一種內(nèi)燃機(jī)的儲(chǔ)氣室裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及內(nèi)燃機(jī)的燃燒技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在大量使用的內(nèi)燃機(jī)有柴油機(jī)和汽油機(jī)。柴油機(jī)的壓縮比高，所以很節(jié)油，但燃燒室最大爆發(fā)壓力和溫度都高，導(dǎo)致工作粗暴，噪聲大，對(duì)機(jī)體的強(qiáng)度要求高，使機(jī)體笨重，有害排放中NOx較多。在汽油機(jī)中目前還是以火花點(diǎn)燃式汽油機(jī)為主，這種汽油機(jī)可以達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速，所以它的升功率很高，結(jié)構(gòu)輕巧，但是它的熱效率較低，究其原因是它的壓縮比太低，而制約其壓縮比提高的障礙是爆震。近年來(lái)又出現(xiàn)了一種均質(zhì)充量壓燃(HCCI)汽油機(jī)和均質(zhì)充量壓燃(HCCI)柴油機(jī)，據(jù)資料介紹它們有很多優(yōu)點(diǎn)，如有害排放低，熱效率高，但是它們的升功率很低，只及火花點(diǎn)火式汽油機(jī)的1/2到3/4，而制約其升功率提高的因素也是爆震。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]要解決的技術(shù)問(wèn)題是:對(duì)于柴油機(jī)，要降低其最大爆發(fā)壓力和最高溫度，使之工作柔和，噪聲降低，機(jī)體變輕，同時(shí)也降低排放。對(duì)于點(diǎn)燃式汽油機(jī)，要消除或減輕其爆震現(xiàn)象，提高其壓縮比，從而提高其熱效率，降低油耗。對(duì)于均質(zhì)充量壓燃(HCCI)汽油機(jī)和柴油機(jī)，要提高其升功率，使之達(dá)到實(shí)用的水平。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:在內(nèi)燃機(jī)的缸蓋或機(jī)體上安裝本發(fā)明的儲(chǔ)氣室裝置。儲(chǔ)氣室裝置由附加活塞、附加氣缸、擋環(huán)、推力彈簧和通道等組成。其中附加活塞裝在附加氣缸內(nèi)，它們之間的配合是滑動(dòng)配合，其配合間隙較小，具有良好的氣密封性，擋環(huán)位于附加氣缸和附加活塞的相應(yīng)部位，起單向阻擋和定位的作用，使附加活塞向下不會(huì)滑出去而停止于擋環(huán)。附加活塞向上滑動(dòng)是自由的，沒(méi)有固定的終止點(diǎn)。推力彈簧的下端頂住附加活塞的上端面，上端頂住附加氣缸或內(nèi)燃機(jī)的缸蓋或機(jī)體。推力彈簧的彈性系數(shù)宜小但是推力必須足夠大，它迫使附加活塞始終有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，如果附加活塞的下端面不受力或者所受的力不夠大的話，附加活塞?？坑趽醐h(huán)。附加活塞的下端面和附加氣缸壁組成的空間就是儲(chǔ)氣室，我們?cè)O(shè)定當(dāng)附加活塞停止于擋環(huán)時(shí)其容積為零。推力彈簧或者是金屬的，或者是壓縮空氣的，也或者是金屬+壓縮空氣的。通道設(shè)在儲(chǔ)氣室的下面，與儲(chǔ)氣室和燃燒室相通，如果不考慮氣體和附加活塞的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，可以認(rèn)為燃燒室、通道和儲(chǔ)氣室里的氣體壓力是一樣的。儲(chǔ)氣室裝置的工作原理如下:當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的活塞快要結(jié)束壓縮沖程并到上止點(diǎn)附近時(shí)，內(nèi)燃機(jī)開(kāi)始爆發(fā)，燃燒室里的壓力迅速升高，這個(gè)壓力不但作用于內(nèi)燃機(jī)的活塞，還經(jīng)過(guò)通道作用于附加活塞的下端面，使附加活塞有一個(gè)向上移動(dòng)的力，當(dāng)這個(gè)力小于和等于推力彈簧的力時(shí)，附加活塞不動(dòng)，儲(chǔ)氣室的容積等于零。