考虑排气损失的动态决定最佳点火角度的一种方法
【专利摘要】对于发动机．当气缸内工质压力高于外界环境压力时，打开排气阀，将使得部分进气可用能直接排出没有参与膨胀做功，要尽量避免此类损失的产生，通过限制发动机的最低转速可消际此类排气损失：当气缸内工质压力低于外界环境压力时．排气阀没有打开将产生反向扭矩，使得发动机做负功，负功的存往，将抵消部分气动出动机的做功功率，降低工气动发动机的性能，要消除此阀排气损失需修改活塞排气阀的结构方式，基于不同工况得到了进排气压力损失随工况变化特性，数值实验结果表明；进、排气道压力损失导致燃气轮机输出功率和效率下降，且在各个运行工况下均有大于2％的输出功率损失和不小于0．5％的效率降低，可见进排气压力损失的影响不可忽略。
【专利说明】考虑排气损失的动态决定最佳点火角度的一种方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及考虑排气损失的动态决定最佳点火角度的一种方法。
【背景技术】
[0002]混合气在燃烧时产生大量的热，同时压力也大幅度上升。但气体在一个工作循环中对活塞所做的功(指示功)并没有能全部地由发动机的曲轴输出变为有用功。这是因为发动机在进、排气、燃烧时间、运动机件的摩擦(主要是活塞环与汽缸壁的摩擦)、润滑油黏度等方面都要消耗一部分功。发动机燃烧的热能没有全部转化为有用功，只有少部分热量参与推动活塞、带动曲轴旋转，其中一部分以排气方式排到大气中去了，这一部分能量损失叫做排气损失，排气损失约占总能量的40%左右。一般把进排气损失，称为泵气损失。通常情况下，当活塞到达下止点之前，排气门必须提前打开，如果排气门不提前开启，缸内废气压力仍能推动活塞下行。由于排气门提前打开，使发动机损失了一部分能量，这部分损失和泵气损失加在一起叫做换气损失。
[0003]下一个能量损失是冷却损失。燃料燃烧之后，一部分热量传递给了机油。金属零件温度过高将产生一系列问题，机油温度过高将降低机油的润滑能力。为此必须对上述部分进行冷却，这就需要布置冷却风扇、散热器和机油冷却器，利用上述冷却装置冷却发动机，并最终把热能散发到大气中去。一般情况下，冷却损失约占总能量的20%左右。
[0004]由于各种原因，发动机燃烧得不够充分，难免会产生未燃的碳氢化合物(CH)，从而使汽油的热量不能完全释放出来。一般常使用燃烧效率来评价燃烧的好坏。这当中，燃烧室形状、化油器性能、点火系性能、进气效率等因素都直接影响发动机的燃烧效率。
【发明内容】
[0005]本专利通过对实际发动机的试验研究，在最佳点火时刻的条件明确的情况下，每个周期内的做功与点火时刻呈现二次方程的关系，同时，由于保证燃烧过程中不出现爆震的情况，扭矩最大的最佳点火角度与热发生率以及上止点位置相关。如上关系为本专利核心，即考虑排气损失的动态决定最佳点火角度的一种方法。
【具体实施方式】
[0006]下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0007]实施例:
发动机工作时进、排气道均带来较大的压力损失，如额定工况时压力损失分别达到2000Pa和3200Pa左右，随着工况的增大，进、排气通道的压损增加大于线性趋势，近似于二次趋势，这是由于工况增加带来更大的通道流量和更快的气体流速，造成气流湍流程度及阻力损失增大；同工况下排气道压力损失大于进气道压力损失，在额定工况时排气道压力损失比进气道压力损失大1200Pa左右，其原因主要有两条，一是排气流道中的废气高温高速，极易形成剧烈的湍流，二是废气成分与空气存在物性差异，且温度远高于进气，相比之下黏性更大。
[0008]当活塞向上运动到接近上止点位置时，上止点顶柱将排气阀往下压，迫使排气阀被压紧关闭，同时活塞顶柱将进气道止气球阀往上顶，使得弹簧被压缩，进气阀被打开，高压气体进入气缸内，推动活塞往下移动，随着活塞向下移动，弹簧将产生向下的回复力，迫使进气道止气球阀向下运动，从而关闭进气道。当活塞向下运动到接近下止点位置时，下止点顶柱将排气阀往上顶。迫使排气阀被顶松打开，气动发动机开始排气，当活塞向上运动到上止点顶柱将排气阀关闭，气动发动机完成了排气过程，并开始执行下一个循环，这一个循环中，活塞的上下运动通过曲柄与连杆转化为曲轴的旋转运动，从而实现了气体的压力能向机械能的转化。
