CN102312719B - 一种压燃式低辛烷值汽油发动机 - Google Patents

Abstract

一种压燃式低辛烷值汽油发动机，采用低辛烷值汽油燃料和“压燃式”点火方式。它汽缸的压缩比可以达到10-22。它使用低辛烷值汽油，做功时所产生的汽缸压力超过普通汽油机使用高辛烷值汽油所能产生的汽缸压力。它的结构简单，故障率低。它的热工效率高于普通汽油机约30％，排放所产生的温室效应却低于普通汽油机约45％。由于低辛烷值汽油的芳烃含量可以很低，而且不需要添加MTBE、MMT等抗爆剂，因此这种新型汽油发动机是一种清洁的、高效的、环境友好的内燃机。

Description

一种压燃式低辛烷值汽油发动机

技术领域

本发明属于机械工业的内燃机技术领域，是一种新型的内燃机产品。

背景技术

1、柴油发动机和汽油发动机的比较

汽油发动机一般将汽油喷入进气管同空气混合成为可燃气后进入汽缸，在汽缸被压缩后经火花塞点火燃烧膨胀作功。人们通常称它为点燃式发动机。而柴油机一般是通过喷油泵和喷油咀将柴油直接喷入发动机气缸，柴油与在气缸内经压缩后的空气均匀混合，在高温、高压下自燃，推动活塞作功。人们把这种发动机称为压燃式发动机。

通常，柴油发动机(压燃式发动机)与汽油发动机(点燃式发动机)相比热工效率高30％，因而从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机的推广使用具有重大意义。柴油发动机与汽油发动机相比具有功率大，寿命长，动力性能好的特点，它排放产生的温室效应低45％，一氧化碳与碳氢排放也低，在整车的使用寿命期氮氧化合物排放略大于汽油机。柴油机结构简单故障率低。柴油机的不足之处是有害颗粒物排放大。

近年来，柴油发动机采用涡轮增压、中冷、直喷、尾气催化转换和颗粒捕集器等先进技术，柴油发动机汽车的排放已达到欧III、欧IN排放标准。在欧洲，柴油轿车已经比较普及，随着环保与节能和可持续发展的严格要求，今后汽车，特别是柴油小轿车将是一个发展趋势。目前我国一汽大众已经开发出捷达、宝来柴油轿车，并已在国内部分城市上市。

汽油机与柴油机相比，燃料的存储、输送系统有所不同，汽油的挥发性和侵润性比较强。汽油机与柴油机给油方式也不同，汽油机将汽油喷入进气道与空气混合后进入汽缸；而柴油机是在汽缸活塞将空气压缩之后才经过喷嘴将柴油喷入汽缸。

2、汽油标号的意义

市场上常见的汽油是90号、93号、97号(90#、93#、97#)无铅汽油。所谓90号、93号、97号是汽油的“辛烷值”含量指标，相当于它们分别含有90％、93％、97％的抗爆震能力强的“异辛烷”，以及10％、7％、3％的抗爆震能力差的“正庚烷”。于是辛烷值的高低就成了汽油发动机对抗爆震能力高低的指标。应该用97号汽油的发动机，如果使用90号汽油，当然容易产生爆震。

以前市场曾经流行70号汽油，随着内燃机技术的发展，现在乘用车已经很少使用70号汽油，市场上很少看到70号或者70号以下的汽油产品。

3、发动机压缩比与爆震

压缩比是指活塞在气缸中运动时，气缸中出现气体的最大体积和最小体积之比。活塞在最低点时气缸中气体体积最大，活塞在最高点时气缸中气体体积最小，前者叫气缸总容积，后者叫气缸燃烧室容积。压缩比＝汽缸总容积/燃烧室容积。压缩比是内燃机的重要指标。

压缩比越大，其压强越大，温度越高。从理论上讲，压缩比越大，发动机效率越高。汽油机的压缩比一般为4～6。乘用车使用的汽油机为了获得更高的体积动力比，压缩比增加到7～9.5，因此需要使用高辛烷值(高标号)汽油。柴油机的压缩比一般为15～18。但因为气缸受材料强度的限制，而且气缸内工质的温度不能超过燃料的燃点，所以压缩比不能太大。

四行程汽油发动机是利用活塞在气缸里往复运动，包括“进气、压缩、爆发、排气”四个行程，它吸入汽油与空气的混合物，然后压缩它，再用火花塞点爆它而获得动力，得到动力后，再排出点爆后的废气(尾气)。

四行程发动机用的燃料不一定是汽油，压缩天然气、液化石油气，甚至酒精，都可用来作为发动机的燃料。汽油之所以会成为主要燃料，是因为它相对容易取得，较容易储存，相对价廉。

正因为发动机可使用多种燃料，因此，在发动机发展之初，工程师们也做过许多尝试，除了尝试发动机不同的设计会有不一样的性能之外，也尝试使用不同的燃料会得到什么不同的效果。结果发现，当其它条件不变时，只要把发动机的压缩比提得愈高，就会得到更大的马力输出。然而，压缩比却不是可以无限制提高的，当压缩比提得太高时，发动机就会出现爆震现象。

所谓爆震是指：经过压缩的油和空气的混合气在被火花塞点火之后形成火焰燃烧面，在火焰燃烧面向前推进的过程中，尚未燃烧的油气混合气因为被进一步压缩而产生的高温点燃，形成自燃(爆燃)，当两团高爆火球在燃烧室里剧烈碰撞时，会产生如敲门一般的“喀、喀、喀”声，同时引起发动机震动。为了避免爆震现象发生，需要提高汽油的抗爆性，即提高汽油燃点，使其在较高温度和较高压力下不容易自燃，只能够被点燃。因此，对于高压缩比的发动机应该选用高标号汽油。

4、爆震与辛烷值

知道了爆震与燃料的关系后，工程师们开始把炼油厂里所产生的，可以作为发动机的各种油料逐一拿来测试和实验，结果发现，抗爆震效果最差的是“正庚烷”，因此工程师们就把最强的抗震指数100给了异辛烷，而最差的正庚烷则给了它一个0的抗震指数。即：异辛烷的标准辛烷值是100；正庚烷的标准辛烷值是0。

于是，辛烷值的高低就成了汽油发动机对抗爆震能力高低的指标。

工程师们在实验室里，利用一部可调整压缩比的单缸发动机做试验，测得各种燃料的数据。在实验中，随着压缩比的逐渐提高，测试燃料从没有爆震、燃烧顺畅的状况，逐渐调整到开始出现爆震。当爆震一开始出现的时候，就去比对异辛烷与正庚烷混合物的状况，如果出现爆震的状况时机，正好与97份异辛烷和3份正庚烷的测试状况一模一样，那么这个测试油料的辛烷值就是97。所以，当我们说90号、93号、97号无铅汽油的时候，其实它的辛烷值只是一个对比值。

5、正确选择汽油标号

许多汽车用户误认为，汽油的标号就是油品纯净度和质量的标准，车辆使用标号越高的汽油越好，这种想法是错误的。汽油标号的高低只是表示汽油辛烷值的大小，应根据发动机压缩比的不同来选择不同标号的汽油。压缩比在8.5-9.5之间的中档轿车一般应使用93号汽油；压缩比大于9.5的轿车应使用97号汽油。高压缩比的发动机如果选用低标号汽油，会使汽缸温度剧升，汽油燃烧不完全，机器强烈震动，从而使输出功率下降，机件受损。低压缩比的发动机硬要用高标号汽油，就会出现“滞燃”现象，即压到了头它还不到自燃点，一样会出现燃烧不完全现象，对发动机也没什么好处。

6、表1是从网络上搜索到的纯碳氢化合物的辛烷值

表1：烃类结构与辛烷值的关系(网络资料，不尽准确)

正庚烷CH3-(CH2)5-CH3                  辛烷值为    0

正辛烷CH3-(CH2)6-CH3                  辛烷值为    -17

正己烷CH3-(CH2)4-CH3                  辛烷值为    25

辛烯-1CH2＝CH-(CH2)5-CH3              辛烷值为    34.7

戊烷CH3-(CH2)3-CH3                    辛烷值为    61

乙基环己烷CH3-CH2-(环己烷)            辛烷值为    44

二甲基环己烷CH3-(环己烷)-CH3          辛烷值为    62

环己烷                                辛烷值为    77

己烯-4CH3-(CH2)2-CH＝CH-(CH2)2-CH3    辛烷值为    74.3

己烯-1CH2＝CH-(CH2)3-CH3              辛烷值为    80

异辛烷(CH3)3C-CH2-CH(CH3)2            辛烷值为    100

丁烯-1CH2＝CH-CH2-CH3                 辛烷值为    106

乙苯C6H5-C2H5             辛烷值为98

二甲苯CH3--CH3            辛烷值为103

甲苯C6H5-CH3              辛烷值为104

苯C6H6                    辛烷值为108

7、芳香烃与辛烷值

汽油中含有二甲苯、乙苯、甲乙苯、甲苯以及少量苯和苯的其它衍生物，它们的辛烷值一般都比较高。例如：二甲苯的辛烷值为103；甲苯的辛烷值为104；乙苯的辛烷值为98。由于它们是重要的化工原料，它们被提取之后，汽油的辛烷值会大幅度下降，不能满足市场对汽油品质的要求，出现了化工产品与汽油产品争原料的现象。

