[发明专利]组合式柔性发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机(内燃机)，尤其是一种能与计算机技术完美结合的、组合式的柔性发动机。

背景技术

现有发动机都是自身完成吸气和压缩功能的整体式发动机。从技术层面上来看，这种整体式发动机已十分优秀和完善。但是，由于它缺乏柔性、难以组织成最优化的工作模式，在“节能、减排”方面，已经难以取得长足的进展。面对“环保和能源”方面的巨大社会压力，需对发动机实施重大变革。

现有发动机在″节能、减排″方面难以取得长足进展的主要障碍是：

1.要大幅度提高燃油效率，就得大幅度的提高发动机的压缩比；但是″爆震″问题是无法逾越的障碍。

2.要大幅度降低有害排放物、降低废气中的NO_x的含量，就得确保燃油充分的燃烧并大幅度降低气缸内混合气燃烧温度和燃烧温度的峰值(一般希望燃烧温度的峰值不超过1372℃)，但是、现有发动机根本无法很有效的控制混合气燃烧以及燃烧温度和燃烧温度的峰值。

发明内容

为了克服现有发动机在“节能、减排”方面的不足之处，本发明提供一种工作模式可以灵活组织的组合式柔性发动机。组合式柔性发动机的工作模式由ECU的监控软件所确定，ECU能有效的控制组合式柔性发动机在全工况内都运行于最佳状态。组合式柔性发动机的性能也随着ECU监控软件升级而提高。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

将现有发动机的吸气、压缩、做功、排气四行程拆开，将现有发动机的吸气、压缩任务交给空气压缩机(2)去独立完成；而将现有发动机的做功、排气工作留给高压内燃机(1)去完成；而且高压内燃机(1)的充气由ECU控制的液压伺服高压气门(22)独立完成，排气则由ECU控制的液压伺服高压气门(23)独立完成。这样一来发动机的各工作过程、及其工作状态都可单独调控了，因此，为ECU提供了一个柔性的环境。其中最重要是：让ECU能方便、灵活的为发动机全工况都组织好最优化的工作模式，并实施有效的控制。

组合式柔性发动机的基本工作方式是：

空气压缩机(2)或高压储气筒(17)输出的高压空气、被进气温度控制器(7)调温后，当高压内燃机(1)排气行程结束、转向做功行程时，由ECU控制的液压伺服高压气门(22)按ECU预定的充量高速喷入高压内燃机(1)的燃烧室与由ECU控制的压电式喷嘴同步喷入燃烧室的雾状燃油迅速混合形成均匀的燃油混合气，待电火花正时点火、燃油混合气燃烧膨胀做功。

在压缩行程中要避免″爆震″的关键问题是压缩过程中或接近压缩终了时缸内空气或可燃混合气的整体温度和局部温度都不得超过可燃混合气的自燃点温度；然而，压缩比越高在压缩过程中或接近压缩终了时缸内空气或可燃混合气的整体温度和局部温度都越高、越严重的超过可燃混合气的自燃点温度、″爆震″的倾向也愈大。

如果，不管压缩比有多高、都能将燃烧室中可燃混合气着火前的整体温度和局部温度都控制在不超过可燃混合气会发生″爆震″的温度；则发动机的压缩比将可大幅度的提高，并逾越″爆震″问题。

对于一给定量待燃烧的燃料，假定是绝热燃烧，最终的燃烧温度T₃可计算如下：

T₃＝T₂+HC/Cv    (1)

(式中，HC＝从燃料的燃烧中释放的热量，T₂是燃烧室中可燃混合气着火前的温度，Cv是充入可燃混合气的热容量，即，可燃混合气质量乘以比热)。由于对于一给定量的燃烧燃料，HC是固定的，可用来控制T₃的变量只是T₂和Cv。如果Cv大，则T₃将较小，如果T₂大，则T₃将很大。燃烧的燃料量又是所需扭矩的函数(成正比例)。

可燃混合气燃烧过程中污染物NO的形成率一般可以如下的简化形式表达：

其中：C₁，C₂，C₃和C₄是常数，[N₂]是氮的浓度，[O₂]是氧气的浓度，exp是一常数，以及T是可燃混合气燃烧的绝对温度。

由于温度在以上公式(2)内是一指数，可预料：对于给定的氮气和氧气的浓度，NO形成率随温度成指数地增长，该关系被广泛地认可。发动机燃烧时间一般为1到5毫秒内燃烧时间较短，所以，如果发动机燃烧温度可保持在约1645绝对温度(K)以下，则NO的形成率将极小。