CN202381169U - 半循环高效活塞发动机 - Google Patents

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CN202381169U CN2011205653608U CN201120565360U CN202381169U CN 202381169 U CN202381169 U CN 202381169U CN 2011205653608 U CN2011205653608 U CN 2011205653608U CN 201120565360 U CN201120565360 U CN 201120565360U CN 202381169 U CN202381169 U CN 202381169U
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Abstract

本实用新型涉及的是半循环高效活塞发动机，这种半循环高效活塞发动机的气缸内安装活塞，气缸的上部为燃烧室，燃烧室内有火花塞和燃气入口，燃烧室有排气口。本实用新型中只有做功和排气两个过程，省去了吸气和压缩过程,使发动机的功率成倍增加，而且我们使压缩与膨胀做功完全分开，可以使发动机有较大的非常理想的膨胀比，发动机热效率也将大幅增加。

Description

半循环高效活塞发动机
一、技术领域
本实用新型涉及的是发动机，具体涉及的是半循环高效活塞发动机。
二、背景技术
传统发动机的热效率非常低，平均只有                                                
Figure 482211DEST_PATH_IMAGE001
左右，大量的热量都白白浪费了！导致传统发动机热效率很低的原因是设计理念上的，这是由于传统发动具有固定的压缩比，活塞做工结束后，气缸内还有较高的压强，这就使得大量该有用做功的能量白白浪费掉了，不仅如此，活塞排气时还要克服较高的压强做负功，这就进一步降低了热效率。
传统活塞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，这就使得传统发动机提高热效率陷入瓶颈。
三、发明内容
本实用新型的目的是提供半循环高效活塞发动机，这种半循环高效活塞发动机用于解决传统发动机热效率低的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种半循环高效活塞发动机的气缸内安装活塞，气缸的上部为燃烧室，燃烧室内有火花塞和燃气入口，燃烧室有排气口。
上述方案中的燃气入口有两个，一个为高压进气嘴，一个为高压进油嘴。
上述方案中气缸上方设置有燃气预混缸，燃气入口为燃气预混缸的进气门，燃气预混缸与气缸之间通过进气门相通，燃气预混缸内安装有燃气活塞，燃气预混缸还设置有与外界相通的吸气门。
本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型中只有做功和排气两个过程，省去了吸气和压缩过程,使发动机的功率成倍增加，而且我们使压缩与膨胀做功完全分开，可以使发动机有较大的非常理想的膨胀比，发动机热效率也将大幅增加。
2、本实用新型由于实现了发动机压缩和膨胀分离，能使燃气有良好的燃烧状态，又能充分利用燃气膨胀做功。
四、附图说明
图1是本实用新型第一种实施方式的结构示意图；
图2是本实用新型第二种实施方式的结构示意图；
图3-图6是本实用新型工作原理图；
图7是传统发动机吸气过程图；
图8是传统发动机进气后压缩过程图；
图9是传统发动机燃烧做功过程的曲线图；
图10是传统发动机排气做功过程的曲线图；
图11是本实用新型燃烧做功过程的曲线图；
图12是本实用新型排气做功过程的曲线图。
1.气缸  2.活塞  3.燃烧室  4.火花塞  5.吸气门  6. 燃气预混缸  7. 燃气活塞   8.进气门   9.排气口  10.高压进气嘴  11.高压进油嘴。
五、具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步描述：
图1是本实用新型第一种实施方式的结构示意图，如图所示，这种半循环高效活塞发动机包括气缸1、活塞2，气缸1内安装活塞2，气缸1的上部为燃烧室3，燃烧室3内有火花塞4和燃气入口，燃烧室3有排气口9。本实施方式本中燃气入口有两个，一个为高压进气嘴10，一个为高压进油嘴11。
