一種基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機，其目的在于解決傳統(tǒng)進氣結構的內燃機，特別是采用四氣門結構的內燃機，其進氣流量和氣流方向在氣道中無法進行有效調節(jié)的問題，同時解決稀薄燃燒時產生的燃燒不穩(wěn)定、點火困難和失火等問題，開發(fā)出一種基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機。本實用新型提供一種可變進氣系統(tǒng)，通過控制渦流控制閥的開閉，配合特殊形狀的活塞頂面，獲得不同工況下的最佳氣流運動；本實用新型是基于兩種燃料分別進行缸內直噴和進氣道噴射組合式的內燃機技術，通過控制噴射時刻和噴射脈寬，并結合氣流運動實現(xiàn)缸內混合氣的不同燃燒模式，進而提高內燃機在不同工況下的工作效率，降低油耗和排放。
【專利說明】
一種基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機
技術領域
[0001]本實用新型涉及內燃機技術領域，特別是涉及可變氣道在雙燃料點燃式內燃機中的應用。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著汽車保有量的逐年增加，汽車產業(yè)在不斷的發(fā)展，對石油的需求量不斷增加，然而由此引發(fā)的環(huán)境問題和能源問題也愈發(fā)嚴重。所以各國對于汽車排放法規(guī)的制定越來越嚴格，對汽車的經濟性提出了更高的要求。
[0003]在內燃機中，進排氣系統(tǒng)的優(yōu)劣是決定混合氣形成、燃燒過程好壞與充量更換的關鍵之一。進入氣缸中的空氣量和進氣的流動狀態(tài)是對內燃機的動力性、經濟性以及排放性能產生重要影響的主要因素，進氣道作為內燃機進氣系統(tǒng)的重要組成部分，其結構直接影響進入氣缸的空氣量、氣體的速度分布及其流動方式等，這些因素都直接關系到內燃機的燃燒過程，從而影響內燃機的經濟性、動力性和排放性。對于采用傳統(tǒng)進氣結構的內燃機，特別是采用四氣門結構的內燃機，其進氣流量和氣流方向在氣道中無法進行有效的調節(jié)，導致燃燒室內氣流擾動不夠充分，進而造成燃燒室內的燃料不能充分燃燒，排放惡劣等一系列問題。
[0004]車用內燃機在實際運行中通常處于中、低轉速部分負荷，因此現(xiàn)代內燃機技術的一個主要目標就是提高部分負荷的性能，希望在滿足高功率的同時，保證中低速、中小負荷的動力性和經濟性，避免出現(xiàn)扭矩低谷。
[0005]為了提高內燃機在中小負荷下的經濟性，由于受燃料燃燒特性的限制，火花點火式內燃機的壓縮比受到爆震的限制，進而限制了理論效率的提高。實現(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，采用稀薄燃燒可以進一步提高點燃式內燃機的效率，但此時會出現(xiàn)點火困難、循環(huán)變動大和失火等問題。
[0006]要解決上述問題，如果給內燃機增加一個可變進氣系統(tǒng)，針對不同工況對進氣形式的不同需求，實現(xiàn)高負荷時多進氣，低的進氣渦流強度，低負荷時少進氣，高的進氣渦流強度，就可兼顧高低負荷的不同工況；同時為了提高中小負荷下的燃油經濟性，采用稀薄燃燒技術，但需解決稀薄燃燒出現(xiàn)的點火困難、失火等問題，采用雙燃料的復合噴射，利用一種具有點火能量低、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤臁⒅鸾缦迣挼葍?yōu)點的燃料引燃另一種燃料，即可解決稀薄燃燒出現(xiàn)的點火困難、失火等問題。因此，稀薄燃燒、可變進氣系統(tǒng)再結合雙燃料的復合噴射是提高內燃機效率和降低排放的有效方式之一。

【發(fā)明內容】

