CN103016148A - 四冲程与二冲程组合循环内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四冲程与二冲程组合循环内燃机，包括两个四冲程燃烧循环气缸和多个两冲程非燃烧循环气缸，所述两个四冲程燃烧循环气缸和多个两冲程非燃烧循环气缸组成一个工作单元，两个四冲程燃烧循环气缸和多个两冲程非燃烧循环气缸通过稳压腔相连，所述内燃机包括一个或多个工作单元；新鲜空气进入发动机后，先进入四冲程燃烧循环气缸，历经“进气-压缩-做功-排气”四个冲程后，高温燃气被排入稳压腔，然后进入两冲程非燃烧循环气缸，经历“进气-排气”两个冲程后，再被排出发动机；本发明内燃机通过非燃烧循环气缸回收了燃烧循环气缸的燃气能量，具有工质移缸中节流损失少、能够充分利用内燃机高温气体能量的特点。

Description

四冲程与二冲程组合循环内燃机

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，具体涉及一种四冲程与二冲程组合循环内燃机。

背景技术

内燃机燃油1/3的能量被尾气带走，给了内燃机一个很大的能量回收空间。近年来，基于郎肯循环和热电材料的大量研究给出了很多废气能量回收方案。但是，基于郎肯循环的能量回收系统的集成度仍然很难满足实际需求，而基于热电材料的能量回收系统则受到回收效率过低的困扰需要一次革命性的材料发展才能有望应用。

工质移缸技术是内燃机领域的新技术，它突破了传统的单缸循环工作循环的模式，通过多个气缸联合完成一个工作循环，通过气缸之间的配合，完成单缸循环所难以完成的工作。Scuderi内燃机是一款典型的应用工质移缸技术的内燃机，该内燃机通过管道将两个气缸连通联合完成工作循环，其中一个气缸负责“进气-压缩”，另一个气缸完成“燃烧-排气”，预期该内燃机的燃烧效率能达到57％。德国META公司的K内燃机由冷热两个气缸组成一个工作单元，冷缸将新鲜空气与燃油混合并进行压缩，热缸利用残留废气余温点燃混合气，形成均质混合气着火。法国伊尔莫（Ilmor）公司设计发明了一种“五冲程内燃机”概念，它的两个气缸工质完成常规四个冲程后，交替移到中间一个大容腔气缸实现继续膨胀做功，设计人员预测，增压型五冲程内燃机将比现有的机型提高效率5％至20％，一台排量仅为0.7升的三缸五冲程增压内燃机可以输出130hp的最高功率和165N·m的最大扭矩。目前这些应用工质移缸技术的内燃机虽然可以获得较好的性能，但是由于结构与传统内燃机相差较大，很多方面难以继承现有内燃机的生产制造技术，不便商业化应用，而且在工质移缸过程中节流损失大影响总体性能。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种四冲程与二冲程组合循环内燃机，本发明内燃机工质移缸中节流损失少、能够充分利用内燃机高温气体能量。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

四冲程与二冲程组合循环内燃机，包括两个四冲程燃烧循环气缸3和多个两冲程非燃烧循环气缸4，所述两个四冲程燃烧循环气缸3和多个两冲程非燃烧循环气缸4组成一个工作单元，两个四冲程燃烧循环气缸3和多个两冲程非燃烧循环气缸4通过稳压腔5相连，所述内燃机包括一个或多个工作单元。

所述多个工作单元共用一个稳压腔5或每个工作单元均有一个稳压腔5。

所述四冲程燃烧循环气缸3有进气门7、排气门6以及点火装置，所述两冲程非燃烧循环气缸4只有进气门7和排气门6，无点火装置。

所述内燃机包括直列内燃机和V型内燃机。

所述直列内燃机的进气歧管1和排气歧管2在四冲程燃烧循环气缸3和两冲程非燃烧循环气缸4的同一侧，稳压腔5在另一侧。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1)在工质移缸过程中，稳压腔的存在降低了燃烧缸受排气背压的影响，同时也降低了前后缸配气相位的匹配难度；

2)更多的膨胀缸拥有更多的进气门和排气门，有效增大了气缸进排气门的流通面积，降低了泵气损失；

3)高温燃气在多个膨胀缸中膨胀做功，如果各缸缸径相同，则缸体结构与传统内燃机相同，无需对缸体进行改造，该方案可用于对现有四冲程火花点火内燃机和压燃式内燃机的改造，仅需更换凸轮轴和进排气歧管，改造难度低，集成度高，容易实现工业化生产。

