高培俠

摘要：工業(yè)革命迅速推動(dòng)科技的發(fā)展，從蒸汽機(jī)到內(nèi)燃機(jī)，生產(chǎn)力很快被解放，機(jī)器代人使得社會(huì)迅速進(jìn)步，蒸汽機(jī)如今已經(jīng)不再投入使用，但是內(nèi)燃機(jī)仍然廣泛被使用中，只是內(nèi)燃機(jī)的功能越來(lái)越完備，效率越來(lái)越高，一代又一代的產(chǎn)品不斷符合社會(huì)以及人類的需要，本文從內(nèi)燃機(jī)的高壓直噴技術(shù)出發(fā)，先介紹了缸內(nèi)高壓直噴技術(shù)的原理，然后針對(duì)一種特定的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行缸內(nèi)高壓直噴技術(shù)的說(shuō)明，強(qiáng)調(diào)其優(yōu)越性，最后提出了一種天然氣缸內(nèi)高壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，介紹現(xiàn)狀以及現(xiàn)存的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)；天然氣；缸內(nèi)高壓直噴

1.缸內(nèi)直噴技術(shù)研究背景

1.1缸內(nèi)直噴技術(shù)簡(jiǎn)介

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)候有四大工作沖程，吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程，在這四個(gè)沖程中只有做功沖程是做功的，所以能盡量縮短其他三個(gè)沖程的時(shí)間就是在提高效率?？v所周知，汽油機(jī)和柴油機(jī)的不同點(diǎn)中有一條是汽油機(jī)吸入的是空氣和汽油的混合氣，點(diǎn)火方式為火花塞點(diǎn)火，而柴油機(jī)吸入的是空氣，不用點(diǎn)火，利用柴油直噴靠高溫高壓實(shí)現(xiàn)自燃。

天然氣缸內(nèi)直噴技術(shù)與柴油機(jī)類似，其工作原理為當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)噴入天然氣使天然氣與空氣迅速混合，然后緊接著利用極少量柴油將其引燃，由于吸氣與壓縮沖程階段天然氣均沒(méi)有參與，所以理論上效率大大提高。

1.2缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于其他發(fā)動(dòng)機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)的適應(yīng)性好，動(dòng)力強(qiáng)勁?？贡允侵钙驮诎l(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒時(shí)抵抗爆震的能力，它是汽油燃燒性能的主要指標(biāo)，爆震是汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒不正常引起的，很多氣體的抗爆性能差，由于天然氣缸內(nèi)直噴技術(shù)不用考慮氣體的抗爆性，所以天然氣很適合，在壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)力也足夠強(qiáng)勁。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)保。缸內(nèi)直噴技術(shù)可以使天然氣和空氣均勻混合，燃燒充分，產(chǎn)生的有毒有害氣體少，特別是氮氧化物，如果此類發(fā)動(dòng)機(jī)普及那可以有效改善噪音，因?yàn)榇祟惏l(fā)動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中產(chǎn)生的溫度和壓強(qiáng)很低，振動(dòng)和噪聲也就相對(duì)較低，還可以保護(hù)環(huán)境，緩解能源危機(jī)。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速性能好，因?yàn)楦變?nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是噴油嘴，噴油嘴的大小可以通過(guò)電磁閥控制，電磁閥控制噴油嘴的進(jìn)氣量就可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的速度，而且由于電磁閥采用的是電氣控制，非常方便，所以調(diào)速性能好，但是外缸發(fā)動(dòng)機(jī)相比就遜色很多了，其進(jìn)氣過(guò)程復(fù)雜，調(diào)節(jié)起來(lái)不方便。

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)比較節(jié)省燃料。由于噴油嘴方便調(diào)節(jié)，所以天然氣等燃料也不會(huì)大量浪費(fèi)，可以根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)節(jié)噴油嘴大小，提高效率也提高經(jīng)濟(jì)性。

