[發明專利]高效節能發動機

在審

• 申請號: 201510051930.4
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104612826A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 陳陽;張玉輝
• 申請（專利權）人: 張玉輝;陳陽
• 主分類號: F02B75/32
• 分類號: F02B75/32
• 代理公司: 佛山東平知識產權事務所(普通合伙) 44307
• 代理人: 詹仲國

技術領域

本發明涉及發動機技術領域，更具體的是涉及一種高效節能發動機。

背景技術

發動機是一種能夠把其它形式的能轉化為機械能的機器，它經歷了蒸汽機、外燃機和內燃機三個發展階段。內燃機的種類十分繁多，常見的汽油機、柴油機是典型的內燃機。但是，由于汽油和柴油的性質不同，因而在發動機的工作原理和結構上都有所不同。

一、汽油機的工作原理是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在進氣行程被吸入汽缸，混合氣經壓縮點火燃燒而產生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動活塞作往復直線運動，通過連桿、曲軸飛輪機構對外輸出機械能。以四沖程汽油機為例，是在進氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程內完成一個工作循環。

1)進氣行程

活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時進氣門開啟，排氣門關閉，曲軸轉動180°。在活塞移動過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內氣體壓力從pr逐漸降低到pa，汽缸內形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進氣門被吸入汽缸，并在汽缸內進一步混合形成可燃混合氣。由于進氣系統存在阻力，汽缸內氣體壓力小于大氣壓力0p，即pa＝(0.80～0.90)0p。進入汽缸內的可燃混合氣的溫度，由于進氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340～400K。

2)壓縮行程

壓縮行程時，進、排氣門同時關閉。活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉動180°。活塞上移時，工作容積逐漸縮小，缸內混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達壓縮終點時，其壓力pc可達800～2000kPa，溫度達600～750K。

3)做功行程

當活塞接近上止點時，由火花塞點燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力pZ達3000～6000kPa，溫度TZ達2200～2800K。高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，并通過曲柄連桿機構對外輸出機械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達b點時，其壓力降至300～500kPa，溫度降至1200～1500K。在做功行程，進氣門、排氣門均關閉，曲軸轉動180°。

4)排氣行程

排氣行程時，排氣門開啟，進氣門仍然關閉，活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉動180°。排氣門開啟時，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統的阻力作用，排氣終點r點的壓力稍高于大氣壓力，即pr＝(1.05～1.20)p0。排氣終點溫度Tr＝900～1100K。活塞運動到上止點時，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。

二、柴油機的工作原理是和汽油機一樣，每個工作循環也是由進氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程組成。由于柴油機以柴油作燃料，與汽油相比，柴油自燃溫度低、黏度大不易蒸發，因而柴油機采用壓縮終點自燃著火，其工作過程及系統結構與汽油機有所不同。

1)進氣行程

進入汽缸的工質是純空氣。由于柴油機進氣系統阻力較小，進氣終點壓力pa＝(0.85～0.95)p0，比汽油機高。進氣終點溫度Ta＝300～340K，比汽油機低。

2)壓縮行程

由于壓縮的工質是純空氣，因此柴油機的壓縮比比汽油機高(一般為ε＝16～22)。壓縮終點的壓力為3000～5000kPa，壓縮終點的溫度為750～1000K，大大超過柴油的自燃溫度(約520K)。

3)做功行程

當壓縮行程接近終了時，在高壓油泵作用下，將柴油以10MPa左右的高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中，在很短的時間內與空氣混合后立即自行發火燃燒。汽缸內氣體的壓力急速上升，最高達5000～9000kPa，最高溫度達1800～2000K。由于柴油機是靠壓縮自行著火燃燒，故稱柴油機為壓燃式發動機。

4)排氣行程

柴油機的排氣與汽油機基本相同，只是排氣溫度比汽油機低。一般Tr＝700～900K。對于單缸發動機來說，其轉速不均勻，發動機工作不平穩，振動大。這是因為四個行程中只有一個行程是做功的，其他三個行程是消耗動力為做功做準備的行程。為了解決這個問題，飛輪必須具有足夠大的轉動慣量，這樣又會導致整個發動機質量和尺寸增加。采用多缸發動機可以彌補上述不足，但是，同時也存在結構復雜，工藝難度大、技術要求高等問題。

并且，目前普通的內燃機還存在著能源使用效率不高的問題，表現為：