CN202381170U - 简单改造型高效活塞发动机 - Google Patents

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CN202381170U
CN202381170U CN2011205653595U CN201120565359U CN202381170U CN 202381170 U CN202381170 U CN 202381170U CN 2011205653595 U CN2011205653595 U CN 2011205653595U CN 201120565359 U CN201120565359 U CN 201120565359U CN 202381170 U CN202381170 U CN 202381170U
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齐绩
姜寅令
杨旭
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Abstract

本实用新型涉及的是简单改造型高效活塞发动机，这种简单改造型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进气门，燃烧室有排气门，气缸容积是燃烧室容积的15-40倍。本实用新型把吸气压缩和膨胀做功完全分离开来，这既保障了发动机的压缩比，又能充分利用了膨胀过程做功，也避免了活塞压缩排气过程中能量的损失，这就使得发动机热效率大幅度提高。

Description

简单改造型高效活塞发动机
一、技术领域
本实用新型涉及的是发动机，具体涉及的是简单改造型高效活塞发动机。
二、背景技术
传统发动机的热效率非常低，平均只有                                                
Figure 822578DEST_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简单改造型高效活塞发动机，这种简单改造型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：这种简单改造型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进气门，燃烧室有排气门；气缸容积是燃烧室容积的15-40倍。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型把吸气压缩和膨胀做功完全分离开来，这既保障了发动机的压缩比，又能充分利用了膨胀过程做功，也避免了活塞压缩排气过程中能量的损失，这就使得发动机热效率大幅度提高。
四、附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2-图6是本实用新型工作原理图； 
图7是传统发动机配气相位图；
图8是本实用新型配气相位图；
图9是传统发动机吸气过程的曲线图；
图10是传统发动机进气后压缩过程的曲线图；
图11是传统发动机燃烧做功过程的曲线图；
图12是传统发动机排气做功过程的曲线图；
图13是本实用新型吸气过程的曲线图；
图14是本实用新型燃烧做功过程的曲线图；
图15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.进气门  6.排气门  7. 上止点   8.下止点   9.吸气终止线。
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：
如图1所示，这种简单改造型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和进气门5，燃烧室3有排气门6。气缸1容积是燃烧室3容积的15-40倍。燃烧室3是气缸1内上止点7到气缸1顶之间的腔体。
本实用新型工作原理如下：
如图2所示，活塞2到达到上止点7后下移，排气门6关闭，进气门5打开，吸入燃气；
如图3所示，活塞2下移到吸气终止线9，进气门5关闭；
如图4所示，活塞2继续向下运动，到达下止点8后返回向下运动；
如图5所示，活塞2向上运动到达上止点7，完成对气体的压缩，火花塞4点火，接下来就是燃气膨胀做功；
如图1所示，燃气膨胀推动活塞2下移，充分对外做功；
如图6所示，做功结束后，排气门6打开，活塞2上移排气。
其中图2、图3是吸气过程，传统活塞发动机总是期望在进气过程吸入更多的可燃混合气，而我们恰恰相反，让可燃混合气吸入一定量时进气门关闭，这样确保压缩后与传统发动机的燃气状态相同，不会爆燃；又能充分利用绝热膨胀过程实现更多地对外做功。
假如，压缩比为6，膨胀比为25，进气时，当缸体容积增加到燃烧室6倍时（
Figure 807851DEST_PATH_IMAGE002
），进气门关闭，接着在封闭状态下，气缸容积由
Figure 179927DEST_PATH_IMAGE003
增加至
Figure 63700DEST_PATH_IMAGE004
.
在气缸容积由
Figure 117107DEST_PATH_IMAGE003
增加至
Figure 19204DEST_PATH_IMAGE004
过程（图3过程），由于内部压强小于一个大气压，系统克服大气压做负功；在气缸容积由
Figure 312913DEST_PATH_IMAGE004
压缩至
Figure 605354DEST_PATH_IMAGE003
过程（图5过程的前大部分），大气压对系统作正功，这两个过程正负功抵消了。
图5所示的过程的最后部分是压缩过程。
图1所示的过程是膨胀做功过程。
—— 传统活塞发动机的下止点刚好位于我们改造后吸气终止线位置，大量的膨胀做功的能量被消耗了；不仅如此发动机还要在高压下排气，本来应该利用的能量还要克服它做负功。
改造后的发动机不仅充分利用燃烧膨胀做功，而且是在接近一个大气压下自然排气，参阅图6。
这个方案极容易实现，我们只需在增大膨胀比的同时，调整控制进气门、排气门凸轮轴的开启角度。
对于传统活塞发动机，理论上讲进气、压缩、做功、排气各占180°，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180°。
但是传统活塞发动机为了更好地进气、更好地排气，进气门、排气门都早开启、晚关闭。
实际进气时刻和延续时间：在排气行程接近终了时，活塞到达上止点前，进气门便开始开启，进气提前角α一般为10°～30°；进气行程直到活塞越过下止点后β时，进气门才关闭，进气延迟角 β 一般为40°～80°；整个进气过程延续时间相当于曲轴转角180°+α+β。
所以进气过程曲轴转角为230°～290°。
实际排气时刻和延续时间：同样，做功行程接近终了时，活塞在下止点前，排气门便开始开启，排气提前角γ一般为40°～80°；排气行程直到活塞越过上止点后δ角排气门才关闭，排气延迟角δ一般为10°～30°，整个排气过程相当曲轴转角180°+γ+δ。
所以排气过程曲轴转角为230°～290°。
如图7所示，这是传统活塞发动机配气相位图。
如图8，这是简单改造后发动机配气相位图，发动机改造后，虽然发动机最大容积与燃烧室容积比值大大增加，但是我们调整控制进气门的开启角度，提早关闭进气门，仍能保证原来的压缩比，使压缩后的燃气有良好的燃烧状态。
为确保压缩后的燃气有良好的燃烧状态，进气门很早关闭；为了充分做功，而且做功终了时气缸内气压略高于大气压，排气门在下止点处打开。
需要说明的是，进气门关闭后，活塞仍向下止点大幅运动，此时气缸内的气压低于大气压，进气门、排气门的弹簧一定要有足够的弹力，以确保气缸的密闭。
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，后面会对比计算简单改造型高效活塞发动机的热效率，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 524769DEST_PATH_IMAGE005
Figure 219055DEST_PATH_IMAGE006
Figure 683666DEST_PATH_IMAGE007
Figure 791299DEST_PATH_IMAGE008
Figure 186508DEST_PATH_IMAGE009
一台传统的汽油发动机在节气门接近全开时拥有约
Figure 545421DEST_PATH_IMAGE010
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9所示，
Figure 695780DEST_PATH_IMAGE011
为燃烧室容积，
Figure 962813DEST_PATH_IMAGE012
为气缸最大工作容积，
Figure 974762DEST_PATH_IMAGE013
为一个大气压，
Figure 378062DEST_PATH_IMAGE014
略小于一个大气压。
该过程做功可以近似计算为：
Figure 699322DEST_PATH_IMAGE015
                               (1) SHAPE  \* MERGEFORMAT 
2吸入油气后的压缩过程：
如图10所示，假设压缩过程BC为绝热过程，压缩时做功为负值。
Figure 266701DEST_PATH_IMAGE016
（2）
体积压强之间的换算关系可由绝热方程求出：
Figure 3712DEST_PATH_IMAGE017
   （3）
假设燃烧物及生成物都为刚性多原子分子，则自由度
Figure 589415DEST_PATH_IMAGE018
，摩尔热熔比
Figure 832308DEST_PATH_IMAGE019
。
例如，假设发动机的压缩比
Figure 808354DEST_PATH_IMAGE020
，则
Figure 411374DEST_PATH_IMAGE021
，又
Figure 54845DEST_PATH_IMAGE022
，由绝热方程可知：
          
