650℃，远高于柴油(280℃左右)，难以直接通过压燃方式着火燃烧，一般以柴油引燃或火花塞点燃。通过节气门控制进气量，部分负荷时的泵气损失使机械效率降低。目前现有双燃料发动机均为单一燃气喷射阀，燃气进气方式为进气总管喷射或进气道和缸内直喷，以火花塞引燃混合气或由柴油压燃后引燃燃气混合气。预混合燃烧是一种火焰传播式的燃烧，混合气燃烧后，火焰核心沿燃烧室不断传播，先后燃烧各层混合气。高负荷时，缸内温度高，未燃区易发生自燃形成新的火核产生爆震现象。进气总管喷射系统，将燃气喷入进气管与空气形成混合气，预混合柴油引燃的低温燃烧可以提高发动机热效率，并有效降低NOx排放。但工况范围小，高负荷时受爆震限制，动态特性差。这种燃料喷射方式使发动机的响应性较差，难以实现各缸快速停气供气功能。缸内直喷式燃气双燃料发动机采用狄塞尔循环可在高负荷时提供更强劲动力，有效抑制爆震发生。加减载工况时可以更精确控制燃气喷射量，提升动态响应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供有较好动力性、排放性的一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射系统及其喷射控制方法。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射系统，其特征是：包括气缸盖、缸体和活塞，气缸盖、缸体、活塞之间形成球形燃烧室，气缸盖里设置进气歧管、高压燃气喷射阀、引燃柴油喷射阀，进气歧管连接进气总管，进气总管与进气歧管连接处设置节气门，节气门后方的进气歧管里设置低压燃气喷射阀，高压燃气喷射阀和引燃柴油喷射阀位于球形燃烧室上方。本专利技术一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射系统还可以包括：1、低压燃气喷射阀和高压燃气喷射阀相互独立工作，引燃柴油喷射阀的柴油喷射比例占整个循环燃料能量比例的1-5％。本专利技术一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射控制方法，其特征是：启动及低负荷时，双燃料发动机采用低压燃气喷射阀喷射燃气，高压燃气喷射阀不工作；中负荷时，低压燃气喷射阀与高压燃气喷射阀共同工作；高负荷时，双燃料发动机切换到狄塞尔工作循环，只有高压燃气喷射阀工作。本专利技术一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射控制方法还可以包括：1、所述中负荷为负荷15％-70％，低压燃气喷射阀先喷射燃气与空气形成可燃混合气，缸内高压燃气喷射阀作为主燃气喷射阀，第一次喷射的气体在缸内形成稀混合气，第二次喷射的气体集中分布在燃烧室上层，形成上浓下稀的天然气浓度分布，引燃柴油喷入并压缩自燃后形成火焰中心，由混合气浓度高向混合气浓度低方向传播火焰前锋。2、所述高负荷为负荷大于70％，双燃料发动机切换到狄塞尔循环工作模式，燃气以气态与空气混合，占用约10％的混合气体积，采用高压燃气喷射阀在缸内直接喷入高压燃气，缸内可燃混合气由引燃柴油引燃。本专利技术的优势在于：结合了传统双燃料发动机单一燃气喷射阀的优越点，使用双燃气喷射阀和燃气喷射策略做出合理的设计，在不同工况下考虑不同的影响因素、满足各种海况排放要求，使双燃料发动机得到较好的综合性能。在冷机启动或低负荷时，启用总管单点喷射，改善冷启动效果，减少积碳产生，而中负荷需要经济性为主时，燃气单点喷射阀与缸内高压燃气喷射阀共同工作，而在急加载或大负荷需要强大动力时，采用缸内高压燃气喷射，可以提升动态响应并避免爆震。两个燃气喷射阀根据不同工况配合工作，从而实现双燃料发动机高效低排放燃烧，加速火焰传播速度，缩短燃烧时间，有利于提高燃烧质量，降低排气温度，可以改善双燃料发动机失火及爆震问题。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1，本专利技术一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射系统，包括进气总管1、节气门2、低压燃气喷射阀3、进气歧管4、高压燃气喷射阀5、引燃柴油喷射阀6、排气系统7、球形燃烧室8、活塞9。