本实用新型的工作过程如下：首先把空气的压缩过程集中在一起，压入高压储气罐，以确保实现使燃油和空气以高压喷射的方式喷射进燃烧室3，还可以根据发动机的工作情况任意控制进气量。工作时，活塞2到达上止点，排气口9关闭，高压空气和高压油气喷入，火花塞点火，膨胀做功，做功结束后，活塞2上移排气。
图2是本实用新型第二种实施方式的结构示意图，如图所示，这种半循环高效活塞发动机包括气缸1、活塞2、燃气预混缸6，气缸1内安装活塞2，气缸1的上部为燃烧室3，燃烧室3内有火花塞4和燃气入口，燃烧室3有排气口9。气缸1上方设置有燃气预混缸6，燃气入口为燃气预混缸6的进气门8，燃气预混缸6与气缸1之间通过进气门8相通，燃气预混缸6内安装有燃气活塞7，燃气预混缸6还设置有与外界相通的吸气门5。
本实施方式中燃气预混缸6内安装有燃气活塞7，燃气预混缸6还设置有与外界相通的吸气门5，以及与气缸1相通的进气门8。燃气活塞7的往复运动完成吸气以及为燃烧室6输送压缩好的燃气。进气门8为弹簧弹力开关，进气门8弹簧向上的弹力可承受几个到十几个大气压的压力，只有当燃气预混缸6的燃气活塞7下压到一定程度时，进气门8才被顶开，可燃气体才被压入燃烧室6。吸气门5开关也可设计成与进气门8相同的弹簧弹力开关，只是吸气门5开关弹簧弹力要较小，当燃气预混缸6内气压低于大气压力一定程度吸气门5打开。
本实用新型的工作原理如下：（以第二种实施方式为例来说明）
如图3所示，气缸活塞2到达其上止点，排气口9关闭，燃气被迅速压入燃烧室3，火花塞4点火；
如图4所示，燃气燃烧膨胀，推动活塞2做功，燃气预混缸6吸气；
如图5所示，做功完毕，排气口9打开排气，燃气预混缸6开始压缩气体；
如图6所示，气缸活塞2上移排气，燃气预混缸燃气活塞7下移压缩燃气。
六、传统发动机的热效率
以汽油机为例来计算一下传统发动机的热效率，后面会对比计算环形高效发动机的热效率，并分析发动机热效率巨大差别的因素。
首先了解一下常规发动机等装置的热效率：
表一、热效率表
蒸汽机车 汽油机 柴油机 燃气轮机 液体燃料火箭
Figure 143131DEST_PATH_IMAGE002
Figure 130678DEST_PATH_IMAGE003
Figure 168036DEST_PATH_IMAGE004
Figure 495112DEST_PATH_IMAGE005
Figure 841779DEST_PATH_IMAGE006
一台传统的汽油发动机在节气门接近全开时拥有约
Figure 67355DEST_PATH_IMAGE007
的最高效率，而在我日常的驾驶条件下，这个效率还要打上一个大大的折扣。以汽油机为例来计算一下传统发动机的热效率。
1进气过程：
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。
发动机进气时，气缸内的压强略小于一个大气压，进气过程中本来要消耗能量，但是，说外界大气压做功完全抵消了，计算时只考虑气缸内气体做功情况，这时气缸内的气体做的是正功。
如图7所示，
Figure 829775DEST_PATH_IMAGE008
为燃烧室容积，为气缸最大工作容积，
Figure 341976DEST_PATH_IMAGE010
为一个大气压，
Figure 304116DEST_PATH_IMAGE011
略小于一个大气压。
该过程做功可以近似计算为：
Figure 683276DEST_PATH_IMAGE012
                            (1) SHAPE  \* MERGEFORMAT 
2吸入油气后的压缩过程：
如图8所示，假设压缩过程BC为绝热过程，压缩时做功为负值。
（2）
体积压强之间的换算关系可由绝热方程求出：
Figure 407835DEST_PATH_IMAGE014
    （3）
假设燃烧物及生成物都为刚性多原子分子，则自由度
Figure 608003DEST_PATH_IMAGE015
，摩尔热熔比
Figure 712226DEST_PATH_IMAGE016
。
例如，假设发动机的压缩比
Figure 930717DEST_PATH_IMAGE017
，则
Figure 603138DEST_PATH_IMAGE018
，又
Figure 211974DEST_PATH_IMAGE019
，由绝热方程可知：
          
