CN1182325C - 一种汽油机的分层充气压缩燃烧方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种分层充气汽油机压缩燃烧方法及其装置，属于内燃机燃烧技术领域。本方法将空气和废气分别由不同的进气道引入燃烧室，汽油经喷油器喷入提供废气的进气道并随废气进入燃烧室，靠活塞的压缩而自燃；如果在燃烧室的内表面涂覆氧化型催化剂，可促进汽油活化并使燃烧更充分。从进气冲程到压缩冲程中期，汽油与废气混合而与空气不混合，汽油在废气内不断升温并在催化剂的作用下得到部分活化，但由于缺乏空气而不着火燃烧；燃烧室内的滚流气团在压缩冲程后期被活塞挤碎，汽油与空气逐步混合并在燃烧室内多处形成火核；在膨胀冲程初期，迅速完成燃烧。本发明既解决了汽油机火花塞点火燃烧的问题，也达到了压燃式汽油机高效率稳定燃烧的目的。
Description
技术领域
本发明属于内燃机燃烧技术领域，特别涉及一种汽油机的分层充气压缩燃烧方法及其装置。
背景技术
目前常规汽油机的热效率一般为32％左右，远小于柴油机40％的热效率，主要原因是其燃烧方法为火花塞点火而非压燃式工作。近年出现的均质混合气压缩着火(HCCI)燃烧方法，实现了汽油机压燃工作(Society of American Engineer，1999，Vol.108(3)，p2138-2145)，为控制汽油燃烧速度、避免燃烧噪声过高常采用废气再循环，汽油燃料与空气及再循环的废气在燃烧室内均匀混合，靠压缩着火。但是由于汽油的压燃性差，这种汽油机着火时刻不易控制，容易出现燃烧不稳定现象。正是由于以上的缺点导致这种发动机目前没有得到实用。
常规汽油机上采用了一种分层充气废气再循环燃烧方法，其目的是提高汽油机对废气再循环率的耐受力以充分发挥废气再循环对氮氧化物(NOX)排放指标的改善作用。Stokes J等人采用分层充气废气再循环燃烧方法(Society of Automotive Engineers，1994，Vol.103(3)，p747-755)，该方法中，燃料与空气混合而与废气分层，但由于依然是火花塞点火燃烧方法，热效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽油机压缩着火燃烧方法和装置，突破常规汽油机热效率受火花塞点火燃烧方法的制约，并避免均质混合气压缩点火燃烧方法容易出现燃烧不稳定的弊端，实现汽油机高效率稳定运转；同时采取分层充气废气再循环燃烧方法，控制汽油与空气的接触时刻以达到降低燃烧噪声和氮氧化物(NOX)排放指标的作用。
为达到以上目的，本发明采取了一种汽油机的分层充气压缩燃烧方法，空气和废气分别由不同的进气道引入燃烧室，进气在燃烧室内形成滚流，其特征在于汽油经喷油器喷入提供废气的进气道并随废气进入燃烧室，燃料汽油靠活塞的压缩而自燃。
该方法使用了一种汽油机燃烧装置，包含气缸、燃烧室、在气缸内做往复运动的活塞、气缸盖、设置在气缸盖上的多个滚流进气道、气门、喷油器，其特征在于所述喷油器安装在提供废气的滚流进气道上。为了促进汽油活化并使燃烧更充分，还可在活塞的上表面和气缸盖的下表面涂覆了一层氧化型催化剂，例如铂催化剂。在本发明中，从进气冲程到压缩冲程中期，汽油与废气混合而与空气不混合，汽油在废气内不断升温并在催化剂的作用下得到部分活化，但由于缺乏空气而不燃烧着火；在压缩冲程后期，燃烧室内的滚流气团被活塞挤碎，汽油、废气与空气迅速混合并在燃烧室内多处形成火核；在膨胀冲程初期，迅速完成燃烧。
通过实验证明，单缸汽油机采用本方法后，不仅能够保持运转的稳定，同时，热效率也提高到38％。下面结合附图对几种燃烧方法加以说明。
附图说明
图1：是常规火花塞点火式汽油机的废气再循环分层充气燃烧系统的示意图。
图2：是图1汽油机在进气冲程时燃烧室内的混合气分布图。
图3：是汽油机均质混合气压缩着火燃烧系统的示意图。
图4：是图3汽油机在进气冲程时燃烧室内的混合气分布图。
图5：是本发明的汽油机燃烧系统示意图。
图6：是图5汽油机在进气冲程时燃烧室内的混合气分布图。
具体实施方式
图1所示的常规汽油机废气再循环分层充气燃烧系统，包含活塞1、气缸2、气缸盖3、气门4、滚流进气道5和6(进气道可以有两个以上)、喷油器7，火花塞8以及燃烧室9。在燃烧室9内汽油分布在空气区而与废气分离，如图2所示，这种燃烧方法虽然可以降低氮氧化物(NOX)的排放，但它仍然需要火花塞8点火，热效率低。
图3所示的汽油机均质混合气压缩着火燃烧系统，包含活塞1、气缸2、气缸盖3、气门4、非滚流进气道10和11(进气道可以有两个以上)、喷油器7，以及燃烧室9。在进气冲程时燃烧室9内的混合气呈均匀分布，如图4所示，靠活塞压缩点火自燃。
本发明的汽油机燃烧系统结构如图5所示，包含活塞1、气缸2、气缸盖3、气门4、滚流进气道5和6(进气道可以有两个以上)、喷油器7，以及燃烧室9。空气和废气分别从进气道5和6进入燃烧室9，汽油经喷油器7喷入提供废气的进气道6，在进气过程中，借助进气滚流，废气与雾化的汽油充分混合而与空气分离，燃烧室内的混合气分布如图6所示。在压缩冲程，汽油在废气内不断升温并在催化剂的作用下得到部分活化，但由于缺乏空气而不着火燃烧；在压缩冲程后期，燃烧室内的滚流气团被活塞挤碎，汽油与空气混合并在燃烧室内多处形成火核；在膨胀冲程初期，燃烧室内多处迅速燃烧。废气的存在使燃烧压力升高率不致过高，有催化剂的存在使燃烧更完善。
Claims (4)
1、一种汽油机的分层充气压缩燃烧方法，空气和废气分别由不同的进气道引入燃烧室，进气在燃烧室内形成滚流，其特征在于汽油经喷油器喷入提供废气的进气道并随废气进入燃烧室，燃料汽油靠活塞的压缩而自燃。
2、实现权利要求1所述方法的装置，包含气缸、燃烧室、在气缸内做往复运动的活塞、气缸盖、设置在气缸盖上的2个或3个滚流进气道及相应的气门、喷油器，其特征在于所述喷油器安装在其中提供废气的滚流进气道上。
3、按照权利要求2所述的燃烧装置，其特征在于在活塞的上表面和气缸盖的下表面涂覆一层氧化型催化剂。
4、按照权利要求3所述的氧化型催化剂，其特征在于所使用的催化剂为铂催化剂。
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