CN1210199A - 分缸循环内燃机 - Google Patents

Abstract

一种往复式内燃机,气缸由进气—压缩缸与作功—排气缸组成,此两个缸通过气道与气门适时地连通与断开,使两个缸内的工作既可以组成一个完整的循环,又能互不影响地独立工作,达到使新鲜充量不受热壁面及高温残余废气加热的目的。本发明可使陶瓷隔热及现有内燃机进气与压缩终了的温度降低,具有充气效率高、着火性能好、燃烧速度快等特点,可使内燃机的动力性、经济性及排放性得到改善。

Description

分缸循环内燃机

本发明属于一种往复式内燃机。

现有的往复活塞式内燃机，组成一个循环的进气、压缩、作功、排气等过程都在同一个气缸内进行，由于在进气过程中新鲜充量受燃烧室等热壁面及高温残余废气的加热，使进气终了时缸内气体的温度升高，新鲜充量的密度减小，在气缸容积一定时，进气量减少，充气效率降低，造成内燃机平均有效压力及动力性下降。陶瓷隔热内燃机由于隔热后燃烧室温度大幅度提高，造成充气效率下降就更加明显。

本发明的目的在于提供一种新鲜充量不受热壁面及残余废气加热的内燃机，以降低进气与压缩终了的温度，提高充气效率，改善着火及燃烧性能，达到提高内燃机动力性、经济性及排放性的目的。

本发明的基本内容是将组成内燃机工作循环的进气、压缩过程与燃烧、作功及排气过程分置在两个不同的气缸内进行，并通过气道与气门将两个气缸适时地连通与断开，使分置在两个缸内的工作即能组成一个完整的循环，又能互不影响地独立工作，达到将燃烧前后冷、热气体分缸的目的，使新鲜充量免受高温壁面及残余废气的加热。按照本发明实现的内燃机具有进气与压缩终了的温度低、充气效率高、着火性能好、燃烧速度快等特点，可改善内燃机的动力性、经济性与排放性。

由于本发明是将内燃机一个循环分置在不同的缸内进行，因此，称为分缸循环内燃机。

以下结合示图对分缸循环内燃机的实施方案作具体说明。

对图示的说明：

图1是倒气道侧置结构方案。

图2是曲柄夹角图。

图3是倒气道上置结构方案。

图4是集中供气方案。

1缸(进气--压缩缸)(1)；1缸活塞(2)；进气道(3)；进气门(4)；倒气道(5)；倒气门(6)；密封圈(7)；喷油器(或火花塞)(8)；排气门(9)；排气道(10)；2缸活塞(11)；2缸(作功--排气缸)(12)；单向阀(13)；1、2缸曲柄夹角α；1、2缸活塞位移差L。

分缸循环内燃机的气缸由1缸(1)与2缸(12)组成，如图1所示。1缸进行进气与压缩过程，因此，也称1缸为进气--压缩缸(简称压缩缸)。2缸进行燃烧、作功与排气过程，因此，也称为作功--排气缸(简称燃烧缸)。1缸缸盖设有进气道(3)与进气门(4)。2缸缸盖设有倒气道(5)、倒气门(6)、密封圈(7)、喷油器(8)、排气门(9)、排气道(10)。通过进气门(4)进入1缸的新鲜气体经过压缩后，通过倒气道(5)与倒气门(6)倒入2缸，气体在2缸内与喷油器(8)喷入的燃油进行混合并燃烧，作功后经排气门(9)排出。具体循环工作过程如下：

1缸曲柄与2缸曲柄不在一个平面内，二者之间的夹角为α，见图2。在内燃机运转时，两个缸内的活塞位置始终保持L长的差距。在两个缸的活塞保持L长的位移差同时上行时，1缸进行压缩过程，进气门(4)关闭，倒气门(6)也处于关闭状态以密封倒气道(5)的出口。密封圈(7)起密封作用，以免压缩气体从倒气门杆与其导管之间的间隙漏出；2缸进行排气过程，排气门(9)处于开起状态。当2缸活塞(11)上行至排气上止点时，排气过程结束，排气门(9)关闭。此时1缸活塞位于压缩行程距离上止点为L的位置。曲轴进一步旋转，倒气门(6)打开，倒气过程开始，1缸活塞继续上行压气，2缸活塞越过上止点下行吸气，气体在1、2缸两个活塞共同的吸压作用下，由1缸倒入2缸。至1缸活塞到达上止点时，倒气门(6)关闭，倒气过程结束。此时2缸活塞下行至距离上止点为L长的位置。2缸活塞下行所让出的体积即为燃烧室容积。控制喷油器(8)(或火花塞)在倒气门(6)接近关闭时提前喷油(或点火)，在倒气门(6)刚好关闭的前后混合气着火，引发后续的燃烧过程。曲轴继续旋转，2缸活塞下行进行膨胀作功过程，1缸活塞越过上止点下行，进气门(4)打开，进气过程开始。在进气行程的初始阶段，倒气道(5)内及活塞头周围间隙内的残余压缩气体膨胀，可以减小由于进气门(4)开起初期间隙过小对活塞造成的下行阻力。当2缸活塞到达膨胀行程下止点时，1缸活塞距离进气行程下止点还有L长的距离。曲轴继续旋转，排气门(9)打开，2缸活塞越过下止点上行开始排气过程(排气门可有适当的早开角)。1缸活塞到达下止点后，越过下止点上行，进气门(4)关闭，开始压缩行程(进气门可有适当的迟闭角)。至此，完成一个循环工作过程。内燃机的工作就是上述循环过程的重复。

