一種基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，其目的在于解決傳統(tǒng)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，特別是采用四氣門(mén)結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，其進(jìn)氣流量和氣流方向在氣道中無(wú)法進(jìn)行有效調(diào)節(jié)的問(wèn)題，同時(shí)解決稀薄燃燒時(shí)產(chǎn)生的燃燒不穩(wěn)定、點(diǎn)火困難和失火等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出一種基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)。本實(shí)用新型提供一種可變進(jìn)氣系統(tǒng)，通過(guò)控制渦流控制閥的開(kāi)閉，配合特殊形狀的活塞頂面，獲得不同工況下的最佳氣流運(yùn)動(dòng)；本實(shí)用新型是基于兩種燃料分別進(jìn)行缸內(nèi)直噴和進(jìn)氣道噴射組合式的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，通過(guò)控制噴射時(shí)刻和噴射脈寬，并結(jié)合氣流運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)混合氣的不同燃燒模式，進(jìn)而提高內(nèi)燃機(jī)在不同工況下的工作效率，降低油耗和排放。
【專利說(shuō)明】
一種基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及可變氣道在雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著汽車保有量的逐年增加，汽車產(chǎn)業(yè)在不斷的發(fā)展，對(duì)石油的需求量不斷增加，然而由此引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題也愈發(fā)嚴(yán)重。所以各國(guó)對(duì)于汽車排放法規(guī)的制定越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)汽車的經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。
[0003]在內(nèi)燃機(jī)中，進(jìn)排氣系統(tǒng)的優(yōu)劣是決定混合氣形成、燃燒過(guò)程好壞與充量更換的關(guān)鍵之一。進(jìn)入氣缸中的空氣量和進(jìn)氣的流動(dòng)狀態(tài)是對(duì)內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放性能產(chǎn)生重要影響的主要因素，進(jìn)氣道作為內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)直接影響進(jìn)入氣缸的空氣量、氣體的速度分布及其流動(dòng)方式等，這些因素都直接關(guān)系到內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程，從而影響內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性。對(duì)于采用傳統(tǒng)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，特別是采用四氣門(mén)結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，其進(jìn)氣流量和氣流方向在氣道中無(wú)法進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，導(dǎo)致燃燒室內(nèi)氣流擾動(dòng)不夠充分，進(jìn)而造成燃燒室內(nèi)的燃料不能充分燃燒，排放惡劣等一系列問(wèn)題。
[0004]車用內(nèi)燃機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中通常處于中、低轉(zhuǎn)速部分負(fù)荷，因此現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的一個(gè)主要目標(biāo)就是提高部分負(fù)荷的性能，希望在滿足高功率的同時(shí)，保證中低速、中小負(fù)荷的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，避免出現(xiàn)扭矩低谷。
[0005]為了提高內(nèi)燃機(jī)在中小負(fù)荷下的經(jīng)濟(jì)性，由于受燃料燃燒特性的限制，火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的壓縮比受到爆震的限制，進(jìn)而限制了理論效率的提高。實(shí)現(xiàn)高壓縮比又不爆震的有效方法之一是采用稀薄燃燒技術(shù)，采用稀薄燃燒可以進(jìn)一步提高點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的效率，但此時(shí)會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)火困難、循環(huán)變動(dòng)大和失火等問(wèn)題。
