天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)及燃燒方法、天然氣發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)及燃燒方法、天然氣發(fā)動機(jī)，為在使用EGR廢氣冷卻再循環(huán)技術(shù)的天然氣發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上，將其一部分氣缸的進(jìn)氣口與天然氣供給設(shè)備連接，使過量的天然氣進(jìn)入到這一部分氣缸中，燃燒生成含H2和CO的改質(zhì)混合氣體；同時這一部分氣缸的排氣口與集氣腔連接，將上述改質(zhì)混合氣體全部引入到集氣腔中，與集氣腔中的氣體混合后進(jìn)入各個氣缸中參與燃燒。由于經(jīng)一部分氣缸改質(zhì)后的氣體含有大量的氫氣，氫氣使混合氣體的燃燒速度加快，在EGR率較高的情況下提高了氣缸內(nèi)氣體的可燃極限，降低NOx和燃燒溫度的同時抑制爆震，提高了發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性，解決了天然氣發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷高的難題。
【專利說明】天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)及燃燒方法、天然氣發(fā)動機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)及燃燒方法、天然氣發(fā)動機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣是全球儲量最大的清潔能源，用在汽車發(fā)動機(jī)上，采用火花點燃模式已得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著水力壓裂技術(shù)和水平鉆井技術(shù)的發(fā)展與成熟，可開采的天然氣儲量迅速增長，將對我國的能源發(fā)展格局產(chǎn)生重要影響。采用天然氣發(fā)動機(jī)可降低顆粒物排放近80%，二氧化碳排放降低15-30%。
[0003]而對于火花點火、微波點火或壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)而言,傳統(tǒng)的稀燃模式氣缸內(nèi)的混合氣體在燃燒時釋放大量的熱量，使氣缸內(nèi)的氣體溫度升高，壓強(qiáng)增大，混合氣體在高溫高壓且氧氣含量較濃的情況下反應(yīng)生成有害的氮氧化物(N0X)，其排氣標(biāo)準(zhǔn)無法滿足未來排放法規(guī)的要求，同時氣缸內(nèi)氣體在高溫高壓狀態(tài)下容易發(fā)生爆震，抑制了發(fā)動機(jī)的性能。因此近階段技術(shù)路線朝向廢氣再循環(huán)(EGR)的理論空燃比均質(zhì)火花點火燃燒模式發(fā)展，EGR技術(shù)即:將排放的部分廢氣經(jīng)冷卻后再循環(huán)進(jìn)入氣缸，與氣缸內(nèi)的氣體混合，使氣缸內(nèi)的溫度降低；再循環(huán)的廢氣同時降低了缸內(nèi)混合氣體的氧氣濃度，缸內(nèi)氣體在較低氧氣濃度下燃燒時的發(fā)熱量也會有所降低，由此大幅降低NOx氣體的產(chǎn)生，抑制低速大負(fù)荷時的爆震和超級爆震的產(chǎn)生，由于缸內(nèi)氣壓相對較變低，在小負(fù)荷時明顯降低氣缸進(jìn)排氣所消耗的功，降低了泵氣損失。
