專利名稱：定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，是一種將燃燒室與氣缸分隔，在燃燒室內(nèi)部噴水冷卻，依靠蒸汽和燃燒熱氣構(gòu)成的復(fù)合工質(zhì)推動(dòng)活塞做功的定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
雖然內(nèi)燃機(jī)是當(dāng)今世界上熱效率最高熱機(jī)，但其指示熱效率也僅為0.2-0.5，扣除機(jī)械損失等，有效熱效率只有0.15-0.46(周龍保主編，《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》第2版)。仍然不令人滿意。內(nèi)燃機(jī)氣缸中燃料燃燒所產(chǎn)生的大部分熱能被冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)損失了，如何將這兩部分損失的熱能有效的利用起來(lái)，一直是內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)和制造者夢(mèng)寐以求的目標(biāo)。
另一方面，現(xiàn)在世界各國(guó)都對(duì)內(nèi)燃機(jī)排污控制采用越來(lái)越嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)也將在2010年與國(guó)際排放標(biāo)準(zhǔn)接軌，這就在客觀上要求不僅要提高內(nèi)燃機(jī)熱效率，同時(shí)還要最大限度地減少污染物排放，這對(duì)內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)和制造是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。本發(fā)明就是在內(nèi)燃機(jī)的氣缸—活塞—曲軸連桿機(jī)構(gòu)基本不變的情況下，對(duì)現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的燃燒方式和冷卻方式進(jìn)行改進(jìn)，在提高有效熱效率的同時(shí)又能最大限度的減少排污。
分析現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)污染排放高的主要原因是燃料燃燒不充分，CO、HC和大部分PM(微粒)都是燃燒不充分的產(chǎn)物。而內(nèi)燃機(jī)燃燒不充分的原因又在于其燃燒室與氣缸是完全相通的，燃燒過(guò)程是膨脹燃燒過(guò)程，部分燃燒過(guò)程發(fā)生在氣缸中，而不局限于燃燒室。燃料在燃燒室被點(diǎn)(壓)燃后，立即就隨急劇膨脹的氣體推動(dòng)活塞，進(jìn)入氣缸中燃燒，在燃燒尚未充分完成時(shí)就被排出氣缸外。這種膨脹燃燒過(guò)程就決定了現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)不可能達(dá)到充分燃燒，污染排放得不到有效的控制。因此，為了控制內(nèi)燃機(jī)的污染排放，采用一種能使燃料充分燃燒的方法，既可控制污染又可節(jié)約燃料。
另一方面，現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的熱效率不能令人滿意的主要原因是冷卻系統(tǒng)和排氣將大部分的熱能損失了。為了能有更好的熱效率，必須改進(jìn)現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)，同時(shí)盡量降低排放氣體的溫度和壓力。
現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)由于燃燒室與氣缸直接相通的，點(diǎn)火燃燒時(shí)活塞位于上止點(diǎn)附近，燃燒的同時(shí)工質(zhì)就膨脹推動(dòng)活塞下。這樣的燃燒過(guò)程不是定容燃燒，而且燃燒時(shí)間不超過(guò)40°(CA)，燃燒時(shí)間短導(dǎo)致后燃期內(nèi)有近10％的燃料沒(méi)有得到充分燃燒。