[0006]要解決上述問(wèn)題，如果給內(nèi)燃機(jī)增加一個(gè)可變進(jìn)氣系統(tǒng)，針對(duì)不同工況對(duì)進(jìn)氣形式的不同需求，實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷時(shí)多進(jìn)氣，低的進(jìn)氣渦流強(qiáng)度，低負(fù)荷時(shí)少進(jìn)氣，高的進(jìn)氣渦流強(qiáng)度，就可兼顧高低負(fù)荷的不同工況；同時(shí)為了提高中小負(fù)荷下的燃油經(jīng)濟(jì)性，采用稀薄燃燒技術(shù)，但需解決稀薄燃燒出現(xiàn)的點(diǎn)火困難、失火等問(wèn)題，采用雙燃料的復(fù)合噴射，利用一種具有點(diǎn)火能量低、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?、著火界限寬等?yōu)點(diǎn)的燃料引燃另一種燃料，即可解決稀薄燃燒出現(xiàn)的點(diǎn)火困難、失火等問(wèn)題。因此，稀薄燃燒、可變進(jìn)氣系統(tǒng)再結(jié)合雙燃料的復(fù)合噴射是提高內(nèi)燃機(jī)效率和降低排放的有效方式之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型涉及一種基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，其目的在于解決傳統(tǒng)進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，特別是采用四氣門(mén)結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，其進(jìn)氣流量和氣流方向在氣道中無(wú)法進(jìn)行有效調(diào)節(jié)的問(wèn)題，同時(shí)解決稀薄燃燒產(chǎn)生的燃燒不穩(wěn)定、點(diǎn)火困難和失火等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出一種可滿足不同負(fù)荷對(duì)缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)模式需求的發(fā)動(dòng)機(jī)，提出基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)及控制方法。本實(shí)用新型提供一種可變進(jìn)氣系統(tǒng)，每缸進(jìn)氣系統(tǒng)采用一個(gè)直進(jìn)氣道和一個(gè)螺旋進(jìn)氣道，兩個(gè)進(jìn)氣道通過(guò)旁通道相連接，通過(guò)渦流控制閥控制直進(jìn)氣道的開(kāi)閉，配合特殊形狀的活塞頂面，獲得不同工況下最佳的氣流運(yùn)動(dòng);本實(shí)用新型是基于兩種燃料分別進(jìn)行缸內(nèi)直噴和進(jìn)氣道噴射組合式的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，通過(guò)控制噴射時(shí)刻和噴射脈寬，并結(jié)合氣流運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)混合氣的不同燃燒模式，進(jìn)而提高內(nèi)燃機(jī)在不同工況下的工作效率，降低油耗和排放。
[0008]本實(shí)用新型的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)，結(jié)合【附圖說(shuō)明】如下:
[0009]針對(duì)上述問(wèn)題，既要提高燃燒的效率，又要提高燃燒的穩(wěn)定性，需要對(duì)雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)、燃料的燃燒特性以及控制方法進(jìn)行優(yōu)化、完善，以滿足性能要求。
[0010]—種基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)由可變進(jìn)氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、第一燃料供給系統(tǒng)、第二燃料供給系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)17和內(nèi)燃機(jī)電控系統(tǒng)11組成;可變進(jìn)氣系統(tǒng)由進(jìn)氣總管1、節(jié)氣門(mén)2、進(jìn)氣總成3、第一進(jìn)氣歧管4、第二進(jìn)氣歧管5、旁通道8、渦流控制閥6、直進(jìn)氣道9、螺旋氣道10和信號(hào)通訊線路20組成；點(diǎn)火系統(tǒng)由蓄電池29、火花塞18和點(diǎn)火線路30組成;第一燃料供給系統(tǒng)由第一燃料箱12、第一燃料供給管路13和第一燃料噴射器7組成;第二燃料供給系統(tǒng)由第二燃料箱15、第二燃料供給管路16和第二燃料噴射器14組成;第一燃料供給系統(tǒng)、第二燃料供給系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)分別通過(guò)第一燃料噴射器7、第二燃料噴射器14和火花塞18與點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)17相連；內(nèi)燃機(jī)電控系統(tǒng)11通過(guò)對(duì)渦流控制閥6、節(jié)氣門(mén)2、火花塞18、第一燃料噴射器7和第二燃料噴射器14的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)該內(nèi)燃機(jī)的控制。
