CN111396190A - 一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统 - Google Patents

一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中小型三角转子发动机的燃料供给系统,尤其涉及有关中小型煤油三角转子发动机双喷油器喷射方法,属于三角转子发动机领域。该系统同时采用两个喷油器在不同位置喷射煤油,燃烧过程所需要的煤油主要由第一喷油器提供,第二喷油器喷射少量燃油,起到引燃的效果。可以精确控制每个喷油器的喷射时间和喷油量,实现分点和分时喷射,在保持转子发动机大的功率质量比的同时达到较好的雾化效果,实现可靠点燃,解决煤油转子发动机雾化不好,燃烧效率低,排放高的问题,提升中小型煤油转子发动机的性能。

Description

一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统
技术领域
本发明涉及一种中小型三角转子发动机的燃料供给系统,尤其涉及有关中小型煤油三角转子发动机双喷油器喷射方法,属于三角转子发动机领域。
背景技术
三角转子发动机属于内燃机的一种,具有特殊的几何结构和运动方式。与传统往复式活塞发动机相比具有结构简单、体积小、质量轻、高速性能好、噪声低、振动小,功率重量比高等优点,在许多领域得到了广泛的应用,特别是军事领域。由于其功率重量比高,体积小,质量轻,噪声小,应用在无人机、巡飞弹领域可以增大载荷,并能减少总体的质量和体积,增强隐蔽性,有利于军事侦查。
随着单一燃料概念的提出,军用特种车辆需要采用具有低挥发性的单一燃料覆盖所有的车辆和设备,最大限度地提高燃料与战区各种发动机的相容性,提高安全性,减小后勤供应压力。目前最常使用的柴油普遍适用陆地发动机,不适合航空发动机。与柴油相比,航空煤油具有较高的热值和稳定性,便于储存和携带,安全性高,在军事领域具有巨大潜力。
航空煤油比汽油的黏度高,低温流动性差,因此雾化效果要比汽油差,影响了发动机的燃烧效果,甚至导致发动机启动困难。且由于煤油辛烷值低,自燃温度低,导致火焰传播速度慢,燃烧粗暴,易发生爆震。因此如何使煤油达到较好的雾化效果,在不发生爆震的前提下提高燃烧效率成为一个亟待解决的问题。
作为三角转子发动机燃料喷射系统的核心部件,喷油器的安装位置、燃料喷射方向和喷射时间对发动机的雾化过程影响很大,在很大程度上决定着整个三角转子发动机的动力性和排放性。用于三角转子发动机的燃料喷射方式主要分为两种,进气道预混合喷射与缸内直喷,可根据燃料的特性选择不同的喷射方式。目前对煤油三角转子发动机的研究还较少,相关技术中常见的煤油三角转子发动机均采用单喷油器的缸内直喷方式。Yao Lu等人(Yao Lu,Jianfeng Pan,Baowei Fan,Peter Otchere,Wei Chen,BiaoCheng.Research on the application of aviation kerosene in a direct injectionrotary engine-Part 1:Fundamental spray characteristics and optimizedinjection strategies[J].Energy Conversion and Management,2019,195.)将单一喷油器安装在具有进气道一侧的气缸壁面上,位置在缸体长轴轴线与火花塞之间,即由单一喷油器提供燃烧过程需要的所有煤油,如图1所示。
