一种将柴油发动机改造成汽油发动机的方法

摘要

本发明提供一种将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，包括：步骤一、对柴油机的活塞进行改造，在柴油机的活塞中央开孔，即沿活塞杆方向从活塞头开始铣削孔，一直铣削至活塞杆的远离活塞头的一端附近为止，最终在柴油机的活塞中央形成纵向非贯通孔；步骤二、对柴油机的缸盖进行改造，将柴油机的缸盖上的喷油器孔进行扩孔，扩孔后加工出螺纹以形成为火花塞孔，在火花塞孔中安装火花塞和点火线圈；步骤三、对柴油机的供给系统进行改造，移除原柴油供给系统，加装一套汽油发动机的喷嘴燃料系统。本发明打破了现有技术形态下，柴油机与汽油机不可变通的传统理论。并且将电子控制技术应用于当今排放控制领域，实现了国家对于低排放控制的诉求。

说明书

技术领域

本发明涉及种制造汽油发动机的方法，尤其是，涉及一种改造柴油发动机，以形成汽油发动机的方法。

背景技术

目前，国内、国际上的普遍的认识是柴油机为压燃技术，汽油机是点燃技术，两种产品的应用技术为完全不可替换的。

在国家排放法规日益严格的情况下，现有的不少高排放柴油发动机面临排放达标的制约。现有技术下，许多柴油的低排放控制技术都被国际巨头，如博世、德尔福、大陆等公司掌握，一套国四的高压共轨产品售价远远高于发动机本身的价值，国产柴油机的命运被这些国外技术型公司牢牢的把握着，而低排放永远是中国必经之路。因此，如果国家排放方面的法规升级过快，则中国面临大量柴油机企业关闭的窘境。

而本发明解决了这些柴油机高排放企业的一种出路，将该柴油发动机变更为实际可控制的电子控制式汽油机，进一步的是可以实现双燃料发动机的研发及推广(汽油与LPG、汽油与CNG、汽油与LNG等等)，特别适宜那些老旧机型的国营企业、农用、工程机械用柴油发动机公司产品升级改造，具有极其重要的商业价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，通过本发明的方法，能够将无论发动机缸盖与发动机壳体是一体式还是分体式的柴油发动机均改造成合格的汽油发动机，为国家和企业节约了能源、材料，避免了柴油发动机因不符合减排标准而惨遭报废。

为此，本发明提供了一种将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，包括以下步骤：

步骤一、对柴油机的活塞进行改造，在柴油机的活塞中央开孔，即沿活塞杆方向从活塞头开始铣削孔，一直铣削至活塞杆的远离活塞头的一端附近为止，最终在柴油机的活塞中央形成纵向非贯通孔，其中所述非贯通孔的形状为U型或直口碗型；

步骤二、对柴油机的缸盖进行改造，将柴油机的缸盖上的喷油器孔进行扩孔，扩孔后加工出螺纹以形成为火花塞孔，在火花塞孔中安装火花塞和点火线圈；

步骤三、对柴油机的供给系统进行改造，移除原柴油供给系统，加装一套汽油发动机的喷嘴燃料系统；

其中，所述柴油机的活塞中央形成的非贯通孔的容积满足以下条件：最终非贯通孔的容积和原柴油机的燃烧室容积之和为改造出的汽油发动机的燃烧室容积，原柴油机的气缸总容积与改造出的汽油发动机的燃烧室容积之比应当满足汽油发动机的压缩比范围。

优选的是，所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法中，所述非贯通孔的底部中间有一向上凸起的圆锥台。

优选的是，所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法中，所述汽油发动机的喷嘴燃料系统中包含汽油喷嘴。

优选的是，所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法中，还包括以下步骤：

步骤四、在柴油机中单独加装一套电喷的汽油点火系统，所述电喷的汽油点火系统中包括带有车载自动诊断系统OBD功能的汽车专用单片机ECU。

优选的是，所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法中，所述电喷的汽油点火系统安装在原柴油机缸盖内，并且所述步骤三中的移除原柴油供给系统中包括移除原柴油机的柴油高压燃油泵。

根据本发明的另一方案，还提供了一种将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，包括以下步骤：

步骤一、对柴油机的活塞进行改造，在柴油机的活塞中央开孔，即沿活塞杆方向从活塞头开始钻孔，一直钻至活塞杆的远离活塞头的一端附近为止，最终在柴油机的活塞中央形成纵向非贯通孔；

