[发明专利]增功活塞式四冲程内燃机

说明书

所属技术领域

本发明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Vb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。

发明内容

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的和燃烧不充分的不足，本发明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。本发明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。

本发明所采用的技术方案是：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两倍或两倍以上，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(这里称为回推冲程)，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，采用本发明后，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，而本发明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。

由于采用本发明，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，因此，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。对于气缸数是非4的倍数的，如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，则可采用压缩冲程末时的缸内燃料直喷技术。

本发明的有益效果是，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，而且能采用现有的成熟技术，而增加的制造工艺和制造成本有限。

附图说明