CN202325845U

CN202325845U - 一种活塞式四冲程内燃机

Info

Publication number: CN202325845U
Application number: CN2011204678542U
Authority: CN
Inventors: 朱华标
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2021-11-22

Abstract

本实用新型公开了一种活塞式四冲程内燃机，包括有若干个气缸体，气缸体内设有活塞、进气阀门及排气阀门，气缸体内的活塞通过曲轴、曲轴连杆与传动系统相连接并受传动系统控制活动，所述的活塞在气缸体内做功冲程比压缩冲程的行程长，回推冲程与压缩冲程组合成一个完整冲程的行程与做功冲程相同，排气冲程和吸气冲程与做功冲程的行程相同，有效地提高了活塞式四冲程内燃机的工作效率，在同等的排量下大幅度地高了内燃机的输出功率，能起到节能、减排、降耗的目的，其结构紧凑，构思巧妙，非常方便实用。

Description

一种活塞式四冲程内燃机

技术领域

本实用新型涉及一种活塞式四冲程内燃机，尤其是能在同等排量的条件下，大幅度地提高四冲程内燃机的工作效率、提高燃料的燃烧效率、节约能源的活塞式四冲程内燃机。

背景技术

目前，公知的活塞式四冲程内燃机的燃烧室(又称气缸)在正常工作的四个冲程过程中的最大容积是相等的,活塞在四个冲程中的行程是相同的，它的四个冲程的工作循环通常又称为奥托(Otto)循环。根据奥托循环热机工作效率公式：η=1-( V_b /V_c)^1-γ，其中η为工作效率，V_c为气缸压缩混合气体的最小容积，V_b为气缸的最大容积(单缸排量)，V_b /V_c为压缩比。由公式可见，在V_b一定的情况下为了提高发动机的工作效率，最好的办法是尽量缩小V_c,提高压缩冲程末的气体压强。理想情况下，当V_b /V_c≈7、γ = 7/5时，代入公式计算：η＝54%。但综合各种因素，如摩擦、散热等, η实际只约为25%。现代技术是想办法使燃料与空气更充分地混合使燃料更充分地燃烧、增大压缩比、减小摩擦、精准地控制点燃时机等手段。采用这些技术方法确实取得了一定的成效，但对提高活塞式四冲程内燃机的工作效率仍然非常有限。目前,活塞式四冲程内燃机的工作效率一般都不会超过30%。现在的问题是在做功冲程末的燃气还高温高压,且现代的发动机运转非常快，在发动机正常满功率工作时，单缸的做功冲程时间约为1/1000秒，燃料也还未来及充分燃烧，这样，有近一半的能量没有被释放出来，就白白地在排气冲程中被排放了出来，浪费了能源的同时也浪费了发动机原本可能获取的更大的输出功率。

实用新型内容

为了克服活塞式四冲程内燃机工作效率低，不能较充分地利用做功冲程中的高温高压燃气的能量以及燃烧不充分的不足，本实用新型是提供一种新型活塞式四冲程内燃机,该发动机可通过延长做功冲程（也延长了燃料燃烧过程），缩短压缩冲程的行程，使活塞在做功冲程中的行程大于压缩冲程，其它两个冲程的行程与做功冲程相同，这样就能较充分地利用做功冲程中的高温高压燃气，从而大幅度地提高发动机的输出功率和工作效率，达到节能、减排、降耗的目的。本实用新型的技术原理可用在柴油机、汽油机、混合燃料机等活塞式四冲程内燃机上。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型是一种活塞式四冲程内燃机，其包括有若干个气缸体，气缸体内设有活塞、进气阀门及排气阀门，气缸体内的活塞通过曲轴、曲轴连杆与传动系统相连接并受传动系统控制活动，所述的活塞在气缸体内做功冲程比压缩冲程的行程长，回推冲程与压缩冲程组合成一个完整冲程的行程与做功冲程相同，排气冲程和吸气冲程与做功冲程的行程相同；所述的做功冲程是指在发动机内部将燃料的内能转化为机械能的过程；所述的压缩冲程是将机械能转化为内能的过程；所述的回推冲程是活塞将吸到气缸体的气体进行一个回推动作将气体回推至进气通道（或排气通道）的过程；所述的排气冲程是指在做功冲程末，活塞回推，将气缸内燃烧后的废气排出缸体的过程；所述的吸气冲程是指在排气冲程末，活塞下行，将新鲜空气或混合气体吸入气缸的过程。

