專利名稱：復氣式內燃機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一復氣式內燃機，本機在公知內燃機的爆燃做功行程初，適時地向汽缸內補入NB些空氣，由此吸熱膨脹作功空氣，由公知內燃機N些增加為(N+NB)些，提高熱效，節(jié)油25％-30％。
目前，公知的汽、柴油內燃機均為兩大機構，分別具有五或四大系統(tǒng)，工作過程有吸、壓、爆和排氣行程，工作周期有2π和4π。
其熱平衡方程Q＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5，其中Q-進入汽缸中燃油產生的熱能100％；Q1-輸出功率的熱能約35％；Q2-冷卻耗的熱能約25％；Q3-廢氣耗的熱能約25％；Q4-摩擦、震動、帶動輔助機構耗能約12％；Q5-燃料未燃盡損失的熱能約3％。
公知內燃機熱效約35％，比熱效約50％-60％的燃氣輪機和噴氣機偏低些。
燃油在汽缸中產生的熱能ΔQ，直接轉化為缸中氣體的內能ΔE，其單位容積中一個分子的平均平動動能(12)mV2‾.]]>在進氣行程進入汽缸內N些氣體分子，每一質量m、在爆燃做功行程，它們熱運動速度V平方平均值 它們碰撞活塞頂單位面積壓強ΔP=(23)N[(12)mV2‾],]]>在ΔP的推動下，活塞移動容積ΔV，得其反抗外力做功ΔA＝ΔPV。
轉化ΔA的內能記為ΔEA，相當Q1和Q4，由ΔE轉化ΔA的做功行程，活塞向下止點運行汽缸容積ΔV不斷擴大，單位容積中氣體分子數(shù)相對減少，相應能量交換的碰撞數(shù)及其相關的壓強ΔP也減弱，故(ΔE-ΔEA)中有相當Q3些內能，未來得及與活塞頂碰撞，能量未轉為機械能就被排到大氣中。
同時(-ΔQ2)些熱能，由高溫汽缸內傳導至缸外被冷卻耗掉，溫差大耗熱多，上述是公知內燃機熱效偏低的原因。
針對上述公知內燃機熱效偏低，改其配氣機構為復氣式配氣機構，本機構由吸供氣、蓄補氣和排氣三部分組成。在復氣式內燃機爆燃做功行程初、本機構適時將NB些空氣補入汽缸。使爆燃做功行程成為爆燃補氣做功行程?！把a氣”功能是公知內燃機配氣機構所不具備。
所謂適時補氣，即在公知內燃機的爆燃做功行程初，活塞離開上止點后角β(β因機型而異)時，在本復氣式配氣機構作用下，將NB些空氣補入汽缸內，則缸內氣體由公知N些增到(N+NB)些，單位容積氣體分子數(shù)增多，相應的能量交換的碰撞數(shù)及與其相關的壓強ΔP(N+NB)＝ΔP(1+NB/N)，機械功ΔP(N+NB)V＝ΔPV(1+NB/N)也增加，廢氣和冷卻的能量有所下降，則提高熱效率η。
本復氣式內燃機與公知內燃機相比，除復氣式配氣機構增些設置，其余的曲柄連桿機構、冷卻、潤滑、起動、供給及點火系統(tǒng)均相同。
以下講述本機的復氣式配氣機構的構造及如何將提高熱效的NB些空氣適時補入汽缸。
■結合

圖1與圖4講述單缸機的復氣式配氣機構的構造及工作過程。
▲構造(1)吸供氣部分設置渦輪空氣壓縮機①、蓄氣罐②、進氣門③和供氣門④。
曲軸拖動機①吸進冷卻主機的空氣，經其壓縮蓄存于罐②中，罐②另端連通門④，進氣門③與汽缸連通，門③另端柴油機通大氣，汽油機則接汽化器。
(2)蓄補氣部分設置蓄氣腔⑤和補氣門⑥；腔⑤一端連通門④，另經門⑥通汽缸。
(3)排氣部分設置排氣門⑦其一端連通汽缸，另一端通大氣。
新增置的氣門由與原凸輪同步的相應凸輪驅動。
▲工作過程(1)吸供氣行程活塞由上止點向下運動，相應角度為(0°-180°)，門③由0°開啟至180°關閉，N些氣體經門③吸入汽缸內。
(2)壓蓄氣行程活塞由下止點向上運動，相應角度為(180°-360°)，N些氣體壓縮。汽、柴油機分別進入點燃期或備燃期，同時NB些空氣經門④進入蓄氣腔⑤。