该种单一喷油器的喷射方式,为了缩短火焰传播距离,将喷油器安装在缸体长轴轴线与火花塞之间,此时缸内具有较高的温度和压力,对喷油器和喷射压力具有较高要求,一般需要配置高压油泵提供10MPa以上的高压。此种喷射方式,会增加附件重量,降低三角转子发动机的功率重量比,并增加整个三角转子发动机的体积,无法满足飞行器和巡飞弹体积小重量轻的使用要求。若将喷油器安装在进气道与缸体长轴轴线之间,靠近进气道的位置,此时缸内温度和压力较低,对喷油器的要求较低,但是很难达到理想的雾化效果。因此单一的喷油器喷射方式很难在保证具有较大功率重量比的同时使煤油具有良好的雾化效果,且不发生爆震,得到理想的燃烧效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有中小型煤油三角转子发动机单一喷油器喷射方式重量和体积过大,雾化不好,燃烧效率低,不能满足使用需求的问题,提供一种中小型煤油转子发动机双喷油系统;该系统同时采用两个喷油器在不同位置喷射煤油,燃烧过程所需要的煤油主要由第一喷油器提供,第二喷油器喷射少量燃油,起到引燃的效果。可以精确控制每个喷油器的喷射时间和喷油量,实现分点和分时喷射,在保持转子发动机大的功率质量比的同时达到较好的雾化效果,实现可靠点燃,解决煤油转子发动机雾化不好,燃烧效率低,排放高的问题,提升中小型煤油转子发动机的性能。
本发明的目的通过下述技术装置实现:
本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,包括三角转子发动机、供油系统,火花塞和电控ECU;在三角转子发动机缸体侧壁上开设两个喷油器安装孔,分别用于安装第一喷油器和第二喷油器;所述第一喷油器位于进气道附近;第二喷油器靠近火花塞;通过第二喷油器喷出的煤油用于引燃;还包括缸内温度传感器、缸内压力传感器、霍尔传感器、磁铁、油箱、燃油滤清器、油泵和燃油压力调节器。
所述第一喷油器安装孔中轴线与所述进气道截面中心与偏心轴中心连线之间的角度为α,α是三角形转子依次扫过进气道截面中心与第一喷油器中轴线,转子转过的角度,其中同一时间,转子转过的角度与偏心轴转角的比值为1:3。
所述第一喷油器的具体安装位置是由缸内环境以及煤油的蒸发特性决定的。三角转子发动机在压缩过程中,缸内工质温度随着偏心轴转角的增大而升高,故不同的安装位置处缸内工质温度不同。考虑不同温度下煤油的蒸发特性,在进气道后α角度范围内,存在一角度使煤油的雾化效果较好。该角度对应的气缸位置即为第一喷油器的安装位置。
所述第一喷油器的喷射方向沿着转子的转动方向,利用转子的运动动能促进混合气的形成,以得到较好的流场分布。
所述第一喷油器的喷射方向与气缸之间的夹角应>30°,以减少煤油在气缸壁面上的附着,减少“湿壁”现象。
所述第二喷油器与所述火花塞相邻布置,所述第二喷油器安装孔中轴线与缸体短轴轴线之间的夹角为γ,具体角度可根据火花塞与喷油器的几何尺寸确定,一方面为了将煤油直接喷入燃烧室,减少混合气形成对进气涡流的依赖,以增加点火时刻火花塞附近的燃油量,提高燃烧效率,应尽可能使第二喷油器靠近火花塞,但需要预留出火花塞与第二喷油器安装的相对位置和相对角度。
所述第一喷油器采用低压喷射的方式喷射燃烧过程所需要的大部分煤油(97~99%);所述第二喷油器采用高压喷射的方式仅喷射少量燃油(1~3%),主要起到引燃的作用。
所述第二喷油器的喷射方向与指向火花塞一侧水平线之间的夹角应在30~90°之间,在保证燃油在点火时刻直接喷入火花塞附近的同时,使燃油尽可能分布在燃烧室的前中部,有利于燃烧。
所述第一喷油器,第二喷油器均安装在气缸厚度的中心位置,即距离三角转子发动机的前后端盖具有相同的距离。
所述火花塞安装在燃烧室对应部位的缸体短轴轴线处,且处于气缸厚度的中心位置。
