[发明专利]提高发动机效能的方法和与该方法相配的发动机

说明书

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，更具体的是涉及一种能提高发动机效能的方法和与之对应的高效节能发动机。

背景技术

发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，它经历了蒸汽机、外燃机和内燃机三个发展阶段。内燃机的种类十分繁多，常见的汽油机、柴油机是典型的内燃机。但是，由于汽油和柴油的性质不同，因而在发动机的工作原理和结构上都有所不同。

一、汽油机的工作原理是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在进气行程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。以四冲程汽油机为例，是在进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程内完成一个工作循环。

1)进气行程

活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°。在活塞移动过程中，汽缸容积逐渐增大，汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa，汽缸内形成一定的真空度，空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力，汽缸内气体压力小于大气压力0p，即pa＝(0.80～0.90)0p。进入汽缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340～400K。

2)压缩行程

压缩行程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点时，其压力pc可达800～2000kPa，温度达600～750K。

3)做功行程

当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，混合气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力pZ达3000～6000kPa，温度TZ达2200～2800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移，汽缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降，到达b点时，其压力降至300～500kPa，温度降至1200～1500K。在做功行程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180°。

4)排气行程

排气行程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点r点的压力稍高于大气压力，即pr＝(1.05～1.20)p0。排气终点温度Tr＝900～1100K。活塞运动到上止点时，燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出，这部分废气叫残余废气。

二、柴油机的工作原理是和汽油机一样，每个工作循环也是由进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程组成。由于柴油机以柴油作燃料，与汽油相比，柴油自燃温度低、黏度大不易蒸发，因而柴油机采用压缩终点自燃着火，其工作过程及系统结构与汽油机有所不同。

1)进气行程

进入汽缸的工质是纯空气。由于柴油机进气系统阻力较小，进气终点压力pa＝(0.85～0.95)p0，比汽油机高。进气终点温度Ta＝300～340K，比汽油机低。

2)压缩行程

由于压缩的工质是纯空气，因此柴油机的压缩比比汽油机高(一般为ε＝16～22)。压缩终点的压力为3000～5000kPa，压缩终点的温度为750～1000K，大大超过柴油的自燃温度(约520K)。

3)做功行程

当压缩行程接近终了时，在高压油泵作用下，将柴油以10MPa左右的高压通过喷油器喷入汽缸燃烧室中，在很短的时间内与空气混合后立即自行发火燃烧。汽缸内气体的压力急速上升，最高达5000～9000kPa，最高温度达1800～2000K。由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧，故称柴油机为压燃式发动机。

4)排气行程

柴油机的排气与汽油机基本相同，只是排气温度比汽油机低。一般Tr＝700～900K。对于单缸发动机来说，其转速不均匀，发动机工作不平稳，振动大。这是因为四个行程中只有一个行程是做功的，其他三个行程是消耗动力为做功做准备的行程。为了解决这个问题，飞轮必须具有足够大的转动惯量，这样又会导致整个发动机质量和尺寸增加。采用多缸发动机可以弥补上述不足，但是，同时也存在结构复杂，工艺难度大、技术要求高等问题。