發(fā)動(dòng)機(jī)微柴油引燃天然氣當(dāng)量空燃比燃燒系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及重型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)歐VI排放技術(shù)領(lǐng)域，更特別地涉及重型歐VI排放發(fā)動(dòng)機(jī)微柴油引燃天然氣當(dāng)量空燃比燃燒系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車保用量的增加極大方面了人民生活，并促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但由此帶來了環(huán)境污染和能源緊張的問題。為了控制大氣污染各國制動(dòng)了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，其中歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)是迄今為止最為嚴(yán)格的發(fā)動(dòng)機(jī)排放法規(guī)。由于柴油機(jī)中含有大量高分子烴類，同時(shí)柴油機(jī)采用擴(kuò)散燃燒技術(shù)，為了防止大量的碳煙生成柴油無法采用當(dāng)量空燃比燃燒技術(shù)，因此柴油機(jī)為了滿足歐VI排放法規(guī)必須采用負(fù)責(zé)而昂貴的排氣后處理系統(tǒng)。
[0003]后處理系統(tǒng)中三效催化后處理器只有在當(dāng)量空燃比附近使用時(shí)才能使排氣中的C0.HC.N0x同時(shí)轉(zhuǎn)換為無害的C02、H20和N2，而三效催化后處理器是使發(fā)動(dòng)機(jī)排放滿足歐VI排放法規(guī)最為有效且經(jīng)濟(jì)的后處理方式。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)采用與汽油機(jī)相同的預(yù)混燃燒技術(shù)，使天然氣發(fā)動(dòng)可以采用當(dāng)量空燃比燃燒技術(shù)和三效催化后處理器相配合的方式實(shí)現(xiàn)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的快速燃燒。但是由于天然氣層流火焰的傳播速度慢，使當(dāng)量空燃比燃燒技術(shù)在小缸徑的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)上較容易實(shí)現(xiàn)，而缸徑較大的重型發(fā)動(dòng)機(jī)在使用當(dāng)量空燃比燃燒技術(shù)時(shí)由于燃燒速度慢導(dǎo)致的排氣過高、爆震等問題，限制了當(dāng)量空燃比燃燒技術(shù)及三效催化后處理器排放控制技術(shù)在重型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)上的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明公開了重型歐VI排放發(fā)動(dòng)機(jī)微柴油引燃天然氣當(dāng)量空燃比燃燒系統(tǒng)及控制方法，采用該方法后可以在重型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)上采用濰柴油引燃當(dāng)量空燃比混合氣快速燃燒技術(shù)，及三效催化后處理器排放控制技術(shù)，使重型天然氣的排放達(dá)到Euro VI排放。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]微柴油引燃天然氣當(dāng)量空燃比燃燒系統(tǒng)，包括一個(gè)控制器、柴油噴射裝置和天然氣噴射裝置，所述的天然氣噴射裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管相連，天然氣噴射裝置噴出的天然氣與進(jìn)氣管進(jìn)來的空氣在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸外預(yù)混合；所述的柴油噴射裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)部連通；在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管上安裝有排氣凈化裝置和檢測(cè)排氣成分的傳感器，所述的控制器控制柴油噴射裝置和天然氣噴射裝置的噴射時(shí)間、噴射時(shí)刻、噴射量及噴射脈寬。
