发动机使用气体燃料的方法

文档序号:5256733阅读:960来源:国知局
专利名称:发动机使用气体燃料的方法
技术领域
本发明属于内燃机燃烧系统技术领域,特别涉及以可燃气体为燃料的内燃机燃烧方法。
背景技术
现行的以天然气、煤气、氢气等气态燃料的内燃机通常采用以下几种方法1.缸外混合、电火花点火。气体燃料方法在进气管内与空气混合成可燃气体后进入气缸,在活塞靠近上止点时通过电火花点火。这种技术简单,可直接采用汽油机改用气体燃料,但存在着早燃、爆震、燃料热效率低和容积功率损失大的缺点。
2.缸外混合、柴油引燃。气体燃料在进气管内与空气混合成可燃气体后进入气缸,在活塞靠近上止点即压缩冲程末期向缸内喷入少量柴油,靠柴油自燃点火来引燃缸内的气体燃料。这种气体燃料的使用方法使发动机具有与柴油机相同的外特性水平,可直接采用柴油机改用气体燃料,但由于缸外混合和柴油点火,仍存在着早燃、容积功率低、功率损失大和燃料成本高的缺点。
3.缸内喷射混合、电火花点火。在进气门关闭后的压缩行程中向缸内喷射气体燃料,与进气行程中吸入的空气形成混合气体,在活塞靠近上止点时用电火花点火,这种气体燃烧方法的优点是A可进行质调节和稀相燃烧,因而燃料的经济性较好;B提高了缸内工质的密度,因而提高了发动机热效率;C避免了进排气重叠期间的气体燃料流失,有节能和改善排放的作用特别是对二冲程发动机有利。但是由于要在原已十分紧凑布置的进排气门和火花塞之外再按排气体喷射器难度很大,所以一直没有产品面市。
4.缸内喷射、柴油引燃。这种方法的好处是有增压效果和避免了进排气重叠期间的气体燃料损失,但要在气缸盖上既布置燃油喷射器又布置燃气喷射器不仅技术难度很大,采用柴油引燃增加了燃料成本。
5.缸内喷射、压缩自燃。将进气加热到80~120℃,同时压缩比大于17并且缸内有较多残余高温废气存在,压缩近上止点时缸内气体温度迅速升高自动引燃混合气体,这种方法的优点是大大拓宽了稀燃界限同时降低了NOx排放,但由于进气被加热到80~120℃,比常温进气体积膨胀了20~35%和较多残余高温气体的存在,使发发动机容积功率下降30%以上。
综上所述,现行的气体燃料在发动机上的使用方法均存在的着一定的缺点。

发明内容
本发明的目的是为社会公开一种技术难度低,不用火花塞点火和柴油引燃,并具有容积功率大、热效率高,还同时解决早燃、爆震、回火的发动机使用气体燃料的方法。
本发明的气体燃料使用方法是采用燃气压力可变的缸内喷射、高温热源点火。具体技术方案是请见附图1-8,在柴油机的柴油喷射器空间或汽油机的火花塞空间安装气体燃料喷射器1,在开式或半开式燃烧室的凹坑区域设置一个或多个在其表面镀有催化燃烧功能的金属铂等材料的蓄热式点火装置2,并利用燃烧期间1000℃以上的高温燃气将其加热到具有可靠点火功能的温度以形成高温点火热源。蓄热式点火装置的几何形式可以是球型、环型、多面体、空心体、丝网状、多孔型等。为确保该蓄热式点火装置具有可靠的点火温度,尽可能减少吸收的热量通过其固定部件3传导给发动机的活塞或气缸盖,蓄热式点火装置的固定部件应采用热导率低、机械强度高、抗高温疲劳的材料和机械结构;蓄热式点火装置的体积约为气缸工作容积的0.1%~0.5%;为控制滞燃期或诱导期时间,应根据气缸直径大小可设置一至数十个起燃点。在发动机压缩行程末期将燃料气体喷入燃烧室与吸入的空气混合,吸附于蓄热式点火装置可燃气体首先被其高温热源迅速加热并在催化剂作用下点火起燃,随之火焰迅速扩散进入速燃期,进而完成发动机的膨胀作功行程。
采用本发明与现有的气体燃料发动机的燃烧方法比较获得以下有益效果1正常运转时不需要求将进气加热到80~120℃,不要求压缩比大于17和缸内残存较多的高温废气,从而相对提高了发动机吸入气的空气总量,进而提高了容积功率;2由于在气缸盖上只布置喷气装置,不再布置点火装置,从而有效解决了在气缸盖上既要布置进排气门和喷气装置又要布置点火装置的技术困难;3不用柴油点火,既降低了发动机燃料成本,又省去了整个喷油系统,回避了在气缸盖上同时布置喷气和喷油装置的技术难题,进而降低了发动机制造成本;4由于气体燃料的可压缩性,采用压力可变的高压燃气进行缸内喷射配合喷气器的开启程度,大幅度增加了发动机大负荷条件下的燃气瞬时流量,从而大大减少了大负荷时的喷射时间的增量,进从而充分保证了在大负荷状况时缸内喷射也能防止早燃、爆震问题;5保留了缸内喷射能可靠杜绝回火和进排气重叠期间燃气损失的优点。
使用证明在进气温度大于30℃就完全达到预期效果。


