專利名稱：一種低油耗汽油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于活塞式內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汽油機(jī)問世百余年來(lái)，由于汽油爆燃特性限制了壓縮比的提高，其燃油熱效率一直低于柴油機(jī)。通過提高壓縮比來(lái)提高汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能，一直是汽油機(jī)的發(fā)展方向。從一定意義講，汽油機(jī)的發(fā)展進(jìn)步史就是壓縮比不斷提高的過程，在漫長(zhǎng)的歷史發(fā)展中，人們通過提高汽油的抗爆性，采取速燃，設(shè)置爆燃傳感器優(yōu)化點(diǎn)火時(shí)間等措施，逐步把壓縮比提高到9∶1左右，近些年許多國(guó)家實(shí)驗(yàn)缸內(nèi)直噴、分屋燃燒汽油機(jī)，又把壓縮比提高到12∶1左右，但與柴油機(jī)相比，還相差很遠(yuǎn)。而且，汽油缸內(nèi)直噴分層燃燒技術(shù)由于需要采取昂貴的尾氣處理裝置，需要使用超級(jí)無(wú)鉛無(wú)硫汽油；普遍推廣尚有一定困難。
消除爆燃的影響，大幅度提高汽油機(jī)的壓縮比，是一個(gè)世界公認(rèn)的難題。原因是提高汽油抗爆性已到極限，通過電控優(yōu)化點(diǎn)火時(shí)間等措施提高壓縮比的潛力也不大。同時(shí)提高壓縮比還受到排污的限制。汽油機(jī)的壓縮比不能大幅度提高，其燃油熱效率就無(wú)法進(jìn)一步大幅度提高，由卡諾定理得知，卡諾循環(huán)的熱效率僅決定于高溫?zé)嵩醇暗蜏責(zé)嵩吹臏囟?，提高高溫?zé)嵩吹臏囟燃敖档偷蜏責(zé)嵩吹臏囟龋商岣呖ㄖZ循環(huán)的熱效率(見《發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車?yán)碚摗?。簡(jiǎn)單地說(shuō)，卡諾循環(huán)的熱效率僅決定于氣體最高燃燒溫度與做功終了溫度的溫差。膨脹比的大小對(duì)這一溫差有著重要的甚至是決定性的作用。而膨脹比的大小又取決于壓縮比的大小。由此可知，壓縮比的大小對(duì)汽油機(jī)熱效率的高低有特別顯著的作用。據(jù)《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》稱，壓縮比從9到12范圍，每提高一個(gè)單位，指示熱效率提高3％-5％。而且，指示熱效率提高后，機(jī)械效率隨之提高，有效熱效率要高于指示熱效率提高的幅度。原有的汽油機(jī)恰恰在提高壓縮比上受到了瀑燃的限制，熱效率也隨著受到了限制，使寶貴的石油造成浪費(fèi)，隨著石油資源逐年減少，提高汽油機(jī)的燃油熱效率顯得極為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低耗汽油機(jī)，它可通過提高幾何壓縮比可使其熱效率得到明顯提高，并能降低油耗和CO2排數(shù)量，還可大大提高升功率。
本發(fā)明的主要技術(shù)方案是一種低油耗汽油機(jī)，包括啟動(dòng)裝量，冷卻系，潤(rùn)滑系，燃油供給系，配氣系機(jī)體，缸體，活塞，曲柄連桿機(jī)構(gòu)及控制電路，其特征在于，該汽油機(jī)的幾何壓縮比＝正常充氣時(shí)的幾何壓縮比×(1+K)，其中K≥30％，其中正常充氣時(shí)的幾何壓縮比為滿負(fù)荷工況時(shí)不產(chǎn)生爆燃時(shí)的最大值；并且在配氣系中，在氣缸的頂部設(shè)有出氣道及其出氣門，當(dāng)活塞上升壓縮工作時(shí)，出氣門可打開，把一部分新鮮充量排出缸外，使氣缸內(nèi)存留的新鮮充量降低，以滿足或匹配上述幾何壓縮比而使有效壓縮比保持不變。
為提高換氣質(zhì)量，可在上述進(jìn)氣管道中設(shè)有流量傳感器和調(diào)節(jié)氣門，在排氣管道中設(shè)有流量傳感器，以保持循環(huán)中過量掃氣系數(shù)在各種工況下不變；且負(fù)荷與氣門啟閉時(shí)間相對(duì)應(yīng)，在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器通過控制電路使氣門早些關(guān)閉，新鮮充量排出的少；負(fù)荷降低時(shí)氣門晚些關(guān)閉，新鮮充量排出的多，實(shí)現(xiàn)工況調(diào)節(jié)。
