技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高內(nèi)燃機(jī)效率的方法及高效內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)內(nèi)燃機(jī)是一種利用燃料燃燒產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物作為工作流體的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。 它是將燃料在氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱量直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。 內(nèi)燃機(jī)按使用的燃料可分為汽油機(jī)和柴油機(jī)。 從結(jié)構(gòu)上看，它們有活塞連桿組、配氣機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。電噴汽油機(jī)的供油系統(tǒng)主要由電動(dòng)燃油泵、燃油濾清器、燃油壓力脈動(dòng)阻尼器、燃油壓力調(diào)節(jié)器、噴油器和燃油管路。 燃油噴射的主要類型有節(jié)氣門體燃油噴射系統(tǒng)、中央進(jìn)氣口燃油噴射系統(tǒng)、進(jìn)氣道燃油噴射系統(tǒng)，部分發(fā)動(dòng)機(jī)已配備汽油直噴系統(tǒng)。 已經(jīng)并將繼續(xù)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的四種基本機(jī)械或電子控制燃油噴射系統(tǒng)是恒壓或共軌燃油噴射系統(tǒng)、彈簧加壓或蓄能器燃油噴射系統(tǒng)以及源自博世結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)燃油噴射泵。 噴射系統(tǒng)、分配泵燃油噴射系統(tǒng)，各種燃油噴射系統(tǒng)都有噴油器。 噴油器一般安裝在內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋上，將從噴油泵送來(lái)的高壓燃油噴入燃燒室。 四沖程往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程是通過(guò)進(jìn)氣、壓縮、發(fā)電和排氣四個(gè)連續(xù)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，稱為一個(gè)工作循環(huán)。 汽油機(jī)燃油供給系統(tǒng)的作用是根據(jù)汽油機(jī)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(lái)表示。 空燃比是每個(gè)工作循環(huán)中充入氣缸的空氣和燃料的量。 質(zhì)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(guò)量空氣系數(shù)來(lái)表示。 過(guò)量空氣系數(shù)是指氣缸內(nèi)實(shí)際空氣量與噴入氣缸內(nèi)的燃油完全燃燒所需的理論空氣量的質(zhì)量比。 對(duì)于理論混合物來(lái)說(shuō)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(jī)壓縮沖程末期，火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)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(xiàn)在上止點(diǎn)后12°-15°的適當(dāng)角度內(nèi)，從而推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，并通過(guò)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)做功。 當(dāng)活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)工作結(jié)束。 工作過(guò)程中，氣缸內(nèi)的氣體壓力和溫度在開始時(shí)急劇上升。
瞬時(shí)壓力可達(dá)3-5MPa，瞬時(shí)溫度可達(dá)2200-2800K。 作功沖程結(jié)束時(shí)，膨脹壓力降至0.3-0.5MPa，氣體溫度降至1000-1300℃。 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力沖程與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)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(guò)噴油器噴入氣缸內(nèi)的高溫壓縮空氣中，在氣缸內(nèi)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(shí)氣缸內(nèi)的溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃溫度，柴油混合氣立即自行點(diǎn)燃燃燒，并在噴射燃油的同時(shí)燃燒一段時(shí)間。 氣缸內(nèi)的壓力和溫度急劇升高，推動(dòng)活塞向下做功。 由于柴油機(jī)的燃燒過(guò)程與混合氣的形成同時(shí)發(fā)生，因此比汽油機(jī)的燃燒過(guò)程更為復(fù)雜。 