[发明专利]燃烧室瞬传导、节流中冷的中冷方法及绝热内燃机

说明书

燃烧室瞬传导、节流中冷的中冷方法及绝热内燃机，属于机械电子领域。在对混合气体的进入气缸燃烧前的中间过程的冷却方法：采取了燃烧室瞬传导或节流中冷机构或同时采用燃烧室瞬传导或节流中冷机构，来对气缸燃烧室的混合气体降温；燃烧室瞬传导的冷却方法是将在燃烧室顶部的气缸盖上加装由热传导系数低的材料制成的活动绝热板，当活塞循环进入压缩冲程时，通过正时系统将活动绝热板被升起而暴露气缸盖的所互相遮挡的低温表面，活塞下移至距离下止点45度的提前角度的下止点附近，进气门就已经完全暴露，而进行节流吸气，混合气体瞬间节流进入气缸内，达到中冷降温的目的，但消耗一定的功率；可以广泛应用于汽油及柴油机中。

[技术领域]

本发明属于机械、电子技术领域，确切的讲是制作内燃机的整体的机械电 子的领域。

[背景技术]

从1974年以来，在全世界的发动机行业特别是柴油机行业中绝热技术正在 蓬勃兴起，采用绝热技术以提高发动机的性能指标的原理也是非常简单的。根据 卡诺循环的热效率可知，在高温热源T1和低温热源T3之间工作的热机，提高 T1或降低T2均可以提高卡诺循坏的热效率。对于柴油机(其它类型的内燃机也 一样)来讲，这就意味着燃烧室内的温度(高温热源)越高，其热效率相应就越高。 在普通的柴油机中，由于燃烧系统的金属材料不可能承受太高的温度，只好采用 冷却措施进行降温，结果降低的高温热源的温度，使发动机的热效率降低。如果 在燃烧系统中采用既耐高温又隔热的材料如陶瓷等取代金属材料，减少柴油机高 温热源的热损失和热传导，则可以提高柴油机高温热源的工作温度，因而就能提 高柴油机的循环热效率，从节能的观点来讲，能改善发动机的燃油经济性。采用 隔热材料形成低传热，低热损失的发动机即绝热发动机，由于实际上不可能实现 “理想绝热”，因此也有“隔热”或“低传热”发动机的说法。另外，在实际应 用中，大都采用陶瓷发动机，也有人干脆把这种发动机称为陶瓷发动机，但这并 不意味着整个发动机的所有零部件全是用陶瓷材料制成的。

柴油机采用绝热以后，使得发动机的热损失得到重新分布，即排气热量大大 增加，特别是限制了壁部热量传递，而使燃烧室壁部的传热显著减少，从而大大 地减少了冷却循环所带走的热量。在这种情况下，就可以减少冷却循环系统的尺 寸和重量，减小水泵功率和风扇尺寸，甚至可以取消冷却系统，这是绝热柴油机 的一大优点。采用绝热后，使燃烧室壁面温度迅速提高，从而改善了冷起动条件， 降低了碳烟和碳氢化合物的排放量，同时也缩短了着火延迟并降低了噪音，这是 绝热柴油机的又一大优点。

但是，令人失望的是，并不像所预期的那样，绝热对发动机热效率的影响并 不大，分析表明绝热给燃油消耗率仅带夹很小的影响。非增压柴油机采用绝热后， 其燃油消耗率比传统的水冷式发动机没多大改善，而且随着发动机绝热程度的提 高，输出功率则急剧下降。中冷增压发动机采用绝热后，与不绝热的发动机相比， 功率虽有所提高，但燃油消耗率却改善甚少。上述现象的根本原因在于采取绝热 措施后节省下来的能量并不能直接转化为活塞动力。对于这种现象，不少人用进 气被加热而容积效率降低来解释。然而对传入活塞顶面热流量的测量结果表明： 与铝合金相比，陶瓷材料在膨胀初期放热大，这只能认为是由于传热率的增大而 导致的结果。同样还测量了排气门表面的热流量，得到的结论是：传入高温固体 表面的热流量不能用常规的办法来预测。即使是陶瓷发动机，想利用提高表面温 度把冷却热直接转换成活塞动力来输出都是不可能的。

因此，通过底部循环回收绝热所节省下来的能量被认为是提高绝热发动机的 功率和燃油经济性的一种最终手段。关于排气热量的回收有以下几点：燃气从 气缸排出直至涡轮前，最大可损失50％的有效能量，所以排气系统的绝热对于 排气能量的回收是很重要的。涡轮复合方法用于一般发动机可提高燃油经济性高 达10％，而用于绝热发动机则可达13％左右。兰肯底循环用于绝热发动机可使 热效率高达63％，功率增加22％左右。