CN201090294Y - 分离式环形高效发动机 - Google Patents

Abstract

一种分离式环形高效发动机。主要解决现有的转子发动机热效率低的问题。其特征在于：外缸体(1)为2个对称的半圆形体对接而成，外缸体(1)上带有对称的缸盖(3)、排气口(4)，缸盖(3)处的外缸体(1)上通过弹性转轴5铰链连接有外缸挡板(6)；转动内轴(2)与主传动轴(14)通过单向舌片(15)相连。该分离式环形高效发动机进气压缩和燃烧膨胀完全分离，确保充分利用燃气燃烧膨胀做功，大大提高了发动机热效率，具有热效率高、结构简单及易于加工的特点。

Description

分离式环形高效发动机

技术领域：

本实用新型涉及一种内燃发动机，尤其是分离式环形高效发动机。

背景技术：

现在活塞式发动机应用非常普遍，是汽车等机器的核心，活塞式发动机的优点是加工简单，密封性好，技术成熟；缺点是活塞的往复运动要转换成传动轴的旋转运动，平衡性差、震动大、损失能量、降低有效效率。传统活塞发动机最致命的缺点是热效率非常低，活塞做功结束开始排气时，气缸内还有很高的压强，燃气燃烧膨胀做功没有充分利用。不仅如此活塞排气时，还要克服高压做负功。

导致热效率非常低的根本原因是设计理念上的，体现在具体设计上就是没有把进气压缩和膨胀做功分离开来，也就是说燃气进气之后的压缩比例与燃气燃烧之后的膨胀比例是相同的。传统发动机进气后燃气的压缩比例与燃气燃烧膨胀的膨胀比例相同，统称为压缩比。

目前在商品汽车上，还有一种知名度很高，但应用很少的发动机，这就是马自达公司采用的三角活塞旋转式发动机，是一种转子发动机，又称为米勒循环发动机，它采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放，与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同。

一般发动机是往复运动式发动机，工作时活塞在气缸里做往复直线运动，为了把活塞的直线运动转化为旋转运动，必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同，它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比，转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。

相对于往复式发动机的比较，转子发动机有如下缺点，耗油量比较大。这主要是转子发动机燃烧室的形状不太有利于完全燃烧，火焰传播路径较长，使得燃油和机油的消耗增加。发动机输出轴位置比较高，令整车布置安排不便。另外，转子发动机的加工制造工艺要求高，成本比较贵，推广困难。

转子发动机最致命的缺点还是热效率非常低。转子发动机虽然是利用转子旋转做功，但是燃气进气之后的压缩比例与燃气燃烧之后的膨胀比例仍然是相同的。转子发动机的热效率与传统活塞发动机的热效率是相当的。由于密封性不好，加之燃烧不完全，转子发动机的热效率低于传统活塞发动机的热效率。

实用新型内容：

为了克服现有的转子发动机热效率低的不足，本实用新型提供一种分离式环形高效发动机，该分离式环形高效发动机进气压缩和燃烧膨胀完全分离，确保充分利用燃气燃烧膨胀做功，大大提高了发动机热效率，具有热效率高、结构简单及易于加工的特点。

本实用新型的技术方案是：一种分离式环形高效发动机包括外缸体、转动内轴及主传动轴，外缸体为2个对称的半圆形体对接而成，外缸体上带有对称的缸盖、排气口，缸盖处的外缸体上通过弹性转轴铰链连接有外缸挡板，转动内轴外固定有2个对称的活塞；转动内轴与主传动轴通过单向舌片相连。

本实用新型由于进气系统的不同分为两种方案：

方案一、上述的缸盖上安装有高压喷气嘴、高压喷油嘴及火花塞；空气由高压喷气嘴喷入燃烧室(高压空气来自高压气罐)，燃油由高压喷油嘴喷入燃烧室(高压燃油来自高压燃油罐)。