Figure 200131DEST_PATH_IMAGE023
                       （4）
3燃烧膨胀对外做功：
如图11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 991370DEST_PATH_IMAGE024
     （5）
其中，
Figure 381211DEST_PATH_IMAGE026
吸收的总热量（燃料释放的化学能）为：
Figure 949595DEST_PATH_IMAGE027
                   （6）
DE为绝热膨胀过程，对外做功就等于内能减少量：
Figure 165813DEST_PATH_IMAGE028
                      （7）
其中，
Figure 861368DEST_PATH_IMAGE029
。
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12所示，EF为压缩排气过程，压强随体积线性减少。
  （8）
其中，
Figure 218717DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 469701DEST_PATH_IMAGE031
。
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 890318DEST_PATH_IMAGE032
    （9）
吸收的总热量（燃料释放的化学能）为：
Figure 425204DEST_PATH_IMAGE027
                 （10）
发动机热效率为：
Figure 273075DEST_PATH_IMAGE033
  （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 8425DEST_PATH_IMAGE020
，则 
Figure 295050DEST_PATH_IMAGE034
，假设 
Figure 622126DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 719526DEST_PATH_IMAGE036
都等于一个大气压（
Figure 132053DEST_PATH_IMAGE037
），假设
Figure 956789DEST_PATH_IMAGE038
。已知
Figure 138372DEST_PATH_IMAGE039
，由绝热方程可知：
                       
