本发明属属机械及热力学工程领域，确切的讲公开了一种增设介质注入冲程的绝热4冲程内燃机。

现有的4冲程成熟技术的效率多为：25％-30％效率；30％以上散热；40％以上尾气排热。1个世纪以来，人们一直在改善内燃机效率，水(介质注入)等的各种方案也有数十年的发展历史；如：乳化油技术，绝热技术，进气口加水技术，排气冲程之后的注水法(高压蒸汽)做功技术等。少量的乳化水油对效率的贡献甚少，而加水量的增加将会干扰燃烧，数倍的增加了C-H化合物排放(意味着燃烧的更不充分，对效率的增加是负的贡献)，一定程度上抵消了水蒸气的增加压力的作用，因而后者(增加)独立的高压蒸汽做功(冲程)技术将不会干扰燃烧，是一种有前途的思路，但要获得有商业价值的效率改善还需在热力学循环模式上做进一步的创建。

本发明的特点是一种在独立高压蒸汽冲程思路及绝热的理论基础之上，发展起的更适合于客观热力学过程的4冲程(伴有介质注入的)绝热方案。

本发明的目的是解决目前的绝热方案及高压蒸汽思路放案上的热力学方面的理论及技术缺陷：比如绝热技术一直受限于燃烧室温度始终过热，无法建立可持续的高效循环，绝热方式下，汽缸在吸气冲程无法回到200-300度的初始低温要求，这是个30年来无法解决的问题，效率虽有改善，但功率输出显著下降，无法带来产品产业而言的适用性价比的提高.在近些年来所产生的单一(燃烧之后加水)注水(也有另一种注水方式是将水乳化在油中，目前也正在大量尝试，收效甚微，这与吸气冲成注水方式相近，水参与燃烧过程，过量的水将严影响燃烧，而能起显著热力学效应的水量至少是油的使用量的数倍-10倍；而目前业已进行的相关试验的加水量都未超过油量80％)冲程的思路中，将注水过程与燃烧过程分开，这样原则上加水量将不受限制，如何能保持可持续支持蒸气高温高压的热源供给问题是不充分的(仅主要靠室壁的残热回收及少部分尾气的回收是不足以支持大于2％的净功输出的，不大于8％的增加是无实际意义的)；另外尾气热源40％损耗的有效利用问题及热力学循环理论方面的问题等，仅靠预热水方式是不会有太多的贡献的，这些都需要得以解决，这些尾气热量要至少作为热力学循环的中间媒介加以使用，这样才能制造出符合热力学理论的多循环的高效内燃机。

本发明的技术关键为：技术所涉及的主要部分结构是由(1)气缸、(2)气缸盖、(3)活塞体、(6)火花塞、(7)喷油口、(8)喷介质口、(9)进气门、(10)排气门、(11)绝热层、(12)及(21)热平衡材料构件(燃烧室内的可选结构部分，可有可无部分)、凸轮轴及(喷入)介质回收(可有可无部分)以及冷凝降噪器(可有可无部分)等组成；具体工作过程：按工作流程为：吸气---压缩(末程点火，同时也可以在末程结束前(此时混合气已基本燃烧完毕)开始介质注入气缸内)---(燃气+介质气体混合气+介质继续注入的分压)做功---排气冲程---共4个冲程；介质的注入是通过喷介质口向气缸内注入流体(常温下是流体状态，并可在内燃机的排气口处，进行预热产生高温高压预热介质，回收部分尾气的热能)介质，等效于增加了压缩比，因而配合绝热结构，也能带来需要的燃烧室降温运行，对外界输出更多净功；其技术特征在于一下4个方面：