为了提高汽油的辛烷值，炼油厂往往采用“重整”工艺，将直链烷烃转化为芳香烃。这个过程需要消耗大量能源，而且损耗一部分原料。

8、抗爆添加剂

除了汽油“重整”增加辛烷值之外，工程师还研究了通过添加抗爆剂的方法增加汽油的辛烷值。

汽油抗爆剂主要有烷基铅、甲基环戊二烯三羰基锰(MMT)、甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基叔戊基醚、叔丁醇、乙醇等。

MTBE不仅能有效提高汽油辛烷值，而且还能改善汽车性能，降低排气中CO含量，同时降低汽油生产成本。目前世界汽油用MTBE年产能力超过2100万吨。我国现有MTBE生产装置增加到27套，总年产能力达62万吨。但是，国外也有人认为MTBE对环境对人体有毒副作用，燃烧之后的尾气含有微量人体致癌物质。据说美国有一些州已经立法禁止使用MTBE。

醇类用作汽油添加剂由于含有羟基而显示出不良效果，乙醇、丙醇和叔丁醇等低碳醇或其混合物用作汽油添加剂具有MTBE相似功能，还有价格优势，用作汽油调合剂具有较大的市场潜力。在汽油中加入10％乙醇可使调合汽油升级，经济价值极为可观。由于乙醇价格较高，其应用受到一定限制。

9、石油、汽油、柴油、煤油

从地下抽出的原油是一种黑色的液体，称为石油。这种液体包含脂肪族碳氢化合物，或者仅由氢和碳组成的碳氢化合物。碳原子链接在一起，形成不同长度的碳链。

前四种链[CH4(甲烷)、C2H6(乙烷)、C3H8(丙烷)和C4H10(丁烷)]都是气体，它们的沸点分别是-107、-67，-43和-18℃。从C5H12开始以上的链，一直到C18H38，在室温下均为液体，而C19以上的链在室温下则全都是固体。

不同长度的碳链，其沸点将随长度升高，因此可以通过蒸馏的方式将它们分离。这就是在炼油厂所要进行的处理，对原油进行加热，不同长度的碳链将在各自的汽化温度时被分离出来。(有关详细信息，请参见如何进行石油精炼。)

在C5、C6和C7范围内的碳链都是非常轻、极易蒸发的清澈液体，称为石脑油(另有资料显示，石脑油又称为化工轻油，其馏分应该覆盖C5-C11，或者C5-C12)。

从C7H16到C11H24的碳链混合在一起，可用作汽油(汽油的馏分为C7-C11。汽油馏分或许可以扩大到C6-C12，但是未见包括C5的报道)。所有这些碳链的蒸发温度都低于水的沸点。

煤油在C12到C15的范围内，后面紧跟着的是柴油燃料(柴油的馏分为C16到C18范围)和更重的燃料油(例如供房子取暖用的取暖用油)。汽油、煤油和柴油的实际馏分可以根据市场的需求情况适当向上下两边拓展1-2个碳原子。

接下来是润滑油。这些油在常温下不会蒸发。例如，机油可以长时间在121℃的条件下运行而不蒸发。这些油当中，既包含非常轻(如3合1油)的油，也包含不同粘稠度的车用机油，还包含非常粘稠的齿轮油以及半固体润滑脂。凡士林也属于这类油。

高于C20范围的碳链将形成固体，从石蜡开始，然后是焦油，最后是用于铺设沥青路面的沥青。

以上这些不同的物质可以不全都源于原油。少部分成分可以来源于煤、植物油。它们之间的唯一区别就是碳链的长度不一样。

10、结合柴油发动机优点和汽油发动机优点的创新型发动机

柴油发动机与汽油发动机相比所具有的优点，并不是因为柴油比汽油“优越”很多，虽然柴油的碳氢比比汽油高。柴油机比汽油机的热工效率高，主要是因为它的压缩比高和空气燃料比高，当然点火方式也不同。

本发明就是要开发和设计一种高压缩比、压燃式“汽油”发动机，这种新型内燃发动机迄今为止未见报道。

这种“压燃式汽油机”与点燃式汽油机相比，热工效率有望高30％，因而从节约能源、降低燃料成本角度上讲，压燃式汽油发动机的推广使用具有重大意义。压燃式汽油发动机与点燃式汽油发动机(普通汽油机)相比具有功率大，寿命长，动力性能好的特点，它排放产生的温室效应也有望降低45％，一氧化碳与碳氢排放也低。

发明人的实验证实，低辛烷值汽油可以在与柴油机相当的压缩比条件下被压燃，并且顺利燃烧。实验结果也证明，专业设计和专门制造压燃式低辛烷值汽油发动机是可行的。

新的发动机将同时具有柴油发动机的优点和汽油发动机的优点，尤其是当压缩比选择在7-15范围时，新的发动机具有汽油机“体积小、震动小、运行平稳”的优点，同时具有柴油机“效率高、马力大、排放所产生的温室效应低”等优点。

发明内容

众所周知，汽油发动机提高效率的主要途径就是提高汽缸的压缩比，压缩比提高后，汽油容易在汽缸内高温高压存在空气的环境下自燃，从而产生爆震。为了避免爆震，汽油的生产者想方设法增加汽油的辛烷值以适应新设计的汽油发动机不断增加的压缩比。因此，汽油的生产过程日益复杂，生产成本不断增加。

本发明反其道而行之，利用低辛烷值汽油容易自燃的特点，利用压燃式内燃机热工效率高于点燃式内燃机的特点，设计出以低辛烷值汽油为燃料的压燃式汽油发动机。降低汽油生产过程的难度和复杂程度，提高了汽油机(压燃式低辛烷值汽油发动机)的热工效率，把汽油机的热工效率提升到了柴油机的水平，同时降低了发动机排放所产生的温室效应。

这种压燃式低辛烷值汽油机已经不再是普通汽油机的概念。

一、低辛烷值汽油的概念：

所谓低辛烷值汽油，是指那些在现在的普通汽油机(点燃式)使用时会产生爆震的汽油。一般情况下，低辛烷值汽油的标号(辛烷值)小于69，汽油的标号(辛烷值)越低，适应不同压缩比(汽缸)的压燃式汽油机的能力越强。例如：10号汽油(辛烷值为10)比30号汽油(辛烷值为30)适应更低压缩比的压燃式汽油机，适用性更强。换句话说，能够使用10号汽油的压燃式汽油机——能够将10号汽油压燃(点火)并顺利燃烧，不一定能正常使用30号汽油；而能够正常使用30号汽油的压燃式汽油机一定能够使用10号汽油。

一般情况下，低辛烷值汽油的主要构成为C6-C12的碳氢化合物，包括直链烷烃和其异构体。必要时碳链还可以扩大到C5，以及部分C13-C18。

这种压燃式汽油机的主要工作特点是：当活塞将空气压缩进燃烧室，活塞到达上止点位置或者接近上止点位置时，低辛烷值汽油经过喷油泵和喷油嘴被喷入汽缸，在汽缸内的高温高压空气中自动燃烧，产生更高压力，推动活塞向下止点运行，做功。这种特定的做功工作过程，不同于普通汽油机先将汽油与空气混合，再压缩汽油和空气的混合气，然后依靠火花塞等电子点火系统点燃油气混合气，产生更高压力，推动活塞做功的过程；这种特定的做功工作过程，也不同于普通的柴油机，因为它们的压缩比不同，使用的燃料更是不同。

低辛烷值汽油是汽油新产品，由于其低辛烷值、低抗爆性，不能直接应用于现在的普通汽油发动机。否则，爆震现象将非常严重。

燃料不同，这是压燃式汽油机区别于普通汽油机和柴油机的特征之一。点火方式不同，是压燃式汽油机区别于普通汽油机的特征之二。

二、压燃式汽油机的汽缸压缩比有三种情况：

1、压缩比(7-15)低于柴油机高于普通汽油机。

这种情况使得压燃式汽油机具有比普通汽油机高的热工效率(可以比使用97号以上标号汽油的、最先进的高压缩比汽油机具有更高的压缩比)，同时兼有普通汽油机体积小、质量轻、震动小等优点，兼有柴油机结构简单(缺省了电子点火系统)、故障率低的优点。

早期汽油发动机的压缩比为4-6，现在一般汽油机的压缩比为5-8，乘用车的汽油发动机压缩比一般为6-10，高档乘用车的汽油发动机压缩比一般在9以上。汽油发动机的压缩比越高，对汽油辛烷值含量的要求越高。有资料称压缩比9.5以上的汽油机必须使应97号汽油，燃料成本很高。

