技术领域：
本发明属于内燃机技术领域，具体涉及一种提高内燃机效率的方法及高效内燃机。
背景技术内燃机是一种利用燃料燃烧产生的燃烧产物作为工作流体的热力发动机。 它是将燃料在气缸内燃烧产生的热量直接转变为机械能的动力机械。 内燃机按使用的燃料可分为汽油机和柴油机。 从结构上看，它们有活塞连杆组、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统等。电喷汽油机的供油系统主要由电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器和燃油管路。 燃油喷射的主要类型有节气门体燃油喷射系统、中央进气口燃油喷射系统、进气道燃油喷射系统，部分发动机已配备汽油直喷系统。 已经并将继续在柴油发动机上使用的四种基本机械或电子控制燃油喷射系统是恒压或共轨燃油喷射系统、弹簧加压或蓄能器燃油喷射系统以及源自博世结构的脉动燃油喷射泵。 喷射系统、分配泵燃油喷射系统，各种燃油喷射系统都有喷油器。 喷油器一般安装在内燃机的气缸盖上，将从喷油泵送来的高压燃油喷入燃烧室。 四冲程往复活塞内燃机将热能转化为机械能的过程是通过进气、压缩、发电和排气四个连续过程来实现的，称为一个工作循环。 汽油机燃油供给系统的作用是根据汽油机的不同工况供给不同浓度的混合气。 可燃混合气的浓度通常用空燃比来表示。 空燃比是每个工作循环中充入气缸的空气和燃料的量。 质量比，理想情况下，理论上可燃混合气完全燃烧，其空燃比为14.7。 可燃混合物的浓度也可用过量空气系数来表示。 过量空气系数是指气缸内实际空气量与喷入气缸内的燃油完全燃烧所需的理论空气量的质量比。 对于理论混合物来说它等于1。 如果它小于 1，则为浓混合物，如果大于 1，则为稀混合物。 汽油机压缩冲程末期，火花塞产生电火花，点燃混合气并迅速燃烧，使气体的温度和压力迅速升高并膨胀。 最大压力出现在上止点后12°-15°的适当角度内，从而推动活塞从上止点向下止点移动，并通过连杆使曲轴旋转做功。 当活塞到达下止点时工作结束。 工作过程中，气缸内的气体压力和温度在开始时急剧上升。
瞬时压力可达3-5MPa，瞬时温度可达2200-2800K。 作功冲程结束时，膨胀压力降至0.3-0.5MPa，气体温度降至1000-1300℃。 柴油发动机的动力冲程与汽油发动机有很大不同。 在压缩冲程末期，喷油泵将高压柴油以雾状形式通过喷油器喷入气缸内的高温压缩空气中，在气缸内迅速汽化并与空气混合。 该提前量称为供油提前角。 由于此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度，柴油混合气立即自行点燃燃烧，并在喷射燃油的同时燃烧一段时间。 气缸内的压力和温度急剧升高，推动活塞向下做功。 由于柴油机的燃烧过程与混合气的形成同时发生，因此比汽油机的燃烧过程更为复杂。 燃烧过程一般在压缩冲程上止点附近的几十度内完成。 作功行程时，瞬时压力可达5-10MPa，瞬时温度可达1800-2200K。 根据内燃机曲柄连杆组的应力分析，在做功冲程时内燃机效率，气体压力推动活塞向下运动。 活塞上的总压力为Fe，可分解为将活塞压向缸壁，在活塞与缸壁之间形成侧压Fn，通过活塞销传至连杆，作用在连杆上。连杆轴直径沿连杆方向。 连杆力Fs分解为沿曲柄方向压缩曲轴和主轴承主轴直径的径向力Fb和垂直于曲柄的径向力Fb，除了压缩主轴外直径和主轴承。 除了力之外，它还在曲轴上产生扭矩和驱动曲轴旋转的切向力FT。 