分層稀薄燃燒二沖程lpg直噴發動機的混合氣形成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及二沖程火花點火直噴發動機的混合氣形成方法。具體地說是LPG作為燃料的二沖程火花點火電控直噴發動機采用本發明提出的在氣缸蓋設置縱向進氣道和進氣閥的壁面引導式燃燒系統為基礎的混合氣形成方法，而非目前廣泛使用的曲軸箱掃氣的二沖程火花點火發動機的混合氣形成方法。
【背景技術】
[0002]增程式電動汽車是當前新能源汽車最重要的發展方向之一，它配裝一個小功率發動機、工作在最經濟工況區帶動發電機發電，燃油經濟性好、提高了續駛里程，與四沖程發動機相比它具有轉速高、比功率大、結構緊湊等優點，為此本發明提出了將它開發為增程式電動汽車發電機組動力源的提案。但傳統的化油器式二沖程汽油機不論采用那種掃氣方式都存在著換氣重疊期長、新鮮混合氣從排氣口流失，燃油經濟性差、HC排放高等缺點；以現有的曲軸箱掃氣二沖程汽油機改裝掃氣口前噴射或缸內直接噴射的均質燃燒方式也有報道，但鑒于增程式電動汽車發電機組用二沖程發動機的運行工況(中等負荷、轉速高)的特征，設計新的燃燒系統，采用分層稀薄燃燒方式來提高部分負荷經濟性是必要的。
[0003]車用LPG沸點低、飽合蒸汽壓高，充分利用其易于蒸發汽化，有利于壓縮過程的中、后期燃料噴射時可燃混合氣形成的特點，本發明提出了分層稀薄燃燒二沖程LPG直噴發動機燃燒系統，它采用旋流噴油器、在氣缸蓋僅設置縱向進氣道和進氣閥，形成的進氣滾流與LPG噴霧角度、彎曲活塞定相配合，在壓縮過程接近終了時在火花塞電極近傍形成易于著火的濃混合氣，而整個燃燒室的空燃比達到40:1以上。而排氣口在氣缸的下部，在冷啟動、過渡運轉工況、大負荷工況時，在活塞上行關閉排氣口前LPG噴射，以實現缸內的均質混合氣。本發明提出的上述二沖程LPG直噴發動機的混合氣形成方法尚未看到。
[0004]參考文獻:(l)Tan，Y。andGitano，H。，"Design of Retrofit Kit for LPGDriven Direct Inject1n Two-Stroke Engines，" SAE Technical Paper 2012-32-0117，2012， do1:10o 4271/2012-32-0117。
[0005](2) Loganathan，Mo ; Ramesh，A。“Study on manifold inject1n of LPG intwo stroke SI engine” Journal of the Energy Institute， Volume 80， Number 3，September 2007 ， pp。 168-174(7)0

【發明內容】

[0006]本發明的技術任務是提供一種基于增程式電動汽車發電機組用的二沖程LPG直噴發動機的混合氣形成方法。
[0007]本發明的技術任務是按以下方式實現的:
在氣缸蓋上僅設置縱向進氣道和進氣閥，并采用旋流噴油器。縱向進氣道和噴油器布置在氣缸中心線一側，部分負荷工況時，LPG在壓縮中、后期噴射，利用縱向進氣道形成的進氣滾流與彎曲活塞頂形狀相配合，在火花塞跳火時將LPG噴霧導向火花塞電極附近，形成缸內混合氣分層構造。
[0008]而排氣口在氣缸中心線另一側的下部，活塞位于下止點時，排氣口下緣與活塞頂平齊。在冷啟動、過渡運轉工況、大負荷工況時，在活塞上行關閉排氣口前LPG噴射，增加了 LPG-空氣混合時間，以實現缸內均質混合氣。
[0009]活塞上下往復一次，完成發動機的進-壓-爆-排一個工作循環。火花塞可垂直氣缸中心線按裝或向氣缸中心線另一側傾斜按裝，旋流噴油器按裝在與進氣道同側的靠近屋脊形燃燒室的底部、其軸線與水平方向呈35-50°，其原則是兩者很好地配合，使活塞凹坑引導下的LPG噴霧較好地到達火花塞電極附近。
[0010]由計算機數值模擬和實際的單缸發動機的初步實驗表明，本發明提出的分層稀薄燃燒二沖程LPG直噴發動機相比一般預混合均勻燃燒二沖程直噴發動機，在部分負荷工況時，燃油消耗率可降低I O-15%。
【附圖說明】
