专利名称：内燃机燃烧室系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机的燃烧室系统，尤其是涉及一种燃烧室容积可受控改变的内燃机燃烧室系统。
目前普遍使用的内燃机的燃烧室的容积和压缩比都是不可变的，这在固定进气量的压燃式汽油内燃机和压燃式柴油内燃机是合理的，但以电火花点火系统点火使混合气燃烧的内燃机就不合理了。因为由于这种以电火花点火系统点火，使混合气燃烧的内燃机的压缩比和燃烧室的容积都是不可变的，而进气量和供油量却需要大范围变化，但无论进气量和供油量如何变化，在排气行程终了时废气残留量基本不变。在低功率运转(即节气门开度较小时)情况下当吸气行程终了时所吸入的混合气较稀薄，废气与混合气的比例远高于节气门开度较大时的比例，并且由于节气门开度较小，在吸气行程终了时气缸有效容积内的气体稀薄，而在压缩行程终了时气体的压力和温度也远低于正常值，也即此时对混合气的有效压缩密度远低于正常值，所以在这种工作状态下会出现燃料燃烧不完全、热效率降低、油耗增加、排污加剧、甚至断火、低温下启动困难、使用稀混合气时各工作循环极不稳定等诸多不良现象。因此，这种燃烧室容积和压缩比都不可变的内燃机只适合于在最大气门开度时、正常气压、正常温度、额定转速等一系列理想状态下才能使燃料的热效率达到最高，排污最低。很显然，车用内燃机根本没有如此理想的使用环境。另一方面，也会使以电花点火系统点火的内燃机所使用的燃料种类受到极大的限制，例如压缩比在9以上的汽油机只能使用标号在90#以上的汽油，而不能使用诸如煤油、酒精、柴油和低于90#的汽油。
根据内燃机所用燃料的特性，以电火花点火系统点火使混合气燃烧的内燃机的最高压缩比必须限定在一定范围内。这个被限定的值只适合于最大输出功率时(即节气门开度最大且在额定转速时)，节气门开度小于最大值或高速运转时，就不符合以上条件。一般情况下车用汽油内燃机，载重车内燃机的节气门开度轻载时经常处于40％-70％之间，小轿车在30％-60％之间，当城市交通不畅和路面状况不好时节气门开度则更小。在这种情况下并不要求内燃机的最大功率，而更注重内燃机的高效率和低污染。由此可见，汽油内燃机在节气门小开度情况下如果能降低油耗则可大量节省燃料。目前在这种工况下采用传统的方法已无法提高热效率，只能采用其它方法降低排气污染，但这些方法都不能从根本上解决问题。在节气门小开度情况下适当地提高压缩比可以从根本上解决上述问题。在节气门开度加大时再随之相应地降低压缩比，以便在需要大功率输出时能正常工作。另外，内燃机的工作环境是多变的，车用内燃机更是如此，气温的高低，内燃机体温度的高低，海拨高度的变化，内燃机的转速，使用不同的燃料都要求内燃机的压缩比发生相应的变化，这样才能使内燃机在多种环境、多种条件下燃料效率达到最高值，减少有害气体排放。
总而言之，要使燃烧混合气的内燃机在各种多变的情况下高效率工作，必须使其的压缩比能随多变的因素而改变，无论存在上述各种因素，只要控制它的压缩比，使其所使用的燃料的混合气在允许的最高压缩比下不出现因温度过高而过早地自燃，即可达到上述目的。
本发明的目的在于提供一种以电热压燃点火系统使混合气燃烧的，综合控制点燃温度、混合气进气量的多少、其燃烧室的容积随不同情况而改变的，从而使容积压缩比也随不同情况改变的燃烧室系统。它适用于多种内燃机。
本发明的目的由如下技术方案实施其包括有内燃机体、气缸盖、气缸体、活塞、电热点火器、电点火线等。
(a)在气缸盖上与气缸筒相对的位置加工出一个空间，它可以容纳并安装液压室盖和有皱褶且具有变形能力的燃烧室盖，所述液压室盖与所述燃烧室盖所围的密闭空间为液压室，所述液压室内充以液态的液压用液体，所述燃烧室盖与所述气缸盖和当所述活塞移动到使内部工作容积最小时所围的空间为燃烧室；(b)其还包括液压调节系统，所述液压调节系统包括有液压泵、散热泵、分流受控阀、泄压受控阀、辅助泄压受控阀、保持压力单向受控阀、压力导管、导管、液体过滤器、液压用液体、用来盛放液压用液体的容器和缓冲压力容器，所述液压泵具有进口、出口，所述进口经所述导管与所述液体过滤器相连通，所述液体过滤器安装在所述用来盛放液压用液体的容器内，所述液压泵的出口经所述导管与所述缓冲压力容器和所述保持压力单向受控阀、所述泄压受控阀的入口连通。
所述散热泵的入口经所述压力导管与所述液压室的出口相连通，所述散热泵的出口经所述压力导管与所述液压室的进口相连通，在与所述散热泵的入口相联的所述压力导管上安装散热装置。
所述保持压力单向受控阀出口经所述压力导管与所述液压室的进口相连通，所述液压室的排液口经所述压力导管分别与所述泄压受控阀的入口和所述辅助泄压受控阀的入口相连，所述分流受控阀的出口经所述导管与所述用来盛放液压用液体的容器连通，所述泄压受控阀的出口和所述辅助泄压受控阀的出口用所述导管汇通后与所述用来盛放液压用液体的容器连通。
