一種預混合壓燃內(nèi)燃機及其運行方法
【專利摘要】一種預混合壓燃內(nèi)燃機及其運行方法，屬于壓燃內(nèi)燃機【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的曲軸通過軸承安裝于氣缸缸體內(nèi)，曲軸與連桿的一端相鉸接，連桿的另一端與活塞相鉸接；氣缸缸體的上部設置有腔室，活塞與氣缸缸體的腔室壁活動密封配合；在氣缸缸體的腔室壁上端設置有噴油器，在氣缸缸體頂端設置有氣缸蓋，在氣缸蓋與氣缸缸體之間分別設置有進氣門和排氣門，兩氣門分別與腔室相連通；調(diào)氣閥的一端與儲氣罐相連通，調(diào)氣閥的另一端通過氣缸蓋與腔室相連通。其運行方法包括啟動初期壓縮空氣預熱、啟動時預混合氣點火、預混合氣膨脹做功、向儲氣罐排入尾氣、吸氣完成時儲氣罐釋放尾氣及壓縮預混合氣，如此往復運行，內(nèi)燃機進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。
【專利說明】一種預混合壓燃內(nèi)燃機及其運行方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于壓燃內(nèi)燃機【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種預混合壓燃內(nèi)燃機及其運行方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在當下的內(nèi)燃機【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)，均質(zhì)壓燃（HCCI)技術(shù)已成為發(fā)展研究的重點，它具 有燃燒溫度低、熱效率高及污染排放低的特點，采用均質(zhì)壓燃（HCCI)技術(shù)的內(nèi)燃機，是最 有希望取代現(xiàn)今普遍使用的汽油內(nèi)燃機和柴油內(nèi)燃機，成為下一代內(nèi)燃機的主力。
[0003] 但是現(xiàn)今采用均質(zhì)壓燃（HCCI)技術(shù)的內(nèi)燃機仍有一些技術(shù)難題未能解決：
[0004] 1、燃燒始點難以控制
[0005] 采用壓燃方式，并不使用火花點火，只能通過改變壓縮比以及控制混合氣的初始 溫度，間接控制燃燒始點，以至于控制燃燒始點十分困難。
[0006] 2、運行范圍窄
[0007] 內(nèi)燃機在高負荷運行時，會受到爆震的限制，過低負荷運行時，又受到熄火的制 約，導致內(nèi)燃機只能運行在中低負荷狀態(tài)。
[0008] 3、啟動困難
[0009] 由于內(nèi)燃機啟動前，壓縮的是混合氣，而混合氣的初始溫度低，導致混合氣被初次 壓縮后很難達到燃燒始點。
[0010] 實現(xiàn)均質(zhì)壓燃（HCCI)的方式雖有多種，但現(xiàn)今普遍采用的是缸內(nèi)尾氣殘留方式 和尾氣再循環(huán)方式，即用尾氣預加熱缸內(nèi)冷空氣，并且調(diào)整尾氣的含量，實現(xiàn)對混合氣溫度 的控制，達到控制燃燒始點的目的。但是上述的方法均是以犧牲進氣量為代價的，對于缸內(nèi) 尾氣殘留方式，是在缸內(nèi)保留一部分尾氣，再吸入一部分新鮮空氣，以提高混合氣的初始溫 度；而尾氣再循環(huán)方式，是將尾氣和新鮮空氣同時吸入缸內(nèi)，以提高混合氣的初始溫度；這 就使新鮮空氣的吸入量大大減少，導致采用上述均質(zhì)壓燃（HCCI)技術(shù)的內(nèi)燃機，無法在高 負荷的狀態(tài)下正常運轉(zhuǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種在不影響進氣量的前提下，同時導入 尾氣加熱混合氣，具有一定增壓作用，燃燒始點更易控制的一種預混合壓燃內(nèi)燃機及其運 行方法。