首先相对于常规4冲程内燃机的工作模式来说，在燃气膨胀做功冲程中增设了介质注入过程；

其次在混合气压缩冲程进行的过程中就开始引燃或压燃混合气体；远在进入膨胀做功冲程之前就已基本充分燃烧。

再其次在气缸、气缸盖及活塞结构的表面即可以保持常规的水冷(强制流动的液体或风冷)循环的以传导为主的散热结构状态的金属结构制造，也可以对燃烧室的周围器件(所暴露的表面部分)进行绝热化处理：即是{也可以将燃烧室周围所涉及的部件(气缸，活塞，气缸盖，气门，火花的部分)用耐高温并隔热良好的(绝热)材料(可以使非金属材料)制造或覆盖如：陶瓷及复合材料}；绝热的处理将使热能保留在混合汽里及燃烧室壁上的材料的浅层之中；因而在燃烧压缩的过程中，将由显著的升温趋势；蓄能显著。

最后在燃烧室内部不阻碍活塞运动的空间内即可以保持原有空间(不增设任何附加的固体器件)，又可以放置热平衡材料构件压力，此物的放置将在一定的程度上影响效率，但能良好的限制气缸内的峰值温度及压力，因而尽量避免采用。

所述的介质注入过程是指介质喷口向气缸内注入流体介质的过程，可以是只在(在介质做功冲程中)持续一段时间；也可以是在压缩冲程中的最后阶段就开始注入部分流体介质(重要原因之一是为了更好的降温，也是由于液体介质汽化膨胀需要一定的缓冲时间，相当于点火提前角的作用)。

所述的流体介质指的是：水及水与其他化学物质的混合物或其他非水基的常温液态化合物

所述的(燃烧室)绝热化处理指的将气缸、气缸盖及活塞表面进行隔热及耐热处理；具体方法可以是：在气缸、气缸盖及活塞表面下加工有隔热层或表面涂敷隔热材料，相应的表面进行耐热及抗磨处理；或者直接由导热差的(绝热良好)非金属的材料制成。

所述的热平衡材料构件指的是：可以是安装在气缸、气缸盖及活塞表面上的隔热(耐热)层之上的直接接触燃烧室高温气体的表面之上的空间中的，使用导热及耐温良好的材料(如金属钨及相应的合金等)，用以缓冲及平衡气缸温度，为介质气化增压增温提供热能源；从能量守恒角度来说；燃烧室的绝热处理将隔绝能量的传导及辐射外流，燃烧室内所增设的导热良好的热容(象电容一样吞吐热量)将起重要作用，他可在循环周期内进行多次吸热即放热，用以缓冲及平衡气缸温度及压力；热平衡材料的放置地点的安排：可以是活塞的顶部及气缸盖附近区域及他不阻碍活塞行程的缸内空间区域；气缸壁的表层材料也可以选择一些起热平衡材料构件作用的易传到热量的材料(即是在燃烧室内不阻碍活塞运动的空间内安装有热平衡材料构件，以限制温度峰值及用于存储缓冲热能)。

其主要技术特征还有4个方面的补充：1首先相对于现有4冲程工作模式来说：在燃气做功冲程中增设了介质注入过程的时间控制，可以在活塞运动到上止点附近时(接近上止点时，喷射提前角)，高压液泵将通过喷介质口向气缸内注入流体介质(液体吸热气化，增压并推动活塞完成主要作功的一个冲程)。2其次在混合气压缩冲程中，在远远超出正常点火提前角(5-7度)的状态下点燃混合气，此时外界将通过活塞对高压燃气做功，能量将以热能的形式存储在混合气中，大部分将在膨胀做功冲程对外界释放出来；3再其次为增进效率，气缸、气缸盖及活塞即可以保持常规的水冷循环的自然的以传导为主的散热状态，也可以对燃烧室的周围器件(所暴露的表面部分)进行绝热化处理(也可以将燃烧室周围所涉及的部件用耐高温并隔热良好的材料(可以使非金属)制作：如气缸，活塞，气缸盖，气门部分)；4最后为更大增进效率，可将燃烧室空间的内表面处理成常规方式(以水冷及风冷冷却方式的均一金属材质的汽缸及缸盖)，也可在(金属)的汽缸及缸盖以及气门部件的(暴露在燃烧室)表面部分覆有隔热及耐热覆层；也可以用废金属材料制作绝热化处理的汽缸及气缸盖；也可在燃烧室不阻碍活塞运动的空间内安装有热平衡材料构件，以限制温度峰值及存储缓冲热能。