[0007]本實用新型涉及一種基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機，其目的在于解決傳統(tǒng)進氣結構的內燃機，特別是采用四氣門結構的內燃機，其進氣流量和氣流方向在氣道中無法進行有效調節(jié)的問題，同時解決稀薄燃燒產生的燃燒不穩(wěn)定、點火困難和失火等問題，開發(fā)出一種可滿足不同負荷對缸內氣流運動模式需求的發(fā)動機，提出基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機及控制方法。本實用新型提供一種可變進氣系統(tǒng)，每缸進氣系統(tǒng)采用一個直進氣道和一個螺旋進氣道，兩個進氣道通過旁通道相連接，通過渦流控制閥控制直進氣道的開閉，配合特殊形狀的活塞頂面，獲得不同工況下最佳的氣流運動;本實用新型是基于兩種燃料分別進行缸內直噴和進氣道噴射組合式的內燃機技術，通過控制噴射時刻和噴射脈寬，并結合氣流運動實現(xiàn)缸內混合氣的不同燃燒模式，進而提高內燃機在不同工況下的工作效率，降低油耗和排放。
[0008]本實用新型的上述目的通過以下技術方案予以實現(xiàn)，結合【附圖說明】如下:
[0009]針對上述問題，既要提高燃燒的效率，又要提高燃燒的穩(wěn)定性，需要對雙燃料點燃式內燃機的進氣系統(tǒng)、燃料的燃燒特性以及控制方法進行優(yōu)化、完善，以滿足性能要求。
[0010]—種基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機，該內燃機由可變進氣系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、第一燃料供給系統(tǒng)、第二燃料供給系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、點燃式內燃機17和內燃機電控系統(tǒng)11組成;可變進氣系統(tǒng)由進氣總管1、節(jié)氣門2、進氣總成3、第一進氣歧管4、第二進氣歧管5、旁通道8、渦流控制閥6、直進氣道9、螺旋氣道10和信號通訊線路20組成；點火系統(tǒng)由蓄電池29、火花塞18和點火線路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)和點火系統(tǒng)分別通過第一燃料噴射器7、第二燃料噴射器14和火花塞18與點燃式內燃機17相連；內燃機電控系統(tǒng)11通過對渦流控制閥6、節(jié)氣門2、火花塞18、第一燃料噴射器7和第二燃料噴射器14的控制實現(xiàn)對該內燃機的控制。
[0011]所述的雙燃料點燃式內燃機，可變進氣系統(tǒng)的每個氣缸采用兩個獨立的進氣道，分別為直進氣道9和螺旋氣道10，每個進氣道與進氣歧管相連接，第一進氣歧管4和第二進氣歧管5的尺寸和形狀相同，第一進氣歧管4與直進氣道9相連接，第二進氣歧管5與螺旋氣道10相連接，第一進氣歧管4和第二進氣歧管5通過旁通道8相連通，且旁通道8進氣口與第一進氣歧管4相連接，旁通道8出氣口與第二進氣歧管5相連接，旁通道8是一種漸縮狀圓形通道，出氣口較進氣口更靠近氣缸，旁通道8與第二進氣歧管5的夾角為30°-60°，旁通道8與第一進氣歧管4相交處下沿、第二進氣歧管5相交處上沿均采用圓滑過渡。
[0012]所述的雙燃料點燃式內燃機，可變進氣系統(tǒng)所采用的螺旋氣道10橫截面積逐漸縮小，螺旋氣道10圍繞進氣門22軸線逆時針旋轉而成，進氣口布置在合理位置上，使得氣體沿氣缸內壁螺旋噴入氣缸內，進而形成沿氣缸軸線的渦流;所采用的直進氣道9，在靠近氣門處在氣道內設置有導流塊31，導流塊31固定在氣道內，導流塊(31)為三面體，導流塊上表面(31-a)為半橢圓形，導流塊下表面(31-b)展開圖為扇形，導流塊底面(31-c)為半圓形，且圓形半徑與此處氣道的半徑相同，導流塊(31)縱剖面為三角形，其作用是引導氣流，使流入直進氣道9的氣流以高位噴入到燃燒室內，利用燃燒室和氣缸內壁形成繞垂直于氣缸軸線的滾流;渦流控制閥6布置在直進氣道9內，且渦流控制閥6的旋轉軸線與旁通道8靠近氣缸一側的內壁相切，旋轉葉片呈橢圓形，使得渦流控制閥6處于關閉狀態(tài)時，氣體無法從直進氣道9流出，內燃機電控系統(tǒng)11通過步進式電動機控制渦流控制閥6的開閉從而實現(xiàn)直進氣道9的開閉。