[0011]所述的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，可變進(jìn)氣系統(tǒng)的每個(gè)氣缸采用兩個(gè)獨(dú)立的進(jìn)氣道，分別為直進(jìn)氣道9和螺旋氣道10，每個(gè)進(jìn)氣道與進(jìn)氣歧管相連接，第一進(jìn)氣歧管4和第二進(jìn)氣歧管5的尺寸和形狀相同，第一進(jìn)氣歧管4與直進(jìn)氣道9相連接，第二進(jìn)氣歧管5與螺旋氣道10相連接，第一進(jìn)氣歧管4和第二進(jìn)氣歧管5通過(guò)旁通道8相連通，且旁通道8進(jìn)氣口與第一進(jìn)氣歧管4相連接，旁通道8出氣口與第二進(jìn)氣歧管5相連接，旁通道8是一種漸縮狀圓形通道，出氣口較進(jìn)氣口更靠近氣缸，旁通道8與第二進(jìn)氣歧管5的夾角為30°-60°，旁通道8與第一進(jìn)氣歧管4相交處下沿、第二進(jìn)氣歧管5相交處上沿均采用圓滑過(guò)渡。
[0012]所述的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，可變進(jìn)氣系統(tǒng)所采用的螺旋氣道10橫截面積逐漸縮小，螺旋氣道10圍繞進(jìn)氣門(mén)22軸線逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)而成，進(jìn)氣口布置在合理位置上，使得氣體沿氣缸內(nèi)壁螺旋噴入氣缸內(nèi)，進(jìn)而形成沿氣缸軸線的渦流;所采用的直進(jìn)氣道9，在靠近氣門(mén)處在氣道內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)流塊31，導(dǎo)流塊31固定在氣道內(nèi)，導(dǎo)流塊(31)為三面體，導(dǎo)流塊上表面(31-a)為半橢圓形，導(dǎo)流塊下表面(31-b)展開(kāi)圖為扇形，導(dǎo)流塊底面(31-c)為半圓形，且圓形半徑與此處氣道的半徑相同，導(dǎo)流塊(31)縱剖面為三角形，其作用是引導(dǎo)氣流，使流入直進(jìn)氣道9的氣流以高位噴入到燃燒室內(nèi)，利用燃燒室和氣缸內(nèi)壁形成繞垂直于氣缸軸線的滾流;渦流控制閥6布置在直進(jìn)氣道9內(nèi)，且渦流控制閥6的旋轉(zhuǎn)軸線與旁通道8靠近氣缸一側(cè)的內(nèi)壁相切，旋轉(zhuǎn)葉片呈橢圓形，使得渦流控制閥6處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，氣體無(wú)法從直進(jìn)氣道9流出，內(nèi)燃機(jī)電控系統(tǒng)11通過(guò)步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)控制渦流控制閥6的開(kāi)閉從而實(shí)現(xiàn)直進(jìn)氣道9的開(kāi)閉。
[0013]所述內(nèi)燃機(jī)采用兩種不同物化性質(zhì)的燃料，兩種不同燃料采用兩套獨(dú)立的供給系統(tǒng)，分別為第一燃料供給系統(tǒng)和第二燃料供給系統(tǒng);其中第一燃料噴射器7安置在第二進(jìn)氣歧管5內(nèi)，靠近旁通道8與第二進(jìn)氣歧管5相交處，第一燃料通過(guò)第一燃料噴射器7噴入第二進(jìn)氣歧管5內(nèi)，再經(jīng)螺旋形氣道10進(jìn)入氣缸;第二燃料噴射器14直接安置在氣缸蓋28上，第二燃料通過(guò)第二燃料噴射器14，以缸內(nèi)直噴的方式進(jìn)入氣缸。
[0014]所述點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)采用兩種不同燃料，以第一燃料為主燃料，第二燃料為輔助燃料;第二燃料在燃燒性能上優(yōu)于第一燃料，主要表現(xiàn)在燃燒速度快、點(diǎn)火能量低以及有害排放物少三方面;第二燃料以缸內(nèi)直噴的方式進(jìn)入氣缸，形成局部濃的分層混合氣，火花塞18先點(diǎn)燃第二燃料，點(diǎn)燃的第二燃料引燃第一燃料混合氣，進(jìn)而引燃整個(gè)燃燒室;第二燃料的引燃作用是通過(guò)內(nèi)燃機(jī)電控系統(tǒng)11控制第二燃料噴射器14在合適的噴射時(shí)刻將第二燃料噴射在燃燒室頂部，配合一定的氣流運(yùn)動(dòng)，在火花塞18周圍形成易于點(diǎn)燃的第二燃料混合氣，通過(guò)第二燃料快速燃燒釋放出的能量引燃第一燃料混合氣，基于第二燃料著火界限寬的優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)一步提高混合氣的稀燃極限，使點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)在更大的空燃比和壓縮比下工作，提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和降低污染物的排放。
[0015]所述點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)在冷啟動(dòng)、怠速工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)動(dòng)力性的要求較低，不需要對(duì)外輸出功，燃燒所做的功僅需滿足發(fā)動(dòng)機(jī)自身的運(yùn)轉(zhuǎn)即可，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)性能的要求是盡量減少發(fā)動(dòng)機(jī)在此階段的排放，由于輔助燃料擴(kuò)散速度快、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓忍攸c(diǎn)，燃料能完全燃燒，相比于傳統(tǒng)點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的排放，其HC及CO排放明顯降低，并且在此階段缸內(nèi)溫度較低，采用純輔助燃料不會(huì)造成NOx的升高，所以在冷啟動(dòng)、怠速工況下僅采用輔助燃料燃燒能有