CN203476523U - 内燃机稀薄燃烧多次点燃装置 - Google Patents

Abstract

内燃机稀薄燃烧多次点燃装置，包括气缸、空气调节器、燃油调节器、点火器和控制器，所述空气调节器和所述燃油调节器分别安装在气缸的进气门，所述点火器安装在气缸上，位于气缸的进气门处的所述控制器分别与空气调节器、燃油调节器和点火器电连接；所述点火器为能够在一个冲程中多次点火的火花塞，或在一个冲程中分别点火的火花塞组；本实用新型解决了稀薄燃烧时一次点火燃烧不充分的问题，既能够保证内燃机有较高的空燃比，节约了燃料，又能够确保稀薄燃烧中烃类和一氧化碳充分燃烧，减少了对环境的污染。

Description

内燃机稀薄燃烧多次点燃装置

技术领域

本实用新型涉及内燃机技术领域，特别涉及内燃机稀薄燃烧多次点燃装置。

背景技术

内燃机的空燃比是内燃机在进气冲程中吸入气缸的空气与燃料（气、油等）重量之比，也就是说，混合气中的空气与燃油的比例称为空燃比。汽油与空气混合燃烧时，空气量过多或者过少都不能有效进行燃烧，造成浪费和污染。汽油完全燃烧所必需的空气比例，可以根据理论计算得到，一般对于汽油的理论空燃比为14.7，柴油和天然气的理论空燃比则不同。但在稀薄燃烧内燃机中，是将以更为稀薄的混合气，即空燃比大于理论空燃比，很显然随着空燃比的增加，内燃机油耗明显地下降，且随着空气所占的比例增加，工质的绝热指数逐渐接近于空气的绝热指数，从理论上看，混合气越稀，绝热指数越大，热效率也越大，在空燃比达到无限大时，热效率达到最大值。同时由于稀燃内燃机一般不受到高负荷时的爆燃极限的限制，可以采用较高压缩比，促使燃烧速度加快，有利于热效率的提高。另外当空燃比增加时氧气越足，烃类和一氧化碳都能充分燃烧，污染越小，因此在内燃机不使其失火的前提下，应尽可能进行稀薄燃烧。

但是随着空燃比增加到一定程度，由于燃烧速度的降低可能会使燃烧不完全，碳氢化合物（HC）的排放会迅速增加。对于稀燃内燃机的空气燃油混合比达到25：1以上时，按照常规是无法点燃的，因此通常必须采用提高压缩比、分层燃烧和高能点火技术。采用由浓至稀的分层燃烧方式，是通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，空气燃油混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物（NOx），现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧为了提高燃烧的稳定性，另外实现高能点火和宽间隙火花塞均有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。尽管以上措施保障了内燃机在稀薄燃烧时的正常工作，但是提高压缩比、分层燃烧和高能点火不仅使内燃机结构复杂，也造成了NOx排放增加。

车用内燃机采用稀薄燃烧技术，能大幅度地提高燃油的经济性并改善内燃机的排放性能，但稀薄燃烧技术是建立在已有的提高压缩比、分层燃烧和高能点火的基础上。提高压缩比既受到气缸材料强度的限制，同时由于气缸内工质的温度不能超过燃料的燃点，所以压缩比不能太大，压缩比的提高是有限的。而分层燃烧是从柴油发动机移植来的技术，由于汽油、天然气等燃料中含硫量高，需要催化转化装置来处理油品中较高含量的硫，从而导致较高的NOx排放，这种技术在每辆车上的花费和所节省的油比起来并不划算，小排量发动机因为气缸容积小，分层燃烧的难度更大，效果更不理想，使得分层燃烧技术只能局限于较大缸径的内燃机。而且增加了NOx的排放，此技术不仅造成了结构复杂，而且在内燃机上应用特别是在小排量的内燃机上应用效果并不理想。高能点火技术不仅造成能量的浪费，同时也降低了点火***的寿命。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供内燃机稀薄燃烧多次点燃装置，解决了稀薄燃烧时一次点火燃烧不充分的问题，既能够保证内燃机有较高的空燃比，节约了燃料，又能够确保稀薄燃烧中烃类和一氧化碳充分燃烧，减少了对环境的污染。

为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

内燃机稀薄燃烧多次点燃装置，包括气缸1、空气调节器2和燃油调节器3，还包括点火器4和控制器5；所述空气调节器2为用于控制进入气缸1中的空气量的空气调节器，所述燃油调节器3为用于控制进入气缸1中的燃油量的燃油调节器，所述空气调节器2与燃油调节器3分别安装在气缸1的进气门6；所述点火器4为用于实现混合气体多次点火燃烧的点火器，所述点火器4安装在气缸1内；位于气缸1的进气门6处的所述控制器5分别与空气调节器2、燃油调节器3和点火器4电连接；所述点火器4为能够在一个冲程中多次点火的火花塞，或在一个冲程中分别点火的火花塞组。

