CN111305956A - 一种适用于多种液体燃料的可变模式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种适用于多种液体燃料的可变模式发动机，包括气缸壁、活塞、气缸盖，气缸壁、活塞、气缸盖组成燃烧室，气缸盖里设置进气管、排气管、火花塞、高压燃料喷射器，进气管里设置低压燃料喷射器，低压燃料喷射器连接低压油轨，高压燃料喷射器连接高压油轨，活塞连接连杆，连杆连接曲轴，此发动机具有火花塞点火燃烧模式和压缩着火模式两种，根据使用燃料的反应活性切换，低反应活性燃料采用火花塞点火燃烧模式，高反应活性燃料采用压缩着火模式，且可根据两种模式下所用燃料的性质改变连杆长度改变压缩比实现燃料的最佳压缩比燃烧。本发明通过低压燃料喷射系统和高压燃料喷射系统切换，实现一台发动机燃烧不同种类液体燃料。

Description

一种适用于多种液体燃料的可变模式发动机

技术领域

本发明涉及的是一种发动机，具体地说是液体燃料发动机。

背景技术

随着生活质量的上升和汽车的普及，目前能源消耗和环境破坏等问题逐渐严峻，化石燃料的快速消耗使替代能源的发展逐渐受到重视，如醇类燃料等。燃料的多样化导致发动机的多样化，为适应不同种类燃料的性质，发动机的结构设计需相应调整。但总体来说，目前市场上的发动机基本只能燃用一到两种燃料，且可燃用两种燃料的发动机也存在一些问题，专利200820052506.7所述的天然气/汽油两用燃料的发动机，通过点火系统的设计可以实现工作过程，但其并未改变发动机的压缩比，明显无法使天然气和汽油均最佳压缩比燃烧；专利201821047323.6所述的双燃料发动机可以实现单独燃用柴油或用柴油引燃天然气，但双燃料发动机没有火花塞，明显无法只用天然气实现工作过程，所以可以燃用多种燃料的发动机具有较大的市场需求和很好的发展前景。

发动机液体燃料种类众多，有醇类燃料、汽油和柴油等。汽油具有不同的牌号，常见的为90号、93号和97号。不同牌号的汽油、不同燃料需要不同压缩比的发动机，如90号汽油需要压缩比低于8.5的发动机，93号汽油需要压缩比为8.5～9.5的发动机，97号汽油需要压缩比为9.5～10.5的发动机，醇类燃料需要压缩比为8～12的发动机，柴油需要压缩比为13～20的发动机。

低反应活性燃料如醇类燃料甲醇464℃、乙醇434℃和汽油350～468℃的燃点高，采用火花塞点火燃烧方式；高反应活性燃料如柴油270～350℃燃点低，采用压缩着火方式。

压缩比是一台发动机的重要技术参数之一，指压缩前气体容积与压缩后气体容积之比，即活塞处于上止点气缸容积与活塞处于下止点气缸容积之比，由发动机的构造决定。

燃料需与发动机的压缩比相匹配，发动机压缩比高于燃料适用的压缩比，缸内温度快速升高，机器剧烈震动，输出功率降低，机器容易受损；发动机压缩比低于燃料适用的压缩比，出现“滞燃”现象，燃料燃烧不充分。

发明内容

本发明的目的在于提供能够解决替代能源的发展、燃料种类的多样化、不同液体燃料由于其反应活性的不同需采用不同的燃烧方式和不同液体燃料燃烧适合不同压缩比的发动机等问题的一种适用于多种液体燃料的可变模式发动机。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种适用于多种液体燃料的可变模式发动机，其特征是：包括气缸壁、活塞、气缸盖，气缸壁、活塞、气缸盖组成燃烧室，气缸盖里设置进气管、排气管、火花塞、高压燃料喷射器，进气管里设置低压燃料喷射器，低压燃料喷射器连接低压油轨，低压油轨连接低压油泵，低压油泵设置在第一油箱里，高压燃料喷射器连接高压油轨，高压油轨连接高压油泵，高压油泵设置在第二油箱里，第一燃油压力调节器分别连接第一油箱和低压油轨，第二燃油压力调节器分别连接第二油箱和高压油轨，活塞连接连杆，连杆连接曲轴，所述连杆包括连杆小端、连杆大端和杆套，连杆小端的端部连接双面活塞并伸入至杆套内部，连杆大端伸入至杆套内部，连杆小端、双面活塞以及杆套形成液压室A，连杆大端、双面活塞以及杆套形成液压室B，液压室A连通第一高压油管，液压室B连通第二高压油管。

