CN109973213A - 压缩比连续可变柔性运行的节能压燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩比连续可变柔性运行的节能压燃发动机，包括燃油供给系统、燃烧系统和柔性运行调节系统，所述燃油供给系统包括油箱，过滤器，喷油泵，电控喷油器，蓄能器。所述燃烧系统包括进气门，气缸体，可伸缩缸盖，排气门，活塞，连杆，曲柄。所述柔性运行调节系统包括进油口，出油口，缸盖储油腔，回位弹簧，电磁离合器，控制器，温度传感器，压力传感器。所述可伸缩缸盖内部为所述缸盖储油腔，所述缸盖储油腔内部沿圆周均匀分布着所述回位弹簧和所述电磁离合器。本发明结构简单，调节方法简易可行，工作可靠性高，充分满足发动机高低负荷等工况对压缩比、燃烧压力和燃烧温度等燃烧参数的要求，应用范围广，具有良好的节能效果和减排效果。

Description

压缩比连续可变柔性运行的节能压燃发动机

技术领域

本发明涉及一种节能压燃发动机，具体涉及一种压缩比连续可变柔性运行的节能压燃发动机。

背景技术

传统发动机机体组主要由气缸体、气缸盖、油底壳等组成。气缸盖的主要作用是密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸一起形成燃烧室。活塞在上止点时，其顶部与气缸盖之间的容积称为燃烧室容积。活塞在下止点时，其顶部上方的全部容积称为气缸总容积。气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比。传统压燃发动机一旦加工装配好，压燃发动机的燃烧室容积、气缸总容积、压缩比都是固定值，无法根据压燃发动机的不同工况，自适应调控发动机的燃烧室容积、气缸总容积、压缩比等，实时在线优化压燃发动机的燃烧和排放。

经过对现有技术文献和专利的检索发现，授权发明专利“一种压缩比及排量可变的发动机”，申请号为201510766772.0，该发明专利包括传动机构、至少两组驱动机构和变量机构，传动机构包括曲轴及至少两个第二连杆，驱动机构包括缸套、活塞及第一连杆，变量机构包括驱动装置、丝杆、调节件及滑块连接件，每一组驱动机构均通过一组变量机构与传动机构连接。变量机构变动可以实现压缩比的改变；当变量机构的变量值扩大到一定值时，实现歇缸，对多缸运转的发动机来说实现排量的改变。在某种工况下小功率输出时，关闭大部分驱动机构活塞的运动，避免小功率时所有缸体都在工作，造成能量浪费。

首先，该专利的机构结构复杂，包括传动机构、至少两组驱动机构和变量机构等，需要同时对发动机缸体、活塞连杆组等机构进行改造，成本较高，不适宜大批量发动机改造，且运行时易出现故障，尤其是高速工况、大负荷工况。其次，该专利通过对多缸发动机的某一缸歇缸实现排量可变，因此其排量变化只有几个固定的排量值，并且对单一气缸来说，其排量并未改变。再次，该发明专利中，变量机构的驱动装置带动丝杆转动，调节件通过丝杆上的螺纹螺接于丝杆上，因此压缩比的调节是按一定比例调节，不是连续、无极调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单、压缩比连续可变、柔性运行的压缩比连续可变柔性运行的节能压燃发动机。

本发明的技术方案是：一种压缩比连续可变、柔性运行的节能压燃发动机，包括燃油供给系统、燃烧系统和柔性运行调节系统，所述燃油供给系统包括油箱，过滤器，喷油泵，电控喷油器，蓄能器。所述燃烧系统包括进气门，气缸体，可伸缩缸盖，排气门，活塞，连杆，曲柄。所述柔性运行调节系统包括进油口，出油口，缸盖储油腔，回位弹簧，电磁离合器，控制器，温度传感器，压力传感器。所述可伸缩缸盖内部为所述缸盖储油腔，所述缸盖储油腔内部沿圆周均匀分布着所述回位弹簧和所述电磁离合器。所述控制器与所述电控喷油器、所述进油口，所述出油口、所述电磁离合器、所述温度传感器，所述压力传感器相连。