[0012] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種預混合壓燃內(nèi)燃機，包括氣 缸缸體、曲軸、連桿、活塞、進氣門、排氣門、噴油器及氣缸蓋，其特點是還包括調(diào)氣閥和儲氣 罐；所述的曲軸通過軸承安裝于氣缸缸體內(nèi)，曲軸與連桿的一端相鉸接，連桿的另一端與活 塞相鉸接；所述氣缸缸體的上部設置有腔室，所述活塞與氣缸缸體的腔室壁活動密封配合； 在氣缸缸體的腔室壁上端設置有噴油器，在氣缸缸體頂端設置有氣缸蓋，在氣缸蓋與氣缸 缸體之間分別設置有進氣門和排氣門，進氣門和排氣門分別與腔室相連通；所述調(diào)氣閥的 一端與儲氣罐相連通，調(diào)氣閥的另一端通過氣缸蓋與腔室相連通。
[0013] 在所述的氣缸缸體內(nèi)至少設置有一個腔室，所述各個腔室均設置有與其配合的活 塞、噴油器、進氣門及排氣門，及與活塞相鉸接的連桿，所述各個連桿均與曲軸相鉸接；所 述各個腔室分別通過氣缸蓋與一個獨立的調(diào)氣閥相連通，所述各個調(diào)氣閥均與儲氣罐相連 通。
[0014] 所述的儲氣罐連接有溫度傳感器和壓力傳感器。
[0015] 所述的預混合壓燃內(nèi)燃機的運行方法，包括以下步驟：
[0016] 步驟一：內(nèi)燃機啟動階段初期，噴油器不執(zhí)行噴油工作，當活塞位于壓縮行程初期 位置時，調(diào)氣閥打開，腔室與儲氣罐處于相通狀態(tài)，直到活塞位于壓縮行程末期，活塞處于 上止點的位置時，調(diào)氣閥關(guān)閉，壓縮空氣被存儲在儲氣罐內(nèi)，當儲氣罐內(nèi)壓縮空氣的溫度和 壓力沒有達到預定值時，其中預定值為可以滿足燃料燃點的數(shù)值，重復上述動作，繼續(xù)將壓 縮空氣壓入儲氣罐內(nèi)，直到達到預定值為止；
[0017] 步驟二：開始啟動點火，活塞在壓縮行程初期位置時，調(diào)氣閥打開，儲氣罐內(nèi)高溫 高壓的壓縮空氣通過調(diào)氣閥進入腔室內(nèi)，同時活塞向上運行，且噴油器向腔室內(nèi)噴入適當 量的燃油，實現(xiàn)燃油與空氣的預混合；活塞繼續(xù)向上運行，直到腔室內(nèi)的壓力與儲氣罐內(nèi)的 壓力平衡時，調(diào)氣閥關(guān)閉，隨著活塞的繼續(xù)向上運行，預混合氣體的溫度和壓力不斷增高， 直到活塞到達壓縮行程的末期，預混合氣體的溫度和壓力均達到最大，并達到燃油燃點，預 混合氣體被點燃，同時進入做功行程；
[0018] 步驟三：在做功行程的初期，預混合氣體被點燃后體積迅速膨脹，推動活塞快速向 下運行，當活塞運行到做功行程中后期時，調(diào)氣閥打開，高溫高壓的尾氣通過調(diào)氣閥快速進 入儲氣罐內(nèi)，直到活塞臨近做功行程的末期，調(diào)氣閥關(guān)閉，并將高溫高壓的尾氣存儲在儲氣 罐內(nèi)；活塞運行到下止點時，做功行程結(jié)束，同時排氣門打開，活塞進入排氣行程階段，活塞 從下止點一直運行到上止點，同時排氣門關(guān)閉，進氣門打開，排氣行程結(jié)束，吸氣行程開始； 活塞從上止點向下運行，運行到下止點結(jié)束，腔室內(nèi)充滿新鮮冷空氣，吸氣行程結(jié)束，同時 進氣門關(guān)閉，壓縮行程開始；
[0019] 步驟四：活塞在壓縮行程初期位置時，調(diào)氣閥打開，儲氣罐內(nèi)高溫高壓的尾氣通過 調(diào)氣閥進入腔室內(nèi)，同時活塞向上運行，且噴油器向腔室內(nèi)噴入適當量的燃油，實現(xiàn)燃油與 空氣的預混合；活塞繼續(xù)向上運行，直到腔室內(nèi)的壓力與儲氣罐內(nèi)的壓力平衡時，調(diào)氣閥關(guān) 閉，隨著活塞的繼續(xù)向上運行，預混合氣體的溫度和壓力不斷增高，直到活塞到達壓縮行程 的末期，預混合氣體的溫度和壓力均達到最大，并達到燃油燃點，預混合氣體被點燃，同時 進入做功行程；如此往復運行，內(nèi)燃機進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果：
[0021] 1、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在不影響進氣量的前提下，同時導入尾氣加熱混合氣， 即在吸氣行程階段完成了新鮮空氣的吸入后，進氣門關(guān)閉，在壓縮行程階段將尾氣導入，由 于腔室內(nèi)吸入的新鮮空氣量是并未減少，同時又增加了后導入的尾氣，從而導致腔室內(nèi)總 進氣量是增加的，最終便起到了增壓的作用。
