具有组合燃烧室的活塞发动机及其工作方法

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别是一种具有组合燃烧室的活塞发动机及工作方法。

背景技术

现如今全球都在追求更高热效率的汽油发动机，提升发动机的热效率最简单的办法就是提升汽油发动机的压缩比。但是由于汽油的特性导致压缩比过高就容易产生爆震。活塞发动机爆震现象是一直存在且难以解决的问题。爆震产生的原因是活塞在压缩行程还未到达设计的点燃位置，由于内部压力过大导致油气混合物自行点火燃烧，这种现场称为爆燃，而爆震是爆燃的外部反应。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种具有组合燃烧室的活塞发动机及工作方法，采用组合燃烧室结构，避免出现爆震，提高发动机工作的稳定性。

本发明采用以下方案实现：一种具有组合燃烧室的活塞发动机，包括内部设有气体压缩室和活塞的缸体，所述缸体在气体压缩室上方设有燃烧室，所述气体压缩室和燃烧室通过两者之间的通气口连通，所述通气口处设有控制通气口启闭的通气阀门，所述燃烧室顶部安装有火花塞和喷油嘴。

进一步的，所述缸体上方设有凸轮轴，所述气体压缩室顶部两侧设有主进气口和主排气口以及主进气门和主排气门，燃烧室靠近主进气口一侧设有与主进气口相通的副进气口，所述副进气口处设有副进气门，所述副进气门由副进气驱动机构控制活动。

进一步的，所述副进气驱动机构包括连接于副进气门上并延伸至主进气门的气门杆附近的推杆，主进气门的气门杆上设有在其向下运动时能向内推动推杆使副进气门开启的凸块，推杆上套设有向外推动推杆的副进气弹簧。

进一步的，所述副进气驱动机构包括设于副进气门外侧的液压驱动装置以及设于缸体上方由凸轮轴驱动的液压供油装置，所述液压供油装置和液压驱动装置通过油路连接。

进一步的，所述燃烧室在与副进气口相对一侧设有与主排气口相通的副排气口，所述副排气口处设有副排气门，所述副排气门通过联动机构与主进气门实现联动。

进一步的，所述通气阀门上端连接有向上延伸至凸轮轴下方的阀门杆，所述凸轮轴上设有位于阀门杆上方的通气凸轮，所述阀门杆上端连接有与通气凸轮上侧接触的支架，阀门杆上套设有向下推动阀门杆的通气弹簧。

进一步的，所述通气口上部呈圆形、下部呈上大下小的倒锥形，所述通气阀门设有与通气口上部配合的圆形部以及与通气口下部配合的倒锥形部，通气口在倒锥形面开设有多个斜向上贯通至燃烧室底面的旋流气孔。

进一步的，所述旋流气孔与通气口径向夹角为30~90°。

本发明另一技术方案：一种如上所述具有组合燃烧室的活塞发动机的工作方法，包括以下步骤：（1）压缩：活塞向上运动压缩空气，活塞接近设计的点燃位置时通气阀门开启，气体压缩室内的空气进入燃烧室中；（2）点燃：活塞到达设计的点燃位置时，燃烧室内的火花塞点火，燃烧室内发生燃烧，产生的压力通过通气口推动活塞向下运动；（3）排气：活塞向上运动，主排气门打开，将排气排出；（4）进气：活塞向下运动，主进气门和副进气门打开，通气阀门打开少量开度，气体进入气体压缩室和燃烧室，进入燃烧室内的气体将残留在燃烧室内的废气排入气体压缩室中进行稀释。

本发明又一技术方案：一种如上所述具有组合燃烧室的活塞发动机的工作方法，包括以下步骤：（1）压缩：活塞向上运动压缩空气，活塞接近设计的点燃位置时通气阀门开启，气体压缩室内的空气进入燃烧室中；（2）点燃：活塞到达设计的点燃位置时，燃烧室内的火花塞点火，燃烧室内发生燃烧，产生的压力通过通气口推动活塞向下运动；（3）排气：活塞向上运动，主排气门打开，将排气排出；（4）进气：活塞向下运动，主进气门、副进气门和副排气门均打开，气体进入气体压缩室和燃烧室，进入燃烧室内的气体使残留在燃烧室内的废气经副排气口排出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明具有组合燃烧室的活塞发动机采用组合燃烧室结构，即压缩室和燃烧室分开设置，由于燃烧主要是在燃烧室内进行，能够避免气体压缩室内出现爆燃现象，活塞在压缩行程能够在达到设计的点火位置，避免出现爆震，提高发动机工作的稳定性，提升发动机的压缩比，增加发动机的热效率，更高的热效率就意味着更低的油耗，有益于减少排放。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例一构造示意图；