这些力是气体压力的函数，并且可以使用曲轴角度ci、连杆摆角P和连杆行程比来计算。 连杆力Fs=FG/cosP； 活塞横向力Fn=FG*tanP； 径向力=FG*cos/cosP； 切向力Ft=Fc*sin(a+p)/cos 3 ； 式中=r/1； sinP = X*sina ; C0Se= (1-X2*sin2a) 1/2。 由于内燃机燃料主要是汽油和柴油，它是碳氢化合物的混合物。 它与空气混合，在内燃机气缸内燃烧，大部分产生C02和H20。 根据燃烧条件，由于不完全燃烧，部分产生CO和HC化合物。 另外，当燃烧温度很高时，空气中的氮气与未燃烧的氧气反应生成NOx，其中CO、HC、NOX、S02和烟尘会对人体和环境造成极大危害（见人民交通出版社《汽车《发动机结构与维修》2005年9月出版，唐定国主编；《汽车结构与原理》，机械工业出版社2005年7月出版，蔡兴旺主编）。
内燃机做功冲程中的最高压力出现在上止点后曲轴转角 20° 范围内。 根据活塞连杆组的功率分析，切向力FT=FG*sin(ci+P)/cosP； 虽然此时气缸内的压力最大，但曲轴转角a和连杆摆角e都较小。 活塞推动连杆在曲轴上产生扭矩的分力FT较小，产生的扭矩不大。 当曲轴转角较大时，sin(ci+P)/cose为最大值时，可获得最高的工作效率，由于活塞向下运动
越大，气缸容积越大，气缸压力Fe越低，从而大大减小切向力Ft，因此曲线
轴产生的扭矩也不大。 一般来说，汽油机的效率在30%左右，柴油机的效率在40%左右。 虽然现有的内燃机已经应用了各种技术来提高内燃机的效率，但是活塞连杆组将活塞的往复运动转变为圆周运动时效率低的问题并不能从根本上解决。
为了解决能源短缺问题，人们一直在探索以水为燃料，分解水制取氧气和氢气的研究和实践。香港大学机械工程学系公开了一种热分解制氢方法，利用太阳能聚光器产生的高温加热水，直接分解产生氢气。 “……加热水并直接分解产生氢气
气体和氧气。 在该反应中，水的分解速率随着温度的升高而增加。在压力下
0.05bar、温度2500K，水蒸气分解率可达25%； 当温度达到
在2800K时，水蒸气的分解率可达55%*""。
发明任务
本发明的目的是提供一种在做功冲程期间增加内燃机气缸压力的方法，从而提高内燃机的效率和高效内燃机。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种提高内燃机效率的方法，通过设置在内燃机气缸上部的二次喷油器进行汽化、膨胀和化学反应。在内燃机的一次操作中，在高温和高压条件下燃烧液体燃料。 在循环过程中向气缸中喷射一次或多次。
副喷油器将液体燃料单次或多次喷射到气缸中。 在做功冲程中，液体燃料在可燃混合气燃烧的同时汽化、分解、助燃、膨胀，从而增加了一次燃烧的气体含量。
气缸压力。
液体燃料由二次喷油器单次或多次喷入气缸，使液体燃料在可燃混合气一次燃烧产生的高温高压条件下气化、分解、膨胀、燃烧。
产物发生二次化学燃烧，使曲轴转角和连杆摆角达到sin(ci+e)/cosP最大值附近，从而提高气缸压力。 液体燃料是水或加水的燃料。
一种高效内燃机，包括气缸，在气缸盖或气缸体上端设有二次喷油器，用于将在高温高压条件下能气化膨胀和化学燃烧的液体燃料喷入发动机中。气缸。
