CN102725494B

CN102725494B - 一种专用的均质压燃式发动机

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Publication number: CN102725494B
Application number: CN201080050266.7A
Authority: CN
Inventors: 王洪泽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-11-24
Also published as: CN102725494A; WO2011063742A1

Abstract

一种专用均质压燃发动机在全部工况下都采用均质压燃模式工作，它包括均质混合气形成设备(112)、压燃点火设备、点火突变控制装置、点火渐变控制装置、压缩比突变控制装置以及压缩比渐变控制装置。均质混合气形成设备用于在发动机的燃烧室(30)内形成均质的燃料空气混合物，压燃点火设备用于在预定的点火正时以压燃方式点燃燃烧室内的均质燃料空气混合物。

Description

一种专用的均质压燃式发动机

技术领域

本发明涉及一种均质压燃式发动机，特别涉及一种在发动机的全部工况下都采用均质压燃燃烧方式的专用均质压燃的发动机。

背景技术

现有的均质压燃式HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)发动机的均质压燃燃烧方式是均匀混合气在缸内的多点着火燃烧，其具有低温燃烧和迅速反应的特点，于是具有更高的循环热效率和更低的排放的节能环保优点。

但有诸多因素影响均质压燃燃烧方式的实现，如进气的压力、温度和进气量、燃料的浓度、汽化潜热、自燃性质、空燃比和混合气的均匀性、残余废气系数和残余废气的反应特性、压缩比、配气时刻、发动机转速、发动机的温度及热传导因素等。这些因素相互影响而又随时多变，要稳定工况确保着火时刻的稳定性比较困难。

为了实现均质压燃的燃烧方式，采取了多种措施，如可变进气温度、可变废气再循环、可变压缩比、可变配气正时、可变喷射定时及喷射量、可变燃烧特性等，但单一的采用这些措施只能在一定工况范围内实现均质压燃燃烧。

汽油机靠火花塞点火控制燃烧时刻，柴油机靠喷油来控制着火时刻，而现有的均质压燃发动机则没有能够直接控制着火时刻的装置和方法。

现有的均质压燃发动机尚存在着不易形成均质燃料空气混合物、点火正时不易控制、冷启动困难、工作范围窄、大负荷工作粗暴等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种只在均质压燃模式下工作的发动机，能够在全部运行工况下精确地控制该发动机的均质压燃燃烧的点火正时，从而解决了均质压燃发动机的存在的上述缺陷。

根据本发明，提出了一种专用均质压燃模式的发动机，其在发动机的全部工况下都采用均质压燃燃烧模式工作，包括：

均质混合气形成设备，用于在发动机的燃烧室内形成均质的燃料空气混合物，以及

压燃点火设备，用于在预定的点火正时将燃烧室内的均质燃料空气混合物以压燃方式点燃，该压燃点火设备包括以下装置中的至少一个：

点火突变控制装置，通过在点火正时瞬时大幅提高燃烧室压力，从而使燃烧室内的均质燃料空气混合物进行压燃；和

点火渐变控制装置，通过使燃烧室压力逐渐连续地改变，从而使燃烧室内的均质燃料空气混合物在点火正时进行压燃；

其中，点火突变控制装置包括：缸内气体压力突变控制装置，包括高压气体缸内供给装置，用于通过高压气体缸内供给装置在点火正时向燃烧室供给高压空气以瞬时大幅提高燃烧室压力，从而使燃烧室内的均质燃料空气混合物进行压燃，和

发动机压缩比突变控制装置，包括压缩比改变装置，用于通过压缩比改变装置在点火正时增大压缩比以瞬时大幅提高燃烧室压力，从而使燃烧室内的均质燃料空气混合物进行压燃；以及

点火渐变控制装置包括：缸内气体压力渐变控制装置，包括高压气体缸内供给装置，用于通过高压气体缸内供给装置供给高压空气以逐渐连续地提高燃烧室压力，从而使燃烧室内的均质燃料空气混合物在点火正时进行压燃，和

发动机压缩比渐变控制装置，包括压缩比改变装置，用于通过压缩比改变装置逐渐连续地改变压缩比，从而使燃烧室内的均质燃料空气混合物在点火正时进行压燃。

优选的是，所述均质混合气形成设备包括下面装置中的一种：与发动机的进气道连通的可燃混合气形成装置，设置在发动机的进气道上的燃料喷射器，用于向进气道内喷射燃料，和设置在气缸盖上燃料喷射器以向燃烧室内喷射燃料，其中所述可燃混合气形成装置包括与进气管连通的副管道，所述副管道包括与进气道连通的副管道的进气口和排气口，设置在进气道中位于副管道的下游端的燃料喷射器，和设置在副管道中的风机。

优选的是，所述高压气体缸内供给装置包括空气压缩机、储气箱、设置在连通空气压缩机和储气箱的管道内的进气阀、设置在储气箱和燃烧室的连通通道上的排气阀。

优选的是，所述发动机压缩比突变控制装置的压缩比改变装置包括：具有上部分和下部分的活塞，在活塞的上部分和下部分之间装设有弹簧，在上部分上装设有锁钩，所述锁钩可被下部分装设的开关锁住，所述开关的联接线从连杆、曲轴通过电刷与发动机控制单元ECU相联接，在点火正时的时刻，所述开关在发动机控制单元的控制下释放锁钩，所述上部分在弹簧的作用下上升以瞬时大幅改变压缩比，以便使混合气总在点火正时被压燃。

