柴油机加燃汽油装置的制作方法

专利名称：柴油机加燃汽油装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及内燃机技术领域，具体涉及柴油机加燃汽油装置。
背景技术：
节能环保，建设环境友好型社会，实施新的国家排放标准时企业与用户应责无旁贷，如果力争到2020年我国新车排放控制水平与发达国家接轨，以目前汽车的增长速度和油耗水平，到2020年我国汽车保有量将突破1. 5亿辆，年耗车用汽、柴油将超过2. 5亿吨。于是加快发展节能和新能源汽车，已成为我国汽车工业实现可持续发展的当务之急。然而目前欧盟实施欧V与欧VI标准的时间上已晚于日本和美国3至4年，我国参照欧盟制定的国III与国IV排放标准，却在实施过程中有不少以下尴她 首先，从油品供应来说要求提高排放标准还比较欠缺。我国从2008年7月1日起，已在全国范围内正式实施第三阶段排气污染物排放标准。根据国务院最近公布的《石化产业调整和振兴规划》，到2009年车用汽油将全部达到国III标准，2010年车用柴油将全部
达到国ni标准，如今北京、上海虽率先实施国IV排放标准，但其周边地区油品如何保证供应，问题将十分突出。 其次，从燃料结构上我国燃油缺少的是柴油。尽管我国柴油车的总数只有汽油车的40%左右，但耗用的柴油总量却是汽油车的2倍多，因为约有15 20%左右的柴油车是大功率的载重车，其油耗量约是汽油车的2 3倍，并随着节能日益受到重视，柴油机在轿车和轻型货车上的应用也渐广，使柴油用量继续增长，甚至在推广乙醇汽油或石油的相当稀缺时，连续发生了柴油断供的情况。 第三，全国清洁汽车行动实施十年并不顺利。以前推广的燃气汽车至今仍受到"气、车、站"三大技术要素的限制，目前推广的新能源汽车，同样面临技术、市场、配套设施三个瓶颈，存在技术成熟与成本控制两个难点，到2011年新能源汽车销量要占到乘用车销售总量的5%左右，还须看消费者的认可程度，可见与迅猛增长的汽车数量相比，需要相当长的时间进行尾气治理方能见效。 第四，机动车实施统一的排放标准难。不要讲新车使用后排放逐渐恶化，就是实行"新车新标准，老车老标准"过程中，如果不对"黄标车"改造也很难再行驶。于是，难怪有人将"化油器车"与"黄标车"画等号，其实专家认为不尽然。因为"化油器车"并非绝对不能达到一定的排放标准，只要有条件加装三元催化剂也能达到"绿标"，何况目前汽油机通过尾气处理可满足更高的法规已成事实。 第五，改观常见的柴油车冒黑烟也难。国家发改委曾经禁止非电控系统的柴油机销售，但至今效果不大，尽管相信不久肯定全面实行，尤其是轿车用柴油机。目前人们厌恶的公交车冒黑烟长期存在，与增压柴油机转速较低时会出现充气不足，导致发动机冒黑烟现象有关，但仅能依靠喷油泵上设置的冒烟限制器改善，结果显得，柴油机由于处于富氧条件，后处理难度较大，处理成本也较高。 第六，接轨发达国家的排放标准更难。根据欧VI标准中，氮氧化物的总排放限值为0. 4克/千瓦时，颗粒物排放限值为0. 01克/千瓦时。可以说欧VI已更接近美国环保署针对重型车辆的EPA2010排放标准，因为其规定氮氧化物的限值为0. 27克/千瓦时，颗粒物限值为0. 013克/千瓦时，目前主要针对柴油车的欧V、欧VI标准，对欧洲蓬勃发展的柴油车市场已造成重大打击，这样中国汽车中的柴油车也难以例外。 在已经公开的期刊中，如《内燃机学报》2002年第20巻第02期，多位专家虽通过实验与模型计算，具体分析了柴油/汽油双燃料发动机准均质燃烧过程中粗暴现象的发生机理，研究结果表明柴油/汽油双燃料发动机出现工作粗暴的主要原因是均质混合气区放热率过大。以及研究结果还表明减小柴油喷油提前角、增大汽油混合气的过量空气系数都能有效地降低缸内压力升高率，从而降低发动机的工作粗暴程度，但如何改善其排放中增加的C0与CH并没有深入研究，至于推广该项技术成果多年也没有后续进展。[0010] 在已经公开的新闻报道中，如2009年报道的第十三届中国上海汽车展，虽反映出我国新能源汽车百花齐放的局面，但普遍认为新能源应分三个阶段，其中第一阶段，也就是在最近二三十年内，当以现有发动机技术的进一步改进为可行。因为目前联合循环机组最高热效率已达47%以上，使发动机的性能提高到了一个崭新的水平，汽车产业作为系统工程，是不能跳过传统动力的研发，而直接将新能源技术研究成果推向市场的。若离开了传统汽车技术，新能源汽车就会失去基础成为空中楼阁。在已经公开的专利技术中，如申请日为2000年11月17曰，[申请号00132753.4]
