專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)使用氣體燃料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)燃燒系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及以可燃?xì)怏w為燃料的內(nèi)燃機(jī)燃燒方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)行的以天然氣、煤氣、氫氣等氣態(tài)燃料的內(nèi)燃機(jī)通常采用以下幾種方法1.缸外混合、電火花點(diǎn)火。氣體燃料方法在進(jìn)氣管內(nèi)與空氣混合成可燃?xì)怏w后進(jìn)入氣缸，在活塞靠近上止點(diǎn)時(shí)通過電火花點(diǎn)火。這種技術(shù)簡(jiǎn)單，可直接采用汽油機(jī)改用氣體燃料，但存在著早燃、爆震、燃料熱效率低和容積功率損失大的缺點(diǎn)。
2.缸外混合、柴油引燃。氣體燃料在進(jìn)氣管內(nèi)與空氣混合成可燃?xì)怏w后進(jìn)入氣缸，在活塞靠近上止點(diǎn)即壓縮沖程末期向缸內(nèi)噴入少量柴油，靠柴油自燃點(diǎn)火來引燃缸內(nèi)的氣體燃料。這種氣體燃料的使用方法使發(fā)動(dòng)機(jī)具有與柴油機(jī)相同的外特性水平，可直接采用柴油機(jī)改用氣體燃料，但由于缸外混合和柴油點(diǎn)火，仍存在著早燃、容積功率低、功率損失大和燃料成本高的缺點(diǎn)。
3.缸內(nèi)噴射混合、電火花點(diǎn)火。在進(jìn)氣門關(guān)閉后的壓縮行程中向缸內(nèi)噴射氣體燃料，與進(jìn)氣行程中吸入的空氣形成混合氣體，在活塞靠近上止點(diǎn)時(shí)用電火花點(diǎn)火，這種氣體燃燒方法的優(yōu)點(diǎn)是A可進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)和稀相燃燒，因而燃料的經(jīng)濟(jì)性較好；B提高了缸內(nèi)工質(zhì)的密度，因而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率；C避免了進(jìn)排氣重疊期間的氣體燃料流失，有節(jié)能和改善排放的作用特別是對(duì)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)有利。但是由于要在原已十分緊湊布置的進(jìn)排氣門和火花塞之外再按排氣體噴射器難度很大，所以一直沒有產(chǎn)品面市。
4.缸內(nèi)噴射、柴油引燃。這種方法的好處是有增壓效果和避免了進(jìn)排氣重疊期間的氣體燃料損失，但要在氣缸蓋上既布置燃油噴射器又布置燃?xì)鈬娚淦鞑粌H技術(shù)難度很大，采用柴油引燃增加了燃料成本。
5.缸內(nèi)噴射、壓縮自燃。將進(jìn)氣加熱到80～120℃，同時(shí)壓縮比大于17并且缸內(nèi)有較多殘余高溫廢氣存在，壓縮近上止點(diǎn)時(shí)缸內(nèi)氣體溫度迅速升高自動(dòng)引燃混合氣體，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是大大拓寬了稀燃界限同時(shí)降低了NOx排放，但由于進(jìn)氣被加熱到80～120℃，比常溫進(jìn)氣體積膨脹了20～35％和較多殘余高溫氣體的存在，使發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)容積功率下降30％以上。
綜上所述，現(xiàn)行的氣體燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)上的使用方法均存在的著一定的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為社會(huì)公開一種技術(shù)難度低，不用火花塞點(diǎn)火和柴油引燃，并具有容積功率大、熱效率高，還同時(shí)解決早燃、爆震、回火的發(fā)動(dòng)機(jī)使用氣體燃料的方法。
本發(fā)明的氣體燃料使用方法是采用燃?xì)鈮毫勺兊母變?nèi)噴射、高溫?zé)嵩袋c(diǎn)火。具體技術(shù)方案是請(qǐng)見附圖1-8，在柴油機(jī)的柴油噴射器空間或汽油機(jī)的火花塞空間安裝氣體燃料噴射器1，在開式或半開式燃燒室的凹坑區(qū)域設(shè)置一個(gè)或多個(gè)在其表面鍍有催化燃燒功能的金屬鉑等材料的蓄熱式點(diǎn)火裝置2，并利用燃燒期間1000℃以上的高溫燃?xì)鈱⑵浼訜岬骄哂锌煽奎c(diǎn)火功能的溫度以形成高溫點(diǎn)火熱源。蓄熱式點(diǎn)火裝置的幾何形式可以是球型、環(huán)型、多面體、空心體、絲網(wǎng)狀、多孔型等。為確保該蓄熱式點(diǎn)火裝置具有可靠的點(diǎn)火溫度，盡可能減少吸收的熱量通過其固定部件3傳導(dǎo)給發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞或氣缸蓋，蓄熱式點(diǎn)火裝置的固定部件應(yīng)采用熱導(dǎo)率低、機(jī)械強(qiáng)度高、抗高溫疲勞的材料和機(jī)械結(jié)構(gòu)；蓄熱式點(diǎn)火裝置的體積約為氣缸工作容積的0.1％～0.5％；為控制滯燃期或誘導(dǎo)期時(shí)間，應(yīng)根據(jù)氣缸直徑大小可設(shè)置一至數(shù)十個(gè)起燃點(diǎn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮行程末期將燃料氣體噴入燃燒室與吸入的空氣混合，吸附于蓄熱式點(diǎn)火裝置可燃?xì)怏w首先被其高溫?zé)嵩囱杆偌訜岵⒃诖呋瘎┳饔孟曼c(diǎn)火起燃，隨之火焰迅速擴(kuò)散進(jìn)入速燃期，進(jìn)而完成發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹作功行程。
