專利名稱：一種高壓縮比點燃式靈活燃料發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高壓縮比點燃式靈活燃料發(fā)動機，具體涉及每缸至少一個進氣門和一個排氣門，雙頂置凸輪軸的高壓縮比點燃式靈活燃料發(fā)動機。
背景技術：
汽車是石油資源的消耗大戶，隨著汽車保有量的迅速增加和石油資源的日漸枯竭，解決汽車的節(jié)能和代用燃料問題是世界各國共同關注的問題。
目前汽車使用的發(fā)動機主要為使用柴油燃料的柴油機和使用汽油燃料的汽油機。柴油機和汽油機由于燃料特性不同，采用的著火方式也不同，柴油機采用壓燃式，汽油機采用點燃式。發(fā)動機的壓縮比是指當活塞位于下止點時的氣缸總容積與活塞位于上止點時的燃燒室容積之比，是發(fā)動機的一個重要結構參數(shù)，柴油機壓縮比一般為20左右，汽油機為10左右。通常壓縮比高，發(fā)動機的熱效率就高，柴油機經(jīng)濟性好于汽油機的主要原因就是壓縮比高。解決汽油機的節(jié)能問題，有許多方法，而提高壓縮比一直是人們孜孜以求的主要改進方向，但是由于汽油燃料的特性，當壓縮比提高到一定時，要產(chǎn)生爆震燃燒，從而造成發(fā)動機燃燒失控、局部過熱、機件加速磨損甚至損傷。傳統(tǒng)的汽油機(化油器式)，根據(jù)最易發(fā)生爆震的工況(如最大扭矩工況)選擇壓縮比，一般最高為9左右。而現(xiàn)代汽油機由于采取了電控系統(tǒng)，為提高壓縮比提供了一定條件，發(fā)動機可以在大部分工況下以較高壓縮比正常燃燒，當發(fā)生爆震時，通過爆震傳感器采集爆震信號，反饋給電子控制單元(ECU)，由ECU給點火線圈指令，推遲點火提前角，用以消除爆震，一般壓縮比最高為11左右，壓縮比的提高是有限的。為了進一步提高壓縮比，而同時又不發(fā)生爆震，目前提出許多改進發(fā)動機實現(xiàn)壓縮比提高的建議，例如德國TK設計股份公司申報的中國專利(公開號CN1176678A)中所述，有令曲軸相對汽缸升降、汽缸長度可變、活塞長度可變、燃燒室設容積可變的副室以及曲柄半徑可變等多種方法。所有這些方法，都能實現(xiàn)提高壓縮比的目的，從而達到提高功率、降低油耗，但卻使發(fā)動機結構變得復雜，可靠性下降，制造成本上升，因此沒有一種真正推廣應用。
汽車代用燃料世界各國進行了許多研究，其中甲醇和乙醇作為代用燃料是研究的熱點之一，研究成果表明甲醇和乙醇都可作為點燃式發(fā)動機使用的代用燃料，而且是比汽油更有利于環(huán)保的的清潔燃料。但是根據(jù)燃料特性，甲醇、乙醇燃料也存在一些不利因素，如冷起動困難、燃料供應系統(tǒng)不健全等問題，使推廣和發(fā)展受到制約。
本發(fā)明的目的是提供一種高壓縮比點燃式靈活燃料發(fā)動機，該發(fā)動機可實現(xiàn)高壓縮比、高點火能量，改進燃燒過程，提高燃燒效率，極大地降低油耗，提高功率，并能使該發(fā)動機隨意選擇汽油、甲醇、乙醇、汽油和甲醇任意混合以及汽油和乙醇任意混合五種燃料中任一種作為燃料使用，克服和解決已有技術的不足和缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
為了達到上述目的，本發(fā)明的構成如下根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種高壓縮比點燃式靈活燃料發(fā)動機，它包括汽缸2、燃燒室12、點火系統(tǒng)、電子控制單元ECU 6、氧傳感器8和噴油器5，其中，每個汽缸2設置有至少一個進氣門3和至少一個排氣門10，氣缸蓋底面13的排氣門3處向內(nèi)凹進形成一個浴盆形的燃燒室12，進氣門3與燃燒室12之間有一條淺槽14相通，火花塞11布置在燃燒室12內(nèi)排氣門10附近，氣缸總容積與上述燃燒室容積的比值即壓縮比為12-16。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種高壓縮比點燃式靈活燃料發(fā)動機，其中，所述的氧傳感器8設置于排氣管9上用以識別空氣燃料的比值，通過電子線路將空氣燃料比反饋給電子控制單元ECU 6，隨后電子控制單元ECU 6對空氣燃料比進行處理，并給噴油器5發(fā)出指令，以縮小或增加噴油器5的噴油時間，實現(xiàn)對空燃比的控制。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種高壓縮比點燃式靈活燃料發(fā)動機，其中，發(fā)動機所用的燃料為汽油、甲醇、乙醇、甲醇與汽油任意比例混合的混合物、或乙醇與汽油任意比例混合的混合物。