步骤二、对柴油机的缸盖进行改造，在柴油机的缸盖钻孔，在非整体式柴油机中的缸盖钻孔中嵌入具有螺纹的铜套，以形成为火花塞孔，在火花塞孔中安装火花塞和点火线圈；

步骤三、对柴油机的供给系统进行改造，移除原柴油供给系统，加装一套汽油发动机的喷嘴燃料系统；

其中，所述柴油机的活塞中央形成的非贯通孔的容积满足以下条件：最终非贯通孔的容积和原柴油机的燃烧室容积之和为改造出的汽油发动机的燃烧室容积，原柴油机的气缸总容积与改造出的汽油发动机的燃烧室容积之比应当满足汽油发动机的压缩比范围。

优选的是，所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法中，所述非贯通孔的底部中间有一向上凸起的圆锥台。

优选的是，所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法中，所述汽油发动机的喷嘴燃料系统中包含汽油喷嘴。

优选的是，所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法中，还包括以下步骤：

步骤四、在柴油机中单独加装一套电喷的汽油点火系统，所述电喷的汽油点火系统中包括带有车载自动诊断系统OBD功能的汽车专用单片机ECU。

根据本发明的又一方案，提供一种将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，包括以下步骤：

步骤一、对柴油机的活塞进行改造，在柴油机的活塞中央开孔，即沿活塞杆方向从活塞头开始钻孔，一直钻至活塞杆的远离活塞头的一端附近为止，最终在柴油机的活塞中央形成纵向非贯通孔；

步骤二、对柴油机的缸盖进行改造，在柴油机的缸盖上钻孔，在整体式柴油机中的缸盖钻孔，并在钻孔中攻螺纹，以形成为火花塞孔，在火花塞孔中安装火花塞和点火线圈；

步骤三、对柴油机的供给系统进行改造，移除原柴油供给系统，加装一套汽油发动机的喷嘴燃料系统；

其中，所述柴油机的活塞中央形成的非贯通孔的容积满足以下条件：最终非贯通孔的容积和原柴油机的燃烧室容积之和为改造出的汽油发动机的燃烧室容积，原柴油机的气缸总容积与改造出的汽油发动机的燃烧室容积之比应当满足汽油发动机的压缩比范围。

本发明打破了现有技术形态下，柴油机与汽油机不可变通的传统理论。并且将电子控制技术应用于当今排放控制领域，实现了国家对于低排放控制的诉求，符合国家的环保政策。

现有技术下的低排放技术，柴油机为了提高排放控制水平，只有向国外排放控制专家公司采购燃料控制系统，譬如是：博世、德尔福等公司采购。严重加大了中国企业的依赖性和经济负担，企业的产销量将严重受到影响，大量的外汇流入了海外。

以叉车行业的490柴油机为例：一台柴油机销售给叉车主机厂的价格是6800RMB左右，而一套国四方案的柴油排放控制技术的产品售价在20000RMB以上，基本是柴油机本体的3倍，严重的影响低排放柴油机的销售，这样最终导致了民族柴油机企业的没落。

而柴油机改汽油机的技术花费在柴油机企业来说花费不大，总体增加成本依据排放要求而定。如果是实现柴油改汽油机，国二排放要求，对他们来说，增加成本在3000RMB左右。

因此，与现有技术相比的优点如下：

1、符合国家的节能减排政策，降低碳颗粒物的排放，对环保有利。

2、与其他柴油控制技术相比较，汽油电喷的花费不高和技术简单可行。

3、动力大：采用柴油机改造技术而成的汽油机发动机，动力和扭矩秉承了柴油机的特性，发动机改造后动力性不低于同型的柴油机，更适合需求大动力的用户。

4、寿命长：有利于改善发动机的润滑状况。因燃烧时极少积碳，润滑状态好可延长发动机的使用寿命一倍以上，同时也使机油的使用时间延长，降低发动机的维护费用。

5、噪音低：由于压缩比降低，不易发生爆震现象，能明显降低柴油发动机的噪声。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施方式的在非整体式柴油机中的缸盖钻孔中嵌入具有螺纹的铜套的结构的示意图；