[0013]所述內燃機采用兩種不同物化性質的燃料，兩種不同燃料采用兩套獨立的供給系統(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安置在第二進氣歧管5內，靠近旁通道8與第二進氣歧管5相交處，第一燃料通過第一燃料噴射器7噴入第二進氣歧管5內，再經螺旋形氣道10進入氣缸;第二燃料噴射器14直接安置在氣缸蓋28上，第二燃料通過第二燃料噴射器14，以缸內直噴的方式進入氣缸。
[0014]所述點燃式內燃機采用兩種不同燃料，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、點火能量低以及有害排放物少三方面;第二燃料以缸內直噴的方式進入氣缸，形成局部濃的分層混合氣，火花塞18先點燃第二燃料，點燃的第二燃料引燃第一燃料混合氣，進而引燃整個燃燒室;第二燃料的引燃作用是通過內燃機電控系統(tǒng)11控制第二燃料噴射器14在合適的噴射時刻將第二燃料噴射在燃燒室頂部，配合一定的氣流運動，在火花塞18周圍形成易于點燃的第二燃料混合氣，通過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，可以進一步提高混合氣的稀燃極限，使點燃式內燃機在更大的空燃比和壓縮比下工作，提高發(fā)動機熱效率和降低污染物的排放。
[0015]所述點燃式內燃機在冷啟動、怠速工況下，發(fā)動機對動力性的要求較低，不需要對外輸出功，燃燒所做的功僅需滿足發(fā)動機自身的運轉即可，發(fā)動機對性能的要求是盡量減少發(fā)動機在此階段的排放，由于輔助燃料擴散速度快、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓忍攸c，燃料能完全燃燒，相比于傳統(tǒng)點燃式內燃機的排放，其HC及CO排放明顯降低，并且在此階段缸內溫度較低，采用純輔助燃料不會造成NOx的升高，所以在冷啟動、怠速工況下僅采用輔助燃料燃燒能有效改善發(fā)動機的排放;在中小負荷工況下，發(fā)動機對性能的要求在經濟性和排放性方面，此階段要求發(fā)動機有較低的燃油消耗率以及較低的排放，雖然此階段對發(fā)動機動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，無法滿足動力性要求，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)動機在中小負荷工況下的燃燒及排放特性;在大負荷工況下，發(fā)動機對動力性需求較高，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]所述的雙燃料點燃式內燃機，為了獲得不同工況下最佳的工作效率，根據目標轉矩確定負荷狀態(tài)，采用基于轉矩需求的控制策略，通過控制第一燃料和第二燃料的噴射量和噴射時刻，以及渦流控制閥6的開閉控制缸內氣流運動來完成對內燃機燃燒模式的控制，實現(xiàn)對發(fā)動機性能的提升。
[0017]現(xiàn)在的汽車發(fā)動機通常在中小負荷下工作，但也需要在高轉速、高負荷下工作，這就要求設計的內燃機在不同工況下都有理想的動力性與經濟性。在中小負荷下，由于該工況所需要的扭矩以及功率較小，因此主要從燃油經濟性方面考慮，內燃機采用稀薄燃燒的方式。稀薄燃燒可以使內燃機采用更大的空燃比以及更高的壓縮比，可以降低內燃機的傳熱損失，采用更大的空燃比可以在相同的燃料噴射量下進入更多的空氣，這也就意味著節(jié)氣門開度的增大，節(jié)氣門開度的增大降低了由于節(jié)氣門引起的栗氣損失，提高了內燃機的熱效率;壓縮比增大使得熱效率進一步提高，因此中小負荷狀態(tài)下采用稀薄燃燒的方式。另一方面，大負荷狀態(tài)下以滿足功率需求為主，此時采用均勻混合氣而不是稀薄混合氣，結合氣流運動，形成均勻的混合氣，滿足大負荷狀態(tài)下的動力性需求。
