CN103244255A - 一种发动机连续燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机连续燃烧系统，包括设于发动机的气缸外部用以使燃油和空气混合物连续燃烧的反应罐、阀门装置、点火装置和喷油器，所述阀门装置设有一组且分别与所述气缸连接，所述反应罐通过软管分别连接一组所述阀门装置，所述点火装置设置于所述反应罐内，所述喷油器与所述反应罐连接。本发明的有益效果是：减少了零件数量，改善了使用和维护性；由于多缸共用一个喷油器，仅需要简单的控制和喷射驱动系统；产生的噪音更低；由于燃烧是在可控的连续环境下进行，能够更完全的燃烧，进而减少了排气污染物的排放。

Description

一种发动机连续燃烧系统

技术领域

本发明涉及内燃机领域，具体涉及一种发动机连续燃烧系统。

背景技术

我们知道，二冲程和四冲程的发动机应用往复运动的活塞和缸套的一部分组成了一个可变的燃烧室。在拥有单曲轴的对置活塞对置气缸式发动机中，每个工作室是由气缸中一对对置的活塞组成的燃烧室，燃烧室对活塞直接提供膨胀力。在不同情况下，燃烧在工作循环的某一时刻开始，导致燃烧的间歇性和在每个活塞循环中不同的燃烧过程。例如，传统柴油机或奥托发动机在5000 r/m运转时，在每个循环中完全燃烧从开始、控制到结束仅仅发生在1毫秒内。从发动机控制的观点来看，虽然燃烧速度如此高，但燃烧过程是可控的，但在简化、效率、特别是排放方面仍旧有改善的空间。

发明内容

针对现有的发动机燃烧系统存在的上述问题，本发明提供一种更高效的发动机连续燃烧系统。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种发动机连续燃烧系统，其特征在于，包括设于发动机的气缸外部用以使燃油和空气混合物连续燃烧的反应罐、阀门装置、点火装置和喷油器，所述阀门装置设有一组且分别与所述气缸连接，所述反应罐通过软管分别连接一组所述阀门装置，所述点火装置设置于所述反应罐内，所述喷油器与所述反应罐连接。

上述发动机连续燃烧系统，其中，所述反应罐包括中央燃烧室、进气室、排气室和返回通道，所述中央燃烧室一端与所述进气室连通，另一端与所述排气室连通，所述中央燃烧室和所述进气室之间设有喷油室，所述喷油室与所述中央燃烧室连接端设有一喷嘴，所述喷嘴口对准所述中央燃烧室，所述喷油室与所述喷油器相连通，所述返回通道从所述排气室连接到所述喷油室。

上述发动机连续燃烧系统，其中，所述阀门装置为由电力驱动的装置。

上述发动机连续燃烧系统，其中，所述阀门装置包括第一阀门机构和第二阀门机构，所述第一阀门机构与所述第二阀门机构通过一壳体相互垂直连通且设于接近所述气缸的上止点位置，所述第二阀门机构由设于其上的排气口通过所述软管连接所述排气室，所述第二阀门机构由设于其上的压缩气体出口通过所述软管连接所述进气室。

上述发动机连续燃烧系统，其中，所述喷油室包括一个内部螺旋腔，所述螺旋腔内环形分布多个搅拌叶片，所述内部螺旋腔中心位置贯穿设有一出气口，所述喷嘴包围所述出气口。

上述发动机连续燃烧系统，其中，所述第一阀门机构包括安装于其内部的直接连接所述气缸的阀座和第一电磁阀，所述阀座上依次套设第一偏动弹簧和第一铁盘，所述第一电磁阀卡紧所述第一铁盘。

上述发动机连续燃烧系统，其中，所述第二阀门机构包括安装于其内部的滑阀和第二电磁阀，所述滑阀上依次套设第二偏动弹簧和第二铁盘，所述第二电磁阀卡紧所述第二铁盘。

由于采用了上述技术，上述技术方案与现有技术相比具有的积极效果是:

减少了零件数量，改善了使用和维护性；由于多缸共用一个喷油器，仅需要简单的控制和喷射驱动系统；产生的噪音更低；由于燃烧是在可控的连续环境下进行，能够更完全的燃烧，进而减少了排气污染物的排放。

附图说明

图1是本发明一种发动机连续燃烧系统的结构示意图；

图2是本发明一种发动机连续燃烧系统的阀门装置的安装剖视图；

图3是本发明一种发动机连续燃烧系统的阀门装置的剖视放大图；

图4是本发明一种发动机连续燃烧系统的阀门装置的截面图；

图5是本发明一种发动机连续燃烧系统的反应罐的放大图；

图6是本发明一种发动机连续燃烧系统的喷油室的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1和 5所示本发明一种发动机连续燃烧系统，包括设于发动机的气缸200外部用以使燃油和空气混合物连续燃烧的反应罐100、阀门装置、点火装置107和喷油器130，阀门装置设有一组且分别与气缸200连接，反应罐100通过软管154分别连接一组阀门装置，点火装置107设置于反应罐100内，喷油器130与反应罐100连接。在此实施例中，本发明安装在上述的对置活塞对置气缸式发动机上。但是，应当指出，本发明也适用于所有二冲程、四冲程内燃机，以及柴油机或火花点燃系统的改进上。外部的反应罐100，提供了连续燃烧的工作流质到发动机的气缸内。作为对置活塞对置气缸式发动机的典型特征，每个气缸200内都有一对对置的活塞（图中未显示），每对活塞相对于对面气缸内的一对活塞，处于相反的相位。也就是说，当一个气缸200内的对置活塞到达它们上止点位置时，另一个气缸200内的活塞在接近它们下止点位置。

