[发明专利]一种曲柄连杆机构活塞往复单缸内燃机

说明书

本发明公开一种曲柄连杆机构活塞往复单缸内燃机，其主要特征是具有：一种由圆柱(11)和上下两端构成的增压框架，框架上端(14)联接发动缸活塞(16)，下端联接增压缸活塞(8)，曲柄连杆机构置于增压框架内与动力机构复合的活塞往复式增压机构；一种由泵喷水咀(24)、摇杆机构、凸轮(26)构成的二次发动缸内喷水系统。所述增压机构的增压度≈4，消除了现有涡轮增压瞬时反应滞后、增压度低，在小型发动机上难以应用的缺陷；二次发动缸内喷水系统，取代了现有冷却方式，避免了现有冷却方式带走的约30％的燃料热效率损失，使发动机有效热效率达约70％，同时还消除了各种不良燃烧污染物的生成且降低了大量CO₂向大气中的排放。

技术领域

本发明属内燃发动机领域，具体涉及曲柄连杆机构活塞往复内燃机的节能去污及增压技术方案。

背景技术

现有常规内燃发动机对发动装置的冷却，由于传统理念和认知的束缚，以致在理论上对现有冷却造成的大量热效率损失从本质上作出错误的认定，对所造成的约30％的燃料热效率损失和大量不良燃烧污染物及二氧化碳向大气中排放，长期以来习以为然、熟视无睹。克服此缺陷和不足之处，相对于用途最广、用量最大，其燃油耗用量约占全球燃油耗用量80％的常规内燃发动机，尤其面临当今燃油资源紧缺时而引起国际争端，大量不良燃烧污染物和二氧化碳向大气中排放，严重地威胁着人类身体健康、破坏着人类生存气候环境日趋严峻的形势，无疑会取得重大的经济效果和社会效益，是一个极待解决和必须解决的重大课题，由于本申请的发明，是对现有根深蒂固的权威的理论性的认知和理念作出否定，因此，下面用较长的篇幅作出阐述。

现有常规内燃发动机冷却与热效率关系认知上的缺陷和不足之处

为了清楚方便地表述现有冷却与热效率关系认知上的缺陷和不足之处，在此举出“特种发动机原理与结构”(朱仙鼎编著，上海科技出版社出版)一书中第125面具有代表性的权威论述进行阐述，其论述如下：

“长期以来，往往只从能的量上衡量发动机的经济性，热效率和热流图就是传统的热平衡分析法所采用的，它表示燃料燃烧释放出的热量在数量上的分配关系，所示一台船用柴油机7RND90型的热流图(图11)，热量损失主要由冷却水和排气产生，占总热量的56.62％。但从能的质上来同时衡量发动机的经济性，就要采用可用功率和“火用”[注：此“火用”为一字，因无法打印以此代替]流图(图12)，它表示了燃料“火用”的分配关系，大量损失是由于燃料在缸内燃烧、传热和膨胀做功中的不可逆损失造成的，占燃料“火用”值的46.52％，而冷却水带走的较低温度的热量虽然数量较大，但其品位较低，只占燃料“火用”值的3.54％，其动力利用价值不高，较高温度排气带走的热量品质也较高，占燃料“火用”值的10.19％，所以充分利用排气余能是有价值的，合理的。这样的分析为我们改善发动机能量转换效率指明了方向，是值得我们重视的”。

以上的论述，仅以冷却介质与排气携带热量品位的对比进而从两种热回收利用价值的角度分析，充分利用排气余能当然是有价值合理的，作为改善发动机能量转换效率的方向无疑是正确的。但是，冷却水带走30.57％的热量是否只仅损失了3.54％的燃料“火用”值？是否可以采用新的技术手段避免冷却带走约30％的热效率损失？下面通过事例说明。

在上面举出的同一台发动机中，无论是以燃料热量分配还是以燃料“火用”值分配，发动机的有效热效率即有效功相同(同为39.57％)；但必须相同，否则在同一台发动机上就会有两个不同的有效功，这是绝对不可能也不允许的；以此为据继续分析如下：

绝热条件下以燃料热量分配和以燃料“火用”值分配的有效热效率相同：在绝热条件下没有传热，则发动缸外节省的以燃料热量分配的冷却损失热效率与发动缸内节省的以燃料“火用”值分配的传热损失热效率也应相同：