技術領域：
本發明屬于內燃機技術領域，具體涉及一種提高內燃機效率的方法及高效內燃機。
背景技術內燃機是一種利用燃料燃燒產生的燃燒產物作為工作流體的熱力發動機。 它是將燃料在氣缸內燃燒產生的熱量直接轉變為機械能的動力機械。 內燃機按使用的燃料可分為汽油機和柴油機。 從結構上看，它們有活塞連桿組、配氣機構、供油系統、潤滑系統、冷卻系統等。電噴汽油機的供油系統主要由電動燃油泵、燃油濾清器、燃油壓力脈動阻尼器、燃油壓力調節器、噴油器和燃油管路。 燃油噴射的主要類型有節氣門體燃油噴射系統、中央進氣口燃油噴射系統、進氣道燃油噴射系統，部分發動機已配備汽油直噴系統。 已經并將繼續在柴油發動機上使用的四種基本機械或電子控制燃油噴射系統是恒壓或共軌燃油噴射系統、彈簧加壓或蓄能器燃油噴射系統以及源自博世結構的脈動燃油噴射泵。 噴射系統、分配泵燃油噴射系統，各種燃油噴射系統都有噴油器。 噴油器一般安裝在內燃機的氣缸蓋上，將從噴油泵送來的高壓燃油噴入燃燒室。 四沖程往復活塞內燃機將熱能轉化為機械能的過程是通過進氣、壓縮、發電和排氣四個連續過程來實現的，稱為一個工作循環。 汽油機燃油供給系統的作用是根據汽油機的不同工況供給不同濃度的混合氣。 可燃混合氣的濃度通常用空燃比來表示。 空燃比是每個工作循環中充入氣缸的空氣和燃料的量。 質量比，理想情況下，理論上可燃混合氣完全燃燒，其空燃比為14.7。 可燃混合物的濃度也可用過量空氣系數來表示。 過量空氣系數是指氣缸內實際空氣量與噴入氣缸內的燃油完全燃燒所需的理論空氣量的質量比。 對于理論混合物來說它等于1。 如果它小于 1，則為濃混合物，如果大于 1，則為稀混合物。 汽油機壓縮沖程末期，火花塞產生電火花，點燃混合氣并迅速燃燒，使氣體的溫度和壓力迅速升高并膨脹。 最大壓力出現在上止點后12°-15°的適當角度內，從而推動活塞從上止點向下止點移動，并通過連桿使曲軸旋轉做功。 當活塞到達下止點時工作結束。 工作過程中，氣缸內的氣體壓力和溫度在開始時急劇上升。
瞬時壓力可達3-5MPa，瞬時溫度可達2200-2800K。 作功沖程結束時，膨脹壓力降至0.3-0.5MPa，氣體溫度降至1000-1300℃。 柴油發動機的動力沖程與汽油發動機有很大不同。 在壓縮沖程末期，噴油泵將高壓柴油以霧狀形式通過噴油器噴入氣缸內的高溫壓縮空氣中，在氣缸內迅速汽化并與空氣混合。 該提前量稱為供油提前角。 由于此時氣缸內的溫度遠高于柴油的自燃溫度，柴油混合氣立即自行點燃燃燒，并在噴射燃油的同時燃燒一段時間。 氣缸內的壓力和溫度急劇升高，推動活塞向下做功。 由于柴油機的燃燒過程與混合氣的形成同時發生，因此比汽油機的燃燒過程更為復雜。 燃燒過程一般在壓縮沖程上止點附近的幾十度內完成。 作功行程時，瞬時壓力可達5-10MPa，瞬時溫度可達1800-2200K。 根據內燃機曲柄連桿組的應力分析，在做功沖程時內燃機效率，氣體壓力推動活塞向下運動。 活塞上的總壓力為Fe，可分解為將活塞壓向缸壁，在活塞與缸壁之間形成側壓Fn，通過活塞銷傳至連桿，作用在連桿上。連桿軸直徑沿連桿方向。 連桿力Fs分解為沿曲柄方向壓縮曲軸和主軸承主軸直徑的徑向力Fb和垂直于曲柄的徑向力Fb，除了壓縮主軸外直徑和主軸承。 除了力之外，它還在曲軸上產生扭矩和驅動曲軸旋轉的切向力FT。 這些力是氣體壓力的函數，并且可以使用曲軸角度ci、連桿擺角P和連桿行程比來計算。 