專利名稱：天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明涉及一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是一種多點(diǎn)電控噴射稀燃天 然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著能源短缺和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)以其良 好的能源替代性和排放特性在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用。所以有很多的研究開發(fā) 轉(zhuǎn)向如何利用天然氣資源，用天然氣作發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料。 一般開發(fā)采用 機(jī)械混合器式的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)較多，這些發(fā)動(dòng)機(jī)排放水平較低，動(dòng)力 性較差。電控發(fā)動(dòng)機(jī)主要采用單點(diǎn)集中噴射方式，在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧 管上布置混合器，采用幾個(gè)噴氣嘴將天然氣噴進(jìn)混合器，空氣和天然 氣在此混合后沿進(jìn)氣歧管流入氣缸。與多點(diǎn)電控發(fā)動(dòng)機(jī)相比，這種發(fā)
動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料消耗率高。發(fā)動(dòng)機(jī)較難滿足歐in以 上排放要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種多點(diǎn)順序噴射 電控天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其為高性能、低排放、高可靠性的多點(diǎn)電控順序 噴射天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于-多點(diǎn)順序噴射電控系統(tǒng)搭載在發(fā)動(dòng)機(jī)上氣軌布置在進(jìn)氣歧管上，氣 軌與進(jìn)氣歧管間采用密封膠圈密封，六個(gè)噴氣嘴布置在氣軌上，天然 氣溫度傳感器和壓力傳感器安裝在氣軌上，進(jìn)氣溫度傳感器和迸氣壓 力傳感器布置在進(jìn)氣歧管上，轉(zhuǎn)速傳感器安裝在飛輪殼上，從飛輪取 轉(zhuǎn)速信號(hào)，相位傳感器安裝在飛輪殼正對(duì)凸輪軸正時(shí)齒輪處，水溫傳 感器布置在出水管上，排溫傳感器安裝在排氣管上；線性氧傳感器安 裝在排氣總管上；點(diǎn)火線圈固定在氣缸體上的點(diǎn)火線圈支架上；火花 塞安裝在氣缸蓋上，高壓線一端連接點(diǎn)火線圈， 一端連接火花塞；高 壓線支架安裝在氣缸體上，固定高壓線；線束固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，用相 應(yīng)的線束夾固定；電子節(jié)氣門安裝在進(jìn)氣歧管進(jìn)口處；ECU、天然氣 濾清器和減壓器布置在整車駕駛室內(nèi)或發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)。
水冷中間殼增壓器連接在排氣管和排氣總管之間，其進(jìn)水管一端 布置在發(fā)動(dòng)機(jī)的水套高壓端，另一端與增壓器連接，其回水管一端布 置在發(fā)動(dòng)機(jī)出水管上，另一端與增壓器連接。
進(jìn)氣歧管在噴氣嘴孔的連接處安裝了一個(gè)銅制套管，套管過盈壓 入進(jìn)氣歧管，通過一直徑為小8 10咖的天然氣導(dǎo)向管將天然氣噴到 進(jìn)氣門口處。
氣缸蓋上鑄造六個(gè)火花塞孔。
燃燒室為盆型，燃燒室外徑64 66mm，深度25 27mm，底部 圓角R7 8mm，燃燒室喉口倒角為R2mm，壓縮比12。
活塞上設(shè)有專用的活塞環(huán)，活塞環(huán)包括有氣環(huán)和油環(huán)，其中氣環(huán) 為梯形結(jié)構(gòu)，油環(huán)的刮油刃寬度L減小35y。。本發(fā)明的積極效果是該天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)保持了原柴油機(jī)的動(dòng)力 性，排放達(dá)到歐3標(biāo)準(zhǔn)要求?？刂品椒ㄍㄟ^分區(qū)控制空燃比實(shí)現(xiàn)缸內(nèi) 有效控制NOx排放，同時(shí)采用氧化催化器降低HC及CO排放；在