本实用新型在原活塞式四冲程内燃机的基础上，将气缸体加长，如加长至相当于此前同等排量的内燃机气缸体长的50%或50%以上，在压缩冲程中，（凸轮）控制进气阀门关闭的时间定为当活塞往气缸盖推动至相当于原来未增长气缸时的容积位置时才关闭，也就是吸到气缸体的气体有一个回推至进气通道的过程（称之为回推冲程），即压缩冲程算是半冲程，回推冲程与压缩冲程合起来才算是一个完整的冲程，而其它三个冲程则是与以前的设计一样，是满冲程。也就是相当于增长了做功冲程，减短了压缩冲程，即增大了压缩比V_b /V_c。如原来的压缩比为7，采用本实用新型后，在同等排量下，以气缸体增长为原来的两倍为例，压缩比就为14，γ=7/5，依理想情况下，代入公式计算：η＝66%。与原技术相比，原技术压缩冲程前气缸的气压相对于当时的进气通道气压是负压，而本实用新型由于在压缩冲程前有一个回推的过程，气缸的气压相对于当时的进气通道气压是正压，因此实际压缩比远大于14,且压缩冲程只约为做功冲程的一半，采用现代成熟技术后，实际的工作效率也衰减的比较少，实际工作效率有望达到40%以上，即将会比原技术的实际工作效率提高30%以上。

由于采用本实用新型，在压缩冲程前的回推冲程气缸体内的气体有一个回推至进气通道的过程，对此有两个设计方案：方案一，对于4缸、8缸、12缸等缸体数是4的倍数的发动机，由于气缸的每次回推冲程与压缩冲程时对应都会有相同数目的气缸是吸气冲程，回推的气体将会被另外的气缸所吸收，因此可采用目前的成熟的燃料供给技术，比如燃料喷射技术、化油器技术等；方案二，对于气缸数是非4的倍数的，如1缸、2缸、6缸、10缸等，由于气缸的每次回推冲程与压缩冲程时对应不一定有相同数目的气缸是吸气冲程，回推的气体不一定能被另外的气缸所吸收，则可采用缸内燃料直喷技术。如果采用缸内燃料直喷技术，在回推冲程时，可以是进气阀门关闭，排气阀门打开，也就是将回推的气体排至排气通道，这样可降低缸内废气浓度，以利于在燃烧冲程时混合气体更充分地燃烧，同时又可避免回推气体对进气通道的冲击和带来可能引燃进气通道的可能。

本实用新型与现有技术相比有如下优点：

本实用新型采用所述的活塞在气缸体内做功冲程比压缩冲程的行程长，回推冲程与压缩冲程组合成一个完整冲程的行程与做功冲程相同，排气冲程和吸气冲程与做功冲程的行程相同，有效地提高了活塞式四冲程内燃机的工作效率；本实用新型可采用缸内燃料直喷技术，在回推冲程时，可以是进气阀门关闭，排气阀门打开，也就是将回推的气体排至排气通道，这样可降低缸内废气浓度，以利于在燃烧冲程时混合气体更充分地燃烧，大幅度地高了内燃机的输出功率，能起到节能、减排、降耗的目的，其结构紧凑，构思巧妙，非常方便实用。

附图说明

图1是此前活塞式四冲程内燃机的理想奥托(Otto)循环P-V图；

图2是本实用新型的理想P-V循环图；

图3是上述两循环的对比P-V图；

图4是本实用新型直列四缸式四冲程内燃机采用回推气体回推至进气通道的各冲程初始时的示意图；

图5是本实用新型直列四缸式四冲程内燃机采用回推气体回推至排气通道各的冲程初始时的示意图；

图6是直列四缸式四冲程内燃机半冲程时的示意图。

具体实施方式

下面以直列四缸式四冲程内燃机为实施例之一，对比此前同等排量的内燃机，结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本实施例中公开了一种活塞式四冲程内燃机，其包括有若干个气缸体，气缸体内设有活塞、进气阀门及排气阀门，气缸体内的活塞通过曲轴、曲轴连杆与传动系统相连接并受传动系统控制活动，其特征在于：所述的活塞在气缸体内做功冲程比压缩冲程的行程长，回推冲程与压缩冲程组合成一个完整冲程的行程与做功冲程相同，排气冲程和吸气冲程与做功冲程的行程相同；所述的做功冲程是指在发动机内部将燃料的内能转化为机械能的过程；所述的压缩冲程是将机械能转化为内能的过程；所述的回推冲程是活塞将吸到气缸体的气体进行一个回推动作，将气体回推至排气通道或进气通道的过程；所述的排气冲程是指在做功冲程末，活塞回推，将气缸内燃烧后的废气排出缸体的过程；所述的吸气冲程是指在排气冲程末，活塞下行，将新鲜空气或混合气体吸入气缸的过程。

在图1中，直线ab是吸气冲程，曲线bc是压缩冲程，直线cd是做功冲程前瞬间的混合燃气爆燃的瞬间，曲线de是做功冲程，直线eb是排气冲程。其中曲线de正下方的面积是理想情况下内燃机做功冲程所做的功，闭合曲线cdebc所包围的面积是理想情况下内燃机实际获得的输出功。