連桿力Fs=FG/cosP； 活塞橫向力Fn=FG*tanP； 徑向力=FG*cos/cosP； 切向力Ft=Fc*sin(a+p)/cos 3 ； 式中=r/1； sinP = X*sina ; C0Se= (1-X2*sin2a) 1/2。 由于內燃機燃料主要是汽油和柴油，它是碳氫化合物的混合物。 它與空氣混合，在內燃機氣缸內燃燒，大部分產生C02和H20。 根據燃燒條件，由于不完全燃燒，部分產生CO和HC化合物。 另外，當燃燒溫度很高時，空氣中的氮氣與未燃燒的氧氣反應生成NOx，其中CO、HC、NOX、S02和煙塵會對人體和環境造成極大危害（見人民交通出版社《汽車《發動機結構與維修》2005年9月出版，唐定國主編；《汽車結構與原理》，機械工業出版社2005年7月出版，蔡興旺主編）。
內燃機做功沖程中的最高壓力出現在上止點后曲軸轉角 20° 范圍內。 根據活塞連桿組的功率分析，切向力FT=FG*sin(ci+P)/cosP； 雖然此時氣缸內的壓力最大，但曲軸轉角a和連桿擺角e都較小。 活塞推動連桿在曲軸上產生扭矩的分力FT較小，產生的扭矩不大。 當曲軸轉角較大時，sin(ci+P)/cose為最大值時，可獲得最高的工作效率，由于活塞向下運動
越大，氣缸容積越大，氣缸壓力Fe越低，從而大大減小切向力Ft，因此曲線
軸產生的扭矩也不大。 一般來說，汽油機的效率在30%左右，柴油機的效率在40%左右。 雖然現有的內燃機已經應用了各種技術來提高內燃機的效率，但是活塞連桿組將活塞的往復運動轉變為圓周運動時效率低的問題并不能從根本上解決。
為了解決能源短缺問題，人們一直在探索以水為燃料，分解水制取氧氣和氫氣的研究和實踐。香港大學機械工程學系公開了一種熱分解制氫方法，利用太陽能聚光器產生的高溫加熱水，直接分解產生氫氣。 “……加熱水并直接分解產生氫氣
氣體和氧氣。 在該反應中，水的分解速率隨著溫度的升高而增加。在壓力下
0.05bar、溫度2500K，水蒸氣分解率可達25%； 當溫度達到
在2800K時，水蒸氣的分解率可達55%*""。
發明任務
本發明的目的是提供一種在做功沖程期間增加內燃機氣缸壓力的方法，從而提高內燃機的效率和高效內燃機。
為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案，一種提高內燃機效率的方法，通過設置在內燃機氣缸上部的二次噴油器進行汽化、膨脹和化學反應。在內燃機的一次操作中，在高溫和高壓條件下燃燒液體燃料。 在循環過程中向氣缸中噴射一次或多次。
副噴油器將液體燃料單次或多次噴射到氣缸中。 在做功沖程中，液體燃料在可燃混合氣燃燒的同時汽化、分解、助燃、膨脹，從而增加了一次燃燒的氣體含量。
氣缸壓力。
液體燃料由二次噴油器單次或多次噴入氣缸，使液體燃料在可燃混合氣一次燃燒產生的高溫高壓條件下氣化、分解、膨脹、燃燒。
產物發生二次化學燃燒，使曲軸轉角和連桿擺角達到sin(ci+e)/cosP最大值附近，從而提高氣缸壓力。 液體燃料是水或加水的燃料。
一種高效內燃機，包括氣缸，在氣缸蓋或氣缸體上端設有二次噴油器，用于將在高溫高壓條件下能氣化膨脹和化學燃燒的液體燃料噴入發動機中。氣缸。
本發明在現有的內燃機上增加了類似于柴油機供油系統的二次噴射系統。 這里將內燃機原有燃油供給系統的噴油器稱為一次噴油器，將內燃機原有的燃燒方式稱為一次燃燒。 每個氣缸還設有一個與柴油機供油系統中噴油器類似的高壓噴油器，即副噴油器。 副噴油器可以在高溫高壓條件下使液體燃料汽化、膨脹和化學燃燒。 （水或加水燃料）通過單次或多次霧化在高于氣缸壓力的不同時間噴入氣缸，使液體燃料在氣缸產生的高溫高壓條件下氣化、分解和膨脹。使可燃混合物燃燒，并參與可燃混合物。 燃燒反應，特別是在 Qu 中