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)的排放;在中小負(fù)荷工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)性能的要求在經(jīng)濟(jì)性和排放性方面，此階段要求發(fā)動(dòng)機(jī)有較低的燃油消耗率以及較低的排放，雖然此階段對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的要求并不苛刻，但是由于輔助燃料的凈體積能量密度較低，無(wú)法滿足動(dòng)力性要求，所以采用主燃料與輔助燃料的混合燃料，既能滿足一定的輸出功率，又能改善發(fā)動(dòng)機(jī)在中小負(fù)荷工況下的燃燒及排放特性;在大負(fù)荷工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)動(dòng)力性需求較高，需要能夠輸出較大的功率，所以選擇高辛烷值燃料，即采用主燃料燃燒。
[0016]所述的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，為了獲得不同工況下最佳的工作效率，根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定負(fù)荷狀態(tài)，采用基于轉(zhuǎn)矩需求的控制策略，通過(guò)控制第一燃料和第二燃料的噴射量和噴射時(shí)刻，以及渦流控制閥6的開(kāi)閉控制缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)來(lái)完成對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃燒模式的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提升。
[0017]現(xiàn)在的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)通常在中小負(fù)荷下工作，但也需要在高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷下工作，這就要求設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)在不同工況下都有理想的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性。在中小負(fù)荷下，由于該工況所需要的扭矩以及功率較小，因此主要從燃油經(jīng)濟(jì)性方面考慮，內(nèi)燃機(jī)采用稀薄燃燒的方式。稀薄燃燒可以使內(nèi)燃機(jī)采用更大的空燃比以及更高的壓縮比，可以降低內(nèi)燃機(jī)的傳熱損失，采用更大的空燃比可以在相同的燃料噴射量下進(jìn)入更多的空氣，這也就意味著節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的增大，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的增大降低了由于節(jié)氣門(mén)引起的栗氣損失，提高了內(nèi)燃機(jī)的熱效率;壓縮比增大使得熱效率進(jìn)一步提高，因此中小負(fù)荷狀態(tài)下采用稀薄燃燒的方式。另一方面，大負(fù)荷狀態(tài)下以滿足功率需求為主，此時(shí)采用均勻混合氣而不是稀薄混合氣，結(jié)合氣流運(yùn)動(dòng)，形成均勻的混合氣，滿足大負(fù)荷狀態(tài)下的動(dòng)力性需求。
[0018]通過(guò)提前對(duì)雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定，對(duì)于不同的工況，采用基于轉(zhuǎn)矩的控制策略，在滿足轉(zhuǎn)矩要求的前提下，尋找最佳的總?cè)剂蠠嶂狄约叭剂戏峙浔壤?，以獲得最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0019]所述的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩需求，在不同的負(fù)荷下采用不同控制策略，具體如下:
[0020]小負(fù)荷狀態(tài)下，采用分層稀燃的方式，利用步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)控制渦流控制閥6，使其處于閉合狀態(tài)，在進(jìn)氣沖程初期，隨著活塞向下運(yùn)動(dòng)，來(lái)自第一進(jìn)氣歧管4的空氣經(jīng)旁通道8進(jìn)入第二進(jìn)氣歧管5，氣體經(jīng)過(guò)漸縮狀旁通道8后，流速增加、擾動(dòng)能力增強(qiáng)，與第二進(jìn)氣歧管5的氣體混合，再經(jīng)螺旋氣道10進(jìn)入氣缸內(nèi)，缸內(nèi)形成較強(qiáng)的渦流，渦流的軸心與氣缸中心大體一致，形成沿氣缸軸線的渦流運(yùn)動(dòng)。第一燃料在進(jìn)氣沖程的后期進(jìn)行噴射，借助于螺旋進(jìn)氣道在缸內(nèi)形成的渦流，配合噴射時(shí)刻，在缸內(nèi)形成沿氣缸軸向方向的分層混合氣，即缸內(nèi)下部為純空氣或者較稀的混合氣，而缸內(nèi)上部的混合氣濃度要大于下部，可以點(diǎn)燃或者還不能進(jìn)行點(diǎn)燃，沿著氣缸軸線方向向上，混合氣逐漸變濃。