[發明專利]絕熱發動機

無效

• 申請號: 200710075544.4
• 申請日: 2007-08-07
• 公開（公告）號: CN101109314A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 盧能才
• 申請（專利權）人: 盧能才
• 主分類號: F02B41/04
• 分類號: F02B41/04;F02B47/02;F02B33/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種能大幅提高燃料利用率的三維雙向絕熱發動機。

背景技術

發動機的效率有熱效率和機械效率兩個指標。

熱效率是燃料燃燒后用于做功的那部分熱量與所能產生的總熱量之比。對于傳統發動機，燃料完全燃燒產生的熱量，一部分被冷卻系帶走，冷卻損失約占總能量的20％左右。一部分隨廢氣排出，排氣損失約占總能量的40％左右。還有部分是時間損失包括以下兩大部分。其一是由于提前點火使一部分燃料燃燒，這部分能量不但不能推動活塞運動，反而阻礙活塞上行；其二是上止點之后的燃燒，由于燃料不能在上止點瞬間地燃燒，所以燃燒產生的壓力較低，不能充分地利用燃燒熱能只有少部分熱量用于做功。因此，這種發動機的熱效率很低，一般四沖程汽油發動機為20％～25％，即使是高性能的發動機，其熱效率也不到30％。也就是說，燃料燃燒產生的有用能量，只有不到1/3被有效利用。

機械效率是有效功率與指示功率之比。發動機在運轉過程中克服機械摩擦阻力必然損耗掉部分功率。傳統發動機這部分損失約占汽油總能量的5％～8％左右，其中活塞環與汽缸壁間的摩擦損失占總摩擦損失的60％左右。

上述發動機效率都是在某一燃燒條件下對發動機總燃燒熱量的利用而言。而燃燒條件時刻在變化，燃燒效率也隨著工況時刻在變化。在較低的轉速下及較高的轉速下，由于不能充分發揮進氣的氣流慣性，使充氣效率下降；同時，較低轉速不利于混合氣的行成，燃燒不佳，而轉速偏高時，燃燒時間縮短，燃燒不充分，均造成燃燒效率下降；故在某一特定的轉速范圍內，發動機充氣及燃燒才達到最佳狀態，并產生的最大扭矩。車輛怠速時，為了不使發動機停火，而影響附屬設備的使用，必須對發動機繼續噴油，以形成濃混合氣，這時又要耗費大量的燃油。由此可見燃油燃燒效率對耗油量有很大的影響。而且由于燃燒效率低所引起的空氣污染也是很嚴重的。發動機尾氣污染物排放量與空燃比有直接關系。當空燃比較大時(大于14.5)，燃油完全燃燒，產生CO2及H2O等，當空燃比較低時(小于14.5)，燃油不充分燃燒，將產生HC、CO等污染物。

對于直列式發動機的某個氣缸在點火做功的時候，其它幾個氣缸都不可能也同時點火做功。做功的這個缸，它的活塞運動是靠混合氣燃燒產生的動力主動運動，而其它幾個缸則是跟隨曲軸的轉動而被動運轉。很顯然，這個主動運動氣缸產生的上下震動要顯著大于被動運動的缸。由于其它部件的運動都是按照相互抵消設計的，那么這個額外的震動顯然就無法被抵消，因此會產生一個上下震動的力，而這個力是沒有一個與之相反的力來抵消的。對于V型發動機而言，這個力也只能部分抵消。這種震動會造成噪音污染并影響乘車的舒適性。

發明內容

上面主要說明傳統發動機存在的一系列問題。本發明的主要目的是最大程度的提高發動機的熱效率和機械效率，并盡可能使燃油在任何工況下都能充分燃燒，以減少耗油量和空氣污染物的排放量，并通過結構上的設計從根本上消除發動機產生的震動，降低發動機的噪音污染。

由于燃料爆炸燃燒時，微觀粒子是無序的空間運動的。如果將所有粒子都分解成x軸、y軸和z軸分運動的話，那么所有粒子分運動的在任何軸線上動量之和為零，而動能之和為總爆炸能量的1/3。傳統發動機是一維發動機并且只是單一半軸方向推動活塞運動，另一半軸方向粒子只能碰撞固定的缸體以產生反彈后才能做功。在碰撞缸體的過程中粒子能量被部分吸收并轉化為發動機缸體的震動和缸蓋的溫升。而對于粒子在y軸和z軸分運動只能使粒子在圓筒壁四周來回彈動直到該部分的動能被缸壁完全吸收為止，并以水冷或風冷方式冷卻。因此對于傳統發動機即使采用完全絕熱外套，并且假設廢氣沒有帶走任何能量，并以多級做功方式進行，n級熱機的復合熱效率關系式如下

η＝1/3+(1-1/3)×1/3+(1-1/3)²×1/3+……+(1-1/3)ⁿ×1/3

理論上熱效率η可以為1，但是由于每次做功都不可避免的有熱量損失，并且做功最多也只能兩級，兩級以上由于能量已經基本上散失掉了很難再利用，因此熱機的效率最高只能為1/3+(1-1/3)×1/3約55.6％。對于帶冷卻系統的一級做功方式，能量利用率也只能接近于1/3。

而二維雙向發動機在采用完全絕熱外套，并且假設廢氣沒有帶走任何能量，并以多級做功方式進行，n級熱機的復合熱效率關系式如下