[0018]通過提前對雙燃料點燃式內燃機的標定，對于不同的工況，采用基于轉矩的控制策略，在滿足轉矩要求的前提下，尋找最佳的總燃料熱值以及燃料分配比例，以獲得最佳的燃油經濟性。
[0019]所述的雙燃料點燃式內燃機，根據目標轉矩需求，在不同的負荷下采用不同控制策略，具體如下:
[0020]小負荷狀態(tài)下，采用分層稀燃的方式，利用步進式電動機控制渦流控制閥6，使其處于閉合狀態(tài)，在進氣沖程初期，隨著活塞向下運動，來自第一進氣歧管4的空氣經旁通道8進入第二進氣歧管5，氣體經過漸縮狀旁通道8后，流速增加、擾動能力增強，與第二進氣歧管5的氣體混合，再經螺旋氣道10進入氣缸內，缸內形成較強的渦流，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動。第一燃料在進氣沖程的后期進行噴射，借助于螺旋進氣道在缸內形成的渦流，配合噴射時刻，在缸內形成沿氣缸軸向方向的分層混合氣，即缸內下部為純空氣或者較稀的混合氣，而缸內上部的混合氣濃度要大于下部，可以點燃或者還不能進行點燃，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，第二燃料在壓縮沖程后期以缸內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)，通過火花塞18點燃第二燃料，利用第二燃料點火能量低、燃燒速度快等特點引燃第一燃料，從而實現(xiàn)分層稀薄燃燒，提高小負荷狀態(tài)下的燃油經濟性。
[0021 ]中負荷狀態(tài)下，采用均質稀燃的方式，即第一燃料形成均勻稀薄混合氣，此時，進入氣缸的氣體燃料量較大，因此輸出功率可以相應的提高，滿足中等負荷對功率輸出的要求。采用均質稀燃的方式時，采用與小負荷狀態(tài)下相同的渦流運動方式，渦流控制閥6關閉以獲得沿氣缸軸線的渦流運動，第一燃料在進氣沖程前期噴入到第二進氣歧管5內，再經螺旋氣道10進入到氣缸內，由于第一燃料在進氣行程前期噴入，在點火前有更長的時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，在點火前能在火花塞18附近形成一定濃度梯度的易于點燃的混合氣。通過火花塞18跳火點燃第二燃料，利用第二燃料的燃燒速度快、點火能量低等特性引燃第一燃料，使得整個燃燒室內的混合氣都可以燃燒充分，在滿足功率需求下，降低油耗，從而提高燃油經濟性。
[0022]大負荷狀態(tài)下，主要考慮動力性的要求。為滿足高負荷、高轉速的功率需求，增加進氣量、第一燃料的噴射量，采用均質燃燒的方式。為了獲得更多的進氣量、更加均勻的混合氣，利用步進式電動機打開渦流控制閥6，由于第一進氣歧管4和第二進氣歧管5的形狀和尺寸相同，氣道內的流體壓力、溫度相近，使得第一進氣歧管4的空氣不經過旁通道8而直接從直進氣道9進入氣缸，由于進氣行程縮短，使得沿程損失減少，增加了進入氣缸的空氣量，利用導流塊使得空氣以較大角度噴入到氣缸內，形成繞垂直于氣缸軸線的滾流，第二進氣歧管5的氣體經螺旋氣道10進入氣缸內形成渦流運動，兩種氣流運動形成斜軸渦流，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氣缸容器中，在壓縮過程中，滾流的動量衰減較少，在活塞接近壓縮上止點時，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程。根據目標轉矩確定第一燃料噴射脈寬，在進氣沖程前期噴入到第二進氣歧管5內，再經螺旋氣道10進入到氣缸內，配合蓬頂形燃燒室24以及缸內斜軸渦流運動，形成第一燃料均勻混合氣，利用火花塞18點燃第一燃料，完成均勻燃燒。
【附圖說明】
[0023]圖1為雙燃料點燃式內燃機系統(tǒng)結構示意圖。
[0024]圖2為可變進氣系統(tǒng)結構示意圖。
[0025]圖3為渦流控制閥處于關閉狀態(tài)下缸內氣流運動示意圖。