本發(fā)明的優(yōu)點是在基本不用增加成本的前提下，通過優(yōu)化設計使發(fā)動機實現(xiàn)高壓縮比，從而改進燃燒過程，提高燃燒效率，最大限度地降低油耗、增加功率、減少排放，并能靈活地使用汽油、或甲醇、或乙醇、或汽油和甲醇任意混合、或汽油和乙醇任意混合五種燃料中任意一種。
附圖1為大大簡化示意表示的根據(jù)本發(fā)明第一實施例或第二實施例I-I’剖面結構圖；附圖2為第一實施例氣缸蓋仰視圖；附圖3為第二實施例氣缸蓋仰視圖；附圖4為電子控制裝置ECU控制空燃比的流程框圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖，對本發(fā)明進行詳細描述。
在附圖中，1為活塞，2為汽缸，3為進氣門，4為進氣管，5為噴油器，6為電子控制單元ECU，7為點火線圈，8為氧傳感器，9為排氣管，10為排氣門，11為火花塞，12為燃燒室，13為氣缸蓋底面，14為導向淺槽，15為高壓線。
如圖1所示，噴油器5位于進汽管4上，氧傳感器8位于排氣管9上，噴油器5與氧傳感器8分別與電子控制單元ECU 6相連，ECU根據(jù)氧傳感器8所采集的空燃比數(shù)值，從而向噴油器5發(fā)出指令，增大或減小噴油量。點火線圈7通過高壓線15與火花塞11相連，同時也與電子控制單元ECU 6進行電相連，接收ECU 6的指令，并根據(jù)ECU 6的指令動作，例如點火時間、點火時間的長短和點火能量的高低等。
圖2示出了本發(fā)明的一個實施例。圖2為該實施例的汽缸蓋的仰視圖，從圖中可以看出，每個汽缸2的缸蓋上設置有一個進氣門3和一個排氣門10，氣缸蓋底面13的排氣門10處向內(nèi)凹進一個浴盆形的燃燒室12，進氣門3與燃燒室12之間有導向淺槽14相通，火花塞11布置在燃燒室12內(nèi)排氣門10附近。
圖3示出了本發(fā)明的另一實施例。圖3為該實施例的汽缸蓋的仰視圖，從圖中可以看出，每個汽缸2的缸蓋上設置有兩個進氣門3和兩個排氣門10，氣缸蓋底面13的兩個排氣門10處向內(nèi)凹進一個浴盆形的燃燒室12，進氣門3與燃燒室12之間有導向淺槽14相通，火花塞11布置在燃燒室12內(nèi)靠近兩個排氣門10的地方。
上述兩個實施例的燃燒室12，結構設計非常緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x非常短，由于擠流和旋流的作用使燃燒速度加快，從而可以實現(xiàn)使用較高的壓縮比，壓縮比可達12-16，而又不發(fā)生爆震。
本發(fā)明還采用擊穿點火原理的點火系統(tǒng)，該系統(tǒng)的基本工作原理為足夠高的點火能量儲存于離火花塞最近的電容中，在高電壓下在極短的擊穿階段將能量快速釋放，釋放時間長短根據(jù)發(fā)動機工況可以調整。該系統(tǒng)包括點火線圈7，高壓線15和火花塞11。目前發(fā)動機使用的點火系統(tǒng)，點火要經(jīng)歷擊穿、電弧和輝光三個階段，放電主要在輝光階段。本發(fā)明采用的點火系統(tǒng)與目前使用的點火系統(tǒng)比具有點火能量高、放電時間快的特點，有利于提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?，推遲點火提前角，提高壓縮比。
圖4示出了ECU控制空燃比的流程框圖。圖中點虛線所在的位置即為ECU 6。從圖中可以看出，曲軸位置傳感器與ECU 6的曲軸位置數(shù)據(jù)輸入端口相連，將采集到的轉速信號傳遞給ECU 6；節(jié)氣門位置傳感器和進氣壓力傳感器也分別與ECU 6的負荷信號輸入端口連接，將其采集的負荷信號傳遞給ECU 6；安裝在排氣管9上的氧傳感器8與ECU的空燃比輸入信號端口連接，將其采集到的空燃比信號傳遞給ECU 6；ECU 6根據(jù)上述數(shù)據(jù)，確定基本噴油脈寬，同時將氧傳感器8采集的空燃比信號與理論空燃比λ＝14.6比較，對基本噴油脈寬進行修正，λ＞14.6時給安裝在進氣管上的噴油器5與一個增加噴油脈寬的指令，當λ＜14.6時，給噴油器5一個減少噴油脈寬的指令，由此完成對空燃比的控制。