显而易见，汽缸压缩比为14的压燃式低辛烷值汽油机的热工效率会轻松地超过汽缸压缩比为10的点燃式汽油发动机。对于点燃式汽油机，压缩比从9提高到10就是一件不容易的事情了，而且对汽油辛烷值的要求也从95号提高到了97号。

2、压缩比(15-18)与柴油机相当。

这种情况使得压燃式汽油机具有与柴油机相当的热工效率，扣除柴油的碳氢比例略高于汽油的优势，压燃式低辛烷值汽油机仍然可以获得比普通汽油机高将近30％的热工效率，排放所产生的温室效应比普通汽油机低将近45％。

由于柴油与汽油的结构、组成不同，柴油的碳氢比例高于汽油的碳氢比例，相同质量(单位：g、kg)的柴油的燃烧值高于汽油；又由于汽油的挥发性、渗透性、浸润性比柴油强，柴油的(粘稠度高)运动粘度比汽油大，压燃式低辛烷值汽油机的燃料箱、燃料油管线、燃料油泵、喷嘴、过滤器等部件和机构的结构、性能要求都与柴油机有很大差别，因此普通柴油机不能直接作为低辛烷值汽油发动机使用。反之，压燃式汽油机不但可以使用低辛烷值汽油，也可以正常使用柴油做燃料。这是压燃式低辛烷值汽油机的进步。

结论是：即使压燃式汽油机的压缩比与柴油机相当时，压燃式汽油机与柴油机也是完全不同的两种内燃机产品。

3、压缩比(18-22)超过柴油机。

由于汽油的挥发性比柴油好很多，汽油喷入燃烧室之后的分散性优于柴油，能够与空气更均匀混合；另一方面，汽油的点火温度虽然高于柴油，但是燃烧性(易燃性)优于柴油；第三，本发明采用创新的延长点火时间的技术，即延长向燃烧室喷油的时间，针对特定的客户群，不追求在最短时间将燃料喷入汽缸燃烧室的目标(柴油机通常如此)，使得燃料在汽缸内燃烧更平稳、更完全，所以汽缸的压缩比可以更高，压燃式汽油机的汽缸的压缩比超过柴油机的汽缸压缩比。

延长向燃烧室喷油时间的方法，同样适用于压缩比与柴油机相当的压燃式汽油机和压缩比低于柴油机的压燃式汽油机。

这种压燃式汽油发动机兼有汽油机和柴油的优点，但是它不同于以往的汽油机和柴油机。所以，本发明在具有实用性的同时，具备新颖性和创造性。

关于压燃式发动机和点燃式发动机的工作原理、机械结构以及二者的区别，是内燃机业内技术人员所熟悉的，本说明书不做详细叙述不会影响业内技术人员对本发明的理解。

关于汽油和柴油的区别，也应该是内燃机业内技术人员所熟悉的，但是肯定是石油炼制行业技术人员所熟悉的。

压缩比不同，是压燃式汽油机区别于普通汽油机和柴油机的特征之三。

压燃式汽油机，一旦压缩比确定了，所使用的低辛烷值汽油的辛烷值(汽油标号)就有一个上限。只有使用低于这个标号(辛烷值含量)的汽油，压燃式汽油发动机才能正常工作。多大的汽缸压缩比需要使用多少标号以下的汽油——这种标准数据，业内技术人员可以很方便地利用测试汽油辛烷值的试验装置反向试验得到。辛烷值越低的汽油，适用于各种类型压燃式汽油机(压缩比不同)的适应性越强。

反之，对于压燃式汽油发动机，汽油标号越低，发动机的压缩比可以越低(选择范围为7-22)，发动机的运行越加轻柔平稳。

三、延长喷油时间降低燃烧对发动机的震动：

1、时间的概念：

本说明书关于发动机活塞运行行程对应的时间、排气门开启和关闭的时间、喷油嘴开始喷油和结束喷油的时间，都是相对时间，是以曲轴转动的角度为参照的。例如：活塞从上止点到下止点的运行时间为180度角，对应曲轴转动180度角；假设喷油嘴从上止点之前5度角开始喷油，到经过上止点30度喷油结束，则喷油时间为35度角，相当于曲轴转动35度经过的相对时间。当喷油时间为60度角时，如果发动机转速为1200转/分钟(1/20秒/转)，则喷油时间为1/120秒(一百二十分之一秒)。

2、燃烧与爆炸的区别：

这是一个常识问题。爆炸是燃烧的一种形式，只是燃烧的时间很短；燃烧也是爆炸的一种形式，只是持续的时间相对比较长。相同当量的氧化剂与还原剂，无论爆炸是还是燃烧，所释放的热量是相同的，但是所产生的冲击波却是相差很大的。因此延长汽油在汽缸内燃烧的时间，是降低压燃式发动机震动的一个好方法，这种方法也是压燃式内燃机所特有的而点燃式内燃机所无法做到的。

点燃式发动机的燃油与空气混合后一次进入汽缸，再被活塞压缩进燃烧室。燃烧室内的油气被火花塞点火之后，混合油气的燃烧是失控的。压燃式内燃机则可以通过调整喷油速度，使得降低燃料进入燃烧室(汽缸)的速度，使得一个做功周期所消耗的燃料的燃烧速度降低。

3、延长喷油时间降低燃烧速度的影响：

(1)、震动变小。当喷油时间为60度角时，如果发动机转速为1200转/分钟(1/20秒/转)，则喷油时间为1/120秒；当喷油时间为15度角时，如果发动机转速为1200转/分钟(1/20秒/转)，则喷油时间为1/480秒(四百八十分之一秒)。显然后者的燃烧时间比前者短，燃烧对发动机震动的作用要大。随着喷油时间延长，活塞离开上止点的距离增加，燃烧室空间增加，此时燃料完全燃烧所造成的燃烧室压力相对较小；而喷油时间很短，燃烧室所承受的瞬间最大压强也比喷油时间延长的情况大很多，但是此时活塞、连杆机构相对于曲轴的力臂很小，短时间的高压强对做功的贡献却不大。

(2)、燃料的燃烧更充分、更完全，尾气中一氧化碳含量和碳氢物含量更低。因为延长喷油时间，燃料有时间与燃烧室里面的空气更均匀地混合，所以燃料燃烧更完全。

柴油机的工作原理是立足于用最短的时间将燃料喷入燃烧室，因此传统的柴油机的震动比普通汽油机大。为了对抗这种震动，柴油机的机壳以及内部机械部件也都非常坚固但是相对笨重。

延长喷油时间降低燃料“爆燃”对发动机的震动，是压燃式汽油机区别于柴油机的特征之四。

这个“延长喷油时间”的技术，也可以用于改造传统的柴油机。

四、压燃式6冲程低辛烷值汽油机的结构和原理：

本发明压燃式低辛烷值汽油机可以是4冲程的(进气、压缩、做功、排气)，也可以是6冲程的(进气、压缩、做功、排气、二次做功(尾气做功)、再排气)。

曲轴旋转3周为汽缸、活塞、气门系统的1个工作周期(活塞运行3个往复，对应曲轴转动3×2×180度角)。压燃式6冲程低辛烷值汽油机的结构与压燃式4冲程低辛烷值汽油机的结构的主要区别是：增加了将汽缸内推动活塞做功后的尾气引入另外一个汽缸的通道、途径，相关排气门、进气门，以及开关气门的操作控制部件。尾气进入另外一个汽缸之前的途径有两种情况，一种是直接进入，另外一种是先进入一个尾气储罐(一个保温性和密封性很好的有进气门(第一排气门)和出气门(第二进气门)的空腔)。

理论上：压燃式6冲程汽油发动机的功率与压燃式4冲程汽油发动机相同，但是燃料的热工效率增加33.3％(相当于节省33.3％燃料)；排放所产生的温室效应可以再降低25％。实际情况按照理论值得60％估算，燃料的热工效率增加20％，排放所产生的温室效应再降低15％。其中“二次做功”(尾气做功)行程的理论功率大约相当于“做功”行程功率的50％。