[0022] 2、本發(fā)明可以通過控制調(diào)氣閥來實現(xiàn)對尾氣量的控制，通過控制尾氣量的多少， 實現(xiàn)對預混合氣體的溫度和壓力的控制，從而達到控制燃燒始點的目的；通過控制尾氣量 的導入時間點，從而實現(xiàn)壓燃內(nèi)燃機在高、中、低負荷狀態(tài)下的穩(wěn)定運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的一種預混合壓燃內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)原理圖；
[0024] 圖中，1一氣缸缸體，2-曲軸，3-連桿，4一活塞，5-進氣門，6-排氣門，7-噴油 器，8-腔室，9 一氣缸蓋，10-調(diào)氣閥，11 一儲氣罐。

【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0026] 如圖1所示，一種預混合壓燃內(nèi)燃機，包括氣缸缸體1、曲軸2、連桿3、活塞4、進氣 門5、排氣門6、噴油器7、氣缸蓋9、調(diào)氣閥10及儲氣罐11 ;所述的曲軸2通過軸承安裝于 氣缸缸體1內(nèi)，曲軸2與連桿3的一端相鉸接，連桿3的另一端與活塞4相鉸接；所述氣缸 缸體1的上部設置有腔室8,所述活塞4與氣缸缸體1的腔室8壁活動密封配合；在氣缸缸 體1的腔室8壁上端設置有噴油器7,在氣缸缸體1頂端設置有氣缸蓋9,在氣缸蓋9與氣 缸缸體1之間分別設置有進氣門5和排氣門6,進氣門5和排氣門6分別與腔室8相連通； 所述調(diào)氣閥10的一端與儲氣罐11相連通，調(diào)氣閥10的另一端通過氣缸蓋9與腔室8相連 通。
[0027] 在所述的氣缸缸體1內(nèi)至少設置有一個腔室8,所述各個腔室8均設置有與其配合 的活塞4、噴油器7、進氣門5及排氣門6,及與活塞4相鉸接的連桿3,所述各個連桿3均與 曲軸2相鉸接；所述各個腔室8分別通過氣缸蓋9與一個獨立的調(diào)氣閥10相連通，所述各 個調(diào)氣閥10均與儲氣罐11相連通。
[0028] 所述的儲氣罐11連接有溫度傳感器和壓力傳感器。
[0029] 下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的一次運行過程：
[0030] 本實施例中，以汽油內(nèi)燃機為例，調(diào)氣閥10采用兩位兩通雙向氣控閥。
[0031] 步驟一：內(nèi)燃機啟動階段初期，噴油器7并不執(zhí)行噴油工作，當活塞4位于壓縮行 程初期位置時，調(diào)氣閥10打開，此時腔室8與儲氣罐11處于相通狀態(tài)，直到活塞4位于壓 縮行程末期，活塞4處于上止點的位置時，此時調(diào)氣閥10關(guān)閉，壓縮空氣被存儲在儲氣罐11 內(nèi)，如果此時儲氣罐11內(nèi)壓縮空氣的溫度和壓力沒有達到預定值，其中預定值為可以滿足 燃料燃點的數(shù)值，本實施例中預定值為滿足汽油燃點的溫度和壓力，重復上述動作，繼續(xù)將 壓縮空氣壓入儲氣罐11內(nèi)，直到達到預定值為止；
[0032] 步驟二：開始啟動點火，活塞4在壓縮行程初期位置時，調(diào)氣閥10打開，此時腔室 8內(nèi)的氣壓低、溫度低，導致儲氣罐11內(nèi)高溫高壓的壓縮空氣會通過調(diào)氣閥10進入腔室8 內(nèi)，同時活塞4向上運行，且噴油器7向腔室8內(nèi)噴入適當量的燃油（汽油），此刻完成的是 燃油與空氣的預混合；活塞4繼續(xù)向上運行，直到腔室8內(nèi)的壓力與儲氣罐11內(nèi)的壓力平 衡時，調(diào)氣閥10關(guān)閉，此時腔室8內(nèi)的預混合氣體由于加入了高溫高壓的壓縮空氣，導致預 混合氣體的初始溫度和壓力都有大幅提高，隨著活塞4的繼續(xù)向上運行，預混合氣體的溫 度和壓力都在不斷增高，直到活塞4到達壓縮行程的末期，預混合氣體的溫度和壓力均達 到最大，并同時達到燃油的燃點，預混合氣體被點燃，同時進入做功行程；