所述保持压力单向受控阀在加电打开时是双向导通，在断电关闭时是从油泵到液压室方向单向导通。
在所述液压室盖上留有四个向外的通道，一个是进液体管道；另一个是排液体管道；这两个管道是液压系统的液体通往液压室的进出通道，称作液压室进液口和液压室排液口；第三个是电点火线的出口；第四个是各种传感器信号线的出口，各种传感器信号线经它穿出液压室盖，另外还有液压室的冷却液空腔和通往气缸盖的冷却液循环通道。
在所述有皱褶且具有变形能力的燃烧室盖的皱褶环的最内环的中间部分，在燃烧室侧安装电热点火器、绝缘层、电热点火器平均温度传感器。所述有皱褶且具有变形能力的燃烧室盖与所述电热点火器由所述绝缘层隔开，给所述电热点火器输电的所述电点火线穿过所述绝缘层、所述有皱褶且具有变形能力的燃烧室盖、所述液压室和所述液压室盖到机体外面，与计算机系统的数-模转换部分相连接。
在所述绝缘层和所述电热点火器间固定安装所述电热点火器平均温度传感器，所述电热点火器平均温度传感器的信号线穿过所述绝缘层、所述有皱褶且具有变形能力的燃烧室盖、所述液压室和所述液压室盖到机体外面，与计算机系统的模-数转换单元相连接，用来测量所述电热点火器的平均温度。
在脚踏油门的传动机构上安装脚踏油门传感器，其把使用者踏下脚踏油门板的深度位移量或角位移量转换成电信号，与计算机系统的模-数转换单元相连接，用来测量使用者所希望的功率输出值。将原传动到节气门的传动装置拆除。
液压室内设置有温度传感器，其把液压控制系统的液体介质的温度物理量转换成电信号，经信号线与计算机系统的模-数转换单元相连接，其把液体的温度物理量转换成电信号，经与其相连接的信号线与计算机系统的模-数转换单元相连接。
液压室内所安装的温度传感器的信号线，从液压室内经各种传感器信号线的出口穿过液压室盖到机体外，经信号线与计算机系统的模-数转换单元相连接。
液压室压力传感器安装在温度变化较小的进液口内。
在液压室内所安装的压力传感器的信号线从液压室内经各种传感器信号线的出口穿过液压室盖到机体外，与计算机系统的模-数转换单元相连接。
所有从液压室内穿出的各类电线、信号线的外皮要采用耐高温绝缘、耐油材料，出口采取高压密封措施，使液压室与外界密闭。
节气门动作执行单元是采用受计算机系统程序控制的步进电机带动节气门，向一方向旋转时节气门开度由小向大开，向另一方向旋转时节气门开度由大向小关。
在节气门开度最小位置上安装定位开关，所述定位开关的信号线与计算机系统的开关量输入部分相连接，用来给节气门初始位置定位。
在与曲轴联接的飞轮上安装两个传感器，这两个采样点设在飞轮的不同半径上，一个超前于活塞上止点位置；另一个滞后，称为点燃差值范围传感器。它们作为点燃时刻标志限定了最大点燃提前标志时刻(最高转速时)和最大滞后标志时刻(怠速时)的范围。
多缸内燃机需安装缸序传感器，它安装在飞轮的另一半经上。
计算机系统经液压室内的压力传感器取液压室内压力变化值的高压峰值时刻和点燃提前标志时刻。点燃提前标志时刻超前于液压室内高压峰值出现时刻，把点燃提前标志时刻与高压峰值出现的时刻减得到差值，这个值称为点燃差值。该值在不同转速下是不一样的，从最高转速下的最小值开始，直到怠速下的最大值。最大点燃提前标志时刻和最大滞后时刻的差值还标志着内燃机活塞在上止点附近，曲轴转过固定角度的用时，用时越短瞬时转速越高，反之，瞬时转速越低。
本发明的优点是1、可以大幅度提高在节气门小开度工况下的燃料利用率，节油效果十分明显。2、可大幅度地降低一氧化碳的排气污染，可减少氧化氮和碳氢化合物的排放量。3、可以在节气门小开度工况下十分平稳顺畅地使用稀混合气。4、可以使用多种燃料，适应于各种标号的汽油。5、用高燃点燃料时可使用增压系统，从而提高内燃机单位重量的输出功率。6、低温启动容易，工作平稳。7、在高原地区运行时功率下降不明显。8、用简单的电热点火器取代了复杂的电火花点火系统。9、可利用计算机系统提高内燃机的智能化程度。10、适用于多种内燃机。
工作原理以单点电控喷油系统(TBI)的四冲程汽油机为例说明。上述各种受控阀和有皱褶且具有变形能力的燃烧室盖在下文中均以电磁阀和钢制的燃烧室盖为例说明；上述液压控制系统的液体介质用耐高温液压油为例说明；液压室的进液口、排液口分别用进油口、出油口为例说明；压力导管和导管分别用压力油导管和油导管为例说明；用来盛放液压用液体的容器用液压油油箱为例说明；电热点火器以片状的电热点火片为例说明。
参考资料吉林工业大学汽车工程系《汽车构造》上册。
