一種發(fā)動機循環(huán)點火節(jié)能裝置和發(fā)動機及其循環(huán)點火方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機領域，尤其涉及一種利用高溫高壓氣體實現(xiàn)發(fā)動機循環(huán)點火的節(jié)能裝置。
【背景技術】
[0002]發(fā)動機的燃燒室用于將燃料的化學能轉化為機械能。汽油發(fā)動機燃燒室內燃料的點燃取決于幾個因素:可燃混合氣溫度、點火器的類型、點火能量、燃料空氣比、點火能量輸入點及可燃混合氣混合狀態(tài)等.汽油機燃燒室需要一個點火器來擊穿可燃混合氣產生電火花觸發(fā)燃燒過程，目前汽油機普遍采用火花塞點火器，該點火系統(tǒng)產生一個高壓脈沖加到火花塞上，在火花塞的兩個電極之間產生一個瞬態(tài)的高壓電場，這個高電場引起油氣混合氣體擊穿或放電，形成等離子體火花繼而實現(xiàn)燃燒室油氣混合氣體的燃燒。此方式火花塞放電相對集中，點火效果受到變化的混合氣濃度分布以及混合氣溫度、氣缸溫度的影響，因此帶來了混合氣體燃燒不穩(wěn)定、燃燒不迅速和燃燒不完全的難題。
[0003]發(fā)動機燃燒室內混合氣體點燃后，可燃混合氣燃燒膨脹推動活塞做功，而在這一過程中燃燒室內會出現(xiàn)混合氣體溫度最高、壓強最大的時刻，此時的混合氣體溫度最高且具有很高的能量，如果設法利用它來實現(xiàn)其它氣缸點火，相比于傳統(tǒng)點火方式的火花塞點火，點火能量較高、點火點分布相對均勻廣泛，將有利于火花在燃燒室內的傳播，有利于實現(xiàn)可燃混合氣的完全燃燒，達到高效節(jié)能的目的。
[0004]此外，固定壓縮比的汽油發(fā)動機不能在各種工況下充分發(fā)揮發(fā)動機的性能。譬如，在小負荷低轉速時，發(fā)動機熱效率較低相應的綜合性能較差，故要求有較高的壓縮比；而在大負荷高轉速時，若壓縮比較高則很容易產生爆燃并產生很大的熱負荷，造成機體損壞，故這時要求采用較小的壓縮比。隨負荷的變化而連續(xù)調節(jié)發(fā)動機的壓縮比，可以最大限度的發(fā)掘發(fā)動機的潛力，進而提高發(fā)動機的綜合性能。但是對于傳統(tǒng)發(fā)動機受制于結構限制，其燃燒室容積和氣缸工作容積是一定的，很難實現(xiàn)可變壓縮比。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明設計開發(fā)了一種發(fā)動機循環(huán)點火裝置，目的是克服現(xiàn)有汽油機采用火花塞單點點火，火花塞放電相對集中，導致混合氣體燃燒效率不高，增加能耗的問題。
[0006]本發(fā)明的另一個目的是實現(xiàn)發(fā)動機壓縮比連續(xù)可變。
[0007]本發(fā)明提供的技術方案為:
[0008]—種發(fā)動機循環(huán)點火節(jié)能裝置，包括:
[0009]噴嘴，其設置在燃燒室上方，并與燃燒室連通；
[0010]絕熱腔，其通過通道連通所述噴嘴，用于儲存燃燒室產生的高溫高壓氣體；以及[0011 ]點火閥，其設置在所述通道內，用于控制所述通道的開啟和關閉；
[0012]其中，當所述點火閥開啟時，所述高溫高壓氣體進入燃燒室，用于點燃燃燒室內的混合氣體。
[0013]優(yōu)選的是，所述噴嘴內部設置有圓柱腔體，其連通所述燃燒室，形成燃燒室的一部分。