进一步的，反应罐100包括中央燃烧室110、进气室120、排气室102和返回通道112，中央燃烧室110一端与进气室120连通，另一端与排气室102连通，中央燃烧室110和进气室120之间设有喷油室142，喷油室142与中央燃烧室110连接端设有一喷嘴162，使空气和燃油的混合气体通过喷嘴162进入中央燃烧室110，喷嘴162的口对准中央燃烧室110，贯穿喷油室142中心设有一出气口122，出气口122与进气室120连通，通过出气口122使压缩气体自由进入中央燃烧室110，喷油室142与喷油器130相连通，返回通道112从排气室102连接到喷油室142。进气室120具有多个供气口150，分别与软管154连接，用来接收从各缸来的压缩气体（应当注意的是，发动机外部的反应室和软管154可以集成在一起，作为发动机结构的一部分，在该结构内形成高压通道），软管可用高压管来代替。排气室102具有多个排出气体出口140，分别与软管154连接，使得高温高压的排气工作流质进入各缸。当活塞在压缩冲程和接近压缩冲程末期时，压缩气体通过软管154进入进气室120，在通过出气口122进入中央燃烧室110内。

进一步的，返回通道112允许一小部分废气通过反应罐100的扫气口109进入与喷油器130相邻的燃料入口通道132。中央燃烧室110通过燃油蒸气、废气和空气的混合来维持连续燃烧，燃烧后的高温、高压废气通过排气室102的侧壁114上的出口116排出中央燃烧室110。喷油器130喷射出雾化的燃油蒸气通过喷油室142的喷嘴162进入中央燃烧室110。压缩空气通过出气口122进入中央燃烧室110时产生文丘里效应。由于出气口122被喷嘴162包围，此效应会在喷油室142内产生一个真空，会把来自返回通道112内的废气和喷油器130喷出的燃油蒸气的混合物吸入喷油室142。扫气口109排出的废气先加热燃油蒸气，然后燃油蒸气在中央燃烧室110内与压缩空气混合。

进一步的，本发明可以采用任何常规的点火装置107。点火装置107可包含一个火花塞，预热塞，或火花放电的设备，以建立初始着火。然而，一旦燃烧开始，就没有必要在提供点火，因为系统将源源不断的把燃油、空气混合物送入所述中央燃烧室110，直到燃油的供给被关闭或燃烧用的空气供给被关闭。

如图2、3和4所示本发明一种发动机连续燃烧系统的阀门装置，阀门装置为由电力驱动的装置，阀门装置包括第一阀门机构210和第二阀门机构220，第一阀门机210与第二阀门机构220通过一壳体211相互垂直连通且设于接近气缸200的上止点位置，第二阀门机构220由设于其上的排气口148通过软管154连接排气室102，第二阀门机构220由设于其上的压缩气体出口158通过软管154连接进气室120。阀门装置分别安装在各气缸200上，安装的位置接近各缸的上止点，该位置一般情况下会被设计为喷油装置的安装位置。当各活塞达到它们的上止点位置时，电动控制的阀门装置打开，使反应罐100内燃烧后的气体（工作流质）进入气缸200中，提供膨胀力使各缸内的活塞完成做功冲程。与活塞工作循环同步，阀门装置也进行循环运动，为中央燃烧室110供应压缩气体，以燃烧废气形式的工作流质被排出中央燃烧室110，使得中央燃烧室110进行连续的燃烧。

进一步的，第一阀门机构210包括安装于其内部的直接连接气缸200的阀座212和含一对第一电磁感应线圈218a的第一电磁阀，阀座212及与其相连接的第一杆219上依次套设第一偏动弹簧214和第一铁盘216，第一电磁阀卡紧第一铁盘216，第一杆219穿过第一阀门机构210外壳的第一端孔215，第一电磁阀用来驱动第一铁盘216。当第一电磁感应线圈218a没有被激励时，在第一偏动弹簧214和安装在第一杆219的铁盘217的相互作用下，阀座212处于半开状态。第二阀门机构220包括安装于其内部的滑阀222和含一对第二电磁感应线圈228a的第二电磁阀，当活塞达到上止点后进行做功冲程时，滑阀222经直线运动而打开排气口148，使燃烧废气工作流质在压力下进入气缸200。滑阀222也能经直线运动关闭排气口148，打开压缩气体出口158，连同在特定的时刻打开阀座212，使缸内的压缩气体进入反应罐100内，然后使高压废气工作流质进入气缸200内。滑阀222及与其相连接的第二杆227上依次套设第二偏动弹簧224和第二铁盘226，第二电磁阀卡紧第二铁盘226，第二杆227穿过第二阀门机构220外壳的第二端孔221，第二电磁阀用来驱动第二铁盘226。