Figure 198516DEST_PATH_IMAGE020
                      （4）
3燃烧膨胀对外做功：
如图9所示，假设CD燃烧过程压强随体积线性增加，（实际燃烧过程向上有微小弧度，做功值较线性计算略大），DE为绝热过程。
CD燃烧过程气体吸收的热量等于燃料释放的化学能，就等于CD 过程对外做功加上该过程内能的增量：
Figure 271514DEST_PATH_IMAGE021
     （5）
其中，
Figure 239470DEST_PATH_IMAGE022
Figure 148651DEST_PATH_IMAGE023
吸收的总热量（燃料释放的化学能）为：
Figure 656993DEST_PATH_IMAGE024
               （6）
DE为绝热膨胀过程，对外做功就等于内能减少量：
Figure 787760DEST_PATH_IMAGE025
                     （7）
其中，
Figure 739667DEST_PATH_IMAGE026
。
4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所示，EF为压缩排气过程，压强随体积线性减少。
Figure 385412DEST_PATH_IMAGE027
  （8）
其中，
Figure 448177DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 433450DEST_PATH_IMAGE028
。
5传统活塞发动机热效率：
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为：
Figure 805526DEST_PATH_IMAGE029
    （9）
吸收的总热量（燃料释放的化学能）为：
Figure 701018DEST_PATH_IMAGE024
                （10）
发动机热效率为：
Figure 754425DEST_PATH_IMAGE030
                           （11）
下面我们举一个例子，来计算一下活塞发动机的热效率。假如发动机的压缩比
Figure 656522DEST_PATH_IMAGE017
，则 
Figure 950231DEST_PATH_IMAGE031
，假设 
Figure 304989DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 975136DEST_PATH_IMAGE033
都等于一个大气压（
Figure 731739DEST_PATH_IMAGE034
），假设
Figure 196350DEST_PATH_IMAGE035
。已知
Figure 241666DEST_PATH_IMAGE036
，由绝热方程可知：
                     
Figure 699192DEST_PATH_IMAGE020
                    （12）
                 
Figure 61035DEST_PATH_IMAGE037
           (13)                       把上面所有相关数据代入（9）式，则，
Figure 211393DEST_PATH_IMAGE038
    把上面所有相关数据代入（10）式，则，
Figure 478427DEST_PATH_IMAGE039
    把上面数值代入（11）式，则，
Figure 224797DEST_PATH_IMAGE040
（14）
这是在理论上计算的传统汽油发动机的热效率，它和实际的汽油发动机的热效率非常符合。
6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气缸内还有很高的压强，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
Figure 955992DEST_PATH_IMAGE041
，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。
假设活塞运行到下止点做功结束时，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：                                   
          
Figure 516735DEST_PATH_IMAGE043
                       （15） 
这就是说从状态（
Figure 581643DEST_PATH_IMAGE044
、
Figure 105028DEST_PATH_IMAGE045
）绝热膨胀到状态（
Figure 82343DEST_PATH_IMAGE046
、
Figure 386285DEST_PATH_IMAGE047
）大量的能够有效做功的能量全被浪费掉了，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。
大家都知道传统活塞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。
所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高，可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧，且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声。爆燃会使发动机过热，功率下降，汽油消耗量增加以及机件损坏。
这就使得传统发动机提高热效率陷入瓶颈。
大家知道压缩比较高的汽车热效率较高，但是，它只能使用不易爆燃的高号汽油，即便如此，传统发动机的压缩比最高只能达到11左右。这和燃气充分做功还相差很远。
七、半循环高效活塞发动机的热效率
把燃气预混缸6容积与燃烧室3容积的比值称为压缩比；把气缸1最大工作容积与燃烧室3容积的比值称为膨胀比。
（一）吸气和压缩过程：
燃气预混缸型半循环高效发动机吸气和压缩过程是在燃气预混缸6中进行的，燃气预混缸6比气缸1的温度要低很多，它的压缩过程所做的负功要比传统活塞发动机小很多，它的这个优势我们在计算中就不考虑了，认为它的吸气和压缩过程做功与传统活塞发动机完全是相同的。
吸气过程做功与（1）式计算一致：
Figure 926988DEST_PATH_IMAGE012
                          （16）
压缩过程做功与（2）式计算一致：
Figure 117929DEST_PATH_IMAGE013
       （17）
（二）燃烧膨胀对外做功
如图11所示，半循环高效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E’点，而半循环高效发动机膨胀做功到E点，做功结束后气缸内的大气压略高于大气压，这就使得燃气充分做功。
半循环高效发动机燃烧做功过程吸热和做功的计算公式与传统活塞发动机也是一致的。
CD燃烧过程气体吸收的热量等于燃料释放的化学能，就等于CD 过程对外做功加上该过程内能的增量：
Figure 780991DEST_PATH_IMAGE021
     （18）
其中，
Figure 244334DEST_PATH_IMAGE022
Figure 401777DEST_PATH_IMAGE023
吸收的总热量（燃料释放的化学能）为：
Figure 962071DEST_PATH_IMAGE024
                （19）
DE为绝热膨胀过程，对外做功就等于内能减少量：
Figure 468139DEST_PATH_IMAGE025
                   （20）
半循环高效发动机的膨胀比远大于压缩比，即
Figure 497406DEST_PATH_IMAGE048
远大于
Figure 442228DEST_PATH_IMAGE049
；而传统活塞发动机膨胀比等于压缩比，即
Figure 794712DEST_PATH_IMAGE026
. 
（三）排气过程
半循环高效发动机残余气压接近大气压，是自然排气，实际排气过程几乎不需要消耗能量。
但是，为了对应计算，我们必须要考虑排气时所做的负功。
如图12所示，EF为压缩排气过程，缸内气体做负功。
   半循环高效发动机排气过程所做负功的公式与传统发动机也是一样的。
Figure 284730DEST_PATH_IMAGE027
  （21）
但是，与传统发动机不同的是，其中远大于
Figure 471178DEST_PATH_IMAGE049
；
Figure 491218DEST_PATH_IMAGE050
.
（四）半循环高效发动机的热效率
进气、压缩、做功、排气四个部分组成一个工作循环，整个循环过程中做的总功为：
Figure 666984DEST_PATH_IMAGE051
    （22）
燃料释放的化学能（吸收的总热量）为：
                （23）
发动机热效率为：
  （24）
半循环高效发动机全过程做功、吸热以及热效率的计算公式和传统发动机是完全一样的。
唯一区别在于半循环高效发动机膨胀比大于压缩比，即
Figure 18965DEST_PATH_IMAGE048
远大于
Figure 116365DEST_PATH_IMAGE049
；而传统活塞发动机膨胀比等于压缩比，即
Figure 263313DEST_PATH_IMAGE026
。
下面我们举一个与前面活塞发动机条件完全相同的例子，来计算半循环高效发动机的热效率。
假如发动机的压缩比，则 
Figure 535211DEST_PATH_IMAGE018
，假设 
Figure 865829DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 765652DEST_PATH_IMAGE033
都等于一个大气压（
Figure 133093DEST_PATH_IMAGE034
），假设
Figure 231499DEST_PATH_IMAGE035
；已知
Figure 857653DEST_PATH_IMAGE036
，由绝热方程可知：
          