优选的是，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：在气缸盖上装设的副气缸，所述副气缸与燃烧室相连通，在副气缸内设置的副活塞，所述活塞通过调节机构(27)的驱动在副气缸内往复运动。

优选的是，所述调节机构包括具有泵的液压式调节机构。

优选的是，所述调节机构包括：与副活塞固定连接的副连杆，具有与副连杆螺纹连接的中心孔的齿轮，驱动所述齿轮的涡轮和驱动涡轮的电机(42)。

优选的是，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：包括固定连接的或者一体的气缸盖和气缸体的发动机的上部分，和包括曲轴箱的发动机的下部分，所述上部分通过调节机构与下部分联接，所述调节机构通过改变上部分和下部之间的距离来改变压缩比，以便使混合气总在点火正时被压燃。

优选的是，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：包括固定连接的或者一体的气缸盖和气缸体的发动机的上部分，和包括曲轴箱的发动机的下部分，所述上部分通过调节机构与下部分联接，所述调节机构通过改变上部分和下部之间的相对角度来改变压缩比，以便使混合气总在点火正时被压燃。

优选的是，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：具有上部分和下部分的活塞，在活塞的上部分和下部分之间装设有调节机构，所述调节机构在发动机控制单元ECU的控制下改变活塞的高度来改变压缩比，以便使混合气总在点火正时被压燃。

优选的是，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：用于支撑曲轴的偏心器，通过在偏心器上设置的扇形齿轮驱动偏心器的电机，在发动机控制单元的控制下所述电机驱动偏心器转动，曲轴的位置相对于气缸盖的位置发生改变，因而可以连续地调节压缩比，以便使混合气总在点火正时被压燃。

优选的是，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：用于支撑连杆大头端与曲柄的联接处的偏心器，通过在偏心器上设置的扇形齿轮驱动偏心器的电机，在发动机控制单元的控制下所述电机驱动偏心器转动，曲轴和连杆的位置相对于气缸盖的位置发生改变，因而可以连续地调节压缩比，以便使混合气总在点火正时被压燃。

优选的是，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：连杆的上段和下段，一端与连杆的上段和下段连接的操纵杆，与操纵杆的另一端连接的调节机构，在发动机控制单元的控制下，控制调节机构通过移动操纵杆的另一端来动态的改变压缩比，，以便混合气总在点火正时被压燃。

优选的是，所述发动机压缩比突变控制装置的压缩比改变装置包括：靠近气缸的位置设置的副气缸，副气缸的出口通过管道联接在气缸盖上，使副气缸内的空间与气缸内的燃烧室相连通，设置在副气缸中的副活塞，以及驱动副活塞的驱动装置，在发动机控制单元ECU的控制下，在从进气开始到所需的着火时刻期间，所述驱动装置驱动副活塞下行，副气缸的容积增大，使气缸内的压力较小达不到均质混合气压燃需要的条件，在需要点火的点火正时的时刻，驱动装置使副活塞迅速上行，副气缸容积迅速减小，气缸内的压力和温度瞬间升高而使均质混合物在点火正时被压燃。

优选的是，所述驱动装置包括：一端固定连接到副活塞上的副连杆，驱动副连杆的另一端的凸轮、在副连杆的一端与下缸盖之间套装的弹簧，固定在副连杆上的衔铁，和设置在衔铁一侧的并用于锁住衔铁的电磁阀，其中在从进气开始至点火正时期间，凸轮驱动副连杆带动副活塞下行，副气缸容积增大，从气缸内吸入匀质混合气，同时弹簧被压缩，下行至一定位置，与副连杆固定连接的衔铁被电磁阀锁住不能下行，凸轮继续旋转，凸轮的凸起部分离开副连杆的另一端；在点火正时的时刻，电磁阀开启以释放衔铁，在弹簧弹力作用下，副连杆带动着副活塞迅速上行，将匀质混合气排入气缸。

优选的是，所述驱动装置包括：一端固定连接到副活塞上的副连杆，与副连杆的另一端固定连接的弹簧座，驱动弹簧座的凸轮、固定在副连杆上的衔铁，在弹簧座至衔铁之间的副连杆上套装的弹簧、在衔铁至下缸盖之间的副连杆上套装的复位弹簧(15)、设置在衔铁一侧的并用于锁住衔铁的电磁阀，设置在衔铁一侧的并用于锁住衔铁的第一和第二电磁阀。

优选的是，所述驱动装置包括：一端固定连接到副活塞上的副连杆，与副连杆的另一端固定连接的弹簧座，所述弹簧座固定在发动机机体上，固定在副连杆上的衔铁，在弹簧座至衔铁之间的副连杆上套装的弹簧，和设置在衔铁一侧的并用于锁住衔铁的电磁阀，在副气缸的一则设置的启动装置，在发动机控制单元的控制下，所述启动装置可将衔铁顶到到一定位置被电磁阀锁住，用于启动发动机。