本发明还可以包括：

1、第一高压油管上设置第一液控单向阀，第二高压油管上设置第二液控单向阀，第一液控单向阀和第二液控单向阀连接三位四通电磁换向阀，三位四通电磁换向阀连接液压泵，液压泵设置在第三油箱里。

2、发动机处于以醇类或汽油为燃料的火花塞点火燃烧模式下，三位四通电磁换向阀右端的电磁铁工作，液压油由液压泵泵入液压室A，液压室B内多余的液压油流回第三油箱，使双面活塞移动，连杆长度缩短，从而使得发动机压缩比处于醇类或汽油发动机所需压缩比。

3、发动机处于以柴油为燃料的压缩着火模式下，三位四通电磁换向阀左端的电磁铁工作，液压油由液压泵泵入液压室B，液压室A内多余的液压油流回第三油箱，使双面活塞移动，连杆长度伸长，从而使得发动机压缩比处于柴油发动机所需压缩比。

本发明的优势在于：本发明通过对于供油系统的设计实现对于不同类型的液体燃料的不同供应方式和根据液体燃料的理化性质切换不同的燃烧方式，并通过改变连杆长度改变发动机压缩比实现液体燃料的最佳燃烧压缩比燃烧，实现一台发动机可以切换模式燃烧不同类型的液体燃料。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为可变连杆的液压控制系统示意图；

图3为高压油管的布置图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-3，一种适用于多种液体燃料的可变模式发动机，包括进气管7、排气管1、气缸盖4、气缸套9、活塞10、可变连杆11～15、曲轴16、电控单元23、信号盘17、曲轴位置传感器18、19、点火系统3、22、低压燃料喷射系统8、24～30和高压燃料喷射系统5、31～37等。此适用于多种液体燃料的可变模式发动机有火花塞点火燃烧模式和压缩着火模式两种，根据油箱中加注的燃料特性进行切换，使用醇类燃料或汽油时采用火花塞点火燃烧模式，使用柴油时采用压缩着火模式。火花塞点火燃烧模式下醇类燃料由安装于进气管的低压喷射器喷入，与新鲜空气形成均匀混合气进入气缸，在压缩上止点前由火花塞点火燃烧做功；压缩着火模式下柴油由安装于气缸盖的高压喷射器在压缩上止点前喷入，自发着火做功。

低压燃料喷射系统包括油箱27、低压油泵28、滤清器26、低压进油管25、低压油轨24、压力调节器29和低压回油管30等；高压燃料喷射系统包括油箱35、高压油泵34、滤清器33、高压进油管32、高压油轨31、压力调节器36和高压回油管37等。两套燃料喷射系统实现在两种燃烧模式下供给不同类型的液体燃料，根据用户加注的燃料类别进行切换。

此可变模式发动机在两种燃烧模式下均能通过改变连杆长度实现燃料的最佳压缩比燃烧。改变连杆长度的液压控制系统包括液控单向阀38、44、三位四通电磁换向阀39、压力表40、液压泵41、油箱42、顺序阀43等，通过控制液压泵的工作和三位四通电磁换向阀的流向调节液压室A和液压室B的液压油量，改变双面活塞位置，改变连杆长度从而使发动机压缩比改变到燃料所需压缩比，并通过两个液控单向阀控制液压室A和液压室B的液压油不回流，使双面活塞位置固定，保证连杆长度恒定，实现不同燃烧模式下液体燃料的最佳压缩比燃烧。

