CN117167133A - 一种压燃式发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压燃式发动机，属于新能源发动机技术领域，包括汽缸，所述主燃烧室的上方设置有压燃发生室，且所述主燃烧室和所述压燃发生室之间通过燃气点火通道连接，所述燃气点火通道设置有控制所述主燃烧室和所述压燃发生室之间的连通或断开的电控阀门，所述压燃发生室和所述排气道之间通过EGR进气歧管连通。本发明兼容多种燃料同时具备较高的热效率，并且可以长时间输出较高的动力，具有良好的环境友好特性，可以广泛用于军工领域、民用航空、车载动力等，同时其对天然气、氢气等清洁燃料的优异适配性，对缓解能源危机，实现可持续发展，促进能源转型和实现碳中和有巨大的促进作用。
Description
技术领域
本发明属于新能源发动机技术领域，特别是涉及一种压燃式发动机。
背景技术
四冲程发动机通用全段式压燃技术(GPFSCI)是一种能够同时运用EGR、压燃、分段燃烧和阿特金森循环的新型高热效率和多能源多用途发动机。由于其采用多种提高热效率的方法以及改进传统压燃点火思路和循环理念，消耗燃料少，热效率高，可靠性高，可以兼容多种燃料和多用途，具有很大的研究价值和应用前景。
目前，绝大多数的高热效率发动机在动力和可靠性上有所欠缺，而且普遍重量大，且结构非常复杂。虽然在一定程度上可以提高热效率，然而受到自身结构的限制，无法满足一些对动力需求高的设备或场景，导致传统的高热效率在应用场景和多用途、多燃料适应能力方面存在局限性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种压燃式发动机，能够在在实现燃料压燃的同时保证较高的热效率和动力输出，不仅可以应用于汽油、柴油等传统燃料，而且可以通过改变压缩比和EGR量来适配压缩天然气和氢气等新型燃料。除了用作汽车、工业设备等的动力来源，对于潜航器、航天器、飞行器等还可以用作发电设备，尤其是对于天然气、氢气等新型清洁燃料的兼容，有效的提高了四冲程压燃发动机的应用场景，对加速能源转型和实现碳中和有很大的现实意义。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种压燃式发动机，包括汽缸，所述汽缸内设置有沿所述汽缸内壁往复运动的活塞，所述活塞将所述汽缸分隔成主燃烧室和曲轴室，所述主燃烧室的一侧设置有对所述汽缸内供给混合气体的进气道，所述进气道与所述主燃烧室的连通处设置有开闭所述进气道的进气门，所述主燃烧室的另一侧设置有排出废气的排气道，所述排气道与所述主燃烧室的连通处设置有开闭所述排气道的排气门，所述主燃烧室的上方设置有压燃发生室，且所述主燃烧室和所述压燃发生室之间通过燃气点火通道连接，所述燃气点火通道设置有控制所述主燃烧室和所述压燃发生室之间的连通或断开的电控阀门，所述压燃发生室和所述排气道之间通过EGR进气歧管连通，所述EGR进气歧管的中段设置有控制EGR进气歧管开闭的电控阀门。
根据本发明提供的压燃式发动机，所述压燃发生室上设置有压燃发生室进气歧管，所述压燃发生室进气歧管上设置有开闭所述压燃发生室进气歧管的电控阀门。
根据本发明提供的压燃式发动机，当进气冲程开始时，开启所述进气门，所述主燃烧室内通过所述进气道吸入超稀薄混合气；当进气冲程即将结束时，所述燃气点火通道和所述EGR进气歧管上的电控阀门短时间打开，依靠所述活塞下行产生的负压吸入所述排气道内少量高温的废气。
根据本发明提供的压燃式发动机，在所述活塞到达下止点时，关闭所述EGR进气歧管上的电控阀门，保持所述燃气点火通道的电控阀门开启；在所述活塞上行压缩冲程中，所述主燃烧室内一部分气体被挤压进所述压燃发生室内。
根据本发明提供的压燃式发动机，在压缩冲程即将结束时，打开所述压燃发生室进气歧管，向所述压燃发生室中喷入极少量超高浓度混合气。
根据本发明提供的压燃式发动机，点燃所述超高浓度混合气形成燃烧，并以射流形式加压通过所述燃气点火通道引燃所述主燃烧室内混合气。
根据本发明提供的压燃式发动机，在排气冲程开始时，所述压燃发生室进气歧管随着所述排气门打开并排出所述压燃发生室中的废气。