图2是图1中K处放大示意图；

图3是本发明实施例一燃烧室省去通气阀门的底部构造示意图；

图4是本发明实施例二构造示意图；

图5是图4中I处放大示意图；

图6是本发明实施例二液压供油装置构造示意图；

图7是本发明实施例三构造示意图；

图8是图7中H处放大示意图；

图9是本发明实施例三阀门杆和长孔配合俯视图；

图10是本发明实施例四构造示意图；

图中标号说明：100-缸体、110-通气口、111-旋流气孔、120-液压驱动装置、121-油腔、122-活塞A、130-油路、200-气体压缩室、210-主进气口、220-主排气口、230-主进气门、231-主进气弹簧、232-凸块、240-主排气门、241-主排气弹簧、300-活塞、400-燃烧室、410-通气阀门、411-阀门杆、412-支架、413-通气弹簧、420-火花塞、430-喷油嘴、440-副进气口、450-副进气门、451-推杆、452-副进气弹簧、460-副排气口、470-副排气门、471-副排气弹簧、480-联动杆、481-长孔、500-凸轮轴、510-进气凸轮、520-排气凸轮、530-通气凸轮、540-副进气凸轮、600-液压供油装置、610-油缸、620-弹簧、630-进出油口、640-压杆。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一：如图1~3所示，一种具有组合燃烧室的活塞发动机，包括内部设有气体压缩室200和活塞300的缸体100，活塞300与下方的曲柄铰接，所述缸体100在气体压缩室200上方设有燃烧室400，所述气体压缩室和燃烧室通过两者之间的通气口110连通，所述通气口处设有控制通气口启闭的通气阀门410，所述燃烧室顶部安装有火花塞420和喷油嘴430；该活塞发动机采用组合燃烧室结构，即气体压缩室和燃烧室分开设置，活塞300在上行压缩空气接近气体压缩室顶部（即设计的点燃位置）时，通气阀门打开，气体压缩室内的空气进入燃烧室中，火花塞将燃烧室内的油气混合物点燃，燃烧室内发生燃烧，产生的压力通过通气口进入气体压缩室推动活塞向下运动；由于气体压缩室压缩的是空气而不是油气混合物，气体压缩室内不会出现爆燃现象，活塞在压缩行程能够在达到设计的点火位置，避免出现爆震。

在本实施例中，所述缸体100上方设有凸轮轴500，所述气体压缩室200顶部两侧设有主进气口210和主排气口220以及主进气门230和主排气门240，主进气门230的气门杆上套设有位于缸体上方的主进气弹簧231，主进气弹簧用以向上推动主进气门230的气门杆向上运动使主进气门关闭；燃烧室靠近主进气口一侧设有与主进气口相通的副进气口440，所述副进气口处设有副进气门450，所述副进气门由副进气驱动机构控制活动；副进气口400的作用是通过向燃烧室内通入空气，将燃烧室内燃烧产生的废气排出；在气体压缩室内的活塞下行进气时，通气阀门打开少量开度，燃烧室内残留的废气通过通气口进入气体压缩室内被稀释。

在本实施例中，所述副进气驱动机构包括连接于副进气门450上并延伸至主进气门的气门杆附近的推杆451，主进气门230的气门杆上设有在其向下运动时能向内推动推杆使副进气门开启的凸块231，推杆上套设有向外推动推杆的副进气弹簧452；副进气门450通过推杆实现与主进气门同步启闭，主进气门的气门杆向下运动打开主进气门时，通过凸块231的作用将推杆向内顶推，使副进气门也打开，进而空气能够进入燃烧室中；目前大部分发动机都配备蜗轮增压系统，因此进入主进气口的空气是具有一定压力的。

