CN110318860A - 一种多级燃气喷射的船用大缸径天然气发动机燃烧系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种多级燃气喷射的船用大缸径天然气发动机燃烧系统，包括发动机、天然气储气罐、空气源，气缸盖、气缸以及活塞形成缩口浅ω形燃烧室，进气道里安装进气阀，排气道里安装排气阀，大容积预燃室与缩口浅ω形燃烧室通过连接通道相通，火花塞的头部设置在大容积预燃室顶面，喷气阀组和单向阀分别设置在火花塞的两侧，天然气储气罐通过调压器连接气轨，气轨连接喷气阀组，空气源通过增压器连接单向阀。本发明通过两套空气供给系统实现对预燃室和主燃室内空燃比单独控制，在预燃室和主燃室内形成适宜浓度的混合气，改善燃烧过程，提高发动机热效率；预燃室空气供给系统可以辅助扫气，能够提高排气充分性，减少残余燃气量。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种发动机，具体地说是天然气发动机。
背景技术
天然气以其资源丰富、价格低廉和排放污染低等特点发展成为一种具有广泛应用前景的代用燃料。为了满足当前严格的排放法规要求，天然气发动机一般采用稀薄燃烧技术，但在稀薄燃烧状况下，天然气发动机往往会产生燃烧不稳定、燃烧循环变动大等现象，需要采用点火增益的方法来替代常规的火花塞点火系统。对于船用大缸径天然气发动机，一般采用预燃室燃烧系统，通过在预燃室中形成较浓的混合气，增加点火增益能量，增大缸内湍流强度，加速火焰传播速度，提高发动机热效率。
公开号CN103821606B专利涉及一种预燃室发生器，该预燃室发生器具有独立的冷却系统、进气系统和控制系统。公开号CN108331658A专利设涉及一种基于预燃室加浓改善天然气发动机频响的供给系统及方法，针对发动机突加负载变工况时主燃室内进气量和进气浓度不能及时响应负载需要，引起发动机转速出现明显波动问题，通过控制预燃室独立进气喷射装置的开启和关闭，向预燃室独立进气加浓预燃室内混合气浓度，并改变主燃室内混合气浓度。公开号CN106194395A专利针对汽车内燃机点火系统的需求，发明一种火花点火发动机的湍流射流点火预燃室燃烧系统。上述专利针对不同天然气发动机提出了不同预燃室燃烧系统，提高了发动机的热效率、经济性和排放性，但对于船用大缸径天然气发动机不同负荷工况时燃气喷射流量供给精度要求问题，以及预燃室内已燃废气扫气问题，未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供通过两套空气供给系统实现对预燃室和主燃室内空燃比单独控制，在预燃室和主燃室内形成适宜浓度的混合气，改善燃烧过程，提高发动机热效率的一种多级燃气喷射的船用大缸径天然气发动机燃烧系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种多级燃气喷射的船用大缸径天然气发动机燃烧系统，其特征是：包括发动机、天然气储气罐、空气源，所述发动机包括气缸盖、气缸、活塞，气缸盖、气缸以及活塞形成缩口浅ω形燃烧室，气缸盖里设置进气道、排气道、大容积预燃室、火花塞、喷气阀组、单向阀，进气道里安装进气阀，排气道里安装排气阀，大容积预燃室与缩口浅ω形燃烧室通过连接通道相通，火花塞的头部设置在大容积预燃室顶面，喷气阀组和单向阀分别设置在火花塞的两侧，天然气储气罐通过调压器连接气轨，气轨连接喷气阀组，空气源通过增压器连接单向阀。
本发明还可以包括：
1、气轨与喷气阀组之间设置稳压腔，稳压腔与喷气阀组各喷气阀的进气口相通，单向阀进气口连通集气腔，集气腔连通增压器。
2、单向阀出口轴线与喷气阀组出口轴线具有90°至160°夹角。
3、单向阀在发动机排气冲程时开启，实现对大容积预燃室扫气。
本发明的优势在于：本发明的一种带有预燃室多级燃气喷射的船用大缸径天然气发动机燃烧系统，能够通过在预燃室进行多级燃气喷射，提高发动机燃气喷射量控制精度，实现发动机不同负荷工况下的燃气供给；通过两套空气供给系统实现对预燃室和主燃室内空燃比单独控制，在预燃室和主燃室内形成适宜浓度的混合气，改善燃烧过程，提高发动机热效率；同时，预燃室空气供给系统可以用来对预燃室进行扫气，也可以辅助进气道空气充量对主燃室内进行扫气，分区扫气可以提供更多的新鲜充量，将已燃混合气赶向排气管，扫气更充分。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的大容积预燃室示意图；
图3为单向阀与集气腔一体结构示意图；
