專利名稱：可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活塞式發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域。目前活塞式發(fā)動機比較先進(jìn)的是高壓共軌柴油發(fā)動機和缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機。高壓共軌技術(shù)因其噴油霧化好、噴油時間精準(zhǔn)已被發(fā)動機廠廣泛采用。然而，無論采用何種技術(shù)的柴油發(fā)動機，在霧化柴油氣噴射入缸的瞬間，氣缸內(nèi)的高壓、高溫空氣足已令柴油爆燃，致使柴油發(fā)動機噪音較大。不過最致命的是，柴油發(fā)動機沒有象汽油發(fā)動機那樣，燃料與空氣有較長的混合時間，在不能與空氣進(jìn)行充分混合的情況下就被點燃，使得燃料不能完全及時燃燒，甚至有一部分沒有接觸到空氣的燃料，直接就被排出發(fā)動機，造成柴油發(fā)動機排放差、燃油效率低。看來，柴油發(fā)動機如果能夠解決燃料和空氣充分混合問題，柴油發(fā)動機將有很大開發(fā)潛力。缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機雖然做到了燃料與空氣充分混合后再燃燒，但壓縮比卻不能達(dá)到象柴油發(fā)動機那么高，因為汽油在高壓縮比情況下，會提前燃燒，使發(fā)動機產(chǎn)生爆振。似乎高壓縮比和空燃充分混合是發(fā)動機的一極端矛盾。目前發(fā)動機廠也正在致力于解決柴油發(fā)動機噪音大、排放差、燃油效率低問題。如果能考慮既能提高發(fā)動機的壓縮比，而且還能讓燃料與空氣進(jìn)行預(yù)先混合后再燃燒，這樣不僅具備了缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機的特性，而且還具備了柴油發(fā)動機高壓縮比的特性，發(fā)動機性能將獲得極大提升?！け景l(fā)明的目的在于提供一種具備高壓共軌柴油發(fā)動機特性和缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機特性，具備高壓縮比而且還能使燃料與空氣充分混合后再點火的發(fā)動機技術(shù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的，在高壓共軌柴油發(fā)動機基礎(chǔ)上，在發(fā)動機氣缸蓋上，布置一個可變?nèi)莘e的預(yù)混室，預(yù)混室容積的改變是通過凸輪推動柱塞上下運行實現(xiàn)的；預(yù)混室與氣缸接合部有閥片，與柱塞閥片實現(xiàn)預(yù)混室定時密封結(jié)構(gòu)，柱塞閥片與柱塞連動；在吸氣沖程，柱塞上升，預(yù)混室吸氣，吸氣沖程結(jié)束時，柱塞停止上升，閥片不關(guān)閉并保留一定間隙，以便在壓縮沖程預(yù)混室內(nèi)能進(jìn)入一定壓力的空氣；在壓縮沖程進(jìn)行到一定階段，預(yù)混室達(dá)到一定壓力后，閥片關(guān)閉，預(yù)混室成密封狀態(tài)，這時預(yù)混定內(nèi)空氣雖然達(dá)到一定溫度和壓力，但不足以使燃料燃燒；噴油嘴的噴口開在預(yù)混室內(nèi)，當(dāng)兩閥片將預(yù)混室封閉后，噴油嘴向預(yù)混室內(nèi)噴射高壓霧化燃料，霧化燃料與預(yù)混室內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)行混合后待命；當(dāng)壓縮沖程進(jìn)行到點火正時點時，柱塞快速向下運動，將預(yù)混室內(nèi)的空燃混合氣體迅速壓向活塞上部燃燒室內(nèi)，與燃燒室內(nèi)的高溫高壓空氣快速混合后點燃，活塞進(jìn)入做功沖程。