專利名稱：一種噴射燃式發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)，特別是改進(jìn)的噴射燃式發(fā)動機(jī)。
技術(shù)背景傳統(tǒng)汽油機(jī)的工作原理是在進(jìn)氣沖程吸入汽油和空氣的混合氣，然后進(jìn)行壓縮，在壓縮上止點(diǎn)前某時刻通過火花塞點(diǎn)燃混合氣作功。由于受到汽油自身化學(xué)特性的限制，其壓縮比不能過高，否則會出現(xiàn)嚴(yán)重的爆震現(xiàn)象，因此其熱效率低于柴油機(jī)。
傳統(tǒng)的柴油機(jī)的工作原理是吸入和壓縮的是空氣，在壓縮終了氣缸內(nèi)的溫度超過柴油的自燃溫度，在上止點(diǎn)前某時刻噴入柴油時，邊混合邊燃燒。但由于在上止點(diǎn)前一次全部噴入柴油，混合氣形成的時間很短，柴油很難充分燃燒。其壓縮比雖然比汽油機(jī)高，但也不能進(jìn)一步提高，否則其爆發(fā)壓力過大，會對機(jī)件造成損害，這種現(xiàn)象稱之為“工作粗暴”。
上述兩種發(fā)動機(jī)的燃燒室都是由氣缸蓋、氣缸壁、活塞所圍成的空間組成，燃?xì)庠谄渲腥紵龝r，為了保證活塞等運(yùn)動機(jī)件不至于過熱而卡死，必須有相應(yīng)的冷卻機(jī)構(gòu)，有相當(dāng)一部分熱量被冷卻機(jī)構(gòu)帶走了，不能有效地轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率。為了減少熱量的散失，混合氣都是在缸內(nèi)活塞剛越過上止點(diǎn)后瞬間燃燒，這時雖然爆發(fā)力很大，但由于此時活塞剛越過上止點(diǎn)，大部分作用力通過活塞連桿后都被曲軸抵消了，能形成扭矩的力很小，提高壓縮比和燃燒爆發(fā)力只會增加曲軸的負(fù)擔(dān)，對提高動力和扭矩并沒有太大的幫助。
從現(xiàn)有對發(fā)動的改進(jìn)方法來看，主要集中在三個方面一是改善燃油在氣缸中的霧化效果，譬如采用預(yù)燃室技術(shù)，采用提高噴油壓力技術(shù)，改進(jìn)氣缸頂?shù)娜紵倚螤畹鹊?。二是采用計算機(jī)控制燃油噴射技術(shù)和控制點(diǎn)火等技術(shù)，以提高噴油量和點(diǎn)火正時的準(zhǔn)確性。三是采用稀薄燃燒技術(shù)，以提高燃油的經(jīng)濟(jì)性。但這些技術(shù)由于受到傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)本身結(jié)構(gòu)的缺陷和工作原理的限制，在提高大量成本之后收到的效果并不是很大。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的噴射燃式發(fā)動機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單，可減少熱量損失，在提高熱效率的同時，可以簡化冷卻機(jī)構(gòu)，可提高燃燒質(zhì)量，提高中小負(fù)荷下的燃油經(jīng)濟(jì)性，減少對曲軸的壓力，增加輸出扭矩。
解決本實(shí)用新型的技術(shù)問題所采用的方案是在傳統(tǒng)的主要由氣缸、活塞、曲軸機(jī)構(gòu)組成的發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)上，在氣缸蓋上安裝一噴燃體。該噴燃體的結(jié)構(gòu)為，在其殼體的空腔中分別裝入由耐熱材料制成的預(yù)熱室、燃燒室和火焰緩沖區(qū)三個耐熱腔體，該三部分耐熱腔之間的間隙為變窄喉管，即文氏管。殼體中的剩余空間為儲氣室，它通過氣道連至各喉管處，儲氣室還通過單向閥與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道相通，耐熱材料的火焰緩沖區(qū)與氣缸進(jìn)氣口連通，而預(yù)熱室則與噴油嘴連通。
本實(shí)用新型所采用的上述技術(shù)方案可達(dá)到以下效果(1)通過分離式的燃燒室使混合氣在缸外燃燒，由于專門的燃燒室中沒有運(yùn)動的機(jī)件，便于采用一些耐熱保溫的材料制造，最大限度地減少了熱量的損失。