在本实施例中，所述主进气门230的气门杆上端与凸轮轴上的进气凸轮510下侧接触，主排气门240的气门杆上端与凸轮轴上的排气凸轮520下侧接触；所述通气阀门410上端连接有向上延伸至凸轮轴下方的阀门杆411，所述凸轮轴上设有位于阀门杆上方的通气凸轮530，所述阀门杆411上端连接有与通气凸轮530上侧接触的支架412，阀门杆上套设有向下推动阀门杆的通气弹簧413；通气阀门也是通过凸轮轴来控制启闭，凸轮轴上的通气凸轮530抬起阀门杆411时，通气阀门便打开，通气阀门是否开启以及开启的开度大小均已通过设计通气凸轮的轮廓来实现。

在本实施例中，所述通气口110上部呈圆形、下部呈上大下小的倒锥形，所述通气阀门设有与通气口上部配合的圆形部以及与通气口下部配合的倒锥形部，通气口在倒锥形面开设有多个斜向上贯通至燃烧室底面的旋流气孔111；通气阀门在开启少量开度时，燃烧室和气体压缩室可以通过旋流气孔111连通；活塞300在向上运动压缩空气，通气阀门刚开启少量开度时，空气便能够先通过旋流气孔111进入燃烧室中，并在在进入燃烧室时能够产生旋流，使空气和喷嘴喷出的燃油充分混合，以提高燃烧效果。

在本实施例中，所述旋流气孔与通气口径向夹角为30~90°。

一种如实施例一种所述具有组合燃烧室的活塞发动机的工作方法：（1）压缩：活塞300向上运动压缩空气，活塞接近设计的点燃位置时通气阀门开启，气体压缩室内的空气进入燃烧室中；（2）点燃：活塞300到达设计的点燃位置时，燃烧室内的火花塞点火，燃烧室内发生燃烧，产生的压力通过通气口推动活塞300向下运动；（3）排气：活塞300向上运动，主排气门打开，将排气排出；（4）进气：活塞300向下运动，主进气门和副进气门打开，通气阀门打开少量开度，气体进入气体压缩室和燃烧室，进入燃烧室内的气体将残留在燃烧室内的废气排入气体压缩室中进行稀释。

在本实施例中，步骤（4）中副进气门打开的方式是通过主进气门的气门杆向下运动时，主进气门的气门杆上的凸块推动推杆向内运动，进而使副进气门打开。

实施例二：如图4~6所示，本实施例与实施例一的区别在于副进气驱动机构的结构不同，在本实施例中，所述副进气驱动机构包括设于副进气门外侧的液压驱动装置120以及设于缸体上方由凸轮轴驱动的液压供油装置600，所述液压供油装置和液压驱动装置通过油路130连接；凸轮轴通过主进气凸轮推动主进气门打开，同时驱动液压供油装置600工作，产生压力油，进而通过油路进入液压驱动装置120中驱动副进气门打开。

在本实施例中，所述液压驱动装置包括油腔121，所述油腔内部设有带活塞杆A的活塞A122，液压驱动装置相当于一个微型液压缸，油腔121内进油时推动活塞A，使副进气门打开。

在本实施例中，所述液压供油装置600包括一油缸610，所述凸轮轴500在油缸上方设有副进气凸轮540，所述油缸610内部设有活塞B，活塞B上端连接有压杆640，压杆上端与副进气凸轮下侧接触，油缸内设有向上推动活塞的弹簧620，油缸下部设有进出油口630；副进气凸轮和主进气凸轮同步工作，副进气凸轮可以采用和主进气凸轮相同轮廓结构、相同安装角度的凸轮；主进气凸轮下压主进气门的气门杆时，副进气凸轮也下压液压供油装置600的压杆640，进而将油缸内的液压油压入液压驱动装置使副进气门打开，副进气凸轮解除对压杆下压作用时，在弹簧620的作用下，活塞B向上复位，将压出的液压油吸入，液压驱动装置中的液压油排出，副进气门关闭；本实施例具有组合燃烧室的活塞发动机的工作方法与实施例一的区别在于副进气门启闭的方式不同。