[0026]圖4、5為渦流控制閥處于打開狀態(tài)時氣道及缸內氣流運動示意圖。
[0027]圖6為雙燃料點燃式內燃機的燃燒模式圖。
[0028]圖7為雙燃料點燃式內燃機控制策略流程圖。
[0029]圖中:I進氣總管，2節(jié)氣門，3進氣總成，4第一進氣歧管，5第二進氣歧管，6渦流控制閥，7第一燃料噴射器，8旁通道，9直進氣道，10螺旋氣道，11內燃機電控系統(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點燃式內燃機機體，18火花塞，19排氣道，20信號通訊線路，21氣缸體，22進氣門，23排氣門，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點火線路，31導流塊，31-a導流塊上表面，31-b導流塊下表面，31-c導流塊底面。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖所示實施例進一步說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0031]圖1為雙燃料點燃式內燃機系統(tǒng)結構示意圖。該內燃機由可變進氣系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、第一燃料供給系統(tǒng)、第二燃料供給系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、點燃式內燃機17和內燃機電控系統(tǒng)11組成;可變進氣系統(tǒng)由進氣總管1、節(jié)氣門2、進氣總成3、第一進氣歧管4、第二進氣歧管5、旁通道8、渦流控制閥6、直進氣道9、螺旋氣道10和控制線路20組成；點火系統(tǒng)由蓄電池29、火花塞18和點火線路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)和點火系統(tǒng)分別通過第一燃料噴射器7、第二燃料噴射器14和火花塞18與點燃式內燃機17相連；內燃機電控系統(tǒng)11通過對渦流控制閥10、節(jié)氣門2、火花塞18、第一燃料噴射器7和第二燃料噴射器14的控制實現(xiàn)對該內燃機的控制。
[0032]圖2為可變進氣系統(tǒng)結構示意圖。可變進氣系統(tǒng)的每個氣缸采用兩個獨立的進氣道，分別為直進氣道9和螺旋氣道10，每個進氣道與進氣歧管相連接，第一進氣歧管4和第二進氣歧管5的尺寸和形狀相同，第一進氣歧管4與直進氣道9相連接，第二進氣歧管5與螺旋氣道10相連接，第一進氣歧管4和第二進氣歧管5通過旁通道8相連通，且旁通道8進氣口與第一進氣歧管4相連接，旁通道8出氣口與第二進氣歧管5相連接，旁通道8是一種漸縮狀圓形通道，出氣口較進氣口更靠近氣缸，旁通道8與第二進氣歧管5的夾角為30° -60°，旁通道8與第一進氣歧管4相交處下沿、第二進氣歧管5相交處上沿均采用圓滑過渡。渦流控制閥6布置在直進氣道9內，且渦流控制閥6的旋轉軸線與旁通道8靠近氣缸一側的內壁相切，旋轉葉片呈橢圓形，使得渦流控制閥6處于關閉狀態(tài)時，氣體無法從直進氣道9流出，內燃機電控系統(tǒng)11通過步進式電動機驅動渦流控制閥6的開閉來改變氣流運動方式。并且第一燃料噴射器7安裝在第二進氣歧管5內，靠近旁通道8與第二進氣歧管5的連接處，第二燃料噴射器14直接安裝在氣缸蓋28上，通過與火花塞18位置的合理安排，實現(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閉狀態(tài)下缸內氣流運動示意圖。結合圖2可知，當渦流控制閥6處于關閉狀態(tài)時，從第一進氣歧管4進入的空氣無法進入直進氣道9，只能經漸縮狀旁通道8流向第二進氣歧管5，與第二進氣歧管5內的氣體混合，由于旁通道8的橫截面積縮小，所以流速增加，混合氣體再經螺旋形氣道10流入氣缸21內，由于氣體非對稱的流入氣缸和螺旋氣道對氣流的引導作用，在氣缸內產生較強的沿氣缸軸線的渦流運動。
