專利名稱：可變容積預混室極限增壓發動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及活塞式發動機技術領域。目前活塞式發動機比較先進的是高壓共軌柴油發動機和缸內直噴汽油發動機。高壓共軌技術因其噴油霧化好、噴油時間精準已被發動機廠廣泛采用。然而，無論采用何種技術的柴油發動機，在霧化柴油氣噴射入缸的瞬間，氣缸內的高壓、高溫空氣足已令柴油爆燃，致使柴油發動機噪音較大。不過最致命的是，柴油發動機沒有象汽油發動機那樣，燃料與空氣有較長的混合時間，在不能與空氣進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，直接就被排出發動機，造成柴油發動機排放差、燃油效率低。看來，柴油發動機如果能夠解決燃料和空氣充分混合問題，柴油發動機將有很大開發潛力。缸內直噴汽油發動機雖然做到了燃料與空氣充分混合后再燃燒，但壓縮比卻不能達到象柴油發動機那么高，因為汽油在高壓縮比情況下，會提前燃燒，使發動機產生爆振。似乎高壓縮比和空燃充分混合是發動機的一極端矛盾。目前發動機廠也正在致力于解決柴油發動機噪音大、排放差、燃油效率低問題。如果能考慮既能提高發動機的壓縮比，而且還能讓燃料與空氣進行預先混合后再燃燒，這樣不僅具備了缸內直噴汽油發動機的特性，而且還具備了柴油發動機高壓縮比的特性，發動機性能將獲得極大提升。·本發明的目的在于提供一種具備高壓共軌柴油發動機特性和缸內直噴汽油發動機特性，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動機技術。本發明的技術方案是這樣實現的，在高壓共軌柴油發動機基礎上，在發動機氣缸蓋上，布置一個可變容積的預混室，預混室容積的改變是通過凸輪推動柱塞上下運行實現的；預混室與氣缸接合部有閥片，與柱塞閥片實現預混室定時密封結構，柱塞閥片與柱塞連動；在吸氣沖程，柱塞上升，預混室吸氣，吸氣沖程結束時，柱塞停止上升，閥片不關閉并保留一定間隙，以便在壓縮沖程預混室內能進入一定壓力的空氣；在壓縮沖程進行到一定階段，預混室達到一定壓力后，閥片關閉，預混室成密封狀態，這時預混定內空氣雖然達到一定溫度和壓力，但不足以使燃料燃燒；噴油嘴的噴口開在預混室內，當兩閥片將預混室封閉后，噴油嘴向預混室內噴射高壓霧化燃料，霧化燃料與預混室內的壓縮空氣進行混合后待命；當壓縮沖程進行到點火正時點時，柱塞快速向下運動，將預混室內的空燃混合氣體迅速壓向活塞上部燃燒室內，與燃燒室內的高溫高壓空氣快速混合后點燃，活塞進入做功沖程。這樣采用可變容積預混室結構后，燃料與預混室內的具有相當壓縮比的空氣進行預混合，無論發動機的壓縮比有多高，都不會提前點燃預混室內的空燃混合氣體。這就解決了發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。該發明發動機壓縮沖程接近點火正時時，柱塞上升到上止點，預混室容積最大；從做功沖程開始到吸氣沖程開始，柱塞下降到下止點，預混室容積最小；吸氣沖程開始時，柱塞上升，預混室也進行吸氣；吸氣沖程結束時，柱塞上升到接近上止點位置并保持不動。該發明預混室閥片、柱塞閥片上面都開有細孔，兩閥片細孔垂直方向相互交錯，預混室閥片安裝在預混室與發動機氣缸接合部，柱塞閥片隨柱塞一起動作，在壓縮沖程進行到一定階段，柱塞上升到上止點，兩閥片重疊，將預混室封閉。該發明的壓縮沖程使預混室內空氣達到預定壓縮比后，預混室在預混室閥片和柱塞閥片的作用下封閉，噴油嘴向預混室內噴射霧化燃料，與預混室內的壓縮空氣進行預先混合。該發明通過控制預混室閥片和柱塞閥片在壓縮沖程的關閉時機，來控制預混室內的壓縮空氣的溫度和壓力，使預混室內壓縮空氣的溫度被控制在燃料點火溫度以下，此時燃料在預混室內并不燃燒。