Figure 406673DEST_PATH_IMAGE023
                       （12）
                
Figure 368813DEST_PATH_IMAGE040
                （13)                       把上面所有相关数据代入（9）式，则，
Figure 934924DEST_PATH_IMAGE041
    把上面所有相关数据代入（10）式，则，
Figure 784062DEST_PATH_IMAGE042
    把上面数值代入（11）式，则，
Figure 472532DEST_PATH_IMAGE043
                       （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 859651DEST_PATH_IMAGE044
，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 930168DEST_PATH_IMAGE046
                       （15） 
这就是说从状态（
Figure 789540DEST_PATH_IMAGE047
、
Figure 211425DEST_PATH_IMAGE048
）绝热膨胀到状态（
Figure 384917DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 457915DEST_PATH_IMAGE050
）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、简单改造型高效活塞发动机的热效率
把吸入燃气时对应的气缸容积与燃烧室容积的比值称为压缩比。把气缸最大工作容积与燃烧室容积的比值称为膨胀比。
（一）吸气和压缩过程：
简单改造型高效活塞发动机吸气和压缩过程做功与传统活塞发动机完全是相同的。
如图13所示，从A到B过程，进气门打开吸气，该过程与传统发动机完全一样。从B到B’过程进气门关闭，气缸处于封闭状态；当活塞压缩的时候，从B’到B的过程恰好是它的逆过程，做功相互抵消了。从B开始的压缩过程与传统发动机完全一样。
吸气过程做功与（1）式计算一致：
Figure 238921DEST_PATH_IMAGE015
                          （16）
压缩过程做功与（2）式计算一致：
       （17）
（二）燃烧膨胀对外做功：
如图14所示，简单改造型高效活塞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，而简单改造型高效活塞发动机膨胀做功到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。
简单改造型高效活塞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 843395DEST_PATH_IMAGE024
                            （18）
其中，
Figure 974162DEST_PATH_IMAGE025
Figure 926068DEST_PATH_IMAGE026
吸收的总热量（燃料释放的化学能）为：
Figure 509496DEST_PATH_IMAGE027
      （19）
DE为绝热膨胀过程，对外做功就等于内能减少量：
Figure 821529DEST_PATH_IMAGE028
          （20）
简单改造型高效活塞发动机的膨胀比远大于压缩比，即
Figure 616922DEST_PATH_IMAGE051
远大于
Figure 926681DEST_PATH_IMAGE052
；而传统活塞发动机膨胀比等于压缩比，即
Figure 59722DEST_PATH_IMAGE029
. 
（三）排气过程：
简单改造型高效活塞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15所示，EF为压缩排气过程，缸内气体做负功。
   简单改造型高效活塞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 113128DEST_PATH_IMAGE030
  （21）
但是，与传统发动机不同的是，其中
Figure 765958DEST_PATH_IMAGE051
远大于
Figure 246618DEST_PATH_IMAGE052
；
Figure 601376DEST_PATH_IMAGE053
.
（四）简单改造型高效活塞发动机热效率：
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 458473DEST_PATH_IMAGE054
    （22）
燃料释放的化学能（吸收的总热量）为
Figure 965809DEST_PATH_IMAGE027
                （23）
发动机热效率为
Figure 617370DEST_PATH_IMAGE033
  （24）
简单改造型高效活塞发动机全过程做功、吸热以及热效率的计算公式和传统发动机是完全一样的。
唯一区别在于简单改造型高效活塞发动机膨胀比大于压缩比，即
Figure 725004DEST_PATH_IMAGE051
远大于
Figure 120213DEST_PATH_IMAGE052
；而传统活塞发动机膨胀比等于压缩比，即
Figure 482055DEST_PATH_IMAGE029
. 
下面我们举一个与前面活塞发动机条件完全相同的例子，来计算简单改造型高效活塞发动机的热效率。
假如发动机的压缩比
Figure 632414DEST_PATH_IMAGE020
，则 
Figure 899447DEST_PATH_IMAGE021
，假设 
Figure 642888DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 311766DEST_PATH_IMAGE036
都等于一个大气压（），假设
Figure 633026DEST_PATH_IMAGE038
；已知
Figure 121776DEST_PATH_IMAGE039
，由绝热方程可知：
          