进一步的，在运转过程中，当气缸200内的活塞（或对置活塞对置气缸式发动机中的活塞组）开始它的压缩冲程时，第一阀门机构210上的第一电磁线圈218a被激励，使第一杆219上的第一铁盘216向上移动一定距离（见图4）关闭阀座212。当活塞到达上止点前，第一电磁线圈218a不被激励，在第一偏动弹簧214的作用下，阀座212打开。当活塞接近上止点时，第二阀门机构220上的第二电磁线圈228a被激励，打开压缩气体出口158。第二电磁线圈228a被激励所产生的力作用在第二铁盘226上，这个力足以克服第二偏动弹簧224所产生的反向力，使滑阀222向右移动，关闭排气口148的同时打开压缩气体出口158。活塞在上止点位置时，第二阀门机构220上的第二电磁线圈228a不被激励，在第二偏动弹簧224的作用下，第二铁盘226和第二杆227向左移动一定距离(见图4)，关闭压缩气体出口158同时打开排气口148。

进一步的，当考虑到各气缸200的工作相位相反时，会认为也许会有一个脉冲背压，但基本上连续的输送压缩气体到中央燃烧室110；中央燃烧室110相应的又基本连续的释放工作流质，尽管有波动，当连接到中央燃烧室110的气缸200数量增加时，背压效应会被减弱。

如图6所示本发明一种发动机连续燃烧系统的喷油室，喷油室142有一个内部螺旋腔，它是由喷油室142与螺旋腔外部的燃油入口通道132形成。多个搅拌叶片145成环形阵列分布于螺旋腔内，用于扰动、混合燃油蒸气和扫出的废气，然后混合气体通过出气口122进入中央燃烧室110。喷油器130安装在入口通道132上，扫气口109排出的废气经返回通道112到达入口通道132时，喷油嘴喷出的雾化燃油蒸气被送到高温、高压的废气中。当压缩气体通过出气口122被喷出时形成了文丘里效应，在此作用下，气化的燃油与废气混合物被吸入内部的喷油室142中，与压缩空气混合，在中央燃烧室110内燃烧。

进一步的，燃烧实质上是连续的，燃油喷射可以用脉冲宽度调制控制，来调节燃烧的强度和功率，这样的好处是更少的零件数量，更高的使用和维护性。事实上，由于各缸不再有间歇性的爆炸燃烧，由此产生的噪音也就没有了。另外，由于高比例的废气再循环，氮氧化物排放会大量减少，同时燃油经济性也加强了。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的申请专利范围，所以凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种发动机连续燃烧系统，其特征在于，包括设于发动机的气缸外部用以使燃油和空气混合物连续燃烧的反应罐、阀门装置、点火装置和喷油器，所述阀门装置设有一组且分别与所述气缸连接，所述反应罐通过软管分别连接一组所述阀门装置，所述点火装置设置于所述反应罐内，所述喷油器与所述反应罐连接。

2.如权利要求1所述发动机连续燃烧系统，其特征在于，所述反应罐包括中央燃烧室、进气室、排气室和返回通道，所述中央燃烧室一端与所述进气室连通，另一端与所述排气室连通，所述中央燃烧室和所述进气室之间设有喷油室，所述喷油室与所述中央燃烧室连接端设有一喷嘴，所述喷嘴口对准所述中央燃烧室，所述喷油室与所述喷油器相连通，所述返回通道从所述排气室连接到所述喷油室。

3.如权利要求1所述发动机连续燃烧系统，其特征在于，所述阀门装置为由电力驱动的装置。

4.如权利要求2所述发动机连续燃烧系统，其特征在于，所述阀门装置包括第一阀门机构和第二阀门机构，所述第一阀门机构与所述第二阀门机构通过一壳体相互垂直连通且设于接近所述气缸的上止点位置，所述第二阀门机构由设于其上的排气口通过所述软管连接所述排气室，所述第二阀门机构由设于其上的压缩气体出口通过所述软管连接所述进气室。

5.如权利要求2所述发动机连续燃烧系统，其特征在于，所述喷油室包括一个内部螺旋腔，所述螺旋腔内环形分布多个搅拌叶片，所述内部螺旋腔中心位置贯穿设有一出气口，所述喷嘴包围所述出气口。

6.如权利要求4所述发动机连续燃烧系统，其特征在于，所述第一阀门机构包括安装于其内部的直接连接所述气缸的阀座和第一电磁阀，所述阀座上依次套设第一偏动弹簧和第一铁盘，所述第一电磁阀卡紧所述第一铁盘。

7.如权利要求4所述发动机连续燃烧系统，其特征在于，所述第二阀门机构包括安装于其内部的滑阀和第二电磁阀，所述滑阀上依次套设第二偏动弹簧和第二铁盘，所述第二电磁阀卡紧所述第二铁盘。

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