一種內燃機的儲氣室裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于內燃機技術領域，特別涉及內燃機的燃燒技術領域。
【背景技術】
[0002]現在大量使用的內燃機有柴油機和汽油機。柴油機的壓縮比高，所以很節(jié)油，但燃燒室最大爆發(fā)壓力和溫度都高，導致工作粗暴，噪聲大，對機體的強度要求高，使機體笨重，有害排放中NOx較多。在汽油機中目前還是以火花點燃式汽油機為主，這種汽油機可以達到很高的轉速，所以它的升功率很高，結構輕巧，但是它的熱效率較低，究其原因是它的壓縮比太低，而制約其壓縮比提高的障礙是爆震。近年來又出現了一種均質充量壓燃(HCCI)汽油機和均質充量壓燃(HCCI)柴油機，據資料介紹它們有很多優(yōu)點，如有害排放低，熱效率高，但是它們的升功率很低，只及火花點火式汽油機的1/2到3/4，而制約其升功率提高的因素也是爆震。

【發(fā)明內容】

[0003]要解決的技術問題是:對于柴油機，要降低其最大爆發(fā)壓力和最高溫度，使之工作柔和，噪聲降低，機體變輕，同時也降低排放。對于點燃式汽油機，要消除或減輕其爆震現象，提高其壓縮比，從而提高其熱效率，降低油耗。對于均質充量壓燃(HCCI)汽油機和柴油機，要提高其升功率，使之達到實用的水平。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:在內燃機的缸蓋或機體上安裝本發(fā)明的儲氣室裝置。儲氣室裝置由附加活塞、附加氣缸、擋環(huán)、推力彈簧和通道等組成。其中附加活塞裝在附加氣缸內，它們之間的配合是滑動配合，其配合間隙較小，具有良好的氣密封性，擋環(huán)位于附加氣缸和附加活塞的相應部位，起單向阻擋和定位的作用，使附加活塞向下不會滑出去而停止于擋環(huán)。附加活塞向上滑動是自由的，沒有固定的終止點。推力彈簧的下端頂住附加活塞的上端面，上端頂住附加氣缸或內燃機的缸蓋或機體。推力彈簧的彈性系數宜小但是推力必須足夠大，它迫使附加活塞始終有向下滑動的趨勢，如果附加活塞的下端面不受力或者所受的力不夠大的話，附加活塞?？坑趽醐h(huán)。附加活塞的下端面和附加氣缸壁組成的空間就是儲氣室，我們設定當附加活塞停止于擋環(huán)時其容積為零。推力彈簧或者是金屬的，或者是壓縮空氣的，也或者是金屬+壓縮空氣的。通道設在儲氣室的下面，與儲氣室和燃燒室相通，如果不考慮氣體和附加活塞的動力學問題，可以認為燃燒室、通道和儲氣室里的氣體壓力是一樣的。儲氣室裝置的工作原理如下:當內燃機的活塞快要結束壓縮沖程并到上止點附近時，內燃機開始爆發(fā)，燃燒室里的壓力迅速升高，這個壓力不但作用于內燃機的活塞，還經過通道作用于附加活塞的下端面，使附加活塞有一個向上移動的力，當這個力小于和等于推力彈簧的力時，附加活塞不動，儲氣室的容積等于零。如果燃燒室爆發(fā)的強度相當大，燃氣給附加活塞的壓力超過了推力彈簧給附加活塞的推力時，附加活塞就會離開擋環(huán)而向上移動，儲氣室的容積即從O增加到某個對應值，而燃燒室里的一部分燃氣就會經過通道進入到儲氣室，其結果是燃氣的壓力得到控制，很明顯，內燃機的給油量越大，爆發(fā)強度越高，儲氣室的容積就越大，從燃燒室流入到儲氣室里的燃氣就越多。當內燃機的活塞越過上止點進入膨脹沖程后，推力彈簧推動附加活塞、燃氣和內燃機活塞向下移動做功，這一過程直到附加活塞停止于擋環(huán)時為止。此后從儲氣室里排出的燃氣與燃燒室里的燃氣一起推動內燃機活塞完成膨脹做功沖程。
[0005]不難明白，儲氣室裝置的工作時間只限于內燃機爆發(fā)時的一段曲軸轉角內，除此以外的時間包括吸氣和排氣沖程它都不參與工作。它的作用是在內燃機爆發(fā)時暫時儲存一部分燃氣，使燃燒室里的壓力和溫度的最高值得到控制。合理選擇儲氣室裝置的各項參數，可以使燃燒室的壓力保持在所需要的水平上，而最高值又有大幅度的下降。這樣可以帶來如下的積極效果:1.對于火花點火式內燃機，可以降低最高爆發(fā)壓力，因而可以減輕或消除爆震，而壓縮比可以大幅提高，因而熱效率得以提高。2.對于均質充量壓燃(HCCI)汽油機和柴油機，能降低最高爆發(fā)壓力和壓力升高率，因而可以減輕或消除爆震現象，為提高其升功率使之達到實用水平創(chuàng)造了條件。3.對于非均質擴散燃燒如柴油機、缸內直噴式汽油機降低其最高爆發(fā)壓力和溫度后，噪聲和振動可以減小，有害排放NOx降低。
【附圖說明】