[0004]但現(xiàn)有使用EGR技術(shù)的天然氣發(fā)動機(jī)存在以下技術(shù)瓶頸:1)由于天然氣具有一定稀燃極限，導(dǎo)致進(jìn)入氣缸的再循環(huán)廢氣質(zhì)量與進(jìn)入氣缸的總氣體質(zhì)量之比不能太高，即限制了 EGR率，所以氣缸仍有可能發(fā)生爆震和產(chǎn)生一定量的氮氧化物；2)EGR系統(tǒng)使氣缸內(nèi)氣體的溫度、壓力以及氧氣濃度都降低，會導(dǎo)致天然氣的燃燒不充分，生成的一氧化碳(CO)和碳?xì)浠?HC)會增加，造成排放污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有天然氣發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷大，熱效率低以及NOx排放聞。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種天然氣發(fā)動機(jī)燃燒方法，將使用該方法的天然氣發(fā)動機(jī)的氣缸分為第一缸組和第二缸組，其包括以下步驟:
[0009]S1、向第一缸組內(nèi)通入空氣以及過量的天然氣并點燃或壓燃，過量的天然氣在燃燒的過程中消耗氣缸內(nèi)的氧氣并放出熱量，剩余天然氣在高溫低氧條件下被改質(zhì)，生成包含H2與CO的改質(zhì)混合氣體；
[0010]S2、改質(zhì)混合氣體引入集氣腔內(nèi)，在集氣腔中與空氣、天然氣以及經(jīng)冷卻再循環(huán)的廢氣混合；
[0011]S3、集氣腔內(nèi)的混合氣體通入第二缸組并點燃，燃燒后產(chǎn)生的廢氣中的一部分經(jīng)廢氣排放總管排出，另一部分經(jīng)EGR冷卻器進(jìn)行冷卻后進(jìn)入集氣腔，并與集氣腔中的改質(zhì)混合氣體、空氣以及天然氣混合，混合后進(jìn)入到第一缸組和第二缸組參與燃燒，以此循環(huán)多次。
[0012]進(jìn)一步地，步驟SI中，控制第一缸組內(nèi)氣體燃燒前的燃空當(dāng)量比為1.0-3.0。
[0013]進(jìn)一步地，步驟S2中，所述改質(zhì)混合氣體經(jīng)冷卻后進(jìn)入集氣腔。
[0014]進(jìn)一步地，步驟S3中，控制第二缸組內(nèi)氣體燃燒前的燃空當(dāng)量比為1.0。
[0015]一種用于上述任一項天然氣發(fā)動機(jī)燃燒方法的燃燒系統(tǒng)，其包括:
[0016]天然氣供給設(shè)備，用于提供天然氣燃料；
[0017]集氣腔，所述集氣腔設(shè)有集氣腔進(jìn)氣口和集氣腔排氣口，所述集氣腔進(jìn)氣口與所述天然氣供給設(shè)備連接；
[0018]節(jié)氣門，用于通入空氣，其上設(shè)有節(jié)氣門排氣口，所述節(jié)氣門排氣口與所述集氣腔進(jìn)氣口連接；
[0019]第一缸組，由天然氣發(fā)動機(jī)的一個或多個氣缸組成，所述第一缸組各個氣缸進(jìn)氣口與所述集氣腔排氣口連接；所述第一缸組各個氣缸進(jìn)氣口還與所述天然氣供給設(shè)備連接；
[0020]二位三通閥，其上設(shè)有閥進(jìn)氣口、閥第一排氣口及閥第二排氣口，所述閥進(jìn)氣口與所述第一缸組各個氣缸排氣口連接，所述閥第一排氣口與所述集氣腔進(jìn)氣口連接；所述閥第二排氣口通向發(fā)動機(jī)的廢氣排放總管；
[0021]第二缸組，由天然氣發(fā)動機(jī)除第一缸組外的其余氣缸組成，所述第二缸組各個氣缸進(jìn)氣口與所述集氣腔排氣口連接；所述第二缸組各個氣缸排氣口通向發(fā)動機(jī)的廢氣排放總管；所述第二缸組各個氣缸排氣口還與所述集氣腔進(jìn)氣口連接；以及
[0022]EGR冷卻器，設(shè)置在所述第一缸組各個氣缸排氣口和所述第二缸組各個氣缸排氣口與所述集氣腔進(jìn)氣口連接的廢氣歧管管路上，用于降低通過該廢氣歧管管路內(nèi)氣體的溫度。
