[发明专利]发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气喷射增压着火的发动机，它属于动力机械技术领域。

背景技术

众所周知，随着对经济性和排放性的要求日益严格，人们一方面把大量的电子控制技术和后处理技术应用到内燃机上，使内燃机成本大幅增加，尤其是柴油机的高于200MPa的燃料喷射压力，使得供油系统的可靠性大为降低。另一方面，走低成本的缸内净化路线，研发预混合压燃系统，同时降低氮氧化物(NO_x)和微粒(PM)有害排放物，并使发动机保持较高的效率，由于着火相位的控制问题一直没有解决，目前还只是在中低工况取得了较好的效果，在高工况尚未能实现预混合燃烧。进入上世纪90年代后，日美欧先后出台了国家研发计划，联合企业、院所和学校开展混合动力汽车的研究，借以大幅提高汽车的经济性。1997年丰田的Prius混合动力汽车开始进入市场，在日本的10-15城市工况，可以节约燃料一半左右，但添加了发电机、电机、蓄电池和能量回收装置等，使成本增加了很多，并且，能量转换次数多，路径复杂，发动机——发电机——蓄电池(充电/放电)——马达是混合动力的一条典型路径。能量每经过一个装置，就有一个效率损失，可以说，没有取得混合动力应有的效果。因此，至今还只是在政府的财政支持下，持有少量客户。因此，发明一种高效清洁低成本发动机变得十分必要

发明内容

为了最大限度地提高发动机的经济性和排放性，降低发动机的成本，本发明提供一种发动机。该发动机采用一种低压缩比、高压升比和高膨胀比的复合循环系统，并把气缸分成动力缸和压气缸。早期将燃料喷入缸内形成均质的一次混合气，并设置较小的压缩比以降低压缩温度，确保缸内一次混合气在没有外部附加热源的情况下不能着火；在压缩终点附近向缸内喷射一定量的高压空气，与缸内混合气进行第二次混合，因为高压空气的喷入，使得缸内原有的混合气温度急剧上升而着火。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种发动机，它主要包括动力缸、进气系统、排气系统和包含燃料喷射器的燃油系统，在动力缸中完成进气、压缩、喷油、燃烧作功和排气的工作循环。它还包括一个压气缸和一个高压储气罐；所述动力缸至少为一个，每个动力缸设有二个动力缸排气阀、一个动力缸进气阀、一个动力缸高压进气阀和一个燃料喷射器；所述压气缸也至少为一个，设有一个压气缸排气阀、一个高压储气罐充气阀、一个压气缸高压进气阀、一个压气缸进气阀和一个燃料喷射器；所述排气系统的废气涡轮增压器让一级增压的空气经压气缸进气阀进入压气缸，在压气缸中被二级压缩变为高压空气后经高压储气罐充气阀进入高压储气罐；所述进气系统为动力缸设有一个自然吸气的进气总管和一个靠高压储气罐向动力缸充气的管系；所述发动机工作时，压气缸向高压储气罐供给二级压缩的高压空气，动力缸经进气总管进行自然吸气，燃料喷射器至少在压缩行程上止点前40°曲轴转角将所要燃料喷入动力缸，至多在压缩行程上止点前10°曲轴转角开启动力缸高压进气阀，让高压空气向动力缸充气促使油气混合气自燃作功；所述压气缸也可作为动力缸使用或作为动力缸、压气缸交替使用。

所述压气缸进行二级压缩时，压气缸排气阀和压气缸高压进气阀保持关闭，只有压气缸进气阀和高压储气罐充气阀进行工作。

所述压气缸作为动力缸使用时，高压储气罐充气阀保持关闭，只有压气缸排气阀和压气缸高压进气阀、压气缸进气阀和燃料喷射器进行工作，并对压气缸高压进气阀进行保证低压缩比的相位调整。

所述发动机采用一种低压缩比、高压升比和高膨胀比的复合循环系统；动力缸的有效压缩比小于使所用的燃料在缸内形成的一次混合气可以自燃着火的最小压缩比；采用的气门正时使动力缸的膨胀比大于压缩比。

所述高压储气罐直接采用外围设备充气。

所述发动机燃烧多种燃料。

通过停止喷油，控制配气相位，动力缸切换为空气动力缸或者切换为涡轮增压器送气的压气缸；给压气缸喷油，并调整各气阀相位，压气缸被切换为动力缸。

调整压气缸各阀的配气相位，可以利用来自废气涡轮增压器的压缩气体或者由高压进气阀喷射高压空气推动活塞做功，压气缸变成空气动力缸。

当车船等装置制动时，可以通过压气缸将制动能转换为高压空气充气到高压储气罐。