CN104712414A - 一种高效发动机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高效发动机系统及设备，包括至少一个发动机汽缸，至少一个燃烧室，至少一个空气压缩机，其特征在于当本发明的发动机汽缸的内径与传统发动机汽缸的内径相同、本发明的发动机汽缸内的活塞的行程与传统发动机汽缸内的活塞的行程相同、本发明的发动机燃烧室的容积与传统发动机燃烧室的容积相同或本发明的发动机燃烧室的容积大于传统发动机燃烧室的容积时，本发明的发动机在发动机压缩循环汽缸内的活塞移动到上止点或点火时燃烧室内的气压大于传统发动机在压缩循环汽缸内的活塞移动到上止点或点火时燃烧室内的气压。

Description

一种高效发动机系统
所属领域
本发明属于发动机的效率改进领域。
背景技术
传统发动机(包括二循环与四循环等变容式内燃发动机)通过提高发动机的进气效率、容积效率、燃料的混合效率来提高发动机的热效率。
但在实践中，如现有技术所示，对这三者的获取总是相互矛盾。
原因在于传统发动机是以活塞向下止点移动在汽缸内产生负压将新鲜空气(或混合气)吸入汽缸，当采用特殊进气道获得较高的燃料混合效率或适应发动机的燃烧系统时，会进一步降低发动机的进气效率和容积效率，即使采用涡轮增压器或其他增压器对发动机增压时，同样会因为在发动机进气循环吸入的新鲜空气(或混合气)从汽缸壁及燃烧室壁吸收大量热量并发生膨胀，这样就减少了进入汽缸的新鲜空气(或混合气)，进而降低容积效率。
例如采用汽缸内喷射汽油的汽油发动机通常采取在发动机进气孔或/和进气道处引导气流的流动的措施，获得在进气过程汽缸内需要的进气涡流，以适应发动机的燃烧系统，这也就不可避免的影响发动机的进气效率。
采用高压共轨系统的柴油发动机具有较高的进气效率、容积效率、燃料的混合效率，还具有较低的污染物排放，但采用高压共轨系统增加了发动机的成本。
提高发动机热效率的另一个措施是提高发动机的压缩比，但现有的发动机为防止发动机产生爆震和降低污染物的排放，都维持发动机的压缩比在较低水平(汽油机在9～12之间，柴油机在12～22之间。)。
如果能提供一种低成本的具有较高的进气效率、容积效率、燃料的混合效率、较高的压缩比(提供的发动机在发动机压缩循环汽缸内的活塞移动到上止点或发动机点火时燃烧室内的气压高于传统发动机在压缩循环活塞移动到上止点或发动机点火时燃烧室内的气压)和较低的污染物排放的发动机系统和设备，将是对现有技术的巨大贡献。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效发动机系统，该发动机系统可至少部分克服上述缺点的一条，或为消费者提供一种有用或商业化的选择。
如上所述，本发明提供一种高效发动机系统，该发动机系统包括至少一个发动机汽缸、至少一个燃烧室、至少一个空气压缩机；所述发动机汽缸作为燃烧室壁的部分在轴向上的长度大于或等于传统发动机汽缸作为燃烧室壁的部分在轴向上的长度，所述空气压缩机包括至少一个复合增压器(由机械增压器与涡轮增压器组成)与至少一个活塞式空气压缩泵；所述活塞式空气压缩泵的泵体及连通活塞式空气压缩泵出气孔与燃烧室进气孔的进气管设有冷却液通道：所述复合增压器包括至少一个新鲜空气(或混合气)进气口与至少两个新鲜空气(或混合气)出气孔，所述活塞式空气压缩泵包括至少一个新鲜空气(或混合气)进气孔与至少一个新鲜空气(或混合气)出气孔；所述至少一个燃烧室包括至少一个与至少一个复合增压器的至少一个新鲜空气(或混合气)出气孔连通的新鲜空气(或混合气)进气孔，所述至少一个燃烧室包括至少一个与至少一个活塞式空气压缩泵的至少一个新鲜空气(或混合气)出气孔连通的新鲜空气(或混合气)进气孔，所述至少一个复合增压器包括至少一个新鲜空气(或混合气)出气孔与至少一个活塞式空气压缩泵的至少一个新鲜空气(或混合气)进气孔连通。
本发明中的至少一个复合增压器在一个发动机工作周期为至少一个燃烧室与至少一个活塞式空气压缩泵输送新鲜空气(或混合气)，至少一个活塞式空气压缩泵在一个发动机工作周期为至少一个燃烧室输送新鲜空气(或混合气)。
