[发明专利]多缸合作变压缩比发动机

说明书

技术领域：

本发明属于发动机结构设计领域，具体涉及发动机热效率提高问题，实现彻底的阿特金森循环，

现有技术：

为了更好地利用现有能源，越来越多的发动机生产者将目光投向阿特金森循环。在4冲程发动机的运作中，最初实现阿特金森循环的方法是利用延迟关闭进气阀开关的方法，以减少进气量，同时增大压缩比使第三冲程膨胀做功能够更多。现代发动机常用的实现阿特金森循环的方法，是用电路代替凸轮控制，将进气阀提早关闭。而此方法不可避免的问题包括：1.活塞总行程过长，消耗较多活塞摩擦功；2.进一步绝热膨胀，体积增加需求很大；3.提早关闭气阀的目的与增压器功能矛盾。因此权衡考虑，大部分阿特金森循环发动机都只增加了理论体积的一小部分从而实现了部分阿特金森循环，且实现阿特金森循环的发动机其燃气速率普遍较低。完全的理想阿特金森循环比现有奥托循环能多做功30％以上，单位油耗可减少23％以上。而最新的阿特金森循环发动机的完成值远远不到此理论值。例如09年丰田最新款汽车普锐斯利用的就是阿特金森循环，其油耗比不用阿特金森循环降低了8.5％。同年中国的长安汽车研制成功中国首台阿特金森循环发动机其各项指标均达到国际先进水平，其发动机单点油耗降低最高可达19％，全工况平均降低8～10％，依旧没有超过23％这一理论预言最低值。本发明的作用是在提升相同热效率的条件下，将发动机的总活塞行程缩短，同时明显减小发动机总体积，并允许增压器的使用。从而为现代汽车汽车上实现彻底的阿特金森循环降低功耗和体积成本。

发明内容：

本发明的目的是在提升相同热效率的条件下，将发动机的总活塞行程缩短，同时明显减小发动机总体积。从而降低汽车发动机实现阿特金森循环或部分阿特金森循环的功耗和体积成本。

本发明所用的解决此技术问题的方案是：

将原本直接排出的废气在第四冲程开始排气时，直接转移到一个更大体积的气缸中，实现进一步膨胀，从而使工作气体在排入大气前，通过继续对外做的功产生出更多能量输出。

此方法的一种具体的实现方法是：将大小不同的两个气缸对接，小气缸的出气口和大气缸的进气口紧密连接，连接处用一个气阀b控制，保留小气缸的进气阀a，和大气缸的出气阀c，且小气缸与大气缸共用曲轴，在曲轴上的相位相差180度。小气缸做普通的4冲程循环，每当小气缸完成第三个冲程(膨胀做功)，准备进入第四个冲程(排气)时，b阀打开，a、c阀保持关闭。使大小气缸联通成密封气体，然后小气缸开始排气，大气缸开始进气。小气缸中活塞做负功，大气缸中活塞做正功，而大小气缸的做功的和就是阿特金森循环相对奥拓循环对外多输出的功。当小气缸排气完成时大气缸活塞移至下止点，缸内气体较开始时更接近大气压，甚至等于大气压。然后打开a，关闭b阀，小气缸进入下一个循环中的第一冲程(吸气)，而大气缸则排出废气。

此实现方法还包含几项技术改进：

(为方便起见：设阿特金森循环的最大压缩比是M，奥拓循环的压缩比是m，而最小体积是V。)

1.修改气阀关闭位置，如大气缸无法彻底排气或两气缸连接部分有不能忽略的剩余体积时，需提早关闭气阀，使大气缸中剩余气体有一段绝热回压过程，使大气缸内气体在b临近打开前，达到小气缸内气体压强。这是为了避免b阀打开前两气缸压强不同，导致自由扩散的熵增从而损失能量，其压缩能将在之后的整体绝热膨胀中释放，从而前后抵消。设v₁为大气缸活塞与b阀之间密封的最小体积，v₂为关闭气阀时密封的体积，则v₂由下式确定：所以如果v₁足够小，则v₂也会很小。因此计算总体积时可以暂时忽略。

2.考虑到大气缸每两个周期使用一次，即只在一半时间使用，因此可以让两个小气缸轮流与同一个大气缸合作，从而省去另一个大气缸的体积。

3.在小气缸的第四冲程完成前，大小气缸共同密封的气体膨胀过程中，如果密封气体气压小于等于a阀另一侧气压，则在小气缸进入第一冲程前提早打开a阀，使燃气提早进入小气缸并将小气缸中的废气挤出。如小气缸中废气比例依旧大于燃气而第四冲程已经结束时关闭b阀和c阀。如小气缸中燃气比例较大而第四冲程已经结束时，关闭b阀，且b阀关闭后，当大气缸活塞到达下止点，或大气缸内气压小于等于大气压时，打开C阀。

附加说明：关于此方案在只有一个小气缸与大气缸组合的情况下，小气缸在第二第三冲程时大气缸都保持空转，只消耗活塞运动的摩擦阻力，在空转期间c阀有两种状态选择，关闭，两冲程中做无熵增的绝热来回运动，打开，做无内外压差的来回运动。