采用本發(fā)明與現(xiàn)有的氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方法比較獲得以下有益效果1正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不需要求將進(jìn)氣加熱到80～120℃，不要求壓縮比大于17和缸內(nèi)殘存較多的高溫廢氣，從而相對(duì)提高了發(fā)動(dòng)機(jī)吸入氣的空氣總量，進(jìn)而提高了容積功率；2由于在氣缸蓋上只布置噴氣裝置，不再布置點(diǎn)火裝置，從而有效解決了在氣缸蓋上既要布置進(jìn)排氣門和噴氣裝置又要布置點(diǎn)火裝置的技術(shù)困難；3不用柴油點(diǎn)火，既降低了發(fā)動(dòng)機(jī)燃料成本，又省去了整個(gè)噴油系統(tǒng)，回避了在氣缸蓋上同時(shí)布置噴氣和噴油裝置的技術(shù)難題，進(jìn)而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)制造成本；4由于氣體燃料的可壓縮性，采用壓力可變的高壓燃?xì)膺M(jìn)行缸內(nèi)噴射配合噴氣器的開啟程度，大幅度增加了發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷條件下的燃?xì)馑矔r(shí)流量，從而大大減少了大負(fù)荷時(shí)的噴射時(shí)間的增量，進(jìn)從而充分保證了在大負(fù)荷狀況時(shí)缸內(nèi)噴射也能防止早燃、爆震問題；5保留了缸內(nèi)噴射能可靠杜絕回火和進(jìn)排氣重疊期間燃?xì)鈸p失的優(yōu)點(diǎn)。
使用證明在進(jìn)氣溫度大于30℃就完全達(dá)到預(yù)期效果。


圖1在氣缸蓋上固定蓄熱式點(diǎn)火裝置的開式燃燒室縱剖視圖。
圖2圖1的A-A視3在活塞頂上固定蓄熱式點(diǎn)火裝置的開式燃燒室縱剖視圖。
圖4圖3的A-A視5在ω型燃燒室內(nèi)固定蓄熱式點(diǎn)火裝置的縱剖視圖。
圖6在淺盆型燃燒室內(nèi)固定蓄熱式點(diǎn)火裝置的縱剖視圖。
圖7在球型燃燒室內(nèi)固定蓄熱式點(diǎn)火裝置的縱剖視圖。
圖8在深盆型燃燒室內(nèi)固定蓄熱式點(diǎn)火裝置的縱剖視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施實(shí)方式。在CC1100型淺湓型直噴式單缸柴油的噴油器位置設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)氣體燃料噴氣器1，并由原燃油供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷控制噴氣器在每一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)的開閉時(shí)刻和開啟程度。燃?xì)庠谌剂蠂姎馄魅肟趬毫?5Mpa-65Mpa，并由調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷控制。燃?xì)鉄嶂?0MJ-35MJ/Nm3。在活塞頂端的淺湓型凹坑內(nèi)按圖6所示的位置對(duì)稱安裝4個(gè)表面鍍了金屬鉑的蓄熱式點(diǎn)火裝置2，與點(diǎn)火裝置2焊接相連的固定裝置3采用低導(dǎo)熱的鉻鋼材料，以螺紋形式固定在活塞頂端的凹坑內(nèi)。啟動(dòng)前將蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)內(nèi)的冷卻水采用循環(huán)方式加熱到95-100℃，并用電加熱器將發(fā)動(dòng)機(jī)的吸入空氣加熱到120℃左右，以便發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)階段通過壓縮自燃方式點(diǎn)火，按常規(guī)方式啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后逐步降低吸入空氣溫度至35℃左右，過度到采用蓄熱式高溫?zé)嵩袋c(diǎn)火。
本發(fā)明適用于四沖程和二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，適用于各種氣門個(gè)數(shù)(每缸0、2、3、4個(gè)等)的發(fā)動(dòng)機(jī)。
權(quán)利要求
1.發(fā)動(dòng)機(jī)使用氣體燃料的方法，包含高壓燃?xì)飧變?nèi)噴射和點(diǎn)火方式，其特征在于采用壓力可變的高壓燃?xì)膺M(jìn)行缸內(nèi)噴射和固定于氣缸蓋向火面或活塞頂部凹坑的蓄熱式高溫裝置點(diǎn)火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)使用氣體燃料的方法，其特征在于蓄熱式高溫點(diǎn)火裝置與燃?xì)饨佑|的表面鍍有具有催化燃燒功能的金屬材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)使用氣體燃料的方法，其特征在于高壓燃?xì)獾膰娚淦鬟M(jìn)口壓力在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制下壓力的變化范圍為15Mpa-65Mpa。
全文摘要
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)燃燒系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及以可燃?xì)怏w為燃料的內(nèi)燃機(jī)燃燒方法?，F(xiàn)行的氣體燃料內(nèi)燃機(jī)燃料采用缸外混合不僅易引起早燃、爆震和氣門重疊開啟期間的燃?xì)鈸p失及內(nèi)燃機(jī)熱效率低的缺點(diǎn)。缸內(nèi)噴射混合雖可克服氣門重疊開啟期間的燃?xì)鈸p失和常規(guī)負(fù)荷時(shí)早燃、爆震及內(nèi)燃機(jī)熱效率低的缺點(diǎn)，但又存在點(diǎn)火裝置與噴氣裝置在氣缸蓋上的布置空間不足的問題，本發(fā)明采用蓄熱式高溫?zé)嵩袋c(diǎn)火方法解決氣缸蓋上的布置空間不足的問題，完善了氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒技術(shù)。采用該方法的氣體燃料內(nèi)燃機(jī)可廣泛用于固定式和車用發(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)F02M61/14GK1538055SQ03117679
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2003年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月14日
發(fā)明者李寧, 李 寧 申請(qǐng)人:李寧, 李 寧