Figure 937417DEST_PATH_IMAGE023
                   （25）
假设 （我们可以让做功尽量充分，让膨胀气压
Figure 687384DEST_PATH_IMAGE056
略高于大气压）
由绝热方程可知:                                  
          
Figure 929009DEST_PATH_IMAGE057
                          (26)                                          
把上面所有相关数据代入（22）式，则
Figure 282762DEST_PATH_IMAGE058
把上面所有相关数据代入（23）式，则
Figure 660653DEST_PATH_IMAGE042
把上面数值代入（24）式，则
Figure 323716DEST_PATH_IMAGE059
  （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简单改造型高效活塞发动机的热效率，可见简单改造型高效活塞发动机的热效率大幅度提高了。
简单改造型高效活塞发动机和传统活塞发动机热效率的比值
Figure 787058DEST_PATH_IMAGE060
简单改造型高效活塞发动机热效率比传统发动机竟然高达两倍以上！
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简单改造型高效活塞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 944501DEST_PATH_IMAGE061
  气缸最高气压
Figure 504795DEST_PATH_IMAGE062
 气缸最高气压
Figure 10863DEST_PATH_IMAGE063
 气缸最高气压
Figure 60638DEST_PATH_IMAGE064
Figure 943143DEST_PATH_IMAGE020
Figure 357944DEST_PATH_IMAGE065
Figure 847962DEST_PATH_IMAGE066
Figure 285897DEST_PATH_IMAGE067
Figure 34410DEST_PATH_IMAGE068
Figure 241401DEST_PATH_IMAGE069
Figure 167899DEST_PATH_IMAGE070
Figure 93130DEST_PATH_IMAGE071
Figure 379755DEST_PATH_IMAGE072
Figure 706831DEST_PATH_IMAGE073
Figure 804231DEST_PATH_IMAGE074
Figure 951179DEST_PATH_IMAGE075
表三、进气终了时
Figure 41495DEST_PATH_IMAGE076
  气缸最高气压
Figure 223077DEST_PATH_IMAGE062
 气缸最高气压
Figure 488449DEST_PATH_IMAGE062
 气缸最高气压
Figure 388272DEST_PATH_IMAGE064
Figure 16699DEST_PATH_IMAGE020
Figure 865838DEST_PATH_IMAGE077
Figure 491991DEST_PATH_IMAGE078
Figure 675848DEST_PATH_IMAGE079
Figure 45649DEST_PATH_IMAGE068
Figure 14873DEST_PATH_IMAGE080
Figure 811928DEST_PATH_IMAGE081
Figure 390994DEST_PATH_IMAGE072
Figure 214725DEST_PATH_IMAGE083
Figure 244998DEST_PATH_IMAGE084
Figure 341130DEST_PATH_IMAGE085
表四、进气终了时
  气缸最高气压
Figure 993620DEST_PATH_IMAGE062
 气缸最高气压
Figure 194795DEST_PATH_IMAGE062
 气缸最高气压
Figure 325693DEST_PATH_IMAGE064
Figure 840988DEST_PATH_IMAGE020
Figure 932255DEST_PATH_IMAGE068
Figure 585084DEST_PATH_IMAGE090
Figure 65744DEST_PATH_IMAGE091
Figure 686081DEST_PATH_IMAGE092
Figure 277599DEST_PATH_IMAGE072
Figure 47585DEST_PATH_IMAGE093
Figure 761463DEST_PATH_IMAGE094
Figure 354249DEST_PATH_IMAGE095
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各因素对简单改造型高效活塞发动机热效率的影响
（1）气缸吸入的燃气量对简单改造型高效活塞发动机热效率有微小影响。随着进气量的增加，简单改造型高效活塞发动机热效率会微小增加。
（2）发动机的压缩比对简单改造型高效活塞发动机热效率有微小影响。随着压缩比的增加，简单改造型高效活塞发动机热效率会相应增加。
（3）燃烧后的最高压强对简单改造型高效活塞发动机热效率影响较大，随着最高压强的增加简单改造型高效活塞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简单改造型高效活塞发动机的热效率。
(二)燃烧最高压强对简单改造型高效活塞发动机热效率的影响
表五、进气终了时 ，（
Figure 626148DEST_PATH_IMAGE096
）
  最高压
Figure 261660DEST_PATH_IMAGE097
 最高压 最高压
Figure 789910DEST_PATH_IMAGE099
 最高压
Figure 271838DEST_PATH_IMAGE100
 最高压
Figure 265202DEST_PATH_IMAGE101
 最高压
Figure 81848DEST_PATH_IMAGE102
Figure 84439DEST_PATH_IMAGE020
Figure 417944DEST_PATH_IMAGE103
Figure 582209DEST_PATH_IMAGE104
Figure 886151DEST_PATH_IMAGE105
Figure 426854DEST_PATH_IMAGE106
Figure 218541DEST_PATH_IMAGE108
Figure 88594DEST_PATH_IMAGE109
Figure 134041DEST_PATH_IMAGE110
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Figure 966682DEST_PATH_IMAGE114
Figure 971547DEST_PATH_IMAGE072
Figure 409482DEST_PATH_IMAGE115
Figure 905798DEST_PATH_IMAGE116
Figure 288555DEST_PATH_IMAGE118
Figure 251143DEST_PATH_IMAGE120
表五是简单改造型高效活塞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简单改造型高效活塞发动机的热效率显著增加。当最高压强较大时，压缩比对简单改造型高效活塞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简单改造型高效活塞发动机的热效率，对比分析燃烧快慢对热效率的影响。
表六、压缩比
Figure 578219DEST_PATH_IMAGE020
，进气终了时
Figure 659307DEST_PATH_IMAGE086
 