方案二、上述的缸盖上安装有燃气预混缸、火花塞，燃气预混缸上装有进气门、吸气门及压缩活塞，压缩活塞通过活塞杆与小齿轮相连，小齿轮与固定在转动内轴上的大齿轮啮合；通过齿轮传动燃气预混缸为燃烧室提供压缩好的燃油混合气。

外缸挡板上固定有弹性缓冲器；外缸挡板为平板形；外缸挡板也可为扇形；外缸挡板还可为柱形。

单向舌片由弹性舌片及弹簧组成，弹性舌片铰接在主传动轴上，弹簧的两端分别与弹性舌片和主传动轴相固定，转动内轴的内壁带有与弹性舌片吻合的卡槽。

单向舌片也可由柱形舌片及弹簧托组成，弹簧托固定在主传动轴的凹槽内，柱形舌片置于所述的凹槽中，转动内轴的内壁带有与柱形舌片吻合的卡槽。

本实用新型具有如下有益效果：由于采取上述方案，使发动机进气压缩和燃烧膨胀完全分离。也就是说使得燃气进气之后的压缩比例与燃气燃烧之后的膨胀比例拥有完全不同的值。例如，燃气进气之后的压缩比例是10，燃气燃烧之后的膨胀比例可以是30、40、50等等。这就能确保充分利用燃气燃烧膨胀做功，大大提高发动机热效率。环形发动机活塞工作不再单独需要进气过程、压缩过程、排气过程，进气过程、压缩过程，已经由燃气预混缸或完全直喷系统辅助完成，所以活塞只需要做功、短暂的交换、再做功；与传统发动机相比其热效率增加近二倍，功率也将增至传统发动机的八倍。由于该发动机热效率大幅提高，发动机不会浪费更多的热量，并且由于进气系统的独特性，发动机的高温不会影响进气量，也不会引起早燃，该发动机完全可以抛弃复杂沉重的制冷系统，简化了结构，更易于加工。

附图说明：

附图1是本实用新型方案一的结构示意图；

附图2是本实用新型方案二的结构示意图；

附图3是图1中外缸挡板6为扇形的结构示意图；

附图4是图1中外缸挡板6为柱形的结构示意图；

附图5是图1中A-A结构示意图；

附图6是图5中单向舌片15的结构示意图；

附图7是图5中单向舌片15另一实施方式的结构示意图；

附图8传统活塞式发动机压缩过程的PV图；

附图9传统活塞式发动机膨胀做功过程的PV图；

附图10传统活塞式发动机排气过程的PV图；

附图11本实用新型压缩过程的PV图；

附图12-图14是本实用新型工作过程图；

附图15是图2中预混缸的放大图；

附图16-图19是预混缸传动示意图；

附图20是本实用新型的单缸使的结构示意图；

附图21-图22是图4中外缸挡板6为柱形的传动示意图。

图中1-外缸体，2-转动内轴，3-缸盖，4-排气口，5-弹性转轴，6-外缸挡板，7-高压喷气嘴，8-高压喷油嘴，9-火花塞，10-燃气预混缸，11-进气门，12-吸气门，13-压缩活塞，14-主传动轴，15-单向舌片，16-弹性舌片，17-弹簧，18-柱形舌片，19-弹簧托，20-活塞。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

由图1结合图5、图20所示，一种分离式环形高效发动机包括外缸体1、转动内轴2及主传动轴14，外缸体1为2个对称的半圆形体对接而成，外缸体1上带有对称的缸盖3、排气口4，缸盖3处的外缸体1上通过弹性转轴5铰链连接有外缸挡板6，转动内轴2外固定有2个对称的活塞20；转动内轴2与主传动轴14通过单向舌片15相连。缸盖3上安装有高压喷气嘴7、高压喷油嘴8及火花塞9。外缸挡板6上固定有弹性缓冲器。由图2结合图15、图16、图17、图18、图19所示，缸盖3上安装有燃气预混缸10，燃气预混缸10上装有进气门11、吸气门12及压缩活塞13，压缩活塞13通过活塞杆与小齿轮相连，小齿轮与固定在转动内轴2上的大齿轮啮合。由图1所示，外缸挡板6为平板形，由图3所示，外缸挡板6为扇形，由图4结合图21、图22所示，外缸挡板6也可为柱形，采用扇形外缸挡板6的优点是燃烧室的容积更小、更容易选择，这方便选择设计更小、更适当的转动内轴2的半径。