所述油箱的出口经所述过滤器与所述喷油泵的入口相连，所述喷油泵的出口一路经油管a与所述电控喷油器的入口相连，一路经油管b、油管d、油管e与所述蓄能器的入口相连，所述电控喷油器的出口将燃油喷入所述气缸体内部，所述电控喷油器的另一出口经油管c、油管d、油管e与所述蓄能器的入口相连，所述蓄能器的出口经所述进油口与所述缸盖储油腔的入口相连，所述缸盖储油腔的出口经所述出油口与所述油箱的入口相连。所述油箱内部的燃油经所述过滤器过滤，所述喷油泵加压，将具有一定压力、一定流量的高压燃油输送给所述电控喷油器，所述电控喷油器将高压燃油喷入所述气缸体内部。所述喷油泵提供的多余的高压燃油，所述电控喷油器多余的高压燃油都进入到所述蓄能器内储存能量。

所述进气门与所述气缸体的入口相连，所述气缸体的出口与所述排气门相连，外界环境的新鲜空气通过所述进气门进入到所述气缸体内部的燃烧室内，燃烧室内燃烧废气通过所述排气门排出到外界环境。所述活塞与所述连杆的一端相连，所述连杆的另一端与所述曲柄相连，将所述活塞的直线往复运动转变为所述曲柄的旋转运动。

本发明的有益效果是：

1. 本发明可以根据发动机工况的要求，实现压缩比可变，低负荷工况时采用高压缩比模式，节约燃油，提高燃油经济性；高负荷工况时采用较低压缩比模式，降低氮氧化物排放、机械负荷和热负荷；使发动机在各种变化的工况中发挥更好的效率，改善发动机的运行性能。

2. 本发明可实时调节气缸内燃烧温度和燃烧压力参数，在燃烧过程中，通过可伸缩缸盖的连续伸出实现燃烧温度和燃烧压力的升高，通过可伸缩缸盖的连续缩回实现燃烧温度和燃烧压力的降低。

3. 本发明结构简单，调节方法简易可行，且工作可靠性高，可以充分满足发动机不同转速、不同负荷工况对燃烧室容积、压缩比、燃烧温度和燃烧压力等燃烧参数的要求，应用范围广，推广后具有良好的经济效益和减排效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，图中，1-油箱，2-过滤器，3-喷油泵，4-电控喷油器，5-蓄能器，6-进油口，7-出油口，8-进气门，9-气缸体，10-可伸缩缸盖，11-排气门，12-活塞，13-连杆，14-曲柄，15-缸盖储油腔，16-回位弹簧，17-电磁离合器，18-控制器，19-温度传感器，20-压力传感器。图中a、b、c、d、e为油管，单线箭头所示为气体流动方向，双线箭头所示为燃油流动方向，虚线是控制线路。

实施例：压缩比连续可变柔性运行的节能压燃发动机，包括燃油供给系统、燃烧系统和柔性运行调节系统，燃油供给系统包括油箱1，过滤器2，喷油泵3，电控喷油器4，蓄能器5。燃烧系统包括进气门8，气缸体9，可伸缩缸盖10，排气门11，活塞12，连杆13，曲柄14。柔性运行调节系统包括进油口6，出油口7，缸盖储油腔15，回位弹簧16，电磁离合器17，控制器18，温度传感器19，压力传感器20。可伸缩缸盖10内部为缸盖储油腔15，缸盖储油腔15内部沿圆周均匀分布着回位弹簧16和电磁离合器17。控制器18与电控喷油器4、进油口6，出油口7、电磁离合器17、温度传感器19，压力传感器20相连。

油箱1的出口经过滤器2与喷油泵3的入口相连，喷油泵3的出口一路经油管a与电控喷油器4的入口相连，一路经油管b、油管d、油管e与蓄能器5的入口相连，电控喷油器4的出口将高压燃油喷入气缸体9内部，电控喷油器4的回油口经油管c、油管d、油管e与蓄能器5的入口相连，蓄能器5的出口经进油口6与缸盖储油腔15的入口相连，缸盖储油腔15的出口经出油口7与油箱1的入口相连。油箱1内部的燃油经过滤器2过滤，喷油泵3加压，将具有一定压力、一定流量的高压燃油输送给电控喷油器4，电控喷油器4将高压燃油喷入气缸体9内部。喷油泵3提供的多余的高压燃油，电控喷油器4多余的高压燃油都进入到蓄能器5内储存能量。