[0023]進(jìn)一步地，所述集氣腔進(jìn)氣口的進(jìn)氣管路上設(shè)有混合腔，使進(jìn)入到集氣腔的氣體先通過該混合腔，所述混合腔上設(shè)有:空氣進(jìn)氣口，與所述節(jié)氣門排氣口連接；天然氣進(jìn)氣口，與所述天然氣供給設(shè)備連接；改質(zhì)氣進(jìn)氣口，與所述第一缸組各個氣缸排氣口連接；冷卻氣進(jìn)氣口，與EGR冷卻器所在管路連接；混合腔排氣口，與集氣腔進(jìn)氣口連接。
[0024]進(jìn)一步地，所述集氣腔進(jìn)氣口與所述天然氣供給設(shè)備的連接管路上設(shè)有第一流量控制閥，用于控制該管路內(nèi)通過氣體的流量；
[0025]所述第一缸組各個氣缸進(jìn)氣口與所述天然氣供給設(shè)備的連接管路上設(shè)置有第二流量控制閥，用于控制該管路內(nèi)通過氣體的流量。
[0026]所述第二缸組各個氣缸排氣口與所述集氣腔進(jìn)氣口的連接管路上設(shè)置有第三流量控制閥，用于控制該管路內(nèi)通過氣體的流量；
[0027]通過調(diào)節(jié)所述第一流量控制閥、第二流量控制閥、第三流量控制閥以及所述節(jié)氣門，以控制第一缸組及第二缸組內(nèi)氣體的燃空當(dāng)量比。
[0028]進(jìn)一步地，所述第一缸組各個氣缸排氣口與所述集氣腔進(jìn)氣口的連接管路上設(shè)置有第一冷卻器，用于降低通過該管路內(nèi)氣體的溫度。
[0029]一種天然氣發(fā)動機(jī)，包括上述任一項所述的天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)。
[0030]進(jìn)一步地，所述天然氣發(fā)動機(jī)為火花點火天然氣發(fā)動機(jī)、微波點火天然氣發(fā)動機(jī)或壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)。
[0031](三)有益效果
[0032]上述技術(shù)方案所提供的一種天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)及燃燒方法、天然氣發(fā)動機(jī)，具有以下技術(shù)效果:
[0033]1、由于經(jīng)第一缸組改質(zhì)后的氣體含有大量的氫氣，氫氣使混合氣體的燃燒速度加快，在EGR率較高的情況下提高了氣缸內(nèi)氣體的可燃極限，降低NOx和燃燒溫度的同時抑制爆震，提高了發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性，解決了天然氣發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷高的難題。
[0034]2、同在低溫、低壓以及低氧氣濃度的條件下，缸內(nèi)混合氣體中的氫氣加快了混合氣體的燃燒速度，拓展了混合氣體的稀燃極限，使混合氣體燃燒更加充分，減少了一氧化碳和碳?xì)浠锏漠a(chǎn)生，提高了發(fā)動機(jī)的熱效率。
[0035]3、采用三效催化劑進(jìn)行排氣后處理，將排出廢氣中本身含量就較少的碳?xì)浠?、一氧化碳以及氮氧化物進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化，使排放出的尾氣達(dá)到歐6排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0036]4、本發(fā)明的天然氣發(fā)動機(jī)的燃燒系統(tǒng)基于普通天然氣發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上做了簡單的管路改動，其生產(chǎn)成本和使用成本遠(yuǎn)低于同排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是本發(fā)明一種天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]其中，1、天然氣供給設(shè)備；2、集氣腔；21、集氣腔進(jìn)氣口 ；22、集氣腔排氣口 ；3、節(jié)氣門；31、節(jié)氣門排氣口 ；4、第一缸組；41、第一缸組各個氣缸進(jìn)氣口 ；42、第一缸組各個氣缸排氣口 ；5、二位三通閥；51、閥進(jìn)氣口 ；52、閥第一排氣口 ；53、閥第二排氣口 ；6、第二缸組；61、第二缸組各個氣缸進(jìn)氣口 ；62、第二缸組各個氣缸排氣口 ；7、EGR冷卻器；8、廢氣排氣總管；9、混合腔；91、空氣進(jìn)氣口 ；92、天然氣進(jìn)氣口 ；93、改質(zhì)氣進(jìn)氣口 ；94、冷卻氣進(jìn)氣口 ；95、混合腔排氣口 ；10、第一冷卻器；11、尾氣催化轉(zhuǎn)化裝置；a、第一流量控制閥；b、第二流量控制閥；c第三流量控制閥。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0040]如圖1，本發(fā)明的一種天然氣發(fā)動機(jī)燃燒方法的燃燒系統(tǒng)，其包括:
[0041 ] 天然氣供給設(shè)備I，用于提供天然氣燃料；
[0042]集氣腔2，所述集氣腔設(shè)有集氣腔進(jìn)氣口 21和集氣腔排氣口 22，所述集氣腔進(jìn)氣口 21與所述天然氣供給設(shè)備I連接；
[0043]節(jié)氣門3，用于通入空氣，其上設(shè)有節(jié)氣門排氣口 31，所述節(jié)氣門排氣口 31與所述集氣腔進(jìn)氣口 21連接；
[0044]第一缸組4，由天然氣發(fā)動機(jī)的一個或多個氣缸組成，所述第一缸組4各個氣缸進(jìn)氣口 41與所述集氣腔排氣口 22連接；所述第一缸組中的各個氣缸進(jìn)氣口 41還與所述天然氣供給設(shè)備I連接；所述第一缸組各個氣缸排氣口 42與所述集氣腔進(jìn)氣口 21連接；
[0045]二位三通閥5，其上設(shè)有閥進(jìn)氣口 51、閥第一排氣口 52及閥第二排氣口 53，所述閥進(jìn)氣口 51與所述第一缸組各個氣缸排氣口 42連接，所述閥第一排氣口 52與所述集氣腔進(jìn)氣口 21連接；所述閥第二排氣口 53通向發(fā)動機(jī)的廢氣排放總管8 ;當(dāng)發(fā)動機(jī)處于冷啟動工況時，發(fā)動機(jī)氣缸的溫度并不高，在此情況下，選通第二排氣口，不影響發(fā)動機(jī)的預(yù)熱及升至最佳溫度的過程；當(dāng)發(fā)動機(jī)處于中小負(fù)荷工況和高負(fù)荷工況時，選通第一排氣口，可有效抑制爆震和氮氧化物的產(chǎn)生，同時可有效提高燃料的燃燒效率，提高其經(jīng)濟(jì)性能。
[0046]第二缸組6，由天然氣發(fā)動機(jī)除第一缸組外的其余氣缸組成，所述第二缸組6各個氣缸進(jìn)氣口 61與所述集氣腔排氣口 22連接；所述第二缸組6各個氣缸排氣口 62通向發(fā)動機(jī)的廢氣排放總管8 ;所述第二缸組各個氣缸排氣口 62還與所述集氣腔進(jìn)氣口 21連接；以及
[0047]EGR冷卻器7，設(shè)置在所述第一缸組各個氣缸排氣口 42和所述第二缸組各個氣缸排氣口 62與所述集氣腔進(jìn)氣口 21連接的廢氣歧管管路上，用于降低通過該廢氣歧管管路內(nèi)氣體的溫度。
[0048]較佳的，所述集氣腔進(jìn)氣口 21的進(jìn)氣管路上設(shè)有混合腔，所述混合腔上設(shè)有:空氣進(jìn)氣口 91，與所述節(jié)氣門排氣口 31連接；天然氣進(jìn)氣口 92，與所述天然氣供給設(shè)備連接