[0034]圖4、5為渦流控制閥處于打開狀態(tài)時氣道及缸內氣流運動示意圖。由于第一進氣歧管4和第二進氣歧管5的形狀和尺寸相同，氣道內的流體壓力、溫度相近，使得第一進氣歧管4的空氣不經過旁通道8而直接從直進氣道9進入氣缸，并且直進氣道9內設置有導流塊31，使得直進氣道9內的氣體從高位噴入到蓬頂形燃燒室24壁面上，進而改變氣體運動軌跡，再利用氣缸壁形成滾流運動，與此同時，第二進氣歧管5的氣體經螺旋氣道10進入氣缸內，形成沿氣缸軸線的渦流運動，兩種氣流運動形成斜軸渦流，斜軸渦流能夠極大的促進燃料和空氣的混合，獲得均勻混合氣。
[0035]圖6為雙燃料點燃式內燃機的燃燒模式圖。為了滿足不同工況下的動力性和經濟性需求，該內燃機采用不同的燃燒模式。在小負荷下，以獲得最佳的經濟性為主，采用分層稀燃的方式，過量空氣系數λ>1.4;在中負荷下，在滿足轉矩需求的前提下，為獲得最佳的經濟性采用均質稀燃的方式，過量空氣系數λ=1?1.4;在大負荷下，以滿足動力性為主，采用均質燃燒的方式，過量空氣系數I。
[0036]圖7為雙燃料點燃式內燃機控制策略流程圖。內燃機在某工況點下或者怠速下工作，當工況發(fā)生變化時，駕駛員通過油門踏板來表達對內燃機轉矩的需求，通過改變油門踏板的位置，實現(xiàn)對內燃機目標轉矩的控制，當電控系統(tǒng)(ECU)接收各路傳感器信號，如轉速、節(jié)氣門開度、冷卻水溫、進氣壓力、氧濃度等，通過預先標定好的MAP圖，判斷該轉矩對應的工況是處于小負荷、中等負荷還是大負荷。若為中小負荷，通過步進式電動機將渦流控制閥關閉以獲得較強的渦流強度，并結合燃料噴射時刻和噴射脈寬實現(xiàn)小負荷下分層稀燃，中負荷下均質稀燃;若為大負荷，通過步進式電動機將渦流控制閥打開以獲得更多的進氣量、缸內形成斜軸渦流運動，并結合燃料噴射時刻和噴射脈寬實現(xiàn)大負荷下均質燃燒，最后實現(xiàn)內燃機的正常運轉。
【主權項】
1.一種基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機，其特征在于，該內燃機由可變進氣系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、第一燃料供給系統(tǒng)、第二燃料供給系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、點燃式內燃機(17)和內燃機電控系統(tǒng)(11)組成;可變進氣系統(tǒng)由進氣總管(I)、節(jié)氣門(2)、進氣總成(3)、第一進氣歧管(4)、第二進氣歧管(5)、旁通道(8)、渦流控制閥(6)、直進氣道(9)、螺旋氣道(10)和信號通訊線路(20)組成;點火系統(tǒng)由蓄電池(29)、火花塞(18)和點火線路(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)和點火系統(tǒng)分別通過第一燃料噴射器(7)、第二燃料噴射器(14)和火花塞(18)與點燃式內燃機(I 7)相連；內燃機電控系統(tǒng)(11)通過對渦流控制閥(6)、節(jié)氣門(2)、火花塞(18)、第一燃料噴射器(7)和第二燃料噴射器(14)的控制實現(xiàn)對該內燃機的控制。2.根據權利要求1所述的一種基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機，其特征在于，可變進氣系統(tǒng)的每個氣缸采用兩個獨立的進氣道，分別為直進氣道(9)和螺旋氣道(10)，每個進氣道與進氣歧管相連接，第一進氣歧管(4)和第二進氣歧管(5)的尺寸和形狀相同，第一進氣歧管(4)與直進氣道(9)相連接，第二進氣歧管(5)與螺旋氣道(10)相連接，第一進氣歧管(4)和第二進氣歧管(5)通過旁通道(8)相連通，且旁通道(8)進氣口與第一進氣歧管(4)相連接，旁通道(8)出氣口與第二進氣歧管(5)相連接，旁通道(8)是一種漸縮狀圓形通道，出氣口較進氣口更靠近氣缸，旁通道(8)與第二進氣歧管(5)的夾角為30°-60°，旁通道(8)與第一進氣歧管(4)相交處下沿、第二進氣歧管(5)相交處上沿均采用圓滑過渡。