图2为原柴油机活塞的剖视图；

图3为根据本发明的一种实施方式的柴油机活塞改造后形成的的汽油机活塞的剖视图；

图4为一种柴油叉车发动机的侧面图；

图5为图4所示的柴油叉车发动机改造后的汽油叉车发动机的侧面图，显示了发动机本体的改型设计部分。

图6为图4所示的柴油叉车发动机改造后的汽油叉车发动机的侧面图，显示了发动机电子控制系统的组成部分(以四缸机举例)。

图中编号说明：

气缸盖体1，火花塞孔2，柴油高压喷嘴3，柴油高压燃油泵4，柴油机(改造后的汽油机)5，原柴油活塞6，柴油气缸盖7，柴油高压燃油泵堵头8，汽油电喷系统(预混合方式)9，汽油机气缸盖10，汽油机活塞11，发动机电脑12，电子油门13(将拉索控制变更为CAN总线布置的信号源)，发动机线束14，汽油点火用火花塞15，另一个电子油门(控制发动机转速和气门开度)16，水温感应塞17，转速传感器18，信号盘19，高压线20。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了一种将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，包括以下步骤：

步骤一、对柴油机的活塞进行改造，在柴油机的活塞中央开孔，即沿活塞杆方向从活塞头开始铣削孔，一直铣削至活塞杆的远离活塞头的一端附近为止，最终在柴油机的活塞中央形成纵向非贯通孔，其中所述非贯通孔的形状为U型或直口碗型；

步骤二、对柴油机的缸盖进行改造，将柴油机的缸盖上的喷油器孔进行扩孔，扩孔后加工出螺纹以形成为火花塞孔，在火花塞孔中安装火花塞和点火线圈；

步骤三、对柴油机的供给系统进行改造，移除原柴油供给系统，加装一套汽油发动机的喷嘴燃料系统；

其中，所述柴油机的活塞中央形成的非贯通孔的容积满足以下条件：最终非贯通孔的容积和原柴油机的燃烧室容积之和为改造出的汽油发动机的燃烧室容积，原柴油机的气缸总容积与改造出的汽油发动机的燃烧室容积之比应当满足汽油发动机的压缩比范围，即已知原柴油机参数：

缸径D  活塞行程l  压缩比ε

1.原柴油机，活塞到下止点时，单个气缸燃烧室容积为V₁

活塞到上止点时，单个气缸燃烧室容积为V₂

$>\frac{V_1}{V_2}=ϵ$>

$>V_1-V_2=\frac{\pi D^{2}l}{4}$>

则$>V_2=\frac{\pi D^{2}l}{4(ϵ-1)}$>

2.活塞改型后，新压缩比为ε’(压缩比变小)

活塞到下止点时，单个气缸燃烧室容积为V₁’

活塞到下止点时，单个气缸燃烧室容积为V₂’

$>\frac{V_1^{\prime }}{V_2^{\prime }}={ϵ}^{\prime }$>

$>V_1^{\prime }-V_2^{\prime }=\frac{\pi D^{2}l}{4}$>

则$>V_2^{\prime }=\frac{\pi D^{2}l}{4({ϵ}^{\prime }-1)}$>

则活塞燃烧坑容积变化为：

$>\mathrm{\Delta V}=V_2^{\prime }-V_2=\frac{\pi D^{2}l}{4}(\frac{1}{{ϵ}^{\prime }-1}-\frac{1}{ϵ-1})$>

3.测量原柴油机活塞燃烧坑容积为V₀

则新活塞燃烧坑体积应为：V₀’＝V₀+ΔV。

如图4所示，图4为一种柴油叉车发动机的侧面图。在图4中，柴油机5的柴油活塞6的活塞顶部下凹，可以是ω型、浅盆型、球型或u型，柴油气缸盖7设置在气缸本体的上方，柴油高压喷嘴3设置在柴油气缸盖7上。而柴油高压燃油泵4设置在气缸体内，是柴油供给系统的重要组成部分。

如图5所示，图5为图4所示的柴油叉车发动机改造后的汽油叉车发动机的侧面图，显示了发动机本体的改型设计部分。在图5中，柴油机(改造后的汽油机)5的汽缸盖中安装有汽油电喷系统(预混合方式)9，也就是电喷的汽油点火系统，改造出的汽油机气缸盖10设置在气缸本体的上方，汽油机气缸盖10上去油嘴变更为火花塞孔，汽油机活塞11是在原柴油机活塞6的基础上改造的，具体而言就是将原柴油机活塞顶部加大下凹深度，将原来柴油机的ω型、浅盆型、球型等均变更为直口碗型或者U型。柴油高压燃油泵堵头8替代了原柴油高压泵。