Figure 792242DEST_PATH_IMAGE020
                 （25）
假设 （我们可以让做功尽量充分，让膨胀气压
Figure 193584DEST_PATH_IMAGE053
略高于大气压）
由绝热方程可知：                                  
          
Figure 52956DEST_PATH_IMAGE054
                         (26)                                          
把上面所有相关数据代入（22）式，则
Figure 661792DEST_PATH_IMAGE055
把上面所有相关数据代入（23）式，则
Figure 382754DEST_PATH_IMAGE039
把上面数值代入（24）式，则
Figure 455753DEST_PATH_IMAGE056
  （27）
这是我们在完全相同的条件下，利用完全相同的分析方法计算出的半循环高效发动机的热效率，可见半循环高效发动机的热效率大幅度提高了。
半循环高效发动机和传统活塞发动机热效率的比值：
半循环高效发动机热效率比传统发动机竟然高达两倍以上！
燃气预混缸型半循环高效发动机吸气和压缩过程是在燃气预混缸中进行的，燃气预混缸比气缸的温度要低很多，它的压缩过程所做的负功要比传统活塞发动机小很多，考虑这个原因之后，半循环高效发动机的热效率比我们前面的计算还要大。
八、根据实际数据对比计算分析
下面根据汽油发动机实际数据进行对比计算分析，并且概括其规律。
（一）压缩比、进气量、燃烧最高压强对发动机热效率的影响：
关于汽油发动机的实际数据：
（1）、汽油发动机进气终了时，气缸内气体压力略低于大气压，约为0.075～0.09MPa。
（2）、汽油发动机的压缩比一般为ε＝6～10。
（3）、可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高，最高压力可达3～5MPa。
（4）、受排气阻力的影响，排气终止时，气体压力仍高于大气压力，约为0.105～0.115MPa。
下面以汽油发动机为例，根据上面的数据把传统发动机和环形高效发动机在不同情况下热效率的理论值列成表格。
表二、进气终了时
Figure 332890DEST_PATH_IMAGE058
  气缸最高气压
Figure 106811DEST_PATH_IMAGE059
 气缸最高气压
Figure 237578DEST_PATH_IMAGE060
 气缸最高气压
Figure 569650DEST_PATH_IMAGE017
Figure 897995DEST_PATH_IMAGE062
Figure 883268DEST_PATH_IMAGE063
Figure 255344DEST_PATH_IMAGE064
Figure 60489DEST_PATH_IMAGE065
Figure 926944DEST_PATH_IMAGE066
Figure 829041DEST_PATH_IMAGE067
Figure 309701DEST_PATH_IMAGE068
Figure 680771DEST_PATH_IMAGE069
Figure 334606DEST_PATH_IMAGE070
Figure 107521DEST_PATH_IMAGE071
Figure 759082DEST_PATH_IMAGE072
表三、进气终了时
Figure 601137DEST_PATH_IMAGE073
  气缸最高气压
Figure 996346DEST_PATH_IMAGE059
 气缸最高气压
Figure 623767DEST_PATH_IMAGE059
 气缸最高气压
Figure 588629DEST_PATH_IMAGE017
Figure 849846DEST_PATH_IMAGE074
Figure 325138DEST_PATH_IMAGE076
Figure 957425DEST_PATH_IMAGE077
Figure 707392DEST_PATH_IMAGE079
Figure 762067DEST_PATH_IMAGE069
Figure 365087DEST_PATH_IMAGE080
Figure 742978DEST_PATH_IMAGE081
表四、进气终了时
Figure 682432DEST_PATH_IMAGE083