压燃式6冲程低辛烷值汽油机的工作原理是：

1、进气行程：活塞从上止点往下止点运行，第一进气门开启，吸进空气(空气可以经过涡轮增压泵增压、中冷器冷却)。

2、压缩行程：第一进气门关闭，活塞从下止点向上止点运行，将空气进一步压缩进燃烧室。

3、做功行程：当压缩行程末期活塞到达上止点或者接近上止点位置时，喷油嘴开始向燃烧室喷入低辛烷值汽油，低辛烷值汽油均匀分散到燃烧室内高温高压的空气中，被自动点燃和燃烧，燃烧产生更高压力的气体推动活塞向下止点运行；当活塞接近下止点距离下止点15度角附近(距离下止点10到25度角)的位置时，开启第一排气门，将尾气(第一尾气)引入另外一个汽缸的燃烧室，推动另一个汽缸中的活塞二次做功。第一排气门的出口与“另一个汽缸(通过第二进气门入口)”之间有密封通道相连。第一排气门开启与关闭之间的间隔时间是尾气利用另外一个汽缸做功的动力输出时间。在第一排气门开启，活塞到达下止点之前，汽缸内的高压气体仍然在推动活塞做功，只是此时推动活塞做功的气体压力有所降低(部分气体进入了另外一个汽缸做功)；当活塞经过下止点后，第二排气门开启之前，曲轴、连杆机构、活塞对系统反向做功，只不过此时连杆相对于曲轴的力臂很小，所以扭矩很小(反向做功很小)；但是此时与这个汽缸相通连的另外一个汽缸中的活塞正处于有利的做功位置，二次做功的功率远远超过这个汽缸很小的反向做功功率，所以本发明的设计使得活塞超过下止点而不立即开启第二排气门。从第一排气门开启，到活塞到达下止点，汽缸内压力降低，降低了活塞做功的力，好在这个时候连杆对于曲轴的扭矩也比较小，功力损失很小；当活塞经过下止点到达15度角附近(超过下止点5-25度角，甚至10-30度角)时，关闭第一排气门，开启第二排气门，开始卸压排出废气(第二尾气)，废气经过涡轮增压装置、尾气催化处理装置、颗粒捕集器等，之后排入大气(第五尾气)。

4、排气行程：当活塞超过下止点达到15度角(5到25度角，或者10-30度角)附近时，关闭第一排气门，开启第二排气门，将剩余尾气排出废气处理系统，经过(涡轮)回收能量、尾气催化转换和颗粒捕集器等，排入大气；活塞上行过程中将废气压缩，废气(经过第二排气门)被赶出汽缸；当活塞上行到达或者接近上止点5-15度角附近(上止点之前)时，关闭第二排气门。

5、二次(尾气)做功行程，当汽缸开始第二次排气后，活塞到达上止点或者接近上止点(5-15度角附近)时，关闭第二排气门，开启第二个进气门，引入正在做功的某一个汽缸中活塞做功行程末端开启第一排气门时排出的尾气(第一尾气)，利用这个新鲜的高品质的尾气(高温高压气体)推动活塞向下止点运行，二次做功。如果此时“某一个”正在做功的汽缸尚未到达开启第一排气门的位置(例如两个汽缸之间的相位角相差90度角。四缸发动机相邻汽缸之间的相位角彼此相差90度角；六缸发动机相邻汽缸之间的相位角相差60度角；两缸发动机的汽缸之间相位角相差180度角)，此时开启第二进气门，汽缸中的活塞将利用“通道”中剩余的尾气(第三尾气)做功。

以四缸发动机为例：汽缸内的活塞利用相位角滞后于自己270度角的“某一正在做功的汽缸”的第一尾气二次做功。当“某一正在做功的汽缸”的活塞刚刚到达距离上止点90度角位置时(行程中间位置)，二次做功的汽缸活塞到达上止点；当“某一正在做功的汽缸”的活塞到达距离下止点15度角附近位置开启时第一排气门时，二次做功的汽缸活塞离开上止点约75度角(180度角-90度角-15度角)距离(附近位置)，此时正是活塞做功效率最高的位置(曲轴在活塞行程80-85度角位置附近的力臂最长、扭矩最大)。利用第一尾气(第一排气门开启与关闭之间的大约30度角(30-50度角)时间)做最有大的功(最有效功率)

对于六缸发动机：汽缸内的活塞利用相位角滞后于自己180度角的“某一正在做功的汽缸”的第一尾气二次做功。当“某一正在做功的汽缸”的活塞到达距离下止点15度角(10-25度角)附近位置时，开启第一排气门，二次做功的汽缸活塞到达距离上止点15度角(10-25度角)附近位置；当“某一正在做功的汽缸”的活塞超过下止点，距离下止点15度角(10-25度角)附近位置时关闭第一排气门时，二次做功的汽缸活塞有30-50度角的时间接受第一尾气，其它做功时间利用第三尾气，第三尾气的补充也来源于第一尾气。

6、二次排气行程：

当二次做功的汽缸活塞到达下止点或者到达下止点前5度角附近时，关闭第二进气门，再次开启第二排气门，活塞继续从下止点向上止点运行，压缩废气，将废气(第四尾气)排出汽缸。与第二尾气一样，废气经过涡轮增压装置、尾气催化处理装置、颗粒捕集器等，之后排入大气(第五尾气)。

7、关于汽缸之间的尾气通道：

从第一排气门开启始，到第一排气门关闭止，第一尾气进入汽缸之间的尾气通道与第三尾气混合。第一排气门关闭之后，汽缸之间的尾气通道中，剩余的尾气被称为第三尾气。两两相邻汽缸之间的尾气通道是最近的，这个通道越短，越有利于保持第一尾气的品质(高温高压)，使之尽快进入“另一个汽缸”，用于二次做功。然而对于汽缸数目超过2的发动机，排列在两侧的汽缸之间的通道就很长。这种情况会使得同一台发动机内部，汽缸之间的尾气通道不完全相同，使得各个汽缸中的活塞二次做功的大小不是很均匀，但是这种结构仍然是有优越性的。其优越性就是发动机各个汽缸的二次做功功率的总和最大化。作为替换方案一，两两汽缸之间的尾气通道不再彼此独立，而是共用一个通道，即第一排气门所排出的第一尾气进入的通道也是第二进气门引入尾气(第三尾气和“某一个”正在做功的汽缸的第一尾气)的通道。这样做的好处有三个，一是结构简单；二是各个汽缸活塞二次做功所得到的第一尾气(混合了第三尾气)的压力等品质大致相同，发动机运行更加稳定；三是增加了第三尾气的储存空间(相当于第一尾气的储罐)，在第一尾气不能直接提供到二次做功汽缸的时间段，由第三尾气推动活塞作为二次做功的动力来源。第一排气门开闭间隔时间相当于30-65度角(曲轴旋转角)，而第二进气门的开闭时间间隔差不多是180度角。当第一排气门和第二进气门与汽缸间尾气通道之间的动密封性能很好时，这个通道(储罐)的容积可以是单一汽缸容积的1-5倍，容积越大，二次做功的高压气体的均匀性越好；但是，通道(储罐)的容积越大，第一尾气到达二次做功汽缸的品质(温度、压力)降低幅度越大。

8、关于“某一个”正在做功的汽缸的选择：

对于汽缸之间彼此第一尾气通道相互独立的情况，对于四缸发动机，在汽缸二次做功的约180度角行程过程中，理论上经历一个“某一个”汽缸正在做功的情况；对于六缸发动机，在汽缸二次做功的约180度角行程过程中，理论上经历二个“某一个”汽缸正在做功的情况。因此，选择二次做功汽缸的里活塞行进在60-120度角位置区间，对应开启合关闭第一排气门时间重合度最高的“某一个”正在做功的汽缸通连汽缸，效果最好；如果不能重合，则选择在二次做功行程上半行程同步的“某一个”正在做功的汽缸(的第一尾气)通连。

在气缸容量相同的情况下，压燃式6冲程低辛烷值汽油机与普通的4冲程汽油机相比额定功率高30％，燃油消耗却降低三分之一(与压燃式4冲程低辛烷值汽油机相比，额定功率相同，燃料节省30％)。

五、压燃式2冲程低辛烷值汽油发动机的结构和原理

压燃式辛烷值汽油发动机除了采用4冲程和6冲程工作机理和机械结构外，还可以采用2冲程(行程)工作机理和机械结构。在气缸容量和压缩比相同的情况下，压燃式2冲程低辛烷值汽油发动机的额定功率几乎是压燃式4冲程低辛烷值汽油发动机额定功率的2倍。在气缸容量相同的情况下，压燃式2冲程低辛烷值汽油发动机的额定功率几乎是普通汽油发动机额定功率的2.6倍。

这种压燃式低辛烷值汽油发动机的特征除了只有2个行程(做功行程和压缩行程)，发动机额定功率(机械的效率)高之外，还有一个特征是汽缸只有进气门没有排气门，排气改为在活塞到达下止点之前3-5度角位置在汽缸壁设置排气孔，所以发动机结构更简单。

做功行程时，低辛烷值汽油被喷入燃烧室，在经过压缩的高温高压空气中自动点燃，燃烧产生更高压力气体推动活塞从上止点向下止点运行，当活塞到达下止点之前3-5度角时，排气孔开启(活塞本体超过排气孔位置，让开了排气孔)，汽缸排气，当活塞到达下止点时，处于燃烧室的进气门开启，压缩空气经过进气门进入汽缸，将剩余的尾气赶出排气孔，活塞经过下止点上行，及时封闭排气孔，进气门也随即关闭，活塞继续上行，将压缩空气进一步压缩到燃烧室，完成2个行程4个步骤。

六、对顶式双活塞汽缸结构的压燃式低辛烷值汽油发动机：

采用对顶式双活塞汽缸结构的发动机(一缸二塞发动机)，市场上已经出现，目的也是为了提高发动机的热工效率。但是，将对顶式双活塞汽缸结构应用到压燃式低辛烷值汽油机，却是一种创新，具有新颖性和创造性。