优选的是，所述驱动装置包括：一端固定连接到副活塞上的齿条，固定在齿条上的衔铁，在下缸盖与副活塞之间套装的弹簧，与齿条(20)的一侧啮合的齿轮，驱动齿轮的电机，和设置在衔铁一侧的并用于锁住衔铁的电磁阀。

优选的是，所述压缩比改变装置包括：在气缸盖上装设的弹性可调的副气缸，所述副气缸与燃烧室相连通，在副气缸内设置的副活塞，所述活塞通过调节机构的驱动在副气缸内往复运动，其中在均质混合气压燃前，弹性可调的副气缸的弹力较大从而弹性可调的副气缸的容积较小，在均质燃料空气混合物被压燃后，弹性可调的副气缸的弹力较小从而弹性可调的副气缸的容积增大，起到减震作用。

根据本发明的专用均质压燃发动机的主要优点是：

A.复杂程度和成本与常规的SI、CI相当；

B.不采用双模式均质压燃发动机为实现均质压燃燃烧而采取的任何措施；

C.对着火时刻的控制绝对的准确、稳定和可靠；

D.全工况匀以均质压燃方式工作；

E.冷启动性能优于常规的SI、CI的冷启动性能；

F.高负荷工作时的功率输出，胜过常规的SI、CI；

G.以突变方式工作时，匀质混合气的燃烧只有一个放热率峰值。且放热率和放热量大而反应温度低；

H.可以以汽油、柴油、乙醇、天然气等，或各种燃料的混合物为燃料；

I.专用均质压燃技术，二行程发动机和四行程发动机通用；

J.均质混合气的形成质量好；

K.对增压没有限制。

附图说明

图1所示是一种可燃混合气的形成装置的结构示意图；

图2所示是第一方面的第一种专用均质压燃发动机的结构示意图；

图3所示是第一方面的第二种专用均质压燃发动机的结构示意图；

图4所示是第二方面的第一种专用均质压燃发动机的结构示意图；

图5所示是第二方面的第二种专用均质压燃发动机的结构示意图；

图6所示是第二方面的第三种专用均质压燃发动机的结构示意图；

图7所示是第二方面的第四种专用均质压燃发动机的结构示意图；

图8所示是第二方面的第五种专用均质压燃发动机的结构示意图；图9所示是第二方式的第六种专用均质压燃发动机的结构示意图；

图10所示是第二方面的第七种专用均质压燃发动机的结构示意图；

图11所示是第二方面的第八种专用均质压燃发动机的结构示意图；

图12所示是第二方面的第九种专用均质压燃发动机的结构示意图；

图13所示是第二方面的第十种专用均质压燃发动机的结构示意图；

图14所示是第三方面的专用均质压燃发动机的结构示意图；

图15所示是装设有弹性的副气缸的专用均质压燃发动机的结构示意图；

图16所示是执行机构装设有弹簧的专用均质压燃发动机的结构示意图；

图17所示是机械开关的结构示意图；

图18所示是电子开关的结构示意图；

图19所示是调节机构的结构示意图；

图20所示是调节机构的侧视图；

图21所示是另一种专用均质压燃发动机的结构示意图；

图22所示是第一种驱动装置的结构示意图；

图23所示是第二种驱动装置的结构示意图；

图24所示是第三种驱动装置的结构示意图；

图25所示是第四种驱动装置的结构示意图；

图26所示是又一种专用均质压燃发动机结构示意图；

图27所示是另一种专用均质压燃发动机驱动示意图。

具体实施方式

本发明所述的专用均质压燃发动机，如图2、图3和图4所示，可燃混合气的形成装置29可以将气体燃料和/或液体燃料与空气混合，形成可燃混合气，它可与进气道10相通；或喷油器7装设在进气道10上，将燃料在进气道10与空气混合形成可燃混合气，然后吸入气缸16；或喷油器7装设在燃烧室30外的气缸盖19上，将燃油喷入汽缸16，在气缸16内与空气混合形成可燃混合气，即完成缸16内前期喷射、或缸16内后期喷射，或进气过程中向缸16内喷射。

为了提高可燃混合气的形成质量，如图1所示，本发明可燃混合气的形成装置包括主管道1、主管道的进气口2、主管道的排气口8、副管道4、副管道的进气口6、副管道的排气口3、喷油器7或气体燃料进气口、风机5。

主管道的排气口8位置装设有喷油器7或可燃气体的进气口，喷射方向指向进气口2，副管道4内装设有风机5，副管道的进气口6和排气口3分别与主管道的排气口8和进气口2相联通。