http//www.chinainfo.gov.cn/periodcal/cyfd99/cyfd9905/990502.htm车用发动机1999年第五期No.5 1999《汽油喷射和点火定时控制系统》http//www.chinainfo.gov.cn/period.../xxnrj99/xxnrj9903/990308.htm小型内燃机1999年第28卷第3期Vol.28 No.3 1999《SC42型A/D和D/A多功能板在内燃机高速数据采集系统中的应用》1、内燃机启动工作过程打开电源主通路使计算机系统处理程序主板加工作电源，计算机系统进行程序初始化，对液压调节系统执行单元和节气门执行单元进行自检，先使步进电机向关方向转，当检测到节气门初始位置时，再使步进电机向开方向转，待节气门开到比怠速工况稍大的位置(当热车启动时应适当减小节气门开度)时停止，然后进入工作程序，等待控制者输入控制信号。首先控制者输入启动信号，计算机系统发出启动指令，内燃机启动执行单元发出启动信号使启动马达电路工作，内燃机在启动电机的拖动下开始转动，同时由计算机系统控制给电热点火片通电加热。此时，分流电磁阀打开，泄压电磁阀、辅助泄压电磁阀和保持压力单向电磁阀关闭，燃烧室处于容积最合适的量且不变，电热点火片温度应被加热到接近燃料燃点的温度，这一温度是由电热点火片平均温度传感器和计算机系统共同控制的。计算机系统取回点燃差值，内燃机运转几转后应正常启动。若运转若干转后未能启动，计算机系统处理单元将启动节气门步进电机，使其向由小向大方向旋转一定角度，节气门开度适当增大使混合气进气量也适当加大，因而适当提高了压缩行程终了时的温度，同时进一步提高电热点火片温度，使内燃机启动。此时，计算机系统取回点燃差值，该值应在合适范围内，此值太小，则说明混合气即将出现提前燃烧现象，应由计算机系统控制启动节气门步进电机，使其向由大向小方向旋转一定角度，节气门开度适当减小使混合气进气量也适当减小；此值太大，则说明仍有提高压缩比的余地，应由计算机系统控制液压调节系统，使其液压室再适当增大，而燃烧室适当减小，点燃差值被控制在合适范围内。当内燃机正常工作后由计算机系统控制切断启动信号，当计算机系统测试到各部分温度达到正常值时，计算机系统处理单元控制自动减小节气门开度至怠速位置，再根据点燃差值调整燃烧室容积和电热点火片温度，使其停留在最合适的压缩比位置。如内燃机运转若干转后未能启动，则由计算机系统处理单元控制电控喷油系统适当加大混合气浓度，继续启动。如内燃机运转若干转后仍未能启动，则由计算机系统处理单元送出告警信号，提示内燃机故障。全过程都由计算机系统控制，每次启动用时不超过15秒钟。脚踏油门踏板在内燃机启动过程中不起作用。2、内燃机怠速工况内燃机启动预热后，在怠速工况时，由于转速低，各个行程用时较长，又因本设计内燃机在小节气门开度情况下的压缩比很高，即燃烧室所占容积很小，在排气行程终了时废气残留量远少于大燃烧室的废气残留量，即使出现因进汽道内真空度过高而发生废气倒灌现象，仍然要比大燃烧室的废气残留量少的多，在这种情况下可以使用稀混合气。另外，由于各个行程用时较长，在使用稀混合气时火焰传播速度也远大于活塞运动速度，因此，可适当调整压缩比和适当调整电热点火片温度使点燃差值延长，这会使燃料效率大大提高(相对于大燃烧室，浓混合气情况)。由于使用了稀混合气，燃烧后的废气中一氧化碳含量也会大大降低。因此，电控喷油系统可改为出稀混合气(对计算机处理原程序改动)，其它部分作相应调整。3、内燃机加速工作过程内燃机启动后脚踏油门板在计算机系统处理单元控制下开始起作用，当使用者踏下脚踏油门板后，经脚踏油门传感器把变化的程度和变化率传到计算机系统的模-数转换单元，经模-数转换后送到计算机系统处理单元，即将踏下脚踏油门板的深度和变化率量化成数据后送到计算机系统处理单元，踏下脚踏油门板的深度表示使用者所希望内燃机输出功率值，而踏下脚踏油门板的变化率则表示使用者所希望内燃机输出转速变化的快慢值，以M表示内燃机输出功率值，M值与节气门开度呈线性关系，以S表示踏下脚踏油门板的变化率，计算机系统处理单元收到这两个变化了的值后，与上一次得到的M值相比较，得到的值为正则表明要提高内燃机输出功率。首先要向电控喷油系统发出指令，改出稀混合气为经济混合气，然后再向液压调节系统执行单元的泻压电磁阀、分流电磁阀和保持压力单向电磁阀输出动作指令，使泻压电磁阀和分流电磁阀打开，而保持压力单向电磁阀关闭，在压缩行程和做功行程的压力下使钢制的燃烧室盖的形状向液压室方向变形，迫使液压油经泄油管道回流到油箱，燃烧室容积逐渐增大，液压室压力传感器不断地将压力变化情况和点燃差值时刻的物理量传给计算机系统的模-数转换单元和开关量输入单元，再由计算机系统处理单元处理后控制节气门和液压调节系统协调动作，再向节气门执行单元发出动作指令，使节气门步进电机带动节气门开度由小向大的方向开，直至节气门的开度与踏下脚踏油门板的深度相适应时才停止。在这个过程中如果出现点燃差值逐渐接近或小于预定值时，说明即将发生提前燃烧现象，计算机系统处理单元立即向节气门执行单元发出停止动作指令，使节气门步进电机停止动作，直到点燃差值回到预定范围内时，再开始动作。当节气门的开度与踏下脚踏油门板的深度相适应时，计算机系统处理单元向泻压电磁阀的执行机构发出指令，使泻压电磁阀关闭，燃烧室容积停止增大，同时也使受计算机系统程序控制的步进电机停止动作，此后燃烧室容积和节气门开度维持不变。