的实用新型专利《机械式柴油车改装的电控双燃料汽车的发动机系统》，其特点是在机械式柴油车上增加了天然气进气系统，电控单元、传感器信号采集系统及两个线性电磁铁。它虽然实现了两种燃料的合理配合，避免了一般双燃料汽车及机械式柴油车轻载工况下燃料经济性差及总碳氢排放量高的缺点，对中、高负荷工况下的有害物排放也得到优化，具有良好的动力性，燃料经济性及排放性能，但该技术仅是一种燃气汽车过渡技术，还需向单燃料并匹配专用催化净化技术的燃气车方向发展。 又如申请日为2006年2月22日，[申请号200620019302. 4]的实用新型《一种双燃料压燃机》，它虽包括气缸盖上装有两套电控喷油器及其对应的供油装置，该两套电控喷油器与喷油程控处理器电连接。可根据负荷的大小、转速高低、进气温度和发动机水温等参数，自动分别提供着火性好的燃油或者抗爆性好的燃油，通过最佳压縮比和预混合均质压燃方式，使内燃机的燃油总体使用经济性和排放性能提高，降低废气的排放，但该技术方案要求改变现有的石油燃料加工过程，不再按馏程分别提取汽油、煤油、柴油，其恐怕难以通过改变石油产业现状来实现，因而缺乏广泛的实用性。 再如申请日为2005年8月25日，申请号[200510060485.4]的实用新型专利《一种加氧式内燃机》，包含进气总管、燃烧室、排气总管的内燃机，内燃机配装有可根据内燃机的综合性能及其工况控制加氧的加氧机构；加氧机构包括相连通的氧气瓶组件、减压阀、氧气表、组合控制阀、电控单元及连接管路；排气总管连通排气管和废气控制阀，废气控制阀分两路， 一路废气管连通进气管，另一路经氧气浓度传感器接电控单元，其为了燃料及时完全燃烧进行加氧，虽可完全改善内燃机的综合性能，但对现代柴油机富氧燃烧意义有限，不如利用含氧化合物提供氧气更加安全可靠。 因此，上述公开虽做了一些研究与创新，但针对汽车节能环保世界性难题，包括柴油车冒黑烟现象实质研究与创新并不多，于是在创新时没有全面考虑客观条件如"气、车、
4站"三大技术要素的限制，也没有在实用中考虑"油、车、站"基础设施的制约，更没有根据乙 醇汽油的广泛推广，综合利用稀燃技术与分层技术，通过可变压縮比技术"双燃料供给系" 方式，组合非常成熟的现代柴油机与汽油机技术，以解决先进的内燃机技术中"预混压燃方 式着火与燃烧存在的困难"。结果与现代轿车技术和推广的燃气汽车技术相比，都显得技术 方案不完整和存在严重缺陷，难以根据我国实际条件迅速产业化，反映在实际效果上也无 法满足我国的迫切需求，只能被迫进行技术引进解决污染问题，不断走先污染后治理的老 路。

发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种结构简 单、方法简便，但能完全满足柴油机的综合性能及其工况要求的柴油机加燃汽油装置。其主 要根据机械、车辆、船舶或设备工况实际及对柴油机的性能要求，在启动、暖机、怠速及满负 荷时，因进行预混压燃条件较差，一般不进行加燃汽油，而在柴油机低速、中速、加速及较大 负荷时，一旦满足了准均质压燃条件，以确保进一步提高柴油机的动力性、经济性与排放性 能，才进行加燃汽油，在气缸与燃烧室内，以改善柴油机所喷射柴油的品质为目的，对其混 合气形成与及时完全燃烧过程施加有利影响。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为柴油机加燃汽油装置，包括
由活塞、气缸盖、柴油管、柴油喷油器、进气门、排气门、柴油机进气管，柴油机排气管构成的
柴油机部件，具体技术措施还包括柴油机部件上至少配装有一套加燃汽油部件，加燃汽油
部件与柴油机部件组合为预混压燃内燃机，该加燃汽油部件包括有汽油箱、油箱开关、加燃
汽油、汽油管以及加燃汽油机构，加燃汽油机构通过汽油管与汽油箱相连通，加燃汽油机构
为机械式加燃汽油机构或电子式加燃汽油机构，加燃汽油机构与柴油喷油器组成统一的燃
料管理系统，并分别以机械控制或电子控制的形式进行管理控制，由加燃汽油机构配合柴
油喷油器适时地供应所需的加燃汽油来改善柴油的品质。
为优化上述方案采取的措施具体包括 在上述的柴油机加燃汽油装置中，机械式加燃汽油机构包括化油器以及操作机 构，化油器通过汽油管连通汽油箱，柴油机进气管的进口端连接有进气管，化油器的上部管 接有空气滤清器，化油器的下部连接有过渡连接管，并通过过渡连接管与柴油机进气管及 进气管相交连通，操作机构的一端与化油器联接为一体，另一端与汽油管的一端相连接，操 作机构控制化油器实现加燃汽油供应。 当选择机械式加燃汽油机构，因其化油器可为简单化油器，以及可单独安装于进 气管上，也可直接安装到柴油机进气管上，对连通汽油管的加燃汽油通过其操作机构进行 控制，而有不同形式的简化机械式加燃汽油机构，在上述的柴油机加燃汽油装置中，机械式 加燃汽油机构包括化油器以及操作机构，柴油机进气管的进口端连接有进气管，化油器单 独安装于进气管上或直接安装到柴油机进气管上，化油器通过中空进出气道与柴油机进气 管及进气管对接，化油器通过汽油管连通汽油箱，操作机构的一端与化油器联接为一体，另 一端与汽油管的一端相连接，操作机构控制化油器实现加燃汽油供应。 在上述的柴油机加燃汽油装置中，电子式加燃汽油机构包括汽油喷油器和电控单 元，汽油喷油器通过汽油管连通汽油箱，柴油机进气管或进气管上连接有过渡连接管且与柴油机进气管及进气管相交连通，过渡连接管上部连接有空气滤清器，柴油机进气管的进 口端连接有进气管，汽油喷油器安装于进气管上，电控单元采用单点喷射方式控制汽油箱 实现加燃汽油供应。 在上述的柴油机加燃汽油装置中，电子式加燃汽油机构包括汽油喷油器和电控单 元，汽油喷油器通过汽油管连通汽油箱，汽油喷油器安装于柴油机进气管上，电控单元采用 单点喷射方式或多点喷射方式控制汽油箱实现加燃汽油供应。 在上述的柴油机加燃汽油装置中，过渡连接管上还设置有单向阀或空气翻板。 在上述的柴油机加燃汽油装置中，电子式加燃汽油机构包括汽油喷油器和电控单