此装置中，副管道4内装设的风机5，增强了通道中逆流气体的流动，加上发动机逆着燃料喷射的方向进气，使燃料与空气的混合更加充分，提高了可燃混合气的形成质量。

本发明所述的专用均质压燃发动机是在发动机的全部工况下都采用均质压燃燃烧方式的均质压燃模式的发动机。为了能够控制本发明的均质压燃发动机的点火正时，根据本发明的第一方面，本发明的均质压燃的发动机的缸内压力和压缩比是突变的；根据本发明的第二方面，本发明的均质压燃发动机的压缩比是动态渐变的；根据本发明的第三方面，本发明的均质压燃发动机的压缩比的变化是包括突变和渐变的混合变化方式。

根据本发明的第一方面，在配气机构或ECU的控制下，从进气开始至着火时刻前，使气缸内处于低压缩比状态，气缸内的温度和压力达不到可燃混合气的燃烧条件；到着火时刻，击发装置使气缸内的压力瞬间增高，使缸内的温度和压力达到了可燃混合气的燃烧条件，以下此方式称为缸内压力突变方式。

如图2所示：以空气压缩机与发动机同曲轴为例，由空气压缩机13、管道11、压缩空气12、储气箱18、进气阀9、排气阀17、曲轴转角传感器15和ECU14组成击发装置。

发动机上装设有曲轴转角传感器15和ECU14，气缸16外设置有空气压缩机13，空气压缩机13的排气口至进气阀9间的管道11构成储气箱112，进气阀9至气缸盖间的排气管构成储气箱218，储气箱218通过排气阀17与气缸16内的空间相通；

工作时，空气压缩机13排出的压缩空气12先进入储气箱112，根据曲轴转角传感器15提供的信号，在ECU14的控制下，从进气至着火时刻前的某段时间，进气阀9开启，压缩空气从储气箱112进入储气箱218，进气阀9随后关闭，在着火时刻排气阀17开启，储气箱218内的压缩空气迅速进入气缸16，瞬间增大气缸压力，使其内压力和温度瞬间升高而使可燃混合气被压燃，排气结束，排气阀17关闭进入下一工作循环。

根据本发明的一方面，可替换的是，在配气机构或ECU的控制下，从进气开始至着火时刻前，使气缸内处于低压缩比状态，气缸内的温度和压力达不到可燃混合气的燃烧条件；到着火时刻，击发装置使气缸内瞬间达到高压缩比状态气缸内的温度和压力达到了可燃混合气的燃烧条件，以下此方式称为压缩比突变方式。受击发装置的作用，气缸内的压缩比可由小压缩比状态瞬间转换为大压缩比状态。

如图3所示的一种实施例中，发动机上装设有曲轴转角传感器15和ECU14，活塞由上20、下22两部分组合而成，上20、下22部分之间装设有弹簧21，上部分20装设的锁钩23可以让下部分22装设的开关25锁住，开关25的联接线从连杆24、曲轴通过电刷与ECU14相联接。瞬间改变压缩比的击发装置包括上述的曲轴转角传感器15、ECU14、活塞总成活塞的上20、下22两部分、锁钩23、弹簧21、开关25和联接线。

工作时，从进气开始至着火时刻前期间，开关25锁住锁钩23，使活塞的上20、下22两部分不能分离，至着火时刻，ECU14通知开关25将锁钩23开启，在弹簧21和活塞下部分22的作用下，活塞上部分20迅速上行，使气缸16内的压力和温度瞬间升高而将可燃混合气压燃，可燃混合气被压燃后，在其压力和活塞下部分22的作用下，弹簧21被压缩，锁钩23被开关25锁住，活塞的上20、下22两部分结合到一起，此时即将进入到排气行程。

根据本发明的第二方面，在ECU的控制下，调节机构驱动相应的执行机构使压缩比随气缸内温度的变化而改变，即气缸内温度低时，使气缸内压缩比大，气缸内温度高时，使气缸内压缩比小，通过动态改变压缩比的方式使可燃混合气总在所需的上止点附近被压燃以下此方式称为渐变方式。受调节机构的作用，气缸内的压缩比总是连续的改变。

发动机启动时，温度传感器对气缸内的温度进行检测，将信号传递给ECU，由ECU对采集信号进行处理计算后，去控制调节机构对相应执行机构如活塞、副活塞和曲轴等进行调节，以达到应有的压缩比，使可燃混合气总在所需的上止点附近被压。

发动机启动后，则有曲轴转角传感器和燃烧传感器用以检测着火时刻的传感器将检测信号传递给ECU，由ECU控制调节机构来调节压缩比。

本发明介绍10种以渐变方式工作的专用均质压燃发动机，参见图4-13所示。

图4所示：气缸盖28上装设有副气缸33与燃烧室30相通也可以通过管道使副气缸与燃烧室相通，下同，副气缸33内的副活塞26的上、下行受调节机构27的驱动，发动机的相应部位装设有燃烧传感器32、温度传感器31、曲轴转角传感器15和ECU14，采集的信号送入ECU14进行处理后，去控制调节机构27通过改变副气缸33的容积，变相的改变压缩比，最终使可燃混合气总在所需的上止点附近被压燃。