进气门8与气缸体9的入口相连，气缸体9的出口与排气门11相连，外界环境的新鲜空气通过进气门8进入到气缸体9内部的燃烧室燃烧，燃烧的废气通过排气门11排出到外界环境。活塞12与连杆13的一端相连，连杆13的另一端与曲柄14相连，将活塞12的直线往复运动转变为曲柄14的旋转运动。

工作原理：工况1：当压燃发动机处于低负荷工况时，采用高压缩比模式，节约燃油，提高燃油经济性。当活塞12从上止点往下止点运动“进气冲程”时，可伸缩缸盖10不动作，活塞扫过的气体容积不变，气缸总容积不变；当活塞12从下止点到上止点运动“压缩冲程”时，控制器18发出指令给电磁离合器17和进油口6，电磁离合器17上电分离，可伸缩缸盖10处于自由状态，进油口6开启，蓄能器5内存储的高压燃油通过进油口6进入到缸盖储油腔15，当缸盖储油腔15内向下的液压力大于回位弹簧16向上的弹簧力时，液压力克服弹簧力推动可伸缩缸盖10向下运动，燃烧室容积减小，压缩比变大，温度传感器19和压力传感器20检测气缸内的燃烧温度和燃烧压力，当压缩比增大到需要的值时，进油口6关闭，电磁离合器17断电结合，可伸缩缸盖10处于锁止状态，不可上下运动。

工况2：当压燃发动机处于高负荷工况时，采用较低压缩比模式，控制燃烧温度和燃烧压力，降低氮氧化物排放、机械负荷和热负荷。当活塞12从上止点到下止点运动“进气冲程”时，可伸缩缸盖10不动作，活塞扫过的气体容积不变，气缸总容积不变；当活塞12从下止点往上止点运动“压缩冲程”时，控制器18发出指令给电磁离合器17和出油口7，电磁离合器17上电分离，可伸缩缸盖10处于自由状态，出油口7开启，缸盖储油腔15内存储的高压燃油流回油箱1，当缸盖储油腔15内向下的液压力小于回位弹簧16向上的弹簧力时，在回位弹簧16的作用下，可伸缩缸盖10向上运动，燃烧室容积变大，压缩比变小，温度传感器19和压力传感器20检测气缸内的燃烧温度和燃烧压力，当压缩比减小到需要的值时，出油口7关闭，电磁离合器17断电结合，可伸缩缸盖10处于锁止状态，不可上下移动。

工况3：当压燃发动机处于冷起动工况时，气缸内初始温度、起动转速均较低，气缸内的燃烧压力和燃烧温度远低于正常值，着火性能恶化，排放恶化，采用可伸缩缸盖10缩回、伸出双模式。当活塞12在上止点“进气冲程”开始时刻，控制器18发出指令给电磁离合器17和出油口7，电磁离合器17上电分离，可伸缩缸盖10处于自由状态，出油口7开启，缸盖储油腔15内存储的高压燃油流回油箱1，当缸盖储油腔15内向下的液压力小于回位弹簧16向上的弹簧力时，在回位弹簧16的作用下，可伸缩缸盖10向上运动，气缸总容积变大，增大到需要的值时，出油口7关闭，电磁离合器17断电结合。当活塞12从上止点往下止点运动“进气冲程”时，由于气缸总容积变大，气缸内真空度变大，进气量增多；当活塞12在下止点“压缩冲程”开始时刻，控制器18发出指令给电磁离合器17和进油口6，电磁离合器17上电分离，可伸缩缸盖10处于自由状态，进油口6开启，蓄能器5内存储的高压燃油通过进油口6进入到缸盖储油腔15，当缸盖储油腔15内向下的液压力大于回位弹簧16的弹簧力时，液压力克服弹簧力推动可伸缩缸盖10向下运动，燃烧室容积减小，压缩比变大，气缸内的压缩压力和压缩温度均升高，温度传感器19和压力传感器20检测气缸内的温度和压力，当燃烧温度和燃烧压力增大到需要的值时，进油口6关闭，电磁离合器17断电结合，可伸缩缸盖10处于锁止状态，不可上下移动。