歐III排放法規(guī)的NOx控制區(qū)使過量空氣系數(shù)達(dá)到1.4 1.58，在非排 放控制區(qū)的低速大負(fù)荷區(qū)域，過量空氣系數(shù)控制在1.2左右。


圖1為多點(diǎn)順序噴射電控系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的搭載圖； 圖2為帶有天然氣導(dǎo)入通道的進(jìn)氣歧管； 圖3為鑄造火花塞孔的氣缸蓋示意圖； 圖4為盆型燃燒室； 圖5為專用活塞環(huán)；
圖6為分區(qū)控制空燃比的排放控制方法。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述
如圖1所示，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于是一種多點(diǎn)順序噴射 電控天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，電控系統(tǒng)搭載在發(fā)動(dòng)機(jī)上，氣軌9布置在進(jìn)氣歧 管8上，氣軌與進(jìn)氣歧管之間采用密封膠圈密封，六個(gè)噴氣嘴10布 置在氣軌9上，天然氣溫度傳感器13和壓力傳感器15安裝在氣軌9 上，進(jìn)氣溫度傳感器11和進(jìn)氣壓力傳感器14布置在進(jìn)氣歧管8上， 轉(zhuǎn)速傳感器8安裝在飛輪殼上，從飛輪取轉(zhuǎn)速信號(hào)，相位傳感器1安 裝在飛輪殼正對(duì)凸輪軸正時(shí)齒輪處，水溫傳感器5布置在出水管上， 排溫傳感器2安裝在排氣管上；線性氧傳感器16安裝在排氣總管上。點(diǎn)火線圈21固定在氣缸體上的點(diǎn)火線圈支架14上?；鸹ㄈ?7安裝 在氣缸蓋上，高壓線18—端連接點(diǎn)火線圈21， 一端連接火花塞17。 高壓線支架20安裝在氣缸體上，固定高壓線18。線束19固定在發(fā) 動(dòng)機(jī)上，用相應(yīng)的線束夾固定。電子節(jié)氣門12安裝在進(jìn)氣歧管進(jìn)口 處。ECU、天然氣濾清器和減壓器布置在整車駕駛室內(nèi)或發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙 內(nèi)。
水冷中間殼增壓器3連接在排氣管和排氣總管之間。其進(jìn)水管7 一端布置在發(fā)動(dòng)機(jī)的水套高壓端，另一端與增壓器連接。其回水管4 一端布置在發(fā)動(dòng)機(jī)出水管上，另一端與增壓器連接，使增壓器得到足 夠的冷卻水，保證增壓器可靠工作。
如圖2所示，為帶有天然氣導(dǎo)入通道的進(jìn)氣歧管8。在噴氣嘴孔 的連接處安裝了一個(gè)銅制套管8-1，套管過盈壓入進(jìn)氣歧管，杜絕發(fā) 動(dòng)機(jī)在使用過程中天然氣泄漏，通過一直徑為4>8 10mm的天然氣導(dǎo) 入管8-2將天然氣噴到進(jìn)氣門口處。該結(jié)構(gòu)使各缸天然氣充分進(jìn)入氣 缸，有效避免了因天然氣密度低于空氣密度而積存在進(jìn)氣歧管上部， 從而保證了各缸正確的天然氣供給量。
如圖3所示，為采用鑄造火花塞孔的氣缸蓋示意圖。在氣缸蓋上 取消原來的噴油器孔，設(shè)計(jì)六個(gè)鑄造的火花塞孔，避免了采用銅套密 封冷卻水時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)冷卻水漏到缸內(nèi)或火花塞孔內(nèi)的問題。在確定火 花塞孔的位置時(shí)，應(yīng)采用CFD模擬方法或試驗(yàn)方法確認(rèn)鑄造后的氣缸 蓋能夠保證所需的冷卻能力。
圖4所示為采用盆型燃燒室的示意圖。燃燒室外徑64 66mm，深度25 27mm，底部圓角R7 8mm，燃燒室喉口倒角為R2mm， 壓縮比12。
圖5所示為活塞上設(shè)有專用的活塞環(huán)，如圖5所示，氣環(huán)為T 型結(jié)構(gòu)，取消二環(huán)扭曲，同時(shí)活塞環(huán)徑向彈力增加15%。油環(huán) 一方 面增加撐簧彈力，另一方面將圖5所示的刮油刃寬度L減小35。/。，以 提高油環(huán)與缸套的接觸面壓，增加油環(huán)的刮油能力。