這樣采用可變?nèi)莘e預(yù)混室結(jié)構(gòu)后，燃料與預(yù)混室內(nèi)的具有相當(dāng)壓縮比的空氣進(jìn)行預(yù)混合，無論發(fā)動機的壓縮比有多高，都不會提前點燃預(yù)混室內(nèi)的空燃混合氣體。這就解決了發(fā)動機高壓縮比情況下，燃料被提前點燃或不能與空氣充分混合就被點燃的問題。該發(fā)明發(fā)動機壓縮沖程接近點火正時時，柱塞上升到上止點，預(yù)混室容積最大；從做功沖程開始到吸氣沖程開始，柱塞下降到下止點，預(yù)混室容積最?。晃鼩鉀_程開始時，柱塞上升，預(yù)混室也進(jìn)行吸氣；吸氣沖程結(jié)束時，柱塞上升到接近上止點位置并保持不動。該發(fā)明預(yù)混室閥片、柱塞閥片上面都開有細(xì)孔，兩閥片細(xì)孔垂直方向相互交錯，預(yù)混室閥片安裝在預(yù)混室與發(fā)動機氣缸接合部，柱塞閥片隨柱塞一起動作，在壓縮沖程進(jìn)行到一定階段，柱塞上升到上止點，兩閥片重疊，將預(yù)混室封閉。該發(fā)明的壓縮沖程使預(yù)混室內(nèi)空氣達(dá)到預(yù)定壓縮比后，預(yù)混室在預(yù)混室閥片和柱塞閥片的作用下封閉，噴油嘴向預(yù)混室內(nèi)噴射霧化燃料，與預(yù)混室內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)行預(yù)先混合。該發(fā)明通過控制預(yù)混室閥片和柱塞閥片在壓縮沖程的關(guān)閉時機，來控制預(yù)混室內(nèi)的壓縮空氣的溫度和壓力，使預(yù)混室內(nèi)壓縮空氣的溫度被控制在燃料點火溫度以下，此時燃料在預(yù)混室內(nèi)并不燃燒。該發(fā)明發(fā)動機到達(dá)點火正時的一刻，柱塞迅速下降，預(yù)混室閥片、柱塞閥片打開，柱塞將預(yù)混室內(nèi)具有一定壓縮比和溫度的空燃混合氣體，通過預(yù)混室閥片上的細(xì)孔推到活塞上部的燃燒室內(nèi)，與燃燒室內(nèi)的高溫高壓空氣混合后迅速點燃。該發(fā)明柱塞閥片直徑與活塞上部燃燒室直徑相當(dāng)，并且在垂直方向相互對齊，這樣在點火正時柱塞迅速下降過程中，柱塞閥片與活塞上部燃燒室形成氣缸結(jié)構(gòu)，活塞上部燃燒室內(nèi)的壓縮空氣再次被壓縮并從柱塞閥片細(xì)孔向上噴出，與從預(yù)混室經(jīng)預(yù)混室閥片細(xì)孔噴出的空燃混合氣體形成對沖，使空燃混合氣體能夠進(jìn)一步與高溫高壓空氣進(jìn)行快速混合并燃燒。該發(fā)明通過加入外部壓縮空氣管路和控制系統(tǒng)，可在一定時刻，向預(yù)混室內(nèi)進(jìn)行增壓，降低預(yù)混室溫度，提高預(yù)混室內(nèi)空燃比，并使發(fā)動機工作在極限壓力。本發(fā)明的有益效果是，在發(fā)動機缸蓋上布置了一個預(yù)混室，預(yù)混室內(nèi)的壓力和溫度可通過控制預(yù)混室閥片和柱塞閥片將預(yù)混室封閉時機來控制，預(yù)混室內(nèi)空氣達(dá)到一定溫度和壓力后，兩閥片將預(yù)混室封閉，噴油嘴向預(yù)混室噴射霧化燃料，與預(yù)混室內(nèi)具有一定溫度的壓縮空氣混合，但不燃燒，實現(xiàn)了空氣與燃料的預(yù)混合；發(fā)動機點火正時時，柱塞迅速下降，將預(yù)混室內(nèi)的空燃混合氣體推向活塞上部燃燒室，活塞上部燃燒室內(nèi)的壓縮空氣被柱塞閥片再次壓縮后，向上噴射，與預(yù)混室內(nèi)噴射出的空燃混合氣體形成對沖，高溫高壓空氣與空燃混合氣體充分混合后將燃料點燃。綜上所述，燃料與壓縮空氣預(yù)先混合再與高溫高壓空氣進(jìn)行對沖后被點燃，燃料與空氣混合的非常充分，燃料燃燒的非常及時非常充分，同時發(fā)動機的壓縮比不受燃料限制，提高了發(fā)動機的動力性能、排放性能和燃料轉(zhuǎn)化率。