燃燒過(guò)程一般在壓縮沖程上止點(diǎn)附近的幾十度內(nèi)完成。 作功行程時(shí)，瞬時(shí)壓力可達(dá)5-10MPa，瞬時(shí)溫度可達(dá)1800-2200K。 根據(jù)內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿組的應(yīng)力分析，在做功沖程時(shí)內(nèi)燃機(jī)效率，氣體壓力推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)。 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(cè)壓Fn，通過(guò)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(chǎn)生扭矩和驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)的切向力FT。 這些力是氣體壓力的函數(shù)，并且可以使用曲軸角度ci、連桿擺角P和連桿行程比來(lái)計(jì)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(nèi)燃機(jī)燃料主要是汽油和柴油，它是碳?xì)浠衔锏幕旌衔铩?它與空氣混合，在內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)燃燒，大部分產(chǎn)生C02和H20。 根據(jù)燃燒條件，由于不完全燃燒，部分產(chǎn)生CO和HC化合物。 另外，當(dāng)燃燒溫度很高時(shí)，空氣中的氮?dú)馀c未燃燒的氧氣反應(yīng)生成NOx，其中CO、HC、NOX、S02和煙塵會(huì)對(duì)人體和環(huán)境造成極大危害（見人民交通出版社《汽車《發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與維修》2005年9月出版，唐定國(guó)主編；《汽車結(jié)構(gòu)與原理》，機(jī)械工業(yè)出版社2005年7月出版，蔡興旺主編）。
內(nèi)燃機(jī)做功沖程中的最高壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后曲軸轉(zhuǎn)角 20° 范圍內(nèi)。 根據(jù)活塞連桿組的功率分析，切向力FT=FG*sin(ci+P)/cosP； 雖然此時(shí)氣缸內(nèi)的壓力最大，但曲軸轉(zhuǎn)角a和連桿擺角e都較小。 活塞推動(dòng)連桿在曲軸上產(chǎn)生扭矩的分力FT較小，產(chǎn)生的扭矩不大。 當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角較大時(shí)，sin(ci+P)/cose為最大值時(shí)，可獲得最高的工作效率，由于活塞向下運(yùn)動(dòng)
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(chǎn)生的扭矩也不大。 一般來(lái)說(shuō)，汽油機(jī)的效率在30%左右，柴油機(jī)的效率在40%左右。 雖然現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)應(yīng)用了各種技術(shù)來(lái)提高內(nèi)燃機(jī)的效率，但是活塞連桿組將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)時(shí)效率低的問(wèn)題并不能從根本上解決。
為了解決能源短缺問(wèn)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(shí)踐。香港大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系公開了一種熱分解制氫方法，利用太陽(yáng)能聚光器產(chǎn)生的高溫加熱水，直接分解產(chǎn)生氫氣。 “……加熱水并直接分解產(chǎn)生氫氣
氣體和氧氣。 在該反應(yīng)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(dá)25%； 當(dāng)溫度達(dá)到
在2800K時(shí)，水蒸氣的分解率可達(dá)55%*""。
發(fā)明任務(wù)
本發(fā)明的目的是提供一種在做功沖程期間增加內(nèi)燃機(jī)氣缸壓力的方法，從而提高內(nèi)燃機(jī)的效率和高效內(nèi)燃機(jī)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種提高內(nèi)燃機(jī)效率的方法，通過(guò)設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)氣缸上部的二次噴油器進(jìn)行汽化、膨脹和化學(xué)反應(yīng)。在內(nèi)燃機(jī)的一次操作中，在高溫和高壓條件下燃燒液體燃料。 在循環(huán)過(guò)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(shí)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(chǎn)生的高溫高壓條件下氣化、分解、膨脹、燃燒。
產(chǎn)物發(fā)生二次化學(xué)燃燒，使曲軸轉(zhuǎn)角和連桿擺角達(dá)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(nèi)燃機(jī)，包括氣缸，在氣缸蓋或氣缸體上端設(shè)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(xué)燃燒的液體燃料噴入發(fā)動(dòng)機(jī)中。氣缸。