(2)由于專門的燃燒室內(nèi)壓縮終了時的溫度很高，無論噴入的是現(xiàn)有的哪一種燃料，燃料噴入后都能很快自燃，不用專門的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)。
(3)不受燃料爆燃等因素影響，可以最大限度地提高壓縮比，還可以在不預(yù)先混合的前提下，方便地同時使用性質(zhì)不同的燃料。
(4)降低了氣缸中的氣體溫度，減少了熱量的散失，在提高熱效率的同時，可以簡化冷卻機(jī)構(gòu)，甚至可以取消專門的水冷或油冷機(jī)構(gòu)。
(5)改變了氣壓作用的時間，減小了對曲軸的壓力，增加了輸出的扭矩。
(6)采用了高壓噴射、高溫加熱霧化、燃燒中二次進(jìn)氣的方法，最大限度地提高了燃燒質(zhì)量。同時由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，噴入很少量燃油也能燃燒，大大減提高了中小負(fù)荷下的燃油經(jīng)濟(jì)性。
(7)能最大限度地利用現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的成熟技術(shù)，結(jié)構(gòu)的移植性和兼容性好，研發(fā)經(jīng)費(fèi)少，設(shè)備投資少，經(jīng)濟(jì)效益高。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的進(jìn)氣過程工作原理示意圖；圖3為本實(shí)用新型的壓縮過程工作原理示意圖；圖4為本實(shí)用新型的做功過程工作原理示意圖；圖5為本實(shí)用新型的排氣過程工作原理示意圖。
圖中各標(biāo)號依次表示氣門彈簧1、彈簧座2、輔助進(jìn)氣門3、噴油嘴4、耐熱材料5、殼體6、喉管7、氣道A、輔助燃料入口B、火焰緩沖區(qū)C、燃燒室D、儲氣室E、預(yù)熱室F。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本噴射燃式發(fā)動機(jī)是在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的氣缸蓋上安裝一噴燃體，該噴燃體的結(jié)構(gòu)為，在其殼體6的空腔中從上到下依次分別裝入預(yù)熱室F、燃燒室D和火焰緩沖區(qū)C三個腔室，該三部分由耐熱材料5制成，它們之間的間隙為變窄喉管7，即文氏管，當(dāng)有流體從喉管7處流過時，可產(chǎn)生負(fù)壓。殼體6中除了預(yù)熱室F、燃燒室D和火焰緩沖區(qū)C占據(jù)的空間外，剩余空間為儲氣室E，它通過氣道A連至各喉管7處。儲氣室E還通過單向閥與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道相通，耐熱材料制成的火焰緩沖區(qū)C與氣缸進(jìn)氣口連通，而預(yù)熱室F則與噴油嘴4連通。
為了能同時使用兩種燃料，并能減少燃料供給系的能量消耗，在預(yù)熱室F與燃燒室D間的喉管處設(shè)有輔助燃料入口B。在本實(shí)施例所述的噴射燃式發(fā)動機(jī)中，由殼體6、預(yù)熱室F、燃燒室D、火焰緩沖區(qū)C以及單向閥組成的空間總?cè)莘e與汽缸燃燒室容積相當(dāng)，耐熱材料5內(nèi)部各室(預(yù)熱室F、燃燒室D和火焰緩沖區(qū)C)的容積與總?cè)莘e的比例在30％～60％之間，耐熱材料5可采用改性陶瓷或陶瓷合金。圖1所示的本例的單向閥由氣門彈簧1、彈簧座2、輔助進(jìn)氣門3連接組成，噴油嘴4的油孔孔徑選擇0.2mm～0.8mm。
