一种提高发动机效率的方法与流程

1.本发明涉及一种发动机，特别是一种提高发动机效率的方法。


背景技术：

2.发动机缸内气体流场对燃烧效率、热传导损失起关键作用。目前，发动机缸内气体流场的建立主要是通过活塞顶部形状设计、燃烧室形状设计、进气门侧设置导流屏、设置副燃烧室等方法实现，此类方法设计、验证过程复杂，且无法达到令人满意的效果。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：提供一种提高发动机效率的方法。
4.解决上述技术问题的技术方案是：一种提高发动机效率的方法，包括发动机，活塞在缸体的缸孔内做往复运动，活塞运动的最高点为活塞运动上止点，活塞运动的最低点为活塞运动下止点，进气门、排气门、火花塞和喷油器设置在缸盖上，缸盖上的凹陷空间为燃烧室；在发动机的燃烧室与活塞运动空间之间设置有分隔板，分隔板上设置有连通燃烧室和活塞运动空间的导流通道；气体通过导流通道后形成流场，结合燃料喷射时刻控制，使可燃混合气体仅位于燃烧室中，活塞运动空间内填充的是空气或空气与再循环废气混合的不可燃混合气，活塞压迫气体进入燃烧室的过程中可在燃烧室壁面附近形成不燃气体隔热层；燃料喷射时刻为：所述的发动机为四冲程汽油发动机，并且汽油供给方式为缸内直喷时，喷油时刻在吸气冲程进气门关闭后至压缩冲程活塞运动到上止点前，点火时刻在压缩冲程活塞运动到上止点前，喷油时刻早于点火时刻；发动机为二冲程汽油发动机，并且汽油供给方式为缸内直喷时，喷油时刻在活塞向上运动关闭排气口后至活塞向上运动到上止点前，点火时刻在压缩冲程活塞运动到上止点前，喷油时刻早于点火时刻；发动机为四冲程汽油发动机，并且汽油供给方式为进气门入口处喷射时，喷油时刻在吸气冲程活塞向下运动一半行程后至进气门关闭前，点火时刻在压缩冲程活塞运动到上止点前。
5.本发明的进一步技术方案是：所述的导流通道在分隔板上呈环形倾斜分布，使气体从活塞运动空间进入燃烧室时在燃烧室内宏观上呈涡流状；所述的导流通道上设置螺旋结构，在导流通道的壁面上有螺旋状凸筋，使气体经过时发生扰动；导流通道顶部开口对着燃烧室壁面，气体从活塞运动空间进入燃烧室时冲击燃烧室壁面并沿燃烧室壁面流动。
6.所述的分隔板上设置冷却液流通通道，通过冷却液将分隔板上的热量带走，降低分隔板的温度。
7.所述的分隔板上设置热管。
8.所述的分隔板上设置气门避让空间，避免气门打开时与分隔板干涉。
9.由于采用上述技术方案，本发明之一种提高发动机效率的方法，具有以下有益效果：在发动机的燃烧室与活塞运动空间之间设置带有连通燃烧室和活塞运动空间导流通道的分隔板，气体通过导流通道后形成特定流场，结合燃料喷射时刻控制，使可燃混合
气体仅位于燃烧室中，活塞运动空间内填充的是空气或空气与再循环废气混合的不可燃混合气，活塞压迫气体进入燃烧室的过程中可在燃烧室壁面附近形成不燃气体隔热层，对于汽油发动机，再结合点火时刻控制，可实现分层燃烧、稀薄燃烧，提高燃烧效率、降低热传导损失，从而提高发动机效率。
10.下面，结合说明书附图和具体实施例对本发明之提高发动机效率的方法的技术特征作进一步的说明。
附图说明