渦流在壓縮沖程隨著活塞上行逐漸減弱，但渦流的分層效果仍大體一直保持到壓縮上止點(diǎn)，第二燃料在壓縮沖程后期以缸內(nèi)直噴的方式噴入氣缸，配合蓬頂形燃燒室24在火花塞18附近形成第二燃料混合氣濃區(qū)，通過(guò)火花塞18點(diǎn)燃第二燃料，利用第二燃料點(diǎn)火能量低、燃燒速度快等特點(diǎn)引燃第一燃料，從而實(shí)現(xiàn)分層稀薄燃燒，提高小負(fù)荷狀態(tài)下的燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0021 ]中負(fù)荷狀態(tài)下，采用均質(zhì)稀燃的方式，即第一燃料形成均勻稀薄混合氣，此時(shí)，進(jìn)入氣缸的氣體燃料量較大，因此輸出功率可以相應(yīng)的提高，滿足中等負(fù)荷對(duì)功率輸出的要求。采用均質(zhì)稀燃的方式時(shí)，采用與小負(fù)荷狀態(tài)下相同的渦流運(yùn)動(dòng)方式，渦流控制閥6關(guān)閉以獲得沿氣缸軸線的渦流運(yùn)動(dòng)，第一燃料在進(jìn)氣沖程前期噴入到第二進(jìn)氣歧管5內(nèi)，再經(jīng)螺旋氣道10進(jìn)入到氣缸內(nèi)，由于第一燃料在進(jìn)氣行程前期噴入，在點(diǎn)火前有更長(zhǎng)的時(shí)間與空氣混合形成均勻的混合氣，而第二燃料在壓縮沖程后期噴入氣缸，在點(diǎn)火前能在火花塞18附近形成一定濃度梯度的易于點(diǎn)燃的混合氣。通過(guò)火花塞18跳火點(diǎn)燃第二燃料，利用第二燃料的燃燒速度快、點(diǎn)火能量低等特性引燃第一燃料，使得整個(gè)燃燒室內(nèi)的混合氣都可以燃燒充分，在滿足功率需求下，降低油耗，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0022]大負(fù)荷狀態(tài)下，主要考慮動(dòng)力性的要求。為滿足高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速的功率需求，增加進(jìn)氣量、第一燃料的噴射量，采用均質(zhì)燃燒的方式。為了獲得更多的進(jìn)氣量、更加均勻的混合氣，利用步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)打開(kāi)渦流控制閥6，由于第一進(jìn)氣歧管4和第二進(jìn)氣歧管5的形狀和尺寸相同，氣道內(nèi)的流體壓力、溫度相近，使得第一進(jìn)氣歧管4的空氣不經(jīng)過(guò)旁通道8而直接從直進(jìn)氣道9進(jìn)入氣缸，由于進(jìn)氣行程縮短，使得沿程損失減少，增加了進(jìn)入氣缸的空氣量，利用導(dǎo)流塊使得空氣以較大角度噴入到氣缸內(nèi)，形成繞垂直于氣缸軸線的滾流，第二進(jìn)氣歧管5的氣體經(jīng)螺旋氣道10進(jìn)入氣缸內(nèi)形成渦流運(yùn)動(dòng)，兩種氣流運(yùn)動(dòng)形成斜軸渦流，斜軸渦流可以更快更有效的將燃油噴霧或濃混合氣散布于整個(gè)氣缸容器中，在壓縮過(guò)程中，滾流的動(dòng)量衰減較少，在活塞接近壓縮上止點(diǎn)時(shí)，大尺度的斜軸渦流被破碎成許多小尺度的渦流和湍流，可以大大改善混合燃燒過(guò)程。根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定第一燃料噴射脈寬，在進(jìn)氣沖程前期噴入到第二進(jìn)氣歧管5內(nèi)，再經(jīng)螺旋氣道10進(jìn)入到氣缸內(nèi)，配合蓬頂形燃燒室24以及缸內(nèi)斜軸渦流運(yùn)動(dòng)，形成第一燃料均勻混合氣，利用火花塞18點(diǎn)燃第一燃料，完成均勻燃燒。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為可變進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為渦流控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)下缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)示意圖。
[0026]圖4、5為渦流控制閥處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)氣道及缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)示意圖。
[0027]圖6為雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒模式圖。
[0028]圖7為雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)控制策略流程圖。
[0029]圖中:I進(jìn)氣總管，2節(jié)氣門(mén)，3進(jìn)氣總成，4第一進(jìn)氣歧管，5第二進(jìn)氣歧管，6渦流控制閥，7第一燃料噴射器，8旁通道，9直進(jìn)氣道，10螺旋氣道，11內(nèi)燃機(jī)電控系統(tǒng)，12第一燃料箱，13第一燃料供給管路，14第二燃料噴射器，15第二燃料箱，16第二燃料供給管路，17點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)機(jī)體，18火花塞，19排氣道，20信號(hào)通訊線路，21氣缸體，22進(jìn)氣門(mén)，23排氣門(mén)，24蓬頂形燃燒室，25排氣總管，26活塞，27活塞環(huán)，28氣缸蓋，29蓄電池，30點(diǎn)火線路，31導(dǎo)流塊，31-a導(dǎo)流塊上表面，31-b導(dǎo)流塊下表面，31-c導(dǎo)流塊底面。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0031]圖1為雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。