如果燃燒室爆發(fā)的強(qiáng)度相當(dāng)大，燃?xì)饨o附加活塞的壓力超過(guò)了推力彈簧給附加活塞的推力時(shí)，附加活塞就會(huì)離開(kāi)擋環(huán)而向上移動(dòng)，儲(chǔ)氣室的容積即從O增加到某個(gè)對(duì)應(yīng)值，而燃燒室里的一部分燃?xì)饩蜁?huì)經(jīng)過(guò)通道進(jìn)入到儲(chǔ)氣室，其結(jié)果是燃?xì)獾膲毫Φ玫娇刂疲苊黠@，內(nèi)燃機(jī)的給油量越大，爆發(fā)強(qiáng)度越高，儲(chǔ)氣室的容積就越大，從燃燒室流入到儲(chǔ)氣室里的燃?xì)饩驮蕉唷．?dāng)內(nèi)燃機(jī)的活塞越過(guò)上止點(diǎn)進(jìn)入膨脹沖程后，推力彈簧推動(dòng)附加活塞、燃?xì)夂蛢?nèi)燃機(jī)活塞向下移動(dòng)做功，這一過(guò)程直到附加活塞停止于擋環(huán)時(shí)為止。此后從儲(chǔ)氣室里排出的燃?xì)馀c燃燒室里的燃?xì)庖黄鹜苿?dòng)內(nèi)燃機(jī)活塞完成膨脹做功沖程。
[0005]不難明白，儲(chǔ)氣室裝置的工作時(shí)間只限于內(nèi)燃機(jī)爆發(fā)時(shí)的一段曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，除此以外的時(shí)間包括吸氣和排氣沖程它都不參與工作。它的作用是在內(nèi)燃機(jī)爆發(fā)時(shí)暫時(shí)儲(chǔ)存一部分燃?xì)猓谷紵依锏膲毫蜏囟鹊淖罡咧档玫娇刂?。合理選擇儲(chǔ)氣室裝置的各項(xiàng)參數(shù)，可以使燃燒室的壓力保持在所需要的水平上，而最高值又有大幅度的下降。這樣可以帶來(lái)如下的積極效果:1.對(duì)于火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，可以降低最高爆發(fā)壓力，因而可以減輕或消除爆震，而壓縮比可以大幅提高，因而熱效率得以提高。2.對(duì)于均質(zhì)充量壓燃(HCCI)汽油機(jī)和柴油機(jī)，能降低最高爆發(fā)壓力和壓力升高率，因而可以減輕或消除爆震現(xiàn)象，為提高其升功率使之達(dá)到實(shí)用水平創(chuàng)造了條件。3.對(duì)于非均質(zhì)擴(kuò)散燃燒如柴油機(jī)、缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)降低其最高爆發(fā)壓力和溫度后，噪聲和振動(dòng)可以減小，有害排放NOx降低。
【附圖說(shuō)明】
[0006]下面我們結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0007]圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的示意圖。
[0008]圖2是本發(fā)明的更為簡(jiǎn)化的示意圖，該示意圖便于與內(nèi)燃機(jī)的示功圖結(jié)合在一起對(duì)本發(fā)明的效果作更進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0009]圖3、圖4和圖5是安裝了本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的示功圖。
[0010]圖6是沒(méi)有安裝本發(fā)明的火花點(diǎn)燃式汽油機(jī)的示功圖。
[0011]圖7是圖6所示汽油機(jī)安裝了本發(fā)明后的示功圖。
[0012]圖8是本發(fā)明具體實(shí)施例的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中1.儲(chǔ)氣室裝置，2.附加活塞，3.附加氣缸，4.擋環(huán)，5.通道，6.推力彈簧，7.儲(chǔ)氣室，8.燃燒室，9.內(nèi)燃機(jī)，10.內(nèi)燃機(jī)活塞，11.下端面，12.上端面，13.附加汽缸壁，14.端面密封，15.火花塞，16.壓縮空氣，17.緩沖塞，18.緩沖缸，19.緩沖室。
[0014]請(qǐng)看圖1。儲(chǔ)氣室裝置⑴安裝在內(nèi)燃機(jī)(9)的缸蓋或機(jī)體上，附加活塞⑵在附加氣缸(3)中，擋環(huán)(4)設(shè)在附加活塞和附加氣缸的相應(yīng)部位，推力彈簧￠)的上端頂住附加氣缸，下端頂住附加活塞的上端面(12)，推力彈簧的彈性系數(shù)宜小但推力必須足夠大而且其大小可以調(diào)節(jié)，附加活塞的下端面(11)和附加汽缸壁(13)組成儲(chǔ)氣室(7)，通道(5)在儲(chǔ)氣室(7)與燃燒室⑶之間。