[0014]優(yōu)選的是，所述壓縮比調節(jié)機構設置在所述噴嘴上部。
[0015]優(yōu)選的是，所述壓縮比調節(jié)機構包括:
[0016]活塞，其設置在所述圓柱腔體內，將其分成上腔體和下腔體；
[0017]動力機構，其能夠驅動活塞在所述圓柱腔體內上下移動，改變所述下腔體的體積，從而改變發(fā)動機的壓縮比。
[0018]優(yōu)選的是，所述動力結構包括:
[0019]電機；
[0020 ]主動齒輪，其固定連接所述電機的輸出軸；
[0021]從動齒輪，其和所述主動齒輪嚙合；
[0022]螺桿，其末端固定連接所述活塞，所述螺桿和所述從動齒輪的中心螺紋配合。
[0023]優(yōu)選的是，根據(jù)燃燒室和絕熱腔的壓力差，實現(xiàn)所述點火閥的開啟和關閉。
[0024]優(yōu)選的是，所述電機為直流伺服電機，其正反轉可控。
[0025]優(yōu)選的是，所述螺桿上端焊接有鎖塊，其兩側的扁耳插入氣缸蓋的凹槽內，將鎖塊兩側進行固定，防止鎖塊帶動螺桿和活塞進行圓周運動
[0026]—種發(fā)動機，包括一種發(fā)動機循環(huán)點火節(jié)能裝置，還包括:火花塞，其固定在氣缸蓋上，下部與燃燒室連通，能夠點燃所述燃燒室內的可燃混合氣。
[0027]—種發(fā)動機循環(huán)點火方法，包括一種發(fā)動機循環(huán)點火節(jié)能裝置，還包括:
[0028]發(fā)動機啟動時，點火閥關閉，采用火花塞單獨點火方式進行點火；
[0029]循環(huán)點火裝置介入，循環(huán)點火裝置和火花塞共同點火，使發(fā)動機達到平穩(wěn)運行；
[0030]火花塞不再參與點火，循環(huán)點火裝置點火，實現(xiàn)發(fā)動機的連續(xù)循環(huán)工作。
[0031 ]本發(fā)明的有益效果是:采用發(fā)動機循環(huán)點火裝置，在發(fā)動機冷啟動時，通過空間點火進行輔助點火，使發(fā)動機冷啟動更為迅速和可靠。發(fā)動機啟動完成后切換為循環(huán)點火裝置單獨點火模式，無需火花塞介入，避免了火花塞長時間冷啟動和低溫怠速運行時容易產生積碳，減少壽命和增加點火能耗，并簡化了發(fā)動機點火系統(tǒng)。由于高溫高壓氣體具有較高的能量，在燃燒室內傳播速度更快，燃燒室內可燃混合氣容易實現(xiàn)空間點火，因此，采用高溫高壓氣體的點火方式可以使燃燒室內可燃混合氣燃燒更加充分，提高發(fā)動機輸出功率的同時，減少發(fā)動機能耗。同時，點火噴嘴設計成可調節(jié)容積的絕熱腔體，使整個發(fā)動機等效于可變壓縮比發(fā)動機，提高發(fā)動機的綜合性能。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明所述的發(fā)動機單個氣缸循環(huán)點火裝置閥結構示意圖。
[0033]圖2為本發(fā)明所述的壓縮比調節(jié)機構結構的結構示意圖
[0034]圖3為本發(fā)明所述的發(fā)動機循環(huán)點火裝置應用在四缸發(fā)動機上的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0036]如圖1所示，所述噴嘴I設置燃燒室上方，所述點火閥5設置在通道內，通道連通絕熱腔3和噴嘴I，用來控制絕熱腔3和燃燒室9內高溫高壓氣體的流通。噴嘴I下部與燃燒室9連通，能夠把絕熱腔3內高溫高壓氣體均勻的噴入燃燒室9內，實現(xiàn)燃燒室9內可燃混合氣的均勻分布點燃。噴嘴I具有高溫高壓氣體回流能力，當絕熱腔3內氣體壓強小于燃燒室9內氣體壓強時，高溫高壓氣體能夠迅速反沖入絕熱腔3。絕熱腔3具有一定的結構強度和熱強度，能夠儲存高溫高壓氣體，為了保持高溫高壓氣體的點火能量，該絕熱腔3還具有良好的隔熱性。