[0011]附圖1為本發明提供的二沖程燃燒系統在接近火花塞跳火時的剖面結構示意圖。
[0012]附圖2為本發明提供的二沖程燃燒系統在活塞位于下止點時的剖面結構示意圖。
[0013]圖中:1、屋脊形燃燒室，2、縱向進氣道，3、進氣閥，4、旋流噴油器，5、彎曲頂活塞，6、LPG噴霧，7、火花塞，8、排氣口，9、新鮮空氣流經路線。
【具體實施方式】
[0014]實施例:使用汽缸直徑D=72mm、有效壓縮比ε =8.5的二沖程發動機，改造的氣缸蓋(屋脊形燃燒室)I上設置了能形成進氣滾流的縱向進氣道2、單孔旋流噴油器4 (噴孔直徑Φ=0.35mm,LPG噴射壓力5MPa)，進氣道2和旋流噴油器4位于汽缸中心線右側，噴油器4軸線與水平方向夾角45°，而火花塞7的軸線自汽缸中心線向左傾斜20°。排氣口 8則開在汽缸中心線左側的活塞下止點上方，使得活塞上下往復一次，完成進-壓-爆-排一個工作循環。根據曲軸上止點位置、轉速和進氣絕對壓力等信號，由發動機點火-燃料噴射儀控制燃料噴射時刻、脈寬和點火時間。根據增程式電動汽車發電機組用二沖程相匹配的部分負荷工況(例:4800轉/分、60%負荷率)，采用了壓縮過程上止點前60° CA LPG噴射，由縱向進氣道2形成的進氣滾流與LPG噴射角度、彎曲活塞頂5相配合，在火花塞7跳火(上止點前25。CA )時，將LPG噴霧6導向火花塞7電極附近，形成缸內的混合氣分層構造。
[0015]冷啟動、過渡運轉工況、大負荷工況時，采用下止點后80° CA LPG噴射，LPG與流入氣缸的空氣有較充分的混合時間，形成了均質混合氣。
[0016]試驗表明，部分負荷工況在空燃比A/FM0:1下工作時，本發明較一般預混合均質燃燒方式的燃油消耗率可降低10%以上。
【主權項】
1.分層稀薄燃燒二沖程LPG直噴發動機的混合氣形成方法，包括屋脊形燃燒室，縱向進氣道，進氣閥，旋流噴油器，彎曲頂活塞，LPG噴霧，火花塞，排氣口，新鮮空氣流經排氣口路線；二沖程發動機氣缸蓋上僅設置縱向進氣道和進氣閥、旋流噴油器；縱向進氣道和噴油器布置在氣缸中心線一側；而排氣口在氣缸中心線另一側，活塞位于下止點時，排氣口下緣與活塞頂平齊；火花塞軸線自氣缸中心線向左傾斜10-50°，活塞上下往復一次，完成發動機的進-壓-爆-排一個工作循環；其特征在于:部分負荷工況時，LPG在壓縮過程上止點前60-65° CA噴射，縱向進氣道形成的進氣滾流與彎曲活塞頂形狀相互配合，在火花塞跳火(上止點前20-25° CA)時將易于著火的LPG可燃混合氣導向火花塞電極附近，形成缸內的混合氣分層構造，而氣缸的整體空燃比A/FM0:1。
2.根據權利要求1所述的分層稀薄燃燒二沖程LPG直噴發動機的混合氣形成方法，其特征在于:排氣口在活塞上行至下止點后60-65° CA關閉，冷啟動、過渡運轉工況、大負荷工況時，在保證燃料不逃逸的下止點后35-40° CA LPG噴射，以實現缸內均質混合氣。
3.根據權利要求1所述的分層稀薄燃燒二沖程LPG直噴發動機的混合氣形成方法，其特征在于:也適用于以汽油、CNG為燃料的相同結構。
【專利摘要】本發明涉及一種增程式電動汽車發電機組用的二沖程LPG直噴發動機的混合氣形成方法。其主要技術方案是：在二沖程發動機氣缸蓋上僅設置縱向進氣道和進氣閥、旋流噴油器。縱向進氣道和噴油器布置在氣缸中心線一側；而排氣口在氣缸中心線另一側，活塞位于下止點時，排氣口下緣與活塞頂平齊。在大負荷工況時，在活塞上行關閉排氣口前LPG噴射,增加了LPG-空氣混合時間，實現缸內均質混合氣。本發明的技術方案在二沖程發動機氣缸蓋上僅設計進氣道和進氣閥、噴油器，而排氣口在氣缸的下部，有效地利用縱向進氣滾流、LPG噴射時間、彎曲活塞頂的引導，實現了部分負荷工況的缸內明顯的混合氣分層構造。
【IPC分類】F02M21-04, F02F1-42, F02M21-02
【公開號】CN104791141
【申請號】CN201510113709
【發明人】許伯彥, 孫朝棟, 劉保龍
【申請人】山東建筑大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月16日