本发明在现有的内燃机上增加了类似于柴油机供油系统的二次喷射系统。 这里将内燃机原有燃油供给系统的喷油器称为一次喷油器，将内燃机原有的燃烧方式称为一次燃烧。 每个气缸还设有一个与柴油机供油系统中喷油器类似的高压喷油器，即副喷油器。 副喷油器可以在高温高压条件下使液体燃料汽化、膨胀和化学燃烧。 （水或加水燃料）通过单次或多次雾化在高于气缸压力的不同时间喷入气缸，使液体燃料在气缸产生的高温高压条件下气化、分解和膨胀。使可燃混合物燃烧，并参与可燃混合物。 燃烧反应，特别是在 Qu 中
当轴转角和连杆摆角达到sin(a+e)/cosP的最大值时，即活塞向下运动到连杆和曲轴处于分力范围内时，产生的扭矩接近最大值时，气缸压力升高，增加了内燃机的输出功率。 同时，喷射液体燃料的气化膨胀过程是一个吸热过程，可以降低缸内燃烧产物的温度。 二次燃烧时，燃烧反应更加完全，可以减少污染物排放量。
本发明中，液体燃料是指在高温高压条件下能够汽化、膨胀和化学燃烧的液体。 它是水或以水为溶剂，以溶质在高温高压条件下能汽化、膨胀和化学燃烧的物质的液体。 ，可以是乳化水，也可以是水和与水混溶且不具有热值的溶质的水溶液，也可以是添加了乳化剂和添加剂的乳液，也可以是水的水溶液和与水混溶且不具有热值的溶质。 溶质形成的水溶液或加入乳化剂和添加剂形成的乳液也可以是水与不与水混溶的含热值的溶质、乳化剂和添加剂形成的乳液。 具体来说，液体燃料包括（1）水，可以直接喷洒，也可以添加乳化剂和添加剂来调节“冰点”，以适应内燃机的环境气候温度； 要有适当的粘度和润滑性，以免损坏发动机。 二次喷射系统部件腐蚀； (2)过氧化氢水溶液、二甲醚水溶液； (3)水+内燃机燃料(汽油、柴油)+乳化剂+添加剂的混合物。 溶质的含量可以根据燃烧条件来确定。
图1是采用副喷油器的电喷汽油机工作示意图； 图2是采用二次喷油器的柴油机工作原理图。
具体实施例
实施例一，见图1。四冲程汽油内燃机有曲轴1、连杆2、气缸3、活塞4、火花塞5，各气缸3上端设有副喷油器6，其功能和结构与柴油机喷油器相同。 汽油被雾化并与空气混合形成可燃混合物，在进气冲程时被吸入气缸。 它在做功冲程上止点之前由火花塞点燃。 可燃混合气在气缸内燃烧一次做功，内燃机在正常工况下工作。 副喷油器以曲轴转角和连杆摆角达到sin(a+e)/cose最大值的时间为基础，提前某一时间将水或其他液体燃料以单次雾化方式喷入气缸。 由于可燃混合气一次燃烧可使气缸内压力达到3-5MPa，瞬时温度可达2200-2800K，水在此高压高温下汽化，引起气体膨胀并部分分解成氧气和氧气。氢。 燃烧产物和水分解产物进一步发生二次燃烧反应，使活塞向下运动，直到连杆和曲轴处于产生扭矩的分力的最大范围。 这增加了气缸压力并增加了内燃机的输出功率。 内燃机的一次燃烧可采用不超过燃料混合物火焰传播速度下限的稀空燃比，以节省燃料。 如此高的燃烧温度会导致NOx排放量增加，而喷水的气化过程是吸热反应，可以降低缸内温度，有利于减少N(X)排放。
实施例2，见图2。柴油内燃机有曲轴1、连杆2、气缸3、活塞4和喷油器7。每个气缸3的上端设有副喷油器6，相当于柴油机的功能和结构。 在压缩冲程结束时，喷油器将柴油雾化并点燃。 在做功冲程上止点之前，添加有添加剂的水或乳化水液体燃料被雾化并从副喷油器喷入气缸。 可燃混合气的燃烧使气缸内最高压力达到5-10MPa，温度达到1800 -2200K。 雾化的水在这种高压和高温下汽化、分解和膨胀。 部分水分解成氢气和氧气并参与燃烧。 结果，一次燃烧的气缸压力增加。 本实施例相当于柴油与水混合的乳化柴油效果，但省去了乳化柴油的生产工艺，避免了乳化柴油本身的缺点。 这样可燃混合气的混水燃烧，可以降低燃烧温度，有利于稀空燃比燃烧，减少污染物排放。