這部分未充分燃燒的燃料生成的不完全燃燒產(chǎn)物是導(dǎo)致CO、HC和微粒(PM)污染排放的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種既能提高內(nèi)燃機(jī)有效熱效率又能最大限度地減少排污的定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)然機(jī)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)，包括內(nèi)燃機(jī)，其特征在于燃燒方式為定容燃燒和冷卻方式采用在燃燒室內(nèi)部噴水冷卻，其燃燒室上、下分別設(shè)有噴水嘴和放氣機(jī)構(gòu)(或斜桿式放氣門)，通過(guò)燃燒室與氣缸室之間增設(shè)的放氣機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)燃燒室與氣缸的隔離和連通，燃燒室與氣缸隔離時(shí)，燃料在燃燒室可以實(shí)現(xiàn)定容燃燒過(guò)程，且有充足的燃燒時(shí)間，極大地降低內(nèi)燃機(jī)不完全燃燒而造成的污染排放；在燃燒室內(nèi)噴水冷卻不僅將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)被冷卻系統(tǒng)帶走的大部分熱能轉(zhuǎn)換成可做功的高壓超臨界水蒸氣，而且部分水可在高溫下離解，又在低溫化合放熱，這就可以在提高內(nèi)燃機(jī)出熱效率的同時(shí)又降低燃料消耗。其工作方法是活塞位于下止時(shí)，放氣門開(kāi)始關(guān)閉，進(jìn)氣門和排氣門打開(kāi)，壓縮空氣從進(jìn)氣門充入燃燒室，同時(shí)燃燒室內(nèi)殘留氣體隨氣缸腔內(nèi)乏氣從排氣門排出，活塞從下止點(diǎn)向上移動(dòng)至1/8行程時(shí)，放氣門關(guān)閉，活塞繼續(xù)向上移動(dòng)至1/4行程時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉，燃燒室充氣完成，排氣門繼續(xù)排氣，活塞上行從1/4至1/2行程時(shí)，噴水嘴先噴水，隨即噴油嘴噴油，火花塞點(diǎn)火，燃料開(kāi)始燃燒，排氣門繼續(xù)開(kāi)放，活塞繼續(xù)向上，活塞上行從1/2至7/8行程，燃料室內(nèi)燃料繼續(xù)燃燒，排氣門關(guān)閉，氣缸停止排氣，準(zhǔn)備接受燃燒內(nèi)的氣體進(jìn)入氣缸做功，噴水嘴噴水，燃燒室內(nèi)溫度降低，高壓的蒸汽與燃燒氣復(fù)合工質(zhì)形成，活塞從7/8至上止點(diǎn)，放氣門8打開(kāi)，高壓低溫復(fù)合工質(zhì)急劇膨脹，推動(dòng)活塞向下做功，活塞從上止點(diǎn)下行至下止點(diǎn)時(shí)，排氣門、進(jìn)氣門打開(kāi)，放氣門開(kāi)始關(guān)閉，重復(fù)新一輪循環(huán)。這種新的內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)只進(jìn)行膨脹沖程和排氣沖程，在排氣沖程的同時(shí)燃燒室內(nèi)完成充氣、燃燒和噴水冷卻，因此比現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的熱效率更高而污染排放更低。
實(shí)現(xiàn)定容燃燒是將傳統(tǒng)的燃燒室與氣缸分隔開(kāi)，使燃燒室與氣缸獨(dú)立成兩個(gè)不同的工作區(qū)域。隔離的燃燒室成為與傳統(tǒng)蒸汽機(jī)的相似的專門燃燒和加熱工質(zhì)的“內(nèi)燃式鍋爐”，氣缸僅僅是工質(zhì)做工的場(chǎng)所，不再是燃料燃燒的場(chǎng)所，如果不考慮燃燒室的密閉性能，燃料在隔離的燃燒室內(nèi)的燃燒就是一個(gè)定容燃燒過(guò)程，而且燃燒時(shí)間充分，可以保證燃料的充分燃燒。這就在提高燃料燃燒率的同時(shí)，又減少了CO、HC和碳質(zhì)PM的排放，在控制合適的空氣與燃料比例的技術(shù)(如電控直噴技術(shù)和增壓技術(shù))的支持下，結(jié)合本發(fā)明中的燃燒室內(nèi)噴水冷卻方法，就可以最大限度的減少充入燃燒室的富余O2含量，將燃燒時(shí)的溫度控制在1800K以下，從而減少NOx的生成和排放。通過(guò)高壓噴嘴向燃燒室內(nèi)部噴入適量水霧，利用水的比熱容大的特點(diǎn)，吸收部分高溫燃?xì)夂腿紵冶隗w的熱量，既降低燃燒室及其內(nèi)部燃?xì)獾臏囟?