如图6所示，图6为图4所示的柴油叉车发动机改造后的汽油叉车发动机的侧面图，显示了发动机电子控制系统的组成部分(以四缸机举例)。图6中的发动机电脑12用于控制发动机的电子系统，并且与电子油门13相连，电子油门13将拉索控制变更为CAN总线布置的信号源。发动机线束14将各个部件连接起来。汽油点火用火花塞15设置在气缸盖上。另一个电子油门(控制发动机转速和气门开度)16用于控制发动机转速和气门开度；水温感应塞17用于进行测量。电子控制系统中还包括转速传感器18、信号盘19和高压线20。

所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，所述非贯通孔的底部中间有一向上凸起的圆锥台。

所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，所述汽油发动机的喷嘴燃料系统中包含汽油喷嘴。

所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，还包括以下步骤：

步骤四、在柴油机中单独加装一套电喷的汽油点火系统，所述电喷的汽油点火系统中包括带有车载自动诊断系统OBD功能的汽车专用单片机ECU。

所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，所述电喷的汽油点火系统安装在原柴油机缸盖内，并且所述步骤三中的移除原柴油供给系统中包括移除原柴油机的柴油高压燃油泵。

在另一种情况下，提供一种将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，包括以下步骤：

步骤一、对柴油机的活塞进行改造，在柴油机的活塞中央开孔，即沿活塞杆方向从活塞头开始钻孔，一直钻至活塞杆的远离活塞头的一端附近为止，最终在柴油机的活塞中央形成纵向非贯通孔；

步骤二、对柴油机的缸盖进行改造，在柴油机的缸盖钻孔，在非整体式柴油机中的缸盖钻孔中嵌入具有螺纹的铜套，以形成为火花塞孔，在火花塞孔中安装火花塞和点火线圈；如图1所示，气缸盖体1上加装了火花塞孔2。

步骤三、对柴油机的供给系统进行改造，移除原柴油供给系统，加装一套汽油发动机的喷嘴燃料系统；

其中，所述柴油机的活塞中央形成的非贯通孔的容积满足以下条件：最终非贯通孔的容积和原柴油机的燃烧室容积之和为改造出的汽油发动机的燃烧室容积，原柴油机的气缸总容积与改造出的汽油发动机的燃烧室容积之比应当满足汽油发动机的压缩比范围。

对柴油机活塞的改造如图2和图3所示，图2为原柴油机活塞的剖视图；图3为根据本发明的一种实施方式的柴油机活塞改造后形成的的汽油机活塞的剖视图。

所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，所述非贯通孔的底部中间有一向上凸起的圆锥台。

所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，所述汽油发动机的喷嘴燃料系统中包含汽油喷嘴。

所述的将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，还包括以下步骤：

步骤四、在柴油机中单独加装一套电喷的汽油点火系统，所述电喷的汽油点火系统中包括带有车载自动诊断系统OBD功能的汽车专用单片机ECU。

在另一种情况下，还提供一种将柴油发动机改造成汽油发动机的方法，其中，包括以下步骤：

步骤一、对柴油机的活塞进行改造，在柴油机的活塞中央开孔，即沿活塞杆方向从活塞头开始钻孔，一直钻至活塞杆的远离活塞头的一端附近为止，最终在柴油机的活塞中央形成纵向非贯通孔；

步骤二、对柴油机的缸盖进行改造，在柴油机的缸盖上钻孔，在整体式柴油机中的缸盖钻孔，并在钻孔中攻螺纹，以形成为火花塞孔，在火花塞孔中安装火花塞和点火线圈；

步骤三、对柴油机的供给系统进行改造，移除原柴油供给系统，加装一套汽油发动机的喷嘴燃料系统；

其中，所述柴油机的活塞中央形成的非贯通孔的容积满足以下条件：最终非贯通孔的容积和原柴油机的燃烧室容积之和为改造出的汽油发动机的燃烧室容积，原柴油机的气缸总容积与改造出的汽油发动机的燃烧室容积之比应当满足汽油发动机的压缩比范围。