Figure 884883DEST_PATH_IMAGE121
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Figure 989423DEST_PATH_IMAGE126
Figure 547235DEST_PATH_IMAGE128
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Figure 335380DEST_PATH_IMAGE134
Figure 212517DEST_PATH_IMAGE136
Figure 986438DEST_PATH_IMAGE137
Figure 851626DEST_PATH_IMAGE138
表七、压缩比
Figure 803532DEST_PATH_IMAGE068
，进气终了时
Figure 386961DEST_PATH_IMAGE086
 
Figure 964572DEST_PATH_IMAGE121
Figure 990593DEST_PATH_IMAGE124
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Figure 871686DEST_PATH_IMAGE148
Figure 540564DEST_PATH_IMAGE149
Figure 346977DEST_PATH_IMAGE150
表八、压缩比
Figure 163624DEST_PATH_IMAGE072
，进气终了时
Figure 713685DEST_PATH_IMAGE086
 
Figure 299387DEST_PATH_IMAGE121
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Figure 983976DEST_PATH_IMAGE162
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燃烧快慢对于简单改造型高效活塞发动机热效率的影响
而简单改造型高效活塞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，简单改造型高效活塞发动机的膨胀比较大，膨胀比过大在设计上并不是可取的。
由于简单改造型高效活塞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)膨胀比对简单改造型高效活塞发动机热效率的影响
表九、进气终了时
Figure 270601DEST_PATH_IMAGE086
，
Figure 332098DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 429498DEST_PATH_IMAGE122
，
 
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Figure 932341DEST_PATH_IMAGE164
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Figure 454458DEST_PATH_IMAGE184
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Figure 760784DEST_PATH_IMAGE187
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表十、进气终了时 ，
Figure 311348DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 981495DEST_PATH_IMAGE096
，
 
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Figure 675443DEST_PATH_IMAGE205
Figure 175694DEST_PATH_IMAGE191
表十一、进气终了时
Figure 596311DEST_PATH_IMAGE086
， ，
Figure 792117DEST_PATH_IMAGE121
，
 
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Figure 838046DEST_PATH_IMAGE167
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Figure 657415DEST_PATH_IMAGE189
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Figure 114348DEST_PATH_IMAGE215
Figure 64484DEST_PATH_IMAGE182
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Figure 454325DEST_PATH_IMAGE219
Figure 593182DEST_PATH_IMAGE220
Figure 238927DEST_PATH_IMAGE221
Figure 488643DEST_PATH_IMAGE222
Figure 286966DEST_PATH_IMAGE223
从表九至十一中我们可以看出：
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 596725DEST_PATH_IMAGE224
时，热效率都是
Figure 729766DEST_PATH_IMAGE225
.
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，我们可以看出，当我们把压缩和膨胀分离后，发动机的热效率大幅提高。
简单改造型高效活塞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我们对简单改造型高效活塞发动机的设计，我们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 (1)

1.一种简单改造型高效活塞发动机，其特征在于：这种简单改造型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)和进气门(5)，燃烧室(3)有排气门(6)；气缸(1)容积是燃烧室(3)容积的15-40倍。
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CN104481708A (zh) * 2014-11-18 2015-04-01 中国科学院福建物质结构研究所 一种超大膨胀比的活塞式发动机

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