元，汽油喷油器通过汽油管连通汽油箱，汽油喷油器安装于气缸盖上，电控单元采用多点喷
射方式同时控制柴油喷油器加燃柴油供应以及汽油喷油器控制汽油箱实现加燃汽油供应。
当选择上述的电子式加燃汽油机构，因汽油喷油器可安装于柴油机的进气管或气
缸盖上，于是从柴油进气管到进气管，直至进气门内侧可分别通过电喷电控方式简化结构，
汽油喷油器安装于柴油机进气管或进气总管上时，将采用单点喷射方式加燃汽油；汽油喷
油器安装于柴油机进气管或发动机进气歧管上时，将选择多点喷射方式加燃汽油。 为了改善排放性能，在上述的柴油机加燃汽油装置中，加燃汽油为乙醇汽油，并利
用加燃汽油机构中的化油器或汽油喷油器使其中含氧物通过乙醇汽油容易在柴油机上得
以应用。尽管乙醇因十六烷值低，不易压燃，与柴油不溶，直接用于柴油机存在较大的难度，
需要添加很多像着火改进剂和乳化剂之类的成分。但是本实用新型通过加油站推广的乙醇
汽油将十分方便。另外，还可以选择生物柴油，或其他有含氧化合物的柴油。 在上述的柴油机加燃汽油装置中，加燃汽油机构至少包含有一条受控的气路通过
柴油机进气管，并配合一条受控的油路通过汽油管进行供应加燃汽油，柴油机进气管中的
进气与加燃汽油形成的空燃比在20至80之间。 为了加强管理，在上述的柴油机加燃汽油装置中，加燃汽油机构与柴油喷油器组 成统一的燃料管理系统，并在其发动机管理系统中，柴油喷油器通过燃油喷射提前角变化 适时控制加燃汽油的点火时刻。 可见，上述的柴油机进行加燃汽油时，可为自吸柴油机或增压柴油机，可为单燃料 机、双燃料机或多燃料机，将加燃汽油与天然气、液化石油气、氢气或其他燃料与气体进行 组合。为优化方案，取得好的效果，应根据人们的要求和内燃机具备的基本条件来匹配，包 括选择合理的燃烧室，虽然加燃汽油控制原理包括机械方式和电子式管理控制，具体构成 虽可采取简单的化油器与柴油喷油器改善燃料在气缸内的燃烧，但更多地是通过电喷与微 处理器进行管理控制，由现代电子管理系统对发动机进行管理。 与现有技术相比，本实用新型通过柴油机配装有可根据内燃机的综合性能及其工 况的加燃汽油部件，机械式加燃汽油机构通常包括相连通的汽油箱、油箱开关、汽油管、化 油器与操作机构，电子式加燃汽油机构还包括汽油喷油器与控制单元等，与目前的增压柴 油机通过设置的冒烟限制器相比要主动有效彻底，即使与先进的柴油机电喷技术相比也可 更加全面与完善，这样在保证柴油机性能的前提下，采取加燃汽油可以改善柴油品质，对其 混合气的形成与着火、燃烧，以及排放在内的整个循环过程施加有利的影响，减少柴油消 耗、改善燃油结构、满足排放要求，达到一举多得的目的。本实用新型可综合提高柴油机的 性能，满足内燃机未来发展的需要。
图1是柴油机加燃汽油装置的结构原理示意图； 图2是图1中柴油机选择机械式加燃汽油装置的结构示意图； 图3是图1中柴油机选择电喷式加燃汽油装置的结构示意图； 图4是图3中柴油机选择电喷式加燃汽油装置的简化结构示意图； 图5是图4中柴油机选择电喷式加燃汽油装置的优化结构示意图。
具体实施方式以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步 的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。 如图1、图2、图3、图4以及图5所示，图中1、活塞；2、柴油机排气管；3、排气门；
4、 气缸盖；5、柴油喷油器；6、柴油管；7、进气门；8、空气滤清器；9、汽油箱；10、加燃汽油； 11、油箱开关；12、汽油管；13、操作机构；14、加燃汽油机构；15a、进气管；15b、过渡连接管； 15c、柴油机进气管；16、单向阀；17、化油器；18、汽油喷油器；19、电控单元。 实施例1 如图1所示，本柴油机加燃汽油装置，包括活塞1、气缸盖4、柴油管6、柴油喷油器