对顶式双活塞汽缸结构，一个汽缸对应一对活塞、两组连杆机构和两根曲轴；汽缸中，两个活塞到达上止点时距离最近，此时两个活塞之间的空间是它们共同的燃烧室。这种发动机甚至省略了进气门和排气门，作为压燃式低辛烷值汽油发动机，其结构更加简单，故障率进一步降低；而热工效率却可以原来超过普通汽油机30％左右的基础上再增加30％。

对顶式双活塞汽缸结构的压燃式汽油发动机结构如《说明书附图》图1所示，喷油嘴对应的燃烧室位置在两个活塞中间。

常规的对顶式双活塞汽缸结构的发动机(一缸二塞发动机)的结构和工作原理，是内燃机业内技术人员所熟悉的，

七、压燃式低辛烷值汽油机与汽油机不同之处：

1、点火方式不同：

压燃式汽油机采用燃料在汽缸内自燃点火的方式，而普通汽油机采用火花塞等电子点火系统点燃。

压燃式汽油机由于缺省了电子点火系统，所以比普通汽油机结构简单，故障率低。

2、压缩比不同：

压燃式汽油机的压缩比高于普通汽油机。

3、进油方式不同：

压燃式汽油机采用喷油嘴喷油的方式将燃料送入汽缸，普通汽油机采用喷油嘴将燃料喷入进气管，与压缩空气混合后进入汽缸。当然现在也有部分汽油机采用直喷的技术。

4、效率不同：

压燃式汽油机的热工效率比普通汽油机高大约30％。压燃式6冲程低辛烷值汽油机的热工效率比普通汽油机高大约69％，排放所产生的温室效应降低55％以上。压燃式低辛烷值一缸二塞汽油机(对顶式双活塞汽缸结构的压燃式汽油机)的热工效率比普通汽油机高大约69％，排放所产生的温室效应比普通汽油机降低55％以上。

举例说明：如果一台使用普通汽油机的汽车，百公里油耗为8升汽油(假设为93号汽油，40升汽油可行驶500公里)；当这台汽车采用压燃式低辛烷值汽油机时，百公里油耗大约为6.15升(40升汽油可行驶650公里)；若采用压燃式6冲程低辛烷值汽油机，这台汽车的百公里油耗大约为4.7升(40升汽油可行驶845公里)。

5、燃料不同：

低辛烷值汽油相比较高辛烷值汽油，清洁、环保、低成本。

6、温室气体排放标准不同：

使用相同单位质量燃料，压燃式汽油机的排放所产生的温室效应比普通汽油机降低45％左右。

八、压燃式低辛烷值汽油机与柴油机不同之处：

1、燃料不同：

压燃式汽油发动机使用的虽然是低辛烷值汽油，但是其辛烷值一般仍然比柴油高。柴油的碳链长度比低辛烷值汽油高，柴油的碳氢比比低辛烷值汽油高，柴油的粘稠度比低辛烷值汽油高，柴油的凝固点比低辛烷值汽油高，柴油的燃点比汽油高(点火点比汽油低)；柴油的挥发性比汽油低，柴油的浸润性、渗透性、溶剂性(溶解能力)比汽油差。所以压燃式低辛烷值汽油发动机的所有与燃料接触的部件和容器、管道等，都区别于柴油机。

低辛烷值汽油是轻质油，挥发性强，虽然点火温度高于柴油，但是易燃性超过柴油，燃点低于柴油，所以，低辛烷值汽油在气缸中与空气中的氧气发生氧化反应的速度远高于柴油。

2、压缩比不同：

(1)、为了使得发动机运行平稳轻柔，压燃式汽油机的压缩比可以设置在10-14范围(甚至7-10范围)。这样，使用低辛烷值汽油产品中标号偏低的那些汽油品种，可以采用压缩比相对较低的压燃式汽油机(例如压缩比为12-14的压燃式汽油机)。即使如此，这种压燃式汽油机的压缩比仍然比点燃式(普通)汽油机高，热工效率也高，排放所产生的温室效应也低。

(2)、为了使得发动机的效率更高，压燃式汽油机的压缩比可以设计在18-20范围(甚至在19-22范围)，这类压燃式汽油剂可以使用低辛烷值汽油产品中标号偏高的那些汽油品种。

3、燃料存储和输送系统不同：

低辛烷值汽油的挥发性和侵润性均超过柴油，压燃式低辛烷值汽油机必须采取相应的、与柴油机不同的燃料密封措施和使用抗侵润性、抗渗透性的存储(油箱、油泵)和输送(管道)材料。油泵和喷油嘴也不同。

4、喷油速度不同：

为了降低发动机的震动，压燃式汽油机的进油速度(喷油速度)为柴油机喷油速度的1.1-2.5倍，相当于降低了汽缸内燃料混合气的燃烧速度，减轻了爆燃气体对汽缸和活塞的冲击。当然，对于追求高热工效率的压燃式低辛烷值汽油机，可以将机壳和机械部件做得结实些，其喷油速度可以跟柴油机相当，甚至为柴油机的0.8-1.0倍，喷油速度更快。

5、启动方式不同：

(1)、压燃式汽油发动机在空载启动时，通过控制喷油嘴，减少喷油嘴的供油量。

(2)、使用摇把手动启动压燃式汽油发动机时，在释放汽缸封闭阀的开闭杠杆前，切断油路，停止向汽缸供油。

采取以上两项措施，可以减少和消除柴油机启动阶段产生大量炭黑等颗粒性废气杂质的现象。

6、润滑原理和润滑油系统以及润滑油不同：

压燃式低辛烷值汽油机的润滑油系统与柴油机不同，更接近于普通汽油机。

九、采用涡轮增压、中冷、直喷、尾气催化转换和颗粒捕集器等现代内燃机的其它先进技术：

由于压燃式低辛烷值汽油机是一个创新产品，所以将采用涡轮增压、中冷、直喷、尾气催化转换和颗粒捕集器等现代内燃机的其它先进技术应用于压燃式低辛烷值汽油机也是创新，是前所未有的，不经过创造性劳动是不能得到的。

十、压燃式低辛烷值汽油机具有清洁、高效、环保三个方面的优越性：

1、高效：由于这种新的内燃机采用压燃点火方式，所以压燃式低辛烷值汽油发动机可以采用高压缩比和高空气与燃料比，这种内燃机新产品的热工效率比普通汽油发动机的热工效率高。

2、清洁：由于本发明的汽油机新产品采用辛烷值低汽油(辛烷值可以是30、0，甚至为负数)，因此高辛烷值的二甲苯、乙苯、甲乙苯、甲苯等芳香烃以及苯及其各种衍生物的含量在低辛烷值汽油中含量可以很低，甚至为零(这一点与现在的汽油产品不同)，也不需要为了提高汽油的辛烷值而添加MTBE(甲基叔丁基醚)等添加剂。从严格的意义上讲，上述芳香烃和添加剂以及添加剂的制造过程对人体都是有害的。低辛烷值汽油不含有或者很少含有芳香烃，不含有提高辛烷值的添加剂，因此是更加清洁的燃料油。所以压燃式低辛烷值汽油发动机是清洁的发动机。

3、环保：相对于直链烷烃和支链烷烃而言，芳香烃和MTBE等添加剂的燃烧尾气中含有微量的对环境有害和对人体有害的氮氧化合物或者碳氮氧化合物，因此低辛烷值汽油更加环保，压燃式低辛烷值汽油机更加环保，此为其一。其二，现在的汽油产品为了增加或者保有辛烷值指标，生产环节多、工艺复杂，单位汽油产品的加工能耗和原料消耗均低辛烷值汽油高。因此，本发明的压燃式低辛烷值汽油发动机更加环保，更加环境友好。

十、吉油机的命名：

为了区别于现在的汽油机和柴油机，本发明“压燃式低辛烷值汽油机”因为其清洁、高效和环境友好等优异的性能而被发明人命名为“吉油机”。取意于“吉祥如意”。“吉油机”的英文名称被发明人命名为“jiler”、“jil engine”或者“petrojiler”。

相关权利要求是：

一种压燃式低辛烷值汽油发动机，它的特征是：使用低辛烷值汽油作为燃料，同时采用“压燃式”点火方式，因此这种发动机的汽缸可以采用10-22的高压缩比；

当使用辛烷值更低的汽油时，这种压燃式汽油机的压缩比可以为10-15；当汽油的辛烷值足够低的时候，这种汽油机汽缸的压缩比可以为7-10；

当它的压缩比在汽油机和柴油机之间时，即压缩比为7-15时，它除了获得比汽油机优越的动力性、高效率、低排放等性能外，还可以兼有汽油机的体积小、震动小以及其它相关的优越性，因为它的压缩比毕竟不算太高，发动机的结构不必那么笨重；

