CN108869027B - 一种喷氧二冲程内燃机及其运行方法 - Google Patents

一种喷氧二冲程内燃机及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种喷氧二冲程内燃机及其运行方法，包括包括高压氧气管、稳压装置，气缸的顶端固定有高压喷嘴、火花塞、喷油器、排气门，高压氧气罐连接高压喷嘴，高压氧气罐与高压喷嘴连接的管路上设置有稳压装置，活塞在曲柄转角230‑360°变化时，依次进行压缩、喷油、火花塞点火过程，活塞在曲柄转角0‑230°变化时，依次进行做功、排气过程。实现将现有的四冲程内燃机转变为二冲程内燃机，取消了进气冲程，将原四冲程内燃机压缩冲程和排气冲程合并为一个冲程，实现了NOx零排放，显著降低HC排放量。

Description

一种喷氧二冲程内燃机及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种喷氧内燃机，尤其涉及一种喷氧二冲程内燃机及其运行方法。
背景技术
近年来，环保问题的加剧以及石油资源的相对短缺，使得各国政府投入较大精力在新能源开发和利用、动力装置改进以及制定更加严格的法规等方面来实现资源的有效利用和排放污染物的降低。目前内燃机仍然是最主要的动力机械，汽车产业布局形式和汽车动力系统仍然以发动机为主，在发动机结构形式改变不大的情况下，找寻实现发动机动力性和排放性更优的技术路线是最佳的选择。由于二冲程发动机曲轴旋转一圈做一次功，与四冲程发动机相比较具有：运转稳定、机械效率高等优点，为此，产生了许多基于四冲程发动机的六冲程发动机发明，但仍沿用传统的进排气机构，四冲程发动机的缺陷仍不能完全消除，壁面淬冷、狭隙效应还严重存在，对发动机的燃烧效率提升效果不大，特别是仍然不能消除氮氧化物对大气的污染，发动机结构复杂，难以推广应用。
发明内容
本发明的目的在于：本发明针对现有内燃机的缺陷，提出一种吸取了传统二冲程与四冲程发动机优点的新型二冲程发动机，优化了发动机排气、压缩行程，大幅度提高了发动机燃烧效率，实现了NOx零排放，显著降低HC排放量。
本发明的目的是这样实现的：一种喷氧二冲程内燃机，包括包括曲轴1、连杆2、气缸3、活塞4、高压氧气罐5、稳压装置6、高压喷嘴7、火花塞8、喷油器9、排气门10，所述的曲轴1铰接连杆2的一端，连杆2的另一端铰接活塞4，活塞4与气缸3的内缸壁滑动配合，气缸3的顶端固定有高压喷嘴7、火花塞8、喷油器9、排气门10，高压氧气罐5通过管路连接高压喷嘴7，高压氧气罐5与高压喷嘴7连接的管路上设置有稳压装置6，用于稳定氧气的输出压力及防止气体倒流进入高压氧气罐5内，活塞4在曲柄转角230-360°变化时，依次进行压缩、喷油、火花塞8点火过程，活塞4在曲柄转角0-230°变化时，依次进行做功、排气过程。
喷氧二冲程内燃机还包括控制系统，所述的火花塞8通过线路与控制系统连接。
喷氧二冲程内燃机还包括油箱、油泵，油箱通过油泵与喷油嘴9相连接，油箱、油泵固定在喷氧二冲程内燃机壳体上。
气缸3内有带活塞环的活塞和曲轴连杆机构设置有相应的润滑系和冷却系统。
所述的稳压装置6由稳压阀、通断电磁阀、单向阀通过管路串联而成，通断电磁阀通过线路与控制系统连接，实现控制系统控制通断电磁阀的开启或关闭。