由图6所示，单向舌片15由弹性舌片16及弹簧17组成，弹性舌片16铰接在主传动轴14上，弹簧17的两端分别与弹性舌片16和主传动轴14相固定，转动内轴2的内壁带有与弹性舌片16吻合的卡槽。

由图7所示，所述的单向舌片15也可以由柱形舌片18及弹簧托19组成，弹簧托19固定在主传动轴14的凹槽内，柱形舌片18置于所述的凹槽中，转动内轴2的内壁带有与柱形舌片18吻合的卡槽。环形发动机工作原理：

如图12所示，外缸挡板6复位，封闭燃烧室，高压空气被迅速喷入燃烧室，高压油气被迅速喷入燃烧室，火花塞点火，燃气燃烧膨胀推动活塞20做功。

如图13所示，可燃气体燃烧膨胀，继续推动活塞20带动转动内轴2旋转。

如图14所示，做功结束后，残余气体从排气口排出，活塞20触动弹性缓冲器，挤开外缸挡板6通过。

接下来就是图12所示过程，外缸挡板6在弹力作用下复位，封闭燃烧室，高压空气被迅速喷入燃烧室，高压油气被迅速喷入燃烧室，火花塞点火，燃气燃烧膨胀推动活塞做功。(此时残余气体一直由排气口自然排气)。

整个循环就是两个过程：做功-短暂的换位进气......

如此循环往复的工作。

下面针对传统发动机与本实用新型的热效率进行对比计算：

我们计算一下传统发动机的热效率，找出发动机热效率过低的关键所在；我们对比计算一下本实用新型的热效率，通过数据对比来反映此实用新型的有益效果。

1、传统活塞式发动机热效率的理论计算

我们以汽油机为例来加以说明，传统汽油发动机的平均效率约25％，一台传统的汽油发动机在节气门接近全开时拥有约30％的最高效率，而在我们日常的驾驶条件下，这个效率还要打上一个大大的折扣。

(1)吸入油气后的压缩过程

如图8所示，假设压缩过程AB为绝热过程，压缩时做功为负值

$W_{\mathrm{AB}}=-\mathrm{\Δ}{E}_{\mathrm{AB}}=\frac{m}{M}\frac{i}{2}R{T}_0-\frac{m}{M}\frac{i}{2}R{T}_1=\frac{i}{2}(P_0{V}_0-P_1{V}_1)---\left(1\right)$

体积压强之间的换算关系可由绝热方程求出

$P_0{V}_0^{\mathrm{\γ}}=P_1{V}_1^{\mathrm{\γ}}---\left(2\right)$

假设燃烧物及生成物都为刚性多原子分子，则自由度i＝6，摩尔热熔比 $\mathrm{\γ}=\frac{i+2}{i}=1.33,$ 假如发动机的压缩比ε＝6，则V₀＝6V₁，由绝热方程可知

$P_1=P_0{\left(\frac{V_0}{V}\right)}^{\mathrm{\γ}}=10.8P_0---\left(3\right)$

说明：

活塞往复运动时，外界大气压时而做正功、时而做负功，正负功刚好对应抵消了，所以整个过程中只考虑气缸内气体吸热、做功等情况。

(2)燃烧膨胀对外做功

如图9，假设BC燃烧过程压强随体积线性增加，(实际燃烧过程向上有一定弧度，做功值较线性计算略大)，CD为绝热过程。

BC燃烧过程气体吸收的热量等于燃料释放的化学能，就等于BC过程对外做功加上该过程内能的增量：

Q＝W_BC+ΔE_BC    (4)