，又同時(shí)生成超臨界水蒸氣，與空氣、燃燒氣體一起組成復(fù)合水蒸汽工質(zhì)，用這種復(fù)合水蒸汽工質(zhì)通過(guò)燃燒室與氣缸連接的放氣機(jī)構(gòu)排入氣缸推動(dòng)活塞做功，由于復(fù)合水蒸汽吸收了燃料放出的部分熱量，它比傳統(tǒng)的高溫燃燒氣工質(zhì)有更高的壓力，但溫度卻低得多，因此，相對(duì)于傳統(tǒng)的燃燒氣工質(zhì)而言，這種溫度低得多的復(fù)合水蒸汽工質(zhì)具有更大的做功潛能，只要匹配合適的氣缸D-S參數(shù)就可以提高有效熱效率，這種定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)的指示熱效率ηit和有效熱效率ηet都在0.5以上。
本發(fā)明的工作原理定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)的工作原理如附圖4所示，是一種高效率的二沖程內(nèi)燃機(jī)。
a、燃燒室進(jìn)氣、氣缸排氣活塞5位于下止點(diǎn)附近，放氣門12開(kāi)始關(guān)閉，進(jìn)氣門6和排氣門11打開(kāi)，壓縮空氣從進(jìn)氣門充入燃燒室，同時(shí)燃燒室腔1內(nèi)的殘留氣體氣缸腔2內(nèi)的乏氣從排氣門排出?；钊?從下止點(diǎn)向上移動(dòng)至1/8行程時(shí)，放氣門10關(guān)閉?；钊?繼續(xù)向上移動(dòng)至1/4行程時(shí)，進(jìn)氣門6關(guān)閉，燃燒室強(qiáng)1內(nèi)充氣完成，排氣門11繼續(xù)排氣。
b、氣缸繼續(xù)排氣、噴水、噴油、點(diǎn)火燃燒從1/4至1/2行程時(shí)，噴水嘴9先噴水，隨即噴油嘴7噴油，火花塞8點(diǎn)火，燃料開(kāi)始燃燒。排氣門11繼續(xù)開(kāi)放，活塞5繼續(xù)向上。
c、燃燒、噴水冷卻汽化、氣缸完成排氣從1/2至7/8行程，燃燒室腔1內(nèi)燃料繼續(xù)燃燒，排氣門11關(guān)閉，氣缸停止排氣，準(zhǔn)備接受燃燒室腔1內(nèi)的氣體進(jìn)入氣缸腔2內(nèi)做功。噴水嘴9再次噴水，燃燒室內(nèi)溫度降低，高壓的蒸汽與燃燒氣復(fù)合工質(zhì)形成。
d、放氣、膨脹做功活塞5從7/8至上止點(diǎn)，放氣門10打開(kāi)，高壓低溫復(fù)合工質(zhì)急劇膨脹，推動(dòng)活塞5向下做功，活塞5從上止點(diǎn)下行至7/8行程時(shí)，排氣門11、進(jìn)氣門6打開(kāi)，放氣門10開(kāi)始關(guān)閉，重復(fù)過(guò)程a。
從以上工作原理可以看出，這種定容燃燒的內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)具有以下的特點(diǎn)(1)、采用定容燃燒方式，燃燒充分，污染排放極低現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)由于燃燒室與氣缸直接相通的，點(diǎn)火燃燒時(shí)活塞位于上止點(diǎn)附近，燃燒的同時(shí)工質(zhì)就膨脹推動(dòng)活塞下行。這樣的燃燒過(guò)程不是定容燃燒，而且燃燒時(shí)間不超過(guò)40°(CA)，燃燒時(shí)間短導(dǎo)致后燃期內(nèi)有近10％的燃料沒(méi)有得到充分燃燒。這部分未充分燃燒的燃料生成的不完全燃燒產(chǎn)物是導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)CO、HC和微粒(PM)污染排放的原因。而在定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)中，燃料在隔離的燃燒室內(nèi)至少有3/8～5/8行程的時(shí)間來(lái)燃燒(相當(dāng)于65°～112.5°(CA))，而且是定容燃燒，燃燒時(shí)間足夠長(zhǎng)，不會(huì)有后燃效應(yīng)，因此，燃燒充分，CO、HC和微粒(PM)污染排放極低。