[0009]—类排气损失的实质即为部分进气可用能被排出气缸外。影响排气损失大小的因素为最大工作容积。因此合理控制排气时气缸的最大工作容积移。使移。这对改善排气损失有较大的意义。活塞排气式气动发动机一旦设计定型，曲轴处于恒转速状态，进气压力和进气体积均处于定值，不可能去改变最大工作容积。要消除此类排气损失，可采取回收排出气体的方法，或者采用两级气动发动机联合工作方式。
[0010]另一类排气损失的实质即为部分进气可用能被用于抵消反向扭矩作用。影响排气损失大小的因素为最大工作容积。因此合理控制排气时气缸的最大工作容积对改善排气损失有较大的意义。活塞排气式气动发动机一旦设计定型，曲轴处于恒转速状态，进气压力和进气体积均处于定值，也不可能去改变最大工作容积。要消除此类排气损失，可采取修改活塞排气阀结构方式的方法，当气缸内压力P等于外界环境压力时，活塞排气阀自动打开，从而达到消除反向扭矩的目的。
[0011]针对排气损失原因，对活塞排气阀进行改进，在排气阀弹簧，活塞运行到上止点关闭时，排气阀弹簧被拉伸，由于气缸内气体压力大于排气阀弹簧回复力，排气阀处于关闭状态。随着活塞的向下移动，气缸内的气体压力将逐渐降低。若活塞运动到下止点时，该气缸压力仍大于排气阀弹簧的回复力，此时排气阀被下止点顶柱打开，从而排气，只不过此时进气可用能有一部分被排出气缸外，因此要避免这种情况的发生，需限制发动机的最低转速；若活塞未运行到下止点，气缸内压力小于排气阀弹簧的回复力，排气阀将由于弹簧回复力的作用被打开，气缸内的气体与外界连通，汽缸内的气体压力小于外界气体压力的情况就不会出现，从而消除了因为反向扭矩，避免了发动机做负功。
[0012]活塞在z=-10、-60mm处的瞬时速度随曲轴转动方向变化分布可见:在30?160度CA，活塞开始进气行程，气门进气，分布图中表现为负值，即气体向下增大，平均流速IV。也显示为负值，这表明此时由于燃烧室空间较小，吸入气体对缸内的尚存气体的流态方向起主导作用。在瞬时速度出现间断的地方，表明Z=-1Omm的测量点在该转角范围内，激光被活塞遮挡住，不能测量。在z=-60mm处，由于此时燃烧室空间较大，不存在被遮挡情况。2种情况下都是在曲轴转角30?60。CA时得到转速的最大值(绝对值)，此时的速度变动强度也为最大。曲轴转角240。CA，进气行程终了，由于压缩行程的开始，压缩行程的流速受活塞上升的影响变化正值，与进气行程的瞬时流速的变动相比，其分布幅度变得狭小，而且稳定在某一值上。当曲轴转角为450?570度CA之间，在膨胀阶段后半程即将结束，排气门也从即将打开到完全打开的时间段内，出现速度变动幅度改变大的情况，这是由于排气过程的逆流所致，在驱动运转时特有的现象。
【权利要求】
1.汽油机的输出过程中，排气损失与冷却损失与燃发动机的型制以及发动机的转速等运转因子有关，可以用得出的公式予以表示，式中，排气损失与点火延迟角成正比，冷却损失与点火延迟角成反比，损失总和与凸轮位置成二次式时，此时的点火时刻为最佳点火角度， 由于爆震的破坏，热传导率在爆震发生时急剧增加，点火时刻的提前与冷却损失成三次式的激增，点火时刻提前时，冷却损失相应激增，导致汽缸内气体压力急速加大， 改变燃烧期导致最佳点火角度大幅度变化，从最佳点火角度来看，各个损失的因子基本没有改变，与此同时，损失的最小值也没有发生改变， 排气损失和冷却损失的和最小时的压缩比，和燃烧能率最大时的压缩比是一致的，并且在断热层附近，冷却损失基本没有发生，仅仅是发生了排气损失。
【文档编号】F02P5/04GK103807078SQ201210443161
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】邵永松 申请人:镇江润欣科技信息有限公司