I;改質(zhì)氣進(jìn)氣口 93，與所述第一缸組各個氣缸排氣口 42連接；冷卻氣進(jìn)氣口 94，與EGR冷卻器所在管路連接；混合腔排氣口 94，與集氣腔進(jìn)氣口 21連接。各路參與燃燒的氣體先進(jìn)入混合腔9中混合后進(jìn)入集氣腔2，使參與燃燒的氣體混合更加均勻。
[0049]較佳的，在所述第一缸組各個氣缸進(jìn)氣口 41與所述天然氣供給設(shè)備I的連接管路上設(shè)置有第一流量控制閥a，用于控制該管路內(nèi)通過氣體的流量。
[0050]在所述集氣腔2的集氣腔進(jìn)氣口 21與所述天然氣供給設(shè)備I的連接管路上設(shè)有第二流量控制閥b，用于控制該管路內(nèi)通過氣體的流量；
[0051]在所述第二缸組各個氣缸排氣口 62與所述集氣腔進(jìn)氣口 21的連接管路上設(shè)置有第三流量控制閥C，用于控制該管路內(nèi)通過氣體的流量。
[0052]較佳的，在所述第一缸組各個氣缸排氣口 42與所述集氣腔進(jìn)氣口 21的連接管路上設(shè)置有第一冷卻器10，用于降低通過該管路內(nèi)氣體的溫度，由此進(jìn)一步降低了混合腔和集氣腔中混合氣體的溫度，進(jìn)而進(jìn)一步降低進(jìn)入各氣缸內(nèi)的氣體溫度，更加有效的抑制了氮氧化物的產(chǎn)生。
[0053]較佳的，在所述排出的廢氣排放總管8上設(shè)置尾氣催化轉(zhuǎn)化裝置11，采用三效催化劑進(jìn)行廢氣處理，將廢氣中本身含量就較少的碳?xì)浠?、一氧化碳以及氮氧化物進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化，使排放出的尾氣達(dá)到歐6排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0054]本發(fā)明的一種基于上述天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)的燃燒方法，包括以下步驟:
[0055]S1、向第一缸組內(nèi)通入空氣以及過量的天然氣并點燃或壓燃，過量的天然氣在燃燒的過程中消耗氣缸內(nèi)的氧氣并放出熱量，剩余天然氣在高溫低氧條件下被改質(zhì)，生成包含H2與CO的改質(zhì)混合氣體。較佳的，第一缸組各個氣缸為壓燃式氣缸，可使其中的過量天然氣被充分改質(zhì)。
[0056]具體為:天然氣供給設(shè)備I通過天然氣進(jìn)氣口 92向混合腔9中通入天然氣，節(jié)氣門3通過節(jié)氣門排氣口 31與混合腔9上的空氣進(jìn)氣口 91的連接管路向混合腔9中通入空氣，天然氣和空氣在混合腔9中混合并通過混合腔排氣口 95與集氣腔進(jìn)氣口 21的連接管路通入集氣腔2中，集氣腔2再通過集氣腔排氣口 22與第一缸組各個氣缸進(jìn)氣口 41的連接管路將其中的氣體通入第一缸組4中。與此同時，在需要產(chǎn)生改質(zhì)氣體時，打開第一流量控制閥a，天然氣供給設(shè)備I通過與第一缸組各個氣缸進(jìn)氣口 41的連接管路向第一缸組各個氣缸中通入天然氣，由此達(dá)到向第一缸組4中通入過量的天然氣的目的，若不需要產(chǎn)生改質(zhì)氣體，可關(guān)閉第一流量控制閥a。壓燃第一缸組4內(nèi)的氣體，過量的天然氣在燃燒的過程中消耗氣缸內(nèi)的氧氣并放出熱量，剩余天然氣在高溫低氧條件下被改質(zhì)，生成包含H2與CO的改質(zhì)混合氣體；
[0057]S2、改質(zhì)混合氣體引入集氣腔2內(nèi)，在集氣腔中與空氣、天然氣以及經(jīng)冷卻再循環(huán)的廢氣混合；