為避免掃氣過程中新鮮空氣進(jìn)入三效催化轉(zhuǎn)換器，使轉(zhuǎn)換效率降低，以及進(jìn)一步提高掃氣質(zhì)量，降低廢氣殘余量，提高熱效率，可在上述氣缸頂部設(shè)有掃氣門，排氣道的后面和三效催化轉(zhuǎn)換器相連，三效催化轉(zhuǎn)換器的廢氣導(dǎo)出管道和上述的掃氣門連通，將一部分經(jīng)過三效催化轉(zhuǎn)換器處理過的廢氣充入到氣缸中進(jìn)行掃氣。
上述通過三效催化轉(zhuǎn)換的廢氣充入氣缸掃氣，采用切向進(jìn)入結(jié)構(gòu)，這樣易使新鮮充量與未處理廢氣中間形成一個(gè)渦流隔離層，把新鮮充量與未處理的廢氣以不同的氣門排出。
由于本發(fā)明能在成倍提高壓縮比(通常所說(shuō)壓縮比即幾何壓縮機(jī))和膨脹比的同時(shí)，能通過減少循環(huán)中的新鮮充量，避免有效壓縮比隨之提高，故有效解決了長(zhǎng)期以來(lái)該領(lǐng)域未解決的提高壓縮比會(huì)導(dǎo)致爆燃的難題，大大提高了其熱效率。從理論上說(shuō)，新鮮充量可隨意減少，在有效壓縮比不變的前提下，幾何壓縮比可任意提高而不增加爆燃，故使爆燃長(zhǎng)期困擾壓縮比提高這一技術(shù)難題徹底解決。本發(fā)明明顯的積極效果是通過大大提高幾何壓縮比可使其熱效率得到大大提高，并能大大降低油耗和CO2排數(shù)量，還可大大提高其升功率。這對(duì)于節(jié)約寶貴的石油資源、降低產(chǎn)生溫室效應(yīng)的CO2排放量都具有十分重要的意義。由于熱效率提高，機(jī)械效率提高，升功率與原有常壓四行程汽油機(jī)相比也會(huì)明顯提高，故具有很高使用價(jià)值。本發(fā)明汽油機(jī)用途廣泛，不僅可以作為交通工具等的動(dòng)力，還可用于發(fā)電機(jī)組等。
以下結(jié)合實(shí)施例作詳述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1是本發(fā)明二行程汽油機(jī)工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見附圖1，在機(jī)體1上，以氣缸34中線為對(duì)稱軸設(shè)置有曲軸2-1和曲軸2-2，分別通過連桿3-1、3-2和活塞銷軸32與活塞4相連接。氣缸34的幾何壓縮比按滿負(fù)荷工況時(shí)新鮮充量減少到常壓下氣缸容量的40％(相當(dāng)于原有常壓四行程汽油機(jī)充量系數(shù)的50％)，有效壓縮比在不引發(fā)爆燃的上限確定，為17∶1，缸徑行程比為1∶1.4，使燃燒室面容比相對(duì)縮小。氣缸34底部氣缸壁上有空氣進(jìn)氣口5，頂部有排氣門19，21為專門用于向氣缸34內(nèi)充入給三效催化轉(zhuǎn)換的廢氣的掃氣門、28為專門用于減少新鮮充量并調(diào)節(jié)工況的氣門，31為火花塞，35為電磁噴油器。排氣門19、掃氣門21上方有共用凸輪軸20控制，工況調(diào)節(jié)氣門28上方有相位連續(xù)可調(diào)凸輪軸27控制。排氣門19通過排氣道9與三效催化轉(zhuǎn)換器11的進(jìn)氣口相連，掃氣門21通過廢氣回流道16與轉(zhuǎn)換器11的排放道36相連通，功率調(diào)節(jié)氣門28與排氣道29相連接，機(jī)體右側(cè)有廢氣渦輪增壓器13，通過氣道36與三效催化轉(zhuǎn)換器11的出口相連接，通過空氣進(jìn)氣管14與空氣濾清器15相連接，通過氣道6與空氣進(jìn)氣口5相連接，與排氣管12直接連接。在廢氣排放道9中裝有氧含量傳感器10，在氣缸34頂部裝有溫度壓力傳感器30，在氣道6中裝有空氣流量傳感器7，在廢氣回流氣道16中裝有廢氣流量傳感器18，在曲軸2-2軸端上方裝有曲軸正時(shí)及轉(zhuǎn)速傳感器33，在凸輪軸27一側(cè)裝有氣門開關(guān)時(shí)刻傳感器26，各傳感器分別通過導(dǎo)線與電子控制器22輸入端相連通，電子控制器22的輸出端分別通過導(dǎo)線與電磁噴油器35、點(diǎn)火控制裝置25、廢氣回流節(jié)氣門17的控制裝置，空氣進(jìn)氣節(jié)氣門8的控制裝置相連通。電磁噴油器35通過油管與高壓油泵23相連通，高壓油泵23通過油管與油箱24相連通。
