專利名稱：四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)燃油1/3的能量被尾氣帶走，給了內(nèi)燃機(jī)一個(gè)很大的能量回收空間。近年來(lái)，基于郎肯循環(huán)和熱電材料的大量研究給出了很多廢氣能量回收方案。但是，基于郎肯循環(huán)的能量回收系統(tǒng)的集成度仍然很難滿足實(shí)際需求，而基于熱電材料的能量回收系統(tǒng)則受到回收效率過(guò)低的困擾需要一次革命性的材料發(fā)展才能有望應(yīng)用。工質(zhì)移缸技術(shù)是內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)，它突破了傳統(tǒng)的單缸循環(huán)工作循環(huán)的模式，通過(guò)多個(gè)氣缸聯(lián)合完成一個(gè)工作循環(huán)，通過(guò)氣缸之間的配合，完成單缸循環(huán)所難以完成的工作。Scuderi內(nèi)燃機(jī)是一款典型的應(yīng)用工質(zhì)移缸技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)通過(guò)管道將兩個(gè)氣缸連通聯(lián)合完成工作循環(huán)，其中一個(gè)氣缸負(fù)責(zé)“進(jìn)氣-壓縮”，另一個(gè)氣缸完成“燃燒-排氣”，預(yù)期該內(nèi)燃機(jī)的燃燒效率能達(dá)到57%。德國(guó)META公司的K內(nèi)燃機(jī)由冷熱兩個(gè)氣缸組成一個(gè)工作單元，冷缸將新鮮空氣與燃油混合并進(jìn)行壓縮，熱缸利用殘留廢氣余溫點(diǎn)燃混合氣，形成均質(zhì)混合氣著火。法國(guó)伊爾莫(Ilmor)公司設(shè)計(jì)發(fā)明了一種“五沖程內(nèi)燃機(jī)”概念，它的兩個(gè)氣缸工質(zhì)完成常規(guī)四個(gè)沖程后，交替移到中間一個(gè)大容腔氣缸實(shí)現(xiàn)繼續(xù)膨脹做功，設(shè)計(jì)人員預(yù)測(cè)，增壓型五沖程內(nèi)燃機(jī)將比現(xiàn)有的機(jī)型提高效率5%至20%，一臺(tái)排量?jī)H為O. 7升的三缸五沖程增壓內(nèi)燃機(jī)可以輸出130hp的最高功率和165N-m的最大扭矩。目前這些應(yīng)用工質(zhì)移缸技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)雖然可以獲得較好的性能，但是由于結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)相差較大，很多方面難以繼承現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的生產(chǎn)制造技術(shù)，不便商業(yè)化應(yīng)用，而且在工質(zhì)移缸過(guò)程中節(jié)流損失大影響總體性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)工質(zhì)移缸中節(jié)流損失少、能夠充分利用內(nèi)燃機(jī)高溫氣體
倉(cāng)tfi。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，包括兩個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸3和多個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4，所述兩個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸3和多個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4組成一個(gè)工作單元，兩個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸3和多個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4通過(guò)穩(wěn)壓腔5相連，所述內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)工作單元。所述多個(gè)工作單元共用一個(gè)穩(wěn)壓腔5或每個(gè)工作單元均有一個(gè)穩(wěn)壓腔5。所述四沖程燃燒循環(huán)氣缸3有進(jìn)氣門7、排氣門6以及點(diǎn)火裝置，所述兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4只有進(jìn)氣門7和排氣門6，無(wú)點(diǎn)火裝置。所述內(nèi)燃機(jī)包括直列內(nèi)燃機(jī)和V型內(nèi)燃機(jī)。所述直列內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管I和排氣歧管2在四沖程燃燒循環(huán)氣缸3和兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4的同一側(cè)，穩(wěn)壓腔5在另一側(cè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I)在工質(zhì)移缸過(guò)程中，穩(wěn)壓腔的存在降低了燃燒缸受排氣背壓的影響，同時(shí)也降低了前后缸配氣相位的匹配難度；2)更多的膨脹缸擁有更多的進(jìn)氣門和排氣門，有效增大了氣缸進(jìn)排氣門的流通面積，降低了泵氣損失；3)高溫燃?xì)庠诙鄠€(gè)膨脹缸中膨脹做功，如果各缸缸徑相同，則缸體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)相同，無(wú)需對(duì)缸體進(jìn)行改造，該方案可用于對(duì)現(xiàn)有四沖程火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)和壓燃式內(nèi)燃機(jī)的改造，僅需更換凸輪軸和進(jìn)排氣歧管，改造難度低，集成度高，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作單元的循環(huán)示意圖。圖2是四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)直列四缸機(jī)示意圖。