图5所示中副活塞26由液压式调节机构34进行驱动，副活塞26的上、下行可通过ECU14对油泵35的控制来实现。

图6所示：发动机分上、下两部分，上部分的气缸盖和气缸体36两者为一体或固定关系通过调节机构27与下部分的曲轴箱38联接，发动机的相应部位装设有燃烧传感器32、温度传感器31、曲轴转角传感器15和ECU14，其采集的信号送入ECU14进行处理后，去控制调节机构27通过改变上36、下38两部分的距离来改变压缩比，最终使可燃混合气总在所需的上止点附近被压燃。

图7所示与图6所示的不同是，上部分的气缸盖和气缸体36的两侧分别通过转轴37和调节机构27与下部分的曲轴箱38联接，ECU14去控制调节机构27通过使上部分36相对于下部分38转过一个角度来改变压缩比，最终使可燃混合气总在所需的上止点附近被压燃。

图8所示：活塞由上部分20和下22两部分组合而成，上部分20和下部分22之间装设有调节机构27，其联接线40从连杆39、曲轴通过电刷与ECU14相联接，发动机的相应部位装设有燃烧传感器32、温度传感器31和曲轴转角传感器15，其采集的信号送入ECU14进行处理后，去控制调节机构27通过改变活塞的高度来改变压缩比，最终使可燃混合气总在所需的上止点附近被压燃。

图9所示：曲轴43支承在偏心器41上，偏心器41、电机42和偏心器上的扇形齿轮44构成调节机构，发动机的相应部位装设有燃烧传感器32、温度传感器31和曲轴转角传感器15，其采集的信号送入ECU14进行处理后，去控制调节机构带动偏心器41转动，曲轴43就会相对于气缸盖的位置发生改变，因而可以连续地调节压缩比，最终使可燃混合气总在所需的上止点附近被压燃。

图10所示与图9所示的不同是，由电机、偏心器和偏心器上的扇形齿轮共同构成调节机构移到了连杆大端与曲柄的联接处。

图11-13所示：连杆39由上、下两段组成，装设的操纵杆47两端分别与连杆39和调节机构27相联接，发动机的相应部位装设有燃烧传感器32、温度传感器31和曲轴转角传感器15，其采集的信号送入ECU14进行处理后，控制调节机构通过移动操纵杆47的操纵端46来动态的改变压缩比，最终使可燃混合气总在所需的上止点附近被压燃。

图11、图12和图13所示中，ECU14控制调节机构27，使操纵杆47的操纵端46分别上移、下移和左移，活塞的上止点和下止点同步下移，压缩比减小，反之，压缩比增大。

根据本发明的第三方面，本发明的均质压燃发动机的压缩比的变化是包括突变和渐变的混合变化方式，具体如下面的实施方式所述。

图14所示的专用均质压燃发动机，两种执行机构同时存在，即虚线50所示的电控总成由燃烧传感器、温度传感器、曲轴转角传感器和ECU组成可与虚线48所示的击发机构和虚线49所示的活塞分别组成击发装置和调节机构。

击发装置48的存在，可使着火时刻的精准度更高，调节机构49的存在，可使气缸内压缩比的瞬间转换范围可以更小。此款专用均质压燃发动机的工作方式，是突变方式和渐变方式相结合的第三方面的混合工作方式。

可燃混合气较浓时，专用均质压燃发动机会工作粗暴，为此，如图15所示，装设有弹性活塞的副气缸34与燃烧室31相通，副活塞26与盖板52间装设有弹簧21。可燃混合气被压燃后，气缸16内压力迅速增大，高压气体推动副活塞26将弹簧21压缩，变相的增大了气缸16容积，减小了对活塞53的撞击，随着活塞53的下行，气缸16内压力减小，弹簧21推动副活塞26将气体排入气缸16。

在渐变方式的执行机构中装设弹簧，降低气缸内的最大压力，减小高压气体对活塞的冲击，以图16所示为例，在执行机构54装设有弹簧21，即副连杆53通过弹簧21与副活塞26相联接。可燃混合气被压燃前，气缸16内压力不很大，弹簧21形变也较小，可燃混合气被压燃后，气缸16内压力增大若干倍，在压力作用下，副活塞26将弹簧21压缩，形变较大，气缸16的容积变相增大，高压气体对活塞52的冲击减小，活塞52下行，气缸16内压力减小，弹簧21推动副活塞26将气缸排入气缸16。

副气缸与燃烧室相通，可将副气缸直接装设在气缸盖上，如图2、图4、图5、图14、图15和图16所示，也可使副气缸33从气缸盖19的上面通过管道11与燃烧室31相通，如图17所示，或者从气缸盖19的下面开设管道11，使副气缸33与燃烧室31相通，如图18所示。

图19和图20所示是图4所示中用以驱动副活塞26和图16所示中用以驱动副连杆的调节机构27的放大图。也适用于图8和图14所示中的活塞上部分20、下部分22之间装设的调节机构27。

图19所示：副连杆53上具有螺纹，从具有螺母的齿轮57中心孔穿过；齿轮57的上、下分别是上护板56，下护板58，两者对齿轮57有限位作用；齿轮57的右侧是涡轮55和驱动涡轮55的电机42。