实施例三，见图1。四冲程汽油内燃机有曲轴1、连杆2、气缸3、活塞4和火花塞5，各气缸3的上端还设有副喷油器6的功能和结构与柴油机喷油器相同。首先，水和双氧水的液体燃料由副喷油器6喷入做功冲程。
在上止点之前向气缸内喷射第一次雾化喷雾，然后根据曲轴转角和连杆摆角达到sin最大值的瞬间，提前一定时间向气缸内喷射第二次雾化喷雾（ a+P)/cos P。第一次喷射的效果与实施例2相同，第二次喷射的效果与实施例1相同。喷射液体燃料中水的函数为与实施例1相同。过氧化氢在可燃混合物燃烧的高温条件下分解，导致体积迅速膨胀。 分解产生O 2 和&0，其中O 2 是助燃剂并且可以引起燃烧。 更完整。 第一次喷射增加了气缸的一次燃烧压力，第二次喷射产生了二次燃烧，当活塞下降到连杆和曲轴处于扭矩分量最大的范围时，增加了气缸压力。 ，在一个功率周期内进行两次喷射，最大化功率输出。
实施例4，见图1。四冲程汽油内燃机有曲轴1、连杆2、气缸3、活塞4和火花塞5，各气缸3的上端还设有副喷油器6的功能和结构与柴油机喷油器相同。 当活塞在进气冲程期间下降时，辅助喷射器6将水和醇水溶液燃料喷射到气缸中，并与汽油混合物混合。 它在压缩冲程中受到活塞的压缩，混合物的温度随着压缩过程而升高。 含水燃料被汽化并与汽油混合物更好地混合。 压缩冲程末期气缸压力增加，相当于压缩比增加。 火花塞在做功冲程上止点之前被点燃，含有液体燃料的可燃混合物被燃烧。 液体燃料中的水在燃烧的高温高压条件下气化、分解、膨胀。 部分水分解成氢气和氧气并参与燃烧。 在此过程中，一次燃烧的气缸压力增加，从而增加了内燃机的功率。 在保证相同功率输出的情况下，可以减少燃油供给量。
权利要求
1.一种提高内燃机效率的方法，其特征在于，将在高温高压条件下能气化、膨胀、化学燃烧的液体燃料一次性注入内燃机或注入多次进入气缸。
2.根据权利要求1所述的提高内燃机效率的方法，其特征在于，在做功冲程时，液体燃料在可燃混合气中燃烧，同时进行气化、分解、助燃、膨胀，以提高燃烧效率。一次燃烧的气缸压力。
3.根据权利要求1所述的提高内燃机效率的方法，其特征在于，所述液体燃料在可燃混合气一次燃烧产生的高温高压条件下气化、分解、膨胀，与一次燃烧产物进行二次反应。 化学燃烧使曲轴转角和连杆摆角达到sin(a+0)/cosP最大值附近，从而增加气缸压力。
4.根据权利要求1、2或3所述的提高内燃机效率的方法，其中所述液体燃料是水或加水燃料。
5.一种高效内燃机，包括气缸，其特征在于，在气缸盖或气缸体的上端设有二次喷油器，用于喷射能在高温高压下气化、膨胀和化学燃烧的液体燃料。进入气缸的压力条件。 。
全文摘要
一种通过二次喷油器将在高温高压条件下汽化、膨胀和化学燃烧的液体燃料在内燃机一个工作循环内单次或多次喷射到气缸中来提高内燃机效率的方法安装在内燃机气缸的上部。 里面。 在做功冲程中，液体燃料在燃烧可燃混合物的同时汽化、分解、燃烧、膨胀，从而提高了一次燃烧的气缸压力。 或者液体燃料在可燃混合气一次燃烧产生的高温高压条件下气化、分解、膨胀，与一次燃烧产物进行二次化学燃烧，提高气缸压力。 液体燃料是水或加水的燃料。 采用上述方法的高效内燃机，包括气缸，在气缸盖或气缸体上端设有二次喷油器内燃机效率，将液体燃料喷入气缸内，在气缸内气化、膨胀和化学燃烧。高温高压条件。 本发明能够有效提高内燃机的效率。
文件号码/
公布日期：2008年10月22日申请日期：2007年4月16日优先权日：2007年4月16日
发明人 张天、蔡波、蔡蔡 申请人：蔡芬； 张天； 蔡波
