[发明专利]环绕气门进气换热均质压燃发动机

说明书

本发明涉及一种活塞式均质压燃发动机技术领域。该环绕气门进气换热均质压燃发动机，其特征包括进气门(4)，喷油点火头(5)，预燃室(6)，进排气一体凸轮轴(8)，排气门(9)，换热套(13)。排气门(9)布置在中间，进气门(4)环形布置，进排气门由进排气一体凸轮轴(8)驱动。排气门室和进气门室之间设置一个环形换热套(13)。排气冲程，高温废气通过换热套(13)内侧，将换热套加热。压缩冲程末端，外加高压空气冲入换热套(13)外侧，被换热套将加热膨胀，并通过外侧与气缸连通的换热室喷口，将加热后的高温高压气体喷向气缸，气缸内的空燃混合气被压燃。喷油点火头(5)可以进行辅助喷油点火。

本发明涉及活塞式均质压燃发动机技术领域。

目前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。高压共轨技术因其喷油雾化好、喷油时间精准已被发动机厂广泛采用。然而，目前的柴油发动机，在雾化柴油气喷射入气缸内的瞬间，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，这种爆燃属于未能均质的扩散燃烧，燃烧不完全，容易产生碳烟，从开始燃烧到燃烧结束持续时间较长，能量释放速度慢，热效率低。缸内直喷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，做不到在正时时刻压燃；因为火焰传播燃烧需要控制空燃比，所以做不到稀燃；火焰传播燃烧热能释放速度慢，低速大扭矩特性差，高速燃料利用率差。看来，柴油发动机和汽油发动机如果能够解决燃料和空气充分混合后再压燃的问题，发动机将有很大开发潜力。目前发动机研发机构也正在致力于发展均质压燃技术，但总是不能解决均质后，在正时时刻准确控制压燃时间。如果能考虑通过设置压缩比和调整增压压力，使发动机在压缩冲程末端，在燃烧室内空燃混合气均质后，燃烧室内的压力和温度低于燃料燃烧的临界值时，利用外界具有较高温度和压力的气体迅速充入燃烧室内，使燃烧室内的压力和温度迅速达到空燃混合气燃烧所需压力和温度，使空燃混合气迅速被同时压燃，发动机就实现了可以控制点火时刻的目的。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，燃油利用率高，低速扭矩特性好，排放好。

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，在空燃混合气均质后，利用高温高压气体在发动机接近点火正时时刻喷入燃烧室内，迅速提高燃烧室内压力和温度来控制均质后压燃正时的发动机技术。

本发明的技术方案是这样实现的，在汽油发动机基础上，排气门布置在中间，进气门环形布置在排气门周围，排气门室内设置一个环形换热套。排气冲程，高温废气通过换热套内侧，将换热套加热。进气冲程，气缸内进入新鲜空气和燃料。压缩冲程末端，气缸内空燃混合气的温度和压力随之升高，外加高压空气冲入换热套外侧，排气冲程加热的换热套将进入换热套外侧的高压空气加热，并通过换热套外侧与气缸连通的换热室喷口，将加热后的高温高压气体喷向气缸，气缸内的空燃混合气被压燃，发动机进入做功冲程。因此解决了均质压燃发动机不易控制压燃点火时刻的问题。

该发明发动机，进气门以排气门为中心环形布置。

该发明排气门室周围环绕着换热套，发动机排出的高温尾气通过换热套内侧时将换热套加热。

该发明发动机换热套外侧与气缸之间开有换热室喷口。

该发明发动机高压进气口连接高压进气管、高压阀、高压气轨和高压泵，在压缩冲程末端，燃烧室内的压力和温度低于燃料压燃的压力温度，高压阀打开，高压空气通过换热套外侧，加热后通过换热室喷口冲入气缸内，将气缸内的空燃混合气压燃。

该发明发动机通过控制外加压缩空气的压力和高压阀的打开时间，来控制进入换热套外侧高压空气的压力及进入时刻，从而控制发动机压燃所需压燃温度、压力及压燃时刻，以调整压燃发动机的最佳压燃正时。

该发明发动机在排气温度较低，既换热套温度也比较低的情况下，通过一体喷油点火头将燃料喷入预燃室内，在压缩冲程末端，活塞到达上止点附近时一体喷油点火头点火，将预燃室内的空燃混合气点燃，高温高压气体喷出预燃室，将气缸内的另一部分空燃混合气压燃。