其中， $W_{\mathrm{BC}}=\frac{1}{2}(P_1+P_2)(V_2-V_1)$

$\mathrm{\Δ}{E}_{\mathrm{BC}}=\frac{m^{\′}}{M^{\′}}\frac{i}{2}R{T}_2-\frac{m}{M}\frac{i}{2}R{T}_1=\frac{i}{2}(P_2{V}_2-P_1{V}_1)$

则， $Q=\frac{1}{2}(P_1+P_2)(V_2-V_1)+\frac{i}{2}(P_2{V}_2-P_1{V}_1)---\left(5\right)$

CD为绝热膨胀过程，对外做功就等于内能减少量：

$W_{\mathrm{CD}}=E_C-E_D=\frac{i}{2}(P_2{V}_2-P_3{V}_3)---\left(6\right)$

(3)排气过程消耗能量

传统活塞式发动机都是在残余高压下压迫排气的，要消耗一定的能量。

如图10，DE为压缩排气过程，压强随体积线性减少。

$W_{\mathrm{DE}}=-\frac{1}{2}(P_3+P_4)(V_3-V_4)---\left(7\right)$

其中，V₄＝V₁

(4)进气过程不消耗能量。

我们假设进气过程不消耗能量。

进气、压缩、做功、排气四个冲程完成一个工作循环，整个循环过程中做的总功

$W=W_{\mathrm{AB}}+W_{\mathrm{BC}}+W_{\mathrm{CD}}+W_{\mathrm{DE}}$

$=\frac{1}{2}(P_1+P_2)(V_2-V_1)+\frac{i}{2}(P_2{V}_2-P_3{V}_3)+\frac{i}{2}(P_0{V}_0-P_1{V}_1)-\frac{1}{2}(P_3+P_4)(V_3-V_4)---\left(8\right)$

发动机热效率为

$\mathrm{\η}=\frac{W}{Q}=\frac{\frac{1}{2}(P_1+P_2)(V_2-V_1)+\frac{i}{2}(P_2{V}_2-P_1{V}_1+P_0{V}_0-P_3{V}_3)-\frac{1}{2}(P_3+P_4)(V_3-V_4)}{\frac{1}{2}(P_1+P_2)(V_2-V_1)+\frac{i}{2}(P_2{V}_2-P_1{V}_1)}---\left(9\right)$

假如发动机的压缩比ε＝6，则

V₃＝V₀＝6V₁

假设P₀、P₄都等于一个大气压(P₀≈P₄≈P_大)，P₂＝50P₀，V₂＝2V₁，由绝热方程可知

$P_3=P_2{\left(\frac{V_2}{V_3}\right)}^{\mathrm{\γ}}=11.7P_0---\left(10\right)$

把上面所有相关数据代入(9)式，则

$\mathrm{\η}=\frac{W}{Q}=\frac{\frac{1}{2}(10.8P_0+50P_0)(2V_1-V_1)+\frac{6}{2}(50P_0\×2V_1-10.8P_0{V}_1+P_0\×6V_1-11.7P_0\×6V_1)-\frac{1}{2}(12.7P_0\×5V_1)}{\frac{1}{2}(10.8P_0+50P_0)(2V_1-V_1)+\frac{6}{2}(50P_0\×2V_1-10.8P_0{V}_1)}$

$\mathrm{\η}=\frac{(10.8+50)+6(50\×2-10.8+6-11.7\×6)-12.7\×5}{(10.8+50)+6(50\×2-10.8)}=24.7\%---\left(11\right)$

我们在理论上计算的汽油发动机的热效率和实际的汽油发动机的热效率非常符合。

各种实际数据表明，传统的汽油发动机实际平均热效率约25％

分析：

为什么传统发动机的热效率会非常低呢？

这是因为做功结束时残有很高的压强，没有充分利用燃烧膨胀做功。从前面的计算中可以看出，活塞到下止点时，汽缸内压强 $P_3=P_2{\left(\frac{V_2}{V_3}\right)}^{\mathrm{\γ}}=11.7P_0,$ 这就使得能有效做功的大量能量被浪费掉了，不仅如此，排气过程还要克服高压做负功，这就大大损失了有效能量。