[0015]圖1是本發(fā)明用于火花點(diǎn)燃式汽油機(jī)的示意圖?，F(xiàn)在大量使用的火花點(diǎn)火式汽油機(jī)的熱效率比柴油機(jī)低，其根本原因是壓縮比低，一般為6?10，而柴油機(jī)則為16?22。如果要想提高汽油機(jī)的熱效率，則首先要提高汽油機(jī)的壓縮比。在本實(shí)施例中我們?nèi)嚎s比ε = 10?17，是在原有機(jī)型的基礎(chǔ)上提高4以上，所用的燃料還是原機(jī)型所用的燃料，內(nèi)燃機(jī)的工作介質(zhì)是理想氣體一空氣。
[0016]下面我們來(lái)分析本例的示功圖以及其積極效果，請(qǐng)見(jiàn)圖3。
[0017]1.壓縮沖程。內(nèi)燃機(jī)(9)完成吸氣沖程后其活塞(10)處于下止點(diǎn)A-A線，接著進(jìn)行絕熱壓縮，由下止點(diǎn)A-A線移到上止點(diǎn)B-B線，在示功圖中對(duì)應(yīng)于由I點(diǎn)到2點(diǎn)的曲線，I點(diǎn)的壓力和溫度設(shè)為2點(diǎn)的壓力和溫度設(shè)為p2、T2。I點(diǎn)的PpT1與現(xiàn)在汽油機(jī)一樣，但是2點(diǎn)的ρ2、1~2比現(xiàn)在汽油機(jī)要高得多，這是因?yàn)閴嚎s比大幅提高了的緣故。
[0018]2.中、小加熱量燃燒循環(huán)。
[0019]內(nèi)燃機(jī)活塞(10)處在上止點(diǎn)附近時(shí)火花塞點(diǎn)火，燃燒室里燃?xì)獾臏囟群蛪毫眲∩仙@個(gè)壓力除了作用于內(nèi)燃機(jī)的活塞(10)外，還作用于附加活塞(2)，如果壓力小于和等于推力彈簧(6)給予附加活塞(2)的力的話，則附加活塞不動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就像沒(méi)有儲(chǔ)氣室裝置一樣，這在中、小負(fù)荷時(shí)是如此。其壓縮-燃燒-膨脹的示功圖如圖3的1-2-3-4線。示功圖曲線中，2-3線是加熱爆發(fā)線，燃燒室的最高壓力和溫度是3點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力和溫度。因?yàn)榛旌蠚獾谋l(fā)是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的，內(nèi)燃機(jī)的活塞幾乎是沒(méi)有動(dòng)，附加活塞也沒(méi)有動(dòng)，燃燒室的容積從2點(diǎn)到3時(shí)一直沒(méi)有變，是壓縮終點(diǎn)時(shí)的容積V。，所以2-3線是垂直于橫坐標(biāo)而又通過(guò)上止點(diǎn)的直線，3點(diǎn)的高度由加油量來(lái)決定，加油量越多，燃燒室獲得的熱量越多，3點(diǎn)越高。3點(diǎn)以后是燃?xì)馀蛎涀龉﹄A段，一直到排氣門(mén)打開(kāi)時(shí)為止，此時(shí)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)是4。
[0020]從示功圖的形狀看這就是普通點(diǎn)燃式汽油機(jī)的定容燃燒循環(huán)。這種循環(huán)的熱效率公式是
[0021]q = 1-1/ ε k \
[0022]其中k是空氣的絕熱指數(shù)，k = 1.4，從熱效率公式看，這種定容燃燒循環(huán)的熱效率只與壓縮比有關(guān)，在本例中壓縮比ε至少提高了 4，假如原機(jī)型的ε =6，本例是ε =10，計(jì)算后原機(jī)型熱效率是η =0.51，本例是η = 0.60，后者比前者節(jié)油15%以上。
[0023]以上說(shuō)的是中、小負(fù)荷的情況，每一次循環(huán)加給燃燒室的熱量比較少，使3點(diǎn)的壓力和溫度P3、T3沒(méi)有達(dá)到爆震的界限，設(shè)壓力P χ是爆震的界限，如果要使本例不發(fā)生爆震，則必須滿足條件
[0024]P3^ P χ,
[0025]Px的值主要決定于燃料的抗爆性以及壓縮比的高低，可以根據(jù)現(xiàn)有汽油機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算得出后再由實(shí)驗(yàn)確定?，F(xiàn)在假定我們找到了 Px，在示功圖中是口^巧線。調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣室彈簧的推力，使附加活塞的最小開(kāi)啟壓力PffjaS Px，這樣一來(lái)，不論我們給燃燒室加多少熱量，都能保證P3S Px，從而不會(huì)發(fā)生爆震。圖3的示功圖畫(huà)出了 P#線，它的值由彈簧的壓力來(lái)決定，一旦彈簧的壓力調(diào)定，Pffia線即確定