[0007]進(jìn)一步的，所述的控制器利用預(yù)先標(biāo)定的脈譜圖和排氣氧傳感器的反饋來控制天然氣噴射量，進(jìn)而在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)形成當(dāng)量空燃比附近的混合氣，在活塞壓縮上止點(diǎn)附近利用多孔噴油器噴射微量柴油，柴油噴射量小于總能量1% ;柴油著火后在氣缸內(nèi)形成多個(gè)點(diǎn)火源，使氣缸內(nèi)的當(dāng)量混合氣迅速燃燒，燃燒后的排氣經(jīng)顆粒捕集器、三效催化后處理器及氨捕集器處理后，使排氣的顆粒、HC、C0、NOx及氨排放低于歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)的限制。
[0008]進(jìn)一步的，所述的傳感器包括與控制器相連的排氣氧傳感器和排氣溫度傳感器。
[0009]進(jìn)一步的，所述的柴油噴射裝置包括一個(gè)柴油罐，所述的柴油罐與柴油栗相連，柴油栗通過一個(gè)高壓柴油軌與位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的柴油噴射器相連，在高壓柴油軌安裝有壓力傳感器，所述的壓力傳感器與控制器相連。
[0010]進(jìn)一步的，所述的天然氣噴射裝置包括天然氣罐，天然氣罐的出口依次串聯(lián)天然氣濾清器、天然氣調(diào)壓穩(wěn)壓閥、天然氣流量計(jì)和天然氣噴射模塊相連；所述的天然氣流量計(jì)和天然氣噴射模塊與控制器相連，且所述的天然氣噴射模塊還與天然氣噴射閥相連。
[0011]進(jìn)一步的，所述的排氣凈化裝置包括顆粒捕集器、三效催化后處理器和氨捕集器；排氣進(jìn)入排氣凈化裝置的次序是排氣首先進(jìn)入顆粒捕集器，然后進(jìn)入三效催化后處理器，最后進(jìn)入氨捕集器。燃燒后的排氣經(jīng)顆粒捕集器、三效催化后處理器及氨捕集器處理后，使排氣的顆粒、HC、C0、NOx及氨排放低于歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)的限制。
[0012]進(jìn)一步的，所述的進(jìn)氣管一端與發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸連通，另一端與一個(gè)增壓器相連，且在進(jìn)氣管上還安裝有空氣流量計(jì)、中冷器、電子節(jié)氣門、進(jìn)氣壓力傳感器和進(jìn)氣溫度傳感器；所述的空氣流量計(jì)、電子節(jié)氣門、進(jìn)氣壓力傳感器和進(jìn)氣溫度傳感器均與控制器相連。
[0013]本發(fā)明中天然氣采用缸外噴射預(yù)混合的方式，在缸內(nèi)形成均質(zhì)空氣/天然氣混合氣，柴油采用電控共軌缸內(nèi)高壓直噴的方式，柴油噴射量小于總能量1 %，僅起引燃作用。
[0014]用于該重型歐VI排放發(fā)動(dòng)機(jī)微柴油引燃天然氣當(dāng)量空燃比燃燒系統(tǒng)的控制方法，如下:
[0015]電控器利用進(jìn)氣流量傳感器所測(cè)量的空氣流量及預(yù)設(shè)的柴油和天然氣的噴射比例，計(jì)算天然氣和柴油的噴射量，并利用排氣氧含量對(duì)噴射量進(jìn)行修正，在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)形成當(dāng)量空燃比附近的天然氣/空氣混合氣，然后控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的噴射時(shí)刻，在壓縮上止點(diǎn)附近的適當(dāng)時(shí)刻噴射引燃柴油，實(shí)現(xiàn)天然氣/空氣混合氣的在當(dāng)量空燃比附近快速燃燒，實(shí)現(xiàn)重型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的快速燃燒及排氣凈化裝置中可以使用三效催化后處理器。
[0016]為保證顆粒捕集器、三效催化后處理器及氨捕集器催化效率，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)，控制器根據(jù)排氣溫度傳感器的反饋的排氣溫度，調(diào)整引燃柴油的噴射時(shí)刻，保證排氣凈化裝置高效工作。
[0017]發(fā)動(dòng)機(jī)燃用低甲烷數(shù)天然氣、大負(fù)荷工作時(shí)為防止爆震，控制器根據(jù)爆震傳感器反饋的數(shù)值適當(dāng)推遲引燃柴油的噴射時(shí)刻，爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。
[0018]本發(fā)明的有益效果如下:
[0019]本發(fā)明在重型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)上采用濰柴油引燃當(dāng)量空燃比混合氣快速燃燒技術(shù)，及三效催化后處理器排放控制技術(shù)，使重型天然氣的排放達(dá)到Euro VI排放。
【附圖說明】
[0020]通過對(duì)結(jié)合附圖所示出的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述以及其他特征將更加明顯，其中:
[0021]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的重型歐VI排放發(fā)動(dòng)機(jī)微柴油引燃天然氣當(dāng)量空燃比燃燒系統(tǒng)工作示意圖。
[0022]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式用于實(shí)現(xiàn)該重型歐VI排放發(fā)動(dòng)機(jī)微柴油引燃天然氣當(dāng)量空燃比燃燒系統(tǒng)排放控制的邏輯流程圖。
[0023]圖中:101柴油罐，102柴油濾清器，103柴油回油管，104柴油栗，105柴油進(jìn)油管，106天然氣罐，107天然氣管路，108天然氣濾清器，109N0x傳感器，110氨捕集器，111天然氣調(diào)壓穩(wěn)壓閥，112三效催化后處理器，113顆粒捕集器，114天然氣流量計(jì)，115排氣氧傳感器，116排氣溫度傳感器，117排氣管，118增壓器，119空氣流量計(jì)，120天然氣噴射模塊，121中冷器，122電子節(jié)氣門，123進(jìn)氣壓力傳感器，124進(jìn)氣溫度傳感器，125天然氣噴射閥，126進(jìn)氣管，127爆震傳感器，128發(fā)動(dòng)機(jī)，129控制器，130高壓柴油軌，131柴油軌壓力傳感器，132柴油噴射器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在本發(fā)明中，將參考附圖通過實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明提供的重型歐VI排放發(fā)動(dòng)機(jī)微柴油引燃天然氣當(dāng)量空燃比燃燒系統(tǒng)及控制方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0025]如圖1所示，該重型歐VI排放發(fā)動(dòng)機(jī)微柴油引燃天然氣當(dāng)量空燃比燃燒系統(tǒng)包括:包括一個(gè)控制器129、柴油噴射裝置和天然氣噴射裝置，所述的天然氣噴射裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)128的進(jìn)氣管相連，天然氣噴射裝置噴出的天然氣與進(jìn)氣管126進(jìn)來的空氣在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸外預(yù)混合；所述的柴油噴射裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)128的氣缸內(nèi)部連通；在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管117上安裝有排氣凈化裝置和檢測(cè)排氣成分的傳感器，控制器129利用預(yù)先標(biāo)定的脈譜圖和傳感器的反饋來控制控制柴油噴射裝置和天然氣噴射裝置的噴射量及配設(shè)時(shí)間。
[0026]進(jìn)一步的，所述的控制器利用預(yù)先標(biāo)定的脈譜圖和排氣氧傳感器的反饋來控制天然氣噴射量，進(jìn)而在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)形成當(dāng)量空燃比附近的混合氣，在活塞壓縮上止點(diǎn)附近利用多孔噴油器噴射微量柴油，柴油噴射量小于總能量1% ;柴油著火后在氣缸內(nèi)形成多個(gè)點(diǎn)火源，使氣缸內(nèi)的當(dāng)量混合氣迅速燃燒，燃燒后的排氣經(jīng)顆粒捕集器、三效催化后處理器及氨捕集器110處理后，使排氣的顆粒、HC、C0、NOx及氨排放低于歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)的限制。
[0027]進(jìn)一步的，傳感器包括與控制器相連的排氣氧傳感器115、排氣溫度傳感器116和NOx傳感器109。
[0028]進(jìn)一步的，柴油噴射裝置包括一個(gè)柴油罐101，柴油罐101與柴油栗104相連，柴油栗通過柴油進(jìn)油管105以及一個(gè)高壓柴油軌130與位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的柴油噴射器132相連，在高壓柴油軌130安裝有柴油軌壓力傳感器131，所述的柴油軌壓力傳感器131與控制器129相連。
[0029]進(jìn)一步的，柴油噴射器132通過柴油回油管103與柴油罐101相連，實(shí)現(xiàn)了柴油的重復(fù)利用。
[0030]進(jìn)一步的，天然氣噴射裝置包括天然氣罐106，天然氣罐106的出口的天然氣管路107依次串聯(lián)天然氣濾清器108、天然氣調(diào)壓穩(wěn)壓閥111、天然氣流量計(jì)114、天然氣噴射模塊120和天然氣噴射閥125 ;所述的天然氣流量計(jì)114和天然氣噴射模塊120與控制器129相連。
[0031]