該內(nèi)燃機(jī)由可變進(jìn)氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、第一燃料供給系統(tǒng)、第二燃料供給系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)17和內(nèi)燃機(jī)電控系統(tǒng)11組成;可變進(jìn)氣系統(tǒng)由進(jìn)氣總管1、節(jié)氣門(mén)2、進(jìn)氣總成3、第一進(jìn)氣歧管4、第二進(jìn)氣歧管5、旁通道8、渦流控制閥6、直進(jìn)氣道9、螺旋氣道10和控制線路20組成；點(diǎn)火系統(tǒng)由蓄電池29、火花塞18和點(diǎn)火線路30組成;第一燃料供給系統(tǒng)由第一燃料箱12、第一燃料供給管路13和第一燃料噴射器7組成;第二燃料供給系統(tǒng)由第二燃料箱15、第二燃料供給管路16和第二燃料噴射器14組成;第一燃料供給系統(tǒng)、第二燃料供給系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)分別通過(guò)第一燃料噴射器7、第二燃料噴射器14和火花塞18與點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)17相連；內(nèi)燃機(jī)電控系統(tǒng)11通過(guò)對(duì)渦流控制閥10、節(jié)氣門(mén)2、火花塞18、第一燃料噴射器7和第二燃料噴射器14的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)該內(nèi)燃機(jī)的控制。
[0032]圖2為可變進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。可變進(jìn)氣系統(tǒng)的每個(gè)氣缸采用兩個(gè)獨(dú)立的進(jìn)氣道，分別為直進(jìn)氣道9和螺旋氣道10，每個(gè)進(jìn)氣道與進(jìn)氣歧管相連接，第一進(jìn)氣歧管4和第二進(jìn)氣歧管5的尺寸和形狀相同，第一進(jìn)氣歧管4與直進(jìn)氣道9相連接，第二進(jìn)氣歧管5與螺旋氣道10相連接，第一進(jìn)氣歧管4和第二進(jìn)氣歧管5通過(guò)旁通道8相連通，且旁通道8進(jìn)氣口與第一進(jìn)氣歧管4相連接，旁通道8出氣口與第二進(jìn)氣歧管5相連接，旁通道8是一種漸縮狀圓形通道，出氣口較進(jìn)氣口更靠近氣缸，旁通道8與第二進(jìn)氣歧管5的夾角為30° -60°，旁通道8與第一進(jìn)氣歧管4相交處下沿、第二進(jìn)氣歧管5相交處上沿均采用圓滑過(guò)渡。渦流控制閥6布置在直進(jìn)氣道9內(nèi)，且渦流控制閥6的旋轉(zhuǎn)軸線與旁通道8靠近氣缸一側(cè)的內(nèi)壁相切，旋轉(zhuǎn)葉片呈橢圓形，使得渦流控制閥6處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，氣體無(wú)法從直進(jìn)氣道9流出，內(nèi)燃機(jī)電控系統(tǒng)11通過(guò)步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)渦流控制閥6的開(kāi)閉來(lái)改變氣流運(yùn)動(dòng)方式。并且第一燃料噴射器7安裝在第二進(jìn)氣歧管5內(nèi)，靠近旁通道8與第二進(jìn)氣歧管5的連接處，第二燃料噴射器14直接安裝在氣缸蓋28上，通過(guò)與火花塞18位置的合理安排，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定燃燒的工作要求。
[0033]圖3為渦流控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)下缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)示意圖。結(jié)合圖2可知，當(dāng)渦流控制閥6處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，從第一進(jìn)氣歧管4進(jìn)入的空氣無(wú)法進(jìn)入直進(jìn)氣道9，只能經(jīng)漸縮狀旁通道8流向第二進(jìn)氣歧管5，與第二進(jìn)氣歧管5內(nèi)的氣體混合，由于旁通道8的橫截面積縮小，所以流速增加，混合氣體再經(jīng)螺旋形氣道10流入氣缸21內(nèi)，由于氣體非對(duì)稱的流入氣缸和螺旋氣道對(duì)氣流的引導(dǎo)作用，在氣缸內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的沿氣缸軸線的渦流運(yùn)動(dòng)。
[0034]圖4、5為渦流控制閥處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)氣道及缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)示意圖。由于第一進(jìn)氣歧管4和第二進(jìn)氣歧管5的形狀和尺寸相同，氣道內(nèi)的流體壓力、溫度相近，使得第一進(jìn)氣歧管4的空氣不經(jīng)過(guò)旁通道8而直接從直進(jìn)氣道9進(jìn)入氣缸，并且直進(jìn)氣道9內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)流塊31，使得直進(jìn)氣道9內(nèi)的氣體從高位噴入到蓬頂形燃燒室24壁面上，進(jìn)而改變氣體運(yùn)動(dòng)軌跡，再利用氣缸壁形成滾流運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，第二進(jìn)氣歧管5的氣體經(jīng)螺旋氣道10進(jìn)入氣缸內(nèi)，形成沿氣缸軸線的渦流運(yùn)動(dòng)，兩種氣流運(yùn)動(dòng)形成斜軸渦流，斜軸渦流能夠極大的促進(jìn)燃料和空氣的混合，獲得均勻混合氣。