本實(shí)用新型裝置的工作原理如圖2～5所示一、進(jìn)氣過程當(dāng)四沖程柴油機(jī)的活塞處于進(jìn)氣沖程時，原發(fā)動機(jī)進(jìn)氣門打開，開始進(jìn)氣。氣缸中的壓力低于進(jìn)氣管中的壓力，本裝置的輔助進(jìn)氣門3的上方與發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣管相通，火焰緩沖區(qū)C的下部與氣缸相通。在壓力差的作用下輔助進(jìn)氣門3克服氣門彈簧1的彈力而打開，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管中的空氣在通過正常渠道進(jìn)氣的同時，空氣還可通過輔助進(jìn)氣門3、儲氣室E和氣道A，流經(jīng)燃燒室D和火焰緩沖區(qū)C進(jìn)入氣缸中。新進(jìn)入的空氣可以掃除殘留在燃燒室D中的廢氣。
二、壓縮過程當(dāng)四沖程柴油機(jī)的活塞處于壓縮沖程時，發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣門關(guān)閉，氣缸內(nèi)的壓力提高，在氣壓作用下，本裝置的輔助進(jìn)氣門3關(guān)閉。本裝置與氣缸形成一個密封腔。隨著活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，氣缸中的空氣被壓入本裝置的儲氣室E、氣道A、燃燒室D、預(yù)熱室F和火焰緩沖區(qū)C中。壓縮終了時，在增大壓縮比的情況下，本裝置中各室的氣體溫度高于普通柴油機(jī)的燃燒室中的溫度。
三、作功沖程當(dāng)四沖程柴油機(jī)的活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時，噴油嘴4向缸內(nèi)噴入燃油，此時噴入的燃油約為普通柴油機(jī)同功率條件下的1/4至1/2。由于預(yù)熱室F的氣溫和耐熱材料5的溫度比普通柴油機(jī)高，噴入的燃料能迅速氣化，在噴油壓力作用下以較高速度沖入燃燒室中。在預(yù)熱室F下方為文氏喉管7結(jié)構(gòu)，當(dāng)燃料蒸氣快速流過時，將在喉管7部位會形成負(fù)壓，此負(fù)壓可以吸入儲氣室E中的空氣，進(jìn)一步加強(qiáng)燃料的混合和蒸發(fā)，此時形成濃混合氣。當(dāng)濃混合氣進(jìn)入到燃燒室D中時，遇高溫空氣而迅速燃燒膨脹，由于噴入的燃料少于普通柴油機(jī)，此時燃燒室中的壓力比普通柴油機(jī)燃料噴入后的壓力低20％左右。在此高壓作用下，燃?xì)庖暂^高的流速通過火焰緩沖區(qū)進(jìn)入氣缸，推動活塞向下運(yùn)動作功。由于燃燒室下方也是喉管結(jié)構(gòu)，當(dāng)燃?xì)饬鹘?jīng)時，也會在喉管部位形成負(fù)壓，將儲氣室E中的空氣吸盡，同時在此負(fù)壓作用下吸開輔助進(jìn)氣門3二次吸入空氣。剩余的油料被噴油器持續(xù)噴入，此時燃燒室內(nèi)的溫度很高，又有被二次吸入的空氣，可以持續(xù)穩(wěn)定燃燒。燃燒的氣體進(jìn)入火焰緩沖區(qū)C中，未燃盡的很少部分燃料可以繼續(xù)充分燃盡。燃?xì)膺M(jìn)入氣缸時，體積變大，流速降低，壓力增大。由于有被二次吸入的空氣的冷卻，此時的溫度比普通柴油機(jī)低40％左右。當(dāng)停止噴油后，燃燒室D中的燃燒氣流停止，喉管7處的負(fù)壓消失，輔助進(jìn)氣門3在壓力和彈簧1彈力作用下關(guān)閉?；钊谌紵龔U氣剩余壓力作用下繼續(xù)膨脹作功，直到下止點(diǎn)前排氣門打開為止。如果使用兩種燃料，比如柴油和汽油、柴油和酒精、柴油和天燃?xì)獾?，可以選擇柴油為噴射燃料，另一種燃料可以通過設(shè)在喉管7處的輔助燃料入口B被吸入，不用事先將兩種燃料進(jìn)行混合。特別是用柴油和酒精作為燃料，能充分發(fā)揮兩種燃料各自的特點(diǎn)，對減少大氣污染具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。
四、排氣沖程與普通發(fā)動機(jī)的排氣過程完全一樣。
