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一种超大膨胀比的 活塞式 发动机

阅读：809发布：2020-08-28

专利汇可以提供一种超大膨胀比的活塞式发动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提出一种超大膨胀比(压缩比)的发动机，与现有发动机膨胀比(压缩比)相比提高一倍或更大，如将汽油机可提高到20左右，柴油机可提高到40左右。本发明允许设计任意大膨胀比的发动机，通过控制进气行程中吸入的气体总质量，使所设计的发动机理论压缩比能够适应现有燃烧技术水平，避免发动机产生爆震或最大爆发压力过高的现象。本发明通过设计任意大膨胀比的发动机，极大的降低了燃油消耗率，达到大幅度节能效果。，下面是一种超大膨胀比的活塞式发动机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种提高发动机效率的方法，其特征在于，通过控制活塞式发动机进气行程中吸入的气体总质量，使进气终了时的真空度为p1，单位为bar(1bar＝0.1MPa)，所述p1为：
(1)确定所述发动机的理论压缩比ε，该理论压缩比ε反映了进气压力为1个标准大气压时气体被压缩的程度，此时不会导致爆震或最大爆发压力过大的情况；
(2)设计发动机的膨胀比(即压缩比)εe，可根据节能需求任意选择超大的值；
(3)根据所述的理论压缩比ε和膨胀比εe计算进气终了时的真空度p1，即
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下两种方式中的一种实现：
方式(A)：提前关闭进气门，从而减小吸入的气体总质量，使得进气行程终点时缸内具有所需的真空度p1；
方式(B)：在进气装置中设置一个负压装置，通过该负压装置控制进气终了时的真空度为p1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述负压装置为一个真空调压阀。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述εe大于已知发动机的常规膨胀比(即压缩比)。
优选地，所述εe比已知发动机的常规膨胀比(即压缩比)提高一倍或更多。
优选地，对于汽油为燃料的上述发动机，所述εe大于10。优选所述εe大于等于15。
更优选所述εe大于等于20。
优选地，对于柴油为燃料的上述发动机，所述εe大于20。优选所述εe大于等于30。
更优选所述εe大于等于40。
5.一种提高发动机效率的方法，其通过延迟关闭排气门的时间，控制活塞式发动机进气行程中吸入的气体总质量来提高所述发动机的效率。
优选地，上述方法中，结合二冲程工作模式最佳，因为通过延迟排气门关闭的时间，可以排出一部分吸入的新鲜空气，可以充分排出气缸中的废气，由于所设计的εe比已知发动机的常规膨胀比(即压缩比)提高一倍或更多，可使燃烧仍保持正常状态，一方面可以提高燃烧效率，另外一方面可以提高循环热效率，可以大大提高发动机的性能。
6.一种超大膨胀比的活塞式发动机，其特征在于，在进气装置中设置一个负压装置，通过该负压装置控制进气终了时的真空度为p1，所述其中，ε为发动机的理论压缩比，εe为所述发动机的膨胀比(即压缩比)。
7.根据权利要求6所述的活塞式发动机，其特征在于，所述发动机在不改变现有发动机进排气机构的情况下，在进气装置中设置一个负压装置。
8.根据权利要求6或7所述的活塞式发动机，其特征在于，所述εe大于已知发动机的常规膨胀比(即压缩比)。例如，所述εe比已知发动机的常规膨胀比(即压缩比)提高一倍或更多。
优选地，对于汽油为燃料的上述发动机，所述εe大于10。优选所述εe大于等于15。
更优选所述εe大于等于20。
优选地，对于柴油为燃料的上述发动机，所述εe大于20。优选所述εe大于等于30。
更优选所述εe大于等于40。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的活塞式发动机，其特征在于，所述发动机为一种超大膨胀比的往复活塞式发动机。优选地，所述发动机为超大膨胀比的点燃式和压燃式发动机，亦可为混合动力发动机中的活塞式发动机部分。优选地，所述发动机为超大膨胀比的汽油、柴油、天然气、甲醇、乙醇、生物柴油等燃料的发动机以及混合燃料的发动机。
10.权利要求6至9中任一项所述的活塞式发动机的应用，其特征在于，所述发动机用于各种往复活塞式内燃机。