[0058]具體為:在需要產(chǎn)生改質(zhì)氣時，通過第一缸組各個氣缸排氣口 42與二位三通閥5的閥進(jìn)氣口 51的連接管路，將上述含H2與CO的改質(zhì)混合氣體通入二位三通閥5，控制二位三通閥5，使其中的改質(zhì)混合氣體通過閥第一排氣口 52排出，再通過閥第一排氣口 52與混合腔改質(zhì)氣進(jìn)氣口 93的連接管路，將改質(zhì)氣體通入混合腔9，與混合腔9中的氣體混合后，通過混合腔排氣口 95與集氣腔進(jìn)氣口 21的連接管路，將混合腔9中的含改質(zhì)氣體的混合氣通入集氣腔2中；在不需要改質(zhì)氣體時，將上述二位三通閥的閥進(jìn)氣口 51與閥第二排氣口 53連通，將氣體通向廢氣排氣總管8和EGR冷卻器所在管路；
[0059]S3、集氣腔2內(nèi)的混合氣體通入第二缸組并點燃，燃燒后產(chǎn)生的廢氣中的一部分經(jīng)廢氣排氣管8排出，另一部分經(jīng)EGR冷卻器7進(jìn)行冷卻后進(jìn)入集氣腔2，并與集氣腔中的改質(zhì)混合氣體、空氣以及天然氣混合，混合后進(jìn)入到第一缸組4和第二缸組6參與燃燒，以此循環(huán)多次。
[0060]具體為:通過集氣腔排氣口 22與第二缸組進(jìn)氣管61的連接管路將集氣腔2中的氣體通入到第二缸組6中并點燃。同時集氣腔2中的氣體也會通過集氣腔排氣口 22與第一缸組各個氣缸進(jìn)氣口 41的連接管路，將集氣腔2中的氣體通入到第一缸組4的各個氣缸中。
[0061]第二缸組6內(nèi)的氣體燃燒后，產(chǎn)生的廢氣通過第二缸組各個氣缸排氣口 62排出，其中的一部分通過第二缸組各個氣缸排氣口 62與混合腔的冷卻氣進(jìn)氣口 94的連接管路并通過該管路上的EGR冷卻器7冷卻后再循環(huán)，進(jìn)入混合腔9，混合腔9再將氣體通入集氣腔，進(jìn)而使進(jìn)入到各氣缸內(nèi)的氣體溫度降低，由此抑制因高溫高壓條件下氮氧化物的產(chǎn)生，其余部分經(jīng)廢氣排氣總管7排出。
[0062]較佳的，通過調(diào)節(jié)所述第一流量控制閥a、第二流量控制閥b、第三流量控制閥c以及所述節(jié)氣門3，以控制第一缸組4及第二缸組6內(nèi)燃燒前的氣體燃空當(dāng)量比，根據(jù)發(fā)動機(jī)的實際負(fù)荷，控制第一缸組內(nèi)燃燒前氣體燃燒前的燃空當(dāng)量比為1.0-3.0，使第一缸組內(nèi)生成的改質(zhì)混合氣體中H2的含量在一個較佳的范圍；控制第二缸組各個氣缸6內(nèi)燃燒前氣體的燃空當(dāng)量比為1.0，采用理論空燃比燃燒模式，使氣體恰好燃燒充分，將排放中的一氧化碳和碳?xì)浠锏炔煌耆紵a(chǎn)生的有害氣體降到最低，同時也提高了發(fā)動機(jī)的熱效率。
[0063]本發(fā)明還提供了一種天然氣發(fā)動機(jī)，其包括上述技術(shù)方案所提供的天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)。
[0064]較佳的，所述天然氣發(fā)動機(jī)為火花點火天然氣發(fā)動機(jī)、微波點火天然氣發(fā)動機(jī)或壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)。由于火花塞點燃是將火花塞附近的氣體點燃，然后燃燒再傳遞至整個氣缸，但在燃燒傳遞的過程中會使缸內(nèi)氣體的溫度和壓強(qiáng)增大，遠(yuǎn)離火花塞的氣體在高溫高壓條件下容易發(fā)生自燃，由此產(chǎn)生爆震。由于本實施例中通入氣缸的混合氣體中含有大量的H2，使得混合氣體氣體的燃燒速度加快，在火花塞點火后，燃燒迅速傳遞至整個氣缸，避免了因燃燒速度慢而產(chǎn)生的爆震，同時由于H2存在，拓展了混合氣體的可燃極限，可弓丨入相對較多的經(jīng)EGR冷卻系統(tǒng)冷卻的廢氣，使各氣缸的溫度相對降得更低，由此在更加有效的抑制氮氧化物產(chǎn)生的同時進(jìn)一步抑制爆震的產(chǎn)生。