所述的介质注入过程是指介质喷口向气缸内注入流体介质的过程，可以是只在(在介质做功冲程中)持续一段时间；也可以是在排气冲程中的最后阶段就开始注入部分流体介质(为了更好的降温，也是由于液体介质汽化膨胀需要一定的时间，相当于点火提前角的作用)。

所述的流体介质指的是：水及水与其他化学物质的混合物或其他非水基的常温液态化合物

所述的(燃烧室)绝热化处理指的将气缸、气缸盖及活塞表面进行隔热及耐热处理；具体方法可以是：在气缸、气缸盖及活塞表面下加工有隔热层或表面涂敷隔热材料，相应的表面进行耐热及抗磨处理；或者直接由导热差的非金属的材料制成。具体方法可以是：在气缸、气缸盖及活塞表面下加工有隔热层或表面涂敷隔热材料，相应的表面进行耐热及抗磨处理。

所述的热平衡材料构件指的是：可以是安装在气缸、气缸盖及活塞表面上的隔热(耐热)层之上的直接接触燃烧室高温气体的表面之上的空间中的，导热及耐温良好的材料(如金属铜，钨及相应的合金等)，用以缓冲及平衡气缸温度，为介质气化增压增温提供能源；从能量守恒角度来说；燃烧室的绝热处理将隔绝能量的传导及辐射外流，燃烧室内所增设的导热良好的热容(象电容一样吞吐热量)将起重要作用，他可在循环周期内进行多次吸热即放热，用以缓冲及平衡气缸温度及压力；热平衡材料的放置地点的安排：可以是活塞的顶部及气缸盖附近区域及他不阻碍活塞行程的缸内空间区域；气缸壁的表层材料也可以选择一些起热平衡材料构件作用的易传到热量的材料。

燃气的燃烧将持续在压缩冲程及膨胀做功冲程中，其能量的累增特点将是：第一；燃烧更充裕(允许持续时间将比传统4冲程方式多出1倍)，尤其加入适量方式的催化介质(在介质注入冲程中也加入催化成分，或者在燃烧室空间中加入催化固体)；第二；由于绝热化处理，向外界直传的热量不会超过总量的5％，到压缩冲程结束时，所积累的热能将是正常4冲程最大热能值的3倍，由于而平衡材料的缓冲作用，混合气温度将限制在3800度以下，70％以上的热能存储在热平衡材料构件中，其增压估算：当温度下降35％-40％获取新的平衡时，将会有等于燃烧室气体1.5-1.8倍的热能值的热量进入注入介质中，以水为例，将使30％-35％等于燃烧室气体质量的水汽化，由于水的分子量是混合气的1.8倍，因而将增压约60％-70％；由于热平衡部件的热缓冲的持续的作用，将带来10％的额外持续作用，折算到2000-2200度的平衡温度，相对于常规4冲程内燃机来说，将至少带来40％以上的压力的持续等效增加。

因而在本设计结构中，为提高效率；相对较高的峰值温度及相对较少质量的热平衡材料的选取，甚至不用额外安装热平衡材料(因为隔热材料本身及一些爆露在燃烧室内的部件：如火花塞头部等)，才能获得更高的效率。

所述的热平衡材料构件的可以被电控化也可以是非电控化指的是：非电控化是指不经过任何供电连接，电控化是指对其进行供电连接，需要时可使其瞬间供电产生高温，可促进汽缸内混合气体的燃烧。