当它的压缩比为15-22时，它的强劲的动力性能和高热工效率的优越性就得到充分的体现；

使用涡轮增加技术和使用中冷器，可以有效提高这种发动机的效率；而使用中冷器可以使它的压缩比达到18-22；

由于缺省了电子点火系统，这种发动机的结构简单，故障率低。

它同时采用轻质燃料油所需要的润滑油系统和燃料油存储、输送系统(类似于汽油发动机的油箱、油路系统)，以及压燃式发动机所需要的喷油泵和喷油嘴(类似于柴油发动机的喷油泵和喷油嘴，但是专门为适应轻质燃料油而设计的喷油泵和喷油嘴)。

为了降低燃料经喷油嘴喷入汽缸后混合油气爆燃对汽缸、活塞乃至对发动机的冲击和震动，可以采取降低做功行程喷油速度(延长喷油时间)的措施，将喷油结束的时间延迟到曲轴旋转15-40度角(活塞在上止点时，曲轴旋转角度为0)，甚至更大的度角，例如60度角，使得燃油燃烧时间接近于普通汽油发动机，同时努力使得曲轴旋转角在45-60度角之前，燃料燃烧完全，曲轴在60-120度角之间获得最大扭矩(燃料在60度角之前燃烧完全，活塞获得最大推力)，延长喷油嘴喷油时间的缺点是牺牲了少部分热工效率，好处是降低了发动机的震动；

喷油的起始时间可以适当提前到活塞到达上止点之前5-10度角。

在它的启动阶段，可以采取两项措施减少尾气中炭黑等不完全燃烧造成的颗粒状排放物：

(1)、启动状态时减少喷油嘴每次向汽缸喷油的量；甚至在发动机转速达到一定程度(例如怠速的转速)之前，切断油路停止向汽缸供油，等转速达到较高时，才开始向汽缸供油，避免第一次压燃时汽缸内部燃油积聚过多，引起燃烧不完全，出现炭黑和颗粒状杂质；

(2)、使用摇把手动启动发动机时，在释放汽缸封闭阀的杠杆(手柄)前，切断喷油嘴的油路，停止向汽缸喷油，即：按动开启汽缸封闭阀的杠杆(手柄)，就切断喷油嘴的油路，关闭向喷油嘴供油的阀门；手柄释放后，向喷油嘴供油的阀门随即开启。

它采用四冲程工作机理和机械结构。

压燃式低辛烷值汽油机可以是对顶式双活塞汽缸结构(一缸二塞)，双曲轴结构，如图1所示，两个活塞有小角度相位差，左边的活塞先行，在下止点附近先后开启和封闭排气孔(口)，右边的活塞在下止点附近先后开启和封闭进气孔(口)；左边活塞到达下止点时，排气孔开启，此时进气孔尚未开启，大量尾气排出汽缸，随后右边活塞到达下止点，开启了进气(压缩空气)孔，进气孔开启时，排气孔尚未封闭，压缩空气将汽缸内剩余的尾气赶出汽缸，左边活塞经过下止点后封闭了排气孔，然后是右边的活塞经过下止点封闭进气孔；在两个活塞运行到中间位置彼此距离最近时(左边活塞已过上止点，右边活塞尚未到达上止点时)，活塞中间的空隙为燃烧室，此时喷入低辛烷值汽油，汽油在燃烧室自动点燃和完全燃烧，产生高温高压气体推动两个活塞向两边运动做功；这种汽缸结构缺省了气门机构和部件，结构更简单。

它也可以采用二冲程工作机理和机械结构：这种压燃式低辛烷值汽油发动机的特征除了只有2个行程(做功行程和压缩行程)，发动机效率高之外，还有一个特征是只有进气门没有排气门，排气改为在活塞到达下止点之前3-5度角位置在汽缸壁设置排气孔，所以发动机结构更简单；做功行程时，低辛烷值汽油被喷入燃烧室经过压缩的高温高压空气中自动点燃，产生更高压力的气体推动活塞从上止点向下止点运行，当活塞到达下止点之前3-5度角时，排气孔开启(活塞本体超过排气孔位置，让开了排气孔)，汽缸排气，当活塞到达下止点时，处于燃烧室的进气门开启，压缩空气经过进气门进入汽缸，并将剩余的尾气赶出排气孔，活塞经过下止点上行，及时封闭排气孔，进气门也随即关闭，活塞继续上行，将压缩空气进一步压缩到燃烧室，完成2个行程4个步骤。

它采用六冲程工作机理和机械结构，6个行程分别是：

(1)、进气行程：活塞从上止点往下止点运行，第一进气门开启，吸进空气(空气可以经过涡轮增压泵增压、中冷器冷却)；

(2)、压缩行程：第一进气门关闭，活塞从下止点向上止点运行，将空气进一步压缩进燃烧室；

(3)、做功行程：当压缩行程末期活塞到达上止点或者接近上止点位置时，喷油嘴开始向燃烧室喷入低辛烷值汽油，低辛烷值汽油均匀分散到燃烧室内高温高压的空气中，被自动点燃和燃烧，燃烧产生更高压力的气体推动活塞向下止点运行；当活塞接近下止点距离下止点15度角附近的位置时，开启第一排气门，将尾气引入另外一个汽缸的燃烧室，推动另一个汽缸中的活塞二次做功；第一排气门的出口与“另一个汽缸”之间有密封通道相连；当活塞经过下止点到达15度角附近位置时，关闭第一排气门，开启第二排气门，开始卸压排出废气，废气经过涡轮增压装置、尾气催化处理装置、颗粒捕集器，之后排入大气；

(4)、排气行程：当活塞超过下止点达到15度角附近位置时，关闭第一排气门，开启第二排气门，将剩余尾气排出废气处理系统，经过(涡轮)回收能量、尾气催化转换和颗粒捕集器，排入大气；活塞上行过程中将废气压缩，废气(经过第二排气门)被赶出汽缸；当活塞上行到达或者接近上止点10度角附近(上止点之前)时，关闭第二排气门；

(5)、二次(尾气)做功行程：当汽缸开始第二次排气后，活塞到达上止点或者接近上止点(5度角附近)时，关闭第二排气门，开启第二进气门，引入正在做功的某一个汽缸中活塞做功行程末端开启第一排气门时排出的尾气，利用这个新鲜的高品质的尾气(高温高压气体)推动活塞向下止点运行，二次做功；

以四缸发动机为例：汽缸内的活塞利用相位角滞后于自己270度角的“某一正在做功的汽缸”的第一尾气二次做功；当“某一正在做功的汽缸”的活塞刚刚到达距离上止点90度角位置时(行程中间位置)，二次做功的汽缸活塞到达上止点；当“某一正在做功的汽缸”的活塞到达距离下止点15度角位置开启时第一排气门时，二次做功的汽缸活塞离开上止点约75度角(180度角-90度角-15度角)距离，此时正是活塞做功效率最高的位置(曲轴在活塞行程80-85度角位置的力臂最长、扭矩最大)；利用第一尾气(第一排气门开启与关闭之间的时间为30度角)做最有大的功，其它做功时间利用第三尾气，第三尾气的补充也来源于第一尾气；

对于六缸发动机：汽缸内的活塞利用相位角滞后于自己180度角的“某一正在做功的汽缸”的第一尾气二次做功；当“某一正在做功的汽缸”的活塞到达距离下止点15度角位置，开启第一排气门，二次做功的汽缸活塞到达距离上止点15度角位置；当“某一正在做功的汽缸”的活塞超过下止点，距离下止点15度角位置时关闭第一排气门时，二次做功的汽缸活塞有30度角的时间接受第一尾气，其它做功时间利用第三尾气，第三尾气的补充也来源于第一尾气；

(6)、二次排气行程：

当二次做功的汽缸活塞到达下止点或者到达下止点前5度角时，关闭第二进气门，再次开启第二排气门，活塞继续从下止点向上止点运行，压缩废气，将废气排出汽缸；废气经过涡轮增压装置、尾气催化处理装置、颗粒捕集器，之后排入大气。

这种压燃式低辛烷值汽油发动机已经不再是原来意义上的汽油发动机，为了区别于现在的汽油发动机，也区别于柴油发动机，本发明命名该内燃机为“吉油机”；命名“吉油机”的英文名称为“jiler”和“petrojiler”或者“jil engine”。

具体实施方式

实施例1：四冲程压燃式低辛烷值汽油机：

发明人借用一台压缩比大约为17的4冲程单缸内燃机进行可行性试验，结果发动机顺利地分别将辛烷值为39、25和12.5的三个低标号汽油样品压燃，发动机启动后运行正常，直至将试验所添加的低标号汽油燃烧耗尽，发动机因为缺少燃料而熄火。

实施例2：六冲程压燃式低辛烷值汽油机：

压燃式6冲程低辛烷值汽油机的6个行程是：进气、压缩、做功、排气、二次做功(尾气做功)、再排气。曲轴旋转3周为汽缸、活塞、气门系统的1个工作周期(活塞运行3个往复，对应曲轴转动3×2×180度角)。