(3)爆燃補氣做功行程活塞由上止點向下運動，相應角度為(360°-540°)，活塞距上止點后角β(β因機而異)時，蓄氣腔⑤儲存的NB些空氣經門⑥注補入汽缸，同時門④關閉。即時吸收缸內燃油燃燒產生的熱能，膨脹做功的空氣由公知的N些增為(N+NB)些，提高了壓縮比，這是提高熱效的根據所在?；钊滦芯嘞轮裹c前角γ(γ因機而異)時，排氣門⑦開啟排氣，門⑥已關閉。
(4)排氣行程活塞由下止點向上運動，相應角為[(540°-γ)-720°]，將廢氣排出，720°時門⑦關閉。
有益效果以定容燃燒汽油機為例，講述本復氣式配氣機構，補氣增大壓縮比提高熱效。
當進氣為N些、壓縮比λ＝7、NB＝0.5N，則(N+NB)些氣體的壓縮比λ(N+NB)＝1.5λ＝10.5N些氣體熱效ηN＝1-1/λK-1，(N+NB)些氣體η(N+NB)＝1-1/(1.5λ)K-1；雙原子氣體定壓定容摩爾熱容量比K＝1.41，依上式有η(N+NB)ηN=1.21;]]>則η(N+NB)＝1.21ηN＝1.21×35％＝43％，熱效提高8％是設NB＝0.5N算得，如NB＞0.5N，則亦有ηN+NB＞43％；同時又因□、補入NB些空氣Q5燃盡，熱效又增3％?！酢⒉捎门艢庵苿??？刹糠謱幽芎蛣菽苻D化為壓縮空氣補氣做功。上述幾點將熱效由35％提至近50％，節(jié)油25％-30％。
下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1為單缸機的復氣式配氣機構構造原理圖；圖2為四、二行程外壓補氣汽。柴油機復氣式配氣機構構造原理圖；圖3為四、二行程內壓補氣柴油機復氣式配氣機構構造原理圖；圖4為四行程外壓補氣汽、柴油機復氣式配氣機構工作過程圖；圖5為二行程外壓補氣汽、柴油機復氣式配氣機構工作過程圖；圖6為四行程內壓補氣柴油機復氣式配氣機構工作過程圖；圖7為二行程內壓補氣柴油機復氣式配氣機構工作過程圖；圖8為外壓補氣法的蓄氣腔⑤和補氣門⑥組合體的構造示意圖；圖9為內壓補氣法的蓄氣腔⑤和補氣門⑥組合體的構造示意圖；在圖中渦輪空氣壓縮機①、蓄氣罐②、進氣門③、供氣門④、蓄氣腔⑤、補氣門⑥、排氣門⑦和渦輪引排氣機⑧。
補氣用的NB些空氣的壓縮方式有外壓和內壓法，工作過程有四行程和二行程，因此復氣式配氣機構有四種類型。
■結合圖2、圖4，講述外壓補氣四行程汽、柴油機復氣式配氣機構的構造及工作過程。
▲構造(1)吸供氣部分、(2)蓄補氣部分和(3)排氣部分的裝置，基本同于前述單缸機的復氣式配氣機構。
▲工作過程本機的復氣式配氣機構在(1)吸供氣行程、(2)壓蓄氣行程、(3)爆燃補氣做功行程和(4)排氣行程的作用，基本與前述單缸機的復氣式配氣機構相同。
■結合圖2、圖5講述外壓補氣二行程汽、柴油機復氣式配氣機構的構造及工作過程。
▲構造本復氣式配氣機構的構造同于前述單缸機的復氣式配氣機構，但增置渦輪引排氣機⑧；柴油機進氣門③一端接罐②，另端通汽缸；汽油機門③一端通汽缸，另端接汽化器，汽化器另端接罐②；機⑧一通門(⑦另通大氣。
▲工作過程(1)爆燃補氣做功行程活塞由上止點向下運動，相應角度為(0°-180°)，這一行程同于前述單缸機的復氣式內燃機相應的行程。其余三行程與其差異為(2)引排氣行程活塞由下又轉向上運動，相應角度為[(180°-γ)-(180°+δ)]行程，機⑧將廢氣排盡；于角(180°-γ)時，門⑦開啟，門⑥關閉，在角(180°+δ)時，門⑦關閉。
(3)吸供氣行程活塞由下向上運動，相應角度為[(180°+δ)-(180°+κ)]行程，罐②中壓縮的N些氣進入汽缸；于角(180°+δ)時，門③開啟，在角為(180°+κ)時，門③關閉。
