[发明专利]一种稀燃发动机

说明书

所属技术领域：

本发明涉及一种节能发动机，通过稀薄燃烧来节约汽车对汽油的消耗，从而达到省油和减少有害气体的排放，极大的减缓了人类对能源的消耗和减少对环境的污染。

背景技术：

能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题。

根据经济学家和科学家的普遍估计，到本世纪中叶，也即2050年左右，石油资源将会开采殆尽，其价格升到很高，不适于大众化普及应用的时候，如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球，尤以欧美极大依赖于石油资源的发达国家受害为重。最严重的状态，莫过于工业大幅度萎缩，或甚至因为抢占剩余的石油资源而引发战争。

随着能源危机日益临近，各国都在调整能源结构，大力实施节能减排，以延缓对能源消耗和减少对环境的污染。其中主要体现在汽车方面，汽车作为交通工具，已经成为人们日常生活中不可或缺的重要组成部分。汽车的普遍使用，将改变经济社会结构，形成一整套新的经济、文化、生活体系，改善人的生活质量，推进社会进步，促进了经济发展。但汽车要消耗的不可再生能源就让地球资源几近枯竭，汽车的快速发展付出了资源和环境的代价。为此各国都在着力研究节能或替代能源的发动机，有些汽车公司已经研制出了稀燃发动机，可以大大节省汽车对汽油的消耗。

稀燃，就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1∶25以上。

要了解稀薄燃烧，就先要了解发动机的空燃比。空燃比是指在发动机进气冲程中吸入气缸的空气与燃油(汽油)重量之比，也就是说，混合气中的空气与燃油的比例称为空燃比。汽油与空气混合燃烧时，空气量过多或者过少都不能有效进行燃烧。汽油完全燃烧所必需的空气比例，可以根据理论计算得到，并称之为理论空燃比。具体地讲，一份汽油对14.7份空气。因此理论空燃比为14.7。必须根据发动机的工况改变空燃比。

在带有三效催化转化器的发动机中，发动机必须调整到理论空燃比，14.7∶1。在部分带节气门开启时，一般发动机以较稀薄的混合气，即空燃比在15-16∶1范围内运转，但在稀薄燃烧发动机中，将以更为稀薄的混合气，即空燃比大于18。

稀薄燃烧技术的最大特点就是燃烧效率高，经济、环保，同时还可以提升发动机的功率输出。因为在稀薄燃烧的条件下，由于混合气点火比理论空燃比条件下困难，暴燃也就更不容易发生，因此可以采用较高的压缩比设计提高热能转换效率，再加上汽油能在过量的空气里充分燃烧，所以在这些条件的支持下能榨取每滴汽油的所有能量。

比较著名的三菱缸内喷注汽油机(GDI)，可令混合比达到40∶1。它采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。在高压旋转喷注器的作用下，压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。

大众的直喷汽油发动机(FSI)，则是采用了一个高压泵，汽油通过一个分流轨道(共轨)到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。

本田最新的VTEC发动机也将采用稀燃技术。这款取名为VTEC-i 2.0升发动机将比一般本田发动机省油20％，其特点是将VTEC技术与稀燃技术相结合，也是当低转速时令其中一组进气门关闭，在燃烧室内形成一道稀薄的混合气体涡流，层状分布集结在火花塞周围作点燃引爆，从而起到稀薄燃烧作用。

随着空燃比的增加，发动机油耗明显下降，这主要来自几个方面的原因：首先是采用稀薄混合气燃烧时循环热效率提高。汽油机的实际循环接近于定容加热循环，定容加热循环的指示热效率与压缩比和绝热指数的关系可以看到，提高工质的绝热指数和压缩比有利于指示热效率的提高。随着空燃比的提高，空气所占的量增加，因此工质的绝热指数逐渐接近于空气的绝热指数，理论上，在空燃比达到无限大时，热效率达到最大值。另外，由于稀燃混合气燃烧温度低，燃烧产物的离解损失减小，并且降低了与气缸壁面的传热，也使热效率得以提高。由于稀燃发动机一般不受到高负荷时的爆燃极限的限制，可以采用较高压缩比，有利于热效率的提高。当采用稀薄混合气燃烧时，由于进入缸内空气的量增加，减小了泵吸损失，这对汽油机部分负荷经济性的改善是很明显的，同时也可以采用变质调节，不用节气门或是小节流，会大大较小泵吸损失，特别有利于改进部分负荷性能。