分层稀薄燃烧二冲程LPG直喷发动机的混合气形成方法

摘要

本发明涉及一种增程式电动汽车发电机组用的二冲程LPG直喷发动机的混合气形成方法。其主要技术方案是：在二冲程发动机气缸盖上仅设置纵向进气道和进气阀、旋流喷油器。纵向进气道和喷油器布置在气缸中心线一侧；而排气口在气缸中心线另一侧，活塞位于下止点时，排气口下缘与活塞顶平齐。在大负荷工况时，在活塞上行关闭排气口前LPG喷射,增加了LPG-空气混合时间，实现缸内均质混合气。本发明的技术方案在二冲程发动机气缸盖上仅设计进气道和进气阀、喷油器，而排气口在气缸的下部，有效地利用纵向进气滚流、LPG喷射时间、弯曲活塞顶的引导，实现了部分负荷工况的缸内明显的混合气分层构造。

说明书

技术领域

本发明涉及二冲程火花点火直喷发动机的混合气形成方法。具体地说是LPG作为燃料的二冲程火花点火电控直喷发动机采用本发明提出的在气缸盖设置纵向进气道和进气阀的壁面引导式燃烧系统为基础的混合气形成方法，而非目前广泛使用的曲轴箱扫气的二冲程火花点火发动机的混合气形成方法。

背景技术

增程式电动汽车是当前新能源汽车最重要的发展方向之一，它配装一个小功率发动机、工作在最经济工况区带动发电机发电，燃油经济性好、提高了续驶里程，与四冲程发动机相比它具有转速高、比功率大、结构紧凑等优点，为此本发明提出了将它开发为增程式电动汽车发电机组动力源的提案。但传统的化油器式二冲程汽油机不论采用那种扫气方式都存在着换气重叠期长、新鲜混合气从排气口流失，燃油经济性差、HC排放高等缺点；以现有的曲轴箱扫气二冲程汽油机改装扫气口前喷射或缸内直接喷射的均质燃烧方式也有报道，但鉴于增程式电动汽车发电机组用二冲程发动机的运行工况（中等负荷、转速高）的特征，设计新的燃烧系统，采用分层稀薄燃烧方式来提高部分负荷经济性是必要的。

  车用LPG沸点低、饱合蒸汽压高，充分利用其易于蒸发汽化，有利于压缩过程的中、后期燃料喷射时可燃混合气形成的特点，本发明提出了分层稀薄燃烧二冲程LPG直喷发动机燃烧系统，它采用旋流喷油器、在气缸盖仅设置纵向进气道和进气阀，形成的进气滚流与LPG喷雾角度、弯曲活塞定相配合，在压缩过程接近终了时在火花塞电极近傍形成易于着火的浓混合气，而整个燃烧室的空燃比达到40:1以上。而排气口在气缸的下部，在冷启动、过渡运转工况、大负荷工况时，在活塞上行关闭排气口前LPG喷射,以实现缸内的均质混合气。本发明提出的上述二冲程LPG直喷发动机的混合气形成方法尚未看到。

参考文献：（1）Tan， Y。 and Gitano， H。， "Design of Retrofit Kit for LPG Driven Direct Injection Two-Stroke Engines，" SAE Technical Paper 2012-32-0117， 2012， doi:10。4271/2012-32-0117。

（2）Loganathan， M。; Ramesh， A。“Study on manifold injection of LPG in two stroke SI engine” Journal of the Energy Institute， Volume 80， Number 3， September 2007 ， pp。 168-174(7)。

发明内容

  本发明的技术任务是提供一种基于增程式电动汽车发电机组用的二冲程LPG直喷发动机的混合气形成方法。

  本发明的技术任务是按以下方式实现的：

在气缸盖上仅设置纵向进气道和进气阀，并采用旋流喷油器。纵向进气道和喷油器布置在气缸中心线一侧，部分负荷工况时，LPG在压缩中、后期喷射，利用纵向进气道形成的进气滚流与弯曲活塞顶形状相配合，在火花塞跳火时将LPG喷雾导向火花塞电极附近，形成缸内混合气分层构造。

而排气口在气缸中心线另一侧的下部，活塞位于下止点时，排气口下缘与活塞顶平齐。在冷启动、过渡运转工况、大负荷工况时，在活塞上行关闭排气口前LPG喷射,增加了LPG-空气混合时间，以实现缸内均质混合气。

活塞上下往复一次，完成发动机的进-压-爆-排一个工作循环。火花塞可垂直气缸中心线按装或向气缸中心线另一侧倾斜按装，旋流喷油器按装在与进气道同侧的靠近屋脊形燃烧室的底部、其轴线与水平方向呈35-50°，其原则是两者很好地配合，使活塞凹坑引导下的LPG喷雾较好地到达火花塞电极附近。

  由计算机数值模拟和实际的单缸发动机的初步实验表明，本发明提出的分层稀薄燃烧二冲程LPG直喷发动机相比一般预混合均匀燃烧二冲程直喷发动机，在部分负荷工况时，燃油消耗率可降低10-15%。

附图说明

  附图1为本发明提供的二冲程燃烧系统在接近火花塞跳火时的剖面结构示意图。

  附图2为本发明提供的二冲程燃烧系统在活塞位于下止点时的剖面结构示意图。

  图中：1、屋脊形燃烧室，2、纵向进气道，3、进气阀，4、旋流喷油器，5、弯曲顶活塞，6、LPG喷雾，7、火花塞，8、排气口，9、新鲜空气流经路线。

具体实施方式    

  实施例：使用汽缸直径D=72mm、有效压缩比ε=8.5的二冲程发动机，改造的气缸盖（屋脊形燃烧室）1上设置了能形成进气滚流的纵向进气道2、单孔旋流喷油器4（喷孔直径Ф=0.35mm、LPG喷射压力5MPa），进气道2和旋流喷油器4位于汽缸中心线右侧，喷油器4轴线与水平方向夹角45°，而火花塞7的轴线自汽缸中心线向左倾斜20°。排气口8则开在汽缸中心线左侧的活塞下止点上方，使得活塞上下往复一次，完成进-压-爆-排一个工作循环。根据曲轴上止点位置、转速和进气绝对压力等信号，由发动机点火-燃料喷射仪控制燃料喷射时刻、脉宽和点火时间。根据增程式电动汽车发电机组用二冲程相匹配的部分负荷工况(例：4800转/分、60%负荷率)，采用了压缩过程上止点前60°CA LPG喷射，由纵向进气道2形成的进气滚流与LPG喷射角度、弯曲活塞顶5相配合，在火花塞7跳火（上止点前25°CA ）时，将LPG喷雾6导向火花塞7电极附近，形成缸内的混合气分层构造。

冷启动、过渡运转工况、大负荷工况时，采用下止点后80°CA LPG喷射，LPG与流入气缸的空气有较充分的混合时间，形成了均质混合气。

试验表明，部分负荷工况在空燃比A/F>40:1下工作时，本发明较一般预混合均质燃烧方式的燃油消耗率可降低10%以上。