根据本发明提供的压燃式发动机，所述压燃发生室中设置有温度压力传感器。
根据本发明提供的压燃式发动机，所述压燃发生室和/或所述主燃烧室内设置火花塞结构。
根据本发明提供的压燃式发动机，所述压燃式发动机为四冲程压燃式发动机。
本发明的有益效果：本发明的四冲程发动机通用全段式压燃技术，兼容多种燃料同时具备较高的热效率，并且可以长时间输出较高的动力，具有良好的环境友好特性，可以广泛用于军工领域、民用航空、车载动力等，同时其对天然气、氢气等清洁燃料的优异适配性，对缓解能源危机，实现可持续发展，促进能源转型和实现碳中和有巨大的促进作用。
附图说明
图1为本发明实施例四冲程压燃式发动机结构示意图；
图中：1-活塞，2-进气道，3-压燃发生室，4-进气门，5-排气门，6-电控阀门，7-EGR进气歧管，8-压燃发生室进气歧管，9-燃气点火通道，10、汽缸，11、主燃烧室，12、排气道，13、曲轴室。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种压燃式发动机，包括汽缸10，所述汽缸10内设置有沿所述汽缸10内壁往复运动的活塞1，所述活塞1将所述汽缸10分隔成主燃烧室11和曲轴室13，所述主燃烧室11的一侧设置有对所述汽缸10内供给混合气体的进气道2，所述进气道2与所述主燃烧室11的连通处设置有开闭所述进气道2的进气门4，所述主燃烧室11的另一侧设置有排出废气的排气道12，所述排气道12与所述主燃烧室11的连通处设置有开闭所述排气道12的排气门5，所述主燃烧室11的上方设置有压燃发生室3，且所述主燃烧室11和所述压燃发生室3之间通过燃气点火通道9连接，所述燃气点火通道9设置有控制所述主燃烧室11和所述压燃发生室3之间的连通或断开的电控阀门，所述压燃发生室4和所述排气道12之间通过EGR进气歧管7连通，所述EGR进气歧管7的中段设置有控制EGR进气歧管7开闭的电控阀门；所述压燃发生室3上设置有压燃发生室进气歧管8，所述压燃发生室进气歧管8上设置有开闭所述压燃发生室进气歧管8的电控阀门。
在本发明实施例中，所述主燃烧室11在进气冲程吸入超稀薄混合气，在进气冲程即将结束时打开压燃发生室3与主燃烧室11、EGR进气歧管间7的阀门，同时借助主燃烧室11的负压力将少量未经冷却的废气吸入到压燃发生室3中，目的是通过引入未经冷却的废气给压燃发生室3内升温，此时活塞1继续下行直到进气冲程结束，在压缩冲程开始时，保持打开压燃发生室3与主燃烧室间11的阀门，此时活塞1上行，将主燃烧室11内部分气体压入压燃发生室3中，通过控制压缩比，使得在压缩冲程将结束时压燃发生室3内的温度和压力一定超过燃料的燃点，此时压燃发生室进气歧管8打开并向压燃发生室3内泵入少量超高浓度混合气，使压燃发生室3内产生燃烧，并通过燃气点火通道9挤入主燃烧室11，从而引燃主燃烧室11中的燃气。
通过向压燃发生室3内引入高温废气以及超高浓度混合气升温并挤压实现初级压燃的同时完成阿特金森循环的第一阶段，随后通过燃气射流对主燃烧室内稀薄混合气进行加压升温引燃，实现第二阶段均质压燃，搭配电控阀门的可控开启及关闭实现持续循环。
为了给压燃发生室3内升温，当进气冲程开始时，开启所述进气门4，所述主燃烧室11内通过所述进气道2吸入超稀薄混合气；当进气冲程即将结束时，所述燃气点火通道9和所述EGR进气歧管7上的电控阀门短时间打开，依靠所述活塞1下行产生的负压吸入所述排气道2内少量高温的废气。
为了将部分气体挤压进压燃发生室3，在所述活塞1到达下止点时，关闭所述EGR进气歧管7上的电控阀门，保持所述燃气点火通道9的电控阀门开启；在所述活塞1上行压缩冲程中，所述主燃烧室11内一部分气体被挤压进所述压燃发生室3内，相当于在压缩冲程时扩大了缸体的容积，满足阿特金森循环的膨胀比大于压缩比的原理，同时给压燃发生室3中加压，此时压燃发生室3中的温度和压力较大，但是此时混合气的浓度还不足以被压燃；
为了点燃压燃发生室3中的混合气，在压缩冲程即将结束时，打开所述压燃发生室进气歧管8，迅速向所述压燃发生室3中喷入极少量超高浓度混合气，此时超高浓度混合气被点燃，形成燃烧，并先引燃压燃发生器3中的混合气，此时压燃发生器3中的温度和压力进一步提高；