[0065]對于采用微波點火的天然氣發(fā)動機(jī)，其特點是對氣缸內(nèi)的氣體進(jìn)行整體瞬時點火，可有效的抑制爆震，但由于天然氣的稀燃極限限制了 EGR率的提高，其氣缸內(nèi)氣體燃燒時仍會產(chǎn)生大量的氮氧化物，過低的溫度和較低的氧氣濃度也會使天然氣的燃燒不充分，造成排放污染和燃料的浪費。采用本天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)及燃燒方法可有效解決這一問題。
[0066]而對于壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)而言，其缸內(nèi)氣體的燃燒是通過對氣缸內(nèi)氣體壓縮，使壓縮氣體的溫度升高，進(jìn)而使氣體燃燒。同樣，由于天然氣的可燃極限，該壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)的EGR率也被限制得較低，容易發(fā)生爆震和產(chǎn)生有害的氮氧化物，該發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷高，動力性能受限，熱效率降低，燃料的利用率低。使用本天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)可很好地解決該問題。
[0067]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種天然氣發(fā)動機(jī)燃燒方法，其特征在于，將使用該方法的天然氣發(fā)動機(jī)的氣缸分為第一缸組和第二缸組，其包括以下步驟: 51、向第一缸組內(nèi)通入空氣以及過量的天然氣并點燃或壓燃，過量的天然氣在燃燒的過程中消耗氣缸內(nèi)的氧氣并放出熱量，剩余天然氣在高溫低氧條件下被改質(zhì)，生成包含H2與CO的改質(zhì)混合氣體； 52、改質(zhì)混合氣體引入集氣腔內(nèi)，在集氣腔中與空氣、天然氣以及經(jīng)冷卻再循環(huán)的廢氣混合； 53、集氣腔內(nèi)的混合氣體通入第二缸組并點燃，燃燒后產(chǎn)生的廢氣中的一部分經(jīng)廢氣排放總管排出，另一部分經(jīng)EGR冷卻器進(jìn)行冷卻后進(jìn)入集氣腔，并與集氣腔中的改質(zhì)混合氣體、空氣以及天然氣混合，混合后進(jìn)入到第一缸組和第二缸組參與燃燒，以此循環(huán)多次。
2.如權(quán)利 要求1所述的天然氣發(fā)動機(jī)燃燒方法，其特征在于， 步驟SI中，控制第一缸組內(nèi)氣體燃燒前的燃空當(dāng)量比為1.0-3.0。
3.如權(quán)利要求1所述的天然氣發(fā)動機(jī)燃燒方法，其特征在于， 步驟S2中，所述改質(zhì)混合氣體經(jīng)冷卻后進(jìn)入集氣腔。
4.如權(quán)利要求1所述的天然氣發(fā)動機(jī)燃燒方法，其特征在于， 步驟S3中，控制第二缸組內(nèi)氣體燃燒前的燃空當(dāng)量比為1.0。