附图说明

图1是四冲程与二冲程组合循环内燃机一个工作单元的循环示意图。

图2是四冲程与二冲程组合循环内燃机直列四缸机示意图。

图3是四冲程与二冲程组合循环内燃机直列四缸机工作顺序图。

图4是四冲程与二冲程组合循环内燃机V型八缸机示意图。

图5是四冲程与二冲程组合循环内燃机V型八缸机工作顺序图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明四冲程与二冲程组合循环内燃机一个工作单元的循环示意图，本发明两冲程非燃烧循环气缸4的数量与缸径可以根据膨胀比的需求来确定，本实施例两冲程非燃烧循环气缸4的数量为两个。两个四冲程燃烧循环气缸3的点火时刻相差360°曲轴转角，一个工作单元中的两冲程非燃烧循环气缸4同时进气和排气，两个四冲程燃烧循环气缸3燃烧后的高温燃气通过稳压腔5交替进入两个两冲程非燃烧循环气缸4。新鲜空气进入发动机后，先进入四冲程燃烧循环气缸3，历经“进气-压缩-做功-排气”四个冲程后，高温燃气被排入稳压腔5，然后进入两冲程非燃烧循环气缸4，经历“进气-排气”两个冲程后，再被排出发动机。高温燃气在两冲程非燃烧循环气缸4活塞下行阶段，可喷入尿素或临界高温水等，以增强做功能力。该发动机在不同工况下采用不同进气增压比和不同配气相位，以达到最佳性能输出。这种内燃机，可达到热效率、转矩及功率等指标明显优于传统内燃机。

如图2所示，为四冲程与二冲程组合循环内燃机直列四缸机示意图，按照图示从左到右的顺序依次排列为1缸、2缸、3缸和4缸，图中的标识I表示进气门7，E表示出气门6。内燃机工作顺序如图3所示，将1缸和4缸作为四冲程燃烧循环气缸3，2缸和3缸作为两冲程非燃烧循环气缸4，1缸和4缸的点火间隔为360°曲轴转角，整个内燃机形成一个完整的工作单元，1缸和4缸的排气交替通过稳压腔5进入2缸和3缸。四个气缸的缸径相同，一个四冲程燃烧循环气缸3的燃气进入两个两冲程非燃烧循环气缸4，燃气体积再膨胀了2倍。新鲜空气先通过进气歧管1进入四冲程燃烧循环气缸3，完成传统内燃机的四冲程“进气-压缩-做功-排气”后，燃气被排入稳压腔5，同时两冲程非燃烧循环气缸4的进气门7已经打开，燃气由稳压腔5同时进入两个两冲程非燃烧循环气缸4，经过“进气-排气”两个冲程后通过排气歧管2被排出内燃机。

如图4所示，为四冲程与二冲程组合循环内燃机V型八缸机示意图，上面的四个缸为左缸L,按照图示从左到右的顺序依次排列为1L、2L、3L和4L，下面的四个缸为右缸R，按照图示从左到右的顺序依次排列为1R、2R、3R和4R，图中的标识I表示进气门7，E表示出气门6。内燃机工作顺序如图5所示，将3L缸、4L缸、1R缸和3R缸作为四冲程燃烧循环气缸3，1L缸、2L缸、2R缸和4R缸作为两冲程非燃烧循环气缸4，3L缸和1R缸的点火间隔为360°曲轴转角，4L缸和3R缸的点火间隔为360°曲轴转角，整个内燃机由两个工作单元组成，3L缸和1R缸与两冲程非燃烧循环气缸4组成一个工作单元，4L缸和3R缸与两冲程非燃烧循环气缸4组成一个工作单元，每个工作单元中的四冲程燃烧循环气缸3的燃气交替通过稳压腔5进入两冲程非燃烧循环气缸4。八个气缸共用一个稳压腔5，八个气缸的缸径相同，一个四冲程燃烧循环气缸3的燃气同时进入两个两冲程非燃烧循环气缸4，燃气体积再膨胀了2倍。新鲜空气先通过进气歧管1进入四冲程燃烧循环气缸3，完成传统内燃机的四冲程“进气-压缩-做功-排气”后，燃气被排入稳压腔5，同时两冲程非燃烧循环气缸4的进气门7已经打开，燃气由稳压腔5同时进入两个两冲程非燃烧循环气缸4，经过“进气-排气”两个冲程后通过排气歧管2被排出内燃机。

Claims (5)

1.四冲程与二冲程组合循环内燃机，包括两个四冲程燃烧循环气缸（3）和多个两冲程非燃烧循环气缸（4），其特征在于：所述两个四冲程燃烧循环气缸（3）和多个两冲程非燃烧循环气缸（4）组成一个工作单元，两个四冲程燃烧循环气缸（3）和多个两冲程非燃烧循环气缸（4）通过稳压腔（5）相连，所述内燃机包括一个或多个工作单元。

2.根据权利要求1所述的四冲程与二冲程组合循环内燃机，其特征在于：所述多个工作单元共用一个稳压腔（5）或每个工作单元均有一个稳压腔（5）。

3.根据权利要求1所述的四冲程与二冲程组合循环内燃机，其特征在于：所述四冲程燃烧循环气缸（3）有进气歧管（1）、排气歧管（2）、进气门（7）、排气门（6）以及点火装置，所述两冲程非燃烧循环气缸（4）只有进气歧管（1）、排气歧管（2）、进气门（7）和排气门（6），无点火装置。

4.根据权利要求1所述的四冲程与二冲程组合循环内燃机，其特征在于：所述内燃机包括直列内燃机和V型内燃机。

5.根据权利要求4所述的四冲程与二冲程组合循环内燃机，其特征在于：所述直列内燃机的进气歧管（1）和排气歧管（2）在四冲程燃烧循环气缸（3）和两冲程非燃烧循环气缸（4）的同一侧，稳压腔（5）在另一侧。

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