1、进气行程：活塞从上止点往下止点运行，第一进气门开启，吸进空气(空气可以经过涡轮增压泵增压、中冷器冷却)。

2、压缩行程：第一进气门关闭，活塞从下止点向上止点运行，将空气进一步压缩进燃烧室。

3、做功行程：当压缩行程末期活塞到达上止点或者接近上止点位置时，喷油嘴开始向燃烧室喷入低辛烷值汽油，低辛烷值汽油均匀分散到燃烧室内高温高压的空气中，被自动点燃和燃烧，燃烧产生更高压力的气体推动活塞向下止点运行；当活塞接近下止点距离下止点15度角的位置时，开启第一排气门，将尾气引入另外一个汽缸的燃烧室，推动另一个汽缸中的活塞二次做功。第一排气门的出口与“另一个汽缸”之间有密封通道相连。当活塞经过下止点到达15度角时，关闭第一排气门，开启第二排气门，开始卸压排出废气，废气经过涡轮增压装置、尾气催化处理装置、颗粒捕集器等，之后排入大气。

4、排气行程：当活塞超过下止点达到15度角时，关闭第一排气门，开启第二排气门，将剩余尾气排出废气处理系统，经过(涡轮)回收能量、尾气催化转换和颗粒捕集器等，排入大气；活塞上行过程中将废气压缩，废气(经过第二排气门)被赶出汽缸；当活塞上行到达或者接近上止点10度角(上止点之前)时，关闭第二排气门。

5、二次(尾气)做功行程：当汽缸开始第二次排气后，活塞到达上止点或者接近上止点(5度角)时，关闭第二排气门，开启第二个进气门，引入正在做功的某一个汽缸中活塞做功行程末端开启第一排气门时排出的尾气，利用这个新鲜的高品质的尾气(高温高压气体)推动活塞向下止点运行，二次做功。

以四缸发动机为例：汽缸内的活塞利用相位角滞后于自己270度角的“某一正在做功的汽缸”的第一尾气二次做功。当“某一正在做功的汽缸”的活塞刚刚到达距离上止点90度角位置时(行程中间位置)，二次做功的汽缸活塞到达上止点；当“某一正在做功的汽缸”的活塞到达距离下止点15度角位置开启时第一排气门时，二次做功的汽缸活塞离开上止点约75度角(180度角-90度角-15度角)距离，此时正是活塞做功效率最高的位置(曲轴在活塞行程80-85度角位置的力臂最长、扭矩最大)。利用第一尾气(第一排气门开启与关闭之间的时间为30度角)做最有大的功。

对于六缸发动机：汽缸内的活塞利用相位角滞后于自己180度角的“某一正在做功的汽缸”的第一尾气二次做功。当“某一正在做功的汽缸”的活塞到达距离下止点15度角位置，开启第一排气门，二次做功的汽缸活塞到达距离上止点15度角位置；当“某一正在做功的汽缸”的活塞超过下止点，距离下止点15度角位置时关闭第一排气门时，二次做功的汽缸活塞有30度角的时间接受第一尾气，其它做功时间利用第三尾气。第三尾气的补充也来源于第一尾气。

6、二次排气行程：

当二次做功的汽缸活塞到达下止点或者到达下止点前5度角时，关闭第二进气门，再次开启第二排气门，活塞继续从下止点向上止点运行，压缩废气，将废气排出汽缸。废气经过涡轮增压装置、尾气催化处理装置、颗粒捕集器等，之后排入大气。

实施例3：二冲程压燃式低辛烷值汽油机：

压燃式2冲程低辛烷值汽油发动机的做功行程：低辛烷值汽油被喷入燃烧室，在经过压缩的高温高压空气中自动点燃，燃烧产生更高压力气体推动活塞从上止点向下止点运行，当活塞到达下止点之前3-5度角时，排气孔开启(活塞本体超过排气孔位置，让开了排气孔)，汽缸排气，当活塞到达下止点时，处于燃烧室的进气门开启，压缩空气经过进气门进入汽缸，将剩余的尾气赶出排气孔，活塞经过下止点上行，及时封闭排气孔，进气门也随即关闭，活塞继续上行，将压缩空气进一步压缩到燃烧室，完成2个行程4个步骤。

实施例4：对顶式双活塞汽缸结构的(一缸二塞)压燃式低辛烷值汽油机：

对顶式双活塞汽缸结构，一个汽缸对应一对活塞、两组连杆机构和两根曲轴；汽缸中，两个活塞到达上止点时距离最近，此时两个活塞之间的空间是它们共同的燃烧室。这种发动机甚至省略了进气门和排气门，作为压燃式低辛烷值汽油发动机，其结构更加简单，故障率进一步降低；而热工效率却可以原来超过普通汽油机30％左右的基础上再增加30％。

对顶式双活塞汽缸结构的压燃式汽油发动机结构如《说明书附图》图1所示，喷油嘴对应的燃烧室位置在两个活塞中间。

Claims (12)

1.一种四冲程内燃机，使用辛烷值低于69的汽油燃料，同时使用压燃点火方式；

这种压燃式低辛烷值汽油机的机械结构特点是：气缸的压缩比高于15，低于22；使用汽油油泵和汽油油箱、过滤器、油路系统；采用适应轻质燃料油的柴油发动机用喷油泵和喷油嘴；使用汽油发动机的润滑油系统；使用涡轮增压技术和使用中冷器，使用尾气催化处理装置、颗粒捕集器；

这种压燃式低辛烷值汽油机的主要工作特点是：采用高空气与燃料比，当活塞将空气压缩进燃烧室，活塞到达上止点位置或者接近上止点位置时，低辛烷值汽油经过喷油泵和喷油嘴被喷入气缸，在气缸内的高温高压空气中自动燃烧，产生更高压力，推动活塞向下止点运行，做功。

2.根据权利要求1所述的四冲程内燃机，为了降低燃料经喷油嘴喷入气缸后混合油气爆燃对气缸、活塞乃至对发动机的冲击和震动，采取延长喷油时间的措施，将喷油结束的时间延迟到曲轴旋转15-40度角，活塞在上止点时，曲轴旋转角度为0。

3.根据权利要求1所述的四冲程内燃机，在压燃式低辛烷值汽油机的启动阶段，采取两项措施减少尾气中碳黑不完全燃烧造成的颗粒状排放物：

(1)、启动状态时减少喷油嘴每次向气缸喷油的量；或者在发动机转速达到一定程度之前，切断油路停止向气缸供油，等转速达到较高时，才开始向气缸供油，避免第一次压燃时气缸内部燃油积聚过多，引起燃烧不完全，出现碳黑和颗粒状杂质；

(2)、使用摇把手动启动发动机时，在释放气缸封闭阀的杠杆，或者手柄前，切断喷油嘴的油路，停止向气缸喷油，即：按动开启气缸封闭阀的杠杆，或者手柄，就切断喷油嘴的油路，关闭向喷油嘴供油的阀门，手柄释放后，向喷油嘴供油的阀门随即开启。

4.一种二冲程内燃机，使用辛烷值低于69的汽油燃料，同时使用压燃点火方式；

这种压燃式低辛烷值汽油机的机械结构特点是：气缸的压缩比高于15，低于22；使用汽油油泵和汽油油箱、过滤器、油路系统；采用适应轻质燃料油的柴油发动机用喷油泵和喷油嘴；使用汽油发动机的润滑油系统；使用涡轮增压技术和使用中冷器，使用尾气催化处理装置、颗粒捕集器；这种压燃式低辛烷值汽油发动机还有一个特点是：只有进气门没有排气门，排气改为在活塞到达下止点之前3-5度角位置在气缸壁设置排气孔；

这种压燃式低辛烷值汽油机的主要工作特点是：采用高空气与燃料比，做功行程时，当活塞将空气压缩进燃烧室，活塞到达上止点位置或者接近上止点位置时，低辛烷值汽油经过喷油泵和喷油嘴被喷入气缸，在气缸内的高温高压空气中自动燃烧，产生更高压力的气体推动活塞从上止点向下止点运行，当活塞到达下止点之前3-5度角时，排气孔开启，活塞本体超过排气孔位置，让开了排气孔，气缸排气，当活塞到达下止点时，处于燃烧室的进气门开启，压缩空气经过进气门进入气缸，并将剩余的尾气赶出排气孔，活塞经过下止点上行，及时封闭排气孔，进气门也随即关闭，活塞继续上行，将压缩空气进一步压缩到燃烧室，完成2个行程4个步骤。

5.根据权利要求4所述的二冲程内燃机，为了降低燃料经喷油嘴喷入气缸后混合油气爆燃对气缸、活塞乃至对发动机的冲击和震动，采取延长喷油时间的措施，将喷油结束的时间延迟到曲轴旋转15-40度角，活塞在上止点时，曲轴旋转角度为0。