當軸轉角和連桿擺角達到sin(a+e)/cosP的最大值時，即活塞向下運動到連桿和曲軸處于分力范圍內時，產生的扭矩接近最大值時，氣缸壓力升高，增加了內燃機的輸出功率。 同時，噴射液體燃料的氣化膨脹過程是一個吸熱過程，可以降低缸內燃燒產物的溫度。 二次燃燒時，燃燒反應更加完全，可以減少污染物排放量。
本發明中，液體燃料是指在高溫高壓條件下能夠汽化、膨脹和化學燃燒的液體。 它是水或以水為溶劑，以溶質在高溫高壓條件下能汽化、膨脹和化學燃燒的物質的液體。 ，可以是乳化水，也可以是水和與水混溶且不具有熱值的溶質的水溶液，也可以是添加了乳化劑和添加劑的乳液，也可以是水的水溶液和與水混溶且不具有熱值的溶質。 溶質形成的水溶液或加入乳化劑和添加劑形成的乳液也可以是水與不與水混溶的含熱值的溶質、乳化劑和添加劑形成的乳液。 具體來說，液體燃料包括（1）水，可以直接噴灑，也可以添加乳化劑和添加劑來調節“冰點”，以適應內燃機的環境氣候溫度； 要有適當的粘度和潤滑性，以免損壞發動機。 二次噴射系統部件腐蝕； (2)過氧化氫水溶液、二甲醚水溶液； (3)水+內燃機燃料(汽油、柴油)+乳化劑+添加劑的混合物。 溶質的含量可以根據燃燒條件來確定。
圖1是采用副噴油器的電噴汽油機工作示意圖； 圖2是采用二次噴油器的柴油機工作原理圖。
具體實施例
實施例一，見圖1。四沖程汽油內燃機有曲軸1、連桿2、氣缸3、活塞4、火花塞5，各氣缸3上端設有副噴油器6，其功能和結構與柴油機噴油器相同。 汽油被霧化并與空氣混合形成可燃混合物，在進氣沖程時被吸入氣缸。 它在做功沖程上止點之前由火花塞點燃。 可燃混合氣在氣缸內燃燒一次做功，內燃機在正常工況下工作。 副噴油器以曲軸轉角和連桿擺角達到sin(a+e)/cose最大值的時間為基礎，提前某一時間將水或其他液體燃料以單次霧化方式噴入氣缸。 由于可燃混合氣一次燃燒可使氣缸內壓力達到3-5MPa，瞬時溫度可達2200-2800K，水在此高壓高溫下汽化，引起氣體膨脹并部分分解成氧氣和氧氣。氫。 燃燒產物和水分解產物進一步發生二次燃燒反應，使活塞向下運動，直到連桿和曲軸處于產生扭矩的分力的最大范圍。 這增加了氣缸壓力并增加了內燃機的輸出功率。 內燃機的一次燃燒可采用不超過燃料混合物火焰傳播速度下限的稀空燃比，以節省燃料。 如此高的燃燒溫度會導致NOx排放量增加，而噴水的氣化過程是吸熱反應，可以降低缸內溫度，有利于減少N(X)排放。
實施例2，見圖2。柴油內燃機有曲軸1、連桿2、氣缸3、活塞4和噴油器7。每個氣缸3的上端設有副噴油器6，相當于柴油機的功能和結構。 在壓縮沖程結束時，噴油器將柴油霧化并點燃。 在做功沖程上止點之前，添加有添加劑的水或乳化水液體燃料被霧化并從副噴油器噴入氣缸。 可燃混合氣的燃燒使氣缸內最高壓力達到5-10MPa，溫度達到1800 -2200K。 霧化的水在這種高壓和高溫下汽化、分解和膨脹。 部分水分解成氫氣和氧氣并參與燃燒。 結果，一次燃燒的氣缸壓力增加。 本實施例相當于柴油與水混合的乳化柴油效果，但省去了乳化柴油的生產工藝，避免了乳化柴油本身的缺點。 這樣可燃混合氣的混水燃燒，可以降低燃燒溫度，有利于稀空燃比燃燒，減少污染物排放。
