CN111997774B - 一种可控散热的发动机燃烧室系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种可控散热的发动机燃烧室系统及控制方法，包括气缸壁、汽缸盖，汽缸盖位于气缸壁之上，汽缸盖里安装发动机气门，气缸壁内部设置发动机活塞，所述气缸壁包括气缸外壁和气缸内壁，气缸外壁和气缸内壁之间设置温控环，温控环分别连接第一控温螺栓和第二控温螺栓。本发明根据发动机实际工况条件需求，控制燃烧室内的热氛围。本发明与其他相应调节燃烧室内热传导技术方案最大的区别在于是根据发动机不同工况需求，通过对位于气缸壁中温控环行程的调节，即可以满足发动机全工况范围对缸内热环境调节的需求，使发动机更高效的运转，从而实现发动机全工况范围内灵活工作。

Description

一种可控散热的发动机燃烧室系统及控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种发动机及控制方法，具体地说是发动机燃烧室及燃烧方法。

背景技术

随着排放法规的日益严格，相应地对内燃机也提出了更高的要求。为了使内燃机满足未来高效节能的需求，科学家们提出了多种多样的技术手段去实现这一目的。一方面，在发动机处于中高负荷时，为了满足热效率提高的需求，发动机得到了不断强化，随之导致燃烧室内热负荷越来越大，及时调控缸内热负荷是专家学者们面临的一个新的挑战。另一方面，在发动机冷启动过程以及处于小负荷运转过程中，由于缸内以及环境温度较低，因此需要在燃烧室内迅速建立一个适用于燃料高效快速燃烧的氛围。在过去很长一段时间，许多学者针对燃烧室通过分别在气缸壁以及活塞表面覆盖热障涂层以满足低散热的需求。Taymaz等人在柴油机中使用热障涂层，发动机缸套温度明显升高，油耗降低。Durat等人利用燃烧室部分喷涂的方法，结果显示部分负荷下HC排放降低，并且对于边界火焰淬熄区域有所改善。Parlak等人研究了MgO-ZrO涂层对汽油机燃烧的影响，发现涂层的加入可大幅度降低HC排放，并且在中小负荷下未发现爆震的产生。综上，可以看出涂层的加入在一定程度上可以优化发动机燃烧过程中的热损失，本质而言涂层影响了发动机燃烧室内的传热过程。但在发动机中使用涂层这一技术手段现阶段还存在一定缺点，就是涂层适用的发动机工况范围较窄，还无法使发动机达到全工况范围适用。

发明内容

本发明的目的在于提供在一定程度上满足发动机全工况范围运转需求的一种可控散热的发动机燃烧室系统及控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种可控散热的发动机燃烧室系统，包括气缸壁、汽缸盖，汽缸盖位于气缸壁之上，汽缸盖里安装发动机气门，气缸壁内部设置发动机活塞，其特征是：所述气缸壁包括气缸外壁和气缸内壁，气缸外壁和气缸内壁之间设置温控环，温控环分别连接第一控温螺栓和第二控温螺栓。

本发明一种可控散热的发动机燃烧室系统还可以包括：

1、气缸内壁顶端与汽缸盖相连，气缸外壁顶端与汽缸盖之间设置气孔，气孔连通温控环上方的气缸外壁和气缸内壁之间的空间。

2、第一控温螺栓和第二控温螺栓推动温控环移动，从而改变温控环上方的气缸外壁和气缸内壁之间空间的大小。

3、温控环的行程完全覆盖活塞的工作行程。

本发明一种可控散热的发动机燃烧控制方法，其特征是：采用权利要求1所述的可控散热的发动机燃烧室系统：

发动机处于冷启动或者低速小负荷时，控制温控螺柱使温控环下行至最低处，此时气缸外壁和气缸内壁中充满空气，减小气缸壁的综合导热系数，使缸内热环境迅速达到冷启动或小负荷工况所需的热氛围；

发动机处于中高负荷时，通过调节温控螺柱，使温控环上行至最高处，增大气缸壁的综合导热系数，传导发动机在大负荷时气缸内的热量，减轻燃烧室部件的热负担，使发动机正常运转工作。

本发明的优势在于：本发明根据发动机实际工况条件需求，控制燃烧室内的热氛围。本发明与其他相应调节燃烧室内热传导技术方案最大的区别在于是根据发动机不同工况需求，通过对位于气缸壁中温控环行程的调节，即可以满足发动机全工况范围对缸内热环境调节的需求，使发动机更高效的运转，从而实现发动机全工况范围内灵活工作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-2，本发明是一种可控散热的发动机燃烧室系统，包括一套温控环调节系统、气缸壁进排气系统、发动机进排气系统以及活塞运动系统。所述温控环调节系统包括发动机气缸壁1、温控环2、控温螺柱3和控温螺柱8，位于气缸壁1上的控温螺柱3和控温螺柱8可根据发动机实际工况条件，调节温控环2的上下行程，从而改变气缸壁的综合导热系数；所述气缸壁进排气系统包括气孔9和气孔10，当调节温控环2的上下行程时，气缸壁中会产生一定真空空间，通过气孔9和气孔10可导入和排出进入真空空间的空气，实现气缸壁综合比热容的改变；所述发动机进排气系统包括发动机汽缸盖5、发动机气门6和发动机气门7，通过控制气门6和气门7的升程，调节进入发动机燃烧室内的空气量；所述活塞运动系统包括发动机活塞4，当发动机运行在不同工况条件时，需要向外界输出不同的功率和扭矩，通过发动机活塞4的往复运动产生足够的动力输出。所述发动机气缸壁综合导热系数的调节方法：利用控温螺柱3和控温螺柱8调节温控环2的上下行程，填充或削减发动机气缸壁中的空气量，改变气缸壁的综合比热容。以满足发动机处于不同工况条件时，对燃烧室热氛围的需求，全工况范围内对发动机的工作过程进行优化。