图20所示：驱动装置的俯视图：齿轮57的中心孔具有与副连杆53螺纹相啮合的螺母59，右侧是涡轮55和驱动涡轮55的电机42。

工作时，电机52受ECU的控制，带动着涡轮55，涡轮55驱动着齿轮57，齿轮57中心孔的螺母59又啮合着副连杆53，副连杆53带动着相应的机件上下移动。

图21所示是另一种均质压燃发动机的结构示意图，在靠近气缸218的位置，设置有副气缸213，副气缸213的出口通过管道211联接在气缸盖217上，使副气缸213内的空间与气缸218内的空间21燃烧室相通，副气缸213中副活塞212受驱动装置214的驱动。

工作时，曲轴转角传感器215向电控单元ECU216传送反映发动机工作状态的曲轴转角信号。电控单元ECU216则通过控制驱动装置214中电磁阀的方式最终控制副活塞212的上、下行。

在从进气开始到所需的着火时刻期间的某时刻，电控单元ECU214控制驱动装置让副活塞212下行，副气缸213容积增大，使气缸218内压力较小达不到均质混合气压燃需要的条件，在所需的着火时刻，电控单元ECU214控制驱动装置214让副活塞212迅速上行，副气缸213容积减小，气缸218内的压力和温度瞬间升高而使均质混合气被压燃。

所述驱动装置分四种，它们所需的原动力都直接或间接的来自发动机本身，如发动机的输出轴、配气机构、或发电机等。

第一种如图22所示，它包括凸轮2110、副连杆2113、电磁阀2111、下缸盖219、衔铁2112和弹簧218。

副连杆2113的上端与副活塞212相连接，下端受凸轮2110的驱动；两端间套装有下缸盖219；副连杆2113的上端与下缸盖219之间套装有弹簧218；副连杆2113上固定有衔铁2112，衔铁2112侧设置有电磁阀2111。

工作时，在从进气开始至所需着火时刻前的某一时刻，凸轮2110驱动副连杆2113带动副活塞212下行，副气缸213容积增大，从气缸内吸入匀质混合气；同时，弹簧218被压缩，下行至一定位置，副连杆2113固定有衔铁2112被电磁阀2111锁住不能下行，凸轮2110继续旋转，凸起部分离开副连杆2113下端；到着火时刻，电磁阀2111开启，在弹簧218弹力作用下，副连杆2113带动着副活塞212迅速上行，将匀质混合气排入气缸，使气缸内压力和温度瞬间升高。

第二种如图23所示，它包括凸轮2110、副连杆2113、电磁阀2111、电磁阀2115、下缸盖219、衔铁2112、弹簧218、复位弹簧2114和弹簧座2116。

副连杆2113的上端与副活塞212相连接，下端装置有弹簧座2116，弹簧座2116受凸轮2110的驱动；弹簧218至下缸盖219间的副连杆2113上固定有衔铁2112；弹簧座2116至衔铁2112之间的副连杆2113上套装有弹簧218；衔铁2112至下缸盖219之间的副连杆2113上套装有复位弹簧2114；弹簧座2116的一侧设置有电磁阀2115，衔铁2112的一侧设置有电磁阀2111。

工作时，在从进气至所需着火时刻前的某一时刻，电磁阀2115开启，在复位弹簧2114的作用下，副活塞212上行，上行到一定位置时，电磁阀2111将衔铁2112锁住不能下行；随后凸轮2110驱动弹簧座2116上行，将弹簧218压缩；弹簧座2116上行至一定位置被电磁阀2115锁住不能下行，凸轮2110继续旋转，凸起部分离开弹簧座2116；到着火时刻，电磁阀2111开启，在弹簧218弹力作用下，衔铁2112带动着副活塞212迅速上行，将匀质混合气排入气缸，使气缸内压力和温度瞬间升高，同时复位弹簧2114被压缩。

第三种如图24所示，它包括副连杆2113、电磁阀2111、衔铁2112、弹簧218，弹簧座2116和启动装置2117。

副连杆2113的上端与副活塞212相连接，下端装置有弹簧座2116；弹簧座2116至副活塞212间的副连杆2113上固定有衔铁2112；弹簧座2116至衔铁2112之间的副连杆2113上套装有弹簧218；衔铁2112的一侧设置有电磁阀2111，副气缸的一则装置有启动装置2117。

工作时，匀质混合气燃烧时，在废气压力作用下，副活塞212下行，将弹簧219压缩，下行到一定位置时，电磁阀2111将衔铁2112锁住不能上行；到所需的着火时刻，电磁阀2111开启，在弹簧218弹力作用下，衔铁2112带动着副活塞212迅速上行，将匀质混合气排入气缸，使气缸内压力和温度瞬间升高。

每次启动时，电控单元ECU都使启动装置2117将衔铁2112顶到到一定位置被电磁阀2111锁住，用于启动发动机。图中的弹簧座2116固定在发动机的某个部位，工作中不产生位移。

第四种如图25所示，它包括齿条2119、电磁阀2111、衔铁2112、弹簧218，齿轮2118。

齿条2119的一端与副活塞212相连接，其上套装有下缸盖219，下缸盖219与副活塞212之间套装有弹簧218；齿条2119的一侧啮合有电机带动的齿轮2118，齿条2119的另一侧上固定有衔铁2112，在旁设置有电磁阀2111。

