考慮排氣損失的動(dòng)態(tài)決定最佳點(diǎn)火角度的一種方法
【專利摘要】對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)．當(dāng)氣缸內(nèi)工質(zhì)壓力高于外界環(huán)境壓力時(shí)，打開排氣閥，將使得部分進(jìn)氣可用能直接排出沒有參與膨脹做功，要盡量避免此類損失的產(chǎn)生，通過限制發(fā)動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速可消際此類排氣損失：當(dāng)氣缸內(nèi)工質(zhì)壓力低于外界環(huán)境壓力時(shí)．排氣閥沒有打開將產(chǎn)生反向扭矩，使得發(fā)動(dòng)機(jī)做負(fù)功，負(fù)功的存往，將抵消部分氣動(dòng)出動(dòng)機(jī)的做功功率，降低工氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，要消除此閥排氣損失需修改活塞排氣閥的結(jié)構(gòu)方式，基于不同工況得到了進(jìn)排氣壓力損失隨工況變化特性，數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明；進(jìn)、排氣道壓力損失導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率和效率下降，且在各個(gè)運(yùn)行工況下均有大于2％的輸出功率損失和不小于0．5％的效率降低，可見進(jìn)排氣壓力損失的影響不可忽略。
【專利說明】考慮排氣損失的動(dòng)態(tài)決定最佳點(diǎn)火角度的一種方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及考慮排氣損失的動(dòng)態(tài)決定最佳點(diǎn)火角度的一種方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混合氣在燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的熱，同時(shí)壓力也大幅度上升。但氣體在一個(gè)工作循環(huán)中對(duì)活塞所做的功(指示功)并沒有能全部地由發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸輸出變?yōu)橛杏霉?。這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)、排氣、燃燒時(shí)間、運(yùn)動(dòng)機(jī)件的摩擦(主要是活塞環(huán)與汽缸壁的摩擦)、潤滑油黏度等方面都要消耗一部分功。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的熱能沒有全部轉(zhuǎn)化為有用功，只有少部分熱量參與推動(dòng)活塞、帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，其中一部分以排氣方式排到大氣中去了，這一部分能量損失叫做排氣損失，排氣損失約占總能量的40%左右。一般把進(jìn)排氣損失，稱為泵氣損失。通常情況下，當(dāng)活塞到達(dá)下止點(diǎn)之前，排氣門必須提前打開，如果排氣門不提前開啟，缸內(nèi)廢氣壓力仍能推動(dòng)活塞下行。由于排氣門提前打開，使發(fā)動(dòng)機(jī)損失了一部分能量，這部分損失和泵氣損失加在一起叫做換氣損失。
[0003]下一個(gè)能量損失是冷卻損失。燃料燃燒之后，一部分熱量傳遞給了機(jī)油。金屬零件溫度過高將產(chǎn)生一系列問題，機(jī)油溫度過高將降低機(jī)油的潤滑能力。為此必須對(duì)上述部分進(jìn)行冷卻，這就需要布置冷卻風(fēng)扇、散熱器和機(jī)油冷卻器，利用上述冷卻裝置冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，并最終把熱能散發(fā)到大氣中去。一般情況下，冷卻損失約占總能量的20%左右。
[0004]由于各種原因，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒得不夠充分，難免會(huì)產(chǎn)生未燃的碳?xì)浠衔?CH)，從而使汽油的熱量不能完全釋放出來。一般常使用燃燒效率來評(píng)價(jià)燃燒的好壞。這當(dāng)中，燃燒室形狀、化油器性能、點(diǎn)火系性能、進(jìn)氣效率等因素都直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本專利通過對(duì)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)研究，在最佳點(diǎn)火時(shí)刻的條件明確的情況下，每個(gè)周期內(nèi)的做功與點(diǎn)火時(shí)刻呈現(xiàn)二次方程的關(guān)系，同時(shí)，由于保證燃燒過程中不出現(xiàn)爆震的情況，扭矩最大的最佳點(diǎn)火角度與熱發(fā)生率以及上止點(diǎn)位置相關(guān)。如上關(guān)系為本專利核心，即考慮排氣損失的動(dòng)態(tài)決定最佳點(diǎn)火角度的一種方法。