[0035]圖6為雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒模式圖。為了滿足不同工況下的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性需求，該內(nèi)燃機(jī)采用不同的燃燒模式。在小負(fù)荷下，以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)性為主，采用分層稀燃的方式，過(guò)量空氣系數(shù)λ>1.4;在中負(fù)荷下，在滿足轉(zhuǎn)矩需求的前提下，為獲得最佳的經(jīng)濟(jì)性采用均質(zhì)稀燃的方式，過(guò)量空氣系數(shù)λ=1?1.4;在大負(fù)荷下，以滿足動(dòng)力性為主，采用均質(zhì)燃燒的方式，過(guò)量空氣系數(shù)I。
[0036]圖7為雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)控制策略流程圖。內(nèi)燃機(jī)在某工況點(diǎn)下或者怠速下工作，當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)，駕駛員通過(guò)油門(mén)踏板來(lái)表達(dá)對(duì)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩的需求，通過(guò)改變油門(mén)踏板的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的控制，當(dāng)電控系統(tǒng)(ECU)接收各路傳感器信號(hào)，如轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、冷卻水溫、進(jìn)氣壓力、氧濃度等，通過(guò)預(yù)先標(biāo)定好的MAP圖，判斷該轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的工況是處于小負(fù)荷、中等負(fù)荷還是大負(fù)荷。若為中小負(fù)荷，通過(guò)步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)將渦流控制閥關(guān)閉以獲得較強(qiáng)的渦流強(qiáng)度，并結(jié)合燃料噴射時(shí)刻和噴射脈寬實(shí)現(xiàn)小負(fù)荷下分層稀燃，中負(fù)荷下均質(zhì)稀燃;若為大負(fù)荷，通過(guò)步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)將渦流控制閥打開(kāi)以獲得更多的進(jìn)氣量、缸內(nèi)形成斜軸渦流運(yùn)動(dòng)，并結(jié)合燃料噴射時(shí)刻和噴射脈寬實(shí)現(xiàn)大負(fù)荷下均質(zhì)燃燒，最后實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該內(nèi)燃機(jī)由可變進(jìn)氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、第一燃料供給系統(tǒng)、第二燃料供給系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)(17)和內(nèi)燃機(jī)電控系統(tǒng)(11)組成;可變進(jìn)氣系統(tǒng)由進(jìn)氣總管(I)、節(jié)氣門(mén)(2)、進(jìn)氣總成(3)、第一進(jìn)氣歧管(4)、第二進(jìn)氣歧管(5)、旁通道(8)、渦流控制閥(6)、直進(jìn)氣道(9)、螺旋氣道(10)和信號(hào)通訊線路(20)組成;點(diǎn)火系統(tǒng)由蓄電池(29)、火花塞(18)和點(diǎn)火線路(30)組成;第一燃料供給系統(tǒng)由第一燃料箱(12)、第一燃料供給管路(13)和第一燃料噴射器(7)組成;第二燃料供給系統(tǒng)由第二燃料箱(15)、第二燃料供給管路(16)和第二燃料噴射器(14)組成;第一燃料供給系統(tǒng)、第二燃料供給系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)分別通過(guò)第一燃料噴射器(7)、第二燃料噴射器(14)和火花塞(18)與點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)(I 7)相連；內(nèi)燃機(jī)電控系統(tǒng)(11)通過(guò)對(duì)渦流控制閥(6)、節(jié)氣門(mén)(2)、火花塞(18)、第一燃料噴射器(7)和第二燃料噴射器(14)的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)該內(nèi)燃機(jī)的控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，可變進(jìn)氣系統(tǒng)的每個(gè)氣缸采用兩個(gè)獨(dú)立的進(jìn)氣道，分別為直進(jìn)氣道(9)和螺旋氣道(10)，每個(gè)進(jìn)氣道與進(jìn)氣歧管相連接，第一進(jìn)氣歧管(4)和第二進(jìn)氣歧管(5)的尺寸和形狀相同，第一進(jìn)氣歧管(4)與直進(jìn)氣道(9)相連接，第二進(jìn)氣歧管(5)與螺旋氣道(10)相連接，第一進(jìn)氣歧管(4)和第二進(jìn)氣歧管(5)通過(guò)旁通道(8)相連通，且旁通道(8)進(jìn)氣口與第一進(jìn)氣歧管(4)相連接，旁通道(8)出氣口與第二進(jìn)氣歧管(5)相連接，旁通道(8)是一種漸縮狀圓形通道，出氣口較進(jìn)氣口更靠近氣缸，旁通道(8)與第二進(jìn)氣歧管(5)的夾角為30°-60°，旁通道(8)與第一進(jìn)氣歧管(4)相交處下沿、第二進(jìn)氣歧管(5)相交處上沿均采用圓滑過(guò)渡。