在一个发动机工作周期中，本发明中的复合增压器内的一部分新鲜空气(或混合气)在发动机进气循环阶进入发动机汽缸，活塞式空气压缩泵内的新鲜空气(或混合气)在发动机压缩循环开始时或开始后进入发动机汽缸并在发动机压缩循环结束时或结束前完全进入发动机汽缸，活塞式空气压缩泵内的活塞在发动机汽缸内的活塞移动到发动机汽缸的上止点时或移动到上止点前移动到活塞式空气压缩泵的上止点。
本发明中的燃烧室的容积的大小设为：本发明的发动机的燃烧室容积大于或等于传统发动机的燃烧室容积，小于本发明中的发动机在发动机压缩循环汽缸内的活塞移动到上止点或发动机点火时燃烧室内的气压与传统发动机在压缩循环活塞移动到上止点或发动机点火时燃烧室内的气压相同时的燃烧室容积。
在上述技术方案中，当本发明中的发动机汽缸的内径与传统发动机汽缸的内径相同、本发明中的发动机汽缸内的活塞行程与传统发动机汽缸内的活塞行程相同、本发明中的发动机的燃烧室容积与传统发动机的燃烧室容积相同或本发明中的发动机的燃烧室容积大于传统发动机的燃烧室容积时，本发明中的发动机在发动机压缩循环汽缸内的活塞移动到上止点或发动机点火时燃烧室内的气压高于传统发动机在压缩循环汽缸内的活塞移动到上止点或发动机点火时燃烧室内的气压。
在上述技术方案中，在活塞式空气压缩泵的泵体及连通活塞式空气压缩泵出气孔与燃烧室进气孔的进气管外设置冷却液通道，通过对压缩后的气体进行冷却可以将气体中的热量最大程度的带走，使活塞式空气压缩泵内的气体进入燃烧室时气体的温度较低，这就保证了在发动机压缩循环活塞移动到上止点或发动机点火时燃烧室内的气体温度在正常范围，不致于产生爆震或燃料燃烧时因为高温产生的污染物的量增加。
在上述技术方案中，由于在发动机运行中活塞式空气压缩泵的气缸体及活塞的运行温度较低(甚至低于环境大气温度)，通过活塞式空气压缩泵对发动机汽缸泵送新鲜空气(或混合气)，减少了相对于上述传统发动机在吸气循环新鲜空气(或混合气)进入汽缸时因为从汽缸壁和燃烧室壁吸收热量而减少进入发动机汽缸的新鲜空气(或混合气)的量，这就提高了发动机的容积效率。同时使用复合增压器对发动机汽缸和活塞式空气压缩泵进行增压，这就提高了发动机和活塞式空气压缩泵的进气效率。在发动机运行时，活塞式空气压缩泵内的新鲜空气(或混合气)在活塞式空气压缩泵内的活塞向上止点移动时被挤入发动机汽缸，由于是以挤入的方式进入发动机汽缸，新鲜空气(或混合气)在与活塞式空气压缩泵出气孔连通的燃烧室新鲜空气(或混合气)进气孔处或燃烧室内形成高速气流，高速流动的气体能与燃料更好的混合，这就提高了燃料的混合效率。
在上述技术方案中，当一个或多个活塞式空气压缩泵在一个发动机工作周期对多个发动机汽缸输送新鲜空气(或混合气)时，发动机的实际排量大于所有发动机汽缸与活塞式空气压缩泵的扫出排量(在一个工作周期活塞从发动机汽缸和活塞式空气压缩泵的下止点移动到上止点挤出的常温常压下的空气的量)之和，同时在一个发动机汽缸充入更多的新鲜空气(混合气)，就可以在一个发动机汽缸中燃烧更多的燃料，这就降低了产生单位功率(升功率)所需要的成本。
附图说明
本发明实施例将结合下图进行详细说明，其中：
图1是本发明中发动机系统的示意图。
具体实施方式
根据本发明的优选实施例，提供一种高效发动机系统。
如图1所示，本发明提供一种高效发动机系统，该发动机系统包括至少一个发动机汽缸22、至少一个燃烧室34、至少一个活塞式空气压缩泵55、至少一个复合增压器1，活塞式空气压缩泵55设有冷却液通道21，复合增压器1的出气孔2与燃烧室34的进气孔3通过进气管4连通，复合增压器1的出气孔5与活塞式空气压缩泵55的进气孔6通过进气管7连通，活塞式空气压缩泵55的出气孔8与燃烧室的进气孔9通过进气管10连通，进气管10外设有冷却液通道20，复合增压器1的废气进气孔12与燃烧室的排气孔33通过排气管37连通。
在发动机进气循环开始时，进气孔9通过进气阀15闭合，排气孔33通过排气阀32闭合，进气孔3通过进气阀14开启。活塞31向下止点移动。
在发动机进气循环结束时，排气孔33通过排气阀32闭合，进气孔3通过进气阀14闭合，进气孔9在发动机进气循环结束时或结束后通过进气阀15开启。活塞31移动到下止点。
在发动机压缩循环开始时，排气孔33通过排气阀32闭合，进气孔3通过进气阀14闭合，进气孔9在发动机压缩循环开始时或开始后通过进气阀15开启。活塞31向上止点移动。
