CN1273322A - 曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低油耗低排放的内燃机,称为曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷内燃机。该机曲轴与涡轮轴连接传动采用由起动齿圈组成的二级或三级齿轮增速传动以及增设二次喷水系统。柴油机的喷水系统采用柴油与防锈水在喷嘴密封锥渗混二次喷水双液喷射系统(见专利申请号99103773.1)。汽油机的喷水系统由直喷柴油机燃油喷射系统改造成为二次喷水系统。与现有内燃机相比,其优点是低油耗(热效率提高10—15%),低排放,低噪音。对于汽油机节油更为明显。

Description

曲轴与多级废气涡轮轴连接 传动喷射防锈水内冷内燃机

本发明涉及一种内燃机。

根据法国SEMT12VPC-4型柴油机热平衡图，有效功的热量占42.5％，冷却水及润滑油的热损失占27％，废气损失热为40％，其中又分为两部分，一部分被废气涡轮增压器所回收，占10.5％，另外29.5％自涡轮后的排气中流入大气。而废气涡轮吸收的10.5％热量中，又有绝大部分(即10％热量)在空气冷却器的冷却水中损失掉，只有0.5％的热量随进缸空气又回到气缸中。由此可见，用两级废气涡轮回收热量可达10％。如果取消增压压气机，把此功率传输给曲轴，则可提柴油机功率，降低耗油率。

随着社会的进步，对降低汽车排放的要求越来越高。在柴油机中曾试验过喷水冷却降低燃烧最高温度从而降低有毒气体的排放量(参见刘颖主编，柴油机原理，华中理工大学出版社，1984年3月第1版，第65页)。在六十年初，我国对柴油渗水进行过大量的研究和实践，当时的目的在于节约燃料。喷水冷却可明显降低燃烧噪音。过去把柴油渗水称为以水代油，这种说法不对。水不能代油，但喷水降低燃料消耗被过去的实践已证实。所以喷水冷却是内燃机既降低排放又能节约燃料的措施。为此，本发明人1999年4月8日提出了一项应用于柴油机喷水冷却的发明专利技术，称为柴油与防锈水在喷嘴密封锥渗混二次喷水双液喷射系统(专利申请号为99103773.1)，使用该项喷水技术的柴油机主机结构不必作任何修改，这项喷水技术也可以应用于改进汽油机的技术性能。汽油机的燃油经济性不如柴油机，原因是汽油机压缩比不高及不能取消节气门工作。提高汽油机压缩比和采用增压提高动力指标，所遇到的困难是提高压缩比后汽油机会发生爆震燃烧。产生爆震燃烧的原因是混合气自燃。汽油机在压缩冲程压缩比达到适当的时刻(压缩比6-10)向气缸进行第一次喷射防锈水，目的是降低压缩冲程后期高压缩比(压缩比10-16)状态下气缸内混合气温度，防止混合气自燃及爆震燃烧。向气缸第二次喷射防锈水是在燃烧结束后进行。汽油机第一次喷水与柴油机第一次喷水的区别是喷水时间不同。在燃烧结束后进行第二次喷水的作用是降低自涡轮后排出的废气温度(此项热损失在不喷水内燃机中占29.5％)。第二次喷水另一个作用还可降低外循环冷却水及润滑油的热损失(此项热损失在不喷水内燃机中占27％)以及增加废气密度(加大废气回收能量的动能部分)。关于解决汽油机取消节气门调节或部分取消节气门调节的技术问题另行申请专利，这里不作介绍。

喷水冷却的关键问题是解决内燃机防锈问题。本发明提出的喷水是指喷防锈水。防锈水的配方很多(参见黄志强、许栋强主编，1990年3月第一版，1998年7月第9次印刷，第479页)，价格便宜的配方是水中加入3-5％亚硝酸钠和0.5-0.6％无水碳酸钠。另外，可采用在内燃机停止运转时提前0.5-2分钟停止喷水，排除机内水蒸汽存留。

本发明的目的为提高汽油机压缩比和降低内燃机的油耗及排放而提供一种曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷内燃机。