(4)壓蓄氣行程活塞繼續(xù)向上止點運動，相應角度為[(180°+κ)-360°]，N些空氣仍壓縮進入點燃期或備燃期，同時NB些空氣經門④進入腔⑤。
■結合圖3、圖6講述內壓補氣四行程柴油機復氣式配氣機構的構造及工作過程。
▲構造本復氣式配氣機構的構造在前述單缸機的復氣式配氣機構的基礎上做了相應的改動而得之。罐②通門③，不設門④。
▲工作過程(1)吸供氣行程活塞由上止點向下運動，相應角度為(0°-180°)，罐②中的(N+NB)些氣體經門③進入汽缸內，0°時門③開啟，門⑥開啟，180°角時門③關閉。
(2)壓蓄氣行程活塞由下止點向上運動，相應角度為(180°-360°)，在活塞運行至上止點前角α(α因機而異)時，補氣門⑥關閉，NB些空氣儲入腔⑤，余下N些空氣仍壓縮，進入備燃期。
(3)爆燃補氣做功行程與前述單缸機的復氣式內燃機的相應行程相同。
(4)排氣行程與前述單缸機的復氣式內燃機的排氣行程相同。
■結合圖3、圖7講述內壓補氣二行程柴油機復氣式配氣機構的構造及工作過程。
▲構造本復氣式配氣機構的構造將前述單缸機的復氣式內燃機的配氣機構做了相應的改動而得之。罐②連通門③，不設門④；增置機⑧，其一端通門⑦，另端通大氣。
▲工作過程(1)爆燃補氣做功行程活塞由上止點向下運動，相應角度為(0°-180°)，這一行程的工作過程同于前述單缸機的復氣式內燃機相應的行程。其余三行程與其差異為(2)引排氣行程活塞由下又轉向上運動，相應角度為[(180°-γ)-(180°+δ)]行程，機⑧將廢氣排盡；于角(180°-γ)時，門⑥已關閉；門⑦開啟，在角(180°+δ)時，門⑦關閉。
(3)吸供氣行程活塞由下向上運動，相應角度為[(180°+δ)-(180°+κ)]行程，罐②中壓縮的(N+NB)些氣體進入汽缸；于角(180°+δ)時，門③開啟，門⑥開啟，在角(180°+κ)時，門③關閉。
(4)壓蓄氣行程活塞下止點向上運動，相應角度為[(180°+κ)-360°]，于上止點前角α(α因機而異)時，門⑥關閉，NB些空氣儲于腔⑤，余下N些空氣仍壓縮進入備燃期。
■采用“注入”方式向汽缸補入NB些空氣，即注入補氣方法，利用蓄氣腔⑤，補氣門⑥構成組合體。
▲結合圖8、圖3，說明外壓補氣復氣式配氣機構的蓄氣腔⑤、補氣門⑥組合體構造及注入補氣工作過程。
●構造補氣門⑥、帶有進氣窗口的蓄氣腔體A、窗口B、蓄氣腔⑤、大柱塞C、小柱塞D、大柱塞內腔E。
窗口B一端通供氣門④，另端通蓄氣腔⑤，大柱塞C在腔⑤之中，有軸向運動工作行程，小柱塞D固定在門⑥桿上的適當位置，又置于腔E中，有軸向運動工作行程，組合體置于汽缸蓋。
●注入補氣工作過程圖⑧是補氣門⑥關閉時的結構示意圖，當氣門⑥開啟動作時，即時由搖臂F、驅動大柱塞C向汽缸方向運動，大彈簧被壓縮、進而窗口B被封堵、NB些氣體被壓縮，仍到大柱塞C內腔E頂推動小柱塞D同向運動，小彈簧被壓縮，同時門⑥開啟，NB些氣體進入汽缸，直到補氣門⑥開啟到極限位置止。此時，蓄氣腔⑤實際有效容積趨于至小，足可不計。
當氣門⑥關閉動作時，搖臂F先松動復位，大小柱塞C和D在其彈簧的作用下復位，補氣門⑥回到關閉位置。
▲結合圖9、圖3說明內壓補氣復氣式配氣機構的蓄氣腔⑤、補氣門⑥組合體構造及注入補氣工作過程。
●構造補氣門⑥、蓄氣腔體A、蓄氣腔⑤、大柱塞C、小柱塞D及大柱塞內腔E。
腔⑤經門⑥通氣缸、大柱塞C在腔⑤中，有軸向運動工作過程，小柱塞D固定門⑥汽門桿適當位置，又置于腔E中，有軸向運動工作行程，組合體置于汽缸蓋上。