本发明是对有结构的全新设计产品：

a、产品的结构

由3大部分组成：机体改造部分；汽油共轨系统；电控及点火系统。彻底将高压缩比的柴油机更改为可以由先进电子元器件、传感器、ECU发动机电脑组成的汽油发动机，工作机理由压燃变更为了点燃。

发明点在于：首先，将柴油发动机本体做修改，将火花塞取代安装在原柴油喷嘴位置，并更改活塞、降低压缩比，更加适宜汽油工作；然后，加装一套电喷的汽油燃料系统；最后，需要一套电控ECU的点火及控制策略系统。这样，一台柴油机就变更为了一台先进的电喷汽油机。

b、设计原理

设计的原理是依据汽油机的要求将柴油机的产品构造依次逐一改进，点火系统采用先进的电器元件实现。燃气机与柴油机之间有许多相同点决定了这种改造是有一定基础的：

基本构造及主要部件的作用相同；

每个工作循环都是四个冲程，都是靠做功冲程对外做功其它3个依靠惯性完成；

每个冲程中，活塞往复2次，飞轮转动2周，做功1次，等等。

而不同之处为：首先，两者的构造不同，柴油机缸盖有喷油嘴，汽油机缸盖装有火花塞；

两者的活塞燃烧室截然不同；

两者的燃料不同，柴油机使用柴油，汽油机使用汽油；

燃料注入不同，汽油机是采用预混合形式，从进气歧管中吸入汽油与空气的混合物；而柴油机则是直接喷射的方式进入发动机本体，进气歧管吸入的只是空气；

工作机理不同，柴油机是压燃的，汽油机是点燃的。

因此，针对柴油机的结构原理按照汽油发动机的需求进行重塑，这就是柴油改汽方案的实施原理，总体方案详见图4、图5。电控系统的控制系统见图6。

具体实施设计改型的方案和工艺步骤如下：

柴油机改造为电喷燃气机，它的具体结构方案的设计改动包括改型设计原柴油缸盖为汽油机缸盖(参见图四)、变动柴油活塞(缸盖底面是平的，活塞顶部下凹(ω型、浅盆型、球型、u型))为燃气活塞(u型或者直口碗型，参见图五)；同时增加汽油供给系统、ECU电控系统、火花塞、高压线、点火线圈等。

1、只体实施如下：移除原柴油机活塞，变更为汽油机活塞，目的是降低压缩比，更加适宜汽油工作。柴油的压缩比是16～24，但汽油一般只有7～10，所以压缩比必须下降。但柴油机的燃烧室与汽油极大不同，为了实现燃烧室体积增大的目的，只有在原柴油活塞的基础上挖削成为直口碗型或者U型。汽油活塞的设计匹配原则是：实现更快和更充分的燃烧、缩短火焰传播距离以降低爆震倾向。

压缩比的设计是所有硬体设计中最为重要的，一般的方案是依据汽油的标号不同：90号、93号、97号的不同，初步设计一个基准的压缩比，然后围绕基准值设计多组甚至十几组压缩比方案，依次在发动机测功机上检验，同种条件下，没有爆震现场产生，最高动力、最低排温的压缩比确定为裸机的最后配置。

移除原柴油机缸盖，变更安装有火花塞的汽油缸盖，火花塞一般装在原柴油喷嘴位置，目的是可以电子点火。一般做法是利用原柴油缸盖，将原喷油器孔通过扩孔、加工螺纹改为火花塞孔，安装火花塞及点火线圈；如果喷油器嘴不是一体式结构的，需要设计在缸盖上镶铜套结构，安装汽油火花塞，这样就变更为点燃式构造。如果是一体式的就直接加工安装螺纹。

移除原柴油供给系统的同时加装一套汽油喷轨燃料系统，包括用于精确调整燃料的一组汽油喷嘴。

单独加装一套电喷的汽油点火系统，包括带有OBD功能的ECU，用于发动机的机内汽油喷射量的控制和控制尾气排放。

最后，针对性的做好各项发动机台架整机性能的ECU电脑标定，程序步奏如下：

启动性能标定、怠速和最高空车转速标定、估计值标定(进气温度、气缸盖温度及排气背压等)、充气效率表标定(所有工况点充气效率)、外特性曲线标定、经济性标定(混合气浓度和点火提前角)、燃料控制开环表标定、调速标定、瞬态标定、排放标定(混合气浓度和点火提前角)、故障标定。完成了相关整车试验后，最终才能将产品市场化。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。