假设气缸运行到下止点时，气缸内压强为一个大气压，这时气缸容积是多少呢？

由绝热方程可知 $P_2{V}_2^{\mathrm{\γ}}=P_3{V}_3^{\mathrm{\γ}}$

$V_3=V_2{\left(\frac{P_2}{P_3}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}=37.6V_1---\left(12\right)$

这就是说从状态(P＝11.7P₀、V＝6V₁)绝热膨胀到状态(P＝P₀、V＝37.6V₁)大量的有效做功全被浪费掉了。不仅如此，排气过程还要克服高压做负功。

显然，要想提高热效率必须充分利用膨胀做功。

大家都知道传统发动机要想提高热效率最有效的方法就是提高压缩比，其实这也就是为了充分利用绝热膨胀做功，但是提高压缩比受到很大的限制，发动机压缩比太高，容易引起爆燃，使功率下降，汽油消耗量增加以及机件损坏。

本实用新型的优点恰恰是在确保有适当压缩比情况下，大大提高膨胀比，使燃气能够充分膨胀做功。

2、本实用新型的热效率

在燃烧状态完全相同的情况下，本实用新型的热效率较传统发动机热效率提高多少呢？

我们仍然以汽油机为例来对比计算一下。

完全缸内直喷环形发动机的热效率与配置燃气预混缸的环形发动机热效率相同，我们以配置燃气预混缸的发动机为例加以说明。

(1)吸入油气后的压缩过程

配置燃气预混缸的发动机吸气和压缩过程是在燃气预混缸中进行的，由于燃气预混缸中的温度较气缸中的温度低很多，相同的燃气容量其压缩过程所做负功要小，为了简化计算我们认为其压缩过程与传统活塞发动机相同，见图8。

$W_{\mathrm{AB}}=-\mathrm{\Δ}{E}_{\mathrm{AB}}=\frac{m}{M}\frac{i}{2}{\mathrm{RT}}_0-\frac{m}{M}\frac{i}{2}R{T}_1=\frac{i}{2}(P_0{V}_0-P_1{V}_1)---\left(13\right)$

(2)燃烧膨胀对外做功

如图11，配置燃气预混缸的发动机与传统活塞发动机的燃烧做功过程曲线相同，只是传统活塞发动机只膨胀做功到P点，而配置燃气预混缸的发动机膨胀做功到D点。

BC燃烧过程气体吸收的热量等于燃料释放的化学能，就等于BC过程对外做功加上该过程内能的增量：

Q＝W_BC+ΔE_BC

其中， $W_{\mathrm{BC}}=\frac{1}{2}(P_1+P_2)(V_2-V_1)$

$\mathrm{\Δ}{E}_{\mathrm{BC}}=\frac{m^{\′}}{M^{\′}}\frac{i}{2}R{T}_2-\frac{m}{M}\frac{i}{2}R{T}_1=\frac{i}{2}(P_2{V}_2-P_1{V}_1)$

则， $Q=\frac{1}{2}(P_1+P_2)(V_2-V_1)+\frac{i}{2}(P_2{V}_2-P_1{V}_1)---\left(14\right)$

CD为绝热膨胀过程，对外做功就等于内能减少量：

$W_{\mathrm{CD}}=E_C-E_D=\frac{i}{2}(P_2{V}_2-P_3{V}_3)---\left(15\right)$

(3)排气过程

配置燃气预混缸的发动机残余气压接近大气压，完全是自然排气，发动机排气过程不需要消耗能量。

但是，为了计算更严格，我们需要注意到外界大气压所做总功在各部分计算中抵消了，所以为了对应计算我们认为排气过程中也做负功了。

W_排＝-P_大(V₃-V₁)