在发动机压缩循环结束时，排气孔33通过排气阀32闭合，进气孔3通过进气阀14闭合，进气孔9在发动机压缩循环结束时或结束前通过进气阀15闭合。活塞31移动到上止点。
在发动机膨胀做功循环，进气孔9通过进气阀15闭合，排气孔33通过排气阀32闭合，进气孔3通过进气阀14闭合。活塞31向下止点移动。
在发动机排气循环，进气孔9通过进气阀15闭合，排气孔33通过排气阀32开启，进气孔3通过进气阀14闭合。活塞31向上止点移动。
在活塞式空气压缩泵进气阶段，进气孔6通过进气阀16开启，出气孔8通过出气阀17闭合，活塞30向下止点移动。
在活塞式空气压缩泵压缩阶段，进气孔6通过进气阀16闭合，出气孔8通过出气阀17开启，活塞30向上止点移动。
燃烧室34的进气孔9与活塞式空气压缩泵55的出气孔8在发动机工作周期同时开启或同时闭合，出气孔8在活塞30移动到上止点时通过出气阀17闭合，出气孔8在活塞30开始向上止点移动时或在活塞30向上止点移动后通过出气阀17开启。
在一个发动机工作周期中，活塞30在发动机压缩循环活塞31移动到上止点时或移动到上止点前移动到上止点。
本发明提供的发动机系统的一个工作周期为“进气循环-压缩循环-膨胀做功循环-排气循环”。
本发明提供的发动机系统中的活塞式空气压缩泵的上止点设在活塞式空气压缩泵内的活塞移动时活塞近于活塞式空气压缩泵的进气孔的一端。

Claims (6)

1.一种用于提高发动机热效率的高效发动机系统，该发动机系统包括至少一个发动机汽缸、至少一个燃烧室、至少一个空气压缩机，其特征在于当该发动机的汽缸的内径与传统发动机的汽缸的内径相同、该发动机汽缸内的活塞的行程与传统发动机的活塞的行程相同、该发动机汽缸内的燃烧室容积与传统发动机汽缸内的燃烧室容积相同或该发动机汽缸内的燃烧室容积大于传统发动机汽缸内的燃烧室容积时，该发动机汽缸内的活塞在压缩循环移动到上止点或燃烧室内点火时燃烧室内的气压高于传统发动机汽缸内的活塞在压缩循环移动到上止点或燃烧室内点火时燃烧室内的气压。
2.根据权利要求1所述的发动机，空气压缩机包括至少一个复合增压器、至少一个活塞式空气压缩泵，至少一个复合增压器包括至少一个新鲜空气(或混合气)进气口与至少两个新鲜空气(或混合气)出气孔，至少一个活塞式空气压缩泵包括至少一个新鲜空气(或混合气)进气孔与至少一个新鲜空气(或混合气)出气孔。
3.根据权利要求2所述的发动机，包括活塞式空气压缩泵的泵体与连通活塞式空气压缩泵的新鲜空气(或混合气)出气孔与燃烧室的新鲜空气(或混合气)进气孔的进气管外设有冷却液通道。
4.根据权利要求2所述的发动机，包括至少一个燃烧室的至少两个新鲜空气(或混合气)进气孔中的至少一个新鲜空气(或混合气)进气孔与至少一个复合增压器的至少一个新鲜空气(或混合气)出气孔连通，至少一个燃烧室的至少两个新鲜空气(或混合气)进气孔中的至少另一个新鲜空气(或混合气)进气孔与至少一个活塞式空气压缩泵的至少一个新鲜空气(或混合气)出气孔连通，至少一个复合增压器的至少另一个新鲜空气(或混合气)出气孔与至少一个活塞式空气压缩泵的至少一个新鲜空气(或混合气)进气孔连通。
5.根据权利要求2所述的发动机，包括在一个发动机工作周期中，至少一个活塞式空气压缩泵内的活塞可选择在发动机压缩循环至少一个发动机汽缸内的活塞移动到上止点时或移动到上止点前移动到活塞式空气压缩泵的上止点。
6.根据权利要求2所述的发动机，包括至少一个活塞式空气压缩泵内的压缩气体可选择在发动机压缩循环至少一个发动机汽缸内的活塞开始向上止点移动时或向上止点移动后通过连通至少一个活塞式空气压缩泵的至少一个新鲜空气(或混合气)出气孔与至少一个燃烧室的至少一个新鲜空气(或混合气)进气孔的进气管开始向燃烧室输送新鲜空气(或混合气)，在发动机压缩循环至少一个发动机汽缸内的活塞移动到上止点时或移动到上止点前通过连通至少一个活塞式空气压缩泵的至少一个新鲜空气(或混合气)出气孔与至少一个燃烧室的至少一个新鲜空气(或混合气)进气孔的进气管向燃烧室完成新鲜空气(或混合气)的输送。
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