該發明發動機到達點火正時的一刻，柱塞迅速下降，預混室閥片、柱塞閥片打開，柱塞將預混室內具有一定壓縮比和溫度的空燃混合氣體，通過預混室閥片上的細孔推到活塞上部的燃燒室內，與燃燒室內的高溫高壓空氣混合后迅速點燃。該發明柱塞閥片直徑與活塞上部燃燒室直徑相當，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構，活塞上部燃燒室內的壓縮空氣再次被壓縮并從柱塞閥片細孔向上噴出，與從預混室經預混室閥片細孔噴出的空燃混合氣體形成對沖，使空燃混合氣體能夠進一步與高溫高壓空氣進行快速混合并燃燒。該發明通過加入外部壓縮空氣管路和控制系統，可在一定時刻，向預混室內進行增壓，降低預混室溫度，提高預混室內空燃比，并使發動機工作在極限壓力。本發明的有益效果是，在發動機缸蓋上布置了一個預混室，預混室內的壓力和溫度可通過控制預混室閥片和柱塞閥片將預混室封閉時機來控制，預混室內空氣達到一定溫度和壓力后，兩閥片將預混室封閉，噴油嘴向預混室噴射霧化燃料，與預混室內具有一定溫度的壓縮空氣混合，但不燃燒，實現了空氣與燃料的預混合；發動機點火正時時，柱塞迅速下降，將預混室內的空燃混合氣體推向活塞上部燃燒室，活塞上部燃燒室內的壓縮空氣被柱塞閥片再次壓縮后，向上噴射，與預混室內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，燃料與壓縮空氣預先混合再與高溫高壓空氣進行對沖后被點燃，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，同時發動機的壓縮比不受燃料限制，提高了發動機的動力性能、排放性能和燃料轉化率。
圖I、可變容積預混室極限增壓發動機排氣沖程原理圖。圖2、可變容積預混室極限增壓發動機吸氣沖程原理圖。圖3、可變容積預混室極限增壓發動機壓縮沖程原理圖。圖4、可變容積預混室極限增壓發動機點火正時原理圖。下面結合
對本發明作如下詳細描述。如圖I所示，發動機在排氣沖程，柱塞(I)位于下止點，此時預混室(3)的容積最小。如圖2所示，發動機在吸氣沖程，柱塞(I)向上運行，預混室(3)吸入空氣，柱塞
(I)在達到接近上止點時，保持不動，預混室閥片(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入預混室(3)。如圖3所示，發動機在壓縮沖程，初期預混室(3)未被預混室閥片(4)和柱塞閥片
(5)封閉，預混室(3)內進入一定壓力和溫度的壓縮空氣后，柱塞(I)向上運行并到達上止點，預混室閥片(4)和柱塞閥片(5)重疊，預混室閥片(4)和柱塞閥片(5)上的細孔垂直方向始終相互錯開，預混室閥片(4)和柱塞閥片(5)將預混室(3)封閉，此時噴油嘴(2)向預混室(3)內噴射霧化燃料，與預混室(3)內的具有一定溫度的壓縮空氣預混合。如圖4所示，發動機在壓縮沖程到達點火正時時，柱塞(I)迅速下降，預混室閥片(4)和柱塞閥片(5)分開，柱塞將預混室(3)內的空燃混合氣體壓縮，并通過預混室閥片(4)上的細孔，向下噴射到活塞上部燃燒室(6)內。柱塞閥片(5)直徑與活塞上部燃料室
(6)直徑相當，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)形成氣缸結構，柱塞閥片(5)隨柱塞(I)下降過程中，活塞上部燃燒室(6)內的高溫高壓空氣再次被壓縮，并能過柱塞閥片(5)上的細孔向上噴射，與通過預混室閥片
(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，發動機進入做功沖程。
權利要求
