[发明专利]一种内燃机缸内直喷压缩着火的方法

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机燃烧技术领域，特别涉及一种内燃机的缸内直喷压缩着火的方法。

背景技术

现在常规的汽油机热效率只有30％左右，究其原因是其压缩比低，制约其压缩比提高的因素是其均匀混合火花点燃的方式，这种方式在压缩比较高时容易出现爆震。目前汽油的缸内直喷技术可以取较高的压缩比，因而热效率有所提高，如缸内直喷分层稀薄燃烧技术和缸内直喷均质当量比燃烧技术。但缸内直喷分层稀薄燃烧技术在各种转速、各种负荷下可靠性差，其技术还不十分成熟，大量推广应用很难，而缸内直喷均质当量比燃烧技术在低速大负荷下容易爆震，所以也限制了其广泛使用。目前大量使用的柴油机是采用缸内直喷压缩着火的方式，这种技术非常成熟，而且结构简单工作可靠，热效率达到40％左右，远比目前常规汽油机的热效率高，但是它不能烧汽油，如果要使它能够烧汽油的话，它的压缩比要达到25及以上，如此高的压缩比，造成漏气严重，机械损失剧烈增加，因而油耗反而增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种内燃机缸内直喷压缩着火的方法，这种方法不但适用于柴油等容易压燃的燃料，还适用于汽油等难以压燃的燃料，而且热效率比目前的常规汽油机有大幅提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，利用内燃机废弃的热量提高进气的温度，选取较高的压缩比，使压缩冲程在接近上止点时，燃烧室气体的温度超过燃料的自燃温度，在上止点之前或之后附近合适的时刻，机械或电子控制的燃料系统向燃烧室内一次或多次高压喷射燃料，雾化的燃料与高温高压的空气边混合、边气化、边形成可燃混合气、边燃烧、边膨胀做功。

压缩比ε是一个很重要的参数，它直接决定内燃机的热效率，它越高内燃机的热效率越高，所以本发明的压缩比ε选择等于或大于12。根据压缩比ε，就可以相应地选择进气的最低温度了。

内燃机的压缩冲程可以认为是近似的绝热过程，对于这一过程《内燃机学》有如下的公式可以近似地描述各变量之间的关系：

T₂＝T₁ε^n-1          (1)

其中T₁--压缩冲程开始时气缸内气体的绝对温度；

T₂--压缩冲程终点时气缸内气体的绝对温度；

ε--内燃机的压缩比；

n--平均压缩多变指数，柴油机包括增压柴油机为1.35～1.42；

(1)式表明，压缩冲程终点时的温度T₂与进气的绝对温度T₁成正比，与压缩比ε的n-1次方成正比。当内燃机的压缩比ε确定以后，根据燃料所要求的压缩着火的温度T₂，就可以求出进气的绝对温度T₁了。

试计算一例：今设计一台压缩着火的内燃机，燃料为汽油，ε＝15，环境大气温度t＝-30℃，求进气温度是多少此内燃机才能可靠工作？

这里ε＝15，根据柴油机的数据T₂≥750～950K，而汽油难以压燃，其T₂要比柴油机高100度左右，取T₂≥1050K，n＝1.4，代入公式(1)，1050＝T₁x15^1.4-1，求得T₁＝355K＝82℃，82℃-(-30℃)＝112℃，这就是说进气温度必须提高112℃到T₁＝82℃＝355K及以上时此内燃机才能可靠工作。

由(1)式可知，进气温度提高的幅度除了与环境的温度t有关外，还与压缩比ε有关，另外还与燃料所要求的T₂有关。对于柴油，T₂＝750～950K，汽油则要求T₂≥1050K，如果是酒精的话，则T₂的下限就更高。权利要求书中第1条“提高进气温度到一个足够高的水平”，这个“足够高”指的就是在满足T₂的条件下它的下限值，不同的燃料有不同的T₂值。

提高进气温度有三个方法：一是利用热交换器将废弃的余热传给进气，二是靠压缩进气提高进气温度，三是同时使用以上两种方法。