11.图1是一种提高发动机效率装置的结构示意图；图2是图1的a-a剖视图；图3是本发明在四冲程缸内直喷汽油发动机上运用的结构示意图；图4是图3的b-b剖视图；图5是图3的c-c剖视图；图6是本发明在二冲程缸内直喷汽油发动机上运用的结构示意图；图7是图6的d-d剖视图；图8是本发明在四冲程进气门入口处喷射汽油发动机上运用的结构示意图；图9是本发明在四冲程柴油发动机上运用的结构示意图；图10是本发明在二冲程柴油发动机上运用的结构示意图。
12.在上述附图中，各标号说明如下：1-分隔板，2-燃烧室，21-燃烧室壁面，3-活塞运动空间，31-活塞运动上止点，32-活塞运动下止点，4-导流通道，41-导流通道顶部开口，5-活塞，6-缸体，7-缸盖，8-进气门，9-排气门，10-火花塞，11-喷油器， 12-进气口，13-排气口，14-冷却液流通通道，15-热管，16-螺旋状凸筋，17-气门避让空间。
具体实施方式
13.一种提高发动机效率的方法，包括发动机，活塞5在缸体6的缸孔内做往复运动，活塞运动的最高点为活塞运动上止点31，活塞运动的最低点为活塞运动下止点32，进气门8、排气门9、火花塞10和喷油器11设置在缸盖7上，缸盖7上的凹陷空间为燃烧室2。在发动机的燃烧室与活塞运动空间之间设置有分隔板，分隔板上设置有连通燃烧室和活塞运动空间的导流通道。气体通过导流通道后形成流场，结合燃料喷射时刻控制，使可燃混合气体仅位于燃烧室中，活塞运动空间内填充的是空气或空气与再循环废气混合的不可燃混合气，活塞压迫气体进入燃烧室的过程中可在燃烧室壁面附近形成不燃气体隔热层。燃料喷射时刻包括：所述的发动机为四冲程汽油发动机，并且汽油供给方式为缸内直喷时，喷油时刻在吸气冲程进气门关闭后至压缩冲程活塞运动到上止点前，点火时刻在压缩冲程活塞运动到上止点前，喷油时刻早于点火时刻；发动机为二冲程汽油发动机，并且汽油供给方式为缸内直喷时，喷油时刻在活塞向上运动关闭排气口后至活塞向上运动到上止点前，点火时刻在压缩冲程活塞运动到上止点前，喷油时刻早于点火时刻；发动机为四冲程汽油发动机，并且汽油供给方式为进气门入口处喷射时，喷油时刻在吸气冲程活塞向下运动一半行程后至进气门关闭前，点火时刻在压缩冲程活塞运动到上止点前。所述的导流通道在分隔板上呈环形倾
斜分布，使气体从活塞运动空间3进入燃烧室2时在燃烧室2内宏观上呈涡流状；所述的导流通道顶部开口对着燃烧室壁面，所述的导流通道上设置螺旋结构。在导流通道4的壁面上有螺旋状凸筋16，促使气体经过时发生扰动；导流通道顶部开口41对着燃烧室壁面21，气体从活塞运动空间3进入燃烧室2时冲击燃烧室壁面21并沿燃烧室壁面21流动。所述的分隔板上设置冷却液流通通道。通过冷却液将分隔板1上的热量带走，降低分隔板1的温度。所述的分隔板上设置气门避让空间，避免气门打开时与分隔板1干涉。
14.如图3、图4、图5所示，为本发明在四冲程缸内直喷汽油发动机上的运用，其中图4、图5是导流通道4在分隔板1呈倾斜状态、导流通道4上设置螺旋结构的示意图。分隔板1设置在燃烧室2与活塞运动空间3之间，分隔板1上设置有连通燃烧室2和活塞运动空间3的导流通道4，在导流通道4的壁面上有螺旋状凸筋16，促使气体经过时发生扰动；导流通道顶部开口41对着燃烧室壁面21，气体从活塞运动空间3进入燃烧室2时冲击燃烧室壁面21并沿燃烧室壁面21流动，冷却燃烧室壁面21；导流通道4在分隔板1上呈环形倾斜分布，使气体从活塞运动空间3进入燃烧室2时在燃烧室2内宏观上呈涡流状；分隔板1上设置有冷却液流通通道14，通过冷却液将分隔板1上的热量带走，降低分隔板1的温度；分隔板1上设置有气门避让空间17，避免气门打开时与分隔板1干涉。