倒气道(5)的出口位于作功--压缩缸的上部，入口位于进气--压缩缸的一侧(如图1所示)或上部(如图3所示)。

为了提高倒气效率，避免倒气道(5)内的残余压缩气体在1缸活塞下行时返流回1缸，可在倒气道入口处设置单向阀门(13)，见图3。

还可以采取集中供气的方案，将进气--压缩缸的容积增大，用一个进气--压缩缸同时向一个以上数量的作功--排气缸供气，如图4所示。这种方案可减小内燃机的纵向尺寸，使结构更加紧凑。

根据具体结构的需要，倒气道(5)、倒气门(6)与排气门(9)的数量可以是1～2个或两个以上。进气门(4)可以是2～5个或更多。两个缸的缸径与行程可以分别相等或不相等。

分缸循环内燃机每一个循环活塞共往复四个行程，与往复四行程发动机每循环的行程数相等，因此，作功速率与四行程内燃机相等，即分缸循环内燃机两个缸的作功速率与普通四行程内燃机两个缸的作功速率相等。

接本发明实现的分缸循环内燃机具有以下优点：

1、充气效率提高。由于进气终了的温度降低及进气门数量的增多，使充气效率提高。这对陶瓷隔热内燃机有更特殊的意义。

2、压缩终了的温度降低。由于在进气与压缩行程中新鲜充量不受热壁面及高温残余废气的加热，可使压缩终了的温度大幅度降低，可改善陶瓷隔热内燃机由于缸内温度过高所导致的滞燃期缩短、预混合比例下降及由此造成的燃烧恶化及冒黑烟等现象。

3、混合气燃烧速度提高。由于在倒气过程中，通过倒气道与燃烧室的设计可以组织较强的气体涡流与紊流，使混合气扰动增加，可使混合气形成速度与形成质量提高，使燃烧速度加快，有利于：1．热效率提高。2．汽油机抗爆性提高。3．柴油机空气利用率提高，黑烟排量降低。

4、残余废气量减少。分缸循环内燃机在排气上止点时活塞上方没有燃烧室容积，理论上也就没有残余废气量，可以减小小负荷时残余废气对燃烧速度的影响，提高小负荷时的燃烧速度与热效率。

5、高温、高压气体膨胀及时。现有的往复活塞式内燃机混合气集中在上止点附近燃烧，而由于活塞在上止点时的运动速度为零，因此在上止点附近的速度也就较低。这就使燃烧所产生的高温、高压气体不能迅速膨胀，使高温、高压相对持续时间较长。而又因为此时气缸内、外的温差与压差最大，使散热与漏气损失增加，热效率降低。分缸循环内燃机在燃烧室容积不增大的情况下，使燃烧室下移，相对远离上止点燃烧，在内燃机转速相同时，活塞的下行速度较快，使燃烧产生的高温、高压气体能够及时迅速膨胀。由此带来的影响有：1．因散热与漏气损失减少，使热效率提高。2．由于高温持续时间缩短，有害排放物NOx下降。3．由于膨胀迅速，使压力升高率下降，燃烧噪音降低。

6、压缩比与膨胀比分离。由于压缩与膨胀过程是分缸进行的，因此，压缩比与膨胀比互不影响，可使为保护环境而降低压缩比时，膨胀比不受影响，有利于提高热效率。

7、使陶瓷隔热内燃机的热效率进一步提高。摆脱了充气效率下降、燃烧不良等因素对隔热度的制约，可进一步提高隔热度，有利于充分开发并提高陶瓷隔热内燃机的经济性与排放性。

8、节省机件，成本降低。分缸循环内燃机由于压缩缸没有燃烧部件，因此，可使火花塞、喷油器、喷油泵、隔热件等机件的数量减少近一半，使成本降低。

Claims (10)

1、一种往复式内燃机，包括气缸和位于气缸上部的倒气道与倒气门，本发明的特征在于气缸由两种不同功能的进气--压缩缸与作功--排气缸组成，进气--压缩缸与作功--排气缸用倒气道相连通；倒气道入口位于进气--压缩缸，出口位于作功--排气缸的上部，在倒气道出口处设有开、闭倒气道的倒气门；在倒气门杆与其导管处设有密封二者之间间隙的密封装置。

2、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于倒气道的入口位于进气--压缩缸的侧部。

3、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于倒气道的入口位于进气--压缩缸的上部。

4、如权利要求1、2、3所述的内燃机，其特征在于倒气道的入口处设有防止压缩气体返流回进气--压缩缸的单向阀。

5、如权利要求1、2、3或4所述的内燃机，其特征在于进气--压缩缸与作功--排气缸相连通的倒气道的数量是1个。

6、如权利要求1、2、3或4所述的内燃机，其特征在于进气--压缩缸与作功--排气缸相连通的倒气道的数量是1个以上。

7、如权利要求1、2、3、4、5或6所述的内燃机，其特征在于1个进气--压缩缸具有与1个作功--排气缸相连通的倒气道。

8、如权利要求1、2、3、4、5或6所述的内燃机，其特征在于1个进气--压缩缸具有与1个以上作功--排气缸相连通的倒气道。

9、如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的内燃机，其特征在于进气--压缩缸与作功--排气缸的缸径和行程分别相等。

10、如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的内燃机，其特征在于进气--压缩缸与作功--排气缸的缸径和行程分别不相等。

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