[发明专利]可变容积预混室极限增压发动机

说明书

本发明涉及活塞式发动机技术领域。 

目前活塞式发动机比较先进的是高压共轨柴油发动机和缸内直喷汽油发动机。高压共轨技术因其喷油雾化好、喷油时间精准已被发动机厂广泛采用。然而，无论采用何种技术的柴油发动机，在雾化柴油气喷射入缸的瞬间，气缸内的高压、高温空气足已令柴油爆燃，致使柴油发动机噪音较大。不过最致命的是，柴油发动机没有象汽油发动机那样，燃料与空气有较长的混合时间，在不能与空气进行充分混合的情况下就被点燃，使得燃料不能完全及时燃烧，甚至有一部分没有接触到空气的燃料，直接就被排出发动机，造成柴油发动机排放差、燃油效率低。看来，柴油发动机如果能够解决燃料和空气充分混合问题，柴油发动机将有很大开发潜力。缸内直喷汽油发动机虽然做到了燃料与空气充分混合后再燃烧，但压缩比却不能达到象柴油发动机那么高，因为汽油在高压缩比情况下，会提前燃烧，使发动机产生爆振。似乎高压缩比和空燃充分混合是发动机的一极端矛盾。目前发动机厂也正在致力于解决柴油发动机噪音大、排放差、燃油效率低问题。如果能考虑既能提高发动机的压缩比，而且还能让燃料与空气进行预先混合后再燃烧，这样不仅具备了缸内直喷汽油发动机的特性，而且还具备了柴油发动机高压缩比的特性，发动机性能将获得极大提升。 

本发明的目的在于提供一种具备高压共轨柴油发动机特性和缸内直喷汽油发动机特性，具备高压缩比而且还能使燃料与空气充分混合后再点火的发动机技术。 

本发明的技术方案是这样实现的，在高压共轨柴油发动机基础上，在发动机气缸盖上，布置一个可变容积的预混室，预混室容积的改变是通过凸轮推动柱塞上下运行实现的；预混室与气缸接合部有阀片，与柱塞阀片实现预混室定时密封结构，柱塞阀片与柱塞连动；在吸气冲程，柱塞上升，预混室吸气，吸气冲程结束时，柱塞停止上升，阀片不关闭并保留一定间隙，以便在压缩冲程预混室内能进入一定压力的空气；在压缩冲程进行到一定阶段，预混室达到一定压力后，阀片关闭，预混室成密封状态，这时预混定内空气虽然达到一定温度和压力，但不足以使燃料燃烧；喷油嘴的喷口开在预混室内，当两阀片将预混室封闭后，喷油嘴向预混室内喷射高压雾化燃料，雾化燃料与预混室内的压缩空气进行混合后待命；当压缩冲程进行到点火正时点时，柱塞快速向下运动，将预混室内的空燃混合气体迅速压向活塞上部燃烧室内，与燃烧室内的高温高压空气快速混合后点燃，活塞进入做功冲程。这样采用可变容积预混室结构后，燃料与预混室内的具有相当压缩比的空气进行预混合，无论发动机的压缩比有多高，都不会提前点燃预混室内的空燃混合气体。这就解决了发动机高压缩比情况下，燃料被提前点燃或不能与空气充分混合就被点燃的问题。 

该发明发动机压缩冲程接近点火正时时，柱塞上升到上止点，预混室容积最大；从做功冲程开始到吸气冲程开始，柱塞下降到下止点，预混室容积最小；吸气冲程开始时，柱塞上升，预混室也进行吸气；吸气冲程结束时，柱塞上升到接近上止点位置并保持不动。 

该发明预混室阀片、柱塞阀片上面都开有细孔，两阀片细孔垂直方向相互交错，预混室阀片安装在预混室与发动机气缸接合部，柱塞阀片随柱塞一起动作，在压缩冲程进行到一定阶段，柱塞上升到上止点，两阀片重叠，将预混室封闭。 

该发明的压缩冲程使预混室内空气达到预定压缩比后，预混室在预混室阀片和柱塞阀片的作用下封闭，喷油嘴向预混室内喷射雾化燃料，与预混室内的压缩空气进行预先混合。 

该发明通过控制预混室阀片和柱塞阀片在压缩冲程的关闭时机，来控制预混室内的压缩空气的温度和压力，使预混室内压缩空气的温度被控制在燃料点火温度以下，此时燃料在预混室内并不燃烧。 

该发明发动机到达点火正时的一刻，柱塞迅速下降，预混室阀片、柱塞阀片打开，柱塞将预混室内具有一定压缩比和温度的空燃混合气体，通过预混室阀片上的细孔推到活塞上部的燃烧室内，与燃烧室内的高温高压空气混合后迅速点燃。 

该发明柱塞阀片直径与活塞上部燃烧室直径相当，并且在垂直方向相互对齐，这样在点火正时柱塞迅速下降过程中，柱塞阀片与活塞上部燃烧室形成气缸结构，活塞上部燃烧室内的压缩空气再次被压缩并从柱塞阀片细孔向上喷出，与从预混室经预混室阀片细孔喷出的空燃混合气体形成对冲，使空燃混合气体能够进一步与高温高压空气进行快速混合并燃烧。 

该发明通过加入外部压缩空气管路和控制系统，可在一定时刻，向预混室内进行增压，降低预混室温度，提高预混室内空燃比，并使发动机工作在极限压力。