一种内燃机缸内直喷压缩着火的方法技术

一种内燃机缸内直喷压缩着火的方法，属于内燃机燃烧技术领域。目前的火花点火式汽油机的热效率低，只及柴油机的75％左右，而热效率高的柴油机不能压燃汽油。本发明专利技术采用提高进气温度的方法，使内燃机在压缩冲程接近上止点时，其气缸内的温度达到和超过汽油等燃料的自燃点，使其能够压缩着火，就像柴油机的工作一样。提高进气温度的方法：一是利用热交换器将废弃的热量传给进气，二是靠容积式空气压缩机以适当的压缩比压缩进气，三是以上两种方法综合运用。选择等于或高于12的压缩比。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于内燃机燃烧
。目前的火花点火式汽油机的热效率低，只及柴油机的75％左右，而热效率高的柴油机不能压燃汽油。本专利技术采用提高进气温度的方法，使内燃机在压缩冲程接近上止点时，其气缸内的温度达到和超过汽油等燃料的自燃点，使其能够压缩着火，就像柴油机的工作一样。提高进气温度的方法：一是利用热交换器将废弃的热量传给进气，二是靠容积式空气压缩机以适当的压缩比压缩进气，三是以上两种方法综合运用。选择等于或高于12的压缩比。【专利说明】
本专利技术涉及内燃机燃烧
，特别涉及一种内燃机的缸内直喷压缩着火的方法。
技术介绍
现在常规的汽油机热效率只有30%左右，究其原因是其压缩比低，制约其压缩比提高的因素是其均匀混合火花点燃的方式，这种方式在压缩比较高时容易出现爆震。目前汽油的缸内直喷技术可以取较高的压缩比，因而热效率有所提高，如缸内直喷分层稀薄燃烧技术和缸内直喷均质当量比燃烧技术。但缸内直喷分层稀薄燃烧技术在各种转速、各种负荷下可靠性差，其技术还不十分成熟，大量推广应用很难，而缸内直喷均质当量比燃烧技术在低速大负荷下容易爆震，所以也限制了其广泛使用。目前大量使用的柴油机是采用缸内直喷压缩着火的方式，这种技术非常成熟，而且结构简单工作可靠，热效率达到40%左右，远比目前常规汽油机的热效率高，但是它不能烧汽油，如果要使它能够烧汽油的话，它的压缩比要达到25及以上，如此高的压缩比，造成漏气严重，机械损失剧烈增加，因而油耗反而增加。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:提供，这种方法不但适用于柴油等容易压燃的燃料，还适用于汽油等难以压燃的燃料，而且热效率比目iu的常规汽油机有大幅 提闻。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是，利用内燃机废弃的热量提高进气的温度，选取较高的压缩比，使压缩冲程在接近上止点时，燃烧室气体的温度超过燃料的自燃温度，在上止点之前或之后附近合适的时刻，机械或电子控制的燃料系统向燃烧室内一次或多次高压喷射燃料，雾化的燃料与高温高压的空气边混合、边气化、边形成可燃混合气、边燃烧、边膨胀做功。压缩比ε是一个很重要的参数，它直接决定内燃机的热效率，它越高内燃机的热效率越高，所以本专利技术的压缩比ε选择等于或大于12。根据压缩比ε，就可以相应地选择进气的最低温度了。内燃机的压缩冲程可以认为是近似的绝热过程，对于这一过程《内燃机学》有如下的公式可以近似地描述各变量之间的关系:T2 = T1 ε n_1(I)其中T1-压缩冲程开始时气缸内气体的绝对温度；T2-压缩冲程终点时气缸内气体的绝对温度；ε —内燃机的压缩比；η—平均压缩多变指数，柴油机包括增压柴油机为1.35~1.42 ;(I)式表明，压缩冲程终点时的温度T2与进气的绝对温度T1成正比，与压缩比ε的n-1次方成正比。当内燃机的压缩比ε确定以后，根据燃料所要求的压缩着火的温度Τ2，就可以求出进气的绝对温度T1 了。试计算一例:今设计一台压缩着火的内燃机，燃料为汽油，ε =15，环境大气温度t = _30°C，求进气温度是多少此内燃机才能可靠工作？这里ε = 15，根据柴油机的数据T2≤750~950Κ，而汽油难以压燃，其T2要比柴油机高100度左右，取T2≤1050Κ, η = 1.4，代入公式(1),1050 = ?^χ?δ1.4—1，求得T1 =355Κ = 82°C, 820C -(-30°C ) = 112°C，这就是说进气温度必须提高 112°C到 T1 = 82°C =355K及以上时此内燃机才能可靠工作。