计算机系统处理单元根据S值的大小判断是否打开辅助泻压电磁阀和保持压力单向电磁阀，如S值较大则打开，液压油在压缩行程和做功行程的压力下，经泻压电磁阀、辅助泻压电磁阀、保持压力单向电磁阀和分流电磁阀回流到液压油油箱，液压室内的液压油能更迅速的排出，使液压室容积迅速减小从而使燃烧室容积迅速增大，同时也使受计算机系统程序控制的步进电机带动节气门由小向大的方向快速打开。这样便完成了内燃机的快速加速工作过程。4、内燃机减速工作过程当使用者松开或减小脚踏油门板踏下深度时，经脚踏油门传感器把变化的程度和变化率传到计算机系统的模-数转换单元经模-数转换后送到计算机系统处理单元，即将踏下脚踏油门板的改变了的深度量化成数据后送到计算机系统处理单元，仍以M表示内燃机输出功率值，以S表示踏下脚踏油门板的变化率，计算机系统处理单元收到这两个变化了的值后，与上一次得到的M值相比较，得到的值为负则表明要降低内燃机输出功率，首先由算机处理单元向节气门执行单元发出动作指令，使受程序控制的步进电机动作，带动节气门开度由大向小方向关，然后再向液压调节系统执行单元的泻压电磁阀和分流电磁阀输出动作指令，使泻压电磁阀和分流电磁阀关闭，在油泵产生的压力下迫使液压油通过保持压力单向电磁阀，进油管道流入液压室，使钢制的燃烧室盖的形状向燃烧室方向变形，使燃烧室容积开始减小从而逐渐提高压缩比，液压室压力传感器不断地将压力变化情况和点燃差值的物理量传给计算机系统的模-数转换单元和开关量输入单元，再由算机处理单元控制节气门和液压调节系统协调动作，使点燃差值保持在合理范围内，直至节气门的开度与踏下脚踏油门板的深度相适应时才停止。其后由算机处理单元使分流电磁阀打开，使保持压力单向电磁阀关闭，从油泵泵出的液压油经分流阀流回液压油油箱，燃烧室容积开始保持不变。在这个过程中如果出现点燃差值逐渐接近或小于预定值时，计算机系统处理单元向液压调节系统执行单元发出停止动作指令，使分流电磁阀打开，使保持压力单向电磁阀关闭，从油泵泵出的液压油经分流阀流回储油箱，燃烧室容积停止减小动作，直到点燃差值大于预定值时，再开始动作。当节气门的开度与踏下脚踏油门板的深度相适应时，计算机系统处理单元向泻压电磁阀的执行机构发出指令，使泻压电磁阀关闭，同时也使受计算机系统程序控制的步进电机停止动作，此后燃烧室容积和节气门开度维持不变。这样便完成了内燃机的减速工作过程。燃烧室容积的变化稍落后于节气门的变化，这个过程是先减小节气门开度再减小燃烧室容积，逐渐提高压缩比。5、内燃机负载加重处理工作过程通常内燃机输出功率低于最大功率的某一比例(如80％)时，为了维持其经济性能应使用稀混合气，当负载加重时(例如重载快速上坡)，计算机系统根据飞轮上安装着的两个传感器——最大点燃提前标志时刻和最大滞后时刻的差值计算出瞬时转速逐渐降低，当低于某值时，计算机系统处理单元对这种工作状况执行负载加重处理。首先由受计算机系统控制的供油系统逐渐加大混合气浓度，同时由于转速降低，进气量比高转速时大些，液压室压力传感器不断地将压力变化情况传给计算机系统的模-数转换单元，受上述两因素的影响，点燃差值逐渐接近并小于预定值，这时由算机系统的处理单元控制液压调节系统使燃烧室容积加大，适当降低压缩比，与供油系统逐渐加大混合气浓度协调动作，使点燃差值保持在合理范围内。在这个过程中如果出现点燃差值大于预定值时，计算机系统处理单元向供油系统发出指令，停止逐渐加大混合气浓度动作，等待燃烧室容积加大，压缩比的降低，直到点燃差值大于预定值时，再继续加大混合气浓度动作。当过量空气系数从α=1.15-1.1逐步提高到α=0.7左右时，计算机系统处理单元向供油系统发出指令，停止逐渐加大混合气浓度动作，同时计算机系统处理单元也向液压调节系统的执行机构发出指令，使泻压电磁阀和保持压力单向电磁阀关闭，使分流电磁阀打开，液压调节系统进入保持状态。由于加大了混合气浓度，内燃机输出功率增加。这个过程要与踏下脚踏油门板的深度呈线性关系，它的实现方法是使用计算机系统修正非线性部分，消除驾驶者“踏空”的感觉。当内燃机转速测定系统测出转速仍进一步降低时，驾驶者要继续加大踏下脚踏油门板的深度，当踏下脚踏油门板的深度达到100％、内燃机转速又低于某值时，计算机系统处理单元输出控制信号，执行启动增压机工作程序。首先由计算机系统处理单元向液压调节系统的执行机构发出指令，执行降低压缩比动作过程，使之降到最小值，同时适当增加燃料供给量，最后使增压系统的电磁离合器合上，增压系统工作开始给进气部分增压，加大进气量，计算机系统根据点燃差值的大小，调节节气门开度的大小，使这一差值保持在合理范围内，从而使内燃机工作在最佳状态，输出功率达到最大值。这时燃料燃烧转换效率却有所降低。使增压系统动作的前题是使用高辛烷值或高自燃点燃料。6、内燃机负载减轻处理工作过程与内燃机负载加重处理工作过程相反，当负载减轻时(例如坡度由大转小或转为下坡)，内燃机转速测定系统测出转速逐渐升高，脚踏油门踏板从最深度位置返回，这时计算机系统处理单元对这种状况执行负载去加重处理。