(4)进气过程不消耗能量。

我们假设进气过程不消耗能量。

整个工作循环包括进气、压缩、做功、排气四个部分，整个循环过程中做的总功

本实用新型的热效率为

假如发动机的压缩比ε＝6，则V₀＝6V₁，

P₃≈P₀≈P_大(我们可以让做功尽量充分，让膨胀气压P₃略高于大气压)

假设P₂＝50P₀，V₂＝2V₁，由绝热方程可知

$V_3=V_2{\left(\frac{P_2}{P_3}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}=37.6V_1$

(既膨胀比为37.6)

把上面所有相关数据代入(17)式，则

这是我们在完全相同的甚至更苛刻的条件下，利用完全相同的分析方法计算出配置燃气预混缸的环形发动机的热效率，可见配置燃气预混缸的发动机热效率大幅度提高了。

本实用新型和传统活塞发动机热效率的比值

上式表明本实用新型热效率比传统发动机竟然高达两倍以上，可见此发明创造将有非常巨大的意义！

表一、表二、表三中是按上述计算公式得到的不同状态下传统发动机的热效率和本实用新型热效率的对比值。

表一、进气终了时P₀＝0.075Mpa，V₂＝2.0V₁

	气缸最高气压3Mpa	气缸最高气压4Mpa	气缸最高气压5Mpa
				ε＝6	η＝24.3％，η半＝49.1％	η＝25.0％，η半＝52.5％	η＝25.4％，η半＝54.9％
ε＝8	η＝29.7％，η半＝48.9％	η＝30.6％，η半＝52.5％	η＝31.2％，η半＝55.0％
				ε＝10	η＝32.5％，η半＝48.4％	η＝33.9％，η半＝52.3％	η＝34.7％，η半＝55.0％

表二、进气终了时P₀＝0.0825Mpa，V₂＝2.0V₁

	气缸最高气压3Mpa	气缸最高气压4Mpa	气缸最高气压5Mpa
				ε＝6	η＝24.4％，η半＝49.3％	η＝25.1％，η半＝52.6％	η＝25.4％，η半＝55.1％
ε＝8	η＝29.4％，η半＝49.1％	η＝30.4％，η半＝52.6％	η＝31.0％，η半＝55.1％
				ε＝10	η＝32.5％，η半＝48.5％	η＝34.0％，η半＝52.4％	η＝34.8％，η半＝55.1％

表三、进气终了时P₀＝0.090Mpa，V₂＝2.0V₁

	气缸最高气压3Mpa	气缸最高气压4Mpa	气缸最高气压5Mpa
				ε＝6	η＝24.4％，η半＝49.5％	η＝25.0％，η半＝52.8％	η＝25.4％，η半＝55.2％
ε＝8	η＝29.1％，η半＝49.2％	η＝30.0％，η半＝52.8％	η＝31.1％，η半＝55.3％
				ε＝10	η＝31.9％，η半＝48.6％	η＝33.5％，η半＝52.6％	η＝34.5％，η半＝55.3％

从上面各表中我们不仅仅可以看出本实用新型的热效率明显增加，而且我们可以找出影响发动机热效率的基本规律。

1、各因素对于传统发动机热效率的影响

(1)燃气燃烧后的最高压强对其有影响，热效率随压强的增加会有微小增加。

(2)气缸吸入的燃气量对传统发动机热效率几乎没有影响。

(3)随着压缩比的增加，传统发动机热效率显著增加。

由于提高压缩比能显著提高发动机的热效率，所以传统发动机都使用较大的压缩比；而且传统发动机都希望吸入更多的燃气，由于燃气的吸入量几乎不影响热效率，吸入更多的燃气发动机会有更大的功率，而且每循环克服阻力所做的功是相同的，有更大的功率有效效率会增加。这刚好是传统发动机的发展趋势，尽量使用高压缩比，尽量增大进气量，然而增加压缩比受到明显的限制，压缩比过高发动机会爆燃。