以下将结合附图对实现本发明的途径作一详细描述。

图1是曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷内燃机局部剖视简图。

图2是曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷汽油机局部剖视简图。

图3是汽油机使用的柱塞式二次喷水泵结构原理剖视图。

参照图1，飞轮箱体(5)与齿轮箱体(3)在中间传动轴(4)的中心线分界；飞轮(6)与曲轴(7)用螺钉连接。齿轮箱体(3)前侧安装前轴承座(2)和第一级径流式涡轮(1)。齿轮箱体(3)后侧安装后轴承座(14)和第二级径流式涡轮(13)。从起动齿圈(8)到涡轮轴(12)经中间传动轴小齿轮(9)，中间传动轴大齿轮(10)及涡轮轴小齿轮(11)等两级或三级齿轮增速传动。如果采用三级废气涡轮方案，则在第二级径流式涡轮(13)排气侧增加第三级轴流式涡轮即可。第一级径流式涡轮(1)进气与内燃机排气总管连接，第二级径流式涡轮(13)进气与第一级径流式涡轮(1)的排气连接。由于飞轮(6)前侧要有一定空间安装中间传动轴大齿轮(10)，故飞轮(6)的轴向尺寸需增大。这是对内燃机主机结构的较大更改。如果利用原机飞轮做样机试验，可以在曲轴(7)与飞轮(6)之间加垫块解决。若用三级齿轮增速传动，不存在这个问题。

喷射防锈水内冷内燃机要解决喷射系统及安装问题，对于柴油机采用柴油与防锈水在喷嘴密封锥渗混二次喷水双液喷射系统(见专利申请号99103773.1)，柴油机主机结构不必作任何修改。对于汽油机要解决设计二次喷水系统及其安装问题。

参照图2，曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷汽油机由半分开式燃烧室直喷柴油机(例如6105型柴油机)的主机结构加以改造而成，进排气道改为汽油机进排气道布置，柴油喷射系统改为二次喷水系统。配气凸轮轴宜用顶置式，凸轮轴传动宜用齿形皮带型式或用交叉连杆传动机构(见专利申请号99103773.1)。为方便火花塞与多孔喷水器安装和解决气门鼻梁区冷却问题，在气门室罩(15)与气缸盖(19)之间增设气缸盖顶盖(16)，根据气门鼻梁区冷却要求确定气缸盖顶盖(16)设置或不设置纵向分水水套(17)，并确定与之相配合的在气缸盖(19)设置或不设置气门鼻梁区喷水管(18)。碗型燃烧室(21)设在活塞(22)的顶部。火花塞安装孔(20)与多孔喷水器安装孔(24)分居气门中心线(23)两侧倾斜设置在气缸盖(19)。多孔喷水器安装孔(24)尽量靠近碗型燃烧室(21)中心线。汽油机压缩比采用开式燃烧室柴油机压缩比，一般为12-16。汽油机二次喷水系统由半分开式燃烧室直喷柴油机燃油喷射系统改造而成，多孔喷油器可直接用作多孔喷水器，而柱塞式喷油泵要加以改造成为柱塞式二次喷水泵。参照图3，泵水柱塞(25)为原柱塞式喷油泵的泵油柱塞。泵水柱塞(25)上端柱塞斜槽采用上下布置的双斜槽形式。凸轮(26)轮廓线升程段AD采用两端切线(如图3中AB段和CD段)及中间为园孤线(如图3中BC段)的型线。AB升程段产生第一次喷水，CD升程段产生第二次喷水。第一次喷水在压缩冲程压缩比为6-10时段，第二次喷水在燃烧结束后。

本发明用6105型柴油机和奥迪100汽车汽油机做试验。

本发明曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷内燃机与现有内燃机相比，其优点是低油耗(热效率提高10-15％)，低排放，低噪音。对汽油机节油更为明显。

Claims (6)

1、具有低油耗低排放的曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷内燃机，其特征是曲轴(7)与涡轮轴(12)连接传动采用由起动齿圈(8)，组成的二级或三级齿轮增速传动及增设二次喷水系统。

2、根据权利要求1所述曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷内燃机，其特征是在齿轮箱(3)一侧安装第一级径流式涡轮(1)而另一侧安装第二级径流式涡轮(13)。

3、根据权利要求1所述曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷内燃机，其特征是柴油机的喷水系统采用柴油与防锈水在喷嘴密封锥渗混二次喷水双液喷射系统(见专利申请号99103773.1)及汽油机的喷水系统由直喷柴油机燃油喷射系统改造成为二次喷水系统。

4、根据权利要求1所述曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷内燃机，其特征是汽油机使用的柱塞式二次喷水泵的泵水柱塞(25)上端柱塞斜槽采用上下布置的双斜槽型式。

5、根据权利要求1所述曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷内燃机，其特征是汽油机使用的柱塞式二次喷水泵的凸轮(26)轮廓线升程段AD采用两端切线(如图3中AB段和CD段)及中间为园孤线(如图3中BC段)的型线。

6、根据权利要求1所述曲轴与多级废气涡轮轴连接传动喷射防锈水内冷内燃机，其特征是汽油机的火花塞安装孔(20)与多孔喷水器安装孔(24)分居气门中心线(23)两侧倾斜布置在气缸盖(19)内。

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