圖3是四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)直列四缸機(jī)工作順序圖。圖4是四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)V型八缸機(jī)示意圖。圖5是四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)V型八缸機(jī)工作順序圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，為本發(fā)明四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作單元的循環(huán)示意圖，本發(fā)明兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4的數(shù)量與缸徑可以根據(jù)膨脹比的需求來(lái)確定，本實(shí)施例兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4的數(shù)量為兩個(gè)。兩個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸3的點(diǎn)火時(shí)刻相差360°曲軸轉(zhuǎn)角，一個(gè)工作單元中的兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4同時(shí)進(jìn)氣和排氣，兩個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸3燃燒后的高溫燃?xì)馔ㄟ^(guò)穩(wěn)壓腔5交替進(jìn)入兩個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4。新鮮空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后，先進(jìn)入四沖程燃燒循環(huán)氣缸3，歷經(jīng)“進(jìn)氣-壓縮-做功-排氣”四個(gè)沖程后，高溫燃?xì)獗慌湃敕€(wěn)壓腔5，然后進(jìn)入兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4，經(jīng)歷“進(jìn)氣-排氣”兩個(gè)沖程后，再被排出發(fā)動(dòng)機(jī)。高溫燃?xì)庠趦蓻_程非燃燒循環(huán)氣缸4活塞下行階段，可噴入尿素或臨界高溫水等，以增強(qiáng)做功能力。該發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下采用不同進(jìn)氣增壓比和不同配氣相位，以達(dá)到最佳性能輸出。這種內(nèi)燃機(jī)，可達(dá)到熱效率、轉(zhuǎn)矩及功率等指標(biāo)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)。如圖2所示，為四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)直列四缸機(jī)示意圖，按照?qǐng)D示從左到右的順序依次排列為I缸、2缸、3缸和4缸，圖中的標(biāo)識(shí)I表不進(jìn)氣門7,E表不出氣門6。內(nèi)燃機(jī)工作順序如圖3所示，將I缸和4缸作為四沖程燃燒循環(huán)氣缸3，2缸和3缸作為兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4，I缸和4缸的點(diǎn)火間隔為360°曲軸轉(zhuǎn)角，整個(gè)內(nèi)燃機(jī)形成一個(gè)完整的工作單元，I缸和4缸的排氣交替通過(guò)穩(wěn)壓腔5進(jìn)入2缸和3缸。四個(gè)氣缸的缸徑相同，一個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸3的燃?xì)膺M(jìn)入兩個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4，燃?xì)怏w積再膨脹了 2倍。新鮮空氣先通過(guò)進(jìn)氣歧管I進(jìn)入四沖程燃燒循環(huán)氣缸3，完成傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的四沖程“進(jìn)氣-壓縮-做功-排氣”后，燃?xì)獗慌湃敕€(wěn)壓腔5，同時(shí)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4的進(jìn)氣門7已經(jīng)打開(kāi)，燃?xì)庥煞€(wěn)壓腔5同時(shí)進(jìn)入兩個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4，經(jīng)過(guò)“進(jìn)氣-排氣”兩個(gè)沖程后通過(guò)排氣歧管2被排出內(nèi)燃機(jī)。如圖4所示，為四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)V型八缸機(jī)示意圖，上面的四個(gè)缸為左缸L，按照?qǐng)D示從左到右的順序依次排列為1L、2L、3L和4L，下面的四個(gè)缸為右缸R(shí)，按照?qǐng)D示從左到右的順序依次排列為1R、2R、3R和4R,圖中的標(biāo)識(shí)I表示進(jìn)氣門7, E表示出氣門6。內(nèi)燃機(jī)工作順序如圖5所示，將3L缸、4L缸、IR缸和3R缸作為四沖程燃燒循環(huán)氣缸3，IL缸、2L缸、2R缸和4R缸作為兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4，3L缸和IR缸的點(diǎn)火間隔為360°曲軸轉(zhuǎn)角，4L缸和3R缸的點(diǎn)火間隔為360°曲軸轉(zhuǎn)角，整個(gè)內(nèi)燃機(jī)由兩個(gè)工作單元組成，3L缸和IR缸與兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4組成一個(gè)工作單元，4L缸和3R缸與兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4組成一個(gè)工作單元，每個(gè)工作單元中的四沖程燃燒循環(huán)氣缸3的燃?xì)饨惶嫱ㄟ^(guò)穩(wěn)壓腔5進(jìn)入兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4。