5、 进气门7、排气门3、柴油机进气管15c，柴油机排气管2构成的柴油机部件，柴油机部件上 至少匹配有一套加燃汽油部件，该加燃汽油部件以汽油机的进气系、燃料系与管理系为辅 助，包括有汽油箱9、加燃汽油10、汽油管12、油箱开关11、化油器17或汽油喷油器18、操作 机构13或电控单元19等，加燃汽油部件以其油路上的汽油管12提供受控的加燃汽油10 来改善柴油的品质，其可选择机械式加燃汽油机构14或电子式加燃汽油机构14，加燃汽油 部件与柴油机部件组合为预混压燃内燃机，并与柴油喷油器5组成统一的燃料管理系时， 将以机械控制或电子控制的形式进行管理控制，由加燃汽油机构14配合柴油喷油器5适时 地供应所需的加燃汽油10。 当选择机械式加燃汽油机构14时，机械式加燃汽油机构14包括化油器17以及操 作机构13，化油器17通过汽油管12连通汽油箱9，柴油机进气管15c的进口端连接有进气 管15a，且该化油器17位于过渡连接管15b处单独布置，化油器17可多选择水平与竖直状 态安装。当竖直安装时，其上部管接有空气滤清器8，下部则通过过渡连接管15b与进气管 15a及柴油机进气管15c相交连通，操作机构的一端与化油器17联接为一体，另一端与汽油 管12的一端相连接，操作机构控制化油器9实现加燃汽油10供应。当进气管15a联通增 压器时，为保证压气通过，过渡连接管15b上还设置有单向阀16或空气翻板，这里设置单向 控制阀16或空气翻板，即使进气管15a来气为自然吸气，也可通过单向控制阀16或空气翻 板合理配置进气管15a中的混合气。 为了改善排放性能，加燃汽油10可优先选择加油站推广的乙醇汽油，并利用加燃 汽油机构14中的化油器17或汽油喷油器18，使其中含氧物通过乙醇汽油容易地在柴油机 上得以应用，尽管乙醇因十六烷值低，不易压燃，与柴油不溶，直接用于柴油机存在较大的 难度，需要添加很多像着火改进剂和乳化剂之类的成分，但是本实用新型通过加油站推广 的乙醇汽油将十分方便，另外，还可以选择生物柴油，或其他有含氧化合物的柴油。[0041] 为了加强管理，加燃汽油机构14与柴油喷油器5组成统一的燃料管理系统，并在 其发动机管理系统中，柴油喷油器5通过燃油喷射提前角变化适时控制加燃汽油10的点火 时刻。 加燃汽油机构14至少包含有一条受控的气路通过柴油机进气管15c，并配合一条 受控的油路通过汽油管12进行加燃汽油IO，柴油机进气管15c中的进气与加燃汽油10形 成的空燃比在20至80之间 可见，柴油机进行加燃汽油10时，可为自吸柴油机或增压柴油机，可为单燃料机、 双燃料机或多燃料机，将加燃汽油10与天然气、液化石油气、氢气或其他燃料与气体进行 组合。 本实用新型的现实依据、工作原理与加燃汽油过程现实依据在内燃机的发展 过程中，一方面虽有提高燃烧效率推进汽油机技术柴油机化，也有提高环保性能使柴油机 吸取汽油机技术，但直至有了组合的均质充量压縮点燃HCCI发动机，才通过稀燃技术和分 层燃烧技术，几乎解决了供油与混合上的所有问题。 既然目前HCCI发动机始终存在燃烧或着火方面的不足，受到有关压縮比、气缸壁 温度、进气温度与含氧浓度许多条件影响，存在极短时间内实现优化控制混合、燃烧与排放 难题。那么，可放弃所有工况理想的均质充量压縮点燃方式，而采取相对完善的预混压燃方 式提高内燃机的综合性能。 另一方面，目前现代柴油机电喷电控技术的发展，主要通过不断提高柴油喷射压 力来进一步减低污染排放，其最高喷油压力为满足排放法规的要求，柴油喷射压力从10MPa 提高到200MPa，为汽油机喷射压力的百倍以上。如此高的喷射压力虽可明显改善柴油和空 气的混合质量，縮短着火延迟期，使燃烧更迅速、更彻底，并且控制燃烧温度，从而降低废气 排放。但与普及的现代汽油机电喷电控技术已经形成了质的区别，不仅造成费用高而且结 构要复杂的多。由于，民用车的设计绝对不能走极端，只能走折中的路线，于是选择成熟的 现有技术进行组合。 根据燃烧基本原理可知，内燃机是一种高速燃烧现象，且预混燃烧和扩散燃烧是 内燃机最基本的两种燃烧方式，也是汽油机和柴油机在燃烧特性、排放污染物生成，以及控 制机理、动力性、经济性和噪声振动等多方面不同的根本原因。但内燃机的经济性主要取决 于它的燃烧过程，需要縮短燃烧过程持续的时间，而汽油火焰传播速度较快，自然可提高经 济性。 工作原理由于燃料的组成和性质对控制柴油机排放及预防催化剂中毒有重要影 响，以及柴油机可燃混合气的质量决定着柴油的燃烧过程，那么在柴油混合气的形成、着火 与燃烧这个交错的复杂过程中，至少需要解决燃烧过程中縮短缓燃期这一关键问题。 根据柴油粘度大不易蒸发的特点，当进气与柴油在气缸内形成可燃混合气时，按 照柴油机所处富氧条件与工况实际要求，为确保柴油机在一定压縮比条件下可燃混合气的 形成质量与燃烧速度，最终实现进气与燃料及时完全燃烧，可提前对即将浓燃柴油机多加 汽油替代柴油，而对即将稀燃柴油机少加汽油或者不加汽油，以改变完全依靠柴油解决问 题的思路。 尽管分层充气是稀混合气燃烧的主要手段，但如何使空燃比在20至80之间的稀 混合气着火并迅速燃烧则是关键。这样，不仅利用了汽油机易于预混可接近均质充量而迅