圖I、可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機排氣沖程原理圖。圖2、可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機吸氣沖程原理圖。圖3、可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機壓縮沖程原理圖。圖4、可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機點火正時原理圖。下面結(jié)合

對本發(fā)明作如下詳細(xì)描述。如圖I所示，發(fā)動機在排氣沖程，柱塞(I)位于下止點，此時預(yù)混室(3)的容積最小。如圖2所示，發(fā)動機在吸氣沖程，柱塞(I)向上運行，預(yù)混室(3)吸入空氣，柱塞
(I)在達(dá)到接近上止點時，保持不動，預(yù)混室閥片(4)和柱塞閥片(5)之間留有一定間隙，以便于壓縮沖程壓縮空氣能進(jìn)入預(yù)混室(3)。如圖3所示，發(fā)動機在壓縮沖程，初期預(yù)混室(3)未被預(yù)混室閥片(4)和柱塞閥片
(5)封閉，預(yù)混室(3)內(nèi)進(jìn)入一定壓力和溫度的壓縮空氣后，柱塞(I)向上運行并到達(dá)上止點，預(yù)混室閥片(4)和柱塞閥片(5)重疊，預(yù)混室閥片(4)和柱塞閥片(5)上的細(xì)孔垂直方向始終相互錯開，預(yù)混室閥片(4)和柱塞閥片(5)將預(yù)混室(3)封閉，此時噴油嘴(2)向預(yù)混室(3)內(nèi)噴射霧化燃料，與預(yù)混室(3)內(nèi)的具有一定溫度的壓縮空氣預(yù)混合。如圖4所示，發(fā)動機在壓縮沖程到達(dá)點火正時時，柱塞(I)迅速下降，預(yù)混室閥片(4)和柱塞閥片(5)分開，柱塞將預(yù)混室(3)內(nèi)的空燃混合氣體壓縮，并通過預(yù)混室閥片(4)上的細(xì)孔，向下噴射到活塞上部燃燒室(6)內(nèi)。柱塞閥片(5)直徑與活塞上部燃料室
(6)直徑相當(dāng)，柱塞閥片(5)與活塞上部燃料室(6)垂直相對，這樣柱塞閥片(5)與活塞上部燃燒室(6)形成氣缸結(jié)構(gòu)，柱塞閥片(5)隨柱塞(I)下降過程中，活塞上部燃燒室(6)內(nèi)的高溫高壓空氣再次被壓縮，并能過柱塞閥片(5)上的細(xì)孔向上噴射，與通過預(yù)混室閥片
(4)向下噴射的空燃混合氣體形成對沖，使空燃混合氣體與高溫高壓氣體充分混合后被點燃，發(fā)動機進(jìn)入做功沖程。
權(quán)利要求
1.一種可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機，由柱塞(I)、噴油嘴(2)、預(yù)混室(3)、預(yù)混室閥片(4)、柱塞閥片(5)、活塞上部燃燒室(6)、增壓空氣管路(7)組成；預(yù)混室(3)開在氣缸蓋上，柱塞(I)和預(yù)混室閥片(4)之間構(gòu)成預(yù)混室(3)，噴油嘴(2)的噴口開在預(yù)混室(3)內(nèi)，預(yù)混室(3)的容積由柱塞(I)的上升下降來改變。
2.如權(quán)利要求I所述的可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機，其特征在于發(fā)動機在接近點火正時時，柱塞(I)上升到上止點，預(yù)混室(3)容積最大；做功沖程開始到吸氣沖程開始，柱塞(I)下降到下止點，預(yù)混室(3)容積最?。晃鼩鉀_程開始時，柱塞(I)上升，預(yù)混室(3)也進(jìn)行吸氣；吸氣沖程結(jié)束時，柱塞(I)上升到接近上止點位置并保持不動。
3.如權(quán)利要求I所述的可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機，其特征在于預(yù)混室閥片(4)、柱塞閥片(5)上面都開有細(xì)孔，兩閥片細(xì)孔垂直方向相互交錯，預(yù)混室閥片(4)安裝在預(yù)混室(3)與發(fā)動機氣缸接合部，柱塞閥片(5)隨柱塞(I) 一起動作，在壓縮沖程進(jìn)行到一定階段，柱塞(I)上升到上止點，兩閥片重疊，將預(yù)混室(3)封閉。