本發(fā)明工作原理及過程是活塞4處于上止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣口5、汽門19、21、28都處于關(guān)閉狀態(tài)；活塞4下行，空氣進(jìn)氣口5打開前，排氣門19在凸輪軸20的作用下打開，稍后氣門21打開，經(jīng)過三效催化轉(zhuǎn)換器處理的廢氣(可視為惰性氣體)按切向進(jìn)氣方式向氣缸4內(nèi)充氣掃氣，在氣缸4底部形成渦流層；接著活塞4打開空氣進(jìn)氣口5，新鮮空氣經(jīng)濾清器15、進(jìn)氣管14進(jìn)入增壓器13增壓后通過進(jìn)氣道6從進(jìn)氣口5按切向進(jìn)氣方式向氣缸34內(nèi)充氣掃氣，在隋性氣體渦流層下面形成另一渦流層，兩個(gè)渦流流動(dòng)方向相同；活塞4到達(dá)下止點(diǎn)后上行，逐漸關(guān)閉掃氣口5，此時(shí)新鮮充量達(dá)到最大值，每個(gè)循環(huán)的新鮮充量都由流量轉(zhuǎn)感器7傳輸給電子控制器22，電子控制器22根據(jù)傳感器7輸入的信號(hào)對(duì)節(jié)氣門8的開度進(jìn)行控制，使每個(gè)循環(huán)的空氣進(jìn)氣量穩(wěn)定在一個(gè)近似相等數(shù)值，在氣缸34容量的70％左右(以能掃清廢氣為準(zhǔn))?；钊?繼續(xù)上行，新鮮空氣渦流層和惰性氣體渦流層象一個(gè)氣體活塞，推動(dòng)廢氣向氣缸34外排出；進(jìn)氣口5關(guān)閉后掃氣門21關(guān)閉，進(jìn)入氣缸34內(nèi)的惰性氣體充量達(dá)到最大值，占?xì)飧?4容量的25％左右(具體充量根據(jù)掃氣需要決定，以能把新鮮空氣和廢氣隔離開為準(zhǔn))，每個(gè)循環(huán)的充入量由流量傳感器18輸入電子控制器22，電子控制器控制節(jié)氣門17的開度，使每個(gè)循環(huán)充入氣缸34的惰性氣體穩(wěn)定在一個(gè)近似相等的范圍；隨后排氣門19將廢氣全部排出，一部分惰性氣體從排氣門19排出，新鮮充量未進(jìn)入排氣門19時(shí)關(guān)閉，接著工況調(diào)節(jié)氣門28打開，隋性氣體先從排氣道29被排出，隨后一部分新鮮空氣被排出；活塞4上行到行程一半以上，氣缸內(nèi)新鮮充量系數(shù)降低到0.4以下時(shí)，工況調(diào)解節(jié)門28關(guān)閉(滿負(fù)荷工況時(shí)新鮮充量系數(shù)降低到0.4，相當(dāng)于原有常壓四行程汽油機(jī)的50％)，傳感器26向電子控制器輸入氣門28關(guān)閉的信號(hào)，電子控制器22利用傳感器33確定此時(shí)曲軸2-2的相位角，計(jì)算出此時(shí)氣缸34的容積，并通過傳感器30測(cè)定氣缸34內(nèi)的壓力和溫度，計(jì)算出實(shí)際留在氣缸34內(nèi)新鮮空氣的質(zhì)量和化學(xué)計(jì)量比噴油量，向電磁噴油器35發(fā)出指令，按化學(xué)計(jì)量比把汽油噴入氣缸34。活塞4到達(dá)上止點(diǎn)前，電子控制器22根據(jù)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速等因素優(yōu)化點(diǎn)火時(shí)間，向點(diǎn)火控制裝置25發(fā)出指令，火花塞31點(diǎn)火，然后進(jìn)入燃燒、膨脹做功行程；活塞4由上止點(diǎn)下行，打開進(jìn)氣掃氣口5前，排氣門19打開，氣缸34內(nèi)的高壓廢氣自由排氣，氣缸34內(nèi)壓力降低后，掃氣門21打開，惰性氣體進(jìn)入氣缸34進(jìn)行掃氣。經(jīng)排氣門19排出的廢氣從排氣道9進(jìn)入三效催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，大部分經(jīng)排氣道36進(jìn)入增壓器13的渦輪對(duì)增壓器做功后經(jīng)排氣管排出，另一部分流入廢氣回流管16內(nèi)，經(jīng)過掃氣門19對(duì)氣缸34掃氣，然后進(jìn)氣門5打開，如此往復(fù)循環(huán)。循環(huán)中，氧含量傳感器10向電子控制器22傳輸數(shù)據(jù)，由電子控制器22對(duì)噴油量進(jìn)行修正。需要變工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，新鮮空氣和惰性氣體掃氣系數(shù)不變，只需按需要調(diào)節(jié)凸輪軸27的相位角，工況調(diào)節(jié)氣門28改變開關(guān)相位角，負(fù)荷大時(shí)，這一氣門打開的早，關(guān)閉的也早，新鮮空氣存留量大，負(fù)荷小時(shí)，這一氣門打開的晚，新鮮空氣排出的多，存留量小，電子控制器22根據(jù)調(diào)節(jié)氣門28關(guān)閉的時(shí)間等數(shù)據(jù)，控制噴油量，優(yōu)化點(diǎn)火時(shí)間。其他未示結(jié)構(gòu)等可同已有技術(shù)。其曲柄連桿機(jī)構(gòu)可為一套也可為對(duì)稱的兩套。
