CN102192049A - 高效内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效内燃发动机，包括缸体，缸体上设有与缸体内腔导通的进气装置和喷油装置，以及在缸体内做往复运动的的活塞，其特征在于至少还包括有一个可将水雾化并将雾化水导入缸体内腔中的喷水装置，以及一个控制喷水装置启闭及调节喷水量的控制装置，所述控制装置控制喷水装置使之在活塞做吸气运动时喷出雾化水。本发明采取向燃烧室喷雾化水进行冷却的措施，可有效防止提前爆燃，发动机的压缩比得以提高，结合雾化水的爆膨，增大发动机功率输出。

Description

高效内燃发动机

(一)技术领域：

本发明涉及发动机，具体是一种高效内燃发动机。

(二)背景技术：

内燃发动机主体为缸体，缸体的上口由缸盖封盖，缸体内设有活塞，活塞在缸体内的运动上止点和运动下止点间往复运动。

活塞的往复运动分为进气、压缩、爆炸做功和排气四个过程：

1、进气(即吸气)。活塞自上止点向下运动时开启进气口，关闭排气口。活塞自上止点向下运动至下止点的过程中，进气口的气门处于开启状态，排气口的气门处于关闭状态。当活塞作进气运动时，控制装置控制喷油装置从喷油嘴喷油。喷油嘴可以设置于缸盖上直接向缸体内喷油，也可以设置于进气道中，使喷出的油雾随空气一同进入到缸体内。

2、压缩。活塞自下止点向上运动时关闭进气口。活塞自下止点向上运动至上止点的过程中，进气口气门和排气口气门均处于关闭状态。

3、爆炸做功。活塞向上运动至上止点，混合燃烧体于燃烧室内点燃，混合燃烧体瞬间燃烧爆炸，推动活塞向下止点运动输出功率。

4、排气。活塞自下止点向上运动时开启排气口。活塞自下止点向上运动至上止点，此时进气口的气门处于关闭状态，排气口的气门处于开启状态，将混合燃烧体燃烧爆炸产生的废气排出。

活塞运动的上止点与缸盖之间的腔室为燃烧室，活塞运动的下止点与缸盖之间的腔室为进气室(包括燃烧室)；进气室与燃烧室之比为压缩比。

压缩比是内燃发动机的一个重要指标，压缩比越大，点火前燃烧室内的混合气体的密度就越大，燃烧时一方面可以使燃料燃烧更完全，燃料利用率更高、能耗更低，废气排放也更低，另一方面发动机的功率输出更大，因此本领域的技术人员一直都希望通过提高内燃发动机的压缩比来改善发动机的上述各项指标。但因为汽缸中的空气和雾化汽油的混合体在被压缩的过程中温度会急剧升高，因此，如果压缩比太高，在点火前混合气体已达到自燃温度而提前爆燃，发生爆震，对发动机造成损坏。

为解决上述问题，现有技术主要是通过降低燃烧室内油气的密度，或者通过降低供油温度，如用油料降温的方法来降低燃烧室的温度，来避免爆燃情况的发生。通过这两种方法现在可以使汽油内燃发动机的压缩比达到9.5～10.6，柴油内燃发动机的压缩比达到18～22，但如果继续提高压缩比，则依然可能发生爆燃。

(三)发明内容：

本发明目的是提供一种通过喷水提高燃料利用率和提高输出功率的高效内燃发动机。

高效内燃发动机，包括缸体，缸体的上口由缸盖封盖，缸体或缸盖上设有与缸体内腔导通的进气装置、排气装置和喷油装置，缸体内还设有做往复运动的的活塞，且至少还包括一个可将水雾化且将雾化水导入缸体中的喷水装置，以及一个控制喷水装置启闭及调节喷水量的控制装置；所述控制装置控制喷水装置使之在活塞做吸气运动时、喷油装置喷油动作完毕后喷出雾化水。

向缸体内腔中导入雾化水的作用：

1、由于导入雾化水有制冷作用，可瞬间降低缸体内腔的温度，从而提高吸入的空气量从而提高缸体内的空气密度。多吸进的空气一方面可以使燃料燃烧更完全，提高燃料利用率，因此可以减少喷油量，从而降低能耗，减少污染；另一方面多吸进的空气增加了在爆炸做功时缸体内参与膨胀做功的空气量，从而增大了发动机的输出功率。

2、由于导入雾化水，压缩时随着缸体内温度的上升，部分水珠开始气化，当爆炸做功时，在高温作用下雾化水进一步汽化，气化水的体积急剧膨胀，进一步加强发动机功率输出。

3、由于导入雾化水时可给缸体内腔制冷，且压缩时部分水珠的气化过程也吸收缸内热量，从而可以延缓压缩时缸体内温度的上升的速度，因此，为设计更高压缩比的内燃机提供了空间。压缩比的提高将进一步提高内燃机的效率和输出功率，也将进一步提高发动机的其他多项指标。

为了避免油雾和水雾相遇后使燃油乳化，喷水动作最好在喷油动作完成后进行。

一种较简单的喷水装置是利用高压喷水嘴将水雾化并喷出，所述高压喷水嘴可以设置于缸盖上，或者设置于进气装置的气流通道中。高压喷水嘴既可以很好地将水雾化，其喷出的雾化水又具有较好的瞬间制冷作用。