[0033] 步驟三：在做功行程的初期，由于預混合氣體被點燃后體積會迅速膨脹，推動活塞 4快速向下運行，當活塞4運行到做功行程中后期時，此時調(diào)氣閥10打開，高溫高壓的尾氣 會通過調(diào)氣閥10快速進入儲氣罐11內(nèi)，直到活塞4臨近做功行程的末期，此時調(diào)氣閥10 關(guān)閉，并將高溫高壓的尾氣存儲在儲氣罐11內(nèi)；這時活塞4運行到下止點，做功行程結(jié)束， 同時排氣門6打開，活塞4進入排氣行程階段，活塞4從下止點一直運行到上止點，同時排 氣門6關(guān)閉，進氣門5打開，排氣行程結(jié)束，吸氣行程開始；此時活塞4從上止點向下運行， 運行到下止點結(jié)束，這時腔室8內(nèi)已充滿新鮮冷空氣，吸氣行程結(jié)束，同時進氣門5關(guān)閉，壓 縮行程開始；
[0034] 步驟四：活塞4在壓縮行程初期位置時，調(diào)氣閥10打開，由于此時腔室8內(nèi)的氣 壓低、溫度低，導致儲氣罐11內(nèi)高溫高壓的尾氣會通過調(diào)氣閥10進入腔室8內(nèi)，同時活塞 4向上運行，且噴油器7向腔室8內(nèi)噴入適當量的燃油（汽油），此刻完成的是燃油與空氣 的預混合；活塞4繼續(xù)向上運行，直到腔室8內(nèi)的壓力與儲氣罐11內(nèi)的壓力平衡時，調(diào)氣閥 10關(guān)閉，此時腔室8內(nèi)的預混合氣體由于加入了高溫高壓的尾氣，直接導致預混合氣體的 初始溫度和壓力大幅提高，隨著活塞4的繼續(xù)向上運行，預混合氣體的溫度和壓力會越來 越高，直到活塞4到達壓縮行程的末期，預混合氣體的溫度和壓力均達到最大，達到燃油燃 點，預混合氣體被點燃，同時進入做功行程；如此往復運行，使內(nèi)燃機進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。
[0035] 當內(nèi)燃機需要在不同負荷狀態(tài)下運行時，就需要控制燃油的燃燒始點，即預混合 氣體的燃燒始點來實現(xiàn)目的，那么可以通過控制調(diào)氣閥10在做功行程階段打開和關(guān)閉的 時間點，來控制進入儲氣罐11內(nèi)尾氣的溫度、壓力和尾氣量的大小，同時令調(diào)氣閥10在壓 縮行程階段固定時間點打開和關(guān)閉，以導入一定量的不同溫度和壓力的尾氣，以實現(xiàn)對燃 燒始點的控制，從而達到控制燃燒始點的目的；或者可以通過控制調(diào)氣閥10在做功行程階 段的固定時間點打開和關(guān)閉，保證進入儲氣罐11內(nèi)尾氣的溫度、壓力和尾氣量保持相對穩(wěn) 定，并在壓縮行程階段控制調(diào)氣閥10打開和關(guān)閉的時間點，來控制進入腔室8的尾氣量的 多少，進而控制預混合氣體的初始溫度，從而實現(xiàn)對燃燒始點的控制，達到控制燃燒始點的 目的；或者通過控制調(diào)氣閥10在做功行程階段打開和關(guān)閉的時間點，來控制進入儲氣罐11 內(nèi)尾氣的溫度、壓力和尾氣量的大小，同時令調(diào)氣閥10在壓縮行程階段不同時間點打開和 關(guān)閉，以導入不同量、不同溫度和不同壓力的尾氣，以實現(xiàn)對燃燒始點的控制，從而達到控 制燃燒始點的目的。
[〇〇36] 實施例中的方案并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等 效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。
【權(quán)利要求】