本新型實(shí)用裝置的積極效果1、傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)相比，其燃燒室獨(dú)立于氣缸之外，不受運(yùn)動機(jī)件的限制和影響，制造材料的選擇余地更大，可以盡可能地選擇耐熱性好，導(dǎo)熱性差的材料，以保證盡量減少熱損失。其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也可由包圍在外部的金屬層來保證。燃燒后進(jìn)入氣缸的廢氣溫度比普通發(fā)動機(jī)低，因此從缸壁散發(fā)的熱量比傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)少?？梢赃x擇低強(qiáng)度的冷卻系統(tǒng)。帶來的好處是在提高熱效率的同時，降低了散熱的能耗。
2、由于采用了特殊的燃燒室形狀，燃料燃燒越快越猛烈，形成的噴射氣流越強(qiáng)，吸入的空氣越多，燃燒越充分，對推動活塞作功越有利。因此不存在普通發(fā)動機(jī)爆震和工作粗暴的影響，可以進(jìn)一步提高壓縮比，以進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)的熱效率，同時提高其低溫起動性能。
3、由于減少了初始供油量，既便在高壓比下，也不會因混合氣爆發(fā)壓力過大而對相關(guān)機(jī)件造成損害。由于燃料集中在耐熱層內(nèi)燃燒，耐熱層內(nèi)的容積只占總壓縮容積的1/2左右，因此，當(dāng)初次噴入少量燃油時，形成的混合氣濃度仍然可以達(dá)到可燃濃度。而且由于提高了壓縮比，耐熱層內(nèi)壁溫度又很高，在普通發(fā)動機(jī)燃燒室中不能燃燒的稀薄混合氣，在這種環(huán)境中也能燃燒。這對于降低中小負(fù)荷，特別是怠速工況的油耗將起到關(guān)鍵作用。
4、由于采用了二次進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，一方面，吸入的空氣流對燃料的充分氣化燃燒非常有利。另一方面，吸入的空氣使燃燒更徹底，能大大降低一氧化碳的含量。第三方面，吸入的冷空氣冷卻了耐熱層外壁的金屬層，提高了金屬的強(qiáng)度，同時減少了熱量的散失。第四方面，處于火焰緩沖區(qū)上方吸入的冷空氣能明顯降低火焰的溫度，使進(jìn)入氣缸的氣體溫度降低，減少了缸壁熱傳導(dǎo)損失，在提高熱效率的同時，這對于降低廢氣中的二氧化氮、碳?xì)浠匣扔泻Ψ莺苡袔椭?br> 5、由于噴燃體采用類似于噴氣式發(fā)動機(jī)的噴射燃燒結(jié)構(gòu)，在發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，燃燒后的廢氣在喉管處會形成速度很高的氣流，但當(dāng)氣流噴入氣缸時，由于氣缸直徑比噴口直徑大得多，氣流一但進(jìn)入缸體中，會由于體積膨脹而使溫度下降，壓力增大。二次被吸入的冷空氣也會降低氣溫，因此，氣缸中的機(jī)件不會因過熱而損壞。也正因為缸內(nèi)的氣溫遠(yuǎn)低于普通發(fā)動機(jī)，使得活塞在整個作功沖程的前三分之一甚至二分之一以上的行程內(nèi)，燃燒室仍然在噴射燃燒成為可能。由于此時活塞已遠(yuǎn)離上止點(diǎn)，此時活塞上方的壓力雖然比普通發(fā)動機(jī)低，但相對于發(fā)動機(jī)的曲柄連桿而言，但所形成的扭矩卻大得多。因而能較大程度地改進(jìn)普通發(fā)動機(jī)的扭矩特性。
6、由于采用了喉管吸氣結(jié)構(gòu)，因此能方便地吸入第二種不同的燃料，而不用在噴射前對燃料進(jìn)行混合或加壓，大大簡化了第二燃料的供給方式。吸入的燃料直接進(jìn)入高溫燃燒室，就象在高溫的火爐中加入燃油一樣，不存在如何點(diǎn)燃的問題。這對于采用酒精之類的清潔燃料很有現(xiàn)實(shí)意義。既便只用柴油一種燃料，也可能只對其一半或更少進(jìn)行加壓噴射，而另一半采用吸入式供油，這有利于減少燃料供給系的能量消耗。