(2)燃燒室內(nèi)噴水冷卻，減少冷卻系統(tǒng)熱損失，提高了有效熱效率由于在定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)中，燃燒過(guò)程是嚴(yán)格局限于燃燒室內(nèi)的定容燃燒過(guò)程。承受高溫的受熱部件也僅有燃燒室，而且與氣缸、活塞等運(yùn)動(dòng)摩擦部件是分離開(kāi)的，這就為在燃燒室內(nèi)部噴水冷卻提供了條件。在燃燒室內(nèi)部噴水不僅可以降低燃燒室及其內(nèi)部氣體的溫度，而且部分水在高溫下離解，又在低溫下結(jié)合放出熱量，這就提高了有效熱效率，同時(shí)又降低了燃油消耗率。另外，由于噴入的水的摩爾質(zhì)量小于空氣，噴入高溫燃燒室的水汽化后比相同質(zhì)量的空氣的體積大，因此，會(huì)進(jìn)一步增大燃燒室內(nèi)的壓力。如果根據(jù)燃燒室內(nèi)燃料燃燒的規(guī)律，控制噴水的時(shí)機(jī)、噴水的量和噴水的過(guò)程，不僅可以將燃燒時(shí)的溫度控制在1800K以下，從而最大限度地抑制NOx的生成，降低NOx的排放，而且可以控制最終氣體的溫度的溫度在500℃左右，這樣就可以不需要外部冷卻系統(tǒng)。
(3)點(diǎn)火方式只有點(diǎn)燃式由于燃燒室與氣缸隔離開(kāi)了，不可能采用壓燃式點(diǎn)火，只能靠火花塞點(diǎn)火。
(4)兼具四沖程機(jī)和二沖程機(jī)的優(yōu)點(diǎn)定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)的氣缸和活塞的作用只是接受燃燒室排放的工質(zhì)做功并排出做功后的工質(zhì)，因此，只有做功沖程和排氣沖程，沒(méi)有吸氣和壓縮沖程，具有二沖程機(jī)功率高，工作平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于隔離的燃燒室能保證燃料充分燃燒，燃油消耗率和污染排放都優(yōu)于四沖程機(jī)，因此又避免了二沖程機(jī)燃油消耗高，污染重的缺點(diǎn)。
(5)排放氣體的溫度低，壓力接近大氣壓定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)的工作溫度比較低，理想的情況是在現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的排放溫度下限500℃～600℃左右做功，在100℃～200℃排氣，排氣壓力在1～2個(gè)大氣壓。只要設(shè)計(jì)合適的工作參數(shù)和工作過(guò)程，這是可以做到的。
(6)對(duì)燃料的選擇性不強(qiáng)，同一個(gè)定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)既可以燃燒汽油，有可以燃燒柴油，對(duì)汽油的爆燃性要求不高。
(7)避免了現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的多種不利工況①、定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)的氣缸和活塞的作用只是接受燃燒室排放的工質(zhì)做功并排出做功后的工質(zhì)，氣缸內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生積碳等影響氣缸、活塞工作的問(wèn)題。
②、定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)靠壓縮空氣充入燃燒室來(lái)助燃，壓縮空氣的壓力應(yīng)接近壓縮比為10的氣體壓力，即在1MPa左右，氧氣含量穩(wěn)定，空燃比穩(wěn)定，有利于匹配在各種工況下的燃料與空氣量，保證在各種工況下燃料都能充分燃燒。從而避免了現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)在加速、大負(fù)荷、高原等工況下產(chǎn)生的燃燒惡化問(wèn)題。
定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)在制造設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于燃燒室與氣缸間的放氣門要求在高壓下有足夠快的開(kāi)啟速度和足夠大的通量，保證工質(zhì)快速進(jìn)入氣缸，同時(shí)又不產(chǎn)生很大的工作噪音?，F(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)、排氣門都不是在高壓條件下工作，而且直徑與氣缸直徑相比，相差較大。而定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)的放氣門要在高壓下工作，而且要求其直徑與氣缸直徑匹配。


