燃烧室瞬传导、节流中冷的中冷方法及绝热内燃机技术

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。可以广泛应用于汽油及柴油机中。可以广泛应用于汽油及柴油机中。

【技术实现步骤摘要】
燃烧室瞬传导、节流中冷的中冷方法及绝热内燃机
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][0001]本专利技术属于机械、电子
，确切的讲是制作内燃机的整体的机械电 子的领域。
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技术介绍
][0002]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
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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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]绝热涡轮增压柴油机排气中的多余热能还可采用所谓的兰肯底循环 (Rankine bettom cycle)予以回收。即通过余热锅炉产生蒸汽，驱动蒸汽涡轮， 以回收更多的排气余热。这种发动机的燃油消耗率可达166g/kW
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h，兰肯循环是 由两个等压过程(加热和冷却)及两个绝热过程(膨胀和压缩)组成的最简单的蒸汽 动力循环，所用工质一般为水蒸气，这种循环可使柴油机的功率和燃油经济性得 到大幅度的提高。凡是不受体积和重量限制的场合，如发电、船船和机车等附加 兰肯底循环，均能收到明显的经济效益。法国280CV型增压中冷柴油机采用绝 热涡轮复合装置和绝热兰肯循环时热能利用率进行了比较，可以看出：如果发动 机燃烧室壁面需热损失减少30％(包括机油和中冷的热损失)，则发动机总的热损 失相应地可减少15～20％。如果用涡轮复合装置来回收排气能量，可使燃油消 耗率下降约8％；而采用兰肯循环来回收排气能量，则可使燃油消耗率下降约 15％。如果燃烧室壁面热损失减少60％，则发动机总的热损失相应地减少40～ 50％，已经证明，在这种情况下，采用兰肯循环可降低燃油消耗率20％。
[0007]但是，实验测量结果表明，绝热对发动机的自身循环的效率收益仅仅为 1.0％。通过循环模拟计算，对绝热发动机热效益收益不大所做出的解释是：为 了减少冷却损失，即使把燃烧室壁面换成传热率低的材料，但由于壁的热容量大， 导致壁面温度上升而高位循环；其结果并不能太大的降低绝热缸壁的吸热数量， 热量仍然缓存在高温缸壁内，排气冲程时又释放出去了，其结果是：缸压的增 加不明显，但排出的热量大大的增加了；造成缸壁只能“隔热”而不能“绝热”。 另外；在燃挠室内壁温度上升情况下，进气、压缩行程中的气体被更热的壁面 加热，导致压缩功增大。由于膨胀功的增加部分是与此相反的，所以热效率几 乎没有提高，其结果是排气损失热量明显增大。
[0008]由如上的讨论可知到目前为止，尽管国内外不少人都正在探索柴油机绝热这 一复杂的问题，但据目前情况来看，绝热柴油机真正能否付诸实践仍需一段较长 时间的验证，这就需要通过内燃机工作者以及有关人士的不懈努力来完成这一任 务。目前，绝热发动机的研制设计工作搞得较为活跃的除了美国的寇明斯等公司 外，日本的一些公司也正在积极地从事绝热发动机方面的有关研究工作，并已成 功地制造出了陶瓷活塞、气门导管，甚至还加工出了陶瓷镀层的凸轮轴等。国内 也曾一度打算进行此方面的研究工作，但由于种种原因，该项计划进展不快。据 估计，人们正在拭目以持，盼望一场发动机新技术革命的到来。
[0009]对于4行程汽油机的绝热研究，相比柴油机来说，国内外学者多持有否定态 度：因为压缩循环的末期会导致更高的温度，易于导致汽油的爆震的突发燃烧， 这也是汽油机无法承受超过15:1的压缩比的主要原因。
[0010]为抑制4汽油机的爆震问题，目前普遍采用“中冷”技术：中冷技术就是： 在对混合气体的进入气缸燃烧前的中间过程的冷却技术：中冷绝热内燃机通过在 汽缸上的缸盖内设置燃烧室，在缸盖的底面设置通气口和压缩空气出口，并分别 经所设的控制阀与中间冷却器相连通，在压缩过程后期介入了中间冷却过程，拉 低了压缩过程终点时的温度和压力，实现了内燃机的卡诺循环，让发动机效率得 到大幅度提高。由于进入燃烧室的压缩空
气是被冷却了的低温工质，对燃烧室、 缸盖底面和活塞顶面设置隔热层进行绝热时，并不会恶化燃烧室内的油气雾化， 又进一步减少了发动机的散热损失。在进行中间冷却过程后，由于降低了压缩终 点时空气的温度和压力、也相应减少了活塞所消耗的压缩功，有利于提高机械效 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.燃烧室瞬传导、节流的中冷方法，所涉及的结构包括：壳体、汽缸、曲轴、连杆、活塞、空气滤清及喷油组件、润滑系统、冷却系统、正时系统；组件之间的连接关系：连杆的一端通过活塞销连接着活塞，另一端通过曲柄销连接着曲轴；正时系统是通过电子同步控制或机械装置将曲轴或活塞的运动位置传输出去，并控制气门、喷油嘴、活动绝热板的协同运动，而使得内燃机能完成4冲程的循环过程；其特征就在于：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，2个低温表面一起吸收混合气体的热量，接下来，在火花塞点燃混合气体后，活动绝热板被下降而覆盖气缸盖的表面，隔绝高温的燃烧气体与气缸盖的表面的热交换，避免了爆震现象；而在活动绝热板与气缸盖接触的过程中，接触面将在冷却系统的作用下持续降温，为下一次的升起吸热准备；节流中冷方法是将进气口开在气缸下部缸壁位置上，活塞下...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小平，罗天珍，
申请(专利权)人：罗天珍，
类型：发明
国别省市：