  气缸最高气压
Figure 26826DEST_PATH_IMAGE059
 气缸最高气压
Figure 83992DEST_PATH_IMAGE059
 气缸最高气压
Figure 917956DEST_PATH_IMAGE061
Figure 681644DEST_PATH_IMAGE017
Figure 626466DEST_PATH_IMAGE084
Figure 978950DEST_PATH_IMAGE085
Figure 796865DEST_PATH_IMAGE086
Figure 47849DEST_PATH_IMAGE065
Figure 734045DEST_PATH_IMAGE087
Figure 3352DEST_PATH_IMAGE088
Figure 929851DEST_PATH_IMAGE089
Figure 917399DEST_PATH_IMAGE069
Figure 141706DEST_PATH_IMAGE090
Figure 281832DEST_PATH_IMAGE091
Figure 362920DEST_PATH_IMAGE092
1.1各因素对于传统活塞发动机热效率的影响：
（1）汽油燃烧后的最高压强对传统活塞发动机热效率几乎没有影响。
（2）气缸吸入的燃气量对传统活塞发动机热效率几乎没有影响。
（3）随着压缩比的增加，传统活塞发动机热效率显著增加。
   这是由于提高压缩比活塞有更大的做功空间，燃气能更充分地做功。
由于提高压缩比能显著提高发动机的热效率，所以传统活塞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。
这正是传统活塞发动机的发展趋势，尽量使用高压缩比，尽量增大进气量。
1.2各因素对半循环高效发动机热效率的影响：
（1）气缸吸入的燃气量对半循环高效发动机热效率有微小影响。随着进气量的增加，半循环高效发动机热效率会微小增加。
（2）发动机的压缩比对半循环高效发动机热效率有微小影响。随着压缩比的增加，半循环高效发动机热效率会相应增加。
（3）燃烧后的最高压强对半循环高效发动机热效率影响较大，随着最高压强的增加半循环高效发动机热效率会明显增加。
—— 汽油燃烧后的最高压强对其影响显著，所以，我们改变燃气的燃烧状态会增加半循环高效发动机的热效率。
（二）燃烧最高压强对半循环高效发动机热效率的影响：
表五、进气终了时
Figure 588497DEST_PATH_IMAGE083
，（
Figure 616495DEST_PATH_IMAGE093
）
  最高压
Figure 860395DEST_PATH_IMAGE094
 最高压
Figure 128696DEST_PATH_IMAGE095
 最高压
Figure 825257DEST_PATH_IMAGE096
 最高压 最高压
Figure 506085DEST_PATH_IMAGE098
 最高压
Figure 129144DEST_PATH_IMAGE017
Figure 327542DEST_PATH_IMAGE102
Figure 936378DEST_PATH_IMAGE103
Figure 906608DEST_PATH_IMAGE104
Figure 730338DEST_PATH_IMAGE105
Figure 698294DEST_PATH_IMAGE065
Figure 856743DEST_PATH_IMAGE106
Figure 381397DEST_PATH_IMAGE107
Figure 246584DEST_PATH_IMAGE108
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Figure 165944DEST_PATH_IMAGE115
Figure 447935DEST_PATH_IMAGE116
Figure 5955DEST_PATH_IMAGE117
表五是半循环高效发动机的热效率随燃烧最高压强变化表，可以看出燃烧后的最高压强的增加能使半循环高效发动机的热效率显著增加。当最高压强较大时，压缩比对半循环高效发动机热效率影响较小。
（三）燃烧快慢对发动机热效率的影响：
表六至表八我们详细计算出各种情况下传统活塞发动机和半循环高效发动机的热效率，对比分析燃烧快慢对热效率的影响。
表六、压缩比 ，进气终了时
Figure 167126DEST_PATH_IMAGE083
 