2、各因素对本实用新型热效率的影响

(1)气缸吸入的燃气量对热效率几乎没有影响。

(2)发动机的压缩比对热效率几乎没有影响。

(3)燃气燃烧后的最高压强对其热效率有显著影响，热效率随最高压强的增加会增加。所以我们改变燃气的燃烧状态会增加本实用新型的热效率，这便于我们对发动机参量的选择控制，使发动机有稳定的较高的热效率。

表四至表六我们是对比分析燃烧快慢对热效率的影响。

表四、压缩比ε＝6，进气终了时P₀＝0.090Mpa

	V2＝1.5V1	V2＝2.0V1	V2＝2.5V1	V2＝3.0V1
					P2＝3.0Mpa	η＝27.5％η半＝47.8％	η＝24.3％η半＝49.5％	η＝20.9％η半＝50.3％	η＝17.6％η半＝50.8％
P2＝4.0Mpa	η＝28.7％η半＝51.5％	η＝25.0％η半＝52.8％	η＝21.3％η半＝53.5％	η＝17.8％η半＝53.9％
					P2＝5.0Mpa	η＝29.4％η半＝54.1％	η＝25.4％η半＝55.2％	η＝21.5％η半＝55.8％	η＝18.0％η半＝56.2％

表五、压缩比ε＝8，进气终了时P₀＝0.090Mpa

	V2＝1.5V1	V2＝2.0V1	V2＝2.5V1	V2＝3.0V1
					P2＝3.0Mpa	η＝30.9％η半＝46.7％	η＝29.2％η半＝49.2％	η＝26.7％η半＝50.4％	η＝24.1％η半＝51.2％
P2＝4.0Mpa	η＝33.0％η半＝51.1％	η＝30.3％η半＝52.8％	η＝27.3％η半＝53.7％	η＝24.4％η半＝54.2％

p2＝5.0Mpa

η＝34.1％η半＝53.9％

η＝30.9％η半＝55.3％

η＝27.7％η半＝56.0％

η＝24.6％η半＝56.5％

表六、压缩比ε＝10，进气终了时P₀＝0.090Mpa

	V2＝1.5V1	V2＝2.0V1	V2＝2.5V1	V2＝3.0V1
					P2＝3.0Mpa	η＝32.0％η半＝44.7％	η＝32.2％η半＝48.6％	η＝30.6％η半＝50.4％	η＝28.6％η半＝51.4％
P2＝4.0Mpa	η＝35.3％η半＝50.2％	η＝33.8％η半＝52.6％	η＝31.5％η半＝53.8％	η＝29.1％η半＝54.5％
					P2＝5.0Mpa	η＝37.0％η半＝53.5％	η＝34.7％η半＝55.3％	η＝32.1％η半＝56.2％	η＝29.4％η半＝56.7％

1、燃烧快慢对传统发动机热效率的影响

对传统发动机，燃气能迅速达到最大压强其热效率会显著增高，而燃烧缓慢其热效率会显著下降。其实这很好理解，由于燃烧快有更大比例的做功膨胀空间，相当于提高了压缩比，所以热效率会增加。

显然，要想使传统发动机热效率较高就要求燃气燃烧一定要稳定和迅速。然而，提高压缩比和提高燃烧速度是相互矛盾的。传统高压缩比发动机必需使用高号燃油，燃油标号越高，燃烧爆震越低，燃烧速度越慢，最高压强越低。可见，对于传统发动机，既想提高压缩比，又想提高燃烧速度，又想提高最高压强，这些是不能同时实现的。

2、燃烧快慢对分离式环形高效发动机热效率的影响

本实用新型的热效率并不会随燃烧快慢有显著变化，甚至热效率还会随燃烧的缓慢而有所增加。

本实用新型的热效率更取决于膨胀最高压强，当膨胀最高压强较高时，热效率很高而且很稳定，其他因素影响都很小，这非常方便我们对发动机的设计与控制，并能使发动机充分达到较高热效率。

