一种内燃发动机及其提高效率的方法技术

本发明专利技术提供一种内燃发动机及其提高效率的方法。这种内燃发动机，包括气缸及其中的活塞，在所述气缸外设有压力室，压力室设有充放气泵与之相连通，压力室中设有压力传感器；主气缸顶部设有辅助活塞，辅助活塞背面空间与压力室连通；气缸的进气室设有与之连通的程控节气门进气系统，程控节气门进气系统设有压力传感器。提高发动机效率的方法，通过对充放气泵的工作状态控制，调节压力室的压强，从而间接调节压缩行程结束时主气缸内的压强；同时，进气量由程控节气门进气系统来控制，该系统通过气体压强传感器来感应进气喉管压力，对比需要的压强，根据不同转速或者不同动力需求时气体的气体用量来决定节气门的开度，从而达到需要的喉管气体压强。

【技术实现步骤摘要】
一种内燃发动机及其提高效率的方法
本专利技术涉及内燃发动机，尤其涉及一种内燃发动机及其提高效率的方法。
技术介绍
内燃式汽油发动机与柴油发动机已经专利技术上百年时间，工程技术人员一直在为提高内燃发动机效率而进行努力，但是受到结构及原理限制，发动机效率始终难以有较大的提升；工程技术人员为了提高发动机效率，在传统奥托循环方式的基础上，又开发出了阿特金森循环及米勒循环，但是这两种循环方式都有其巨大的缺点。阿特金森循环采用重新设计曲柄连杆结构，使得活塞吸气、压缩行程变短，做功、排气行程变长，这样一来就达到了增大膨胀比的效果，但是这种结构的发动机体型较大，结构复杂笨重，在不同的节气进气状态工况是不稳定的，压缩比不能改变从而导致压缩行程结束时的缸内压强不是最佳值。该发动机的结构决定了只有一种进气量能达到最佳工作状态，在其它节气状态的时候，发动机的效率就会降低。米勒循环是通过进气门关闭的延后来控制进气量，来变相实现压缩行程变短，膨胀行程延长的目的；避开了阿特金森循环庞大笨重的连杆机构，在技术上是有很大的进步，确实使热效率有提升。但是米勒循环也存在一些缺陷导致了热效率难以进一步提高，就是压缩比不能控制，即压缩行程结束时的缸内压力只有一种气门开闭时间状态(一种进气量)才能达到最佳值，在进气量不同的时候压缩比是不同的，这样热效率就受到了很大的限制，并且为了追求效率，其最大进气量受到限制，不太适合于使用增压器的来提升功率，从而导致发动机单位排量功率比较低。还有类似的可变气门技术，发动机气缸断油技术，缸内直喷，分层燃烧技术等等，这些技术的实现需要严谨的设计计算还要辅以复杂的机构来实现，增加了成本并且降低了可靠性。虽然这些技术对提高发动机效率有一定的作用，但是都不能从根本上使发动机在不同工况下压缩行程结束时缸内压强达到最佳值，从而限制了发动机效率的提升。并且，现在的汽油发动机设计开发的时候，有一个固定的压缩比，由于不同标号燃油抗爆性能的不同，这就决定了只能是一种燃油能达到最佳工作状态，也不能使用抗爆性能比该发动机所要求的低的燃油，从而限制了发动机的使用。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种内燃发动机及其提高效率的方法。本专利技术中，主气缸是指活塞行程范围内的气缸的主要部分。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种内燃发动机，包括气缸及其中的活塞，在所述气缸外设有压力室，压力室设有充放气泵与之相连通，压力室中设有压力传感器；主气缸顶部设有辅助活塞，辅助活塞背面空间与压力室连通；气缸的进气室设有与之连通的程控节气门进气系统，程控节气门进气系统设有压力传感器。所述气缸顶部的密封圈内套接有活动杆，所述辅助活塞连接在活动杆的下端。所述气缸顶部的密封圈内套接有缓冲器，所述活动杆套接于缓冲器中。所述压力室与辅助活塞背面空间的连通管路上设有气路开关。所述程控节气门进气系统含有增压器。另一方面，本专利技术还提供一种提高上述内燃发动机效率的方法，通过对充放气泵的工作状态控制，调节压力室的压强，从而间接调节压缩行程结束时主气缸内的压强；同时，进气量由程控节气门进气系统来控制，该系统通过气体压强传感器来感应进气喉管压力，对比需要的压强，根据不同转速或者不同动力需求时气体的气体用量来决定节气门的开度，从而达到需要的喉管气体压强。在所述压力室与辅助活塞背面空间的连通管路上设置气路开关，通过关闭连通管路来制止在所述气缸内燃油燃烧做功瞬间的压强暴增而推动辅助活塞的后退。通过控制压力室的压强使主气缸内的压强在主活塞的每个压缩行程结束时达到最佳压强或者需要的压强。控制进气量，变相地实现膨胀行程大于进气行程，使燃气可以充分膨胀做功。根据燃油标号及环保要求来设定压缩行程结束时的缸内压强以防止爆震及提高排放标准。本专利技术的有益效果：可以根据工况需求，在不同进气量的情况下实现不同的压缩比，以达到在不同进气量的情况下，当活塞压缩行程结束时汽缸的内部气体压强都能保持在设定的压强，从而达到提高发动机效率的目的；另外，由于辅助活塞的作用，每个排气行程结束后，主气缸内残留的废气比较少。附图说明图1为根据本专利技术优选实施例的一种内燃发动机主视图。