7、本新型實(shí)用發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，對現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的改動量小，一方面有利于充分利用現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的成熟技術(shù)，降低開發(fā)研制成本。二方面有利于利用現(xiàn)有發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線迅速形成生產(chǎn)力，生產(chǎn)出成熟產(chǎn)品。第三方面自身結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，維修方便，可靠性高。
綜上所述，本新型實(shí)用裝置通過對傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的局部創(chuàng)新和調(diào)整，對其工作原理作了的較大改進(jìn)，能使現(xiàn)有發(fā)動機(jī)在熱效率、扭矩特性、油耗、低污染等方面有較大改善。具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高等特點(diǎn)，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，社會價值和發(fā)展?jié)摿Α?br> 權(quán)利要求1.一種噴射燃式發(fā)動機(jī)，主要由氣缸、活塞、曲軸機(jī)構(gòu)組成，其特征是在氣缸蓋上裝有一噴燃體，噴燃體結(jié)構(gòu)為在殼體空腔中從上到下依次分別裝入預(yù)熱室、燃燒室和火焰緩沖區(qū)這三個由耐熱材料制備的腔室，該三部分耐熱材料腔之間的間隙為變窄喉管，殼體中所設(shè)的儲氣室通過氣道連通喉管，儲氣室通過單向閥與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道相通，火焰緩沖區(qū)與氣缸進(jìn)氣口連通，預(yù)熱室與噴油嘴連通。
2.按權(quán)利要求1所述的噴射燃式發(fā)動機(jī)，其特征是在預(yù)熱室與燃燒室間的喉管處設(shè)有輔助燃料入口。
3.按權(quán)利要求2所述的噴射燃式發(fā)動機(jī)，其特征是由殼體、預(yù)熱室、燃燒室、火焰緩沖區(qū)以及單向閥組成的空間總?cè)莘e與汽缸燃燒室容積相等，耐熱材料內(nèi)部各室的容積與總?cè)莘e的比例在30％～60％之間。
4.按權(quán)利要求3所述的噴射燃式發(fā)動機(jī)，其特征是耐熱材料采用改性陶瓷或陶瓷合金，單向閥由氣門彈簧、彈簧座、輔助進(jìn)氣門連接組成。
5.按權(quán)利要求4所述的噴射燃式發(fā)動機(jī)，其特征是噴油嘴的油孔為0.2mm～0.8mm。
專利摘要一種噴射燃式發(fā)動機(jī)。本實(shí)用新型屬于燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)，特別是改進(jìn)的噴射燃式發(fā)動機(jī)。本裝置的特點(diǎn)是在現(xiàn)有氣缸蓋上裝有一噴燃體，噴燃體結(jié)構(gòu)為在殼體空腔中分別裝有耐熱材料制備的預(yù)熱室、燃燒室和火焰緩沖區(qū)，該三部分耐熱材料腔之間的間隙為變窄喉管，殼體中所設(shè)的儲氣室通過氣道連通喉管，儲氣室通過單向閥與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道相通，火焰緩沖區(qū)與氣缸進(jìn)氣口連通，預(yù)熱室與噴油嘴連通。本發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可減少熱量損失，在提高熱效率的同時，可以簡化冷卻機(jī)構(gòu)，可提高燃燒質(zhì)量，提高中小負(fù)荷下的燃油經(jīng)濟(jì)性，減少對曲軸的壓力，增加輸出扭矩。
文檔編號F02B19/10GK2740785SQ200420034308
公開日2005年11月16日 申請日期2004年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月10日
發(fā)明者張俊 申請人:張俊