1. 一種預混合壓燃內(nèi)燃機，包括氣缸缸體、曲軸、連桿、活塞、進氣門、排氣門、噴油器及 氣缸蓋，其特征在于還包括調(diào)氣閥和儲氣罐；所述的曲軸通過軸承安裝于氣缸缸體內(nèi)，曲軸 與連桿的一端相鉸接，連桿的另一端與活塞相鉸接；所述氣缸缸體的上部設置有腔室，所述 活塞與氣缸缸體的腔室壁活動密封配合；在氣缸缸體的腔室壁上端設置有噴油器，在氣缸 缸體頂端設置有氣缸蓋，在氣缸蓋與氣缸缸體之間分別設置有進氣門和排氣門，進氣門和 排氣門分別與腔室相連通；所述調(diào)氣閥的一端與儲氣罐相連通，調(diào)氣閥的另一端通過氣缸 蓋與腔室相連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預混合壓燃內(nèi)燃機，其特征在于：在所述的氣缸缸體內(nèi) 至少設置有一個腔室，所述各個腔室均設置有與其配合的活塞、噴油器、進氣門及排氣門， 及與活塞相鉸接的連桿，所述各個連桿均與曲軸相鉸接；所述各個腔室分別通過氣缸蓋與 一個獨立的調(diào)氣閥相連通，所述各個調(diào)氣閥均與儲氣罐相連通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預混合壓燃內(nèi)燃機，其特征在于：所述的儲氣罐連接有 溫度傳感器和壓力傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預混合壓燃內(nèi)燃機的運行方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟一：內(nèi)燃機啟動階段初期，噴油器不執(zhí)行噴油工作，當活塞位于壓縮行程初期位置 時，調(diào)氣閥打開，腔室與儲氣罐處于相通狀態(tài)，直到活塞位于壓縮行程末期，活塞處于上止 點的位置時，調(diào)氣閥關(guān)閉，壓縮空氣被存儲在儲氣罐內(nèi)，當儲氣罐內(nèi)壓縮空氣的溫度和壓力 沒有達到預定值時，其中預定值為可以滿足燃油燃點的數(shù)值，重復上述動作，繼續(xù)將壓縮空 氣壓入儲氣罐內(nèi)，直到達到預定值為止； 步驟二：開始啟動點火，活塞在壓縮行程初期位置時，調(diào)氣閥打開，儲氣罐內(nèi)高溫高壓 的壓縮空氣通過調(diào)氣閥進入腔室內(nèi)，同時活塞向上運行，且噴油器向腔室內(nèi)噴入適當量的 燃油，實現(xiàn)燃油與空氣的預混合；活塞繼續(xù)向上運行，直到腔室內(nèi)的壓力與儲氣罐內(nèi)的壓力 平衡時，調(diào)氣閥關(guān)閉，隨著活塞的繼續(xù)向上運行，預混合氣體的溫度和壓力不斷增高，直到 活塞到達壓縮行程的末期，預混合氣體的溫度和壓力均達到最大，并達到燃油燃點，預混合 氣體被點燃，同時進入做功行程； 步驟三：在做功行程的初期，預混合氣體被點燃后體積迅速膨脹，推動活塞快速向下 運行，當活塞運行到做功行程中后期時，調(diào)氣閥打開，高溫高壓的尾氣通過調(diào)氣閥快速進入 儲氣罐內(nèi)，直到活塞臨近做功行程的末期，調(diào)氣閥關(guān)閉，并將高溫高壓的尾氣存儲在儲氣罐 內(nèi)；活塞運行到下止點時，做功行程結(jié)束，同時排氣門打開，活塞進入排氣行程階段，活塞從 下止點一直運行到上止點，同時排氣門關(guān)閉，進氣門打開，排氣行程結(jié)束，吸氣行程開始；活 塞從上止點向下運行，運行到下止點結(jié)束，腔室內(nèi)充滿新鮮冷空氣，吸氣行程結(jié)束，同時進 氣門關(guān)閉，壓縮行程開始； 步驟四：活塞在壓縮行程初期位置時，調(diào)氣閥打開，儲氣罐內(nèi)高溫高壓的尾氣通過調(diào)氣 閥進入腔室內(nèi)，同時活塞向上運行，且噴油器向腔室內(nèi)噴入適當量的燃油，實現(xiàn)燃油與空氣 的預混合；活塞繼續(xù)向上運行，直到腔室內(nèi)的壓力與儲氣罐內(nèi)的壓力平衡時，調(diào)氣閥關(guān)閉， 隨著活塞的繼續(xù)向上運行，預混合氣體的溫度和壓力不斷增高，直到活塞到達壓縮行程的 末期，預混合氣體的溫度和壓力均達到最大，并達到燃油燃點，預混合氣體被點燃，同時進 入做功行程；如此往復運行，內(nèi)燃機進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。
【文檔編號】F02D41/00GK104061058SQ201410249762
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】李群 申請人:李群