實施例三，見圖1。四沖程汽油內燃機有曲軸1、連桿2、氣缸3、活塞4和火花塞5，各氣缸3的上端還設有副噴油器6的功能和結構與柴油機噴油器相同。首先，水和雙氧水的液體燃料由副噴油器6噴入做功沖程。
在上止點之前向氣缸內噴射第一次霧化噴霧，然后根據曲軸轉角和連桿擺角達到sin最大值的瞬間，提前一定時間向氣缸內噴射第二次霧化噴霧（ a+P)/cos P。第一次噴射的效果與實施例2相同，第二次噴射的效果與實施例1相同。噴射液體燃料中水的函數為與實施例1相同。過氧化氫在可燃混合物燃燒的高溫條件下分解，導致體積迅速膨脹。 分解產生O 2 和&0，其中O 2 是助燃劑并且可以引起燃燒。 更完整。 第一次噴射增加了氣缸的一次燃燒壓力，第二次噴射產生了二次燃燒，當活塞下降到連桿和曲軸處于扭矩分量最大的范圍時，增加了氣缸壓力。 ，在一個功率周期內進行兩次噴射，最大化功率輸出。
實施例4，見圖1。四沖程汽油內燃機有曲軸1、連桿2、氣缸3、活塞4和火花塞5，各氣缸3的上端還設有副噴油器6的功能和結構與柴油機噴油器相同。 當活塞在進氣沖程期間下降時，輔助噴射器6將水和醇水溶液燃料噴射到氣缸中，并與汽油混合物混合。 它在壓縮沖程中受到活塞的壓縮，混合物的溫度隨著壓縮過程而升高。 含水燃料被汽化并與汽油混合物更好地混合。 壓縮沖程末期氣缸壓力增加，相當于壓縮比增加。 火花塞在做功沖程上止點之前被點燃，含有液體燃料的可燃混合物被燃燒。 液體燃料中的水在燃燒的高溫高壓條件下氣化、分解、膨脹。 部分水分解成氫氣和氧氣并參與燃燒。 在此過程中，一次燃燒的氣缸壓力增加，從而增加了內燃機的功率。 在保證相同功率輸出的情況下，可以減少燃油供給量。
權利要求
1.一種提高內燃機效率的方法，其特征在于，將在高溫高壓條件下能氣化、膨脹、化學燃燒的液體燃料一次性注入內燃機或注入多次進入氣缸。
2.根據權利要求1所述的提高內燃機效率的方法，其特征在于，在做功沖程時，液體燃料在可燃混合氣中燃燒，同時進行氣化、分解、助燃、膨脹，以提高燃燒效率。一次燃燒的氣缸壓力。
3.根據權利要求1所述的提高內燃機效率的方法，其特征在于，所述液體燃料在可燃混合氣一次燃燒產生的高溫高壓條件下氣化、分解、膨脹，與一次燃燒產物進行二次反應。 化學燃燒使曲軸轉角和連桿擺角達到sin(a+0)/cosP最大值附近，從而增加氣缸壓力。
4.根據權利要求1、2或3所述的提高內燃機效率的方法，其中所述液體燃料是水或加水燃料。
5.一種高效內燃機，包括氣缸，其特征在于，在氣缸蓋或氣缸體的上端設有二次噴油器，用于噴射能在高溫高壓下氣化、膨脹和化學燃燒的液體燃料。進入氣缸的壓力條件。 。
全文摘要
一種通過二次噴油器將在高溫高壓條件下汽化、膨脹和化學燃燒的液體燃料在內燃機一個工作循環內單次或多次噴射到氣缸中來提高內燃機效率的方法安裝在內燃機氣缸的上部。 里面。 在做功沖程中，液體燃料在燃燒可燃混合物的同時汽化、分解、燃燒、膨脹，從而提高了一次燃燒的氣缸壓力。 或者液體燃料在可燃混合氣一次燃燒產生的高溫高壓條件下氣化、分解、膨脹，與一次燃燒產物進行二次化學燃燒，提高氣缸壓力。 液體燃料是水或加水的燃料。 采用上述方法的高效內燃機，包括氣缸，在氣缸蓋或氣缸體上端設有二次噴油器內燃機效率，將液體燃料噴入氣缸內，在氣缸內氣化、膨脹和化學燃燒。高溫高壓條件。 本發明能夠有效提高內燃機的效率。
文件號碼/
公布日期：2008年10月22日申請日期：2007年4月16日優先權日：2007年4月16日
發明人 張天、蔡波、蔡蔡 申請人：蔡芬； 張天； 蔡波