喷氧二冲程内燃机的工作过程是这样实现的：活塞4在上行到达位于气缸3的A位置时，即230-270°曲柄转角（CA）时，关闭排气门10，活塞4上行到气缸3的B位置，即280-310°CA时，喷油器9开始喷入燃油，燃油在废气的余热下蒸发裂解，活塞4上行到达C位置，即340-360°CA时，高压喷嘴7喷入氧气，氧气与燃油混合，控制火花塞8点火，火花塞8产生电火花点燃氧气与燃油的混合气，混合气推动活塞4向下方运动，通过连杆2使曲轴1旋转做功，活塞下行到D位置时，即140-170°CA转角，排气门10打开，废气开始排出气缸3，至活塞4到达下行程终点时做功结束；曲轴1通过连杆2推动活塞4从下行程终点向上行程终点方向运动，废气在自身剩余压力和在活塞4推动下继续被排出气缸3，活塞4上行到达A位置时，即230-270°CA转角，排气门10关闭，排气冲程结束，实现将现有的四冲程内燃机转变为二冲程内燃机，取消了进气冲程，将原四冲程内燃机压缩冲程和排气冲程合并为一个冲程。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明的喷氧二冲程发动机，采用高压氧气喷嘴，取消了进气门，进入气缸的气体不再是含氮气的空气，而是高压氧气，从根本上消除了氮氧化物的排放；
2.本发明的喷氧二冲程发动机，在确保发动机换气效率的同时，缩短排气行程和压缩行程，减少了排气和压缩负功，使得膨胀比大于压缩比，实现了发动机热效率的大幅提高；
3.本发明的喷氧二冲程发动机，利用气缸内富余的废气预热喷入气缸内的燃料和氧气，促进燃料的裂解及燃烧前的物理化学反应，充分利用废气预热，改善了发动机燃烧性能；
4.本发明的喷氧二冲程发动机，燃料喷入气缸时，气缸内充满了具有一定温度和一定压力的富余废气，从而减少了狭隙效应和气缸壁面的淬冷效应，显著地降低了废气中碳化氢（HC）排放量；
5.本发明的喷氧二冲程发动机，取消了进气门及其驱动机构，降低了气门驱动功率消耗，从而降低发动机燃油消耗；同时，仅保留排气门驱动装置，更有利于可变配气正时的实施。
附图说明
图1是喷氧二冲程内燃机的总体结构图。
具体实施方式
结合图1，本发明的一种喷氧二冲程内燃机包括曲轴1、连杆2、气缸3、活塞4、高压氧气管5、稳压装置6、高压喷嘴7、火花塞8、喷油器9、排气门10，所述的曲轴1铰接连杆2的一端，铰接连杆2的另一端铰接活塞4，活塞4与气缸3的内缸壁滑动配合，气缸3的顶端固定有高压喷嘴7、火花塞8、喷油器9、排气门10，高压氧气罐5通过管路连接高压喷嘴7，高压氧气罐5与高压喷嘴7连接的管路上设置有稳压装置6，用于稳定氧气的输出压力及防止气体倒流进入高压氧气罐5内。
喷氧二冲程内燃机的工作过程是这样实现的：定义活塞行程上止点位置为0°曲轴转角（CA），以便描述本申请，活塞运行到下止点时为180°CA，活塞再运行到上止点完成一个工作循环时，曲轴转过一圈，定义为360°CA。活塞4在上行到达位于气缸3的中部位置时，即附图中的A位置，即230-270°CA转角时，关闭排气门10，活塞4上行到气缸3的上部位置时，即附图1中的移动到B位置，即280-310°CA时，喷油器9开始喷入燃油，燃油在废气的余热下蒸发裂解，活塞4上行到达C位置，即340-360°CA时，高压喷嘴7喷入氧气，氧气与燃油混合，控制火花塞8点火，火花塞8产生电火花点燃混合气，混合气迅速燃烧，随着气体的温度、压力迅速升高，从而推动活塞4向下方运动，通过连杆2使曲轴1旋转做功，活塞下行到D位置时，即140-170°CA转角，排气门10开始打开，高温高压的废气开始排出气缸3，至活塞4到达下行程终点时做功结束；曲轴1通过连杆2推动活塞4从下行程终点向上行程终点方向运动，废气在自身剩余压力和在活塞4推动下继续被排出气缸3，活塞4上行到达A位置时，即230-270°CA转角，排气门10关闭，排气冲程结束，如此往复循环，实现将现有的四冲程内燃机转变为二冲程内燃机，取消了进气冲程，将原四冲程内燃机压缩冲程和排气冲程合并为一个冲程。