在图2中，直线ag是吸气冲程，曲线bc是压缩冲程，直线cd是做功冲程前瞬间的混合燃气爆燃的瞬间，曲线df是做功冲程，直线fg是排气冲程, ，直线gb是回推冲程。其中曲线df正下方的面积是理想情况下内燃机做功冲程所做的功，闭合曲线cdfgbc所包围的面积是理想情况下内燃机实际获得的输出功。

图3是图1图2两种内燃机的P－V循环对比图。从图中很容易就可以看出：如在同等的排量下，本实用新型的内燃机的输出功远远大于采用此前技术的内燃机，其多输出的功为闭合曲线befgb所包围的面积。由此可见内燃机的工作效率获得了大幅度地提高。

图4图5图6是以直列四缸式为实施例的内燃机工作流程示意图,在此实施例中，气缸体的长度对比此前同等排量下的内燃机加长了一倍。图中标号与名称对应如下：1.进气阀门，2.排气阀门，3.进气通道，4.排气通道，5.活塞，6.气缸壁，其中箭头所指为该冲程中活塞的运动方向。

在图4中，A气缸、B气缸、C气缸、D气缸所处的工作状态刚好依次是做功冲程、排气冲程、吸气冲程、回推冲程（压缩冲程前）的初始位置。在图4中的D气缸可以看出，此气缸正好处在回推冲程的初始位置（对比此前技术应是压缩冲程），此时的进气阀门还是打开的（对比以前技术应是关闭），此时活塞把气缸内的气体推回至进气通道，与此同时C气缸正好处在吸气冲程，把从D气缸回推的气体和从进气口进入的气体通过进气通道一并吸入。进气阀门为了完成上述工作，控制进气阀门打开的凸轮控制时间则刚好与上述进气阀门打开的时间一致。

在图5中，A气缸、B气缸、C气缸、D气缸所处的工作状态刚好依次是做功冲程、排气冲程、吸气冲程、回推冲程（压缩冲程前）的初始位置。在图5中的D气缸可以看出，此气缸正好处在回推冲程的初始位置（对比此前技术应是压缩冲程），此时的进气阀门关闭，排气阀门打开，此时活塞把气缸内的气体推回至排气通道。排气阀门为了完成上述工作，控制排气阀门打开的凸轮可做成双凸起结构或双凸轮结构，控制时间则刚好与上述排气阀门打开时间一致。

在图6中，各气缸除D气缸外都刚好处在上述各冲程的中间位置（半冲程位置）而对于D气缸则刚好处在压缩冲程的初始位置。此时的前述的进气阀门或排气阀门刚好关闭，以完成之后的压缩冲程,也就是说回推冲程和压缩冲程实际上是半个冲程，这两个冲程合起来起来才能成为一个完整的冲程。

由此可以看，本实用新型的工作原理与以往的技术大体相似，重要的区别在于如在同等排量下，气缸体加长了，同时，当活塞完成吸气冲程后接下来的下一个冲程首先是活塞回推冲程（往气缸盖方向），此时的进气阀门依然是打开的，缸内部分气体被回推至进气通道中，直至活塞到达至相当于采用以前技术、气缸未延长时的位置（对于上述实施例则刚好是在中间位置）时，进气阀门才关闭，接下来才是压缩冲程,这两个冲程是半冲程，合在一起才算是一个满冲程。如果采用缸内燃料直喷技术，在回推冲程时，可以是进气阀门关闭，排气阀门打开。也就是内燃机一个气缸完成一个工作循环周期的过程是：吸气冲程→回推冲程→压缩冲程→做功冲程→排气冲程→吸气冲程。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本实用新型；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。

Claims

1.一种活塞式四冲程内燃机，包括有若干个气缸体，气缸体内设有活塞、进气阀门及排气阀门，气缸体内的活塞通过曲轴、曲轴连杆与传动系统相连接并受传动系统控制活动，其特征在于：所述的活塞在气缸体内做功冲程比压缩冲程的行程长，回推冲程与压缩冲程组合成一个完整冲程的行程与做功冲程相同，排气冲程和吸气冲程与做功冲程的行程相同；

所述的做功冲程是指在发动机内部将燃料的内能转化为机械能的过程；

所述的压缩冲程是将机械能转化为内能的过程；

所述的回推冲程是活塞将吸到气缸体的气体进行一个回推动作将气体回推至进气通道的过程；

所述的排气冲程是指在做功冲程末，活塞回推，将气缸内燃烧后的废气排出缸体的过程；

所述的吸气冲程是指在排气冲程末，活塞下行，将新鲜空气或混合气体吸入气缸的过程。