1.一種可變容積預混室極限增壓發動機，由柱塞(I)、噴油嘴(2)、預混室(3)、預混室閥片(4)、柱塞閥片(5)、活塞上部燃燒室(6)、增壓空氣管路(7)組成；預混室(3)開在氣缸蓋上，柱塞(I)和預混室閥片(4)之間構成預混室(3)，噴油嘴(2)的噴口開在預混室(3)內，預混室(3)的容積由柱塞(I)的上升下降來改變。
2.如權利要求I所述的可變容積預混室極限增壓發動機，其特征在于發動機在接近點火正時時，柱塞(I)上升到上止點，預混室(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，預混室(3)容積最小；吸氣沖程開始時，柱塞(I)上升，預混室(3)也進行吸氣；吸氣沖程結束時，柱塞(I)上升到接近上止點位置并保持不動。
3.如權利要求I所述的可變容積預混室極限增壓發動機，其特征在于預混室閥片(4)、柱塞閥片(5)上面都開有細孔，兩閥片細孔垂直方向相互交錯，預混室閥片(4)安裝在預混室(3)與發動機氣缸接合部，柱塞閥片(5)隨柱塞(I) 一起動作，在壓縮沖程進行到一定階段，柱塞(I)上升到上止點，兩閥片重疊，將預混室(3)封閉。
4.如權利要求I所述的可變容積預混室極限增壓發動機，其特征在于壓縮沖程使預混室(3)內空氣達到預定壓縮比后，預混室(3)在預混室閥片(4)和柱塞閥片(5)的作用下封閉，噴油嘴(2)向預混室(3)內噴射高壓霧化燃料，與預混室(3)內的壓縮空氣進行混合。
5.如權利要求I所述的可變容積預混室極限增壓發動機，其特征在于通過控制預混室閥片(4)和柱塞閥片(5)在壓縮沖程的關閉時機，來控制預混室(3)內的壓縮空氣的溫度和壓力，使預混室(3)內壓縮空氣的溫度被控制在燃料點火溫度以下，此時燃料在預混室(3)內并不燃燒。
6.如權利要求I所述的可變容積預混室極限增壓發動機，其特征在于發動機到達點火正時的一刻，柱塞(I)迅速下降，預混室閥片(4)、柱塞閥片(5)打開，柱塞(I)將預混室(3)內具有一定壓縮比和溫度的空燃混合氣體，通過預混室閥片(4)上的細孔推到活塞上部燃燒室￠)內，與活塞上部燃燒室￠)內的高溫高壓空氣混合后迅速點燃。
7.如權利要求I所述的可變容積預混室極限增壓發動機，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，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)形成氣缸結構，活塞上部燃燒室(6)內的壓縮空氣再次被壓縮并從柱塞閥片(5)細孔向上噴出，與從預混室(3)經預混室閥片(4)細孔噴出的空燃混合氣體形成對沖，使空燃混合氣體能夠進一步與高溫高壓空氣進行快速混合并燃燒。
8.如權利要求I所述的可變容積預混室極限增壓發動機，其特征在于通過加入增壓空氣管路(7)，在一定時刻，向預混室(3)內進行增壓，降低預混室(3)溫度，提高預混室內(3)空燃比，并使發動機工作在極限壓力。
全文摘要
本發明涉及活塞式發動機技術領域。該發動機的壓縮比不受燃料限制。該發動機缸蓋上布置了一個預混室，預混室內的壓力和溫度可通過控制預混室閥片和柱塞閥片對預混室封閉時機來控制，在壓縮沖程，預混室內空氣達到一定溫度和壓力后，兩閥片將預混室封閉，噴油嘴向預混室噴射霧化燃料，與預混室內的壓縮空氣預混合；發動機點火正時時，柱塞迅速下降，將預混室內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。該發明燃料與壓縮空氣預先混合再與高溫高壓空氣進行對沖后被點燃，燃料能及時充分的燃燒，發動機的壓縮比不受燃料限制，提高了發動機的燃油效率、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 優先權日2011年9月7日
發明者苗春才 申請人:苗春才