Claims (5)

1.一种喷氧二冲程内燃机的运行方法，喷氧二冲程内燃机包括包括曲轴（1）、连杆（2）、气缸（3）、活塞（4）、高压氧气罐（5）、稳压装置（6）、高压喷嘴（7）、火花塞（8）、喷油器（9）、排气门（10），其特征在于：所述的曲轴（1）铰接连杆（2）的一端，连杆（2）的另一端铰接活塞（4），活塞（4）与气缸（3）的内缸壁滑动配合，气缸（3）的顶端固定有高压喷嘴（7）、火花塞（8）、喷油器（9）、排气门（10），高压氧气罐（5）通过管路连接高压喷嘴（7），高压氧气罐（5）与高压喷嘴（7）连接的管路上设置有稳压装置（6），用于稳定氧气的输出压力及防止气体倒流进入高压氧气罐（5）内，活塞（4）在曲柄转角230-360°变化时，依次进行压缩、喷油、火花塞（8）点火过程，活塞（4）在曲柄转角0-230°变化时，依次进行做功、排气过程；
喷氧二冲程内燃机的工作过程是这样实现的：活塞(4)在上行到达位于气缸(3)的A位置时，即230-270°曲柄转角（CA）时，关闭排气门（10），活塞(4)上行到气缸(3)的B位置，即280-310°曲柄转角时，喷油嘴（9）开始喷入燃油，燃油在废气的余热下蒸发裂解，活塞（4）上行到达C位置，即340-360°曲柄转角时，高压喷嘴（7）喷入氧气，氧气与燃油混合，控制火花塞（8）点火，火花塞（8）产生电火花点燃氧气与燃油的混合气，混合气推动活塞（4）向下方运动，通过连杆（2）使曲轴（1）旋转做功，活塞下行到D位置时，即140-170°曲柄转角，排气门（10）打开，废气开始排出气缸（3），至活塞（4）到达下行程终点时做功结束；曲轴（1）通过连杆（2）推动活塞（4）从下行程终点向上行程终点方向运动，废气在自身剩余压力和在活塞（4）推动下继续被排出气缸（3），活塞（4）上行到达A位置时，即230-270°曲柄转角，排气门（10）关闭，排气冲程结束，实现将现有的四冲程内燃机转变为二冲程内燃机，取消了进气冲程，将原四冲程内燃机压缩冲程和排气冲程合并为一个冲程。
2.根据权利要求1所述的喷氧二冲程内燃机的运行方法，其特征在于：喷氧二冲程内燃机还包括控制系统，所述的火花塞（8）通过线路与控制系统连接。
3.根据权利要求1所述的喷氧二冲程内燃机的运行方法，其特征在于：喷氧二冲程内燃机还包括油箱、油泵，油箱通过油泵与喷油嘴（9）相连接，油箱、油泵固定在喷氧二冲程内燃机壳体上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的喷氧二冲程内燃机的运行方法，其特征在于：气缸（3）内有带活塞环的活塞和曲轴连杆机构设置有相应的润滑系和冷却系统。
5.根据权利要求2所述的喷氧二冲程内燃机的运行方法，其特征在于：所述的稳压装置（6）由稳压阀、通断电磁阀、单向阀通过管路串联而成，通断电磁阀通过线路与控制系统连接，实现控制系统控制通断电磁阀的开启或关闭。
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