八個(gè)氣缸共用一個(gè)穩(wěn)壓腔5，八個(gè)氣缸的缸徑相同，一個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸3的燃?xì)馔瑫r(shí)進(jìn)入兩個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4，燃?xì)怏w積再膨脹了 2倍。新鮮空氣先通過(guò)進(jìn)氣歧管I進(jìn)入四沖程燃燒循環(huán)氣缸3，完成傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的四沖程“進(jìn)氣-壓縮-做功-排氣”后，燃?xì)獗慌湃敕€(wěn)壓腔5，同時(shí)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4的進(jìn)氣門7已經(jīng)打開(kāi)，燃?xì)庥煞€(wěn)壓腔5同時(shí)進(jìn)入兩個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸4，經(jīng)過(guò)“進(jìn)氣-排氣”兩個(gè)沖程后通過(guò)排氣歧管2被排出內(nèi)燃機(jī)。
權(quán)利要求
1.四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，包括兩個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸(3)和多個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸(4)，其特征在于所述兩個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸(3)和多個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸(4)組成一個(gè)工作單元，兩個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸(3)和多個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸(4)通過(guò)穩(wěn)壓腔(5)相連，所述內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)工作單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，其特征在于所述多個(gè)工作單元共用一個(gè)穩(wěn)壓腔(5 )或每個(gè)工作單元均有一個(gè)穩(wěn)壓腔(5 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，其特征在于所述四沖程燃燒循環(huán)氣缸(3)有進(jìn)氣歧管(I)、排氣歧管(2)、進(jìn)氣門(7)、排氣門(6)以及點(diǎn)火裝置，所述兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸(4)只有進(jìn)氣歧管(I)、排氣歧管(2)、進(jìn)氣門(7)和排氣門(6)，無(wú)點(diǎn)火裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，其特征在于所述內(nèi)燃機(jī)包括直列內(nèi)燃機(jī)和V型內(nèi)燃機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，其特征在于所述直列內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管(I)和排氣歧管(2)在四沖程燃燒循環(huán)氣缸(3)和兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸(4)的同一側(cè)，穩(wěn)壓腔(5)在另一側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種四沖程與二沖程組合循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，包括兩個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸和多個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸，所述兩個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸和多個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸組成一個(gè)工作單元，兩個(gè)四沖程燃燒循環(huán)氣缸和多個(gè)兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸通過(guò)穩(wěn)壓腔相連，所述內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)工作單元；新鮮空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后，先進(jìn)入四沖程燃燒循環(huán)氣缸，歷經(jīng)“進(jìn)氣-壓縮-做功-排氣”四個(gè)沖程后，高溫燃?xì)獗慌湃敕€(wěn)壓腔，然后進(jìn)入兩沖程非燃燒循環(huán)氣缸，經(jīng)歷“進(jìn)氣-排氣”兩個(gè)沖程后，再被排出發(fā)動(dòng)機(jī)；本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)通過(guò)非燃燒循環(huán)氣缸回收了燃燒循環(huán)氣缸的燃?xì)饽芰?，具有工質(zhì)移缸中節(jié)流損失少、能夠充分利用內(nèi)燃機(jī)高溫氣體能量的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F02B75/02GK103016148SQ20121053720
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者盧勇, 裴普成, 劉永峰 申請(qǐng)人:清華大學(xué)