CN110469418A - 一种基于两次喷油的自由活塞发动机燃油喷射方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于两次喷油的自由活塞发动机燃油喷射方法，包括缸盖、气缸、活塞，缸盖上设有火花塞，气缸上设有排气道、扫气道，还包括喷油器，喷油器设在气缸上，活塞侧壁开有配合喷油器的二次喷油缺口；燃油喷射方法为活塞在喷油器下部时喷一次，活塞顶部在喷油器上部时喷一次。在一定喷油脉宽条件下，当总燃料量一定时，当把燃油分为两次喷射时，能够使燃油和空气充分混合，提高可燃混合气热值；同时减少由于曲轴箱喷油时扫气过程的燃油消耗，二次喷射时能够使混合更加均匀，燃烧更充分。

Description

一种基于两次喷油的自由活塞发动机燃油喷射方法
技术领域
本发明涉及自由活塞发动机燃油喷射技术领域，具体地说是一种基于两次喷油的自由活塞发动机燃油喷射方法。
背景技术
自由活塞发动机作为一种新型的动力装置，具备结构简单紧凑、质量轻、热效率高等优点，一般用于直线发电机。与传统内燃机相比，缺少内燃机的曲柄连杆机构，如附图1中所示，一种基于二冲程直喷发动机设计的自由活塞发动机，活塞连接的活塞杆穿过活塞杆孔做直线运动，活塞下部的腔体我们仍称之为曲轴箱。
活塞的运动规律是作用在它上面的燃烧时产生的气体压力决定，故而压缩比可以改变，有多种发动机工况。但是，自由活塞发动机的活塞行程不固定，有时能够到达上止点和下止点位置，由于取消了曲柄连杆机构，活塞的运动取决于活塞两侧的缸压情况，有时会出现到不了的情况，进而会造成燃油喷射量减少，发动机动力性不足，扫气能力减弱，甚至有时候会熄灭，因此普通的燃油喷射不能满足要求。同时发动机的运行速度通常在中高速状态下，仅靠普通单次燃油喷射是无法充分满足其动力要求。
发明内容
本发明就是为了解决现有技术存在的上述不足，提供一种基于两次喷油的自由活塞发动机燃油喷射方法，在一定喷油脉宽条件下，当总燃料量一定时，当把燃油分为两次喷射时，能够使燃油和空气充分混合，提高可燃混合气热值；同时减少由于曲轴箱喷油时扫气过程的燃油消耗，二次喷射时能够使混合更加均匀，燃烧更充分。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种基于两次喷油的自由活塞发动机燃油喷射方法，包括缸盖、气缸、活塞，缸盖上设有火花塞，气缸上设有排气道、扫气道，
还包括喷油器，喷油器设在气缸上，活塞侧壁开有配合喷油器的二次喷油缺口；
燃油喷射方法如下，以活塞从下止点上行开始：
一、活塞上行，至活塞顶在喷油器的喷嘴下部距离a时，喷油器喷油，在气缸内形成局部加浓混合气，活塞继续上行压缩混合气；
二、火花塞点火，点燃混合气的压力推动活塞下行，至活塞顶在喷油器的喷嘴上部距离b时，喷油器喷油，燃料经二次喷油缺口喷射至曲轴箱，等到下次循环进气及扫气过程时进入气缸；
三、活塞继续下行，扫气道的扫气口打开，曲轴箱内的上次循环形成的均质混合气通过扫气道进入气缸参与扫气。
所述a的取值范围是9-11mm，所述b的取值范围是9-11mm。
所述喷油器倾斜向下安装在气缸上，喷油器的喷嘴距下止点距离范围为26-28mm
本发明的有益效果是：
1、二次喷油缺口一般配合喷油脉宽设计相应的长度，可以是长轴较长的椭圆，也可以是长孔，这样既保证了二次喷油不受影响，又保证了活塞强度，在不影响活塞强度的前提下，可以设计为图中所示的为圆形。
2、在气缸内形成局部加浓混合气，点燃混合气后形成的巨大压力迫使活塞运动到下止点，采用此种方法可以实现局部混合气浓度较大，但整体混合气浓度较低的混合气分布，可以有效降低燃油消耗，提高燃油经济性。
3、第一次喷射完成后，活塞运动到接近下至点位置附近，此时发动机处于做功冲程，根据不同工况所需的燃油量的比例分布，此时完成第二次燃油喷射，即喷油器经二次喷油缺口向曲轴箱内喷入适量原油，形成均质混合气，等到下次进气及扫气过程时进入气缸，作为燃烧需要的基本能量，由于混合气混合时间较长，混合较为均匀，可以有效降低HC和CO排放。
4、在一定喷油脉宽条件下，当总燃料量一定时，当把燃油分为两次喷射时，能够使燃油和空气充分混合，提高可燃混合气热值；同时减少由于曲轴箱喷油时扫气过程的燃油消耗，二次喷射时能够使混合更加均匀，燃烧更充分。
附图说明
图1为本发明内部结构剖视图。