发动机有火花塞点火燃烧模式和压缩着火模式两种，油箱中加注醇类燃料或汽油时，采用火花塞点火燃烧模式，并且燃料由低压燃料喷射系统喷入进气管，与新鲜空气形成均匀混合气进入气缸，在压缩上止点前由火花塞点火燃烧做功；油箱中加注柴油时，采用压缩着火模式，并且燃料由高压燃料喷射系统在压缩上止点前喷入气缸自发着火做功。

可变模式发动机通过改变连杆长度改变压缩比与燃料所需压缩比相配合，连杆长度缩短，发动机压缩比减小，用于以醇类或汽油为燃料的火花塞点火燃烧模式；连杆长度伸长，发动机压缩比增大，用于以柴油为燃料的压缩着火模式。

如图2所示，可变模式发动机的连杆长度由液压控制系统改变并固定。发动机处于以醇类或汽油为燃料的火花塞点火燃烧模式下，连杆长度需缩短，此时三位四通电磁换向阀39右端的电磁铁工作，液压油由液压泵41从P口通过B口泵入液压室B，液压室A内多余的液压油从A口通过T口流回油箱42，使双面活塞13左移，连杆长度缩短；发动机处于以柴油为燃料的压缩着火模式下，连杆长度需伸长，此时三位四通电磁换向阀39左端的电磁铁工作，液压油由液压泵41从P口通过A口泵入液压室A，液压室B内多余的液压油从B口通过T口流回油箱42，实现双面活塞13的右移，连杆长度伸长。一旦连杆长度改变到使发动机压缩比等于燃料所需压缩比，两个液控单向阀38、44使液压室A和液压室B内的液压油不再流出，保证双面活塞13的位置稳定，可变连杆长度恒定，由于液压油的可压缩性极小，可承受极大的作用力，故可保证工作过程中连杆受力不会导致连杆的长度变化。

如图3所示，可变模式发动机在工作过程中连杆处于不断运动状态，为防止高压油管随连杆的运动妨碍发动机工作，采取在发动机机体开一个小孔，高压油管穿过小孔的布置。这样设计的优势在于可以减小油管运动对发动机的阻碍，同时可以将整套的液压控制系统布置于发动机外部，对发动机整体结构的改变较小，不会提高制造难度。采用一个橡胶圈46将两根高压油管束在一起，可以防止高压油管运动时缠绕在一起且可以避免高压油管与孔壁直接接触造成磨损，可以提高整体系统的稳定性和可靠性。

本发明设计的可变模式发动机可以适用于不同种类的液体燃料，并可以保证所用液体燃料在最佳压缩比下燃烧，且采用液压控制系统改变连杆长度从而改变压缩比的方法具有可行性和稳定性，保证发动机具有较高的经济性和可靠性。

本发明一种适用于多种液体燃料的可变模式发动机，包括进气管、排气管、气缸盖、气缸套、活塞、可变连杆、曲轴、点火系统、电控单元、低压燃料喷射系统和高压燃料喷射系统等。低压燃料喷射系统由低压油泵、滤清器、低压进油管、低压油轨、低压燃料喷射器、燃油压力调节器、低压回油管和油箱等构成；高压燃料喷射系统由高压油泵、滤清器、高压进油管、高压油轨、高压燃料喷射器、燃油压力调节器、高压回油管和油箱等构成。低压燃料喷射器安装于发动机进气管，向发动机供给低反应活性高燃点的燃料，如甲醇、乙醇和汽油等；高压燃料喷射器安装于气缸盖，向发动机供给高反应活性低燃点的燃料，如柴油。在发动机气缸盖上同时安装有喷油器和火花塞，发动机具有可变长度连杆，且发动机可以燃用不同特性的燃料，根据燃料特性切换燃烧模式。可变的模式包括：火花塞点火燃烧模式和压缩着火模式两种，当油箱中加注低反应活性的醇类燃料或汽油时，发动机采用火花塞点火燃烧模式，并调整可变连杆长度使发动机压缩比改变到适合醇类燃料或汽油的低压缩比，此模式下低反应活性燃料由低压燃料喷射系统喷入进气歧管，与新鲜空气形成均匀混合气进入气缸，在压缩上止点前由火花塞点火燃烧做功；当油箱中加注高反应活性的柴油时，发动机采用压缩着火模式，并调整可变连杆长度使发动机压缩比改变到适合柴油的高压缩比，此模式下高反应活性燃料由高压燃料喷射系统在压缩上止点前喷入气缸，自发着火燃烧做功。控制系统自动检测燃料成分，或者用户根据油箱中加注燃料的种类或理化性质切换发动机的燃烧模式，实现一台发动机可以燃用不同类型的液体燃料。可变连杆由液压控制系统改变长度并固定，液压控制系统包括液控单向阀、三位四通电磁换向阀、压力表、液压泵、油箱、顺序阀等，通过控制液压泵的工作和三位四通电磁换向阀的流向调节液压室A和液压室B的液压油量，改变双面活塞位置，改变连杆长度从而使发动机压缩比改变到燃料所需压缩比，并通过两个液控单向阀控制液压室A和液压室B的液压油不回流，使双面活塞位置固定，保证连杆长度恒定，实现不同燃烧模式下液体燃料的最佳压缩比燃烧。