所述电控ECU通过偏心轴转动扫过霍尔传感器产生的脉冲信号,分别控制第一喷油器和第二喷油器的喷油量和喷射时间,以及控制火花塞的点火时刻。
所述电控ECU直接驱动第一喷油器和第二喷油器上的电磁开关,通过控制喷油脉宽来控制喷油器的开启时间,从而实现对喷油量的精确控制。
所述电控ECU根据霍尔传感器传递的转子位置信号,直接驱动火花塞点火,点燃燃烧室内的可燃混合气。
所述第一喷油器在相应的压缩冲程前期开始喷射,一方面有足够时间增进煤油与新鲜空气之间的混合,形成均匀的混合气;另一方面此时缸内的温度和压力刚开始增加,略高于大气压,能够降低对喷油器的要求,所需喷射压力较低,仅为0.3~0.4MPa。
所述第二喷油器在相应的燃烧冲程进行喷射,以增强涡流强度,保证火花塞附近有合理的燃油浓度,引发燃料燃烧,提高燃烧效率。
本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统的工作方法为:带有燃烧室凹坑的三角形转子在发动机气缸中做复杂的行星运动,三个顶角扫过的路径即为发动机气缸型线。气缸是中小型煤油三角转子发动机中不参与复杂旋转运动的固定件,其与三角形转子在径向将发动机气缸内部空间分割成三个独立的工作室。每个工作室分别单独完成进气、压缩、膨胀做功、排气四个冲程。随着三角形转子的转动,工作室的容积不断变化,当工作室容积达到最小时,则称该工作室达到了压缩上止点,称该工作室为燃烧室。第一喷油器、第二喷油器和火花塞均安装在气缸壁上。第一喷油器安装在进气道附近,具体位置应根据缸内温度传感器、压力传感器测得的温度、压力,并结合外设油泵条件要求以及煤油在不同温度下的蒸发性综合确定。第二喷油器安装在缸体长轴轴线与火花塞之间,且更靠近火花塞一侧。所述火花塞分布在第一燃烧室内,安装在气缸厚度的中心位置。第二喷油器位置尽可能靠近火花塞,有利于将煤油直接喷入燃烧室,减少混合气形成对进气涡流的依赖,以增加点火时刻火花塞附近的燃油量,提高燃烧效率。但是第二喷油器与火花塞之间的距离也不能无限缩小,在保证点火时刻火花塞附近的燃油量时,应预留出火花塞与第二喷油器安装的相对位置和相对角度。
第一喷油器的喷射方向为顺气流方向,即沿着转子的转动方向进行喷射,可以利用转子的运动动能促进混合气的形成,以得到较好的流场分布,加快火焰传播速度。喷射方向与缸壁之间应有一定夹角,避免燃油直接喷射到气缸壁面上,以减少煤油在缸壁上的附着,减少“湿壁”现象。第二喷油器的喷射方向应偏向火花塞,既应与气缸壁面保持一定角度,减少气缸壁面的燃油附着,也应避免将燃油垂直喷入燃烧室,保证喷射方向顺应转子运动方向,使煤油分布在燃烧室的前中部。这样既能利用转子的转动动能,在保证燃油喷入火花塞附近的同时减少燃油在气缸壁面上的附着,又能缩短火焰传播距离,避免爆震倾向。
随着偏心轴的转动,安装在偏心轴输出端平衡重上的磁铁就会扫过霍尔传感器,从而产生一个脉冲信号。当磁铁扫过霍尔传感器时,缸体上止点与输出轴上止点之间的夹角β是一定的,电控ECU可根据脉冲信号出现的时刻确定三角转子的位置,从而控制喷油时刻和点火时刻。喷油时,电控ECU驱动电动油泵将燃油泵出,经过油管进入燃油压力调节器,使油管中产生一定压力的燃油,供给到喷油器进行喷油,多余的燃油通过压力调节器回流到油箱。电控ECU分别控制两个喷油器的喷油量和喷射时间,能够实现分点和分时喷射。第一喷油器负责喷射燃烧过程所需要的大部分燃油,第二喷油器仅喷射少量燃油,主要起到引燃的作用。第一喷油器在压缩冲程前期进行喷射,此时缸内的温度和压力刚开始增加,温度、压力略高于环境条件。温度升高有利于雾化,低压力可实施性强,可采用低压喷射的方式,降低了对喷油器的要求,降低喷射压力。且此时将大部分煤油喷入燃烧室,使煤油与新鲜空气之间有充足的时间进行混合,形成均匀的混合气。由于三角转子发动机的压缩比较低,大部分煤油在压缩冲程前期喷入燃烧室,导致上止点附近的压力和温度偏低,及其不利于附壁燃料的快速蒸发和扩散,为此使第二喷油器在燃烧过程进行喷射,将燃油直接喷入燃烧室,仅提供少量燃油,用于引燃。以增强涡流强度,保证点火时刻火花塞附近有合理的燃油浓度,引发燃料燃烧,实现可靠点火,有利于发动机的稳定工作。
