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【个人发明】节油内燃机

发布时间:2018-01-19 来源:中国汽车工程学会 类型:原创

一  项目介绍  

1. 技术领域       内燃机动力

2. 主要内容      节油内燃机

    本发明的节油内燃机是在辅助活塞式可调压缩比汽油机基础上,通过辅助曲轴被曲轴带动让辅助活塞全程与作功的活塞配合运转,可在活塞下行45度曲轴转角时,便可让快速下行的辅助活塞挤没小汽缸燃烧室的容积,把原来在燃烧室膨胀的那部分作功燃气压进汽缸膨胀作功,从而提高了作功过程中的燃气压力,使发动机效率大幅度提高。节油内燃机包括辅助曲轴式和凸轮弹簧式两种机型,可制成四行程和二行程内燃机。

辅助曲轴式节油汽油机

    在辅助曲轴式节油汽油机中,由辅助曲轴经连杆带动辅助活塞,辅助活塞的直经相当于活塞的1/2,行程与活塞基本相同,曲轴与被带动的辅助曲轴转速相同。这种节油内燃机在结构上较为简单,但在排气过程中为挤走小汽缸中的废气,还要设置相应的供气及阀门机构。

    在活塞行到上止点完成压缩过程后,参看图1,被带动的辅助活塞己离开其上位置、在下行到85度辅助曲轴转角时形成燃烧所需的燃烧室容积和相应的基本压缩比。在活塞下行15度曲轴转角,让小汽缸与汽缸内的总容积开始膨胀后,这时火花塞便可以点火燃烧。

              

                     图1                                                        图2

    在作功过程开始后,由辅助曲轴带动的辅助活塞继续下行,迅速把小汽缸燃烧室内的作功燃气压进汽缸参与作功。在汽缸内的活塞作功下行45度曲轴转角时,下行的辅助活塞已基本消除了小汽缸燃烧室容积,参看图2,让原来在燃烧室膨胀的作功燃气被压进汽缸膨胀作功,使作功压力增大动力输出增加,让内燃机效率大幅度提高。

    因作功过程中在活塞下行45度曲轴转角后,因基本消除了燃烧室容积损失,汽缸内的燃气在较小的容积内膨胀, 其压力从原来的26 bar提高到38 bar (根据理想气体在定温过程中压力与比容成反比的公式P2/P1 = V1/V2进行计算) 。在汽缸直径为10cm时,在减去辅助活塞所消耗的1 / 4压力损失后,活塞多得到了约196kg的压力(未计摩擦损失),让输出动力大幅度提高。在活塞作功下行80度曲轴转角时,汽缸内的燃气压力比原来的13 bar提高了3 bar,让活塞多得到了约235kg的压力,而这一刻因辅助活塞下行至最下部不消耗压缩功的死点位置,活塞多得到的压力便能全部变成动力向外输出, 辅助活塞上行时也相应的对外作功。

凸轮弹簧式节油柴油机

              

                                                                    图3

    这种节油柴油机在作功过程开始后,转离的凸轮可让回涨弹簧快速回涨带动辅助活塞压进小汽缸燃烧室,把留在燃烧室内的作功燃气在作功过程开始后迅速压进汽缸,让作功燃气在汽缸内膨胀作功,从而增加了发动机的输出动力,进一步提高了内燃机效率。

    在凸轮弹簧式节油内燃机中,因双侧滚轮与辅助活塞相互反向移动,也抵消了两部件急速移动停止时的震动力,但对凸轮.滚轮和回涨弹簧的强度要求很高。因受回涨弹簧反映速度限制,这种凸轮弹簧式节油内燃机应适合中低转速,可制成较大功率发动机,在结构难度上比辅助曲轴式节油内燃机复杂。

    由于节油内燃机的基本压缩比并未增加,并未增大最高燃烧压力。 在最高燃烧压力并未增大时让发动机效率大幅度提高,反映在图3的示功图上就是让示功图形更加丰满,被辅助活塞所支撑出的面积 Vz 就是内燃机多得到的动力。        

论文示功图

                                             图4

3. 技术经济指标

    根据对节油内燃机的效率计算及预测,无论制成汽油机还是柴油机,都能让有效效率从原来汽油机的33%和柴油机的43%提高到45%至50%。通过在作功过程开始后迅速消除燃烧室容积的方式来提高效率,为大幅度降低内燃机油耗又找到了一条新途径。因制成的汽油机效率更高,排气污染也较小,除用于小汽车以外,还可代替柴油机在公交车和卡车中进一步推广应用。

4. 促进行业技术进步

     结合实际内燃机及经理论计算,本发明节油内燃机的有效效率可从一般汽油机的35%.柴油机的43%都能提高到47%至50%,为提高内燃机效率又找到了新途径。

     实际中,所制成的本发明汽油机因活塞连杆机构更为轻便、传动效率也更高,使这种新型节油汽油机的效率提高幅度也最大,因汽油机能实现很好的燃油空气混合,可明显减少排气中PM颗粒排放,有利于减少雾霾天气的形成,用这种新型汽油机替代普通柴油机会发挥岀更大的节能减排作用。

     这种新型节油内燃机的有效效率己经接近燃料电池,可用于汽车 卡车  动力源和船舶等领域,产品和技术面向全球市场,大范围推广应用,能大幅度降低内燃机的燃油消耗。

     内燃机作为广泛使用的动力装置消耗了大量石油资源,而气候变暖要求人类应全面减少二氧化碳的排放,推广应用节油内燃机具有重要的社会意义和现实的迫切性。

5. 应用推广情况

    项目需研发资金和应用推广。

二 项目创新点

    粗看本发明的新型节油内燃机,好象与国内外的辅助活塞可调压缩比汽油机相同,其实两者是完全不同的。

    可调压缩比汽油机中只是让压缩比在8: 1和14: 1之间变动,只是在较小的小汽缸容积范围内调节,不能在作功过程开始后迅速大幅度减小燃烧室容积,同时小汽缸燃烧室也增加了一定的散热面积,实测中发动机效率提高的并不多,控制机构也较复杂。

    本发明的新型节油内燃机追求的是,通过让辅助活塞与作功活塞的全程配合运转,在活塞下行45度曲轴转角时,因基本消除了汽缸的燃烧室容积,让作功燃气在容积变小的汽缸内膨胀,使燃气具有了更大的作功压力,并在活塞最有利的作功角度下推动活塞作功,让发动机输出的动力大幅度提高。这一点连压缩比在22 : 1的柴油机也作不到,这时的柴油机在活塞下行45度曲轴转角时,仍存在一定的燃烧室容积。

    在柴油机压缩比为22 : 1时,为应付最大爆发力而增大的摩擦力基本抵消了所提高的效率。

    在本发明的新型节油内燃机中,因在活塞下行45度曲轴转角时基本消除了汽缸的燃烧室容积,原来作为提高效率的主要参数压缩比将不再起作用,而主要看哪个具体机型的传动机构摩擦力最小才能效率最高。显然,由于汽油机压缩比较低,其活塞连杆的摩擦力也会最小,实际中所制成的节油汽油机效率也会略高于节油柴油机。

 

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