图中：1-缸盖，2-气缸，3-排气道，4-喷油器，5-扫气道，6-活塞，7-二次喷油缺口，8-曲轴箱。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明所使用的自由活塞发动机是基于二冲程直喷发动机改造设计，其中所述的上止点、下至点为活塞能够到达的距离发电机最远和最近的距离，曲轴箱是指发动机活塞与发电机之间的密闭区域，并不是严格意义上的相应结构位置。
一种基于两次喷油的自由活塞发动机燃油喷射方法，包括缸盖1、气缸2、活塞6，缸盖1上设有火花塞，气缸2上设有排气道3、扫气道5，
还包括喷油器4，喷油器4设在气缸2上，活塞6侧壁开有配合喷油器4的二次喷油缺口7；
如图1所示喷油器4设在气缸2上，二次喷油缺口7一般配合喷油脉宽设计相应的长度，可以是长轴较长的椭圆，也可以是长孔，这样既保证了二次喷油不受影响，又保证了活塞强度，在不影响活塞强度的前提下，可以设计为图中所示的为圆形。
燃油喷射方法如下，以活塞从下止点上行开始：
一、活塞6上行，至活塞顶在喷油器4的喷嘴下部距离a时，喷油器4喷油，在气缸2内形成局部加浓混合气，此处是喷出的燃料经活塞顶反射，在燃烧室内形成的，活塞6继续上行压缩混合气；
在气缸2内形成局部加浓混合气，点燃混合气后形成的巨大压力迫使活塞6运动到下止点，采用此种方法可以实现局部混合气浓度较大，但整体混合气浓度较低的混合气分布，可以有效降低燃油消耗，提高燃油经济性。
二、如上段所述，火花塞点火，点燃混合气的压力推动活塞6下行，至活塞顶在喷油器4的喷嘴上部距离b时，喷油器4喷油，燃料经二次喷油缺口7喷射至曲轴箱8，等到下次循环进气及扫气过程时进入气缸；
第一次喷射完成后，活塞6运动到接近下至点位置附近，此时发动机处于做功冲程，此时完成第二次燃油喷射，即喷油器4经二次喷油缺口7向曲轴箱8内喷入适量原油，形成均质混合气，等到下次进气及扫气过程时进入气缸2，作为燃烧需要的基本能量，由于混合气混合时间较长，混合较为均匀，可以有效降低HC和CO排放。
三、活塞6继续下行，扫气道5的扫气口打开，曲轴箱8内的上次循环形成的均质混合气通过扫气道5进入气缸2参与扫气。
在一定喷油脉宽条件下，当总燃料量一定时，当把燃油分为两次喷射时，能够使燃油和空气充分混合，提高可燃混合气热值；同时减少由于曲轴箱8喷油时扫气过程的燃油消耗，二次喷射时能够使混合更加均匀，燃烧更充分。
根据不同工况所需的燃油量的比例分布，将用于实现局部加浓的燃油喷射到燃烧室。一般的二冲程自由活塞发动机，只有处于中等负荷工况时才采用两次燃油喷射，其他工况条件采用单次喷油，即把二次喷射取消。
喷油量m＝μ(2ρΔP)0.5，μ为喷油器有限流通面积，ρ为燃油密度，ΔP为喷油器4油路内和气缸内的压力差，由于活塞6到达上止点时缸内压力基本一致，燃油密度不变，喷油器4流通面积不变，因此上述两次朋友只需要调节喷油脉宽即可。
所述a的取值范围是9-11mm，所述b的取值范围是9-11mm。
所述喷油器倾斜向下安装在气缸上，喷油器的喷嘴距下止点距离范围为26-28mm
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于两次喷油的自由活塞发动机燃油喷射方法，包括缸盖、气缸、活塞，缸盖上设有火花塞，气缸上设有排气道、扫气道，
其特征是，还包括喷油器，喷油器设在气缸上，活塞侧壁开有配合喷油器的二次喷油缺口；
燃油喷射方法如下，以活塞从下止点上行开始：
一、活塞上行，至活塞顶在喷油器的喷嘴下部距离a时，喷油器喷油，在气缸内形成局部加浓混合气，活塞继续上行压缩混合气；
二、火花塞点火，点燃混合气的压力推动活塞下行，至活塞顶在喷油器的喷嘴上部距离b时，喷油器喷油，燃料经二次喷油缺口喷射至曲轴箱，等到下次循环进气及扫气过程时进入气缸；
三、活塞继续下行，扫气道的扫气口打开，曲轴箱内的上次循环形成的均质混合气通过扫气道进入气缸参与扫气。
2.根据权利要求1所述的一种基于两次喷油的自由活塞发动机燃油喷射方法，其特征是，所述a的取值范围是9-11mm，所述b的取值范围是9-11mm。
3.根据权利要求2所述的一种基于两次喷油的自由活塞发动机燃油喷射方法，其特征是，所述喷油器倾斜向下安装在气缸上，喷油器的喷嘴距下止点距离范围为26-28mm。
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