●注入補氣工作過程圖⑨是補氣門⑥關閉時結構示意圖；補氣門⑥有兩個不同性質的工作要求，故工作過程不同之(1)爆燃補氣做功行程及(引)排氣行程的工作過程當門⑥開啟動作時，即時由搖臂F驅動柱塞C向汽缸方向運動，大彈簧壓縮，腔⑤NB些氣體被壓縮，仍到腔E頂推動小柱塞D同向運動，小彈簧壓縮，直到門⑥開啟到極限位置停。同時門⑥開啟，NB些氣體進入缸內，此時，腔⑤容積至小，可以不計。
當氣門⑥關閉時，搖臂F松動，大小柱塞C和D復位，氣門⑥關閉。此過程，搖臂H始終非動作狀態(tài)。
(2)吸供氣及壓蓄氣行程時的工作過程補氣門⑥開啟至關閉的整個工作過程，搖臂F始終非動作狀態(tài)，只搖臂H驅動氣門⑥桿工作，大柱塞C始終處于蓄氣腔⑥有最大容積的行程位置上。
權利要求
1.本復氣式內燃機、構造及工作原理基本同公知內燃機，其特征是本機在公知條件爆燃做功行程初，于上止點后角β(β因機而異)時，向汽缸內補入適量NB些空氣，由此吸熱膨脹做功空氣，由公知內燃機的N些增至(N+NB)些，此種補氣方法是公知內燃機所不具備的，公知內燃機的爆燃做功行程，在本機轉化為爆燃補氣做功行程；
2.根據權利要求1所述，外壓補氣四行程汽—柴油機其特征復氣式配氣機構的構造，由新增置渦輪壓氣機①、蓄氣罐②、供氣門④、蓄氣腔⑤及補氣門⑥等，與公知的進氣門③及排氣門⑦等構成之；機①通罐②，罐②另端連通門④；進氣門③與汽缸連通，門③另端柴油機時通大氣，汽油機時與汽化器接通；腔⑤一端連通門④，另經門⑥通汽缸；排氣門⑦一端通汽缸，另端通大氣，工作過程有吸供氣行程、壓蓄氣行程、爆燃補氣做功行程和排氣行程；
3.根據權利要求1、2所述，外壓補氣二行程汽—柴油機其特征復氣式配氣機構的構造，同權利要求1所述的復氣式配氣機構，增置渦輪引排氣機⑧；柴油機時進氣門③一端接罐②，另端通汽缸，汽油機時門③一端通汽缸，另端通汽化器；機⑧一通門⑦，另通大氣，工作過程有吸供氣行程、壓蓄氣行程爆燃補氣做功行程和引排氣行程；
4.根據權利要求1、2所述，內壓補氣四行程柴油機其特征復氣式配氣機構的構造，在權利要求1所述的復氣式配氣機構的基礎上做了相應的改動而得之；罐②通門③，不設門④，工作過程有吸供氣行程、壓蓄氣行程、爆燃補氣做功行程和排氣行程；
5.根據權利要求1、2所述，內壓補氣二行程柴油機其特征復氣式配氣機構的構造，將權利要求1所述的配氣機構做了改動而得之；罐②連通門③不設門④，增置機⑧，其一端通門⑦，另通大氣，工作過程有吸供氣行程、壓蓄氣行程、爆燃補氣做功行程和引排氣行程；
6.根據權利要求1、2所述，蓄氣腔⑤、補氣門⑥組合體特征采用注入補氣方法向汽缸補入NB些空氣，能使蓄氣腔⑤容積變動至小可不計；□外壓補氣復氣式配氣機構的蓄氣腔⑤、補氣門⑥組合體的構造補氣門⑥、帶有進氣窗口的蓄氣腔體A、窗口B、蓄氣腔⑤、大柱塞C、小柱塞D、大柱塞內腔E；窗口B一端通供氣門④，另端通蓄氣腔⑤，大柱塞C在腔⑤之中，有軸向運動工作行程，小柱塞D固定在門⑥桿上的適當位置，又置于腔E中，有軸向運動工作行程，組合體置于汽缸蓋；□內壓補氣復氣式配氣機構蓄氣腔⑤、補氣門⑥組合體的構造補氣門⑥、蓄氣腔體A、蓄氣腔⑤、大柱塞C、小柱塞D及大柱塞內腔E；腔⑤經門⑥通氣缸、大柱塞C在腔⑤中，有軸向運動工作過程，小柱塞D固定門⑥汽門桿適當位置，又置于腔E中，有軸向運動工作行程，組合體置于汽缸蓋上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一復氣式內燃機，本機是增加公知內燃機膨脹做功的配氣量而得之，提高熱效，節(jié)油25％－30％。
文檔編號F02B47/04GK1407215SQ01125978
公開日2003年4月2日 申請日期2001年9月10日 優(yōu)先權日2001年9月10日
發(fā)明者薛殿甲 申請人:薛殿甲