有益效果:
1.本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,其中第一喷油器和第二喷油器均安装在缸体壁面上,可避免进气道喷射方式中喷油正时与三角转子相位配合不准确导致的部分混合气从排气道中泄漏的现象和煤油雾化不好的问题。
2.本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,其中第一喷油器在压缩冲程前期进行喷射,可以采用低压喷射的方式,降低缸内直喷系统对喷油压力的要求,有利于减少附件重量,提高中小型煤油三角转子发动机的功率重量比。
3.本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,能够使大部分煤油在压缩冲程前期进行喷射,使煤油在整个燃烧室内有足够的时间与空气充分、均匀的混合,解决中小型煤油三角转子发动机雾化不好,流场分布不理想的问题。
4.本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,第一喷油器的喷射方向沿着转子的转动方向,即采用顺气流的方向进行喷射,可以促进燃烧室内涡流的形成,加快火焰传播速度,降低爆震倾向。
5.本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,燃烧过程需要的大部分燃油均有第一喷油器提供,其中第二喷油器仅需喷射少量燃油,达到引燃的效果即可,不需要较高的喷射压力,对第二喷油器的要求大大降低,可降低附件重量,减小设备的总体体积。
6.本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,其中第二喷油器在燃烧冲程进行喷射,一方面保证点火时刻火花塞附近有足够的燃油,一方面能够弥补压缩上止点附近低温低压不利于附壁燃料快速蒸发和扩散的缺点,实现可靠点燃,解决煤油三角转子发动机燃烧效率低,排放高的问题。
7.本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,其中第二喷油器的喷射方向指向火花塞,能够利用三角转子发动机单向流动特性,使可燃混合气集中分布在燃烧室的中前部,缩短火焰传播距离,减少煤油爆燃倾向,提升中小型煤油三角转子发动机的性能。
附图说明
图1为传统中小型煤油三角转子发动机喷油装置示意图。
图2为本实施例公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统结构与工作原理图。
图3为本实施例公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统三角转子位置检测原理图。
其中:1—进气道;2—气缸;3—转子;4—燃烧室;5—偏心轴;6—第一喷油器;7—第二喷油器;8—火花塞;9—缸内温度传感器;10—缸内压力传感器;11—霍尔传感器;12—油箱;13—燃油滤清器;14—油泵;15—燃油压力调节器,16—电控ECU;17—磁铁。
具体实施方式
现在结合附图对本发明进行进一步详细的说明,这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构及其工作方式,因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1:
图2所示为本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,包括三角转子发动机、供油系统,火花塞8和电控ECU16;其特征在于:在三角转子发动机缸体2侧壁上开设两个喷油器安装孔,分别用于安装第一喷油器6和第二喷油器7;所述第一喷油器6位于进气道1附近;第二喷油器7靠近火花塞8;通过第二喷油器7喷出的煤油用于引燃;还包括缸内温度传感器9、缸内压力传感器10、霍尔传感器11、磁铁17、油箱12、燃油滤清器13、油泵14和燃油压力调节器15。
所述第一喷油器的具体安装位置是由缸内环境以及煤油的蒸发特性决定的。三角转子发动机在压缩过程中,缸内工质温度随着偏心轴转角的增大而升高,故不同的安装位置处缸内工质温度不同。考虑不同温度下煤油的蒸发特性,在进气道后α角度范围内,存在一角度使煤油的雾化效果较好。本实施例通过数值模拟得到缸内温度和压力与偏心轴转角的关系,当第一喷油器6安装孔中轴线与所述进气道1截面中心与偏心轴5中心连线之间的角度为α为30°时,即三角形转子3依次扫过进气道1中轴线与第一喷油器6中轴线时转子3转过了30°CA,偏心轴5转过了90°CA。此时缸内的温度为415K,压力为0.15MPa有利于煤油的蒸发和雾化,该角度对应的气缸位置即为第一喷油器的安装位置。
所述第一喷油器6的喷射方向沿着转子3的转动方向,利用转子3的运动动能促进混合气的形成,以得到较好的流场分布。
所述第一喷油器6的喷射方向与气缸2之间的夹角为45°,以减少煤油在气缸2壁面上的附着,减少“湿壁”现象。
所述第二喷油器7与所述火花塞8相邻布置,所述第二喷油器安7装孔中轴线与缸体短轴轴线之间的夹角γ为22°,一方面可以将煤油直接喷入燃烧室4,减少混合气形成对进气涡流的依赖,以增加点火时刻火花塞8附近的燃油量,提高燃烧效率,一方面预留出了火花塞8与第二喷油器7安装的相对位置和相对角度。
所述第一喷油器6采用低压喷射的方式喷射燃烧过程所需要的大部分煤油(97~99%);所述第二喷油器7采用高压喷射的方式仅喷射少量燃油(1~3%),主要起到引燃的作用。
所述第二喷油器7的喷射方向与指向火花塞8一侧水平线之间的夹角为60°,在保证燃油在点火时刻直接喷入火花塞8附近的同时,使燃油尽可能分布在燃烧室4的前中部,有利于燃烧。
所述第一喷油器6,第二喷油器7均安装在气缸厚度的中心位置,即距离三角转子发动机的前后端盖具有相同的距离。
所述火花塞8安装在燃烧室4对应部位的缸体短轴轴线处,且处于气缸厚度的中心位置。
所述电控ECU 16通过偏心轴5转动扫过霍尔传感器11产生的脉冲信号,分别控制第一喷油器6和第二喷油器7的喷油量和喷射时间,以及控制火花塞8的点火时刻。
所述电控ECU 16直接驱动第一喷油器6和第二喷油器7上的电磁开关,通过控制喷油脉宽来控制喷油器的开启时间,从而实现喷油量的精确控制。
所述电控ECU 16根据霍尔传感器11传递的转子3位置信号,直接驱动火花塞8点火,点燃燃烧室4内的可燃混合气,所述实施例中的火花塞8点火时刻为上止点前20°CA,图2中三角转子位置对应的时刻为上止点位置。
所述第一喷油器6的喷油时刻为上止点前240°CA,在相应的压缩冲程前期开始喷射,一方面有足够时间增进煤油与新鲜空气之间的混合,形成均匀的混合气;另一方面此时缸内的温度和压力刚开始增加,略高于大气压,能够降低对喷油器的要求,所需喷射压力较低,仅为0.3~0.4MPa。
所述第二喷油器7的喷射时间为上止点前66°,在相应的燃烧冲程进行喷射,以增强涡流强度,保证火花塞8附近有合理的燃油浓度,引发燃料燃烧,提高燃烧效率,此时缸内的压力为1MPa,只需提供略大于缸内压力的喷射压力即可,无需附加高压油泵。