根據(jù)上述ECU控制原理，本發(fā)明所用燃料可為汽油、或甲醇、或乙醇、或汽油和甲醇任意混合、或汽油和乙醇任意混合五種燃料之一。在本發(fā)明中，由在排氣管9上布置的氧傳感器8識別空氣和燃料的比例，當空燃比濃時，即在本發(fā)明中為當λ＜14.6時，反饋給ECU一個信號，經(jīng)ECU處理后給布置在進氣管上的噴油器發(fā)出指令，縮短噴油時間，當空燃比稀時，即在本發(fā)明中為當λ＞14.6時，讓噴油器增加噴油時間，從而實現(xiàn)對空燃比的控制，擺脫甲醇、乙醇等代用燃料發(fā)動機推廣過程中由于燃料供給系統(tǒng)制約帶來的影響，使發(fā)動機成為靈活燃料發(fā)動機。同時因為使用甲醇或乙醇燃料時發(fā)動機存在冷起動困難的問題，本發(fā)明的高壓縮比特征，可使壓縮后燃氣溫度提高，有利于冷起動，本發(fā)明采用擊穿點火系統(tǒng)的特征，具有高的點火能量，有利于冷起動，本發(fā)明采用的電子控制系統(tǒng)的特征，可以實現(xiàn)對點火時間和點火能量的精確控制，有利于冷起動。通過上述三個特征，可解決使用甲醇或乙醇燃料發(fā)動機存在的冷起動困難問題。
這里本發(fā)明的描述和應用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術人員來說實施例的實際替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結構、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其他變形和改變。
權利要求
1.一種高壓縮比點燃式靈活燃料發(fā)動機，它包括汽缸(2)、燃燒室(12)、點火系統(tǒng)、電子控制單元ECU(6)、氧傳感器(8)和噴油器(5)，其特征在于，每個汽缸(2)設置有至少一個進氣門(3)和至少一個排氣門(10)，氣缸蓋底面(13)的排氣門(3)處向內(nèi)凹進形成一個浴盆形的燃燒室(12)，進氣門(3)與燃燒室(12)之間有一條淺槽(14)相通，火花塞(11)布置在燃燒室(12)內(nèi)排氣門(10)附近，氣缸總容積與上述形成的燃燒室(12)容積的比值即壓縮比為12-16。
2.根據(jù)權利1所述的高壓縮比點燃式靈活燃料發(fā)動機，其特征在于，所述的氧傳感器(8)設置于排氣管(9)上用以識別空氣燃料的比值，通過電子線路將空氣燃料比反饋給電子控制單元ECU(6)，隨后電子控制單元ECU(6)對空氣燃料比進行處理，并給噴油器(5)發(fā)出指令，以縮小或增加噴油器(5)的噴油時間，實現(xiàn)對空燃比的控制。
3.根據(jù)權利2所述的高壓縮比點燃式靈活燃料發(fā)動機，其特征在于，發(fā)動機所用的燃料為汽油、甲醇、乙醇、甲醇與汽油任意比例混合的混合物、或乙醇與汽油任意比例混合的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓縮比點燃式靈活燃料發(fā)動機，它包括一個可實現(xiàn)高壓縮比的燃燒室，一個采用擊穿點火原理的點火系統(tǒng)，一個電子控制單元(ECU)、氧傳感器和噴油器。本發(fā)動機能夠最大限度地提高發(fā)動機壓縮比，從而提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性，并能使發(fā)動機實現(xiàn)可以隨意靈活地使用汽油、或甲醇、或乙醇、或甲醇與汽油任意混合、或乙醇與汽油任意混合五種燃料之一的燃料。
文檔編號F02D41/00GK1534179SQ0312113
公開日2004年10月6日 申請日期2003年3月28日 優(yōu)先權日2003年3月28日
發(fā)明者程鳳岐, 趙洪旺 申請人:程鳳岐, 趙洪旺