说明书全文

一种超大膨胀比的活塞式 发动机

技术领域

[0001] 本发明提出一种超大膨胀比(压缩比)的活塞式发动机，可适应现有点燃式和压燃式发动机燃烧技术的水平，对提高发动机热机效率有极大的好处。

背景技术

[0002] 发动机动力输出的过程，其本质上是进入整机的燃料化学能转化为曲轴有效输出功的过程。输出功率的大小取决于化学能转换为有效输出功的功率，通过提高燃料能量转换的总效率可以提高发动机有效输出功率的大小。发动机有效效率共经历三级转换，即存在燃烧效率、循环热效率和机械效率三个转换效率。在发动机实际运行中，燃烧效率都很高，可以假定为100％，对效率提高影响不大。

[0003] 提高循环热效率可提高整机的有效效率，循环热效率随压缩比的增大而上升。提高压缩比的大小可以提升发动机有效输出功率。现有提高发动机压缩比的方法主要有磨削气缸盖、在燃烧室内增加固定物、更换较薄的气缸垫、更换活塞或连杆长度等方法。这些方法均是通过使燃烧室容积变小，从而提高压缩比。点燃式发动机压缩比受到爆燃的限制，压燃式发动机压缩比受到最大爆发压力的限制，这使得发动机压缩比的提高受到限制。

发明内容

[0004] 本发明的目的是：设计一种超大膨胀比的活塞式发动机。通过控制进气行程中吸入的气体总质量，使所设计的发动机理论压缩比能够适应现有燃烧技术水平，避免发动机产生爆震或最大爆发压力过高的现象。本发明通过设计任意大膨胀比的发动机，极大的降低了燃油消耗率，达到大幅度节能效果。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0006] 一种提高发动机效率的方法，其控制活塞式发动机进气行程中吸入的气体总质量，使进气终了时的真空度为p1，单位为bar(1bar＝0.1MPa),所述p1为：

[0007] (1)确定所述发动机的理论压缩比ε，该理论压缩比ε反映了进气压力为1个标准大气压时气体被压缩的程度，此时不会导致爆震或最大爆发压力过大的情况；

[0008] (2)设计发动机的膨胀比(即压缩比)εe，可根据节能需求任意选择超大的值；

[0009] (3)根据所述的理论压缩比ε和膨胀比εe计算进气终了时的真空度p1，即[0010] 根据本发明，通过下述方式(A)实现：提前关闭进气门，从而减小吸入的气体总质量，使得进气行程终点时缸内具有所需的真空度p1。

[0011] 根据本发明，通过下述方式(B)实现：在进气装置中设置一个负压装置，通过该负压装置控制进气终了时的真空度为p1。

[0012] 根据本发明，所述负压装置为一个真空调压阀。

[0013] 根据本发明，所述εe大于已知发动机的常规膨胀比(即压缩比)。例如，所述εe比已知发动机的常规膨胀比(即压缩比)提高一倍或更多。

[0014] 根据本发明，对于汽油为燃料的上述发动机，所述εe大于10。优选所述εe大于等于15。更优选所述εe大于等于20。

[0015] 根据本发明，对于柴油为燃料的上述发动机，所述εe大于20。优选所述εe大于等于30。更优选所述εe大于等于40。

[0016] 本发明还提供如下的技术方案：

[0017] 一种提高发动机效率的方法，其通过延迟关闭排气门的时间，控制活塞式发动机进气行程中吸入的气体总质量来提高所述发动机的效率。

[0018] 根据本发明，上述方法中，结合二冲程工作模式最佳，因为通过延迟排气门关闭的时间，可以排出一部分吸入的新鲜空气，可以充分排出气缸中的废气，由于所设计的εe比已知发动机的常规膨胀比(即压缩比)提高一倍或更多，可使燃烧仍保持正常状态，一方面可以提高燃烧效率，另外一方面可以提高循环热效率，可以大大提高发动机的性能。