为了引燃主燃烧室11内混合气，点燃所述超高浓度混合气形成燃烧，并以射流形式加压通过所述燃气点火通道9引燃所述主燃烧室11内混合气，火焰形成射流通过燃气点火通道9引燃主燃烧室11内的稀薄混合气，做功冲程开始直到活塞1到达下止点；
在排气冲程开始时，所述压燃发生室进气歧管8随着所述排气门5打开并排出所述压燃发生室3中的废气，排气冲程结束后三个电控阀门6全部复位，下一冲程开始。
为了监测压燃发生室3内的温度和压力，所述压燃发生室3中设置有温度压力传感器。
为了保证发动机正常工作，所述压燃发生室3和/或所述主燃烧室11内设置火花塞结构，目的是在一些无法压燃燃气的特殊工况以及电控阀门损坏的情况下能保证发动机正常工作。
所述压燃式发动机为四冲程压燃式发动机，分别为：进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，在进气冲程后期短暂打开主燃烧室11与压燃发生室3间、排气道12与压燃发生室3间阀门；在活塞1即将到达上止点前向压燃发生室3内喷入少量超高浓度混合气实现燃烧并以射流形式加压点燃主燃烧室11内混合气；排气冲程时排气道12与压燃发生室3间阀门打开排出废气，随后阀门复位，下一冲程开始，如此往复实现持续循环。
以上所述仅为本发明的部分实施方式，不是全部的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变化，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种压燃式发动机，包括汽缸，所述汽缸内设置有沿所述汽缸内壁往复运动的活塞，所述活塞将所述汽缸分隔成主燃烧室和曲轴室，所述主燃烧室的一侧设置有对所述汽缸内供给混合气体的进气道，所述进气道与所述主燃烧室的连通处设置有开闭所述进气道的进气门，所述主燃烧室的另一侧设置有排出废气的排气道，所述排气道与所述主燃烧室的连通处设置有开闭所述排气道的排气门，其特征在于：
所述主燃烧室的上方设置有压燃发生室，且所述主燃烧室和所述压燃发生室之间通过燃气点火通道连接，所述燃气点火通道设置有控制所述主燃烧室和所述压燃发生室之间的连通或断开的电控阀门，所述压燃发生室和所述排气道之间通过EGR进气歧管连通，所述EGR进气歧管的中段设置有控制EGR进气歧管开闭的电控阀门。
2.根据权利要求1所述压燃式发动机，其特征在于：所述压燃发生室上设置有压燃发生室进气歧管，所述压燃发生室进气歧管上设置有开闭所述压燃发生室进气歧管的电控阀门。
3.根据权利要求2所述压燃式发动机，其特征在于：
当进气冲程开始时，开启所述进气门，所述主燃烧室内通过所述进气道吸入超稀薄混合气；
当进气冲程即将结束时，所述燃气点火通道和所述EGR进气歧管上的电控阀门短时间打开，依靠所述活塞下行产生的负压吸入所述排气道内少量高温的废气。
4.根据权利要求3所述压燃式发动机，其特征在于：
在所述活塞到达下止点时，关闭所述EGR进气歧管上的电控阀门，保持所述燃气点火通道的电控阀门开启；
在所述活塞上行压缩冲程中，所述主燃烧室内一部分气体被挤压进所述压燃发生室内。
5.根据权利要求4所述压燃式发动机，其特征在于：在压缩冲程即将结束时，打开所述压燃发生室进气歧管，向所述压燃发生室中喷入极少量超高浓度混合气。
6.根据权利要求5所述压燃式发动机，其特征在于：点燃所述超高浓度混合气形成燃烧，并以射流形式加压通过所述燃气点火通道引燃所述主燃烧室内混合气。
7.根据权利要求6所述压燃式发动机，其特征在于：在排气冲程开始时，所述压燃发生室进气歧管随着所述排气门打开并排出所述压燃发生室中的废气。
8.根据权利要求1所述压燃式发动机，其特征在于：所述压燃发生室中设置有温度压力传感器。
9.根据权利要求1所述压燃式发动机，其特征在于：所述压燃发生室和/或所述主燃烧室内设置火花塞结构。
10.根据权利要求1所述压燃式发动机，其特征在于：所述压燃式发动机为四冲程压燃式发动机。
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