[发明专利]一种增强天然气发动机缸内气流运动的方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然气发动机制造技术领域，具体为一种增强天然气发动机缸内气流运动的方法。

背景技术

天然气是极具发展潜力的内燃机替代燃料，它的利用不仅能减轻对石油的过度依赖，同时可以缓解环境污染及温室效应问题。包括中国在内的许多国家均开展了天然气发动机的研究开发工作，装备天然气发动机的汽车已经在较大范围进行了应用。然而，天然气发动机往往存在循环波动较大、发动机运行不稳定影响性能的问题，这主要是由于以下两方面造成的：一方面是由于天然气燃烧速率较慢，容易造成燃烧过程不稳定，使得发动机循环波动较大，甚至个别工况容易失火，导致未燃碳氢排放增多，进而造成油耗升高。另一方面，缸内可燃混合气的制备过程对发动机的燃烧过程有重要的影响，在采用化学计量空燃比情况下，天然气与空气在缸内的混合均匀性对发动机的燃烧速度及效率有重要影响，混合气越均匀，越利于火焰传播，进而提高燃烧效率及稳定性。传统汽油机属于气液混合，液态汽油经喷油器喷入进气道或者直接喷入气缸，液态燃油的惯性将会对周围的气体产生扰动，利于燃油与空气的混合。但是天然气与空气的混合过程属于气气混合，不存在液态燃油贯穿过程的动量传输，混合过程更困难。

综上所述，可以从改善天然气与空气的混合过程及促进天然气燃烧速度两方面来改善天然气发动机性能。研究表明，合理组织缸内气流增强缸内涡流比、滚流比能够改善可燃混合气的形成过程，同时随之增强的缸内湍流能够促进混合气的燃烧速度，增强燃烧效率及稳定性。现有技术中增强缸内气流运动的方法较多，采用切向气道或者螺旋气道可提高缸内的涡流水平，但是会造成缸盖结构复杂；在进气道安装涡流阀或滚流阀也可提高缸内的涡流及滚流水平，但是存在结构复杂，可靠性差等缺点。传统的双进气道发动机的两个进气门通常采用相同的凸轮驱动并同时开启，这样同时开启的情况下，发动机两个气道产生的涡流运动互相抵消，综合效果是缸内涡流运动较弱。

发明内容                                                                  

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种增强天然气发动机缸内气流运动的方法。

本发明采取的技术方案是，构建一种增强天然气发动机缸内气流运动的方法，上述天然气发动机包括

气缸、与气缸相连的进气道和排气道、发动机控制单元，设于第一进气道中的第一进气门，还包括设于第二进气道中的第二进气门

设于排气道中的排气门，上述方法包括：通过发动机控制单元单独控制每个上述进气门，实现进气门不同时开启或同时开启，以及不同气门升程，以充分利用两个气道产生涡流运动的能力增强缸内气流运动水平，进而加速天然气与空气的混合过程。

进一步地，上述方法步骤具体包括：第一步、在发动机进气上止点后，通过发动机控制单元控制，第一进气门优先开启，第二进气门关闭，气体通过气道进入气缸形成绕Z轴旋转的涡流，且由于进气门并未开启，气缸内还会形成绕X轴旋转的滚流。

第二步、第一进气门开启一定角度β后，通过发动机控制单元控制，第二进气门开启，使第一进气门和第二进气门开启角度不同或相同，以形成相应的升程差，并继续形成并增强绕Z轴旋转的涡流及绕X轴旋转的滚流。

第三步、发动机完成进气增强混合过程。

第四步，混合器经过压缩、燃烧过程后，在排气过程经排气门，通过排气道排出废气完成一个工作循环。

进一步地，或上述方法步骤具体包括：第一进气门和第二进气门同时开启，气门升程不同，第一进气门和第二进气门开启角度不同。

本发明所提供的一种增强天然气发动机缸内气流运动的方法，通过单独控制各进气门的开启相位及气门升程，即可实现增强缸内气流运动及促进混合气形成的目的，可使缸内涡流比有明显增强，可使缸内绕X轴的滚流比有明显增强，可使缸内湍流脉动速度有明显增强，可根据不同需求及不同工况，对两个进气门推迟开启角度及气门升程实时控制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的进气门升程曲线图。

图3为本发明的涡流比图。

图4为本发明的绕X轴滚流比。

图5本发明的湍流脉动速度。

具体实施方式