8速燃烧，还充分利用了柴油机压縮比高、点火能量大易于实现稀燃，最终以准均质充量压縮 着火方式来提高发动机性能。 具体而简便的方法是选择柴油机为主体，组合成熟的汽油机技术，利用其相似的 工况与燃料管理系统，通过推广的乙醇汽油彻底改善燃油中柴油的品质，以获得综合柴油 机与汽油机性能的效果。于是，综合利用稀燃技术与分层技术，通过可变压縮比技术"双燃 料供给系"方式，组合了非常成熟的现代柴油机与汽油机技术，并解决先进的内燃机技术中 "预混压燃方式着火与燃烧存在的困难"。 加燃汽油过程虽然采取微机电控单元管理系统，相对机械式管理控制要精确，但 都能够依据设备工况实际需要来确定加燃汽油10供应量，可在内燃机所具备的燃烧条件 下提高综合性能。通常在柴油机中速时， 一般经济性好而无须加燃汽油10，但采取预混压燃 方式，以合适的空燃比稀燃可进一步提高燃烧效率，还可推广到加速、小负荷与较大负荷工 况；如果在启动、暖机满负荷状态需要时，加燃汽油10能迅速提高燃烧速度，确保完全燃烧 并相对减少废气热量损失，那么也可以适量加燃汽油10 ;至于柴油机怠速时，因其综合性 能主要在保证最低稳定转速而没有必要。 针对不同的柴油机结构，除选择合理的燃烧室、压縮比及加燃汽油10的空燃比 外，因柴油机进气管15c多采用回旋进气道，有的还刻意增加进气道末端的回旋度数，以求 产生最大限度的进气涡流，达到提高空气和燃油混合程度的目的。但是柴油机进气管15c 若采用垂直进气管因形状简单，占用空间小，进气效率高，更加适合采用缸内直喷技术，即 使没有采用缸内直喷，也能把化油器17或喷油器的喷油嘴布置得很靠近进气门7。使发动 机的动力性和响应性都能得到提高。相对回旋进气道，必须采用较为复杂的螺旋状，就比较 占空间，使一般喷油嘴都离进气门7比较远，油气混合物要经过较长的距离才能到达气缸 内，大大减低了发动机的响应性，并且一部分混合气会附着在进气道内壁，经济性也会受牵 连。 实施例2 如图2所示，与图1相比汽油机部件应用了化油器17进行简单化结构，具体表现 为，机械式加燃汽油机构14包括化油器17以及操作机构13，柴油机进气管15c的进口端连 接有进气管15a，化油器17单独安装于进气管15a上或直接安装到柴油机进气管15c上， 化油器17通过中空进出气道与柴油机进气管15c及进气管15a对接，化油器17通过汽油 管12连通汽油箱9，操作机构的一端与化油器17联接为一体，另一端与汽油管12的一端 相连接，操作机构控制化油器9实现加燃汽油IO供应。当然，为了提高充气系数，还可进一 步简化化油器17结构，而无需喉管，至于油门与阻风门可由柴油机调速器代替；在加燃汽 油10油道上，化油器17也可无需怠速油道及加浓油道，仅保留主油道与加速油道，接受油 箱开关11与其操作机构13的控制。当然，必要时还可设置温控开关加强对加燃汽油10的 控制。 在柴油机启动时，关闭油箱开关ll，畅通化油器17进气道，则柴油机即可按照本 体性能正常启动，并实现暖机运转；随着发动机温度的提高，可在温控开关的配合下畅通油 路；当加速时，操作机构13与柴油机调速器同时联动，在汽油油箱开关11打开状态下提供 加燃汽油10，只要处于中、小负荷，甚至较大负荷，都可以通过油道加燃汽油IO，当然所加 汽油形成的混合气的浓度，与汽油机要求的混合气浓度比较将非常稀薄，具体根据柴油机
9压縮比进行匹配；当负荷继续增加或接近满负荷状态时，操作机构13可及时关闭油箱开关 11或切断加燃汽油10供应，柴油机将回归本体性能工作。 以小型柴油机与简单化的化油器17组合改装为例，简单化的化油器17虽然不能 保证其达到较高的排放标准，但通过一定量的加燃汽油IO进行同工况油耗比较试验一个 在热效率为40%的柴油机中参与做功，另一个在热效率为30%的汽油机上做同样的功，无 疑小型柴油机加燃汽油IO后至少可节省汽油30% -40%。其实，在无节气门、压縮比为17、 空燃比为18时，热效率可达55% ;而同样无节气门、压縮比为9、空燃比为14.8时，热效率 仅为45%。这样，当加燃汽油10与直喷汽油机一样使柴油机的热效率达到45%时，因90 号汽油与O号柴油价格接近差别较小，加燃汽油IO将能够使用户直接受惠。具体车用柴油 机，因柴油机的油耗约为汽油机的70%。特别像汽车，通常在部分负荷工况下行驶，其油耗 约为汽油机的60%。于是柴油机是目前热效率最高的内燃机。不过在加速时，常见的一股 烟现象与急加速有密切的关系，可通过加燃汽油10代替部分柴油提高柴油机的瞬时功率， 即使工作比较粗暴也因处于中低速状态而无关紧要，与可变压縮比技术采取"双燃料供给 系"一样，可取得良好的环保效益与整体的经济效益。因我国不同地区与各个行业存在差 别，经济状况与应用柴油机现状也千差万别，在用柴油机排放标准低且数量大现实状况下， 化油器17技术费用低廉仍可选择，用于整体改善农村与城市大气环境质量，提高全国清洁 汽车行动实施效果。 对柴油机来说，由于混合气混合与燃烧过程发生的空间极为有限，且每次燃烧过 程持续的时间又极为短暂，如果要求燃烧过程迅速、及时、完整，那么在进气中加燃一定数 量的汽油可燃混合气，必然改善油品品质促使柴油尽快完全燃烧，使得复杂过程可通过简 化的化油器17实现优化控制，达到进一步降低排放，综合提高提高柴油机的动力性和经济 性，实现人们追求较高排放标准的目的。在低速、中速及加速时，由于柴油机富氧条件具备， 增加汽油混合气"加油"可迅速获得瞬时功率，减少因动力反应迟钝形成的过量"加油"，以
达到最直接的节能环保要求。加燃汽油io过程中既改变了油品性质与质量，又使柴油与汽