15.吸气冲程，排气门9关闭，进气门8打开，活塞5从上止点31向下止点32运动，空气或空气与再循环燃烧废气的混合气被吸入燃烧室2并经导流通道4进入活塞运动空间3，燃烧室2和活塞运动空间3内填充的是空气或空气与再循环燃烧废气的混合气。
16.压缩冲程，排气门9关闭，进气门8关闭，活塞5从下止点32向上止点31运动，喷油器11在进气门8关闭后至活塞5运动到上止点31前一次或分多次向燃烧室2内喷射汽油，喷射汽油后，燃烧室2填充高浓度可燃混合气体，活塞运动空间3内填充空气或空气与再循环燃烧废气的混合气；活塞5从下止点32向上止点31运动的过程将空气或空气与再循环燃烧废气的混合气从活塞运动空间3经导流通道4压入燃烧室2，在导流通道4的导向作用下，空气或空气与再循环燃烧废气的混合气在燃烧室内沿燃烧室壁面21流动，冷却燃烧室壁面21，在燃烧室壁面21附近形成不燃气体隔热层，并在宏观上呈涡流状，燃烧室2内的可燃混合气体浓度降低，并呈中心浓度高周边浓度低的分布；空气或空气与再循环燃烧废气的混合气通过导流通道4后流速增加，高速气流冲击燃烧室壁面21并在燃烧室2顶部相互冲击，可产生湍流，提高燃烧速率和火焰传播速度；在活塞5运动到上止点31前火花塞10提前点火，此时活塞运动空间3内仍有部分空气或空气与再循环燃烧废气的混合气未进入燃烧室2，不影响燃烧室2内的可燃混合气体浓度，因此，可采用高空燃比；火花塞10点火后，燃烧室2内的气体压力升高，压力波通过导流通道4传递到活塞运动空间3内，但活塞运动空间3内填充的是空气或空气与再循环燃烧废气的混合气，在活塞运动空间3内不会出现爆震现象，因此可以采用高压缩比；点火后，活塞5继续往上止点31运动，活塞运动空间3内的空气或空气与再循环燃烧废气的混合气继续压入燃烧室2，冷却燃烧室壁面21，在燃烧室壁面21附近形成不燃气体隔热层，减少高温气体对燃烧室壁面21的传热损失，降低已燃气体温度，减少氮氧化合物的生成。
17.做功冲程，排气门9关闭，进气门8关闭，燃烧产生的高温高压气体经导流通道4从燃烧室2进入活塞运动空间3推动活塞5从上止点31向下止点32运动，气体通过导流通道4时发生强烈扰动，未充分反应的混合气体在高强度扰动的作用下可以进一步混合并发生反
应，提高燃烧效率。
18.排气冲程，排气门9打开，进气门8关闭，活塞5从下止点32向上止点31运动；当活塞5运动到上止点31时，活塞5上表面与分隔板1的下表面距离很小，此空间内残余的废气很少，因此，分隔板1的存在不影响排气效果。
19.具体实施例二：本发明在二冲程缸内直喷汽油发动机上运用：如图6、图7所示，为本发明在二冲程缸内直喷汽油发动机上的运用，分隔板1设置在燃烧室2与活塞运动空间3之间，分隔板1上设置有连通燃烧室2和活塞运动空间3的导流通道4，在导流通道4的壁面上有螺旋状凸筋16，促使气体经过时发生扰动；导流通道顶部开口41对着燃烧室壁面21，气体从活塞运动空间3进入燃烧室2时冲击燃烧室壁面21并沿燃烧室壁面21流动，冷却燃烧室壁面21；导流通道4在分隔板1上呈环形倾斜分布，使气体从活塞运动空间3进入燃烧室2时在燃烧室2内宏观上呈涡流状；分隔板1上设置有热管15将分隔板1上的热量带走，降低分隔板1的温度。
