(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。3.根据权利要求1所述的基于可变气道的双燃料点燃式内燃机，其特征在于，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进入气缸内，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，导流块(31)的作用是引导气流，使得进入直进气道(9)的气流以较大的喷射角度喷入到燃烧室内，从而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。4.根据权利要求1所述的基于可变气道的双燃料点燃式内燃机，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的基于可变气道的双燃料点燃式内燃机，其特征在于，点燃式内燃机采用两种不同燃料，以第一燃料为主燃料(高辛烷值燃料)，第二燃料为辅助燃料;第二燃料在燃烧性能上优于第一燃料，主要表现在燃烧速度快、点火能量低以及着火界限宽三方面，但是其体积能量密度要低于主燃料;第二燃料以缸内直喷的方式进入气缸，在火花塞(18)附近产生易于点燃的分层混合气，利用第二燃料良好的燃烧特性引燃第一燃料混合气，进而引燃整个燃烧室;第二燃料的引燃作用是通过内燃机电控系统(11)控制第二燃料喷射器(14)在合适的喷射时刻将第二燃料喷入缸内，配合一定的气流运动，在火花塞(18)周围形成易于点燃的第二燃料混合气，通过第二燃料快速燃烧释放出的能量引燃第一燃料混合气。6.根据权利要求1所述的基于可变气道的双燃料点燃式内燃机的控制方法，其特征在于，点燃式内燃机在冷启动、怠速工况时，单独使用第二燃料以缸内直喷的方式工作;在中小负荷下采用主燃料与辅助燃料的混合燃料;在大负荷下仅采用主燃料。7.根据权利要求1所述的基于可变气道的双燃料点燃式内燃机的控制方法，其特征在于，对上述内燃机在不同负荷工况下进行基于转矩的控制，通过控制第一和第二燃料的喷射量和喷射时刻，以及涡流控制阀(6)控制气缸内气流运动来完成对内燃机燃烧模式的控制。8.根据权利要求1所述的基于可变气道的双燃料点燃式内燃机的控制方法，其特征在于，根据目标转矩需求，在不同的负荷下采用不同的气流运动方式:在中小负荷下，利用步进式电动机驱动涡流控制阀(6)，使其处于关闭状态，来自第一进气歧管(4)的空气经旁通道(8)流入第二进气歧管(5)，气体经过渐缩状旁通道(8)后，流速增加，与第二进气歧管(5)的气体经螺旋气道(10)进入气缸内，获得较大的涡流强度，涡流的轴心与气缸中心大体一致;在大负荷下，利用步进式电动机打开涡流控制阀(6)，由于第一进气歧管(4)和第二进气歧管(5)的形状和尺寸相同，气道内的流体压力、温度相近，使得第一进气歧管(4)的空气不经过旁通道(8)而直接从直进气道(9)进入气缸，第二进气歧管(5)的流体经螺旋气道(10)进入气缸内，两种气流运动形成斜轴涡流，促进燃料和空气的混合。9.根据权利要求1所述的基于可变气道的双燃料点燃式内燃机的控制方法，其特征在于，根据转矩需求，在不同的负荷下采用不同的控制策略:在小负荷下采用分层稀燃的方式，涡流控制阀(6)关闭以获得较大的涡流强度，第一燃料在进气冲程后期喷入第二进气歧管(5)内，再经螺旋进气道(10)进入缸内，在缸内形成沿气缸轴向方向的分层混合气，即缸内下部为纯空气或者较稀的混合气，而缸内上部的混合气浓度要大于下部，可以点燃或者还不能进行点燃，沿着气缸轴线方向向上，混合气逐渐变浓，形成上浓下稀的混合气分布状况，第二燃料在压缩冲程后期以缸内直喷的方式喷入气缸，在火花塞(18)附近形成第二燃料混合气浓区；在中负荷下采用均质稀燃的方式，涡流控制阀(6)关闭以获得较大的涡流强度，第一燃料在进气冲程前期喷入第二进气歧管(5)内，再经螺旋进气道(10)进入缸内，第二燃料在压缩冲程后期以缸内直喷的方式喷入气缸，配合蓬顶形燃烧室(24)以及缸内涡流运动，形成第一燃料混合气均勾分布、第二燃料混合气富集在火花塞(18)附近的分布方式；在大负荷下采用均质燃烧的方式，涡流控制阀(6)打开以获得更多的进气量、缸内形成斜轴涡流，斜轴涡流可以更快更有效的将浓混合气散布于整个气缸容器中，第一燃料在进气冲程前期喷入第二进气歧管(5)内，并根据目标转矩确定喷射脉宽，配合蓬顶形燃烧室(24)以及缸内斜轴涡流运动，形成第一燃料均匀混合气，利用火花塞(18)点燃第一燃料，完成均质燃烧。
【专利摘要】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，同时解决稀薄燃烧时产生的燃烧不稳定、点火困难和失火等问题，开发出一种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，通过控制涡流控制阀的开闭，配合特殊形状的活塞顶面，获得不同工况下的最佳气流运动；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。
【IPC分类】F02M35/10, F02B69/02, F02B31/04, F02M35/104
【公开号】CN105715367
【申请号】CN201610191762
【发明人】于秀敏, 王野, 杜耀东, 吴海明, 刘林, 牛仁旭, 孙耀, 孙平, 董伟, 何玲
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年3月30日