图2为根据本专利技术优选实施例的一种内燃发动机进气行程状态主视图。图3为根据本专利技术优选实施例的一种内燃发动机压缩行程状态主视图。图4为根据本专利技术优选实施例的一种内燃发动机压缩行程结束状态主视图。图5为根据本专利技术优选实施例的一种内燃发动机做功行程状态主视图。图6为根据本专利技术优选实施例的一种内燃发动机排气行程状态主视图。具体实施方式以下通过实施例结合附图对本专利技术进行进一步的详细说明。参考图1-6，一种内燃发动机，包括气缸2(图中只画出了一部分)及设置于其中的活塞18、连杆1及火花塞17，活塞18与连杆1相连，以及气缸盖16(图中只画出了部分)。在气缸2的顶部法兰处设有密封圈9，密封圈9套着活塞杆11，活塞杆11连接缓冲器10，活塞杆11的下端固定有辅助活塞13。在气缸2的进气室及排气室均设有气门机构6。气缸2的进气室设有喷油嘴12并与程控节气门进气系统14相连通，程控节气门进气系统14中设有压力传感器15。气缸2的外部设有压力室5，压力室5经过管路8在辅助活塞13上部相连通，管路8中设有气路开关7。压力室5与充放气泵3相连通，充放气泵3与空气连通。压力室5中设有压力传感器4。气路开关7可以为电磁阀、自适应机械阀门、机械动力阀门或气动阀门，并且通径要足够大，离辅助活塞要足够近。管路8通径要足够大，长度要尽量短。缓冲器10可以为弹簧缓冲器、液体缓冲器或气体缓冲器，用来限制及缓冲辅助活塞的极限行程。辅助活塞13需要适当的冷却及润滑，防止过热及磨损。在本专利技术中，辅助活塞13由充放气泵3提供的气体压力推动。在活塞18推动气体上行并压缩的过程中，由于气缸2内压力变大，当压力大于压力室5的压力时，辅助活塞13则上行，把辅助活塞13上部一部分气体排到压力室5，当活塞18达到上行定点的时候，由于达到了压力平衡，辅助活塞13就停止运动，这个时候气缸2内的气体压强与压力室5的气体压强相等。通过对充放气泵3的工作状态控制，就可以调节压力室5的压强，也就变相调节了压缩行程结束时气缸2内的压强。同时，进气量由程控节气门进气系统14来控制，该系统通过压力传感器15来感应进气喉管压力，对比需要的压强，再根据不同转速或者不同动力需求时主气缸内的气体用量来决定节气门的开度，从而达到我们需要的喉管气体压强，同时喷油嘴12喷出最佳数量的燃油与空气混合。在低负荷工况的时候，控制喉管内的压强到比较小的值，这样每个活塞行程进入气缸的空气就比较少，在压缩行程结束的时候，由于辅助活塞13背压的缘故，辅助活塞上行的行程比较短，压缩后气体的体积比较小，这个时候可以理解为压缩比比较大。在高负荷工况的时候，控制喉管内的压强到比较大的值，这样每个活塞行程进入气缸的空气就比较多，在压缩行程结束的时候，即使有辅助活塞13背压，辅助活塞13上行的行程也是比较长，压缩后气体的体积比较大，这个时候可以理解为压缩比比较小。这个压缩比的控制完全由压力室5的压强决定，不受进气量多少影响，自适应的完成变压缩比的过程。本专利技术中，缓冲器10是减少辅助活塞到下行终点或上行终点的时候的停止冲击力；图示中采用的是弹簧缓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内燃发动机，包括气缸及其中的活塞，其特征在于：在所述气缸外设有压力室，压力室设有充放气泵与之相连通，压力室中设有压力传感器；主气缸顶部设有辅助活塞，辅助活塞背面空间与压力室连通；气缸的进气室设有与之连通的程控节气门进气系统，程控节气门进气系统设有压力传感器。

【技术特征摘要】
1.一种内燃发动机，包括气缸及其中的活塞，其特征在于：在所述气缸外设有压力室，压力室设有充放气泵与之相连通，压力室中设有压力传感器；主气缸顶部设有辅助活塞，辅助活塞背面空间与压力室连通；气缸的进气室设有与之连通的程控节气门进气系统，程控节气门进气系统设有压力传感器。2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于：所述气缸顶部的密封圈内套接有活动杆，所述辅助活塞连接在活动杆的下端。3.根据权利要求2所述的内燃发动机，其特征在于：所述气缸顶部的密封圈内套接有缓冲器，所述活动杆套接于缓冲器中。4.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于：所述压力室与辅助活塞背面空间的连通管路上设有气路开关。5.据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于：所述程控节气门进气系统含有增压器。6.一种提高如权利要求1所述的内燃发动机效率的方法，其特征在于：通过对充放气泵的工作状态控制，调节压力室的压强，从而间接调节压缩行程结束时主气缸...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伟林，朱张和，
申请(专利权)人：朱伟林，
类型：发明
国别省市：广东,44