本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统的工作方法为:带有燃烧室凹坑的三角形转子3在发动机气缸2中做复杂的行星运动,三个顶角扫过的路径即为发动机气缸型线。气缸2是中小型煤油三角转子发动机中不参与复杂旋转运动的固定件,其与三角形转子3在径向将发动机气缸内部空间分割成三个独立的工作室。每个工作室分别单独完成进气、压缩、膨胀做功、排气四个冲程。随着三角形转子3的转动,工作室的容积不断变化,当工作室容积达到最小时,则称该工作室达到了压缩上止点,称该工作室为燃烧室4。第一喷油器6、第二喷油器7和火花塞8均安装在气缸2壁上。第一喷油器6安装在进气道1附近,具体位置应根据缸内温度传感器9、压力传感器10测得的温度、压力,并结合外设油泵条件要求以及煤油在不同温度下的蒸发性综合确定。第二喷油器7安装在缸体长轴轴线与火花塞8之间,且更靠近火花塞8一侧。所述火花塞8分布在第一燃烧室4内,安装在气缸厚度的中心位置。第二喷油器7位置尽可能靠近火花塞8,有利于将煤油直接喷入燃烧室4,减少混合气形成对进气涡流的依赖,以增加点火时刻火花塞8附近的燃油量,提高燃烧效率。但是第二喷油器7与火花塞8之间的距离也不能无限缩小,在保证点火时刻火花塞8附近的燃油量时,应预留出火花塞8与第二喷油器安装7的相对位置和相对角度。
第一喷油器6的喷射方向为顺气流方向,即沿着转子3的转动方向进行喷射,可以利用转子3的运动动能促进混合气的形成,以得到较好的流场分布,加快火焰传播速度。喷射方向与缸壁之间应有一定夹角,避免燃油直接喷射到气缸2壁面上,以减少煤油在缸壁上的附着,减少“湿壁”现象。第二喷油器7的喷射方向应偏向火花塞8,既应与气缸2壁面保持一定角度,减少气缸2壁面的燃油附着,也应避免将燃油垂直喷入燃烧室4,保证喷射方向顺应转子3运动方向,使煤油分布在燃烧室4的前中部。这样既能利用转子3的转动动能,在保证燃油喷入火花塞8附近的同时减少燃油在气缸2壁面上的附着,又能缩短火焰传播距离,避免爆震倾向。
随着偏心轴5的转动,如图3所示,安装在偏心轴5输出端平衡重上的磁铁17就会扫过霍尔传感器11,从而产生一个脉冲信号。当磁铁17扫过霍尔传感器11时,缸体上止点与输出轴上止点之间的夹角β是一定的,电控ECU 16可根据脉冲信号出现的时刻确定三角转子3的位置,从而控制喷油时刻和点火时刻。喷油时,电控ECU 16驱动电动油泵14将燃油从油箱12中泵出,经过燃油滤清器进入燃油压力调节器15,使油管中产生一定压力的燃油,供给到喷油器进行喷油,多余的燃油通过燃油压力调节器15回流到油箱12。电控ECU 16分别控制两个喷油器的喷油量和喷射时间,能够实现分点和分时喷射。第一喷油器6负责喷射燃烧过程所需要的大部分燃油,第二喷油器7仅喷射少量燃油,主要起到引燃的作用。第一喷油器6在压缩冲程前期进行喷射,此时缸内的温度和压力刚开始增加,温度、压力略高于环境条件。低压力可实施性强,高温利于雾化可采用低压喷射的方式,降低了对喷油器的要求,降低喷射压力。且此时将大部分煤油喷入燃烧室4,使煤油与新鲜空气之间有充足的时间进行混合,形成均匀的混合气。由于三角转子发动机的压缩比较低,大部分煤油在压缩冲程前期喷入燃烧室4,导致上止点附近的压力和温度偏低,及其不利于附壁燃料的快速蒸发和扩散,为此使第二喷油器7在燃烧过程进行喷射,将燃油直接喷入燃烧室,仅提供少量燃油,用于引燃。以增强涡流强度,保证点火时刻火花塞8附近有合理的燃油浓度,引发燃料燃烧,实现可靠点火,有利于发动机的稳定工作。
