淺析柴油版壓縮天然氣減壓閥

　　隨著國內(nèi)、外排放法規(guī)標準的不斷提高，早期國產(chǎn)的客車上使用的柴油機已無法滿足排放要求。現(xiàn)在的柴油機采用柴油電控燃油噴射系統(tǒng)與高壓共軌噴射等新技術(shù)，可以滿足日益嚴格的排放法規(guī)。

　　柴油版壓縮天然氣減壓閥關(guān)鍵技術(shù)

　　1燃料供給系統(tǒng)

　　燃料供給系統(tǒng)由壓縮天然氣儲氣瓶、壓力表、手動開關(guān)閥門、減壓閥、濾清器、電磁開關(guān)閥、氣軌、電磁噴氣嘴等組成。壓縮天然氣儲氣瓶內(nèi)20 MPa的高壓氣體經(jīng)兩級減壓到0.1一0.8 MPa，各缸的噴氣嘴共同安裝在一個氣軌上，然后由進氣支管引向各自氣缸的進氣門處。減壓閥因氣體減壓而吸收熱量，產(chǎn)生“結(jié)冰”現(xiàn)象，在設(shè)計時引入發(fā)動機冷卻液通道或機油通道，保證減壓閥工作時維持在規(guī)定范圍的溫度，防止出現(xiàn)“結(jié)冰”現(xiàn)象。整個燃料供給系統(tǒng)必須保證密封，還要保證噴氣嘴噴射出的壓力在規(guī)定范圍內(nèi)，從而滿足發(fā)動機負荷所需的供氣量。電磁噴氣嘴在保證流量要求外，還要求具有可靠性以及動態(tài)開啟特性，以滿足發(fā)動機控制器ECU對噴氣量和噴氣時刻的控制。

　　2稀薄燃燒技術(shù)

　　稀薄燃燒是提高動力性的措施。稀薄燃燒由于空燃比大，混合氣濃度較低，燃燒速度降低。實現(xiàn)稀薄燃燒的關(guān)鍵在于讓混合氣快速燃燒，即縮短火焰的發(fā)展期和燃燒持續(xù)時間。在中等轉(zhuǎn)速時，柴油機的平均有效壓力為1.15 MPa,改裝為天然氣發(fā)動機后，平均有效壓力一般為0.9MPa。而采取稀薄燃燒，加大空氣量，有效降低排氣溫度、減弱爆震趨勢，可以通過增壓技術(shù)將平均有效壓力增加到1-1.O5 MPa，確保較高的動力性。通過改變混合氣的運動情況來實現(xiàn)。燃燒速度很大程度上取決于混合氣的紊流運動，首先由于紊流加劇，天然氣與空氣混合充分，加入燃燒的成分增加;其次，紊流能增加火焰的傳播速度，提高局部燃燒速率;第三，紊流能夠使火焰表面產(chǎn)生褶皺，從而增加火焰表面積，提高燃燒速率。增加紊流的手段主要是采用有利于降低壓縮比且能夠使天然氣快速燃燒的楔形燃燒室結(jié)構(gòu)或改變進氣道的形狀來形成一定強度的空氣運動，從而產(chǎn)生較強的紊流運動，以達到速燃的目的。

　　3壓縮比和燃燒室

　　柴油機的壓縮比一般為16-22，柴油機改為點燃式天然氣發(fā)動機時必須降低壓縮比。在選擇壓縮比時應(yīng)充分考慮發(fā)動機效率、避免爆震。國內(nèi)外研究經(jīng)驗表明，點燃式天然氣發(fā)動機壓縮比值通常選為10.5-12左右。通常柴油機缸內(nèi)有較強的進氣道形成的渦流，這不利于天然氣的著火燃燒。在設(shè)計燃燒室時應(yīng)設(shè)法減小缸內(nèi)氣體流動的強度，加強缸內(nèi)的局部紊流，加速火焰的傳播，提高燃燒速度。

　　根據(jù)國內(nèi)外實驗數(shù)據(jù)表明:楔型燃燒室比球形燃燒室的初燃期長，而主燃期短。這有利于加大點火提前角，減少后燃，提高熱效率，降低排氣溫度。從點火到上止點在火花塞處的紊流強度累計值與初燃期密切相關(guān)。楔型燃燒室的擠流面積比球形燃燒室大，燃燒室內(nèi)的平均紊流強度強，楔型燃燒室開口直徑大，燃燒室壁面與火花塞的距離短，即使點火定時提前，也不容易產(chǎn)生爆震，這都有助于縮短主燃期，同時降低排氣溫度。

　　4點火系統(tǒng)

　　天然氣在常壓下著火溫度達537℃，比汽油、柴油均高出很多。但十六烷值低，不能采用壓燃方式，而只能采用火花塞點火方式。要求系統(tǒng)具有高電壓和高能量。

　　5點火提前角標定

　　點火提前角是一個同時對發(fā)動機動力性和排放性能有重大影響的因素。因此，對點火提前角的標定，需要同時考慮發(fā)動機動力性和排放性能的優(yōu)化。在各工況點的標定試驗過程中，不斷調(diào)整點火提前角值，使發(fā)動機在動力性滿足設(shè)計要求的前提下，三種氣體排放的綜合值達到zui低，發(fā)動機的整體排放性能滿足設(shè)計要求。

　　6進氣系統(tǒng)

　　火花塞點燃式天然氣發(fā)動機采用缸外(進氣道)混合方式，發(fā)動機負荷由進氣量多少來調(diào)節(jié)的，進氣管上應(yīng)增加節(jié)氣門和傳感器(壓力或流量、溫度、位置)。全負荷時為噴射相同能量的燃料，天然氣體積噴射流量是汽油的770倍，噴射壓力高。為降低進氣管內(nèi)氣壓的波動，避免傳感器輸出信號的波動，保證發(fā)動機各缸進氣的均勻性，進氣管應(yīng)有足夠的容積，起到儲存與穩(wěn)壓的作用。

　　7控制策略

　　電控技術(shù)可以使發(fā)動機在各種工況工作時處于*狀態(tài)，達到動力性、經(jīng)濟性、排放三者的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。噴氣時刻、脈寬、點火正時等控制參數(shù)是其控制核心。按照是否有回饋信號又可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制，由于稀燃時氧化催化劑的廢氣轉(zhuǎn)化效能受空燃比影響很大，天然氣發(fā)動機的功率、平均有效壓力受天然氣成分和空燃比的影響相對于汽、柴油較大，因此閉環(huán)控制是zui為有效的方案。閉環(huán)控制通常采用氧傳感器來反饋排氣中的實際氧濃度，從而達到控制空燃比的目的。