利用可控散热的燃烧室系统在下述几种工况下工作时的表现：

针对发动机处于冷启动或者低速小负荷时，控制温控螺柱使温控环下行至最低处。此时气缸壁中充满空气，减小气缸壁的综合导热系数，因此可以起到较好的保温作用，使缸内热环境迅速达到冷启动或小负荷工况所需的热氛围。

对于发动机处于中高负荷时，可以通过调节温控螺柱，使温控环上行至最高处，使温控环的行程完全覆盖活塞的工作行程。增大气缸壁的综合导热系数，可以有效传导发动机在大负荷时气缸内的热量，减轻燃烧室部件的热负担，使发动机正常运转工作。

本发明实现了发动机燃烧室内温度灵活可控，从而满足冷启动/小负荷运转时缸内较高温度的需求，以及中高负荷时缸内强化散热的需要，从而使发动机在宽广的工况范围内高效运行。本发明基于由温控螺柱调节温控环的行程，控制气缸壁综合导热系数的方法，由温控环将气缸壁分割成两个部分。本发明提出一种可控散热的发动机燃烧室系统，包括一套温控环调节系统、气缸壁进排气系统、发动机进排气系统以及活塞运动系统。所述该可控散热燃烧室装置的温控环调节系统是由位于气缸壁中的两个温控螺柱，根据发动机的实际工况需求，调节温控环的行程，用以改变发动机燃烧室的综合导热系数；所述气缸壁进排气系统是位于发动机气缸壁与气缸盖连接处，开通两个气孔，用以根据位于气缸壁中的温控环行程，填充或排出由温控环位移改变形成的空隙体积；所述发动机进排气系统是当发动机正常工作时，新鲜空气由进气门进入燃烧室内，燃烧后的废气由排气门带出燃烧室外；所述活塞运动系统是燃料喷入燃烧室内后，燃料燃烧推动活塞上下运动，使发动机向外界输出动力。

利用该可控散热的发动机燃烧室系统，通过调节温控螺柱的行程可得到不同气缸壁的导热系数。如当发动机处于冷启动或者小负荷工况条件时，可通过温控螺柱调节，使温控环下行至最低处。此时气缸壁中充满空气，由于空气的导热系数仅为0.026W/(m·K)，相较于铸铁60W/(m·K)和铸铝147W/(m·K)的导热系数要低很多，因此可以起到较好的保温作用，使缸内热环境迅速达到冷启动或小负荷工况所需的热氛围。而当发动机处于中高负荷时，可以通过调节温控螺柱，使温控环上行至最高处，令温控环的行程完全覆盖活塞的工作行程。本发明中温控环可利用导热系数较高的材质制成，例如纯铜401W/(m·K)的导热系数要比原气缸壁材质铸铁或者铸铝高很多，可以有效传导发动机在大负荷时气缸内的热量，减轻燃烧室部件的热负担，使发动机正常运转工作。综上，本发明可使发动机在全负荷工况内，燃烧室内的热氛围灵活可调，极大程度地优化了发动机的工作过程。

Claims (3)

1.一种可控散热的发动机燃烧室系统，包括气缸壁、汽缸盖，汽缸盖位于气缸壁之上，汽缸盖里安装发动机气门，气缸壁内部设置发动机活塞，其特征是：所述气缸壁包括气缸外壁和气缸内壁，气缸外壁和气缸内壁之间设置温控环，温控环分别连接第一控温螺栓和第二控温螺栓；

气缸内壁顶端与汽缸盖相连，气缸外壁顶端与汽缸盖之间设置气孔，气孔连通温控环上方的气缸外壁和气缸内壁之间的空间；

温控环的行程完全覆盖活塞的工作行程。

2.根据权利要求1所述的一种可控散热的发动机燃烧室系统，其特征是：第一控温螺栓和第二控温螺栓推动温控环移动，从而改变温控环上方的气缸外壁和气缸内壁之间空间的大小。

3.一种可控散热的发动机燃烧控制方法，其特征是：采用权利要求1所述的可控散热的发动机燃烧室系统：

发动机处于冷启动或者低速小负荷时，控制温控螺柱使温控环下行至最低处，此时气缸外壁和气缸内壁中充满空气，减小气缸壁的综合导热系数，使缸内热环境迅速达到冷启动或小负荷工况所需的热氛围；

发动机处于中高负荷时，通过调节温控螺柱，使温控环上行至最高处，增大气缸壁的综合导热系数，传导发动机在大负荷时气缸内的热量，减轻燃烧室部件的热负担，使发动机正常运转工作。

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