采用通過分區(qū)控制空燃比實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)有效控制NOx排放，同時(shí)采用
氧化催化器降低hc及co排放，使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到歐m標(biāo)準(zhǔn)的排放控制
方法。圖6為分區(qū)控制空燃比的排放控制方法。在歐III排放法規(guī)的 NOx控制區(qū)使過量空氣系數(shù)達(dá)到1.4 1.58，在非排放控制區(qū)的低速大 負(fù)荷區(qū)域，過量空氣系數(shù)控制在1.2左右，使燃燒完善，但需要保證 排溫在允許的范圍內(nèi)。對(duì)于中小負(fù)荷區(qū)域，主要追求發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料經(jīng) 濟(jì)性。在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的性能開發(fā)和電控標(biāo)定時(shí)，采用多點(diǎn)電控順序噴 射系統(tǒng)，按照該控制方法精確地控制各區(qū)域的過量空氣系數(shù)，使發(fā)動(dòng) 機(jī)排放達(dá)到歐III標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，空氣經(jīng)過渦輪增壓器后，到中冷器冷卻， 冷卻后的空氣通過迸氣歧管進(jìn)入氣道中，根據(jù)各缸工作順序，在進(jìn)氣 門打開后流入氣缸內(nèi)。天然氣從鋼瓶導(dǎo)減壓器，經(jīng)過減壓后，經(jīng)濾清 器進(jìn)入到氣軌，由噴氣嘴將天然氣噴到進(jìn)氣歧管中天然氣導(dǎo)入管，在 進(jìn)氣門口處與空氣混合后，進(jìn)入氣缸內(nèi)。ECU采集處理傳感器得到的 各種發(fā)動(dòng)機(jī)工況信號(hào)，并通過運(yùn)算，確定發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、 溫度等工況下的天然氣噴射量，向執(zhí)行裝置按照噴射正時(shí)輸出控制脈沖信號(hào)，控制噴射的整個(gè)工作過程。同時(shí)，査詢點(diǎn)火正時(shí)MAP圖，確 定各缸點(diǎn)火時(shí)刻，控制點(diǎn)火系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確點(diǎn)火。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)在
MAP存儲(chǔ)的最優(yōu)過量空氣系數(shù)下工作，ECU根據(jù)氧傳感器信號(hào)、進(jìn)氣
溫度、壓力、天然氣溫度、壓力等信號(hào)實(shí)時(shí)修正天然氣的噴射量，發(fā) 送給執(zhí)行模塊實(shí)現(xiàn)天然氣多點(diǎn)順序噴射。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，故障診斷模 塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)系統(tǒng)的工作情況，當(dāng)發(fā)生一些意外情況時(shí)，報(bào)警系統(tǒng) 會(huì)發(fā)出警報(bào)并將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換到安全模式運(yùn)行或停機(jī)。
本電控天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)適用的機(jī)型為80 300馬力，特別適合安裝 在排放要求嚴(yán)格的城市公交車、旅游車、環(huán)衛(wèi)車及卡車等其它車型上。
本發(fā)動(dòng)機(jī)保持了與原柴油機(jī)相同的動(dòng)力性，排放達(dá)到歐m水平。本機(jī)
型價(jià)格比同類進(jìn)口機(jī)型低30% 45%，燃料消耗率與進(jìn)口機(jī)型相當(dāng)。 因此是一種具有廣闊應(yīng)用前景的發(fā)動(dòng)機(jī)。
權(quán)利要求