[0019] 本发明还提供如下的技术方案：

[0020] 一种超大膨胀比的活塞式发动机，在进气装置中设置一个负压装置，通过该负压装置控制进气终了时的真空度为p1，所述其中，ε为发动机的理论压缩比，εe为所述发动机的膨胀比(即压缩比)。

[0021] 根据本发明，所述发动机在不改变现有发动机进排气机构的情况下，在进气装置中设置一个负压装置。

[0022] 根据本发明，所述εe大于已知发动机的常规膨胀比(即压缩比)。例如，所述εe比已知发动机的常规膨胀比(即压缩比)提高一倍或更多。

[0023] 根据本发明，对于汽油为燃料的上述发动机，所述εe大于10。优选所述εe大于等于15。更优选所述εe大于等于20。

[0024] 根据本发明，对于柴油为燃料的上述发动机，所述εe大于20。优选所述εe大于等于30。更优选所述εe大于等于40。

[0025] 根据本发明，所述发动机为一种超大膨胀比的往复活塞式发动机。优选地，所述发动机为超大膨胀比的点燃式和压燃式发动机，亦可为混合动力发动机中的活塞式发动机部分。

[0026] 根据本发明，所述发动机用于各种往复活塞式内燃机。

[0027] 本发明的有益效果：

[0028] 现有发动机通过提高压缩比的方法来提高发动机性能，通过单纯提高发动机压缩比，受到爆震或最大爆发压力的限制。本发明设计一种超大膨胀比的发动机，通过控制进气行程中吸入的气体总质量，使所设计的理论压缩比仍然可适应现有燃烧技术水平；可设计任意大膨胀比，使发动机热效率得到了极大的利用，达到很好的节能效果。附图说明

[0029] 图1是本发明的超大膨胀比的汽油机工作原理简图

[0030] 1、空气滤清器；2、真空调压阀；3、油箱；4、进气门；5、火花塞；6、排气门；7、化油器；8、气缸；9、活塞

[0031] 图2是本发明的超大膨胀比的汽油机的局部示意图

[0032] 图3是本发明的超大膨胀比的柴油机工作原理简图

[0033] 10、油箱；11、油水分离器；12、输油泵；13、柴油滤清器；14、真空调压阀；15、进气门；16、喷油器；17、排气门；18、气缸；19、活塞

[0034] 图4是本发明的超大膨胀比柴油机的局部示意图

[0035] 图5是等容加热理论循环的热效率ηt随压缩比ε变化的曲线

具体实施方式

[0036] 如上所述，本发明的方法是：对于某种燃烧水平的发动机存在一种理论压缩比ε，反映了进气压力为1个标准大气压时气体被压缩的程度，此时不会导致爆震或最大爆发压力过大的情况。设计发动机的膨胀比即压缩比εe时，根据节能需求任意选择超大的值，再根据现有燃烧水平的发动机的理论压缩比ε和膨胀比εe计算进气终了时的真空度p1，即真空度可通过控制进气行程中吸入的气体总质量来实现。

[0037] 本发明的特点是：该发明设计了超大膨胀比的发动机。通过控制进气行程中吸入的气体总质量，使该发动机的理论压缩比能适应现有发动机燃烧技术水平，即燃烧后对发动机不产生危害，很好的避免了发动机产生爆震或最大爆发压力过高的情况。该发动机膨胀比的提高不再受到限制，大幅度降低了发动机燃油消耗率，这使得高效率的发动机得以开发和使用。

[0038] 运用本发明设计的超大膨胀比的发动机，可以得到极优异的效果。如：1)与现有汽油机相比，设计膨胀比(压缩比)提高一倍的汽油机。利用上文所述的三种降低进气行程中吸入的气体总质量的方法，控制进气行程中吸入的气体总质量，使该发动机的理论压缩比能适应现有汽油机燃烧技术水平。工质在气缸内进行压缩后，压缩终了时的工质状态经燃烧后对发动机没有危害，此时因膨胀比提高了一倍，汽油机燃油消耗率降低25％-30％；2)与现有同类型柴油机相比，膨胀比(压缩比)提高一倍，使用该方法设计的超大膨胀比柴油机，燃油消耗率可降低约15％-20％；3)利用该方法设计的其它燃料超大膨胀比往复活塞式发动机，效率也可得到明显提升。