2. LNG缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要系統(tǒng)

2.1燃料供給

LNG缸內(nèi)直噴柴油機(jī)采用的燃料供給方式即為缸內(nèi)直噴供油，噴油嘴在活塞達(dá)到上止點(diǎn)之前就必須進(jìn)行噴射，此時(shí)缸內(nèi)需要達(dá)到的要求是空氣與天然氣均勻混合，所以噴油嘴噴射柴油的壓力必須大于當(dāng)時(shí)缸內(nèi)的壓力，只有這樣才能讓柴油具有一定的能量與空氣均勻混合，所以噴油嘴噴射壓力的提供非常重要，當(dāng)噴油嘴壓力泵壓力低于缸內(nèi)壓力時(shí)必須仍然能夠快速精確的提供壓力進(jìn)行噴射。此外還有一個(gè)問(wèn)題，內(nèi)燃機(jī)工作的時(shí)候四個(gè)沖程完成的時(shí)間非常短，一次噴氣的時(shí)間也就可想而知了，如果氣軌腔容積非常小，那在第一次噴射完成之后，氣軌腔壓力會(huì)迅速降低，其壓力恢復(fù)時(shí)間如果特別短，如果壓力還未恢復(fù)就進(jìn)行第二次噴射，那勢(shì)必會(huì)造成內(nèi)燃機(jī)的輸出功率的波動(dòng)，使得內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行不穩(wěn)定，。所以內(nèi)燃機(jī)的氣體體積供給必須保證非常精確，能夠適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)的這種變化，一般采用數(shù)學(xué)建模的方法，選取各參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，消除波動(dòng)問(wèn)題。

2.2控制系統(tǒng)

天然氣缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)采用電子控制噴射系統(tǒng)和多傳感器控制系統(tǒng)結(jié)合的方式。首先，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作的時(shí)候需要不斷進(jìn)行天然氣的噴射，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況復(fù)雜，比如存在高負(fù)載和低負(fù)載，天然氣不同于油霧，當(dāng)高負(fù)載時(shí)需要的進(jìn)氣量大，低負(fù)載的時(shí)候進(jìn)氣量需求少，二者相差太大，所以需要采用電子控制噴射系統(tǒng)來(lái)精確滿足不同工作情況時(shí)的燃油噴射控制。其次采用各種傳感器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，比如采用曲軸傳感器來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，負(fù)載等情況；噴油嘴需要蓄電池進(jìn)行供電，由于工作情況的不同，蓄電池的電壓也會(huì)波動(dòng)，間接影響噴油嘴的噴射，因此，檢測(cè)蓄電池的電壓也是非常有必要；氧化傳感器是測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)吸進(jìn)的空氣的含氧量來(lái)調(diào)節(jié)混合氣體的混合程度的。最后還有一點(diǎn)也很重要，有防泄漏檢測(cè)，這點(diǎn)可以保證安全性，避免危險(xiǎn)事故發(fā)生。

3.缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)仍存在的一些問(wèn)題

盡管缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)重重，但是其不足的地方我們也不得不考慮，這同時(shí)是我們需要進(jìn)行進(jìn)一步研究與解決的問(wèn)題。

首先，由于在活塞到達(dá)上止點(diǎn)的時(shí)候是氣缸內(nèi)壓力最大的時(shí)候，所以噴油嘴需要的噴射壓力也大，那就需要可靠的管道，保證其正常噴射，此外，天然氣需要被壓縮成液體才能方便貯存，所以天然氣的壓縮容器也需要空間，這樣無(wú)疑增加了整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的天然氣貯存與傳輸問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，而且對(duì)于結(jié)構(gòu)的密封性的要求很大。

其次，噴油嘴需要裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的上缸蓋上面，當(dāng)今還未設(shè)計(jì)出非常合理的結(jié)構(gòu)，也是亟待解決的問(wèn)題之一。

最后，由于全程都是高壓，若是設(shè)備稍微出現(xiàn)小問(wèn)題或者說(shuō)質(zhì)量不過(guò)關(guān)，那面臨的就是泄露，這樣很容易引發(fā)危險(xiǎn)事故，影響可靠性。

4.結(jié)束語(yǔ)

天然氣缸內(nèi)直噴技術(shù)相比于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)具有低排放高動(dòng)力的特點(diǎn)，但是其技術(shù)問(wèn)題也有很大的缺陷，并不是簡(jiǎn)單的將燃油換成天然氣，其還有很多技術(shù)問(wèn)題需要一個(gè)個(gè)去攻克，比如高壓噴射技術(shù)，燃油貯存技術(shù)等。但是我們不得不相信，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，總有一天，缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)被普遍接受。

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