圖1為本發(fā)明帽形燃燒室斜拉式放氣門與氣缸室隔離結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明側(cè)立球形燃燒室直拉放氣門與氣缸隔離結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明半錯(cuò)式燃燒室平拉放氣門與氣缸隔離結(jié)構(gòu)示意4為本發(fā)明工作原理示意中1、燃燒室腔；2、氣缸室；3、燃燒室； 4、氣缸；
5、活塞； 6、進(jìn)氣門； 7、噴油嘴； 8、火花塞；9、噴水嘴；10、放氣門(放氣機(jī)構(gòu))；11、排氣門；12、放氣洞。
實(shí)施方式實(shí)施例1定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)，燃燒方式為定容燃燒方式和冷卻方式采用在燃燒室3內(nèi)部噴水冷卻，在燃燒室3上、下分別設(shè)有噴水嘴9和放氣門(放氣機(jī)構(gòu))10，通過(guò)燃燒室3與氣缸室2之間增設(shè)的放氣門(放氣機(jī)構(gòu))實(shí)現(xiàn)燃燒室3與氣缸4的隔離和連通，燃燒室3與氣缸4隔離時(shí)，燃料在燃燒室3可以實(shí)現(xiàn)定容燃燒過(guò)程，且有充足的燃燒時(shí)間，極大地降低內(nèi)燃機(jī)不完全燃燒而造成的污染排放；在燃燒室3內(nèi)部噴水冷卻，不僅將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)被冷卻系統(tǒng)帶走的大部分熱能轉(zhuǎn)換成可做功的高壓超臨界水蒸氣，而且部分水可在高溫下離解，又在低溫化合放熱，這就在提高內(nèi)燃機(jī)熱效率的同時(shí)又降低了燃料消耗，其工作方法是活塞5位于下止時(shí)，放氣門(放氣機(jī)構(gòu))10開(kāi)始關(guān)閉，進(jìn)氣門6和排氣門11打開(kāi)，壓縮空氣從進(jìn)氣門6充入燃燒室3，同時(shí)燃燒室3內(nèi)殘留氣體隨氣缸4內(nèi)乏氣從排氣門11排出，活塞5從下止點(diǎn)向上移動(dòng)至1/8行程時(shí)，放氣門(放氣機(jī)構(gòu))10關(guān)閉，活塞5繼續(xù)向上移動(dòng)至1/4行程時(shí)，進(jìn)氣門6關(guān)閉，燃燒室3充氣完成，排氣門11繼續(xù)排氣，活塞5上行從1/4至1/2行程時(shí)，噴水嘴9先噴水，隨即噴油嘴7噴油，火花塞8點(diǎn)火，燃料開(kāi)始燃燒，排氣門11繼續(xù)開(kāi)放，活塞5繼續(xù)向上，活塞5上行從1/2至7/8行程，燃料室3內(nèi)燃料繼續(xù)燃燒，排氣門11關(guān)閉，氣缸4停止排氣，準(zhǔn)備接受燃燒內(nèi)的氣體進(jìn)入氣缸4做功，噴水嘴9噴水，燃燒室3內(nèi)溫度降低，高壓的蒸汽與燃燒氣復(fù)合工質(zhì)形成，活塞5從7/8全上止點(diǎn)，放氣門(放氣機(jī)構(gòu))10打開(kāi)，高壓低溫復(fù)合工質(zhì)急劇膨脹，推動(dòng)活塞5向下做功，活塞5從上止點(diǎn)下行至下止點(diǎn)時(shí)，排氣門11、進(jìn)氣門6打開(kāi)，放氣門(放氣機(jī)構(gòu))10開(kāi)始關(guān)閉，重復(fù)新一輪循環(huán)。這種新的內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)只進(jìn)行膨脹沖程和排氣沖程，在排氣沖程的同時(shí)燃燒室3內(nèi)完成充氣、燃燒和噴水冷卻，因此比現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的熱效率更高而污染排放更低。放氣門洞12位于燃燒室3和氣缸4之間的壁上。燃燒室3內(nèi)為燃燒室腔1。