【具體實(shí)施方式】
[0006]下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。
[0007]實(shí)施例:
發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)進(jìn)、排氣道均帶來較大的壓力損失，如額定工況時(shí)壓力損失分別達(dá)到2000Pa和3200Pa左右，隨著工況的增大，進(jìn)、排氣通道的壓損增加大于線性趨勢，近似于二次趨勢，這是由于工況增加帶來更大的通道流量和更快的氣體流速，造成氣流湍流程度及阻力損失增大；同工況下排氣道壓力損失大于進(jìn)氣道壓力損失，在額定工況時(shí)排氣道壓力損失比進(jìn)氣道壓力損失大1200Pa左右，其原因主要有兩條，一是排氣流道中的廢氣高溫高速，極易形成劇烈的湍流，二是廢氣成分與空氣存在物性差異，且溫度遠(yuǎn)高于進(jìn)氣，相比之下黏性更大。
[0008]當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)到接近上止點(diǎn)位置時(shí)，上止點(diǎn)頂柱將排氣閥往下壓，迫使排氣閥被壓緊關(guān)閉，同時(shí)活塞頂柱將進(jìn)氣道止氣球閥往上頂，使得彈簧被壓縮，進(jìn)氣閥被打開，高壓氣體進(jìn)入氣缸內(nèi)，推動(dòng)活塞往下移動(dòng)，隨著活塞向下移動(dòng)，彈簧將產(chǎn)生向下的回復(fù)力，迫使進(jìn)氣道止氣球閥向下運(yùn)動(dòng)，從而關(guān)閉進(jìn)氣道。當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)到接近下止點(diǎn)位置時(shí)，下止點(diǎn)頂柱將排氣閥往上頂。迫使排氣閥被頂松打開，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)開始排氣，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)頂柱將排氣閥關(guān)閉，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)完成了排氣過程，并開始執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)，這一個(gè)循環(huán)中，活塞的上下運(yùn)動(dòng)通過曲柄與連桿轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了氣體的壓力能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。
[0009]—類排氣損失的實(shí)質(zhì)即為部分進(jìn)氣可用能被排出氣缸外。影響排氣損失大小的因素為最大工作容積。因此合理控制排氣時(shí)氣缸的最大工作容積移。使移。這對(duì)改善排氣損失有較大的意義?；钊艢馐綒鈩?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)一旦設(shè)計(jì)定型，曲軸處于恒轉(zhuǎn)速狀態(tài)，進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣體積均處于定值，不可能去改變最大工作容積。要消除此類排氣損失，可采取回收排出氣體的方法，或者采用兩級(jí)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合工作方式。
[0010]另一類排氣損失的實(shí)質(zhì)即為部分進(jìn)氣可用能被用于抵消反向扭矩作用。影響排氣損失大小的因素為最大工作容積。因此合理控制排氣時(shí)氣缸的最大工作容積對(duì)改善排氣損失有較大的意義。活塞排氣式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)一旦設(shè)計(jì)定型，曲軸處于恒轉(zhuǎn)速狀態(tài)，進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣體積均處于定值，也不可能去改變最大工作容積。要消除此類排氣損失，可采取修改活塞排氣閥結(jié)構(gòu)方式的方法，當(dāng)氣缸內(nèi)壓力P等于外界環(huán)境壓力時(shí)，活塞排氣閥自動(dòng)打開，從而達(dá)到消除反向扭矩的目的。