图4为喷气阀组与稳压腔一体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-4，本发明一种带有预燃室多级燃气喷射的船用大缸径天然气发动机燃烧系统，包括天然气储气罐1、滤清器2、调压器3、气轨4、稳压腔5、喷气阀组6、进气道7、进气阀8、大容积预燃室9、排气道10、排气阀11、火花塞12、单向阀13、集气腔14、增压器15、缩口浅ω形燃烧室16、传感器17、控制系统18和空气源19等。大容积预燃室9安装在气缸盖上，火花塞12中置于大容积预燃室9顶面，喷气阀组6和单向阀13分别布置在火花塞12两侧，单向阀13出口轴线与喷气阀组6出口轴线具有夹角90°至160°，有利于天然气和空气在预燃室内快速混合。大容积预燃室9比传统预燃室容积大，可以满足火花塞12、喷气阀组6和单向阀13的安装距离。
大容积预燃室9具有单独的多级燃气供给系统和空气供给系统。预燃室多级燃气供给系统包括天然气储气罐1、滤清器2、调压器3、气轨4、稳压腔5、喷气阀组6和控制系统18等。预燃室空气供给系统包括空气源19、增压器15、集气腔14、单向阀13和控制系统18等，单向阀13与集气腔14一体结构如图3所示。
如图4所示，喷气阀组6安装在稳压腔5内，与稳压腔5装配于一体结构。喷气阀组6内包括多个燃气喷射阀，每个燃气喷射阀的参数可以相同或不同，每个燃气喷射阀单独与控制系统18连接，控制系统18控制单个燃气喷射阀工作，可以满足发动机起动、怠速、低负荷工况时燃气量供给，控制系统控制多个燃气喷射阀共同工作，可以满足发动机高负荷工况时燃气流量供给。通过控制燃气喷射阀的工作数量和喷射脉宽调整发动机不同负荷工况下的燃气供给流量。
在发动机进气冲程，预燃室多级燃气供给系统向大容积预燃室9内供给天然气，同时通过多个连接通道向主燃室供给天然气，喷气阀组6能够在单位时间内喷射更多的燃气，可以满足预燃室和主燃室的燃气供给量。预燃室空气供给系统向大容积预燃室9内供给空气，通过调整大容积预燃室9内天然气和空气供给量配比，实现预燃室内空燃比的控制，在预燃室内形成适宜浓度的可燃混合气，保证可靠点火。在进气阀8开启过程中，空气经进气道7进入气缸内，将主燃室内可燃混合气进一步稀释，使得主燃烧室内形成较稀薄的混合气，通过调整由进气道7进入缸内的空气充量和主燃室内燃气供给量配比，实现主燃室内空燃比的控制。
在发动机排气冲程，控制预燃室空气供给系统向大容积预燃室9喷射具有一定压力的空气，空气将大容积预燃室9内已燃气体强制排挤出预燃室，对预燃室进行扫气，同时能够在进排气门重叠期辅助进气道空气充量对整个燃烧室实现扫气。
活塞顶面设有一缩口浅ω形燃烧室，通过增加挤气面积，利用活塞运动时的挤流效应改善主燃室内稀薄混合气的形成。
在预燃室多级燃气供给系统中，通过控制喷气阀组内单个或多个燃气喷射阀喷射天然气实现对大容积预燃室的供气，大容积预燃室与主燃室之间具有多个连接通道，天然气通过多个连接通道从大容积预燃室进入主燃室，实现对主燃室的供气。在预燃室空气供给系统中，增压器对空气进行增压，使进入预燃室内的空气具有一定的压力，依靠空气压力作用实现天然气与空气的混合，也用于在发动机排气阶段对大容积预燃室内进行扫气。通过控制单向阀的工作时间实现发动机不同负荷工况时大容积预燃室内空气量供给。空气经进气道进入缸内，对主燃室内的可燃混合气具有一定的稀释作用，通过调整进气道空气供给量，在主燃室内形成较均匀的稀薄混合气。
此外，预燃室空气供给系统可以用来对主燃烧室进行扫气，在燃烧过程结束后，在活塞下止点后适当时刻控制单向阀开启，空气将预燃室内的废气扫出，单向阀过早开启会影响缸内气体压力，过晚开启则会影响扫气效率。在进排气门重叠期间，大容积预燃室内的空气辅助进气道空气充量，将主燃烧室内的已燃废气排出，预燃室和主燃室分区扫气可以提供更多的新鲜充量，将已燃混合气赶向排气管，扫气更充分。
Claims (5)
1.一种多级燃气喷射的船用大缸径天然气发动机燃烧系统，其特征是：包括发动机、天然气储气罐、空气源，所述发动机包括气缸盖、气缸、活塞，气缸盖、气缸以及活塞形成缩口浅ω形燃烧室，气缸盖里设置进气道、排气道、大容积预燃室、火花塞、喷气阀组、单向阀，进气道里安装进气阀，排气道里安装排气阀，大容积预燃室与缩口浅ω形燃烧室通过连接通道相通，火花塞的头部设置在大容积预燃室顶面，喷气阀组和单向阀分别设置在火花塞的两侧，天然气储气罐通过调压器连接气轨，气轨连接喷气阀组，空气源通过增压器连接单向阀。
2.根据权利要求1所述的一种多级燃气喷射的船用大缸径天然气发动机燃烧系统，其特征是：气轨与喷气阀组之间设置稳压腔，稳压腔与喷气阀组各喷气阀的进气口相通，单向阀进气口连通集气腔，集气腔连通增压器。
3.根据权利要求1或2所述的一种多级燃气喷射的船用大缸径天然气发动机燃烧系统，其特征是：单向阀出口轴线与喷气阀组出口轴线具有90°至160°夹角。
4.根据权利要求1或2所述的一种多级燃气喷射的船用大缸径天然气发动机燃烧系统，其特征是：单向阀在发动机排气冲程时开启，实现对大容积预燃室扫气。
5.根据权利要求3所述的一种多级燃气喷射的船用大缸径天然气发动机燃烧系统，其特征是：单向阀在发动机排气冲程时开启，实现对大容积预燃室扫气。
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