一种高效节能发动机结构探讨.pdf

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1、#＆一#☆##*￡自n镕目女H一种高效节能发动机结构探讨DiscussionofHighEfficiencyandEnergySavingEngilieStnlcture轿车发动机节能的更高目标．不是代价高昂、结构复杂，析是从现有发动机“功率损失于内耗”^手，使结构彻底简化．体积、重量、造价彻底减下来。达到利用废气动能；解决内耗问题；提高升功率：实行稀薄燃烧；解决节气门问题；以及起动发电一发动机一体化。为汽油车，从汽油到可再生能源，提供经济实用、高艘节能的轻巧动力。1换气的微观层面．实现粒子有序运动和无强制排气．从根本上解决二

2、冲程问题二冲程新机制优千口冲程机制的结果是：发动机一整套气门传动机构(耗能占内耗的20％)和排气、吸气两个冲程(泵气损失和机械损失占内耗的50％)可以取消，从m】宴现：“复杂结构、两转作功一次”高成本的耗能做法，改为“简单结构、一转作功一次”低成本的节能做法。使升功率和扭矩提高一倍以上．而无需动用增压赫径的办法；汽油机的节能效果将超过柴油机，尤其，低负荷的燃油经济性将成倍提高：而发动机成本可大幅下降；比功率超过1．SkW／kg。汽油车的续驶里程、动力性、低排破和高可靠性将有全新的表现。2继承传统发动机的优点．简化其结构“传统活

3、塞直接推动曲轴旋转、典型的二冲程气缸工作容积”的发动机，机构演化(图2、图4)无带改变抽柄连杆机构的运动链．即可使传统理想咧柱形活塞的往复运动．变成行星运动(与转子发动机的i角活塞一样，公转加自转)，实现由括塞[1I】、[12j(见图3图5)直接推动曲轴口1】旋转。从而，不仅太幅度减小发动机的体积、重量．而且从根奉上消除了往复惯性力．为减少发动机的内耗．为发动机的高速化，扫除一个障碍。与此同时，气缸的旋转不仅取代以尺寸、重量发挥作用的飞轮．为发动机的轻量化扫除一个障碍(转子发动机仍须有飞轮和曲轴平衡重)，更主要的是，气缸的旋转

4、展开了《全序发动机》的节能新途径夸AB=OB々nR为闻定构件囊■521气缸舯旋转，便传统二冲程换气过程产生了质变，抉吒州题的解决进^微观屡面，如图3所示，废气牲子1201、新气牲予119份别在方向相反的科氏力强烈约束下，紧贴各自一侧缸壁(分别称前进面．落后面)的椿她，实现粒于的有序运动。并且，废气耗子始终主动从排气窗口『181或18u1射出．特别是自由排气阶段，接近排气葡¨的废气粒子科氏加速度w。可选I口半／秒2(Wh,-2v∞々气流速度v、气缸的角建度∞有兰，呵与发动机的R寸无关)，数万n{觳十万米，秒2的巨大加速度在其每个

5、废气粒子的质盘上，产生E大的惯性力(科氏力)，致使气流v内的粒子紊乱状态，在剧烈加建中，变成粒子的一致射出(宏观上将是可观的动能从热能中转化出来，为废气动能的冉利用创造条件)，进而又导致v的增大、形成瞬时澈发的连锁反应．造成自由排气后期缸内出现真窄。紧随进’C窗口116]fl‘J开肩．以真空吸气为主的进气阶段，取代了传统的打‘t与强制排气阶段．节省r扫气泉的能耗，并根本上减少了两种粒子相酒的机会。垒序发动机二冲程新机制的特征在于．无强制排气使换气成为．个全自由过程；科氏力使换气成为一个有序过程。其意义在于：①换气所需泵气能最B

6、由废气功能支付．从而增加了动力输出(N0，并使汽油机部分负荷下的节气损失问艇得到改普：②真空嗳气对(罗菠)扫气系是一个助力廿程(作功)。仅在进气后期需黉扫气泉m缸内填补新气至大气压．世无驱赶废气的负担．因此裘气损失一Ⅱ眦忽略；③进气阶段，缸内残余废气粒子继续主动从排气窗口射出．直到新气灌满气tiI(而传统口冲程换气，进气开始．燃烧章里的废气E经被关闭在缸内)．网此排气更加彻底，④另外，由于进气顺畅、新气粒子又有强{

7、3l约束．放町棒原有两个进气宙¨『16l(罔3、图8所示1作为进气主窗口，围绕下止点落后呵，蟹接着增设多个进7t

8、剐窗口。从而可以降低进，排气窗口的高度．使传统一：冲程发动机有效工作行程减小的块点得以解决．⑤总之，全序发动机换气舯自由、有拜得益于科氏加速度Wk=2V∞f矢量荛系)。由于∞=2n脚z“t0,n是气缸转速，接近排气窗El的气流速度v按自由排气韵音速500—700米／秒(与温度相关l。可见n只需1000转，分，壤气粒子的w-的数量缎即高选l旷米，杪2。说明，转速n对发动机性能具有正而技应．与传统汽油机克气散毕1，、机械敢事Ⅵ．等陋n升高而下降的总趋势相反f但并不意味着高述化．由于一冲稃B经使有敢作功次数增加一倍)．从而有益于改善

9、发动机的动力惟和经济性，使其成情和人幅增长。能Ⅸ分两种粒于的根本蟓凶是运动状卷不同：△废气粒子来自燃烧室．距离旋转中心O(该点的线速度是零)摄远线速度最大，一旦离开燃烧室．例如在向排气窗口运动巾，州每一点气缸的线速度是递减的，从而产十r超越气缸旋转的科氏惯忡力．使废气粒子紧蚺