工况4：当压燃发动机处于燃烧工况时，温度传感器19和压力传感器20实时检测着火前气缸内的燃烧温度和燃烧压力，如果燃烧温度和燃烧压力低于正常值，则“滞燃期”长，着火后燃烧压力和压力升高率高，运动零件受到的冲击负荷大，发动机工作粗暴。因此控制器18发出指令给电磁离合器17和进油口6，电磁离合器17上电分离，可伸缩缸盖10处于自由状态，进油口6开启，蓄能器5内存储的高压燃油通过进油口6进入到缸盖储油腔15，当缸盖储油腔15内向下的液压力大于回位弹簧16向上的弹簧力时，液压力克服弹簧力推动可伸缩缸盖10持续向下运动，气缸总容积减小，燃烧气体受到压缩，燃烧温度和燃烧压力增大，“滞燃期”缩短，发动机工作柔和。当增大到需要的值时，进油口6关闭，电磁离合器17断电结合，可伸缩缸盖10处于锁止状态，不可上下移动。

本发明结构简单，可根据压燃发动机高低负荷、冷起动等工况的变化，自适应调控压燃发动机的燃烧室容积、气缸总容积、压缩比、燃烧压力和燃烧温度等燃烧参数，调节稳定可靠，可以实时在线优化压燃发动机的燃烧，提高压燃发动机在各种复杂工况下的性能，应用范围广，具有较好的经济效益和节能效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种压缩比连续可变柔性运行的节能压燃发动机，包括燃油供给系统、燃烧系统和柔性运行调节系统，所述燃油供给系统包括油箱、过滤器、喷油泵、电控喷油器和蓄能器；所述燃烧系统包括进气门、气缸体、可伸缩缸盖、排气门、活塞、连杆和曲柄；其特征是：所述柔性运行调节系统包括进油口、出油口、缸盖储油腔、回位弹簧、电磁离合器、控制器、温度传感器和压力传感器；所述可伸缩缸盖内部为所述缸盖储油腔，所述缸盖储油腔内部沿圆周均匀分布着所述回位弹簧和所述电磁离合器；所述控制器与所述电控喷油器、所述进油口、所述出油口、所述电磁离合器、所述温度传感器和所述压力传感器相连。

2.根据权利要求1所述的压缩比连续可变柔性运行的节能压燃发动机，其特征是：所述油箱的出口经所述过滤器与所述喷油泵的入口相连，所述喷油泵的出口一路经油管a与所述电控喷油器的入口相连，一路经油管b、油管d、油管e与所述蓄能器的入口相连，所述电控喷油器的出口将燃油喷入所述气缸体内部，所述电控喷油器的另一出口经油管c、油管d、油管e与所述蓄能器的入口相连，所述蓄能器的出口经所述进油口与所述缸盖储油腔的入口相连，所述缸盖储油腔的出口经所述出油口与所述油箱的入口相连。

3.根据权利要求1所述的压缩比连续可变柔性运行的节能压燃发动机，其特征是：所述油箱内部的燃油经所述过滤器过滤，所述喷油泵加压，将具有一定压力、一定流量的高压燃油输送给所述电控喷油器，所述电控喷油器将高压燃油喷入所述气缸体内部，所述喷油泵提供的多余的高压燃油，所述电控喷油器多余的高压燃油都进入到所述蓄能器内储存能量。

4.根据权利要求1所述的压缩比连续可变柔性运行的节能压燃发动机，其特征是：压燃发动机是单缸压燃发动机、两缸压燃发动机或大于两缸的多缸压燃发动机；所述可伸缩缸盖是一级可伸缩缸盖、两级可伸缩缸盖、三级可伸缩缸盖或大于三级的多级可伸缩缸盖。