油具有一定数量上的可替代性。可见，在现有技术条件下，毕竟内燃机从燃料的化学能转换 为有效输出功的过程，是决定发动机动力性和经济性最关键的环节，至于如何实现与是否 采取什么淘汰的"化油器"、雾化器及喷雾器将没有直接的关系。 对车用柴油机来说，由于内燃机在低速大负荷时的燃油经济性和排放性能均不 佳，通常情况下内燃机在此工况下的转矩输出有限，如果需要内燃机在低速大负荷时能够 提供较大的功率就必须选用更大排量的内燃机，这样虽然满足了动力性要求，但牺牲了燃 油经济性。直喷式柴油机在工作过程中，燃料的热能转换成有效功的效率与燃烧室内的紊 流状况有关，转速越高紊流越强，效率也就越高。因而，在低转速下突然加大供油量，会加剧 燃烧不完全现象，造成费油加之柴油机运动机件的惯性较大等原因，使发动机转速不能随 油门突然增大而迅速增加，油门的灵敏性较差，因而，为了节油，柴油车更应强调缓踩油门， 一般由怠速踩至85%的全油门齿杆行程的时间应控制在3秒左右。可实际情况是多数驾驶 员难以在加速时做到3秒控制。 对于燃油结构，尽管大家知道石油炼化可以生产汽油与柴油，但不同技术、不同产 地、不同开采期，产品收率差异很大。如国际水平1吨原油提炼汽油0. 29吨、柴油0. 49吨， 成品油率80%以上；而我国中石油1吨原油提炼汽油0. 215吨、柴油0. 394吨，成品油率
1063.7% ;其柴油与汽油的比值分别为1.690 : 1与1.S3 : 1。于是，由于炼油时"柴汽比" 的限制，实际年耗用柴油总量是汽油车的2倍多的情况下，我国除非每年进口柴油1000多 万吨，否则短期内不可能有更多的高质量柴油供应，最后成为中国发展节能柴油轿车的瓶 颈。与发达国家相比，我国柴油车的排放控制水平落后，参差不齐，老旧柴油车排放控制起 步晚，技术落后。这样，我国虽然存在大量的柴油机应用，也应该大力发展柴油轿车，但确实 存在柴油油品与柴油机技术问题。其实汽油与汽油机也有问题。目前，我国全年乙醇燃料 产量已经超过130万吨，全国每年使用乙醇汽油超过1000万吨。但根据试验证实，乙醇汽 油与普通汽油相比，其中10%的乙醇使耗油量要增加3.5%，显然其作用发挥有限，再加上 价格并无优势，结果一个有利于实现可持续发展的好事，却没有让人们从中受惠，也没有使 国家经济上受益。于是如何高效利用好我国宝贵的燃料乙醇成为内燃机的重要课题。对此， 柴油机加燃汽油装置可以方便地解决问题。 以全国2008年消耗汽油6100万吨，而柴油消耗近1. 4亿吨，为汽油2. 0倍以上为 例。因柴油机在交通运输、工程机械、农业、农机、水运、国防等各领域的广泛应用，使柴油成 为国民经济发展的基石，而我国人多地少粮食来之不易，比不得美国与巴西，现将130万吨 乙醇加入汽油纯粹是为了替代相对富裕的汽油，若进一步加燃到柴油机上，则将从结构上 改变我国燃料缺少柴油的状况。以柴油车中小负荷与加速工况加燃汽油10%计，每年1.4 亿吨柴油消耗量将减少1400万吨，使"柴汽比"趋于符合实际需要，只要每年将1000万吨 乙醇汽油应用到柴油机上，就可以替代IOOO万吨的柴油。如此大量地改善油品质量必然对 环保结果产生巨大的有利效果，彻底改观NOx和PM是目前许多中国城市环境空气质量面临 的最大问题。另外，根据乙醇和柴油的含碳量不同，130万吨乙醇可在减少二氧化碳排放的 同时，其他有害排放如微粒和NOx也将大幅度减少。 实施例3 如图3所示，与图1相比汽油机部件明显采用了电子式的电喷与电控技术，以汽油 喷射器代替了图1中的化油器17，电子式加燃汽油机构14包括汽油喷油器18和电控单元 19，汽油喷油器18通过汽油管12连通汽油箱9，柴油机进气管15c或进气管15a上连接有 过渡连接管15b且与柴油机进气管15c及进气管15a相交连通，过渡连接管15b上部连接 有空气滤清器8，柴油机进气管15c的进口端连接有进气管15a，汽油喷油器18安装于进气 管15a上，电控单元19采用单点喷射方式控制汽油箱9实现加燃汽油10供应。当然，其中 还应该包括电动汽油泵、油压调节器、回油管与感传器等部件。 因为柴油机以扩散燃烧为富氧燃烧，最难解决的问题是颗粒PM排放和氮化物NOx 排放，现代柴油机虽可以采取燃油喷射控制与共轨技术进行改善。但燃烧方式仍是汽油机 和柴油机多方面问题的根本原因。就是汽油机采用缸内喷射供油时，也与柴油机一样排放 中有颗粒物。原因虽是局部缺氧造成的，其实缺氧还造成了局部着火困难，特别是火焰传播 速率低使燃烧无法进行下去。尽管整个燃烧过程中空气已经过量，可实际上混合不均匀，结 果仅用空气过量办法难以解决，需要及时利用乙醇汽油中含氧化合物的氧气，或者适量加 供氧气到气缸内，与加燃汽油10 —起对各缸分配均匀，可相应地解决柴油机的普遍冒黑烟 现象。 经试验测定，在装有机械式柴油喷射系统的基础上加燃汽油IO，通过智能控制电 喷汽油，就可以使其排放品质轻松由国II提升到国III，部分指标甚至达到国IV标准；更为重要的是， 一套单点喷射加燃汽油装置成本价不过2000元，对一台1至3万元价值的车 用柴油机影响不小，但对50万一辆的大型车辆影响却不大，且发动机在加燃汽油10时性能 得到较大改善和提高，在没有加燃汽油10时便自动回到原机状态，十分灵活方便。