[0037]所述點火閥5通過控制絕熱腔3和燃燒室9內高溫高壓氣體的流通，控制發(fā)動機的點火。發(fā)動機的點火時刻應滿足發(fā)動機工作循環(huán)需要，高溫高壓氣體點燃氣缸內的可燃混合氣體，從點火到完全燃燒需要一定時間，為了使發(fā)動機產生最大的功率，不應該在氣缸10壓縮行程的上止點點火，而應適當提前一個角度，這樣當活塞11達到上止點時，可燃混合氣已接近充分燃燒，發(fā)動機才能發(fā)出最大功率。
[0038]點火閥5的控制可以采用類似于傳統(tǒng)發(fā)動機點火系統(tǒng)的控制方式，通過類似于分電器的結構控制點火閥的開啟，從而控制點火時間和點火順序。所不同的是傳統(tǒng)方式控制的是火花塞，本發(fā)明通過壓差變化控制點火閥5通斷。采用壓差控制方式，不需要單獨的執(zhí)行機構來驅動點火閥的5開關，結構簡單。
[0039]所述火花塞6，為傳統(tǒng)汽油機所用火花塞，其設置在所述噴嘴的右邊，支撐在發(fā)動機氣缸蓋7上。發(fā)動機在啟動時絕熱腔3內還沒有收集高溫高壓氣體，無法通過絕熱腔3內的氣體實現(xiàn)氣缸點火，需要火花塞6先進行點火?；鸹ㄈ?點火完成后，絕熱腔3儲存的高溫高壓氣體具有較高的點火能量，可以實現(xiàn)燃燒室9內可燃混合氣的點火。此時，方可關閉火花塞6，發(fā)動機可以通過循環(huán)點火裝置循環(huán)點火。但是如果發(fā)動機處于冷啟動工況，即進氣溫度很低、汽缸壁溫度較低時，此時可燃混合氣充量少時，也可采用傳統(tǒng)火花塞6和所述循環(huán)點火裝置同時工作來保證可燃混合氣可靠點燃，待發(fā)動機啟動后，切換為循環(huán)點火裝置單獨點火工作模式。
[0040]當氣缸10需要點火時，點火閥5打開，高溫高壓氣體從絕熱腔3通過點火閥5經(jīng)噴嘴I進入燃燒室9，實現(xiàn)燃燒室9內可燃混合氣的點燃。絕熱腔3內高溫高壓氣體流出后，腔內溫度和壓強迅速下降，而此時燃燒室9內可燃混合氣體燃燒后溫度和壓強迅速上升，一方面推動活塞11對外做功，另一方面，當燃燒室9內燃燒的氣體壓強大于絕熱腔3內氣體壓強時，又將高溫高壓氣體經(jīng)噴嘴I和點火閥5反沖入絕熱腔3，使絕熱腔3內高溫高壓氣體得到補充。當燃燒室9內溫度和壓強達到最大時關閉點火閥6，此時絕熱腔3內儲存氣體能量也達最高，最終使絕熱腔3完成高溫高壓氣體的收集，為下一工作氣缸實施點火做準備。
[0041]如圖2所示，所述壓縮比調節(jié)機構4連接于所述噴嘴I的上部，所述壓縮比調節(jié)機構4包括:電機48、主動齒輪49、活塞41、螺桿44、從動齒輪螺母43、導向座42、固定鎖塊45。所述電機48為5V直流伺服電機，活塞41固定在螺桿44的下端，所述從動齒輪螺母43與設置于噴嘴I頂端的導向座42連接，所述螺桿44頂端焊接有一個鎖塊45，該鎖塊兩側扁耳46插入氣缸蓋7對應的凹槽47內，可以防止活塞41和螺桿44進行圓周轉動。所述電機48和齒輪減速機構均安裝和支承在氣缸蓋7的機體上。電機48通過主動齒輪49和從動齒輪螺母減速機構控制螺桿44的上下移動，從而帶動活塞41在點火噴嘴I的圓柱腔