实施例三：如图7~9所示，本实施例与实施例一的区别在于燃烧室增加了副排气口，增加副排气口的目的是将燃烧室内的废气排出，而不采用实施例一将废气排入气体压缩室进行稀释的方式；在本实施例中，所述燃烧室400在与副进气口相对一侧设有与主排气口相通的副排气口460，所述副排气口处设有副排气门470，所述副排气门通过联动机构与主进气门实现联动，副进气门和副排气门通过联动机构实现同步启闭，通过副进气口进气使燃烧室内残留的废气从副排气口排出。

在本实施例中，所述联动机构包括副进气门和副排气门之间连接的联动杆480，副排气门外侧设有向内推动副排气门关闭副排气口的副排气弹簧471；副进气门是设置在副进气口的内侧，而副排气门是设置在副排气口外侧，副进气门在被向内推动开启时，能够通过联动杆向外推动副排气门使其开启，而在主进气门的气门杆复位时，在副进气弹簧452和副排气弹簧471的共同作用下，副进气门和副排气门同时关闭，两端都设置弹簧，结构更加稳定，密封性更好。

在本实施例中，联动杆的材质为镍基合金，可以耐高温，使用寿命长；联动杆在中间段设置有加宽部，所述加宽部上开设有供阀门杆穿过的长孔481，避免阀门杆对联动杆的移动造成干涉。

一种如实施例三中所述具有组合燃烧室的活塞发动机的工作过程：（1）压缩：活塞300向上运动压缩空气，活塞接近设计的点燃位置时通气阀门开启，气体压缩室内的空气进入燃烧室中；（2）点燃：活塞300到达设计的点燃位置时，燃烧室内的火花塞点火，燃烧室内发生燃烧，产生的压力通过通气口推动活塞300向下运动；（3）排气：活塞300向上运动，主排气门打开，将排气排出；（4）进气：活塞300向下运动，主进气门、副进气门和副排气门均打开，此时通气阀门关闭，气体进入气体压缩室和燃烧室，进入燃烧室内的气体使残留在燃烧室内的废气经副排气口排出。

在本实施例中，步骤（4）中副进气门和副排气门打开的方式是通过主进气门的气门杆向下运动时，主进气门的气门杆上的凸块推动推杆向内运动，进而使副进气门向内运动打开，副进气门向内运动通过联动杆推动副排气门向外运动打开。

实施例四：如图10所示，本实施例与实施例三的区别在于联动机构的结构不同，在本实施例中，联动机构采用液压驱动方式实现联动，副排气门外侧也设置有液压驱动装置，并且也通过油路和液压供油装置600连接；主进气门和副排气门分别通过各自的液压驱动装置实现启闭，并且两个液压驱动装置由同一个液压供油装置600来供油，凸轮轴通过主进气凸轮推动主进气门打开，同时驱动液压供油装置600工作，产生压力油，进而通过油路进入两个液压驱动装置120，两个液压驱动装置120分别驱动副进气门和副排气门打开。

在本实施例中，所述液压驱动装置包括油腔121，所述油腔内部设有带活塞杆A的活塞A122，液压驱动装置相当于一个微型液压缸，油腔121内进油时推动活塞A，使气门打开。

在本实施例中，所述液压供油装置600包括一油缸610，所述凸轮轴500在油缸上方设有副进气凸轮540，所述油缸610内部设有活塞B，活塞B上端连接有压杆640，压杆上端与副进气凸轮下侧接触，油缸内设有向上推动活塞的弹簧620，油缸下部设有进出油口630；副进气凸轮和主进气凸轮同步工作，副进气凸轮可以采用和主进气凸轮相同轮廓结构、相同安装角度的凸轮；主进气凸轮下压主进气门的气门杆时，副进气凸轮也下压液压供油装置600的压杆640，进而将油缸内的液压油压入两个液压驱动装置，使副进气门和副排气门打开，副进气凸轮解除对压杆下压作用时，在弹簧620的作用下，活塞B向上复位，将压出的液压油吸入，液压驱动装置中的液压油排出，副进气门和副排气门关闭；本实施例具有组合燃烧室的活塞发动机的工作过程与实施例三的区别在于副进气门启闭的方式不同。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。