工作时，在从进气至所需着火时刻前的某一时刻，电机驱动着齿轮2118，使副活塞212下行，同时弹簧218被压缩。副活塞212下行到一定行程，电磁阀2111将齿条2119锁住不能上行；电磁阀2111将衔铁2112开启，电机也同时开启，在弹簧218弹力和电机的共同作用下，副活塞212迅速上行，将匀质混合气排入气缸，使气缸内压力和温度瞬间升高。

图26所示是又一种专用均质压燃发动机的结构示意图：

在气缸盖上，设置有副气缸213，副气缸213内的空间与气缸217内的空间相通，气缸217上装置有压力传感器2120、温度传感器2121和曲轴转角传感器215，其信号送入电控单元ECU216进行处理，然后通过驱动装置214改变副气缸213内的空间大小，使均质混合气总在活塞上止点附近被压燃；

启动时，电控单元ECU216通过驱动装置214将副气缸213处于初始状态，其内容积较小，气缸217内压缩比较大，燃料可以被压燃，启动后随着气缸218内温度的升高，电控单元ECU216对压力传感器2121、温度传感器2122和曲轴转角传感器215的进行处理后，控制驱动装置214改变副气缸213内的空间大小，使均质混合气总在活塞上止点附近被压燃；

图27所示是再一种专用均质压燃发动机驱动装置的侧视图：副连杆2114上具有螺纹，从具有螺母的齿轮2119中心孔穿过；齿轮2119的上侧是上护板2123，下侧是下缸盖2110，两者对齿轮2119有限位作用；齿轮2119的右侧是涡轮2125和驱动涡轮2125的电机2124。

图27所示是另一种专用均质压燃发动机结构示意图：

在气缸盖上，设置有具有弹性可调的副气缸2126，其内的空间与气缸内的空间相通，气缸217上装置有压力传感器2120、温度传感器2121和曲轴转角传感器215，其信号送入电控单元ECU216进行处理，然后通过驱动装置214调节弹性可调的副气缸2126的弹力大小；均质混合气压燃前，主要在弹力作用下，弹性可调的副气缸2126的弹力较大，使气缸217内的均质混合气可以被压燃，均质混合气被压燃后，主要在气缸217内的压力作用下，弹性可调的副气缸2126容积增大，起到减震作用，同时使均质混合气总在活塞上止点附近被压燃。

为减小均质压燃发动机工作的爆震，可在气缸盖上设置具有弹性的副气缸或弹性可调的副气缸，使其内的空间与气缸的空间相通，气缸内压力大时，压力能转化机械能储存在弹性的副气缸或弹性可调的副气缸中；气缸内压力小时，机械能再通过弹性的副气缸或弹性可调的副气缸转化为压力能释放给发动机。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种专用均质压燃模式的发动机，其在发动机的全部工况下都采用均质压燃模式工作，包括：

2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述均质混合气形成设备包括下面装置中的一种：与发动机的进气道连通的可燃混合气形成装置，设置在发动机的进气道上的燃料喷射器，用于向进气道内喷射燃料，和设置在气缸盖上燃料喷射器以向燃烧室内喷射燃料，其中所述可燃混合气形成装置包括与进气管连通的副管道，所述副管道包括与进气道连通的副管道的进气口和排气口，设置在进气道中位于副管道的下游端的燃料喷射器，和设置在副管道中的风机。

3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述高压气体缸内供给装置包括空气压缩机、储气箱、设置在连通空气压缩机和储气箱的管道内的进气阀、设置在储气箱和燃烧室的连通通道上的排气阀。

4.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述发动机压缩比突变控制装置的压缩比改变装置包括：具有上部分和下部分的活塞，在活塞的上部分和下部分之间装设有弹簧，在上部分上装设有锁钩，所述锁钩可被下部分装设的开关锁住，所述开关的联接线从连杆、曲轴通过电刷与发动机控制单元ECU相联接，在点火正时的时刻，所述开关在发动机控制单元的控制下释放锁钩，所述上部分在弹簧的作用下上升以瞬时大幅改变压缩比，以便使混合气总在点火正时被压燃。

5.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：在气缸盖上装设的副气缸，所述副气缸与燃烧室相连通，在副气缸内设置的副活塞，所述活塞通过调节机构(27)的驱动在副气缸内往复运动。

6.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于，所述调节机构包括具有泵的液压式调节机构。

7.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于，所述调节机构包括：与副活塞固定连接的副连杆，具有与副连杆螺纹连接的中心孔的齿轮，驱动所述齿轮的涡轮和驱动涡轮的电机。

8.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：包括固定连接的或者一体的气缸盖和气缸体的发动机的上部分，和包括曲轴箱的发动机的下部分，所述上部分通过调节机构与下部分联接，所述调节机构通过改变上部分和下部之间的距离来改变压缩比，以便使混合气总在点火正时被压燃。