隔離的燃燒室3實(shí)際是對(duì)現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋部分的改造，只是在氣缸蓋的上方增設(shè)了噴水嘴9、下方與氣缸4體連接部分增設(shè)了放氣門(放氣機(jī)構(gòu))10而已，在現(xiàn)有的材料、設(shè)計(jì)和制造方面不會(huì)存在任何障礙。除燃燒室3部分有重大的改動(dòng)以外，這種定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)的其余部分，如氣缸4、活塞5、曲軸連桿、曲軸箱等硬件體和供油系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等軟件體部分與現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)完全相同。另外進(jìn)氣系統(tǒng)要求有壓縮空氣罐作為啟動(dòng)時(shí)供氣，同時(shí)還要求有為壓縮空氣罐充氣的壓縮機(jī)。由于采用燃燒室內(nèi)部噴水冷卻，雖然可以省去冷卻系統(tǒng)，但水不能循環(huán)使用，消耗大，因此需要有儲(chǔ)水罐。一臺(tái)實(shí)體的定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)與現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)相比，氣缸蓋部分又重大的變動(dòng)，燃燒室3與氣缸4分隔離開(kāi)了，多出了放氣門(放氣機(jī)構(gòu))10、噴水嘴9、儲(chǔ)水罐和壓縮空氣罐，配置壓氣機(jī)。因此，這種定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)在設(shè)計(jì)方法和制造工藝與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)是完全相同的。
權(quán)利要求
1.一種定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)，包括內(nèi)燃機(jī)，其特征在于燃燒方式為定容燃燒方式和冷卻方式采用在燃燒室(3)內(nèi)部噴水冷卻，在燃燒室(3)上、下分別設(shè)有噴水嘴(9)和放氣門(放氣機(jī)構(gòu))(10)，通過(guò)燃燒室(3)與氣缸室(2)之間增設(shè)的放氣門(放氣機(jī)構(gòu))(10)實(shí)現(xiàn)燃燒室(3)與氣缸(4)的隔離和連通，燃燒室(3)與氣缸(4)隔離時(shí)，燃料在燃燒室(3)可以實(shí)現(xiàn)定容燃燒過(guò)程，且有充足的燃燒時(shí)間，極大地降低內(nèi)燃機(jī)不完全燃燒而造成的污染排放；在燃燒室(3)內(nèi)部噴水冷卻，不僅將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)被冷卻系統(tǒng)帶走的大部分熱能轉(zhuǎn)換成可做功的高壓超臨界水蒸氣，而且部分水可在高溫下離解，又在低溫化合放熱，這就在提高內(nèi)燃機(jī)熱效率的同時(shí)又降低了燃料消耗，其工作方法是活塞(5)位于下止時(shí)，放氣門(放氣機(jī)構(gòu))(10)開(kāi)始關(guān)閉，進(jìn)氣門(6)和排氣門(11)打開(kāi)，壓縮空氣從進(jìn)氣門(6)充入燃燒室(3)，同時(shí)燃燒室(3)內(nèi)殘留氣體隨氣缸(4)內(nèi)乏氣從排氣門(11)排出，活塞(5)從下止點(diǎn)向上移動(dòng)至1/8行程時(shí)，放氣門(放氣機(jī)構(gòu))(10)關(guān)閉，活塞(5)繼續(xù)向上移動(dòng)至1/4行程時(shí)，進(jìn)氣門(6)關(guān)閉，燃燒室(3)充氣完成，排氣門(11)繼續(xù)排氣，活塞(5)上行從1/4至1/2行程時(shí)，噴水嘴(9)先噴水，隨即噴油嘴(7)噴油，火花塞(9)點(diǎn)火，燃料開(kāi)始燃燒，排氣門(11)繼續(xù)開(kāi)放，活塞(5)繼續(xù)向上，活塞(5)上行從1/2至7/8行程，燃料室(3)內(nèi)燃料繼續(xù)燃燒，排氣門(11)關(guān)閉，氣缸(4)停止排氣，準(zhǔn)備接受燃燒內(nèi)的氣體進(jìn)入氣缸(4)做功，噴水嘴(9)噴水，燃燒室(3)內(nèi)溫度降低，高壓的蒸汽與燃燒氣復(fù)合工質(zhì)形成，活塞(5)從7/8至上止點(diǎn)，放氣門(放氣機(jī)構(gòu))(10)打開(kāi)，高壓低溫復(fù)合工質(zhì)急劇膨脹，推動(dòng)活塞(5)向下做功，活塞(5)從上止點(diǎn)下行至下止點(diǎn)時(shí)，排氣門(11)、進(jìn)氣門(6)打開(kāi)，