因为活塞做吸气运动时缸体内的环流气体会将水雾带离燃烧室，而且吸气过程结束时，汽缸内的涡流运动几乎停止，因此，在吸气过程的后段再喷水可以使更多的水雾聚集在燃烧室内，使局部瞬间降温，吸进更多空气，如控制装置控制喷水装置使之在活塞做吸气运动且吸气行程在50％～100％时喷出雾化水。如所述控制装置控制喷水装置使之在活塞做吸气运动且吸气行程在70％～100％甚至吸气行程在90％～100％时喷出雾化水更好。

高压喷水嘴喷出的雾化水的温度为T＞0℃，T≤10℃较好，最好是T＞0℃，T≤5℃。

喷水装置的喷水量可根据发动机运转情况调整，喷水量以不会使发动机熄火为前提，一般情况下喷水量与发动机的容积成正比，实验得出每次喷水量为每升发动机容积的喷水量为0.2克～3克较好。

(四)附图说明：

图1是本发明一种实施方式的结构示意图。

图号标识：1、缸体；2、活塞；3、缸盖；4、曲柄箱；5、喷油嘴；6、高压喷水嘴；7、进气口；8、排气口；9、连杆；10、曲柄。

(五)具体实施方式：

图1所示为本发明的一种实施方式，是一种汽油发动机，发动机有四个缸，每个缸的容积为0.25升，发动机的总容积为1升。

在图1所示实施方式中，缸体1的上口由缸盖3封盖，缸盖3中心设置喷油装置的喷油嘴5，喷油嘴5旁的缸盖3上还设置喷水装置的高压喷水嘴6，喷水装置的启闭及喷水量调节由控制装置控制，该控制装置同时还控制喷油装置的启闭及喷油量的调节，缸体1的进气口7和排气口8开设于缸盖3上；缸体1的下口连接曲柄箱4，曲柄箱4内设有曲柄连杆机构，曲柄连杆机构由相互铰链的曲柄10和连杆9构成；缸体1内配合有活塞2，活塞2与连杆9铰链。

发动机启动时，曲柄10的转动、连杆9的摆动转化为活塞2在缸体1内的往复运动(发动机启动后，活塞2在缸体1内的往复运动转化为曲柄10的转动)，活塞2运动的上止点A与缸盖3之间的腔室为燃烧室，活塞2运动的下止点B与缸盖3之间的腔室为进气室(包括燃烧室)。

所述活塞2的往复运动分为进气、压缩、爆炸做功和排气四个过程：

1、进气(即吸气)。活塞2自上止点A向下运动时打开进气口7的气门，关闭排气口8的气门。活塞2自上止点A向下运动至下止点B的过程中，进气口7的气门处于开状态，排气口8的气门处于关闭状态。活塞2自上止点A向下运动时控制装置控制喷油装置从喷油嘴5喷油，当喷油动作完成后，且活塞2吸气行程在90％～100％之间时，控制装置控制喷水装置从高压喷水嘴6直接向缸体内喷出雾化水，喷水量为每次0.2克～3克。

2、压缩。活塞2自下止点B向上运动时，关闭进气口7气门。活塞2自下止点B向上运动至上止点A的过程中，进气口7气门和排气口8气门均处于关闭状态。

3、爆炸做功。活塞2向上运动至上止点A，油与雾化水的混合燃烧体于燃烧室内点燃，混合燃烧体瞬间燃烧爆炸(雾化水瞬间汽化爆膨)，推动活塞2向下止点B运动输出功率。

4、排气。活塞2自下止点B向上运动至上止点A，此时进气口7的气门关闭，排气口8的气门打开将混合燃烧体燃烧爆炸产生的废气排出。

本高效内燃发动机与其它结构及参数与之完全一致，仅不包括喷水装置的发动机相比，在不同的路况等外界条件下，可节油20％～30％，输出功率可增加15％～25％。

Claims (8)

1.高效内燃发动机，包括缸体(1)，缸体(1)的上口由缸盖(3)封盖，缸体(1)或缸盖(3)上设有与缸体内腔导通的进气装置、排气装置和喷油装置，缸体(1)内还设有做往复运动的的活塞(2)，其特征在于：至少还包括一个可将水雾化且将雾化水导入缸体(1)中的喷水装置，以及一个控制喷水装置启闭及调节喷水量的控制装置；所述控制装置控制喷水装置使之在活塞(2)做吸气运动时、喷油装置喷油动作完毕后喷出雾化水。

2.根据权利要求1所述的高效内燃发动机，其特征在于：所述喷水装置设有至少一个高压喷水嘴(6)，喷水装置通过通过高压喷水嘴(6)将水雾化；所述高压喷水嘴(6)设置于缸盖(3)上，或者设置于进气装置的气流通道中。

3.根据权利要求1所述的高效内燃发动机，其特征在于：所述控制装置控制喷水装置使之在活塞(2)做吸气运动且吸气行程在50％～100％之间时喷出雾化水。

4.根据权利要求2所述的高效内燃发动机，其特征在于：所述控制装置控制喷水装置使之在活塞(2)做吸气运动且吸气行程在70％～100％之间时喷出雾化水。

5.根据权利要求4所述的高效内燃发动机，其特征在于：所述控制装置控制喷水装置使之在活塞(2)做吸气运动且吸气行程在90％～100％之间时喷出雾化水。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的高效内燃发动机，其特征在于：高压喷水嘴(6)喷出的雾化水的温度T＞0℃，T≤10℃。

7.根据权利要求6的高效内燃发动机，其特征在于：高压喷水嘴(6)喷出的雾化水的温度T＞0℃，T≤5℃。

8.根据权利要求1～5中任意一项所述的高效内燃发动机，其特征在于：喷水装置的喷水量与发动机的容积成正比，每次喷水量为每升发动机的容积喷水量为0.2克～3克。

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