5.一種用于權(quán)利要求1-4任一項所述的天然氣發(fā)動機(jī)燃燒方法的燃燒系統(tǒng)，其包括: 天然氣供給設(shè)備，用于提供天然氣燃料； 集氣腔，所述集氣腔設(shè)有集氣腔進(jìn)氣口和集氣腔排氣口，所述集氣腔進(jìn)氣口與所述天然氣供給設(shè)備連接； 節(jié)氣門，用于通入空氣，其上設(shè)有節(jié)氣門排氣口，所述節(jié)氣門排氣口與所述集氣腔進(jìn)氣口連接； 第一缸組，由天然氣發(fā)動機(jī)的一個或多個氣缸組成，所述第一缸組各個氣缸進(jìn)氣口與所述集氣腔排氣口連接；所述第一缸組各個氣缸進(jìn)氣口還與所述天然氣供給設(shè)備連接； 二位三通閥，其上設(shè)有閥進(jìn)氣口、閥第一排氣口及閥第二排氣口，所述閥進(jìn)氣口與所述第一缸組各個氣缸排氣口連接，所述閥第一排氣口與所述集氣腔進(jìn)氣口連接；所述閥第二排氣口通向發(fā)動機(jī)的廢氣排放總管； 第二缸組，由天然氣發(fā)動機(jī)除第一缸組外的其余氣缸組成，所述第二缸組各個氣缸進(jìn)氣口與所述集氣腔排氣口連接；所述第二缸組各個氣缸排氣口通向發(fā)動機(jī)的廢氣排放總管；所述第二缸組各個氣缸排氣口還與所述集氣腔進(jìn)氣口連接；以及 EGR冷卻器，設(shè)置在所述第一缸組各個氣缸排氣口和所述第二缸組各個氣缸排氣口與所述集氣腔進(jìn)氣口連接的廢氣歧管管路上，用于降低通過該廢氣歧管管路內(nèi)氣體的溫度。
6.如權(quán)利要求5所述的天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述集氣腔進(jìn)氣口的進(jìn)氣管路上設(shè)有混合腔，使進(jìn)入到集氣腔的氣體先通過該混合腔，所述混合腔上設(shè)有: 空氣進(jìn)氣口，與所述節(jié)氣門排氣口連接； 天然氣進(jìn)氣口，與所述天然氣供給設(shè)備連接； 改質(zhì)氣進(jìn)氣口，與所述第一缸組各個氣缸排氣口連接； 冷卻氣進(jìn)氣口，與EGR冷卻器所在管路連接； 混合腔排氣口，與集氣腔進(jìn)氣口連接。
7.如權(quán)利要求5所述的天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征在于， 所述集氣腔進(jìn)氣口與所述天然氣供給設(shè)備的連接管路上設(shè)有第一流量控制閥，用于控制該管路內(nèi)通過氣體的流量； 所述第一缸組各個氣缸進(jìn)氣口與所述天然氣供給設(shè)備的連接管路上設(shè)置有第二流量控制閥，用于控制該管路內(nèi)通過氣體的流量。 所述第二缸組各個氣缸排氣口與所述集氣腔進(jìn)氣口的連接管路上設(shè)置有第三流量控制閥，用于控制該管路內(nèi)通過氣體的流量； 通過調(diào)節(jié)所述第一流量控制閥、第二流量控制閥、第三流量控制閥以及所述節(jié)氣門，以控制第一缸組及第二缸組內(nèi)氣體的燃空當(dāng)量比。
8.如權(quán)利要求5所述的天然氣發(fā)動機(jī)的燃燒系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一缸組各個氣缸排氣口與所述集氣腔進(jìn)氣口的連接管路上設(shè)置有第一冷卻器，用于降低通過該管路內(nèi)氣體的溫度。
9.一種天然氣發(fā)動機(jī)，其特征在于，包括如權(quán)利要求5-9任一項所述的天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求9所述的天然氣發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述天然氣發(fā)動機(jī)為火花點火天然氣發(fā)動機(jī)、微波點火天然氣發(fā)動機(jī)或壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)。
【文檔編號】F02B1/00GK103758630SQ201410003099
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】王志, 劉輝, 黃健, 王建昕 申請人:清華大學(xué)