放氣門(放氣機(jī)構(gòu))(10)開(kāi)始關(guān)閉，重復(fù)新一輪循環(huán)，其新的內(nèi)燃機(jī)氣缸(4)內(nèi)只進(jìn)行膨脹沖程和排氣沖程，在排氣沖程的同時(shí)燃燒室內(nèi)完成充氣、燃燒和噴水冷卻，因此，比現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的熱效率更高而污染排放更低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)，其特征是將傳統(tǒng)的燃燒室(3)與氣缸(4)分隔開(kāi)，使燃燒室(3)與氣缸(4)獨(dú)立成兩個(gè)不同的工作區(qū)域，隔離的燃燒室成為與傳統(tǒng)蒸汽機(jī)的相似的專門燃燒和加熱工質(zhì)的“內(nèi)燃式鍋爐”，氣缸(4)僅僅是工質(zhì)做工的場(chǎng)所，不再是燃料燃燒的場(chǎng)所，如果不考慮燃燒室(3)的密閉性能，燃料在隔離的燃燒室(3)的燃燒就是一個(gè)定容燃燒過(guò)程而且有充足的燃燒時(shí)間，可以保證燃料的充分燃燒，在提高燃料燃燒率的同時(shí)，又減少了CO、HC和碳質(zhì)PM的排放，在控制合適的空氣與燃料比例的技術(shù)的支持下，結(jié)合本發(fā)明中的燃燒室內(nèi)噴水冷卻方法，就可以最大限度的減少充入燃燒室的富余O2含量，控制燃燒室溫度在1800K以下，從而減少NOx的生成和排放。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)，其特征是通過(guò)高壓噴嘴向燃燒室(3)內(nèi)部噴入適量水霧，利用水的比熱容大的特點(diǎn)，吸收部分高溫燃?xì)夂腿紵?3)壁體的熱量，既降低燃燒室(3)及其內(nèi)部燃?xì)獾臏囟?，又同時(shí)生成超臨界水蒸氣，與空氣、燃燒氣體一起組成復(fù)合水蒸汽工質(zhì)，用這種復(fù)合水蒸汽工質(zhì)通過(guò)燃燒室(3)與氣缸(4)連接的放氣門(放氣機(jī)構(gòu))(10)排入氣缸(4)推動(dòng)活塞(5)做功，由于復(fù)合水蒸汽吸收了燃料放出的部分熱量，它比傳統(tǒng)的高溫燃燒氣有更高的壓力，但溫度卻低得多，因此，相對(duì)于傳統(tǒng)的燃燒氣工質(zhì)而言，這種溫度低得多的復(fù)合水蒸汽工質(zhì)具有更大的做功潛能，只要匹配合適的氣缸D-S參數(shù)就可以提高有效熱效率，這種定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃的指示熱效率ηit和有效熱效率ηet都在0.5以上。
全文摘要
定容燃燒內(nèi)冷式內(nèi)燃機(jī)，是一種將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋改造成隔離的燃燒室，采用在燃燒室內(nèi)噴水冷卻方式的內(nèi)燃機(jī)?？朔F(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)因燃燒不充分造成的污染，提高了熱效率。是一熱效率高而污染小的內(nèi)燃機(jī)。隔離的燃燒室下方的放氣機(jī)構(gòu)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，燃料在隔離的燃燒室中作定容燃燒，比現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的燃燒時(shí)間長(zhǎng)1～2倍。CO、HC、PM等污染排放將減低至最小程度。冷卻方式采用在隔離的燃燒室的內(nèi)部噴水，在冷卻的同時(shí)生成高壓超臨界水蒸氣，將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)被冷卻系統(tǒng)帶走的熱能利用起來(lái)，提高熱效率。一部分水能發(fā)生離解，當(dāng)溫度下降時(shí)又會(huì)化合放出額外的熱量，減少一部分燃料的消耗。燃燒室內(nèi)部噴水還可將燃燒時(shí)的溫度控制在1800K以下，降低內(nèi)燃機(jī)NO
文檔編號(hào)F02M25/00GK1740532SQ200510021438
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者葉友清, 袁其森, 甘健 申請(qǐng)人:葉友清