[0011]針對(duì)排氣損失原因，對(duì)活塞排氣閥進(jìn)行改進(jìn)，在排氣閥彈簧，活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)關(guān)閉時(shí)，排氣閥彈簧被拉伸，由于氣缸內(nèi)氣體壓力大于排氣閥彈簧回復(fù)力，排氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)。隨著活塞的向下移動(dòng)，氣缸內(nèi)的氣體壓力將逐漸降低。若活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，該氣缸壓力仍大于排氣閥彈簧的回復(fù)力，此時(shí)排氣閥被下止點(diǎn)頂柱打開，從而排氣，只不過此時(shí)進(jìn)氣可用能有一部分被排出氣缸外，因此要避免這種情況的發(fā)生，需限制發(fā)動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速；若活塞未運(yùn)行到下止點(diǎn)，氣缸內(nèi)壓力小于排氣閥彈簧的回復(fù)力，排氣閥將由于彈簧回復(fù)力的作用被打開，氣缸內(nèi)的氣體與外界連通，汽缸內(nèi)的氣體壓力小于外界氣體壓力的情況就不會(huì)出現(xiàn)，從而消除了因?yàn)榉聪蚺ぞ兀苊饬税l(fā)動(dòng)機(jī)做負(fù)功。
[0012]活塞在z=-10、-60mm處的瞬時(shí)速度隨曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向變化分布可見:在30?160度CA，活塞開始進(jìn)氣行程，氣門進(jìn)氣，分布圖中表現(xiàn)為負(fù)值，即氣體向下增大，平均流速IV。也顯示為負(fù)值，這表明此時(shí)由于燃燒室空間較小，吸入氣體對(duì)缸內(nèi)的尚存氣體的流態(tài)方向起主導(dǎo)作用。在瞬時(shí)速度出現(xiàn)間斷的地方，表明Z=-1Omm的測量點(diǎn)在該轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，激光被活塞遮擋住，不能測量。在z=-60mm處，由于此時(shí)燃燒室空間較大，不存在被遮擋情況。2種情況下都是在曲軸轉(zhuǎn)角30?60。CA時(shí)得到轉(zhuǎn)速的最大值(絕對(duì)值)，此時(shí)的速度變動(dòng)強(qiáng)度也為最大。曲軸轉(zhuǎn)角240。CA，進(jìn)氣行程終了，由于壓縮行程的開始，壓縮行程的流速受活塞上升的影響變化正值，與進(jìn)氣行程的瞬時(shí)流速的變動(dòng)相比，其分布幅度變得狹小，而且穩(wěn)定在某一值上。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角為450?570度CA之間，在膨脹階段后半程即將結(jié)束，排氣門也從即將打開到完全打開的時(shí)間段內(nèi)，出現(xiàn)速度變動(dòng)幅度改變大的情況，這是由于排氣過程的逆流所致，在驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)特有的現(xiàn)象。
【權(quán)利要求】
1.汽油機(jī)的輸出過程中，排氣損失與冷卻損失與燃發(fā)動(dòng)機(jī)的型制以及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等運(yùn)轉(zhuǎn)因子有關(guān)，可以用得出的公式予以表示，式中，排氣損失與點(diǎn)火延遲角成正比，冷卻損失與點(diǎn)火延遲角成反比，損失總和與凸輪位置成二次式時(shí)，此時(shí)的點(diǎn)火時(shí)刻為最佳點(diǎn)火角度， 由于爆震的破壞，熱傳導(dǎo)率在爆震發(fā)生時(shí)急劇增加，點(diǎn)火時(shí)刻的提前與冷卻損失成三次式的激增，點(diǎn)火時(shí)刻提前時(shí)，冷卻損失相應(yīng)激增，導(dǎo)致汽缸內(nèi)氣體壓力急速加大， 改變?nèi)紵趯?dǎo)致最佳點(diǎn)火角度大幅度變化，從最佳點(diǎn)火角度來看，各個(gè)損失的因子基本沒有改變，與此同時(shí)，損失的最小值也沒有發(fā)生改變， 排氣損失和冷卻損失的和最小時(shí)的壓縮比，和燃燒能率最大時(shí)的壓縮比是一致的，并且在斷熱層附近，冷卻損失基本沒有發(fā)生，僅僅是發(fā)生了排氣損失。
【文檔編號(hào)】F02P5/04GK103807078SQ201210443161
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月8日
【發(fā)明者】邵永松 申請人:鎮(zhèn)江潤欣科技信息有限公司