[0039] 本发明适用于各种往复活塞式内燃机，用于超大膨胀比的汽油、柴油、天然气、甲醇、乙醇、生物柴油等燃料的发动机以及混合燃料的发动机，亦可用于混合动力发动机中的活塞式发动机部分，其效果的提升更是不可估量。

[0040] 下面通过实施例进一步阐述本发明，目的仅在于更好地理解本发明内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。

[0041] 实施例1

[0042] 以单缸二冲程汽油机为例。某单缸二冲程汽油机的理论压缩比为ε＝9，设计一台与之燃烧水平相当的大膨胀比(即压缩比)发动机，建立以下数学模型：

[0043] 设计膨胀比为εe＝20的单缸二冲程汽油机，通过延迟排气门关闭的时间，排出一部分吸入的新鲜空气，同时充分排出气缸中的废气，使燃烧保持正常状态，从图5的等容加热理论循环的热效率ηt随压缩比ε变化曲线可知，当等熵指数κ＝1.20时，理论压缩比ε＝9时对应的热效率为ηt＝35.6％，膨胀比为εe＝20时对应的热效率为ηt＝45％，此时理论节能

[0044] 实施例2

[0045] 以单缸汽油机为例。某单缸汽油机的理论压缩比为ε＝9，设计一台与之燃烧水平相当的大膨胀比(即压缩比)发动机，建立以下数学模型：

[0046] 设计膨胀比为εe＝20的单缸汽油机，进气终了压力通过提前关闭进气门进行控制，为了使燃烧保持正常状态，此时进气终了的真空度控制在

[0047]

[0048] 即可实现。从图5的等容加热理论循环的热效率ηt随压缩比ε变化曲线可知，当等熵指数κ＝1.20时，理论压缩比ε＝9时对应的热效率为ηt＝35.6％，膨胀比为εe＝20时对应的热效率为ηt＝45％，此时理论节能

[0049] 实施例3

[0050] 以单缸柴油机为例。设某增压型柴油机理论压缩比为ε＝35，设计一台与之燃烧水平相当的单缸柴油机(如图3和4所示)，建立以下数学模型：

[0051] 根据本发明设计自然吸气式柴油机，设计膨胀比为εe＝40的单缸柴油机，进气终了压力通过真空调压阀进行控制，为了使燃烧保持正常状态，此时进气终了的真空度控制在

[0052]

[0053] 即可实现。从图5的等容加热理论循环的热效率ηt随压缩比ε变化曲线可知，当等熵指数κ＝1.20时，理论压缩比ε＝17.5时对应的热效率ηt＝44％，膨胀比为εe＝40时对应的热效率为ηt＝52％，此时理论节能

[0054] 当取不同等熵指数值时，达到的节能效果不一样，根据本发明的理论及方法，对不同的节能需求可设计任意超大膨胀比的发动机。

[0055] 实施例4

[0056] 以单缸汽油机为例。某单缸汽油机的理论压缩比为ε＝9，设计一台与之燃烧水平相当的大膨胀比(即压缩比)发动机(如图1和2所示)，建立以下数学模型：

[0057] 设计膨胀比为εe＝20的单缸汽油机，进气终了压力通过真空调压阀进行控制，为了使燃烧保持正常状态，此时进气终了的真空度控制在

[0058]

[0059] 即可实现。从图5的等容加热理论循环的热效率ηt随压缩比ε变化曲线可知，当等熵指数κ＝1.20时，理论压缩比ε＝9时对应的热效率为ηt＝35.6％，膨胀比为εe＝20时对应的热效率为ηt＝45％，此时理论节能

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