首先要减小混合气浓度，过量空气系数从α=0.7左右逐步降低到α=1.15-1.1，使内燃机恢复到经济性能工作状态，同时计算机系统处理单元也调节节气门开度从大向小方向动作，当与脚踏油门踏板开度相适应时停止动作，与此同时计算机系统处理单元向液压调节系统的执行机构发出指令，使泻压电磁阀和分流电磁阀关闭，在油泵产生的压力下迫使液压油通过保持压力单向电磁阀，进油管道流入液压室，压缩比调节系统使压缩比开始增加，直到计算机系统根据点燃差值与液压室内压力最大值出现时刻的差值的大小处在合适的范围内，液压调节系统停止增加压缩比，开始进入保持阶段。当驾驶者要减速，从最大输出功率(指有增压时)减小到正常功率输出时，首先使脚踏油门踏板从最深度位置减小，当其深度减小到小于95％时，计算机系统处理输出控制信号，使增压系统的电磁离合器打开，增压系统停止给进气部分增压，然后适当减少燃料供给量，使混合气浓度降低，同时调整节气门开度，使之适合于脚踏油门踏板深度，最后执行增加压缩比动作过程，使内燃机恢复到正常经济性能工作状态。上述动作也要由算机系统的处理单元控制液压调节系统，适当增加或降低压缩比，与供油系统逐渐降低混合气浓度协调动作，使点燃差值保持在合理范围内。7、内燃机液压室温度控制过程内燃机不断的工作，液压室内的热量不断积累会使液压用油温度升高，液压室温度传感器将这一物理量不断地传给计算机系统处理单元，待该值达到某一点时，计算机系统处理单元向散热泵的电机发出启动信号，使其工作。此时，高温油在散热泵的压力驱使下，从液压室的出口经装有散热装置的压力导管，通过散热泵和压力导管流回液压室，实现液压室内高温油的散热循环。当液压室内温度降低，直至低于某值以下时，计算机系统处理单元向散热泵的电机发出停止信号，散热泵停止动作，降温循环亦即停止。如此，将液压用油的温度控制在一定范围内。8、内燃机转速与压缩比的关系内燃机的转速、负载都有很大的变化范围，尤其是车用内燃机，当汽车空载、全负载上坡、下坡时，加速时，发动的负载可以在最大到最小，甚至是“正载”之间变化，内燃机的转速也能在怠速到最高速之间变化。我们知道，内燃机在额定扭距和最大载荷转速下才能输出最大功率，此时它的节气门肯定处在最大开度上，有时节气门虽然开度最大但内燃机的输出功率则不一定是最大，因为它的转速并不一定很高，因此，同样是节气门处于最大开度，但由于转速不同，内燃机的压缩比也有不同要求。内燃机高速运转时，吸气行程所用时间很短，由于进气系统存在着气阻，在短时间吸气行程结束时，气缸内参与燃烧的物质的密度要小于同样节气门开度在低转速度时的密度，这样，在相同节气门开度的情况下，不同的转速应有与之相对应的压缩比，显然，转速越高应将压缩比适当的提高，以求取得高转速下的高效率。由于混合气燃烧后火焰的传播速度只与燃料的种类、雾化的程度和混合气浓度有关，与其它因素关系不大，但内燃机要求混合气燃烧所产生的最大压力出现在压缩行程的上止点附近(一般情况稍滞后)，所以，当内燃机高速运转时为了保证混合气燃烧所产生的最大压力出现在压缩行程的上止点附近，必须提前使混合气燃烧(在电点火系统中称为加大点火提前角)。因此，计算机系统要根据内燃机的转速、混合气浓度和燃料的种类来修正活塞到达上止点时刻与液压室内压力最大值出现时刻的差值，即修正点燃差值。内燃机的转速越高这个差值也越小，内燃机的转速越低这个差值也越大。由计算机系统的处理单元控制液压调节系统也是根据这个时间差值来调节不同转速下的压缩比的。9、内燃机停机工作过程与内燃机减速工作过程相似，只是脚踏油门板回到了初始位置并且有了关机操作。当脚踏油门板回到初始位置后内燃机减速至怠速(见减速工作过程)，此时关机，计算机系统的处理单元要使燃烧室容积保持在比怠速工况时稍大的位置，然后关机。这样有利于下次启动。泻压电磁阀、辅助泻压电磁阀和保持压力单向电磁阀断电常闭，分流电磁阀断电常开。如果在内燃机正常工作情况下执行关机操作过程，则由算机处理单元向各相关部分发出减速工作过程指令，在内燃机减速至怠速后再执行关机，断掉主电源，计算机系统并不断电，只是进入低功耗“休眠”或等待状态，为下次启动做好准备。10、对节气门小范围变化的处理过程使用者以不变速度驾驶时，由于多种因素的影响，或多或少地会使脚踏油门板踏下深度发生微小的变化。为避免由此而引起液压调节系统的电磁阀频繁动作，当其变化幅度和变化速率小于某值时，要禁止液压室和燃烧室动作，这需要使用电热点火片进行辅助控制。当节气门开度随脚踏油门板踏下深度减小时，吸气行程结束后进气量减少，又由于液压室和燃烧室不动作，会使混合气燃烧时刻推迟，点燃差值减小，液压室内的压力传感器将这一信息传给计算机系统，再由计算机系统控制加大电热点火片输入功率，使电热点火片的平均温度升高，从而使混合气燃烧时刻提前，直至点燃差值维持在合理范围值内。