4.如權(quán)利要求I所述的可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機，其特征在于壓縮沖程使預(yù)混室(3)內(nèi)空氣達(dá)到預(yù)定壓縮比后，預(yù)混室(3)在預(yù)混室閥片(4)和柱塞閥片(5)的作用下封閉，噴油嘴(2)向預(yù)混室(3)內(nèi)噴射高壓霧化燃料，與預(yù)混室(3)內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)行混合。
5.如權(quán)利要求I所述的可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機，其特征在于通過控制預(yù)混室閥片(4)和柱塞閥片(5)在壓縮沖程的關(guān)閉時機，來控制預(yù)混室(3)內(nèi)的壓縮空氣的溫度和壓力，使預(yù)混室(3)內(nèi)壓縮空氣的溫度被控制在燃料點火溫度以下，此時燃料在預(yù)混室(3)內(nèi)并不燃燒。
6.如權(quán)利要求I所述的可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機，其特征在于發(fā)動機到達(dá)點火正時的一刻，柱塞(I)迅速下降，預(yù)混室閥片(4)、柱塞閥片(5)打開，柱塞(I)將預(yù)混室(3)內(nèi)具有一定壓縮比和溫度的空燃混合氣體，通過預(yù)混室閥片(4)上的細(xì)孔推到活塞上部燃燒室￠)內(nèi)，與活塞上部燃燒室￠)內(nèi)的高溫高壓空氣混合后迅速點燃。
7.如權(quán)利要求I所述的可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機，其特征在于柱塞閥片(5)直徑與活塞上部燃燒室(6)直徑相當(dāng)，并且在垂直方向相互對齊，這樣在點火正時，柱塞(I)迅速下降過程中，柱塞閥片(5)與活塞上部燃燒室(6)形成氣缸結(jié)構(gòu)，活塞上部燃燒室(6)內(nèi)的壓縮空氣再次被壓縮并從柱塞閥片(5)細(xì)孔向上噴出，與從預(yù)混室(3)經(jīng)預(yù)混室閥片(4)細(xì)孔噴出的空燃混合氣體形成對沖，使空燃混合氣體能夠進(jìn)一步與高溫高壓空氣進(jìn)行快速混合并燃燒。
8.如權(quán)利要求I所述的可變?nèi)莘e預(yù)混室極限增壓發(fā)動機，其特征在于通過加入增壓空氣管路(7)，在一定時刻，向預(yù)混室(3)內(nèi)進(jìn)行增壓，降低預(yù)混室(3)溫度，提高預(yù)混室內(nèi)(3)空燃比，并使發(fā)動機工作在極限壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及活塞式發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)動機的壓縮比不受燃料限制。該發(fā)動機缸蓋上布置了一個預(yù)混室，預(yù)混室內(nèi)的壓力和溫度可通過控制預(yù)混室閥片和柱塞閥片對預(yù)混室封閉時機來控制，在壓縮沖程，預(yù)混室內(nèi)空氣達(dá)到一定溫度和壓力后，兩閥片將預(yù)混室封閉，噴油嘴向預(yù)混室噴射霧化燃料，與預(yù)混室內(nèi)的壓縮空氣預(yù)混合；發(fā)動機點火正時時，柱塞迅速下降，將預(yù)混室內(nèi)的空燃混合氣體推向活塞上部燃燒室，與活塞上部燃燒室向上噴射的高溫高壓空氣形成對沖，燃料與空氣充分混合后被點燃。該發(fā)明燃料與壓縮空氣預(yù)先混合再與高溫高壓空氣進(jìn)行對沖后被點燃，燃料能及時充分的燃燒，發(fā)動機的壓縮比不受燃料限制，提高了發(fā)動機的燃油效率、排放性能和動力性能。
文檔編號F02B3/02GK102979611SQ20111027651
公開日2013年3月20日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者苗春才 申請人:苗春才