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浅析天然气缸内高压直喷发动机技术摘要：工业革命迅速推动科技的发展，从蒸汽机到内燃机，生产力很快被解放，机器代人使得社会迅速进步，蒸汽机如今已经不再投入使用，但是内燃机仍然广泛被使用中，只是内燃机的功能越来越完备，效率越来越高，一代又一代的产品不断符合社会以及人类的需要，本文从内燃机的高压直喷技术出发，先介绍了缸内高压直喷技术的原理，然后针对一种特定的柴油发动机进行缸内高压直喷技术的说明，强调其优越性，最后提出了一种天然气缸内高压直喷发动机技术，介绍现状以及现存的问题。关键词：内燃机；天然气；缸内高压直喷1.缸内直喷技术研究背景1.1缸内直喷技术简介发动机时候有四大工作冲程，吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，在这四个冲程中只有做功冲程是做功的，所以能尽量缩短其他三个冲程的时间就是在提高效率。纵所周知，汽油机和柴油机的不同点中有一条是汽油机吸入的是空气和汽油的混合气，点火方式为火花塞点火，而柴油机吸入的是空气，不用点火，利用柴油直喷靠高温高压实现自燃。天然气缸内直喷技术与柴油机类似，其工作原理为当发动機气缸的活塞到达上止点时喷入天然气使天然气与空气迅速混合，然后紧接着利用极少量柴油将其引燃，由于吸气与压缩冲程阶段天然气均没有参与，所以理论上效率大大提高。1.2缸内直喷发动机的优点缸内直喷发动机相对于其他发动机有如下优点：（1）发动机的适应性好，动力强劲。抗爆性是指汽油在发动机中燃烧时抵抗爆震的能力，它是汽油燃烧性能的主要指标，爆震是汽油在发动机中燃烧不正常引起的，很多气体的抗爆性能差，由于天然气缸内直喷技术不用考虑气体的抗爆性，所以天然气很适合，在压缩过程中产生的动力也足够强劲。（2）发动机环保。缸内直喷技术可以使天然气和空气均匀混合，燃烧充分，产生的有毒有害气体少，特别是氮氧化物，如果此类发动机普及那可以有效改善噪音，因为此类发动机在使用过程中产生的温度和压强很低，振动和噪声也就相对较低，还可以保护环境，缓解能源危机。（3）发动机调速性能好，因为缸内直喷发动机采用的是喷油嘴，喷油嘴的大小可以通过电磁阀控制，电磁阀控制喷油嘴的进气量就可以控制发动机的速度，而且由于电磁阀采用的是电气控制，非常方便，所以调速性能好，但是外缸发动机相比就逊色很多了，其进气过程复杂，调节起来不方便。（4）发动机比较节省燃料。由于喷油嘴方便调节，所以天然气等燃料也不会大量浪费，可以根据实际情况灵活调节喷油嘴大小，提高效率也提高经济性。2.LNG缸内直喷天然气发动机主要系统2.1燃料供给LNG缸内直喷柴油机采用的燃料供给方式即为缸内直喷供油，喷油嘴在活塞达到上止点之前就必须进行喷射，此时缸内需要达到的要求是空气与天然气均匀混合，所以喷油嘴喷射柴油的压力必须大于当时缸内的压力，只有这样才能让柴油具有一定的能量与空气均匀混合，所以喷油嘴喷射压力的提供非常重要，当喷油嘴压力泵压力低于缸内压力时必须仍然能够快速精确的提供压力进行喷射。此外还有一个问题，内燃机工作的时候四个冲程完成的时间非常短，一次喷气的时间也就可想而知了，如果气轨腔容积非常小，那在第一次喷射完成之后，气轨腔压力会迅速降低，其压力恢复时间如果特别短，如果压力还未恢复就进行第二次喷射，那势必会造成内燃机的输出功率的波动，使得内燃机的运行不稳定，。所以内燃机的气体体积供给必须保证非常精确，能够适应内燃机的这种变化，一般采用数学建模的方法，选取各参数建立数学模型，消除波动问题。2.2控制系统天然气缸内直喷发动机控制系统采用电子控制喷射系统和多传感器控制系统结合的方式。首先，发动机在工作的时候需要不断进行天然气的喷射，由于发动机工作情况复杂，比如存在高负载和低负载，天然气不同于油雾，当高负载时需要的进气量大，低负载的时候进气量需求少，二者相差太大，所以需要采用电子控制喷射系统来精确满足不同工作情况时的燃油喷射控制。其次采用各种传感器来进行检测，比如采用曲轴传感器来检测发动机的转速，负载等情况；喷油嘴需要蓄电池进行供电，由于工作情况的不同，蓄电池的电压也会波动，间接影响喷油嘴的喷射，因此，检测蓄电池的电压也是非常有必要；氧化传感器是测量发动机吸进的空气的含氧量来调节混合气体的混合程度的。最后还有一点也很重要，有防泄漏检测，这点可以保证安全性，避免危险事故发生。3.缸内直喷天然气发动机仍存在的一些问题尽管缸内直喷天然气发动机的优势重重，但是其不足的地方我们也不得不考虑，这同时是我们需要进行进一步研究与解决的问题。首先，由于在活塞到达上止点的时候是气缸内压力最大的时候，所以喷油嘴需要的喷射压力也大，那就需要可靠的管道，保证其正常喷射，此外，天然气需要被压缩成液体才能方便贮存，所以天然气的压缩容器也需要空间，这样无疑增加了整个发动机的天然气贮存与传输问题，需要设计合理的结构，而且对于结构的密封性的要求很大。其次