相反地，当节气门开度随脚踏油门板踏下深度加大时，吸气行程结束后进气量增加，会使混合气燃烧时刻提前，这需要降低电热点火片的平均温度，直至点燃差值维持在合理范围内。11、液压部分工作失常处理过程当液压室的最低压力超出计算机系统所控制的范围时，液压室压力传感器把这一物理量传给模一数转换部分，由计算机系统处理后控制各相关执行单元反复控制调整，经数次调整后仍达不到要求时，再由计算机系统的告警部分发出告警信号，提示操作者液压系统出现故障，同时打开泻压电磁阀，使压缩比回到最小值，此后不经启动过程计算机系统不再控制液压调节系统，仍然控制液压油、电热点火片的温度和供油系统工作。此时仍可以按普通内燃机方式正常工作。如温度控制部分也失效则由计算机系统控制停机。当液压室的最低压力不断升高而控制又不起作用时，则由计算机系统控制停机，发出严重故障告警信号。12、安全控制普通内燃机由于计算机系统参与的控制功能不多，使得非法启动和任意操纵较为简单，只要设法接通主电源即可达到目的，而本发明从根本上解决了该问题。
在本发明中计算机系统高度参与控制，使驾驶者的控制较简单。同时计算机系统的综合控制能力也是驾驶者力所不及的，这样，只要在计算机系统上再增加一套身份认证系统，即可使非法启动很难成功。首先，要通过身份认证系统非常困难，再辅助以各种告警功能，非法启动几乎成为不可能。其次，如强行接通主电源能够顺利启动，但因没有通过合法身份认证系统，计算机系统不参与控制，此时内燃机无法正常工作或只能以怠速方式工作。能够成功地非法启动的唯一途径是将全部计算机系统换成非法启动者自己的，但这项工作较复杂，短时间内无法完成。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。以单点电控喷油系统(TBI)的单缸四冲程汽油机为例说明。
图1为本发明的机械结构示意图。图2为本发明的液压调节系统结构和计算机系统及其程序执行单元和传感器连接示意图。图3为本发明的燃烧室盖及安装部件示意图。
所述各种受控阀和有皱褶且具有变形能力的燃烧室盖在下文中均以电磁阀和钢制的燃烧室盖为例说明；上述液压控制系统的液体介质用耐高温液压油为例说明；液压室的进液口、排液口分别用进油口、出油口为例说明；压力导管和导管分别用压力油导管和油导管为例说明；用来盛放液压用液体的容器用液压油油箱为例说明；电热点火器以片状的电热点火片为例说明。
一种内燃机使用的容积可变的燃烧室系统，其新增加了液压调节系统、多个传感器和计算机系统及其所控制的执行机构，共同完成控制工作，使内燃机的压缩比随各种不同情况而改变。现有的电控喷射式汽油机和一些自动化程度较高的内燃机使用了计算机系统处理程序执行单元和许多传感器。燃烧室容积可变的内燃机在它的基础上新增了四个传感器、三个驱动部分和两个开关，与计算机系统处理单元和动作执行单元共同完成条件采样、量化、调整和控制功能。
其包括有内燃机体1、气缸盖2、气缸筒3、活塞4、密封垫5、电热点火片6、绝缘层7、电热点火片平均温度传感器8、电点火线9、液压室盖13、等，在气缸盖2与液压室盖13间设置有钢制的燃烧室盖14，液压室盖13与钢制的燃烧室盖14间装有密封垫5，气缸盖2与钢制的燃烧室盖14间装有密封垫5，(还可以在气缸盖2与液压室盖13之间再加密封垫)液压室盖13与钢制的燃烧室盖14所围密闭空间为液压室16，期间充满耐高温液压用油，钢制的燃烧室盖14与活塞4移动到上止点时和气缸盖2所围的空间为燃烧室17，气缸盖2与液压室盖13用螺栓9固定。
在液压室盖13上留有四个向外的通道，一个是进油管道；另一个是排油管道；这两个管道是液压调节系统的液压油通往液压室16的进出通道，称作液压室进油口18和液压室排油口10；第三个是电点火线的出口；第四个是各种传感器信号线的出口11。
在钢制的燃烧室盖14的皱褶环的最内环的中间部分，安装电热点火片6，在钢制的燃烧室盖14和电热点火片6间夹装绝缘层7，电热点火片6在燃烧室17一侧，电热点火片6的两个电极一个直接导通联接在钢制的燃烧室盖14上，另外一个与穿过钢制的燃烧室盖14的电点火线9联接，电点火线9在液压室16一侧，其从液压室16经电点火线的出口穿过液压室盖13到机体外面，与电热点火片驱动联接。
在绝缘层7靠着电热点火片6一侧封装电热点火片平均温度传感器8。
液压室16内设置有温度传感器，它的信号线经各种传感器信号线的出口11穿过液压室盖13到机体外面，与计算机系统的模-数转换单元相连接。
在液压室16内所安装的压力传感器的信号线，从液压室16内经传感器信号线的出口11穿过液压室盖13到机体外，与计算机系统的模-数转换单元相连接。
液压室16内的压力传感器安装在温度变化较小的进油口18附近。
节气门驱动采用受计算机系统处理程序控制的步进电机带动节气门动作，向一方向旋转时节气门开度由小向大开，向另一方向旋转时节气门开度由大向小关。
所有从液压室16内穿出的各类电线、信号线的外皮要采用耐高温绝缘材料，并采取密封措施，使液压室16与外界密闭。
