天然气发动机配气相位控制方法和天然气发动机与流程

本发明涉及发动机，尤其涉及一种天然气发动机配气相位控制方法和天然气发动机。

背景技术：

1、在汽油发动机领域，通过米勒循环，通过延迟进气门的关闭时间，使一部分已经进入汽缸的混合气重新回到进气歧管，实际上汽缸内的混合气相比于进气减少，从而实际的压缩比小于几何压缩比，膨胀比大于压缩比，降低进气终了温度，提升了压缩比的同时减小发动机的爆震倾向，改善燃油经济性。

2、作为清洁能源的一个解决方案，使用天然气作为燃料的发动机的应用逐渐普及，对应的天然气发动机的研究方向也在朝着低气耗以及高压缩比的方向发展。由于天然气和汽油的活性不同，具体体现在，汽油的抗爆性以辛烷值体现，即on值，汽油的on值在89-98之间，其变动范围较小。天然气的抗爆性以甲烷值体现，即mn值，现有技术中的天然气mn值在65-100之间，其变动范围较大。随着天然气发动机压缩比的提高，天然气发生爆震的倾向剧增，并且由于天然气的mn值变动较大，如果现有的米勒循环汽油发动机的配气相位及控制方法应用在天然气发动机上，对于气质成分变动范围较大的天然气的适应性极低，具有严重的爆震倾向，并且发动机的经济性和动力性均极低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种天然气发动机配气相位控制方法和天然气发动机，提高天然气发动机对不同天然气气质成分的适应性，降低爆震倾向的同时改善发动机的经济性和动力性。

2、本发明提供一种天然气发动机配气相位控制方法，包括如下步骤：

3、s1、获取天然气燃料的mn值；

4、s2、获取当前天然气发动机的转速和负荷；

5、s3、根据所述天然气燃料的抗爆性以及所述天然气发动机的转速和负荷匹配进气配气相位以及排气配气相位；

6、s4、根据匹配的所述进气配气相位以及所述排气配气相位控制所述天然气发动机。

7、作为天然气发动机配气相位控制方法的优选技术方案，

8、所述步骤s3包括：

9、根据所述天然气燃料的抗爆性选定所述天然气发动机的进气配气万有特性图和排气配气万有特性图；

10、在选定的所述进气配气万有特性图上根据所述天然气发动机的转速和负荷匹配进气配气相位；

11、在选定的所述排气配气万有特性图上根据所述天然气发动机的转速和负荷匹配排气配气相位。

12、作为天然气发动机配气相位控制方法的优选技术方案，

13、所述进气配气相位分为多个进气配气模式，多个所述进气配气模式的进气门关闭时刻不同；

14、所述排气配气相位分为多个排气配气模式，多个所述排气配气模式的排气门关闭时刻不同。

15、作为天然气发动机配气相位控制方法的优选技术方案，所述进气配气万有特性图包括多个进气负荷区域，每一个所述进气负荷区域对应多个所述进气配气模式中的其一者；所述排气配气万有特性图包括多个排气负荷区域，每一个所述排气负荷区域对应多个所述排气配气模式中的其一者。

16、作为天然气发动机配气相位控制方法的优选技术方案，多个所述进气配气模式包括第一进气配气模式、第二进气配气模式和第三进气配气模式；

17、在所述第一进气配气模式下，所述进气门在排气行程上止点前0-15°ca区间内打开且在进气行程下止点后35-45°ca区间内关闭；

18、在所述第二进气配气模式下，所述进气门在排气行程上止点前0-15°ca区间内打开且在进气行程下止点后55-65°ca区间内关闭；

19、在所述第三进气配气模式下，所述进气门在排气行程上止点前0-15°ca区间内打开且在进气行程下止点后75-85°ca区间内关闭。

20、作为天然气发动机配气相位控制方法的优选技术方案，多个所述排气配气模式包括第一排气配气模式、第二排气配气模式和第三排气配气模式；

21、在所述第一排气配气模式下，所述排气门在做功行程下止点前35-50°ca区间内打开且在所述排气行程上止点前关闭，所述进气门和所述排气门不同时开启；

22、在所述第二排气配气模式下，所述排气门在做功行程下止点前35-50°ca区间内打开且在所述排气行程上止点后关闭，所述进气配气相位和所述排气配气相位之间存在第一气门重叠角；

