[发明专利]低热值燃气高效增压喷射稀薄燃烧综合控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种低热值燃气高效增压喷射稀薄燃烧综合控制系统，包括低热值气体增压中冷单元、空气增压中冷单元、燃气单独进气预燃室单元、主燃气喷射单元、安全防爆单元、点火式内燃机单元、控制单元。本发明提高了低热值气体机燃气进气密度及充气量；提高了低热值燃气机整机运行的安全防爆性；实现主燃烧室分层稀薄燃烧，并解决了进排气系统回火放炮问题的发生；进而实现低热值气体内燃机采用较高的压缩比以及缸内较高的过量空气系数，实现缸内主燃烧室高效稀薄燃烧，降低缸内燃烧温度并避免燃烧爆震现象的发生，进一步提高活塞压缩比，最终提高内燃机热效率、降低排放及高效稳定可靠运行的目的。

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，特别涉及低热值燃气高效增压喷射稀薄燃烧气体机，具体涉及一种低热值燃气高效增压喷射稀薄燃烧综合控制系统及其控制方法。

背景技术

随着化石能源的不断枯竭以及节能减排要求日益高涨，使得人们越来越认识到低热值可燃气体回收利用在能源利用和节能减排方面的重要作用。作为以前任意排空浪费的低热值可燃气体，如煤矿瓦斯气、沼气、炼化尾气、焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气、油母页岩气、炭黑气、蓝碳气、水煤气、秸秆气、垃圾填埋气等可燃低热值燃气体的开发利用已成为世界范围的课题之一。低热值气体发动机作为最能体现可燃气体利用的动力设备得到了一定的发展和应用。

当前所研究的低热值气体发动机由于基本都是在原有柴油机基础上改制的，技术含量不高，且基本采用的低压预混增压中冷进气的方式，其燃气未经过精确控制进入各缸，加之没有高效的控制策略，使得这种通常的低热值气体机存在以下弊端：

（1）通常的低热值气体发动机由于采用的是燃气和空气在增压前预混，燃气无精确控制设备和控制策略，很难实现单缸燃气量精准控制，更谈不上单缸稀薄燃烧精确控制；

（2）通常的低热值气体发动机由于采用普通的火花塞或采用预燃室火花塞，火花塞附近的气体浓度与主燃烧室浓度基本一致，在较稀或较高的燃气浓度范围内很难实现点火，因此容易产生失火现象发生，进而导致发动机无法正常燃烧作功；

（3）通常的低热值气体发动机由于进入气缸的气体为混合气体，在进排气重叠角时（进气门和排气门同时打开期间），一部分可燃混合气体的会从排气门中溢出，一方面降低了燃气热效率，另一方面增加了排气管放炮的不安全事故发生；

（4）通常的低热值气体发动机在负荷突加突卸和速度特性时，很难实现增压器的迅速响应，无法满足变工况对燃气和空气量快速响应需求，导致气体机转速波动较大，运行不稳；

（5）通常的低热值气体发动机采用预混增压进气，由于从增压前到进入气缸整个管路中都是可燃混合气体，易发生回火爆炸危险；

（6）通常的低热值气体发动机控制单元因没有实时监测的氧气传感器、爆压传感器、排温传感器测量参数，因此无法判断各缸燃烧状况，无法实现发动机精确控制以及最佳稀薄燃烧、最佳经济运行状态控制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低热值燃气高效增压喷射稀薄燃烧综合控制系统及控制方法。其目的在于针对当前可燃低热值气体（非标准低热值燃料）点燃式内燃机在稀薄燃烧状态下火花塞易失火导致无法正常燃烧作功，且燃气和空气预混合增压后易产生爆炸，以及进气管和排气管易发生回火放炮现象，而且低热值燃气内燃机其功率输出不稳定、热效率低、排放指标差等系列问题，开发了一种适合低热值可燃气体高效增压喷射稀薄燃烧综合控制系统及控制方法。

本发明提供一种低热值燃气高效增压喷射稀薄燃烧综合控制系统，包括低热值气体增压中冷单元、空气增压中冷单元、燃气单独进气预燃室单元、主燃气喷射单元、安全防爆单元、点火式内燃机单元、控制单元；

所述的低热值气体增压中冷单元由燃气废气涡轮增压器、燃气中冷器组成；

所述的空气增压中冷单元由空气滤、空气废气涡轮增压器、空气中冷器组成；