9.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：包括固定连接的或者一体的气缸盖和气缸体的发动机的上部分，和包括曲轴箱的发动机的下部分，所述上部分通过调节机构与下部分联接，所述调节机构通过改变上部分和下部之间的相对角度来改变压缩比，以便使混合气总在点火正时被压燃。

10.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：具有上部分和下部分的活塞，在活塞的上部分和下部分之间装设有调节机构，所述调节机构在发动机控制单元ECU的控制下改变活塞的高度来改变压缩比，以便使混合气总在点火正时被压燃。

11.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：用于支撑曲轴的偏心器，通过在偏心器上设置的扇形齿轮驱动偏心器的电机，在发动机控制单元的控制下所述电机驱动偏心器转动，曲轴的位置相对于气缸盖的位置发生改变，因而可以连续地调节压缩比，以便使混合气总在点火正时被压燃。

12.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：用于支撑连杆大头端与曲柄的联接处的偏心器，通过在偏心器上设置的扇形齿轮驱动偏心器的电机，在发动机控制单元的控制下所述电机驱动偏心器转动，曲轴和连杆的位置相对于气缸盖的位置发生改变，因而可以连续地调节压缩比，以便使混合气总在点火正时被压燃。

13.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，发动机压缩比渐变控制装置的压缩比改变装置包括：连杆的上段和下段，一端与连杆的上段和下段连接的操纵杆，与操纵杆的另一端连接的调节机构，在发动机控制单元的控制下，控制调节机构通过移动操纵杆的另一端来动态的改变压缩比，以便混合气总在点火正时被压燃。

14.根据权利要求1-13之一所述的发动机，其特征在于，所述发动机压缩比突变控制装置的压缩比改变装置包括：靠近气缸的位置设置的副气缸，副气缸的出口通过管道联接在气缸盖上，使副气缸内的空间与气缸内的燃烧室相连通，设置在副气缸中的副活塞，以及驱动副活塞的驱动装置，在发动机控制单元ECU的控制下，在从进气开始到所需的着火时刻期间，所述驱动装置驱动副活塞下行，副气缸的容积增大，使气缸内的压力较小达不到均质混合气压燃需要的条件，在需要点火的点火正时的时刻，驱动装置使副活塞迅速上行，副气缸容积迅速减小，气缸内的压力和温度瞬间升高而使均质混合物在点火正时被压燃。

15.根据权利要求14所述的发动机，其特征在于，所述驱动装置包括：一端固定连接到副活塞上的副连杆，驱动副连杆的另一端的凸轮、在副连杆的一端与下缸盖之间套装的弹簧，固定在副连杆上的衔铁，和设置在衔铁一侧的并用于锁住衔铁的电磁阀，其中在从进气开始至点火正时期间，凸轮驱动副连杆带动副活塞下行，副气缸容积增大，从气缸内吸入匀质混合气，同时弹簧被压缩，下行至一定位置，与副连杆固定连接的衔铁被电磁阀锁住不能下行，凸轮继续旋转，凸轮的凸起部分离开副连杆的另一端；在点火正时的时刻，电磁阀开启以释放衔铁，在弹簧弹力作用下，副连杆带动着副活塞迅速上行，将匀质混合气排入气缸。

16.根据权利要求14所述的发动机，其特征在于，所述驱动装置包括：一端固定连接到副活塞上的副连杆，与副连杆的另一端固定连接的弹簧座，驱动弹簧座的凸轮、固定在副连杆上的衔铁，在弹簧座至衔铁之间的副连杆上套装的弹簧、在衔铁至下缸盖之间的副连杆上套装的复位弹簧、设置在衔铁一侧的并用于锁住衔铁的电磁阀，设置在衔铁一侧的并用于锁住衔铁的第一和第二电磁阀。

17.根据权利要求14所述的发动机，其特征在于，所述驱动装置包括：一端固定连接到副活塞上的副连杆，与副连杆的另一端固定连接的弹簧座，所述弹簧座固定在发动机机体上，固定在副连杆上的衔铁，在弹簧座至衔铁之间的副连杆上套装的弹簧，和设置在衔铁一侧的并用于锁住衔铁的电磁阀，在副气缸的一则设置的启动装置，在发动机控制单元的控制下，所述启动装置可将衔铁顶到一定位置被电磁阀锁住，用于启动发动机。

18.根据权利要求14所述的发动机，其特征在于，所述驱动装置包括：一端固定连接到副活塞上的齿条，固定在齿条上的衔铁，在下缸盖与副活塞之间套装的弹簧，与齿条的一侧啮合的齿轮，驱动齿轮的电机，和设置在衔铁一侧的并用于锁住衔铁的电磁阀。

19.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述压缩比改变装置包括：在气缸盖上装设的弹性可调的副气缸，所述副气缸与燃烧室相连通，在副气缸内设置的副活塞，所述活塞通过调节机构的驱动在副气缸内往复运动，其中在均质混合气压燃前，弹性可调的副气缸的弹力较大从而弹性可调的副气缸的容积较小，在均质燃料空气混合物被压燃后，弹性可调的副气缸的弹力较小从而弹性可调的副气缸的容积增大，起到减震作用。