[发明专利]使用多种燃料的压燃内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机，尤其是使用以汽油为主的多种燃料的压燃内燃机，可以极大降低颗粒物排放并提高热效率。

背景技术

柴油机的问题是柴油较大的分子令其燃烧不充分，柴油不易蒸发形成均匀的油气混合气，易于产生大量的细微颗粒物PM2.5，因此是内燃机颗粒排放的最大(占比99％)的来源，其颗粒物排放若无颗粒物滤清器的条件下可比汽油机多数百倍，尤其是在低成本的柴油机系统更是如此。柴油机的特性是很难改变的，又要低成本又要好，因此要解决这个问题，唯一的方法就是不使用柴油，让汽油机来达到与柴油机同样的效率和扭矩。

20多年前汽车工业开始研究HCCI技术即均质混合气压燃技术。此技术可以有限提高汽油机的压缩比，例如提高到17，但是压缩比必需很稳定，较低的压缩比导致无法点火，较高的压缩比导致点火提前，也就是爆震，因此HCCI的涡轮增压汽油机必需提供可变压缩比的机构以便在增压系统工作时保证总压缩比稳定，总体而言结构复杂成本高，而且压缩比不能提高，热效率不能进一步提高。

发明内容

本专利针对上述缺陷，并根据以上所述的问题和思路，作出新的解决方案。本发明提供一种使用多种燃料的压燃内燃机，包括带离合器的机械增压器、柴油机本体、全可变气门正时系统、可变几何截面的涡轮系统。在启动时，带离合器的机械增压器与柴油机本体的曲轴之间的离合器是分离的，待增压压力达到规定数值后离合器再合并带动柴油机本体曲轴。所述带离合器的机械增压器和所述柴油机本体的活塞的总压缩比在25以上，柴油机本体的燃油喷射器喷射出的燃油是汽油或者相应的多种燃料，利用高压缩的空气的热能点燃并做功。可变几何截面的涡轮系统通过齿轮变速器与柴油机本体的曲轴相连。柴油机本体在每一个工作循环中喷射燃油的量比柴油机本体通常情况的更少些。

具体实施方式

本发明的技术方案为以普通柴油机为基础的提高总压缩比的方案。普通的柴油机的压缩比在14至22之间，而本发明需要将其增压器加活塞的总压缩比提高至至少25，最好在28以上，以保证吸入的空气的温度甚至低至零下40摄氏度时压缩终了的空气温度也可达到250摄氏度以上，足以点燃汽油与空气的混合物。所谓柴油机本体就是自然吸气的柴油机。

本发明选用的机械增压器在不同转速时的增压压力是近似的，因此不必采用复杂的连续可调压缩比机构。带离合器的机械增压器不仅仅是罗茨泵，而且可以是三角转子泵或其他任何形式的转子泵，或者摆动活塞泵，或是其他恒定压缩比的机械泵，不限形式令实施者可以根据不同增压器的特性来选择。例如，通常可以将机械增压器的压缩比设定在1.6，而柴油机本体的压缩比是16，总压比就是25.6。离合器在内燃机启动时是分离的，启动电机带动机械增压器旋转给内燃机进气管提供高压空气，然后等到压力达到额定值，离合器闭合，内燃机曲轴开始转动并启动整个内燃机。

本发明选用的涡轮，不是普通的涡轮，而是可调几何涡轮(VTG)，例如中华人民共和国专利公开号CN101384807所述之具有可变涡轮几何形状的涡轮增压器。这里，可调几何涡轮(VTG)是关键，因为内燃机中空气的加热比是变化的，因此排气的压力也是变化的，为了让排气的压力能得以充分释放，必需采用可调几何涡轮(VTG)，这样才能让发动机在所有功率所有转速下皆有更高的效率。可调几何涡轮经过固定速比的齿轮变速器与内燃机曲轴连接，将动力直接提供给曲轴。

本发明还必需使用全可变气门正时技术，所谓全可变气门正时系统具有多种具体形式，例如中华人民共和国专利公开号CN101858233A所述之包含变速摆机构的全可变气门正时方法和机构，并不仅限于某种形式，而是凡是具有这类调节气门正时角度功能的机械系统。其作用是在内燃机任何转速时，气门的开启和闭合符合效率最佳的要求，并保证气缸的充气率。充气率确保活塞压缩终了时的空气温度足以点燃汽油和空气的混合物，因此内燃机的极限转速可以更高，功率可以更大。

柴油机本体在每一个工作循环中喷射燃油的量比柴油机本体通常情况的更少些，因为本发明的总压缩比是比通常的柴油机要高，为了让现成的柴油机可以更容易转换成使用汽油的压燃内燃机，就必需保持热力循环中的最高压力不变。降低燃油喷射量，就降低了对空气的加热比，虽然总压缩比高了，但是最高燃烧后的压力与改进之前相同。这个汽油的数量，是按照热量计算从柴油燃料换算过来的。同时，柴油机本体的曲轴、连杆、活塞可以适当强化以适应较高的压缩比。