用液压调节系统所产生的压力变化来改变钢制的燃烧室盖14的形状，使其向一侧或另一侧变形。将液压油从油泵19泵入液压室16，使钢制的燃烧室盖14向燃烧室17一侧变形，此时，液压室16容积增加，而燃烧室17容积减小，使压缩比增加；反之，将液压油排出液压室16，使钢制的燃烧室盖14向液压室16一侧变形，此时，液压室16容积减小而燃烧室17容积增加，使压缩比减小，这样即可达到改变燃烧室17容积和压缩比的目的。由于有保持压力单向电磁阀23，在压缩行程和做功行程时，液压油不会向油泵方向倒流。为了相对增加燃烧室17的体积，加大燃烧室17的容积变化范围，在活塞7的顶部铸造出与气门5和钢制的燃烧室盖14相对应的凹坑，为尽量减少除燃烧室17以外的空间创造条件。
其还包括液压调节系统，包括有油泵19、散热泵30、分流电磁阀24、泄压电磁阀25、辅助泄压电磁阀26、保持压力单向电磁阀23、压力油导管22、油导管28、缓冲压力容器29、液压油过滤器15和液压油油箱21。油泵19的动力轴20与润滑系统的油泵是同一根油泵动力轴，油泵19具有一个进油口和一个出油口，进油口经油导管28与液压油过滤器28相连通，过滤器15直接放在液压油油箱21的底部；油泵19的出油口经油导管28与缓冲压力容器29和分流电磁阀24的入口和保持压力单向电磁阀23的入口相连通，保持压力单向电磁阀23出口经压力油导管22与液压室16的进油口18和散热泵30出口相连通，分流电磁阀24的出口经油导管28与液压油油箱21连通，液压室16的排油口10经压力油导管22与经压力导管22与泄压电磁阀25的入口和辅助泄压电磁阀26的入口和散热泵30入口相连通，泄压电磁阀25的出口和辅助泄压电磁阀26的出口经油导管28与液压油油箱21连通。
当需要降低压缩比而增加燃烧室17容积时，由计算机系统控制液压调节系统，打开泄压电磁阀25，关闭保持压力单向电磁阀23，在压缩行程和做功行程的压力下，液压室16内的液压油经压力油导管22、泄压电磁阀25和油导管28、被挤压回流到液压油箱21，使液压室16的容积减小使燃烧室17容积增加从而降低了压缩比。需要快速降低压缩比使燃烧室17容积迅速增大时，除需要上述降低压缩比的动作过程外还需要同时打开辅助泄压电磁阀26和保持压力单向电磁阀23，使液压室16内的液压油能从进、出油口双向更迅速的排出。需要增加压缩比，使燃烧室17容积减小时，由计算机系统控制液压调节系统，使泄压电磁阀25、辅助泄压电磁阀26和分流电磁阀24同时关闭，在油泵19产生的压力下迫使液压油经油导管28通过保持压力单向电磁阀23，经压力油导管22、进油口18流入液压室16内，使来自油泵19的液压油积蓄在液压室16内，这样就使液压室16的容积加大而燃烧室17容积减小从而增加了压缩比。辅助泄压电磁阀26的主要作用是小范围增加燃烧室17容积。
液压室16内液压油的温度调节是由计算机系统处理单元控制的。液压室温度传感器将液压室16内液压油温度物理量不断地传给计算机系统，待该值达到某一值时，计算机系统处理单元向散热泵30的驱动单元发出启动信号，使电机带动散热泵30工作，高温油在散热泵30的压力驱使下，从液压室16的出口10经装有散热装置的压力导管22，通过散热泵30和压力导管22流回液压室16，实现液压室内高温油的散热循环。当液压室16内温度降低，直至低于某值以下时，计算机系统处理单元向散热泵30的驱动单元发出停止信号，散热泵30停止动作，降温循环亦即停止。计算机控制系统主板计算机系统包括电源部分、CPU、EPROM存储器、DRAM存储器、闪存器、模-数转换部分、输入、和输出总线接口等。输入、输出总线接口包括输入类的模-数转换和开关量输入线，输出类的数-模转换和开关量输出线。它们的功能是采集各种代表物理变化量的模拟电信号、开关信号，将模拟信号经模-数转换器转换成数据信号，再将这些数据信号和开关信号存储后由CPU分这些析处理，计算出结果后经逻辑判断再经数-模转换和开关量输出信号，控制液压控制系统执行动作和带动气门旋转的步进电机等相关动作，控制电控喷油系统动作。本系统与电控喷油汽油机所用的计算机系统基本一致，只是增加了模-数转换接口、输入输出接口、存储器，并对软件进行相应的修改和增加新内容。如原CPU的资源和处理能力不够，则要更换处理能力更强的CPU。增压系统以往增压系统只能使用在压燃式柴油内燃机上或其它特殊发动机上，而普通汽油内燃机因其压缩比固定不变而不能使用增压系统。在本设计中采用了可随不同情况变化压缩比的燃烧室系统，所以，可以在某些条件下使用增压系统。在本设计中内燃机压的缩比可降低到7，当使用高标号汽油或其它高燃点燃料时可使用增压系统。把传统的的增压系统分为两部分，一部分是动力机；另一部分是压气机。动力机把汽油内燃机排出的废气能量转换成动力，由它的动力输出轴输出，动力输出轴经电磁离合器与增压机的动力输入轴相连接，该电磁离合器由计算机系统处理程序控制，使其闭合或打开，它是摩擦式离合器。当需要增压时，由计算机系统的处理程序控制使电磁离合器闭合，增压机因有动力输入开始工作；不需要增压时由计算机系统的处理程序控制使电磁离合器分开，增压机因无动力输入停止工作。增压系统的进、出气增压比不大于1∶1.4。有增压时可解决高转速工况下因进气系统的气阻而引起燃烧室换气不足的矛盾，大大提高了近气量，从而提高内燃机单位质量的输出功率。