实际使用时，对称分布的活塞20可以带动转动内轴2在外缸体1内旋转。在外缸挡板6处活塞20可通过，燃气可以连续地推动活塞20旋转做功。当活塞20接触外缸挡板6上的弹性缓冲器时，外缸挡板6被挤开，活塞20通过，在弹性转轴5的作用下，外缸挡板6回位，封闭燃烧室；在高压燃气混和物喷入燃烧室后以及燃烧膨胀时，燃烧室压强都高于外部，外缸挡板6会被高压气体压紧更好地处于封闭状态。该发动机一直是自然排气不需要单独的排气过程，而进气和压缩都是短暂瞬时完成的，做功之后只需短暂的交换就继续做功，因而提高了热效率和发动机功率。由于发动机进气压缩和燃烧膨胀完全分离，也就是说使得燃气进气之后的压缩比例与燃气燃烧之后的膨胀比例拥有完全不同的值。例如，燃气进气之后的压缩比例是10，燃气燃烧之后的膨胀比例可以是30、40、50等等。这就能确保充分利用燃气燃烧膨胀做功，大大提高发动机热效率。环形发动机活塞工作不再单独需要进气过程、压缩过程、排气过程，进气过程、压缩过程，已经由燃气预混缸或完全直喷系统辅助完成，所以活塞只需要做功、短暂的交换、再做功；与传统发动机相比其热效率增加近二倍，功率也将增至传统发动机的八倍。由于该发动机热效率大幅提高，发动机不会浪费更多的热量，并且由于进气系统的独特性，发动机的高温不会影响进气量，也不会引起早燃，该发动机完全可以抛弃复杂沉重的制冷系统，简化了结构，更易于加工。

Claims (8)

1.一种分离式环形高效发动机，包括外缸体(1)、转动内轴(2)及主传动轴(14)，其特征在于：外缸体(1)为2个对称的半圆形体对接而成，外缸体(1)上带有对称的缸盖(3)、排气口(4)，缸盖(3)处的外缸体(1)上通过弹性转轴(5)铰链连接有外缸挡板(6)，转动内轴(2)外固定有2个对称的活塞(20)；转动内轴(2)与主传动轴(14)通过单向舌片(15)相连。

2.根据权利要求1所述的分离式环形高效发动机，其特征在于：缸盖(3)上安装有高压喷气嘴(7)、高压喷油嘴(8)及火花塞(9)。

3.根据权利要求1所述的分离式环形高效发动机，其特征在于：外缸挡板(6)上固定有弹性缓冲器。

4.根据权利要求1所述的分离式环形高效发动机，其特征在于：缸盖(3)上安装有燃气预混缸(10)，燃气预混缸(10)上装有进气门(11)、吸气门(12)及压缩活塞(13)，压缩活塞(13)通过活塞杆与小齿轮相连，小齿轮与固定在转动内轴(2)上的大齿轮啮合。

5.根据权利要求1所述的分离式环形高效发动机，其特征在于：外缸挡板(6)为扇形。

6.根据权利要求1所述的分离式环形高效发动机，其特征在于：外缸挡板(6)为柱形。

7.根据权利要求1所述的分离式环形高效发动机，其特征在于：单向舌片(15)由弹性舌片(16)及弹簧(17)组成，弹性舌片(16)铰接在主传动轴(14)上，弹簧(17)的两端分别与弹性舌片(16)和主传动轴(14)相固定，转动内轴(2)的内壁带有与弹性舌片(16)吻合的卡槽。

8.根据权利要求1所述的分离式环形高效发动机，其特征在于：单向舌片(15)由柱形舌片(18)及弹簧托(19)组成，弹簧托(19)固定在主传动轴(14)的凹槽内，柱形舌片(18)置于所述的凹槽中，转动内轴(2)的内壁带有与柱形舌片(18)吻合的卡槽。

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