本發(fā)明在現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)上增加了類似于柴油機(jī)供油系統(tǒng)的二次噴射系統(tǒng)。 這里將內(nèi)燃機(jī)原有燃油供給系統(tǒng)的噴油器稱為一次噴油器，將內(nèi)燃機(jī)原有的燃燒方式稱為一次燃燒。 每個(gè)氣缸還設(shè)有一個(gè)與柴油機(jī)供油系統(tǒng)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(xué)燃燒。 （水或加水燃料）通過(guò)單次或多次霧化在高于氣缸壓力的不同時(shí)間噴入氣缸，使液體燃料在氣缸產(chǎn)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(yīng)，特別是在 Qu 中
當(dāng)軸轉(zhuǎn)角和連桿擺角達(dá)到sin(a+e)/cosP的最大值時(shí)，即活塞向下運(yùn)動(dòng)到連桿和曲軸處于分力范圍內(nèi)時(shí)，產(chǎn)生的扭矩接近最大值時(shí)，氣缸壓力升高，增加了內(nèi)燃機(jī)的輸出功率。 同時(shí)，噴射液體燃料的氣化膨脹過(guò)程是一個(gè)吸熱過(guò)程，可以降低缸內(nèi)燃燒產(chǎn)物的溫度。 二次燃燒時(shí)，燃燒反應(yīng)更加完全，可以減少污染物排放量。
本發(fā)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(xué)燃燒的液體。 它是水或以水為溶劑，以溶質(zhì)在高溫高壓條件下能汽化、膨脹和化學(xué)燃燒的物質(zhì)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(zhì)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(zhì)。 溶質(zhì)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(zhì)、乳化劑和添加劑形成的乳液。 具體來(lái)說(shuō)，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(lái)調(diào)節(jié)“冰點(diǎn)”，以適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)的環(huán)境氣候溫度； 要有適當(dāng)?shù)恼扯群蜐?rùn)滑性，以免損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。 二次噴射系統(tǒng)部件腐蝕； (2)過(guò)氧化氫水溶液、二甲醚水溶液； (3)水+內(nèi)燃機(jī)燃料(汽油、柴油)+乳化劑+添加劑的混合物。 溶質(zhì)的含量可以根據(jù)燃燒條件來(lái)確定。
圖1是采用副噴油器的電噴汽油機(jī)工作示意圖； 圖2是采用二次噴油器的柴油機(jī)工作原理圖。
具體實(shí)施例
實(shí)施例一，見圖1。四沖程汽油內(nèi)燃機(jī)有曲軸1、連桿2、氣缸3、活塞4、火花塞5，各氣缸3上端設(shè)有副噴油器6，其功能和結(jié)構(gòu)與柴油機(jī)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(jìn)氣沖程時(shí)被吸入氣缸。 它在做功沖程上止點(diǎn)之前由火花塞點(diǎn)燃。 可燃混合氣在氣缸內(nèi)燃燒一次做功，內(nèi)燃機(jī)在正常工況下工作。 副噴油器以曲軸轉(zhuǎn)角和連桿擺角達(dá)到sin(a+e)/cose最大值的時(shí)間為基礎(chǔ)，提前某一時(shí)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(nèi)壓力達(dá)到3-5MPa，瞬時(shí)溫度可達(dá)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(chǎn)物和水分解產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)生二次燃燒反應(yīng)，使活塞向下運(yùn)動(dòng)，直到連桿和曲軸處于產(chǎn)生扭矩的分力的最大范圍。 這增加了氣缸壓力并增加了內(nèi)燃機(jī)的輸出功率。 內(nèi)燃機(jī)的一次燃燒可采用不超過(guò)燃料混合物火焰?zhèn)鞑ニ俣认孪薜南】杖急龋怨?jié)省燃料。 如此高的燃燒溫度會(huì)導(dǎo)致NOx排放量增加，而噴水的氣化過(guò)程是吸熱反應(yīng)，可以降低缸內(nèi)溫度，有利于減少N(X)排放。