6.根据权利要求4所述的二冲程内燃机，在压燃式低辛烷值汽油机的启动阶段，采取两项措施减少尾气中碳黑不完全燃烧造成的颗粒状排放物：

(1)、启动状态时减少喷油嘴每次向气缸喷油的量；或者在发动机转速达到一定程度之前，切断油路停止向气缸供油，等转速达到较高时，才开始向气缸供油，避免第一次压燃时气缸内部燃油积聚过多，引起燃烧不完全，出现碳黑和颗粒状杂质；

(2)、使用摇把手动启动发动机时，在释放气缸封闭阀的杠杆，或者手柄前，切断喷油嘴的油路，停止向气缸喷油，即：按动开启气缸封闭阀的杠杆，或者手柄，就切断喷油嘴的油路，关闭向喷油嘴供油的阀门，手柄释放后，向喷油嘴供油的阀门随即开启。

7.一种六冲程内燃机，使用辛烷值低于69的汽油燃料，同时使用压燃点火方式；

这种压燃式低辛烷值汽油机的机械结构特点是：气缸的压缩比高于15，低于22；使用汽油油泵和汽油油箱、过滤器、油路系统；采用适应轻质燃料油的柴油发动机用喷油泵和喷油嘴；使用汽油发动机的润滑油系统；使用涡轮增压技术和使用中冷器，使用尾气催化处理装置、颗粒捕集器；

这种压燃式低辛烷值汽油机的主要工作特点是：采用高空气与燃料比，当活塞将空气压缩进燃烧室，活塞到达上止点位置或者接近上止点位置时，低辛烷值汽油经过喷油泵和喷油嘴被喷入气缸，在气缸内的高温高压空气中自动燃烧，产生更高压力，推动活塞向下止点运行，做功；

6个行程的具体工作过程分别是：

(1)、进气行程：活塞从上止点往下止点运行，第一进气门开启，吸进空气，或者空气经过涡轮增压泵增压、中冷器冷却后被吸进；

(2)、压缩行程：第一进气门关闭，活塞从下止点向上止点运行，将空气进一步压缩进燃烧室；

(3)、做功行程：当压缩行程末期活塞到达上止点或者接近上止点位置时，喷油嘴开始向燃烧室喷入低辛烷值汽油，低辛烷值汽油均匀分散到燃烧室内高温高压的空气中，被自动点燃和燃烧，燃烧产生更高压力的气体推动活塞向下止点运行；当活塞接近下止点距离下止点15度角附近的位置时，开启第一排气门，将尾气引入另外一个气缸的燃烧室，推动另一个气缸中的活塞二次做功；第一排气门的出口与“另一个气缸”之间有密封通道相连；当活塞经过下止点到达15度角附近位置时，关闭第一排气门，开启第二排气门，开始卸压排出废气，废气经过涡轮增压装置、尾气催化处理装置、颗粒捕集器，之后排入大气；

(4)、排气行程：当活塞超过下止点达到15度角附近位置时，关闭第一排气门，开启第二排气门，将剩余尾气排出废气处理系统，经过涡轮回收能量、尾气催化转换和颗粒捕集器，排入大气；活塞上行过程中将废气压缩，废气经过第二排气门被赶出气缸；当活塞上行到达或者接近上止点10度角附近，上止点之前时，关闭第二排气门；

(5)、二次做功行程，即，尾气做功行程：当气缸开始第二次排气后，活塞到达上止点或者接近上止点，5度角附近时，关闭第二排气门，开启第二进气门，引入正在做功的某一个气缸中活塞做功行程末端开启第一排气门时排出的尾气，利用这个新鲜的高品质的尾气，高温高压气体，推动活塞向下止点运行，二次做功；

以四缸发动机为例：气缸内的活塞利用相位角滞后于自己270度角的某一正在做功的气缸的第一尾气二次做功；当“某一正在做功的气缸”的活塞刚刚到达距离上止点90度角位置时，二次做功的气缸活塞到达上止点；当“某一正在做功的气缸”的活塞到达距离下止点15度角位置开启第一排气门时，二次做功的气缸活塞离开上止点约75度角，此时正是活塞做功效率最高的位置，曲轴在活塞行程80-85度角位置的力臂最长、扭矩最大；利用第一尾气，第一排气门开启与关闭之间的时间为30度角，做最有效的功，其它做功时间利用第三尾气，第三尾气的补充也来源于第一尾气；

对于六缸发动机：气缸内的活塞利用相位角滞后于自己180度角的某一正在做功的气缸的第一尾气二次做功；当“某一正在做功的气缸”的活塞到达距离下止点15度角位置，开启第一排气门，二次做功的气缸活塞到达距离上止点15度角位置；当“某一正在做功的气缸”的活塞超过下止点，距离下止点15度角位置时关闭第一排气门时，二次做功的气缸活塞有30度角的时间接受第一尾气，其它做功时间利用第三尾气，第三尾气的补充也来源于第一尾气；

(6)、二次排气行程：

当二次做功的气缸活塞到达下止点或者到达下止点前5度角时，关闭第二进气门，再次开启第二排气门，活塞继续从下止点向上止点运行，压缩废气，将废气排出气缸；废气经过涡轮增压装置、尾气催化处理装置、颗粒捕集器，之后排入大气。

8.根据权利要求7所述的六冲程内燃机，为了降低燃料经喷油嘴喷入气缸后混合油气爆燃对气缸、活塞乃至对发动机的冲击和震动，采取延长喷油时间的措施，将喷油结束的时间延迟到曲轴旋转15-40度角，活塞在上止点时，曲轴旋转角度为0。

9.根据权利要求7所述的六冲程内燃机，在压燃式低辛烷值汽油机的启动阶段，采取两项措施减少尾气中碳黑不完全燃烧造成的颗粒状排放物：

(1)、启动状态时减少喷油嘴每次向气缸喷油的量；或者在发动机转速达到一定程度之前，切断油路停止向气缸供油，等转速达到较高时，才开始向气缸供油，避免第一次压燃时气缸内部燃油积聚过多，引起燃烧不完全，出现碳黑和颗粒状杂质；

(2)、使用摇把手动启动发动机时，在释放气缸封闭阀的杠杆，或者手柄前，切断喷油嘴的油路，停止向气缸喷油，即：按动开启气缸封闭阀的杠杆，或者手柄，就切断喷油嘴的油路，关闭向喷油嘴供油的阀门，手柄释放后，向喷油嘴供油的阀门随即开启。

10.一种对顶式双活塞内燃机，使用辛烷值低于69的汽油燃料，同时使用压燃点火方式；

这种压燃式低辛烷值汽油机的机械结构特点是：对顶式双活塞气缸结构，即，一缸二塞，双曲轴结构，气缸的压缩比高于15，低于22；使用汽油油泵和汽油油箱、过滤器、油路系统；采用适应轻质燃料油的柴油发动机用喷油泵和喷油嘴；使用汽油发动机的润滑油系统；使用涡轮增压技术和使用中冷器，使用尾气催化处理装置、颗粒捕集器；

这种压燃式低辛烷值汽油机的主要工作特点是：采用高空气与燃料比；两个活塞有小角度相位差，左边的活塞先行，在下止点附近先后开启和封闭排气孔，右边的活塞在下止点附近先后开启和封闭进气孔；左边活塞到达下止点时，排气孔开启，此时进气孔尚未开启，大量尾气排出气缸，随后右边活塞到达下止点，开启了进气孔，压缩空气进入，进气孔开启时，排气孔尚未封闭，压缩空气将气缸内剩余的尾气赶出气缸，左边活塞经过下止点后封闭了排气孔，然后是右边的活塞经过下止点封闭进气孔；在两个活塞运行到中间位置彼此距离最近时，即，左边活塞已过上止点，右边活塞尚未到达上止点时，活塞中间的空隙为燃烧室，此时喷入低辛烷值汽油，汽油在燃烧室自动点燃和完全燃烧，产生高温高压气体推动两个活塞向两边运动做功。

11.根据权利要求10所述的对顶式双活塞内燃机，为了降低燃料经喷油嘴喷入气缸后混合油气爆燃对气缸、活塞乃至对发动机的冲击和震动，采取延长喷油时间的措施，将喷油结束的时间延迟到曲轴旋转15-40度角，活塞在上止点时，曲轴旋转角度为0。

12.根据权利要求10所述的对顶式双活塞内燃机，在压燃式低辛烷值汽油机的启动阶段，采取两项措施减少尾气中碳黑不完全燃烧造成的颗粒状排放物：

(1)、启动状态时减少喷油嘴每次向气缸喷油的量；或者在发动机转速达到一定程度之前，切断油路停止向气缸供油，等转速达到较高时，才开始向气缸供油，避免第一次压燃时气缸内部燃油积聚过多，引起燃烧不完全，出现碳黑和颗粒状杂质；

(2)、使用摇把手动启动发动机时，在释放气缸封闭阀的杠杆，或者手柄前，切断喷油嘴的油路，停止向气缸喷油，即：按动开启气缸封闭阀的杠杆，或者手柄，就切断喷油嘴的油路，关闭向喷油嘴供油的阀门，手柄释放后，向喷油嘴供油的阀门随即开启。

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