本發(fā)明汽油機(jī)可以是單缸，也可以是多缸，其幾何壓縮比可根據(jù)對(duì)升功率和熱效率的不同要求確定，在12-22甚至更高的范圍選擇。
權(quán)利要求
1.一種低油耗汽油機(jī)，包括啟動(dòng)裝量，冷卻系，潤(rùn)滑系，燃油供給系，配氣系(5、6、8、17、19)，機(jī)體(1)，缸體(34)，活塞(4)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)及控制電路，其特征在于，該汽油機(jī)的幾何壓縮比＝正常充氣時(shí)的幾何壓縮比×(1+K)，其中K≥30％，其中正常充氣時(shí)的幾何壓縮比為滿負(fù)荷工況時(shí)不產(chǎn)生爆燃時(shí)的最大值；并且在配氣系中，在氣缸(34)的頂部設(shè)有出氣道(29)及其出氣門(28)，當(dāng)活塞(4)上升對(duì)新鮮充量壓縮時(shí)，出氣門(28)打開，把一部分新鮮充量排出缸外，使氣缸(34)內(nèi)存留的新鮮充量降低，以滿足或匹配上述幾何壓縮比而使有效壓縮比保持不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低油耗汽油機(jī)，其特征在于在進(jìn)氣管道(6)中設(shè)有流量傳感器(7)和調(diào)節(jié)氣門(8)，保持循環(huán)中過量掃氣系數(shù)在各種工況下不變；且負(fù)荷與出氣門(28)啟閉時(shí)間長(zhǎng)短相對(duì)應(yīng)，在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器(26)通過控制電路使出氣門(28)早些關(guān)閉，新鮮充量排出得少；負(fù)荷降低時(shí)出氣門(28)晚些關(guān)閉，新鮮充量排出得多。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低油耗汽油機(jī)，其特征在于在氣缸(34)頂部設(shè)有掃氣門(21)，排氣道(9)的后面和三效催化轉(zhuǎn)換器(11)相連，三效催化轉(zhuǎn)換器(11)的廢氣導(dǎo)出管道和上述的掃氣門(21)連通，將一部分廢氣充入到氣缸(34)中進(jìn)行掃氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低油耗汽油機(jī)，其特征在于通過三效催化轉(zhuǎn)換的廢氣充入氣缸(34)掃氣，采用切向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低油耗汽油機(jī)，屬于活塞式內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。其特征是其幾何壓縮比＝正常充氣時(shí)的幾何壓縮比×(1+K)，其中K≥30％；在氣缸的頂部設(shè)有出氣道及其出氣門(28)，把一部新鮮充量排出氣缸，使氣缸(34)內(nèi)存留的新鮮充量降低，以滿足上述幾何壓縮比，并使有效壓縮比不變。本發(fā)明有效解決了長(zhǎng)期以來(lái)該領(lǐng)域未解決的提高壓縮比會(huì)導(dǎo)致爆燃的難題，大大提高了其熱效率，具有熱效率高、耗油省、掃氣凈、動(dòng)力高、使用方便靈活、用途廣等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F02B25/20GK1861995SQ20061001274
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2006年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月23日
發(fā)明者霍有本 申請(qǐng)人:霍有本