實(shí)施例2，見圖2。柴油內(nèi)燃機(jī)有曲軸1、連桿2、氣缸3、活塞4和噴油器7。每個(gè)氣缸3的上端設(shè)有副噴油器6，相當(dāng)于柴油機(jī)的功能和結(jié)構(gòu)。 在壓縮沖程結(jié)束時(shí)，噴油器將柴油霧化并點(diǎn)燃。 在做功沖程上止點(diǎn)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(nèi)最高壓力達(dá)到5-10MPa，溫度達(dá)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(jié)果，一次燃燒的氣缸壓力增加。 本實(shí)施例相當(dāng)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(chǎn)工藝，避免了乳化柴油本身的缺點(diǎn)。 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(shí)施例三，見圖1。四沖程汽油內(nèi)燃機(jī)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(shè)有副噴油器6的功能和結(jié)構(gòu)與柴油機(jī)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(diǎn)之前向氣缸內(nèi)噴射第一次霧化噴霧，然后根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角和連桿擺角達(dá)到sin最大值的瞬間，提前一定時(shí)間向氣缸內(nèi)噴射第二次霧化噴霧（ a+P)/cos P。第一次噴射的效果與實(shí)施例2相同，第二次噴射的效果與實(shí)施例1相同。噴射液體燃料中水的函數(shù)為與實(shí)施例1相同。過(guò)氧化氫在可燃混合物燃燒的高溫條件下分解，導(dǎo)致體積迅速膨脹。 分解產(chǎn)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(chǎn)生了二次燃燒，當(dāng)活塞下降到連桿和曲軸處于扭矩分量最大的范圍時(shí)，增加了氣缸壓力。 ，在一個(gè)功率周期內(nèi)進(jìn)行兩次噴射，最大化功率輸出。
實(shí)施例4，見圖1。四沖程汽油內(nèi)燃機(jī)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(shè)有副噴油器6的功能和結(jié)構(gòu)與柴油機(jī)噴油器相同。 當(dāng)活塞在進(jìn)氣沖程期間下降時(shí)，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(guò)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(dāng)于壓縮比增加。 火花塞在做功沖程上止點(diǎn)之前被點(diǎn)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(guò)程中，一次燃燒的氣缸壓力增加，從而增加了內(nèi)燃機(jī)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(quán)利要求
1.一種提高內(nèi)燃機(jī)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(xué)燃燒的液體燃料一次性注入內(nèi)燃機(jī)或注入多次進(jìn)入氣缸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高內(nèi)燃機(jī)效率的方法，其特征在于，在做功沖程時(shí)，液體燃料在可燃混合氣中燃燒，同時(shí)進(jìn)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(jù)權(quán)利要求1所述的提高內(nèi)燃機(jī)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(chǎn)生的高溫高壓條件下氣化、分解、膨脹，與一次燃燒產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng)。 化學(xué)燃燒使曲軸轉(zhuǎn)角和連桿擺角達(dá)到sin(a+0)/cosP最大值附近，從而增加氣缸壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的提高內(nèi)燃機(jī)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(nèi)燃機(jī)，包括氣缸，其特征在于，在氣缸蓋或氣缸體的上端設(shè)有二次噴油器，用于噴射能在高溫高壓下氣化、膨脹和化學(xué)燃燒的液體燃料。進(jìn)入氣缸的壓力條件。 。
全文摘要
一種通過(guò)二次噴油器將在高溫高壓條件下汽化、膨脹和化學(xué)燃燒的液體燃料在內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)單次或多次噴射到氣缸中來(lái)提高內(nèi)燃機(jī)效率的方法安裝在內(nèi)燃機(jī)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(shí)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(chǎn)生的高溫高壓條件下氣化、分解、膨脹，與一次燃燒產(chǎn)物進(jìn)行二次化學(xué)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(nèi)燃機(jī)，包括氣缸，在氣缸蓋或氣缸體上端設(shè)有二次噴油器內(nèi)燃機(jī)效率，將液體燃料噴入氣缸內(nèi)，在氣缸內(nèi)氣化、膨脹和化學(xué)燃燒。高溫高壓條件。 本發(fā)明能夠有效提高內(nèi)燃機(jī)的效率。
文件號(hào)碼/
公布日期：2008年10月22日申請(qǐng)日期：2007年4月16日優(yōu)先權(quán)日：2007年4月16日
發(fā)明人 張?zhí)臁⒉滩ā⒉滩?申請(qǐng)人：蔡芬； 張?zhí)欤?蔡波