3.根據權利要求1所述的一種基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機，其特征在于，可變進氣系統(tǒng)所采用的螺旋氣道(10)橫截面積逐漸縮小，螺旋氣道(10)圍繞進氣門(22)軸線逆時針旋轉而成，進氣口布置在合理位置上，使得氣體沿氣缸內壁螺旋進入氣缸內，進而形成沿氣缸軸線的渦流;所采用的直進氣道(9)，在靠近氣門處在氣道內設置有導流塊(31)，導流塊(31)固定在氣道內，導流塊(31)為三面體，導流塊上表面(31-a)為半橢圓形，導流塊下表面(31-b)展開圖為扇形，導流塊底面(31-c)為半圓形，且圓形半徑與此處氣道的半徑相同，導流塊(31)縱剖面為三角形，導流塊(31)的作用是引導氣流，使得進入直進氣道(9)的氣流以較大的噴射角度噴入到燃燒室內，從而形成繞垂直于氣缸軸線的滾流;渦流控制閥(6)布置在直進氣道(9)內，且渦流控制閥(6)的旋轉軸線與旁通道(8)靠近氣缸一側的內壁相切，旋轉葉片呈橢圓形，使得渦流控制閥(6)處于關閉狀態(tài)時，氣體無法從直進氣道(9)流出，內燃機電控系統(tǒng)(11)通過步進式電動機控制渦流控制閥(6)的開閉從而實現(xiàn)直進氣道(9)的開閉。4.根據權利要求1所述的一種基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機，其特征在于，所述內燃機采用兩種不同物化性質的燃料，兩種不同燃料采用兩套獨立的供給系統(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)安置在第二進氣歧管(5)內，靠近旁通道(8)與第二進氣歧管(5)相交處，第一燃料通過第一燃料噴射器(7)噴入第二進氣歧管(5)內，再經螺旋形氣道(10)進入氣缸;第二燃料噴射器(14)直接安置在氣缸蓋(28)上，第二燃料通過第二燃料噴射器(14)，以缸內直噴的方式進入氣缸。5.根據權利要求1所述的一種基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機，其特征在于，點燃式內燃機采用兩種不同燃料，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;第二燃料以缸內直噴的方式進入氣缸，在火花塞(18)附近產生易于點燃的分層混合氣，利用第二燃料良好的燃燒特性引燃第一燃料混合氣，進而引燃整個燃燒室;第二燃料的引燃作用是通過內燃機電控系統(tǒng)(11)控制第二燃料噴射器(14)在合適的噴射時刻將第二燃料噴入缸內，配合一定的氣流運動，在火花塞(18)周圍形成易于點燃的第二燃料混合氣，通過第二燃料快速燃燒釋放出的能量引燃第一燃料混合氣。6.根據權利要求1所述的一種基于可變氣道的雙燃料點燃式內燃機，其特征在于，根據目標轉矩需求，在不同的負荷下采用不同的氣流運動方式:在中小負荷下，利用步進式電動機驅動渦流控制閥(6)，使其處于關閉狀態(tài)，來自第一進氣歧管(4)的空氣經旁通道(8)流入第二進氣歧管(5)，氣體經過漸縮狀旁通道(8)后，流速增加，與第二進氣歧管(5)的氣體經螺旋氣道(10)進入氣缸內，渦流的軸心與氣缸中心大體一致;在大負荷下，利用步進式電動機打開渦流控制閥(6)，由于第一進氣歧管(4)和第二進氣歧管(5)的形狀和尺寸相同，氣道內的流體壓力、溫度相近，使得第一進氣歧管(4)的空氣不經過旁通道(8)而直接從直進氣道(9)進入氣缸，第二進氣歧管(5)的流體經螺旋氣道(10)進入氣缸內，兩種氣流運動形成斜軸渦流，促進燃料和空氣的混合。
【文檔編號】F02M35/10GK205532872SQ201620256149
【公開日】2016年8月31日
【申請日】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
【申請人】吉林大學