1、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于多點(diǎn)順序噴射電控系統(tǒng)搭載在發(fā)動(dòng)機(jī)上氣軌(9)布置在進(jìn)氣歧管(8)上，氣軌(9)與進(jìn)氣歧管(8)間采用密封膠圈密封，六個(gè)噴氣嘴(10)布置在氣軌(9)上，天然氣溫度傳感器(13)和壓力傳感器(15)安裝在氣軌(9)上，進(jìn)氣溫度傳感器(11)和進(jìn)氣壓力傳感器(14)布置在進(jìn)氣歧管(8)上，轉(zhuǎn)速傳感器(23)安裝在飛輪殼上，從飛輪取轉(zhuǎn)速信號(hào)，相位傳感器(1)安裝在飛輪殼正對(duì)凸輪軸正時(shí)齒輪處，水溫傳感器(5)布置在出水管上，排溫傳感器(2)安裝在排氣管上；線性氧傳感器(16)安裝在排氣總管上；點(diǎn)火線圈(21)固定在氣缸體上的點(diǎn)火線圈支架(22)上；火花塞(17)安裝在氣缸蓋上，高壓線(18)一端連接點(diǎn)火線圈(21)，一端連接火花塞(17)；高壓線支架(20)安裝在氣缸體上，固定高壓線(18)；線束(19)固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，用相應(yīng)的線束夾固定；電子節(jié)氣門(12)安裝在進(jìn)氣歧管進(jìn)口處；ECU、天然氣濾清器和減壓器布置在整車駕駛室內(nèi)或發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的水 冷中間殼增壓器(3)連接在排氣管和排氣總管之間，其進(jìn)水管(7) 一端布置在發(fā)動(dòng)機(jī)的水套高壓端，另一端與增壓器連接，其回水管(4) 一端布置在發(fā)動(dòng)機(jī)出水管上，另一端與增壓器連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的進(jìn) 氣歧管(8)在噴氣嘴孔的連接處安裝了一個(gè)銅制套管(8-1)，套管過盈壓入進(jìn)氣歧管，通過一直徑為ct)8 10mm的天然氣導(dǎo)向管(8-2) 將天然氣噴到進(jìn)氣門口處。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的氣 缸蓋(6)上鑄造六個(gè)火花塞孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的燃 燒室為盆型，燃燒室外徑64 66mm，深度25 27mm，底部圓角R7 8mm，燃燒室喉口倒角為R2mm，壓縮比12。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的活 塞上設(shè)有專用的活塞環(huán)，活塞環(huán)包括有氣環(huán)和油環(huán)，其中氣環(huán)為梯形 結(jié)構(gòu)，油環(huán)的刮油刃寬度L減小35G/0。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于控制方 法通過分區(qū)控制空燃比實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)有效控制NOx排放，同時(shí)采用氧化 催化器降低HC及CO排放；在歐III排放法規(guī)的NOx控制區(qū)使過量 空氣系數(shù)達(dá)到1.4~1.58，在非排放控制區(qū)的低速大負(fù)荷區(qū)域，過量空 氣系數(shù)控制在1.2左右。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于多點(diǎn)順序噴射電控系統(tǒng)搭載在發(fā)動(dòng)機(jī)上、采用帶有天然氣導(dǎo)入通道的進(jìn)氣歧管、采用鑄造火花塞孔的氣缸蓋、盆型燃燒室、專用活塞環(huán)、水冷增壓器并布置合理的冷卻管路、采用分區(qū)控制空燃比和加裝氧化催化器實(shí)現(xiàn)歐3排放的稀燃排放控制方法。其為高性能、低排放、高可靠性的多點(diǎn)電控順序噴射天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)F02M21/02GK101302961SQ20071005561
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者劉東航, 吳世友, 勇 崔, 張慧英, 鵬 李, 杜喜云, 偉 王, 竇慧莉, 濤 閆 申請(qǐng)人:中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司