Figure 84266DEST_PATH_IMAGE118
Figure 926320DEST_PATH_IMAGE093
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表七、压缩比
Figure 397458DEST_PATH_IMAGE065
，进气终了时
Figure 231421DEST_PATH_IMAGE083
 
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表八、压缩比
Figure 491709DEST_PATH_IMAGE069
，进气终了时
Figure 691877DEST_PATH_IMAGE083
 
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Figure 25249DEST_PATH_IMAGE157
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3.1燃烧快慢对于传统活塞发动机热效率的影响
对传统活塞发动机，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，要想使传统活塞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须使用标号高的燃油，燃油标号越高，燃烧爆震越低，燃烧速度越慢。可见，对传统活塞发动机，既想提高压缩比，又想提高燃烧速度是不可能同时实现的。
3.2燃烧快慢对于半循环高效发动机热效率的影响
而半循环高效发动机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微小增加。
但是，我们必须注意到，当燃烧较慢时，半循环高效发动机的膨胀比较大，膨胀比过大在设计上并不是可取的。
由于半循环高效发动机的热效率与压缩比关系不大，设计时我们可以让燃气燃烧较为迅速，并且让燃气燃烧后有较高的压强，这即会使发动机有较高的热效率，也会使得膨胀比不至于过大便于实现。
（四）膨胀比对半循环高效发动机热效率的影响
表九、进气终了时
Figure 513496DEST_PATH_IMAGE083
，
Figure 370594DEST_PATH_IMAGE065
，
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，
 
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Figure 656103DEST_PATH_IMAGE168
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Figure 617368DEST_PATH_IMAGE185
表十、进气终了时
Figure 89938DEST_PATH_IMAGE083
，
Figure 125DEST_PATH_IMAGE065
，
Figure 925356DEST_PATH_IMAGE093
，
 
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表十一、进气终了时
Figure 596892DEST_PATH_IMAGE083
，
Figure 712616DEST_PATH_IMAGE065
，
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，
 
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Figure 313414DEST_PATH_IMAGE217
Figure 591949DEST_PATH_IMAGE218
Figure 474454DEST_PATH_IMAGE219
从表九至十一中可以看出：
当各种条件一定时，膨胀比越低热效率越低。
而当燃烧速度一定时，膨胀比一定时，热效率几乎一定，例如，在表十中，当
Figure 639988DEST_PATH_IMAGE220
时，热效率都是
Figure 316957DEST_PATH_IMAGE221
.
当膨胀比一定时，燃烧速度越快，热效率越高。
（五）综合分析
从前面的大量数据分析中，可以看出，当把压缩和膨胀分离后，发动机的热效率大幅提高。
半循环高效发动机的热效率主要取决与燃烧的最高压强，当燃烧的最高压强较高时，热效率有更大的提升空间。
而当膨胀比一定时，燃烧速度越快，热效率越高。
了解这些规律很方便对半循环高效发动机的设计，努力使燃气燃烧更快，努力使燃烧最高压强更高，就会使发动机有更高的热效率。

Claims (3)

1.一种半循环高效活塞发动机，其特征在于：这种半循环高效活塞发动机的气缸（1）内安装活塞（2），气缸（1）的上部为燃烧室（3），燃烧室（3）内有火花塞（4）和燃气入口，燃烧室（3）有排气口（9）。
2.根据权利要求1所述的半循环高效活塞发动机，其特征在于：所述的燃气入口有两个，一个为高压进气嘴（10），一个为高压进油嘴（11）。
3.根据权利要求1所述的半循环高效活塞发动机，其特征在于：所述的气缸（1）上方设置有燃气预混缸（6），燃气入口为燃气预混缸的进气门（8），燃气预混缸（6）与气缸（1）之间通过进气门（8）相通，燃气预混缸（6）内安装有燃气活塞（7），燃气预混缸（6）还设置有与外界相通的吸气门（5）。
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