[实用新型]低燃油微排放往复式内燃机

说明书

技术领域

本实用新型属于内燃机领域，具体地说涉及一种低燃油和微排放的往复式内燃机。

背景技术

一、传统往复式柴油机是一种压燃式内燃机，其可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室内进行的。当活塞接近压缩上止点时，柴油喷入气缸，与高压高温的空气接触，混合，经过一系列的物理、化学变化才开始燃烧。燃烧大体分四个阶段：1、滞燃期(着火延迟期)；2、速燃期；3、缓燃期；4、后燃期。

1、滞燃期：从开始喷油到开始着火的一段时间。滞燃期喷入缸内的燃油量一般占循环供油量的30％-40％，有些高速柴油机也可能将循环供油量全部喷入，滞燃期越长，其间喷入缸内的燃油量越多，形成可燃混合气也就越多。喷入气缸中的柴油并不能马上着火燃烧，气缸中的气体温度，虽然已高于柴油的自燃温度，但柴油的温度不能马上升高到自燃温度，要经过一段物理和化学的准备过程。也就是说，柴油在高温空气的影响下，吸收热量，温度升高，逐层蒸发而形成油气。随着柴油温度升高，少量的柴油分子具备着火条件而着火，形成了火焰中心，为燃烧作好了准备。一旦着火，则下一阶段(速燃期)的燃烧急剧，导致缸内压力迅速升高。

2、速燃期：从燃烧开始到气缸内出现最高压力。一般在活塞上止点后10°-15℃A(CA代表曲轴转角)，火焰迅速形成，在这段时期不但将滞燃期喷入缸内的燃油几乎全部燃烧，而且还使速燃期喷入缸内而又完成燃烧准备的部分燃油进行燃烧。有些高速柴油机由于在滞燃期将循环供油量的全部喷入缸内，在速燃期燃油燃烧将近结束，由于燃烧是在活塞接近上止点、气缸工作容积很小的情况下进行的，因此，气缸内的压力迅速升高达到最高压力，温度升高很快。

3、缓燃期：从出现最高压力到出现最高温度，一般在活塞上止点后10°-15℃A至20°-35℃A。燃烧最高温度的出现一般在活塞上止点后20°-35℃A，温度达到最高值1700-2000℃，由于气缸容积增大，所以气缸内压力下降，热效率降低。这一阶段某些柴油机继续喷油，由于燃烧室内的温度和压力都高，柴油的物理和化学准备时间很短，几乎是边喷射边燃烧。但因为气缸中氧气减少，废气增多，燃烧速度逐渐减慢。

4、后燃期：缓燃期以后的燃烧。这一时期，虽然不喷油，但仍有一少部分柴油没有燃烧完，随着活塞下行继续燃烧。后燃期没有明显的界限，有时甚至延长到排气冲程还在燃烧。后燃期放出的热量不能充分利用来作功，很大一部分热量将通过缸壁散至冷却水中，或随废气排出，使发动机过热，排气温度升高，造成发动机动力性下降，经济性下降。因此，要尽可能地缩短后燃期。

传统往复式柴油机的最高燃烧温度约1700℃-2000℃，膨胀终点工质温度约727℃-927℃。

往复式汽油机是一种点燃式内燃机，在可燃混合气被压缩至临近上止点时，电火花点燃可燃混合气，形成着火源，该火源以近似球面形状的火焰锋面在可燃混合气中迅速传播燃烧，直到火焰传至最终燃烧的末端可燃混合气为止，汽油机的正常燃烧过程分为三个阶段：1、滞燃期(着火延迟期)；2、速燃期；3、后燃期。

1、滞燃期：以电火花点火为起点到形成火焰核心并开始火焰传播，在此时期内混合气的活化中心浓度迅速增长，反应速率很快提高，形成高温单阶段着火过程。

2、速燃期：从火焰核心开始出现火焰传播至火焰遍及几乎整个燃烧室燃烧完绝大部分燃料，以最高燃烧压力为终点，最高燃烧压力一般在活塞上止点后10°-15℃A，由于此阶段燃烧的混合气量很大，放热量急剧增加，缸内温度和压力迅速升高。

3、后燃期：从最高燃烧压力(即燃烧完绝大部分燃料)至燃料基本燃烧完为止，由于燃料与空气的混合不完全均匀，及燃烧产物在高温下发生热分解，因此在火焰锋面传到末端混合气后，缸内仍有未完全燃烧的燃料存在，致使燃烧在膨胀过程中继续燃烧。

汽油机的一般最高燃烧温度约2227℃-2527℃，膨胀终点工质温度约1027℃-1327℃。

传统往复式内燃机虽然具有燃烧温度高、膨胀动力大、压缩比较大、造价低等优点，但存在以下不足和缺陷：

1、空燃比(空气与燃油比例)：当空燃比稀薄到一定界限时，就不能燃烧或不能正常燃烧，这限定了最低空燃比，限定了燃油及燃烧产物(废气排放)的进一步降低。

2、压缩比：柴油机压缩比过大时，燃烧室余隙太小，不利于燃油雾化、燃烧，目前增压柴油机的压缩比都比较低，汽油机压缩比过大时会出现爆燃或早燃等不正常燃烧。压缩比大，最高燃烧温度升高，NOx排放升高，热负荷增加、机械负荷增大。