这样，内 燃机通过柴油机加燃汽油装置的电喷电控，实现国V、国VI也不是什么难事。以全国40多 万辆公交柴油车为例，若国家投入8亿元进行电喷电控加燃汽油技术改造，将首先解决城 市中普遍的柴油公交车夏天冒黑烟现象。相反，单纯通过柴油机高压电喷技术，使排放形成 的大颗粒变成小颗粒，虽然让人看不到公交柴油车冒黑烟，但小颗粒更易到人们肺部积累， 将可能加重日益严重的肺病危害，而不利人们的健康。 实施例4 在图4中，与图1、图3相比汽油机部件类似图2进行了简化结构，但仍以汽油喷 油器18代替了图1中的化油器17，该电子式加燃汽油机构14包括汽油喷油器18和电控 单元19，汽油喷油器18通过汽油管12连通汽油箱9，汽油喷油器18安装于柴油机进气管 15c上，电控单元19采用单点喷射方式或多点喷射方式控制汽油箱9实现加燃汽油10供 应。具体表现为汽油喷油器18更加接近进气门7，不仅能够采取单点喷射方式，也可以选择 多点喷射方式，以提高发动机的响应性能。汽油喷油器18代替化油器17，不仅可利用稀燃 技术或分层充气技术进行组合，另一方面通过选择单点或多点喷射，可改善缸内局部受热 与均匀分布程度，由电控单元19实现精确控制。现代柴油机机内净化除利用增压器和中冷 器改善柴油机进气管15c中的进气，还可通过废气再循环改变柴油机进气管15c中的进气， 至于机外措施可对柴油机排气管2中的废气进行控制。通常一氧化碳、碳化氢、及碳烟生成 的条件都与缺氧有关，其实氮化物不是燃烧过程的直接产物，而是在燃烧的高温时期，燃烧 室空气中的氧和氮化合形成的。如果，燃烧过程的持续时间过长，发动机的经济性和动力性 将下降，需要火焰传播速率大且传播路程短，那么通过控制汽油喷油器18就可控制混合气 的空燃比。 在效能上 ，乙醇热值仅为汽油的62%，于是在汽油中加入乙醇可提高辛烷值，使柴 油机提高压縮比，由于没有像汽油机那样的节气门泵吸损失，尽管应用iooo万吨加燃汽油 10代替柴油时，仍会增加1000万吨普通汽油消耗量，但全国汽柴油总量将可节约加燃汽油 10的30% -40 % ，按其30 %以300万吨汽油及目前浙江90号汽油6940元/吨计算，可为 国家的可持续发展贡献208. 2亿元；若将节约的300万吨加燃汽油10或208. 2亿的节余费 用，对1700万车用柴油机每台投入3000元，也不过510亿。这样，巨大的节能环保难题工 程三年可见效，并能让用户直接或通过补贴受惠。 实施例5 如图5所示，与图3、图4相比汽油机部件与柴油机更加融为一体，主要体现在汽油 喷油器18直接安装到气缸盖4上进行彻底简化，该电子式加燃汽油机构14包括汽油喷油 器18和电控单元19，汽油喷油器18通过汽油管12连通汽油箱9，汽油喷油器18安装于气 缸盖4上，电控单元19采用多点喷射方式同时控制柴油喷油器5加燃柴油供应以及汽油喷 油器18控制汽油箱9实现加燃汽油10供应。柴油机尽管与先进的直喷汽油机部分结构一 样组合，也同直喷汽油机一样存在汽油喷油器18安装位置困难，但关键问题仍是直喷燃料 品质问题。只不过由于喷射的汽油稀燃压燃过程，包含在喷射柴油混合气压燃过程中，而且 压縮喷油着火能形成107个火核，比高能高频的火花每秒仅有1600个火花更强。显然选择压縮喷射柴油着火，没有"预混压燃方式着火与燃烧存在的困难"，也使得加燃汽油10燃烧的性质更加广泛。于是，现代发动机最终也可通过简单组合燃料的办法，实现组合柴油机与汽油机性能，哪怕获得较好结果为准均质充量压縮着火燃烧方式。 对于内燃机未来的发展，柴油机虽在机械喷射和增压技术之后采用了电控喷射技术，实现了柴油机问世以来的第三个里程碑。但即使带先进控制系统的现代柴油机，比均质充量压縮着火的仍差。因为研究已经表明，HCCI发动机不仅具有较高的热效率，能适用汽油、柴油、液化石油气和天然气等多种燃料，还可以减少甚至达到无颗粒排放，且大大减少了氮化物排放，在某些工况下不用催化剂，也能满足越来越严格的排放法规。[0072] 以柴油、天然气双燃料柴油机为例，因天然气与空气混合气后火焰传播速率最小，不利均质充量压縮着火燃烧，于是HCCI发动机在混合气形成时，有效控制点火时刻，扩大负荷运行范围以及冷启动等方面存在问题。若加燃汽油10将进一步提高均质充量压縮着火燃烧程度，在全面电控的管理下可真正实现均质充量压縮着火燃烧，使HCCI发动机成为几乎不需要净化的内燃机。 总之，从柴油机发展到HCCI发动机，存在着火与燃烧方面的问题，需要加燃汽油10来克服。在实现这个控制目标时，需要不断提高综合控制水平，包括利用微电脑控制技术，综合稀燃技术与分层技术，以及可变压縮比技术，通过组合非常成熟的现代柴油机与汽油机技术，以解决先进的内燃机技术中"预混压燃方式着火与燃烧存在的困难"，最终通过加燃汽油机构14满足人们的追求。使燃油油品更加精良、与混合"点火"燃烧一起，共同控制燃烧的速度和完善程度。可综合解决柴油机动力性能、经济性能、排放性能和运转平稳性中的突出矛盾，实现内燃机节能与环保。 本实用新型具有以下特点一是加燃汽油10可以提高柴油机的综合性能，并满足未来内燃机的发展需要；二是加燃汽油IO可以增加柴油量，改善油品品质与改善燃油结构；三是加燃汽油10通过加油站，具备"油、车、站"三大要素中的必备条件便于推广；四是符合国家清洁汽车行动计划，能够满足日益紧迫的节能环保需要。 本实用新型的最佳实施例已被阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本实用新型的范围。