23、在所述第三排气配气模式下，所述排气门在做功行程下止点前35-50°ca区间内打开且在所述排气行程上止点后关闭，所述进气配气相位和所述排气配气相位之间存在第二气门重叠角；

24、所述第一气门重叠角小于所述第二气门重叠角。

25、作为天然气发动机配气相位控制方法的优选技术方案，

26、在所述第一排气配气模式下，所述排气门在所述排气行程上止点前10-20°ca区间内关闭；

27、在所述第二排气配气模式下，所述排气门在所述排气行程上止点后10-20°ca区间内关闭；

28、在所述第三排气配气模式下，所述排气门在所述排气行程上止点后40-50°ca区间内关闭。

29、作为天然气发动机配气相位控制方法的优选技术方案，随所述天然气燃料抗爆性降低，所述第三进气配气模式在所述进气配气万有特性图对应的进气负荷区域的总面积增加。

30、作为天然气发动机配气相位控制方法的优选技术方案，随所述天然气燃料抗爆性降低，所述第一排气配气模式在所述排气配气万有特性图对应的排气负荷区域的总面积增加。

31、作为天然气发动机配气相位控制方法的优选技术方案，所述步骤s1和所述步骤s2之间还包括：

32、判断所述天然气发动机是否处于冷机状态，如是，则根据所述天然气燃料的mn值匹配所述进气配气相位和所述排气配气相位；否则执行所述步骤s2。

33、作为天然气发动机配气相位控制方法的优选技术方案，

34、所述进气配气相位包括第一进气配气模式和第二进气配气模式，在所述第一进气配气模式下，进气门在排气行程上止点前0-15°ca区间内打开且在进气行程下止点后35-45°ca区间内关闭；在所述第二进气配气模式下，所述进气门在排气行程上止点前0-15°ca区间内打开且在进气行程下止点后55-65°ca区间内关闭；

35、所述排气配气相位包括第一排气配气模式、第二排气配气模式和第三排气配气模式，在所述第一排气配气模式下，所述排气门在做功行程下止点前35-50°ca区间内打开且在所述排气行程上止点前关闭，所述进气门和所述排气门不同时开启；在所述第二排气配气模式下，所述排气门在做功行程下止点前35-50°ca区间内打开且在所述排气行程上止点后关闭，所述进气配气相位和所述排气配气相位之间存在第一气门重叠角；在所述第三排气配气模式下，所述排气门在做功行程下止点前35-50°ca区间内打开且在所述排气行程上止点后关闭，所述进气配气相位和所述排气配气相位之间存在第二气门重叠角；所述第一气门重叠角小于所述第二气门重叠角；

36、根据所述天然气燃料的mn值匹配所述进气配气相位和所述排气配气相位的步骤包括：

37、当所述天然气燃料的mn值＞85时，以所述第一进气配气模式控制所述天然气发动机进气，以所述第一排气配气模式控制所述天然气发动机排气；

38、当所述天然气燃料的mn值≥75且≤85时，以所述第一进气配气模式控制所述天然气发动机进气，以所述第二排气配气模式控制所述天然气发动机排气；

39、当所述天然气燃料的mn值＜75时，以所述第二进气配气模式控制所述天然气发动机进气，以所述第三排气配气模式控制所述天然气发动机排气。

40、本发明提供一种天然气发动机，应用上述任一方案的天然气发动机配气相位控制方法。

41、本发明的有益效果为：

42、本发明提供了一种天然气发动机配气相位及控制方法，针对不同天然气mn值和发动机运行工况，设计了不同的进排气配气相位方案，并提供了对应的进排气相位控制方法。在进排气相位的控制中，首先获取天然气燃料的mn值以及发动机转速和负荷数据；根据天然气燃料的mn值并结合发动机转速和负荷，控制发动机匹配对应的进气配气相位和排气配气相位运行，从而提高天然气发动机对不同气质成分的适应性，降低爆震倾向的同时改善发动机的经济性和动力性。