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，可變進(jìn)氣系統(tǒng)所采用的螺旋氣道(10)橫截面積逐漸縮小，螺旋氣道(10)圍繞進(jìn)氣門(mén)(22)軸線逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)而成，進(jìn)氣口布置在合理位置上，使得氣體沿氣缸內(nèi)壁螺旋進(jìn)入氣缸內(nèi)，進(jìn)而形成沿氣缸軸線的渦流;所采用的直進(jìn)氣道(9)，在靠近氣門(mén)處在氣道內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)流塊(31)，導(dǎo)流塊(31)固定在氣道內(nèi)，導(dǎo)流塊(31)為三面體，導(dǎo)流塊上表面(31-a)為半橢圓形，導(dǎo)流塊下表面(31-b)展開(kāi)圖為扇形，導(dǎo)流塊底面(31-c)為半圓形，且圓形半徑與此處氣道的半徑相同，導(dǎo)流塊(31)縱剖面為三角形，導(dǎo)流塊(31)的作用是引導(dǎo)氣流，使得進(jìn)入直進(jìn)氣道(9)的氣流以較大的噴射角度噴入到燃燒室內(nèi)，從而形成繞垂直于氣缸軸線的滾流;渦流控制閥(6)布置在直進(jìn)氣道(9)內(nèi)，且渦流控制閥(6)的旋轉(zhuǎn)軸線與旁通道(8)靠近氣缸一側(cè)的內(nèi)壁相切，旋轉(zhuǎn)葉片呈橢圓形，使得渦流控制閥(6)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，氣體無(wú)法從直進(jìn)氣道(9)流出，內(nèi)燃機(jī)電控系統(tǒng)(11)通過(guò)步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)控制渦流控制閥(6)的開(kāi)閉從而實(shí)現(xiàn)直進(jìn)氣道(9)的開(kāi)閉。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)采用兩種不同物化性質(zhì)的燃料，兩種不同燃料采用兩套獨(dú)立的供給系統(tǒng)，分別為第一燃料供給系統(tǒng)和第二燃料供給系統(tǒng)；其中第一燃料噴射器(7)安置在第二進(jìn)氣歧管(5)內(nèi)，靠近旁通道(8)與第二進(jìn)氣歧管(5)相交處，第一燃料通過(guò)第一燃料噴射器(7)噴入第二進(jìn)氣歧管(5)內(nèi)，再經(jīng)螺旋形氣道(10)進(jìn)入氣缸;第二燃料噴射器(14)直接安置在氣缸蓋(28)上，第二燃料通過(guò)第二燃料噴射器(14)，以缸內(nèi)直噴的方式進(jìn)入氣缸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)采用兩種不同燃料，以第一燃料為主燃料，第二燃料為輔助燃料;第二燃料在燃燒性能上優(yōu)于第一燃料，主要表現(xiàn)在燃燒速度快、點(diǎn)火能量低以及著火界限寬三方面，但是其體積能量密度要低于主燃料;第二燃料以缸內(nèi)直噴的方式進(jìn)入氣缸，在火花塞(18)附近產(chǎn)生易于點(diǎn)燃的分層混合氣，利用第二燃料良好的燃燒特性引燃第一燃料混合氣，進(jìn)而引燃整個(gè)燃燒室;第二燃料的引燃作用是通過(guò)內(nèi)燃機(jī)電控系統(tǒng)(11)控制第二燃料噴射器(14)在合適的噴射時(shí)刻將第二燃料噴入缸內(nèi)，配合一定的氣流運(yùn)動(dòng)，在火花塞(18)周圍形成易于點(diǎn)燃的第二燃料混合氣，通過(guò)第二燃料快速燃燒釋放出的能量引燃第一燃料混合氣。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可變氣道的雙燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩需求，在不同的負(fù)荷下采用不同的氣流運(yùn)動(dòng)方式:在中小負(fù)荷下，利用步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)渦流控制閥(6)，使其處于關(guān)閉狀態(tài)，來(lái)自第一進(jìn)氣歧管(4)的空氣經(jīng)旁通道(8)流入第二進(jìn)氣歧管(5)，氣體經(jīng)過(guò)漸縮狀旁通道(8)后，流速增加，與第二進(jìn)氣歧管(5)的氣體經(jīng)螺旋氣道(10)進(jìn)入氣缸內(nèi)，渦流的軸心與氣缸中心大體一致;在大負(fù)荷下，利用步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)打開(kāi)渦流控制閥(6)，由于第一進(jìn)氣歧管(4)和第二進(jìn)氣歧管(5)的形狀和尺寸相同，氣道內(nèi)的流體壓力、溫度相近，使得第一進(jìn)氣歧管(4)的空氣不經(jīng)過(guò)旁通道(8)而直接從直進(jìn)氣道(9)進(jìn)入氣缸，第二進(jìn)氣歧管(5)的流體經(jīng)螺旋氣道(10)進(jìn)入氣缸內(nèi)，兩種氣流運(yùn)動(dòng)形成斜軸渦流，促進(jìn)燃料和空氣的混合。
【文檔編號(hào)】F02M35/10GK205532872SQ201620256149
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】于秀敏, 王野, 杜耀東, 吳海明, 劉林, 牛仁旭, 孫耀, 孫平, 董偉, 何玲
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)