所述内燃机稀薄燃烧多次点燃装置包括至少一个气缸1。

所述内燃机稀薄燃烧多次点燃装置的每个气缸1在一个冲程中的点火次数大于等于2。

所述点火器4包括用于在一个冲程中均匀脉冲点火的火花塞，或由多个火花塞组成的用于根据设定的脉宽和点火间隙依次点火的火花塞组。

所述点火器4的点火间隙为3-30毫秒，点火脉宽为1-20毫秒。

本实用新型的工作原理为：

本实用新型根据预先设定的点火脉宽a、点燃间隙b和点火次数n，在内燃机一个做功冲程，随着活塞8向上的压缩运动，点火器4中的火花塞多次点火或点火器4的火花塞组中的火花塞依次点火。实际设定的点火脉宽a、点火间隙b和点火次数n，能够根据内燃机结构、燃料品种、实际负荷、路面情况进行适时调整。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型设计是在解决点燃式内燃机稀薄燃烧时，可靠高效点火的关键技术，采用本设计能够使内燃机的稀薄燃烧更加充分，热效率提高。本实用新型设定点火脉宽a、点火间隙b和点火次数n，在前一次点火达到最佳效果时再次进行点火，重复点火n次，确保了内燃机在内部结构不变的情况下稀薄燃烧充分、省油和降低了NOx的排放量。本实用新型设计实际的点火脉宽a、点火间隙b和点火次数n，能够根据实际工况进行适时调整,从根本上消除了内燃机在稀薄燃烧状态下燃油或燃气燃烧不充分，燃料消耗高、污染严重的性能缺陷，并能够使用在各种机动车辆船舶、内燃机机器设备等的点燃式内燃机领域中。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的单缸内燃机多次点火间隙b和点火脉宽a的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1，本实用新型为内燃机稀薄燃烧多次点燃装置，包括气缸1、空气调节器2和燃油调节器3，还包括点火器4和控制器5；所述空气调节器2为用于控制进入气缸1中的空气量的空气调节器，所述燃油调节器3为用于控制进入气缸1中的燃油量的燃油调节器，所述空气调节器2与燃油调节器3分别安装在气缸1的进气门6；所述点火器4为用于实现混合气体多次点火燃烧的点火器，所述点火器4安装在气缸1内；位于气缸1的进气门6处的所述控制器5分别与空气调节器2、燃油调节器3和点火器4电连接；所述点火器4为能够在一个冲程中多次点火的火花塞，或在一个冲程中分别点火的火花塞组。

所述内燃机稀薄燃烧多次点燃装置包括至少一个气缸1。

所述内燃机稀薄燃烧多次点燃装置的每个气缸1在一个冲程中的点火次数大于等于2。

所述点火器4包括用于在一个冲程中均匀脉冲点火的火花塞，或由多个火花塞组成的用于根据设定的脉宽和点火间隙依次点火的火花塞组。

所述点火器4的点火间隙为3-30毫秒，点火脉宽为1-20毫秒。

参见图2，图2中a为点火脉宽，b为点火间隙，n为点火次数。横轴为时间，单位为毫秒（ms），纵轴为击穿电压，单位为千伏（KV）。火花塞首次点火时，点火脉宽为a，当点火过后时间到达点火间隙b后，火花塞第二次点火，经过第二个的点火间隙b后，火花塞再次点火，点火脉宽为a。依次类推，根据需要，其点火次数可以到n次，直至气缸内燃料充分燃烧。

本实用新型设计实际的点火脉宽a、点火间隙b和点火次数n，能够根据实际工况进行适时调整,使内燃机在稀薄燃烧状态下燃油充分燃烧。本实用新型所述的燃油包括汽油、天然气等。所述的内燃机稀薄燃烧多次点燃装置不仅适用于单缸内燃机也适用于多缸内燃机，能够应用在各种机动车辆船舶、内燃机机器设备等的点燃式内燃机领域中。

内燃机在一个工作周期中一共完成四个冲程，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。吸气冲程中进气门6打开，排气门7关闭，活塞8向下运动，汽油和空气的混合气进入气缸1。压缩冲程中进气门6和排气门7都关闭，活塞8向上运动，汽油与空气的混合气被压缩。把机械能转化成内能。做功冲程中压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使混合气猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压气体推动活塞8向下运动，带动曲轴转动，对外做功。四个冲程中只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是靠做功冲程的惯性完成的。把内能转化成机械能。排气冲程中进气门6关闭，排气门7打开，活塞8向上运动，把废气排出气缸1。

实施例一

内燃机在一个工作周期中完成四个冲程工作过程中，位于内燃机气缸1中的活塞8依靠上一个工作周期做功产生的惯性向下运动，控制器5分别控制位于进气门6的空气调节器2和燃油调节器3，调节进入气缸1的空气量和燃油量，在气缸1中空气和燃油混合，成为混合气。当活塞8运动到最低位置后再依靠惯性向上运动。控制器5中包括传感器，传感器感知的气缸1内的实际压缩比和空燃比，当空燃比达到控制器5中设定的点火理论空燃比时，控制器5控制点火器4开始点火。随着活塞8的继续运动，点火器4根据控制器5已经设定好的点火脉宽a、点燃间隙b和点火次数n进行点火，直至气缸1中的混合气燃烧完全。燃烧后产生动能推动活塞8向下运动，带动内燃机下一个工作周期再次工作。活塞8再次向下运动至最低点时依靠惯性带动向上运动，燃烧时产生废气在此时在通过排气门7排出。

