[发明专利]柱塞均质压燃发动机

说明书

本发明涉及一种柱塞均质压燃发动机技术领域。柱塞均质压燃发动机，其特征包括内齿轮(11)，二级曲轴齿轮(10)，一级曲轴(27)，二级曲轴(9)，二级曲柄销(26)，发动机柱塞(24)，浮动碗(7)。二级曲轴(9)旋转安装在一级曲轴(27)偏心轴孔内，偏心轴孔的偏心距和二级曲柄销(26)的旋转半径相同。内齿轮(11)和二级曲轴齿轮(10)齿比1/2，内齿轮(11)不转，齿轮啮合使二级曲轴(9)二倍速一级曲轴(27)转速，反向自转，二级曲柄销(26)带动发动机柱塞(24)线性运动。当发动机柱塞(24)运动到上止点附近时，向柱塞上方浮动碗(7)下方注入压缩空气，浮动碗(7)快速向上运动将燃烧室快速压缩，燃烧室内的空燃混合气被压燃。

本发明涉及柱塞式均质压燃发动机技术领域。

目前世界上还没有柱塞式内燃机。活塞式发动机比较先进的是高压共轨增压柴油发动机和缸内直喷汽油发动机。然而，这两类发动机普遍存在排温高，燃料燃烧不完全，燃油效率低等问题。目前的柴油发动机，在雾化柴油气喷射入发动机气缸内的瞬间，发动机气缸内的高压、高温气体令柴油燃料爆燃，柴油此时燃烧是在雾化柴油与空气未能完全均质混合下进行的，属于未能均质的扩散燃烧，会产生大量碳烟，燃烧不完全，燃料有一部分未能完全燃烧就排出了。汽油发动机虽然做到了燃料与空气充分混合后再燃烧，但需要火花塞点火，属于火焰传播燃烧。因为火焰传播燃烧需要控制空燃比，所以做不到稀燃。火焰传播燃烧能量释放速度慢，燃烧温度高，燃料燃烧的化学能有大部分用来产生热量并被排出到大气中。早在2001年，美国国会批准了能源报告，组织由美国部分著名大学和五个国家实验室圣地亚(Sandia)、阿贡(Argone)、橡树(Oak Ridge)、劳伦斯(LINL)、劳师阿莫斯(LosAlmos)，以及包括三大汽车公司在内的工业界共同参加的两个项目，开展均质压燃，低温燃烧研究(参考苏万华、赵华、王建昕著《均质压燃低温燃烧发动机理论与技术》一书)。大量的权威科研机构的实验证明：燃料与空气均质混合后，在恰当时刻压燃，发动机缸内燃料在同一时刻自然，燃烧放热速度快，没有扩散燃烧，燃烧温度低，燃料利用率提高了10％～30％，不产生碳烟，NOX排放降低了98％～99％。但目前各大研发机构遇到的难题是，发动机空燃混合气均质后，还不能准确控制压燃时刻和压燃过程。我的方案是，发动机采用柱塞结构，在发动机柱塞运行到上止点附近时，通过利用压缩空气的推力，在较短可控的时间内，迅速减小燃烧室容积，即在压缩冲程柱塞到达上止点附近，空燃混合气压力温度即将达到燃烧临界值时，将空燃混合气在极短时间内压缩，迅速提高空燃混合气的压力和温度，使空燃混合气自燃，发动机进入做功循环。这样，通过控制减小燃烧室容积的过程(容积大小和变化时间)，发动机就实现了准确控制压燃时刻和压燃过程。这样空燃混合气的燃烧和放热速度快，燃料燃烧完全，燃烧在低温稀燃下进行，发动机热效率高，燃料利用率高，低速扭矩特性好，排放好。同时采用两级曲轴和柱塞结构，柱塞的行程缸径比在2倍以上，发动机的动力性能也得到了提高。

本发明的目的在于提供一种具备高压共轨增压柴油发动机压燃特性和缸内直喷汽油发动机空燃混合气均质特性，并且采用全新的燃烧方式，即在空燃混合气均质后，在柱塞到达上点附近，空燃混合气压力温度即将达到燃烧临界值时，将空燃混合气迅速压缩，迅速提高燃烧室内压力和温度，使空燃混合气自燃，发动机进入做功循环。此发动机是控制空燃混合气均质后压燃时刻和压燃过程的发动机技术。