图1在气缸盖上固定蓄热式点火装置的开式燃烧室纵剖视图。
图2图1的A-A视3在活塞顶上固定蓄热式点火装置的开式燃烧室纵剖视图。
图4图3的A-A视5在ω型燃烧室内固定蓄热式点火装置的纵剖视图。
图6在浅盆型燃烧室内固定蓄热式点火装置的纵剖视图。
图7在球型燃烧室内固定蓄热式点火装置的纵剖视图。
图8在深盆型燃烧室内固定蓄热式点火装置的纵剖视图。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的实施实方式。在CC1100型浅湓型直喷式单缸柴油的喷油器位置设置发动机气体燃料喷气器1,并由原燃油供给与调节系统根据发动机负荷控制喷气器在每一个循环周期内的开闭时刻和开启程度。燃气在燃料喷气器入口压力15Mpa-65Mpa,并由调节系统根据发动机负荷控制。燃气热值10MJ-35MJ/Nm3。在活塞顶端的浅湓型凹坑内按图6所示的位置对称安装4个表面镀了金属铂的蓄热式点火装置2,与点火装置2焊接相连的固定装置3采用低导热的铬钢材料,以螺纹形式固定在活塞顶端的凹坑内。启动前将蒸发冷却系统内的冷却水采用循环方式加热到95-100℃,并用电加热器将发动机的吸入空气加热到120℃左右,以便发动机启动阶段通过压缩自燃方式点火,按常规方式启动发动机,在转速稳定后逐步降低吸入空气温度至35℃左右,过度到采用蓄热式高温热源点火。
本发明适用于四冲程和二冲程发动机,适用于各种气门个数(每缸0、2、3、4个等)的发动机。
权利要求
1.发动机使用气体燃料的方法,包含高压燃气缸内喷射和点火方式,其特征在于采用压力可变的高压燃气进行缸内喷射和固定于气缸盖向火面或活塞顶部凹坑的蓄热式高温装置点火。
2.根据权利要求1所述的发动机使用气体燃料的方法,其特征在于蓄热式高温点火装置与燃气接触的表面镀有具有催化燃烧功能的金属材料。
3.根据权利要求1所述的发动机使用气体燃料的方法,其特征在于高压燃气的喷射器进口压力在发动机燃料调节系统控制下压力的变化范围为15Mpa-65Mpa。
全文摘要
本发明属于内燃机燃烧系统技术领域,特别涉及以可燃气体为燃料的内燃机燃烧方法。现行的气体燃料内燃机燃料采用缸外混合不仅易引起早燃、爆震和气门重叠开启期间的燃气损失及内燃机热效率低的缺点。缸内喷射混合虽可克服气门重叠开启期间的燃气损失和常规负荷时早燃、爆震及内燃机热效率低的缺点,但又存在点火装置与喷气装置在气缸盖上的布置空间不足的问题,本发明采用蓄热式高温热源点火方法解决气缸盖上的布置空间不足的问题,完善了气体燃料发动机缸内燃烧技术。采用该方法的气体燃料内燃机可广泛用于固定式和车用发动机。
文档编号F02M61/14GK1538055SQ03117679
公开日2004年10月20日 申请日期2003年4月14日 优先权日2003年4月14日
发明者李宁, 李 宁 申请人:李宁, 李 宁
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