控制器5控制点火器4的过程中，传感器感知的气缸1内的实际压缩比和空燃比，当空燃比达到控制器5中设定的点火理论空燃比时，控制器5产生一个均匀脉冲点火信号，发送给点火器4。信号的点火脉宽a、点燃间隙b和点火次数n是根据内燃机结构、燃料品种、实际负荷、路面情况进行设定的。点火器4中的火花塞根据均匀脉冲点火信号开始均匀脉冲式多次点火，直至气缸1中的混合气燃烧完全。整个点火过程发生在一个冲程中，即做功冲程。点火间隙b与火花塞线圈的功率和充电时间有关，一般情况下，点火间隙b为3-30毫秒；点火脉宽a与放电速度有关，一般情况下，点火脉宽a为1-20毫秒。

实施例二

内燃机在一个工作周期中完成四个冲程工作过程，同实施例一。

控制器5控制点火器4的过程中，传感器感知的气缸1内的实际压缩比和空燃比，当空燃比达到控制器5中设定的点火理论空燃比时，控制器5产生一个均匀脉冲点火信号，发送给点火器4。信号的点火脉宽a、点燃间隙b和点火次数n是根据内燃机结构、燃料品种、实际负荷、路面情况进行设定的。点火器4中设有包括多个火花塞的火花塞组，火花塞组中的火花塞同时或依次根据均匀脉冲点火信号开始均匀脉冲式多次点火，直至气缸1中的混合气燃烧完全。当火花塞组中火花塞的个数大于等于点火次数n时，火花塞依次点火至完成n次点火。当火花塞组中火花塞的个数小于点火次数n时，火花塞依次点火后，循环再次点火，直至完成n次点火且气缸1中的混合气燃烧完全。整个点火过程发生在一个冲程中，即做功冲程。点火间隙b与火花塞线圈的功率和充电时间有关，一般情况下，点火间隙b为3-30毫秒；点火脉宽a与放电速度有关，一般情况下，点火脉宽a为1-20毫秒。

实施例三

点火器4也能够不根据控制器5产生的均匀脉冲点火信号点火。

内燃机在一个工作周期中完成四个冲程工作过程中，位于内燃机气缸1中的活塞8依靠上一个工作周期做功产生的惯性向下运动，控制器5分别控制位于进气门6的空气调节器2和燃油调节器3，调节进入气缸1的空气量和燃油量，在气缸1中空气和燃油混合，成为混合气。当活塞8运动到最低位置后再依靠惯性向上运动。控制器5中包括传感器，传感器感知的气缸1内的实际压缩比和空燃比，当空燃比达到控制器5中设定的点火理论空燃比时，控制器5控制点火器4开始点火。随着活塞8继续运动，控制器5向点火器4发出再次点火控制信号，控制点火器4的点火，直至气缸1中的混合气燃烧完全。整个点火过程发生在一个冲程中，即做功冲程。

实施例四

本实用新型所述的内燃机稀薄燃烧多次点燃装置不仅适用于单缸内燃机也适用于多缸内燃机。对于多缸内燃机，其每一个气缸1中的工作原理和方法与单缸内燃机相同。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型并不局限上述所列举的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员根据本实用新型工作原理和上述给出的具体实施方式，做出的各种等同的修改、等同的替换、部件增减和重新组合，从而构成的新的实施方式都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.内燃机稀薄燃烧多次点燃装置，包括气缸（1）、空气调节器（2）和燃油调节器（3），其特征在于：还包括点火器（4）和控制器（5）；所述空气调节器（2）为用于控制进入气缸（1）中的空气量的空气调节器，所述燃油调节器（3）为用于控制进入气缸（1）中的燃油量的燃油调节器，所述空气调节器（2）与燃油调节器（3）分别安装在气缸（1）的进气门（6）；所述点火器（4）为用于实现混合气体多次点火燃烧的点火器，所述点火器（4）安装在气缸（1）内；位于气缸（1）的进气门6处的所述控制器（5）分别与空气调节器（2）、燃油调节器（3）和点火器（4）电连接；所述点火器（4）为能够在一个冲程中多次点火的火花塞，或在一个冲程中分别点火的火花塞组。

2.根据权利要求1所述的内燃机稀薄燃烧多次点燃装置，其特征在于：包括至少一个气缸（1）。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机稀薄燃烧多次点燃装置，其特征在于：每个气缸（1）在一个冲程中的点火次数大于等于2。

4.根据权利要求1所述的内燃机稀薄燃烧多次点燃装置，其特征在于：所述点火器（4）包括用于在一个冲程中均匀脉冲点火的火花塞，或由多个火花塞组成的用于根据设定的脉宽和点火间隙依次点火的火花塞组。

5.根据权利要求1或4所述的内燃机稀薄燃烧多次点燃装置，其特征在于：所述点火器（4）的点火间隙为3-30毫秒，点火脉宽为1-20毫秒。

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