本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统应用于在小型巡飞弹平台上应用的航空煤油转子发动机,其功率大于5KW,结构本体最大外轮廓直径小于等于150mm。通过试验和仿真分析可得,与相同用途的中小型煤油三角转子发动机相比,在相同输出功率的情况下,采用本发明公开的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统的煤油转子发动机总体体积可减小30%左右,附件重量仅为传统附件重量的1/5,并可达到良好的雾化效果,实现可靠点燃,避免爆震现象,提高燃效效率,降低排放。
以上所述的具体描述,对发明的目的、技术装置和有益效果进行了详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例,用于解释本发明,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,包括三角转子发动机、供油系统,火花塞和电控ECU;其特征在于:在转子发动机缸体侧壁上开设两个喷油器安装孔,分别用于安装第一喷油器和第二喷油器;所述第一喷油器位于进气道附近;第二喷油器靠近火花塞;通过第二喷油器喷出的煤油用于引燃;还包括缸内温度传感器、缸内压力传感器、霍尔传感器、磁铁、油箱、燃油滤清器、油泵和燃油压力调节器;
所述第一喷油器安装孔中轴线与所述进气道截面中心与偏心轴中心连线之间的角度为α,α是三角形转子依次扫过进气道中轴线与第一喷油器中轴线,转子转过的角度,其中同一时间,转子转过的角度与偏心轴转角的比值为1:3。
2.如权利要求1所述的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,其特征在于:所述第一喷油器的喷射方向沿着转子的转动方向,利用转子的运动动能促进混合气的形成,以得到较好的流场分布。
3.如权利要求1所述的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,其特征在于:所述第一喷油器的喷射方向与气缸之间的夹角应>30°,以减少煤油在气缸壁面上的附着,减少“湿壁”现象。
4.如权利要求1所述的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,其特征在于:所述第二喷油器与所述火花塞相邻布置,所述第二喷油器安装孔中轴线与缸体短轴轴线之间的夹角为γ,具体角度γ需根据火花塞与喷油器的几何尺寸确定,需保证一方面能够将煤油直接喷入燃烧室,减少混合气形成对进气涡流的依赖,以增加点火时刻火花塞附近的燃油量,提高燃烧效率,应尽可能使第二喷油器靠近火花塞,但需要预留出火花塞与第二喷油器安装的相对位置和相对角度。
5.如权利要求4所述的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,其特征在于:所述第二喷油器的喷射方向与指向火花塞一侧水平线之间的夹角应在30~90°之间,在保证燃油在点火时刻直接喷入火花塞附近的同时,使燃油尽可能分布在燃烧室的前中部,有利于燃烧。
6.如权利要求1所述的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,其特征在于:所述第一喷油器采用低压喷射的方式喷射燃烧过程所需要的大部分煤油(97~99%);所述第二喷油器采用高压喷射的方式仅喷射少量燃油(1~3%),主要起到引燃的作用;
所述第一喷油器和第二喷油器均安装在气缸厚度的中心位置,即距离三角转子发动机的前后端盖具有相同的距离;