权利要求
1.一种内然机的燃烧室系统，其包括有内燃机体、气缸盖、气缸体、活塞、电热点火器、电点火线等，其特征在于(a)在气缸盖上与气缸体相对的位置加工出一个空间，它可以容纳并安装液压室盖和有皱褶且具有变形能力的密闭的燃烧室盖，所述液压室盖与所述燃烧室盖所围的密闭空间为液压室，所述液压室内充以液态的液压用液体，所述燃烧室盖与所述气缸盖和当所述活塞移动到使内部工作容积最小时所围的空间为燃烧室；(b)其还包括液压调节系统，所述液压调节系统包括有液压泵、散热泵、分流受控阀、泄压受控阀、辅助泄压受控阀、保持压力单向受控阀、压力导管、导管、液体过滤器、液压用液体、用来盛放液压用液体的容器和缓冲压力容器，所述液压泵具有进口、出口，所述进口经所述导管与所述液体过滤器相连通，所述液体过滤器安装在所述用来盛放液压用液体的容器内，所述液压泵的出口经所述导管与所述缓冲压力容器和所述保持压力单向受控阀、所述泄压受控阀的入口连通。
2.根据权利要求1所述的一种内燃机燃烧室系统，其特征在于所述保持压力单向受控阀出口经所述压力导管与所述液压室的进口相连通，所述液压室的排液口经所述压力导管分别与所述泄压受控阀的入口和所述辅助泄压受控阀的入口相连通，所述分流受控阀的出口经所述导管与所述用来盛放液压用液体的容器连通，所述泄压受控阀的出口和所述辅助泄压受控阀的出口用所述导管汇通后与所述用来盛放液压用液体的容器连通。
3.根据权利要求1所述的一种内燃机燃烧室系统，其特征在于在所述液压室盖上留有几个通道，其包括进液体管道；排液体管道，它们是液压系统的液体通往液压室的进出通道，称作液压室进液口和液压室排液口；电点火线出口和各种传感器信号线的出口及其通过它的各种传感器信号线。
4.根据权利要求1所述的一种内燃机燃烧室系统，其特征在于在所述有皱褶且具有变形能力的密闭的燃烧室盖的皱褶环的最内环部分，在燃烧室侧安装电热点火器、绝缘层、电热点火器平均温度传感器，所述有皱褶且具有变形能力的密闭的燃烧室盖与所述电热点火器由所述绝缘层隔开。
5.根据权利要求1所述的一种内燃机燃烧室系统，其特征在于所述有皱褶且具有变形能力的密闭的燃烧室盖的每层皱褶深浅不一致。
6.根据权利要求1所述的一种内燃机燃烧室系统，其特征在于所述有皱褶且具有变形能力的密闭的燃烧室盖的不同皱褶环的深浅可以一致。
7.根据权利要求1、4所述的一种内燃机燃烧室系统，其特征在于在燃烧室侧安装的所述电热点火器、所述绝缘层的顺序从燃烧室开始依次是所述电热点火器、所述绝缘层和所述有皱褶且具有变形能力的密闭的燃烧室盖，所述电热点火器平均温度传感器安装在所述电热点火器和所述绝缘层之间。
8.根据权利要求1、3所述的一种内燃机燃烧室系统，其特征在于给所述电热点火器输电的所述电点火线穿过所述绝缘层、所述有皱褶且具有变形能力的燃烧室盖、所述液压室和所述液压室盖到机体外面，与计算机系统的数-模转换部分相连接。
9.根据权利要求1所述的一种内燃机燃烧室系统，其特征在于液压室内设置有温度传感器，其把温度物理量转换成电信号，经各种传感器信号线与计算机系统的模-数转换单元相连接。
10.根据权利要求1所述的一种内燃机燃烧室系统，其特征在于在液压室内包括通往液压室的进液口通道内安装有压力传感器。
11.根据权利要求3所述的一种内燃机燃烧室系统，其特征在于在液压室内所安装的温度传感器的信号线从液压室内经各种传感器信号线的出口穿过液压室盖到机体外，与计算机系统的模-数转换单元相连接。
12.根据权利要求3所述的一种内燃机燃烧室系统，其特征在于在液压室内所安装的压力传感器的信号线从液压室内经各种传感器信号线的出口穿过液压室盖到机体外，与计算机系统的模-数转换单元相连接。
13.根据权利要求1所述的一种内燃机燃烧室系统，其特征在于能使用增加气压系统对其内燃机的进气系统进行增压。
全文摘要
本发明公开了一种内燃机燃烧室系统。技术方案是有内燃机体、气缸盖、气缸体、活塞、电热点火器、电点火线等、液压室盖和钢制的有皱褶且具有变形能力的燃烧室盖等。其包括液压调节系统，计算机控制系统。其优点是可大幅度提高内燃机在节气门小开度工况下的燃料利用率，节油效果十分明显；可大幅度地降低排气污染；可以使用多种燃料；可有条件地使用增压系统；用简单的电热点火器取代复杂的电火花点火系统；可利用计算机系统提高内燃机的智能化程度。
文档编号F02B75/00GK1316584SQ0010521
公开日2001年10月10日 申请日期2000年4月5日 优先权日2000年4月5日
发明者张智 申请人:张智