[0006]下面我們結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0007]圖1是本發(fā)明的一個具體實施例的示意圖。
[0008]圖2是本發(fā)明的更為簡化的示意圖，該示意圖便于與內燃機的示功圖結合在一起對本發(fā)明的效果作更進一步的詳細說明。
[0009]圖3、圖4和圖5是安裝了本發(fā)明的內燃機的示功圖。
[0010]圖6是沒有安裝本發(fā)明的火花點燃式汽油機的示功圖。
[0011]圖7是圖6所示汽油機安裝了本發(fā)明后的示功圖。
[0012]圖8是本發(fā)明具體實施例的局部結構示意圖。
[0013]圖中1.儲氣室裝置，2.附加活塞，3.附加氣缸，4.擋環(huán)，5.通道，6.推力彈簧，7.儲氣室，8.燃燒室，9.內燃機，10.內燃機活塞，11.下端面，12.上端面，13.附加汽缸壁，14.端面密封，15.火花塞，16.壓縮空氣，17.緩沖塞，18.緩沖缸，19.緩沖室。
[0014]請看圖1。儲氣室裝置⑴安裝在內燃機(9)的缸蓋或機體上，附加活塞⑵在附加氣缸(3)中，擋環(huán)(4)設在附加活塞和附加氣缸的相應部位，推力彈簧￠)的上端頂住附加氣缸，下端頂住附加活塞的上端面(12)，推力彈簧的彈性系數宜小但推力必須足夠大而且其大小可以調節(jié)，附加活塞的下端面(11)和附加汽缸壁(13)組成儲氣室(7)，通道(5)在儲氣室(7)與燃燒室⑶之間。
[0015]圖1是本發(fā)明用于火花點燃式汽油機的示意圖。現在大量使用的火花點火式汽油機的熱效率比柴油機低，其根本原因是壓縮比低，一般為6?10，而柴油機則為16?22。如果要想提高汽油機的熱效率，則首先要提高汽油機的壓縮比。在本實施例中我們取壓縮比ε = 10?17，是在原有機型的基礎上提高4以上，所用的燃料還是原機型所用的燃料，內燃機的工作介質是理想氣體一空氣。
[0016]下面我們來分析本例的示功圖以及其積極效果，請見圖3。
[0017]1.壓縮沖程。內燃機(9)完成吸氣沖程后其活塞(10)處于下止點A-A線，接著進行絕熱壓縮，由下止點A-A線移到上止點B-B線，在示功圖中對應于由I點到2點的曲線，I點的壓力和溫度設為2點的壓力和溫度設為p2、T2。I點的PpT1與現在汽油機一樣，但是2點的ρ2、1~2比現在汽油機要高得多，這是因為壓縮比大幅提高了的緣故。
[0018]2.中、小加熱量燃燒循環(huán)。
[0019]內燃機活塞(10)處在上止點附近時火花塞點火，燃燒室里燃氣的溫度和壓力急劇上升，這個壓力除了作用于內燃機的活塞(10)外，還作用于附加活塞(2)，如果壓力小于和等于推力彈簧(6)給予附加活塞(2)的力的話，則附加活塞不動，內燃機的運轉就像沒有儲氣室裝置一樣，這在中、小負荷時是如此。其壓縮-燃燒-膨脹的示功圖如圖3的1-2-3-4線。示功圖曲線中，2-3線是加熱爆發(fā)線，燃燒室的最高壓力和溫度是3點對應的壓力和溫度。因為混合氣的爆發(fā)是在極短的時間內完成的，內燃機的活塞幾乎是沒有動，附加活塞也沒有動，燃燒室的容積從2點到3時一直沒有變，是壓縮終點時的容積V。，所以2-3線是垂直于橫坐標而又通過上止點的直線，3點的高度由加油量來決定，加油量越多，燃燒室獲得的熱量越多，3點越高。3點以后是燃氣膨脹做功階段，一直到排氣門打開時為止，此時的對應點是4。
[0020]從示功圖的形狀看這就是普通點燃式汽油機的定容燃燒循環(huán)。這種循環(huán)的熱效率公式是
[0021]q = 1-1/ ε k \
[0022]其中k是空氣的絕熱指數，k = 1.4，從熱效率公式看，這種定容燃燒循環(huán)的熱效率只與壓縮比有關，在本例中壓縮比ε至少提高了 4，假如原機型的ε =6，本例是ε =10，計算后原機型熱效率是η =0.51，本例是η = 0.60，后者比前者節(jié)油15%以上。
[0023]以上說的是中、小負荷的情況，每一次循環(huán)加給燃燒室的熱量比較少，使3點的壓力和溫度P3、T3沒有達到爆震的界限，設壓力P χ是爆震的界限，如果要使本例不發(fā)生爆震，則必須滿足條件
[0024]P3^ P χ,
[0025]Px的值主要決定于燃料的抗爆性以及壓縮比的高低，可以根據現有汽油機的技術數據計算得出后再由實驗確定。現在假定我們找到了 Px，在示功圖中是口^巧線。調節(jié)儲氣室彈簧的推力，使附加活塞的最小開啟壓力PffjaS Px，這樣一來，不論我們給燃燒室加多少熱量，都能保證P3S Px，從而不會發(fā)生爆震。圖3的示功圖畫出了 P#線，它的值由彈簧的壓力來決定，一旦彈簧的壓力調定，Pffia線即確定