权利要求柴油机加燃汽油装置，包括由活塞(1)、气缸盖(4)、柴油管(6)、柴油喷油器(5)、进气门(7)、排气门(3)、柴油机进气管(15c)，柴油机排气管(2)构成的柴油机部件，其特征是所述的柴油机部件上至少配装有一套加燃汽油部件，所述的加燃汽油部件与柴油机部件组合为预混压燃内燃机，该加燃汽油部件包括有汽油箱(9)、油箱开关(11)、加燃汽油(10)、汽油管(12)以及加燃汽油机构(14)，所述的加燃汽油机构(14)通过汽油管(12)与汽油箱(9)相连通，所述的加燃汽油机构(14)为机械式加燃汽油机构(14)或电子式加燃汽油机构(14)，所述的加燃汽油机构(14)与柴油喷油器(5)组成统一的燃料管理系统。
2. 根据权利要求1所述的柴油机加燃汽油装置，其特征是所述的机械式加燃汽油机构(14)包括化油器(17)以及操作机构(13)，所述的化油器(17)通过汽油管(12)连通汽油箱(9)，所述的柴油机进气管(15c)的进口端连接有进气管(15a)，所述的化油器(17)的上部管接有空气滤清器(8)，所述的化油器(17)的下部连接有过渡连接管(15b)，并通过过渡连接管(15b)与柴油机进气管(15c)及进气管(15a)相交连通，所述的操作机构(13)的一端与化油器(17)联接为一体，另一端与汽油管(12)的一端相连接。
3. 根据权利要求1所述的柴油机加燃汽油装置，其特征是所述的机械式加燃汽油机构(14)包括化油器(17)以及操作机构(13)，所述的柴油机进气管(15c)的进口端连接有进气管(15a)，所述的化油器(17)单独安装于进气管(15a)上或直接安装到柴油机进气管(15c)上，化油器(17)通过中空进出气道与柴油机进气管(15c)及进气管(15a)对接，所述的化油器(17)通过汽油管(12)连通汽油箱(9)，所述的操作机构(13)的一端与化油器(17)联接为一体，另一端与汽油管(12)的一端相连接。
4. 根据权利要求1所述的柴油机加燃汽油装置，其特征是所述的电子式加燃汽油机构(14)包括汽油喷油器(18)和电控单元(19)，所述的汽油喷油器(18)通过汽油管(12)连通汽油箱(9)，所述的柴油机进气管(15c)或进气管(15a)上连接有过渡连接管(15b)且与柴油机进气管(15c)及进气管(15a)相交连通，所述的过渡连接管(15b)上部连接有空气滤清器(8)，所述的柴油机进气管(15c)的进口端连接有进气管(15a)，所述的汽油喷油器(18)安装于进气管(15a)上。
5. 根据权利要求1所述的柴油机加燃汽油装置，其特征是所述的电子式加燃汽油机构(14)包括汽油喷油器(18)和电控单元(19)，所述的汽油喷油器(18)通过汽油管(12)连通汽油箱(9)，所述的汽油喷油器(18)安装于柴油机进气管(15c)上。
6. 根据权利要求1所述的柴油机加燃汽油装置，其特征是所述的电子式加燃汽油机构(14)包括汽油喷油器(18)和电控单元(19)，所述的汽油喷油器(18)通过汽油管(12)连通汽油箱(9)，所述的汽油喷油器(18)安装于气缸盖(4)上。
7. 根据权利要求2或4所述的柴油机加燃汽油装置，其特征是所述的过渡连接管(15b)上还设置有单向阀(16)或空气翻板。
8. 根据权利要求1至6任一权利要求所述的柴油机加燃汽油装置，其特征是所述的加燃汽油机构(14)至少包含有一条受控的气路通过柴油机进气管(15c)。
专利摘要本实用新型公开了柴油机加燃汽油装置。包括有柴油机部件，柴油机部件上至少配装有一套加燃汽油部件，该加燃汽油部件包括有汽油箱、加燃汽油、汽油管以及加燃汽油机构，加燃汽油机构为机械式或电子式，加燃汽油机构与柴油喷油器组成统一的燃料管理系统，并分别以机械或电子的形式进行管理控制，由加燃汽油机构配合柴油喷油器适时供应所需的加燃汽油来改善柴油的品质。本实用新型在保证柴油机性能的前提下，采取加燃汽油以改善柴油品质，对其混合气的形成与着火、燃烧，以及排放在内的整个循环过程施加有利的影响，可减少柴油消耗、改善燃油结构、满足排放要求，达到一举多得的目的。本实用新型可综合提高柴油机的性能，满足内燃机未来发展的需要。
文档编号F02D19/08GK201461107SQ20092012420
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月6日 优先权日2009年7月6日
发明者赵志贤 申请人:赵志贤