燃烧室由活塞上表面、气缸套周壁以及气缸盖下表面组成，单点低压燃气喷射阀3安装在进气总管处，高压燃气喷射阀5安装在气缸盖内，引燃柴油喷射器6安装在气缸盖内。低压燃气喷射阀3和高压燃气喷射阀5两个喷射阀相互独立工作。柴油喷射器6为多孔大流量喷射器，喷油器喷孔数目为6-8个，喷出多个油束。柴油喷射比例占整个循环燃料能量比例的1-5％。缸内高压燃气喷射阀5采用多次喷射。燃烧室8采用半球形结构。判断发动机负荷，选择双燃料发动机工作模式。启动及低负荷即负荷低于15％时，双燃料发动机采用进气总管1喷射燃气，缸内高压燃气喷射阀5不工作。中负荷即负荷在15％-70％时，燃气单点喷射阀3与缸内高压燃气喷射阀5共同工作。高负荷即负荷大于70％时，双燃料发动机切换到狄塞尔工作循环，只有缸内高压燃气喷射阀5工作。燃烧组织方法适用于四冲程天然气发动机，每循环包含进气冲程、压缩冲程、燃烧做功冲程以及排气冲程。天然气在低负荷即负荷低于15％时因稀薄燃烧易发生失火等问题，所以此时采用进气总管燃气喷射，燃气在进气总管内与空气充分混合后进入气缸，可使缸内燃气混合气浓度均匀适合燃烧。在压缩冲程活塞距离上止点前20℃A范围内向缸内喷射引燃柴油，多孔喷嘴可以使柴油在缸内形成多个浓度区域，且雾化效果也较好，柴油喷射的量较少，燃烧较为缓慢，空气充足，燃烧充分，能实现较好的排放性能。中负荷时即负荷为15％-70％时，双燃料发动机采用两燃气喷射阀共同工作模式。低压燃气喷射阀5先喷射少量燃气与空气形成浓度适应的可燃混合气，缸内高压燃气喷射阀5作为主燃气喷射阀，喷射循环所需主要燃料百分比。第一次喷射的气体在缸内形成较均匀的稀混合气，第二次喷射的气体集中分布在燃烧室上层，形成上浓下稀的天然气浓度分布，引燃柴油喷入并压缩自燃后形成火焰中心，由混合气浓度高向混合气浓度低方向传播火焰前锋，加快火焰传播速度，避免在火焰前锋到达之前，末端混合气发生自燃产生新的火焰中心产生爆震现象。高负荷时即负荷大于70％时，双燃料发动机切换到狄塞尔循环工作模式，由于燃气是以气态与空气混合，会占用约10％的混合气体积，在高负荷状态下所需燃气增多，使用总管进气会降低空气进气量，并且在高负载时，奥托循环的双燃料发动机易发生爆震，所以在高负荷工况下采用高压燃气喷射阀在缸内直接喷入高压燃气，缸内可燃混合气仍由引燃柴油引燃。中高负荷的动态工况下，均以高压燃气喷射阀5做为主燃料喷射阀，缸内燃气喷射可精准控制燃料各缸喷射量，有利于双燃料发动机的空燃比控制。半球形燃烧室8结构紧凑，火焰行程短，燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射系统，其特征是：包括气缸盖、缸体和活塞，气缸盖、缸体、活塞之间形成球形燃烧室，气缸盖里设置进气歧管、高压燃气喷射阀、引燃柴油喷射阀，进气歧管连接进气总管，进气总管与进气歧管连接处设置节气门，节气门后方的进气歧管里设置低压燃气喷射阀，高压燃气喷射阀和引燃柴油喷射阀位于球形燃烧室上方。/n

【技术特征摘要】
1.一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射系统，其特征是：包括气缸盖、缸体和活塞，气缸盖、缸体、活塞之间形成球形燃烧室，气缸盖里设置进气歧管、高压燃气喷射阀、引燃柴油喷射阀，进气歧管连接进气总管，进气总管与进气歧管连接处设置节气门，节气门后方的进气歧管里设置低压燃气喷射阀，高压燃气喷射阀和引燃柴油喷射阀位于球形燃烧室上方。


2.根据权利要求1所述的一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射系统，其特征是：低压燃气喷射阀和高压燃气喷射阀相互独立工作，引燃柴油喷射阀的柴油喷射比例占整个循环燃料能量比例的1-5％。


3.一种改善船用双燃料发动机动态响应的燃气双喷射控制方法，其特征是：
启动及低负荷时，双燃料发动机采用低压燃气喷射阀喷射燃气，高压燃气喷射阀不工作；
中负荷时，低压燃气喷射阀与高压燃气喷射阀共同工作；

【专利技术属性】
技术研发人员：丁宇，贲虹凯，向拉，徐珂达，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23