基于可变气道的双燃料点燃式内燃机及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机技术领域，特别是涉及可变气道在双燃料点燃式内燃机中的应用。
【背景技术】
[0002]近年来，随着汽车保有量的逐年增加，汽车产业在不断的发展，对石油的需求量不断增加，然而由此引发的环境问题和能源问题也愈发严重。所以各国对于汽车排放法规的制定越来越严格，对汽车的经济性提出了更高的要求。
[0003]在内燃机中，进排气系统的优劣是决定混合气形成、燃烧过程好坏与充量更换的关键之一。进入气缸中的空气量和进气的流动状态是对内燃机的动力性、经济性以及排放性能产生重要影响的主要因素，进气道作为内燃机进气系统的重要组成部分，其结构直接影响进入气缸的空气量、气体的速度分布及其流动方式等，这些因素都直接关系到内燃机的燃烧过程，从而影响内燃机的经济性、动力性和排放性。对于采用传统进气结构的内燃机，特别是采用四气门结构的内燃机，其进气流量和气流方向在气道中无法进行有效的调节，导致燃烧室内气流扰动不够充分，进而造成燃烧室内的燃料不能充分燃烧，排放恶劣等一系列问题。
[0004]车用内燃机在实际运行中通常处于中、低转速部分负荷，因此现代内燃机技术的一个主要目标就是提高部分负荷的性能，希望在满足高功率的同时，保证中低速、中小负荷的动力性和经济性，避免出现扭矩低谷。
[0005]为了提高内燃机在中小负荷下的经济性，由于受燃料燃烧特性的限制，火花点火式内燃机的压缩比受到爆震的限制，进而限制了理论效率的提高。实现高压缩比又不爆震的有效方法之一是采用稀薄燃烧技术，采用稀薄燃烧可以进一步提高点燃式内燃机的效率，但此时会出现点火困难、循环变动大和失火等问题。
[0006]要解决上述问题，如果给内燃机增加一个可变进气系统，针对不同工况对进气形式的不同需求，实现高负荷时多进气，低的进气涡流强度，低负荷时少进气，高的进气涡流强度，就可兼顾高低负荷的不同工况；同时为了提高中小负荷下的燃油经济性，采用稀薄燃烧技术，但需解决稀薄燃烧出现的点火困难、失火等问题，采用双燃料的复合喷射，利用一种具有点火能量低、火焰传播速度快、着火界限宽等优点的燃料引燃另一种燃料，即可解决稀薄燃烧出现的点火困难、失火等问题。因此，稀薄燃烧、可变进气系统再结合双燃料的复合喷射是提高内燃机效率和降低排放的有效方式之一。
【发明内容】
[0007]本发明设计出一种基于可变气道的双燃料点燃式内燃机及控制方法，其目的在于解决传统进气结构的内燃机，特别是采用四气门结构的内燃机，其进气流量和气流方向在气道中无法进行有效调节的问题，同时解决稀薄燃烧产生的燃烧不稳定、点火困难和失火等问题，开发出一种可满足不同负荷对缸内气流运动模式需求的发动机，提出基于可变气道的双燃料点燃式内燃机及控制方法。本发明提供一种可变进气系统，每缸进气系统采用一个直进气道和一个螺旋进气道，两个进气道通过旁通道相连接，通过涡流控制阀控制直进气道的开闭，配合特殊形状的活塞顶面，获得不同工况下最佳的气流运动;本发明是基于两种燃料分别进行缸内直喷和进气道喷射组合式的内燃机技术，通过控制喷射时刻和喷射脉宽，并结合气流运动实现缸内混合气的不同燃烧模式，进而提高内燃机在不同工况下的工作效率，降低油耗和排放。
[0008]本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现，结合【附图说明】如下:
[0009]针对上述问题，既要提高燃烧的效率，又要提高燃烧的稳定性，需要对双燃料点燃式内燃机的进气系统、燃料的燃烧特性以及控制方法进行优化、完善，以满足性能要求。
[0010]基于可变气道的双燃料点燃式内燃机，该内燃机由可变进气系统、点火系统、第一燃料供给系统、第二燃料供给系统、排气系统、点燃式内燃机17和内燃机电控系统11组成；可变进气系统由进气总管1、节气门2、进气总成3、第一进气歧管4、第二进气歧管5、旁通道
8、涡流控制阀6、直进气道9、螺旋气道1和信号通讯线路20组成；点火系统由蓄电池29、火花塞18和点火线路30组成;第一燃料供给系统由第一燃料箱12、第一燃料供给管路13和第一燃料喷射器7组成;第二燃料供给系统由第二燃料箱15、第二燃料供给管路16和第二燃料喷射器14组成;第一燃料供给系统、第二燃料供给系统和点火系统分别通过第一燃料喷射器7、第二燃料喷射器14和火花塞18与点燃式内燃机17相连；内燃机电控系统11通过对涡流控制阀6、节气门2、火花塞18、第一燃料喷射器7和第二燃料喷射器14的控制实现对该内燃机的控制。
[0011]所述的双燃料点燃式内燃机，可变进气系统的每个气缸采用两个独立的进气道，分别为直进气道9和螺旋气道10，每个进气道与进气歧管相连接，第一进气歧管4和第二进气歧管5的尺寸和形状相同，第一进气歧管4与直进气道9相连接，第二进气歧管5与螺旋气道10相连接，第一进气歧管4和第二进气歧管5通过旁通道8相连通，且旁通道8进气口与第一进气歧管4相连接，旁通道8出气口与第二进气歧管5相连接，旁通道8是一种渐缩状圆形通道，出气口较进气口更靠近气缸，旁通道8与第二进气歧管5的夹角为30° -60°，旁通道8与第一进气歧管4相交处下沿、第二进气歧管5相交处上沿均采用圆滑过渡。
[0012]所述的双燃料点燃式内燃机，可变进气系统所采用的螺旋气道10横截面积逐渐缩小，螺旋气道10围绕进气门22轴线逆时针旋转而成，进气口布置在合理位置上，使得气体沿气缸内壁螺旋喷入气缸内，进而形成沿气缸轴线的涡流;所采用的直进气道9，在靠近气门处在气道内设置有导流块31，导流块31固定在气道内，导流块(31)为三面体，导流块上表面(31-a)为半椭圆形，导流块下表面(31-b)展开图为扇形，导流块底面(31-c)为半圆形，且圆形半径与此处气道的半径相同，导流块(31)纵剖面为三角形，其作用是引导气流，使流入直进气道9的气流以高位喷入到燃烧室内，利用燃烧室和气缸内壁形成绕垂直于气缸轴线的滚流;涡流控制阀6布置在直进气道9内，且涡流控制阀6的旋转轴线与旁通道8靠近气缸一侧的内壁相切，旋转叶片呈椭圆形，使得涡流控制阀6处于关闭状态时，气体无法从直进气道9流出，电子控制系统11通过步进式电动机控制涡流控制阀6的开闭从而实现直进气道9的开闭。
[0013]所述内燃机采用两种不同物化性质的燃料，两种不同燃料采用两套独立的供给系统，分别为第一燃料供给系统和第二燃料供给系统;其中第一燃料喷射器7安置在第二进气岐管5内，靠近旁通道8与第二进气歧管5相交处，第一燃料通过第一燃料喷射器7喷入第二进气歧管5内，再经螺旋形气道10进入气缸;第二燃料喷射器14直接安置在气缸盖28上，第二燃料通过第二燃料喷射器14，以缸内直喷的方式进入气缸。
[0014]所述点燃式内燃机采用两种不同燃料，以第一燃料为主燃料，第二燃料为辅助燃料;第二燃料在燃烧性能