除汽油之外，发动机可以燃用特性接近的替代燃料，如醇类燃料。使用汽油或醇类燃料时，调整可变连杆长度使发动机压缩比到10左右。使用柴油或者其它高反应活性燃料时，根据燃料特性不同，调整可变连杆长度使发动机压缩比到13～20。

通过两个液控单向阀控制液压室A和液压室B的液压油不回流保证可变连杆长度恒定的方法，由于液压油的可压缩性极小，可承受极大的作用力，故可保证工作过程中连杆受力不会导致连杆的长度变化。

Claims (4)

1.一种适用于多种液体燃料的可变模式发动机，其特征是：包括气缸壁、活塞、气缸盖，气缸壁、活塞、气缸盖组成燃烧室，气缸盖里设置进气管、排气管、火花塞、高压燃料喷射器，进气管里设置低压燃料喷射器，低压燃料喷射器连接低压油轨，低压油轨连接低压油泵，低压油泵设置在第一油箱里，高压燃料喷射器连接高压油轨，高压油轨连接高压油泵，高压油泵设置在第二油箱里，第一燃油压力调节器分别连接第一油箱和低压油轨，第二燃油压力调节器分别连接第二油箱和高压油轨，活塞连接连杆，连杆连接曲轴，所述连杆包括连杆小端、连杆大端和杆套，连杆小端的端部连接双面活塞并伸入至杆套内部，连杆大端伸入至杆套内部，连杆小端、双面活塞以及杆套形成液压室A，连杆大端、双面活塞以及杆套形成液压室B，液压室A连通第一高压油管，液压室B连通第二高压油管。

2.根据权利要求1所述的一种适用于多种液体燃料的可变模式发动机，其特征是：第一高压油管上设置第一液控单向阀，第二高压油管上设置第二液控单向阀，第一液控单向阀和第二液控单向阀连接三位四通电磁换向阀，三位四通电磁换向阀连接液压泵，液压泵设置在第三油箱里。

3.根据权利要求2所述的一种适用于多种液体燃料的可变模式发动机，其特征是：发动机处于以醇类或汽油为燃料的火花塞点火燃烧模式下，三位四通电磁换向阀右端的电磁铁工作，液压油由液压泵泵入液压室A，液压室B内多余的液压油流回第三油箱，使双面活塞移动，连杆长度缩短，从而使得发动机压缩比处于醇类或汽油发动机所需压缩比。

4.根据权利要求2或3所述的一种适用于多种液体燃料的可变模式发动机，其特征是：发动机处于以柴油为燃料的压缩着火模式下，三位四通电磁换向阀左端的电磁铁工作，液压油由液压泵泵入液压室B，液压室A内多余的液压油流回第三油箱，使双面活塞移动，连杆长度伸长，从而使得发动机压缩比处于柴油发动机所需压缩比。

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