车用天然气发动机高效燃烧与控制系统关键技术开发及应用.docx

车用天然气发动机高效燃烧与控制系统关键技术开发及应用目前天然气发动机大部分采用稀薄燃烧技术与当量燃烧相比发动机缸内燃烧温度较低，因此,可以减小热损失和热负荷，提高了热效率、改善了燃料经济性，同时可以减少NO.排放。天然气发动机的燃烧、排放及燃料消耗率随过量空气系数的变化情况，如图1所示，综合排放性和经济性考虑，当过量空气系数1.5左右时最佳，所以稀薄燃烧技术是天然气发动机的最佳选择。3车用天然气发动机关键技术3.1 机械结构的改进设计目前国内外大多厂家的天然气发动机都是由柴油机改装，天然气与柴油相比其燃烧特性区别很大，相应关键部件必须重新设计口，主要有：1）气缸盖部件设计，加强火花塞周围的冷却效果，改进气道涡流，减少火花塞周围的涡流，使缸内混合气体更容易点燃;气门和座圈的锥面结构改进和选用新型材料，减小由于排温高和天然气无润滑性等因素造成的气门和座圈磨损。2）凸轮轴设计，减小气门重叠角，保证较高的充气效率、减少扫气带来的燃料损失及HC排放、降低排气温度。3）活塞设计，实现更快和更充分的燃烧、缩短火焰传播距离以降低爆震倾向。以上部件优劣是影响天然气发动机性能的重要因素。3.2 稀薄燃烧技术目前天然气发动机大部分采用稀薄燃烧技术与当量燃烧相比发动机缸内燃烧温度较低，因此可以减小热损失和热负荷，提高了热效率、改善了燃料经济性，同时可以减少NO.排放。天然气发动机的燃烧、排放及燃料消耗率随过量空气系数的变化情况，如图1所示，综合排放性和经济性考虑，当过量空气系数1.5左右时最佳，所以稀薄燃烧技术是天然气发动机的最佳选择。3.3 单点和多点喷射的精确控制目前天然气发动机普遍采用单点喷射稀薄燃烧技术，优点是空气和燃料预混合充分均匀，失火和爆震能得到很好控制，但是发动机的响应速度略显迟缓，而采用多点喷射技术面临很多问题，因为目前中等功率以上天然气发动机均由柴油机改制而成，原机各缸进气量的差异约10%15%,加之喷射阀燃气供给量的差异约5-10%这样各缸的空燃比总体差异约15%25%而稀薄燃烧一般失火极限控制在5%10%之间，同时还受到燃气气质和环境等因数的影响，多点喷射很可能造成发动机的失火和爆震等非正常燃烧。在多点喷射控制技术不成熟之前，预混合单点精确喷射控制在目前市场占主导地位。3.4 高能量数字点火技术当量燃烧天然气发动机需要点火能量是汽油机的3倍左右，而稀薄燃烧天然气发动机需要的点火能量是当量燃烧的1.5倍左右，那么稀薄燃烧天然气发动机是汽油机的4.5倍左右，可见天然气燃料着火性能更差。这样传统的汽油机点火系统根本不适应于天然气发动机.因而需要采用高能量数字点火技术，也就是利用计算机芯片来精确控制点火的能量和时间：1）点火能量太小不能满足发动机性能要求，点火能量过大又是一种浪费，而且涉及到相应部件点火线圈、高压线和火花塞等）的承受力问题。在现有部件能够承受的条件下，将点火能量控制到一个能够满足需要的合适程度是十分必要的。2）准确的点火时间对发动机的燃烧效率至关重要，利用计算机技术可以控制点火的时间，其精确度可以达到微秒级。高能量数字点火，有利于改善天然气发动机的起动性和怠速稳定性，特别是改善了天然气的低温冷起动性能，这对于寒冷地区使用来说，具有非常重要的意义:其次，有利于稀薄可燃混合气体充分燃烧，从而改善了发动机的动力性，节省燃料，降低排放;另外，为了应对当前国家对汽车排气污染物的控制，采用了高能量数字点火技术，可以提高天然气发动机排放水平。3.5后处理技术采用稀薄燃烧的天然气发动机NO.排放量较低，可以达到国V排放，但Co和HC相对较高通过高效氧化型催化转化器可以达到国国排放水平。目前国内催化转化器产品技术水平与国际水平相当，具体数据如图2o图2氧化型催化器比较-(q.M4).VB