由(I)式可知，进气温度提高的幅度除了与环境的温度t有关外，还与压缩比ε有关，另外还与燃料所要求的T2有关。对于柴油，T2 = 750~950Κ，汽油则要求T2≤1050Κ，如果是酒精的话，则T2的下限就更高。权利要求书中第I条“提高进气温度到一个足够高的水平”，这个“足够高”指的就是在满足T2的条件下它的下限值，不同的燃料有不同的T2值。提高进气温度有三个方法:一是利用热交换器将废弃的余热传给进气，二是靠压缩进气提高进气温度，三是同时使用以上两种方法。先说第一个方法。我们知道，内燃机真正用于做功的热量只占一小部分，就目前来说柴油机的热效率算是最高的，但它也只有40%左右的热量转换成了机械功，其余大部分热量被废弃了，如果我们设计一个热交换器，将这个废弃的热量用来加热进气，完全可以使进气的温度提升到足够高的水平。此方法简单易行而且很有效，适应多种燃料，其中包括乙醇等很难压燃的燃料。废弃的热量包括排气的热量和机体等各零部件散发的热量，其中排气的温度高达400°C以上，是热交换器热源的首选。 第二个方法是完全靠压缩来提高进气的温度，在内燃机之前设置有容积式空气压缩机。在内燃机的旁边设置有容积式空气压缩机(以下简称空压机)，空压机的出气阀通过管道与内燃机的进气门相连。空压机吸入大气中的新鲜空气并压缩，被压缩后的空气经过出气阀进入管道，当内燃机进气门打开时，压缩空气进入内燃机气缸内。由于压缩空气吸收了压缩能量，所以它的温度升高，升高的幅度与空气被压缩的程度有关。这里我们还是引入压缩比这个概念。假如单位时间内空压机的进气量是Vl体积，而内燃机的自然吸气量为V2体积，那么V1ZiV2= ε就是压缩比，这个压缩比与内燃机的压缩比实质上是一样的，有关涉及压缩比的公式在这里也可以用。根据(I)式我们可以求出ε。现在让我们来计算一例:设环境大气温度h = -30°C，经空压机压缩后进入内燃机气缸的温度要求达到t2≤73°C，试求压缩空气的压缩比ε。根据(I)式，T2 = T1 ε I其中T1-空压机吸入空气的绝对温度，T = 273-30 =243K，T2-空压机输出即内燃机吸入空气的绝对温度，T2 = 273+73 = 346K，多变指数η取1.4，代入上式，346 = 243 ε u—1，求得 ε ≤ 2.42。这个结果表明，空压机输送给内燃机的压缩空气的压缩比ε≤2.42时才能保证内燃机进气的温度足够高。上面提及的容积式空压机包括活塞式空压机、涡旋式空压机、罗茨双转子式空压机、螺杆空压机、回转滑片式空压机、膜片式空压机。第三个方法，既利用热交换器将废弃的热量用来加热进气，又通过容积式空压机的压缩来共同提高进气的温度。上面已经提到的利用热交换器将废弃的热量传给进气的方法，完全可以单独把进气的温度提升到足够高的水平，但这种方法会使进气的密度降低，从而造成内燃机输出功率降低，这是我们所不希望的。而第二个方法，要求空压机提供相当高压缩比的空气，其结果是内燃机的活塞、气缸及连杆等机件的机械负荷太大，可能超越材料的强度、刚度极限。如上例告诉我们，内燃机的进气量必须是它自然吸气量的2.42倍及以上时才能正常工作，等于增加功率容量f 42倍及以上，这可能因为材料强度和刚度的限制而很难做到。所以单纯靠压缩提高进气的温度有时候也不是好办法。但如果将以上两种方法综合运用，就可以获得比较满意的结果。为此，在内燃机旁除了增设容积式空压机外，还在内燃机与空压机之间设置热交换器。这样，空气在进入内燃机之前除了有空压机压缩加温外，接着还有热交换器传热加温。如上面所举的例子，如果压缩空气的压缩比在I~2.42间的话，就必须靠热交换器传热加温才行。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机缸内直喷压缩着火的方法，其特征是，其所述的一种内燃机缸内直喷压缩着火的方法包括：提高进气温度到一个足够高的水平；在压缩冲程和膨胀冲程上止点附近，机械或电子控制的燃料系统在合适的时刻向缸内一次或多次高压喷射燃料，雾化的燃料与高温高压的空气边混合、边气化、边形成可燃混合气、边燃烧、边膨胀做功；其压缩比等于或大于12。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宁华秋，
申请(专利权)人：宁华秋，
类型：发明
国别省市：湖南;43