所述第一喷油器在相应的压缩冲程前期开始喷射,一方面有足够时间增进煤油与新鲜空气之间的混合,形成均匀的混合气;另一方面此时缸内的温度和压力刚开始增加,略高于大气压,能够降低对喷油器的要求,所需喷射压力较低,仅为0.3~0.4MPa;
所述第二喷油器在相应的燃烧冲程进行喷射,以增强涡流强度,保证火花塞附近有合理的燃油浓度,引发燃料燃烧,提高燃烧效率。
7.如权利要求1所述的一种中小型煤油三角转子发动机双喷油系统,其特征在于:所述系统的工作方法为:带有燃烧室凹坑的三角形转子在发动机气缸中做复杂的行星运动,三个顶角扫过的路径即为发动机气缸型线;气缸是中小型煤油三角转子发动机中不参与复杂旋转运动的固定件,其与三角形转子在径向将发动机气缸内部空间分割成三个独立的工作室;每个工作室分别单独完成进气、压缩、膨胀做功、排气四个冲程;随着三角形转子的转动,工作室的容积不断变化,当工作室容积达到最小时,则称该工作室达到了压缩上止点,称该工作室为燃烧室;第一喷油器、第二喷油器和火花塞均安装在气缸壁上;第一喷油器安装在进气道附近,具体位置应根据缸内温度传感器、压力传感器测得的温度、压力,并结合外设油泵条件要求以及煤油在不同温度下的蒸发性综合确定;第二喷油器安装在缸体长轴轴线与火花塞之间,且更靠近火花塞一侧;所述火花塞分布在第一燃烧室内,安装在气缸厚度的中心位置;第二喷油器位置尽可能靠近火花塞,有利于将煤油直接喷入燃烧室,减少混合气形成对进气涡流的依赖,以增加点火时刻火花塞附近的燃油量,提高燃烧效率;但是第二喷油器与火花塞之间的距离也不能无限缩小,在保证点火时刻火花塞附近的燃油量时,应预留出火花塞与第二喷油器安装的相对位置和相对角度;
第一喷油器的喷射方向为顺气流方向,即沿着转子的转动方向进行喷射,可以利用转子的运动动能促进混合气的形成,以得到较好的流场分布,加快火焰传播速度;喷射方向与缸壁之间应有一定夹角,避免燃油直接喷射到气缸壁面上,以减少煤油在缸壁上的附着,减少“湿壁”现象;第二喷油器的喷射方向应偏向火花塞,既应与气缸壁面保持一定角度,减少气缸壁面的燃油附着,也应避免将燃油垂直喷入燃烧室,保证喷射方向顺应转子运动方向,使煤油分布在燃烧室的前中部;这样既能利用转子的转动动能,在保证燃油喷入火花塞附近的同时减少燃油在气缸壁面上的附着,又能缩短火焰传播距离,避免爆震倾向;
随着偏心轴的转动,安装在偏心轴输出端平衡重上的磁铁就会扫过霍尔传感器,从而产生一个脉冲信号;当磁铁扫过霍尔传感器时,缸体上止点与输出轴上止点之间的夹角β是一定的,电控ECU可根据脉冲信号出现的时刻确定三角转子的位置,从而控制喷油时刻和点火时刻;喷油时,电控ECU驱动电动油泵将燃油泵出,经过油管进入燃油压力调节器,使油管中产生一定压力的燃油,供给到喷油器进行喷油,多余的燃油通过压力调节器回流到油箱;电控ECU分别控制两个喷油器的喷油量和喷射时间,能够实现分点和分时喷射;第一喷油器负责喷射燃烧过程所需要的大部分燃油,第二喷油器仅喷射少量燃油,主要起到引燃的作用;第一喷油器在压缩冲程前期进行喷射,此时缸内的温度和压力刚开始增加,温度、压力略高于环境条件;温度升高有利于雾化,低压力可实施性强,可采用低压喷射的方式,降低了对喷油器的要求,降低喷射压力;且此时将大部分煤油喷入燃烧室,使煤油与新鲜空气之间有充足的时间进行混合,形成均匀的混合气;由于三角转子发动机的压缩比较低,大部分煤油在压缩冲程前期喷入燃烧室,导致上止点附近的压力和温度偏低,及其不利于附壁燃料的快速蒸发和扩散,为此使第二喷油器在燃烧过程进行喷射,将燃油直接喷入燃烧室,仅提供少量燃油,用于引燃;以增强涡流强度,保证点火时刻火花塞附近有合理的燃油浓度,引发燃料燃烧,实现可靠点火,有利于发动机的稳定工作。
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