以下结合附图对本技术及结构作进一步说明：

[图1]结构原理示意图逆火式4冲程绝热内燃机

[图2]逆火式4冲程绝热内燃机热力学循环示意图

(1)气缸

(2)气缸盖

(3)活塞体

(4)曲轴

(5)连杆

(6)火花塞

(7)喷油口

(8)喷介质口

(9)进气门

(10)排气门

(11)绝热层

(12)热平衡材料(燃烧室内)

(13)活塞环

(14)介质回收冷凝降噪器

(21)一种表层热平衡材料(燃烧室内)

如[图1]所示：工作过程为：进气门(9)开放、活塞体(3)由上止点运动，再吸进空气的同时，喷油口(7)喷油，当活塞(3)到达下止点时，进气门(9)关闭，进入压缩过程，当压缩还远未到上止点(比如进行到2/3时，此时离上止点还差60度)附近时，火花塞(6)点燃混合气，此时高压高温燃气将产生更大阻力阻碍活塞到向止点运动，外力的功将使能量存储于高压气体中，混合气体的内能不断增加，燃烧的继续也将使温度及压力也不断上升，同时在此过程中，如果(缸内)放置有热平衡材料(12)的话，只需灯丝样的形状即可，它将产生重大作用：尤其是(在缸壁采取绝热方式后)它将吸附并存储一定量的热能，以平衡缸内温度及压力，使之不至于过高，超出材料及期间所能承受的极限，因而一部分燃料所释放出的能量也存储于高温高压混合气及热平衡材料(12)中，(21)表达的是一种表层热平衡材料(燃烧室内)。

当活塞体(3)运动到上止点附近时，此时喷介质口(8)向缸内喷射流体物质(可以使水等，可先在排气口进行预热，回收部分排热)，此时新的热平衡将被建立：尤其是热平衡材料(12)的能量的大量释放，新的混合气体的压力将有显著上升(温度将有所下降)，此过程中，伴随着活塞的向下止点的运动，将对曲轴输出功，接下来的冲程可以是排气过程，排除水汽混合物，温度将低于目前传统4冲程方式的尾气温度的约20-40％。

气门的开关时序可以用常规的凸轮轴结构，也可以是正在发展中的电磁控制阀门系统。

热平衡材料(缸内)(12)的特点需要，有快速的导热能力，为满足这一特点就需要薄片化或环状丝状处理，顺应涡状气流方向的环状排布。

汽缸绝热处理之后，为符合新的热力学平衡，热平衡材料的放置是绝对必要的，(可选择的地点：活塞的顶部及气缸盖附近，不阻碍活塞行程的缸内空间区域)。

加水的总量的控制：应为不大于气体总质量+热平衡材料总质量的20％-40％之间。

如[图2]所示：

为气缸循环的热力学P-V曲线(压力----体积曲线)；循环的闭合曲线为这样的过程，a---b为吸气冲程(此时的压力约等于外界大气压P0)；b--c为压缩冲程的前半程(此时的压力渐渐上升，最后可达3--5倍P0以上，温度升数百度左右)；(c-d为压缩冲程的后半程，是混合气燃烧的开始过程(气油机以火花塞点燃，柴油机则通过压燃方式)，最高温度可达2500度以上，压力可达80-100个大气压)d--g--h为(膨胀)做功冲程，燃烧也继续持续一段时间，该过程为介质注入及混合气膨胀做功冲程(混合气开始增压，液体流质汽化，最大压力P4将是120-160个大气压以上，最高温约1500-1800度)；h-a为排气冲程(回到下一轮循环的开始冲程)。

从p----v循环曲线中可看出：对外的净功输出近似为曲多边梯形bcdgh所围面积。

即：净功＝Sbcdgh

图中：P0为室外大气压，P1为压缩上止点压力，P3为燃气燃烧峰值压力，P4为介质注入峰值压力。

显然大于正常4冲程内燃机的所围面积Sbcde；在耗同样的燃料的情况下对外界输出更多的功，效率有所改善。