20.压缩冲程，活塞5从下止点32向上止点31运动，喷油器11在活塞5向上运动关闭排气口13至活塞5运动到上止点31前一次或分多次向燃烧室2内喷射汽油，喷射汽油后，燃烧室2填充高浓度可燃混合气体，活塞运动空间3内填充空气或空气与再循环燃烧废气的混合气；活塞5从下止点32向上止点31运动的过程将空气或空气与再循环燃烧废气的混合气从活塞运动空间3经导流通道4压入燃烧室2，在导流通道4的导向作用下，空气或空气与再循环燃烧废气的混合气在燃烧室内沿燃烧室壁面21流动，冷却燃烧室壁面21，在燃烧室壁面21附近形成不燃气体隔热层，并在宏观上呈涡流状，燃烧室2内的可燃混合气体浓度降低，并呈中心浓度高周边浓度低的分布；空气或空气与再循环燃烧废气的混合气通过导流通道4后流速增加，高速气流冲击燃烧室壁面21并在燃烧室2顶部相互冲击，可产生湍流，提高燃烧速率和火焰传播速度；在活塞5运动到上止点31前火花塞10提前点火，此时活塞运动空间3内仍有部分空气或空气与再循环燃烧废气的混合气未进入燃烧室2，不影响燃烧室2内的可燃混合气体浓度，因此，可采用高空燃比；火花塞10点火后，燃烧室2内的气体压力升高，压力波通过导流通道4传递到活塞运动空间3内，但活塞运动空间3内填充的是空气或空气与再循环燃烧废气的混合气，在活塞运动空间3内不会出现爆震现象，因此可以采用高压缩比；点火后，活塞5继续往上止点31运动，活塞运动空间3内的空气或空气与再循环燃烧废气的混合气继续压入燃烧室2，冷却燃烧室壁面21，在燃烧室壁面21附近形成不燃气体隔热层，减少高温气体对燃烧室壁面21的传热损失，降低已燃气体温度，减少氮氧化合物的生成。
21.做功冲程，燃烧产生的高温高压气体经导流通道4从燃烧室2进入活塞运动空间3推动活塞5从上止点31向下止点32运动，气体通过导流通道4时发生强烈扰动，未充分反应的混合气体在高强度扰动的作用下可以进一步混合并发生反应，提高燃烧效率。当活塞5向下止点32运动至排气口13时，排气过程开始，当活塞5向下止点32运动至进气口12时，换气过程开始。
22.具体实施例三：本发明在四冲程进气门入口处喷射汽油发动机上运用：如图8所示，为本发明在四冲程进气门入口处喷射汽油发动机上的运用，分隔板1设置在燃烧室2与活塞运动空间3之间，分隔板1上设置有连通燃烧室2和活塞运动空间3的导流通道4，导流通道顶部开口41对着燃烧室壁面21，导流通道4在分隔板1上呈环形倾斜分
布。
23.吸气冲程，排气门9关闭，进气门8打开，活塞5从上止点31向下止点32运动，空气或空气与再循环燃烧废气的混合气被吸入燃烧室2并经导流通道4进入活塞运动空间3，喷油器11在活塞5向下止点32运动一半行程后至进气门8关闭前一次或分多次向燃烧室2内喷射汽油，喷射汽油后，燃烧室2填充高浓度可燃混合气体，少量汽油随空气或空气与再循环燃烧废气的混合气进入活塞运动空间3形成稀薄不可燃混合气。
24.压缩冲程，排气门9关闭，进气门8关闭，活塞5从下止点32向上止点31运动；活塞5从下止点32向上止点31运动的过程将稀薄不可燃混合气从活塞运动空间3经导流通道4压入燃烧室2，在导流通道4的导向作用下，稀薄不可燃混合气在燃烧室内沿燃烧室壁面21流动，冷却燃烧室壁面21，在燃烧室壁面21附近形成不燃气体隔热层，并在宏观上呈涡流状，燃烧室2内的可燃混合气体浓度降低，并呈中心浓度高周边浓度低的分布；稀薄不可燃混合气通过导流通道4后流速增加，高速气流冲击燃烧室壁面21并在燃烧室2顶部相互冲击，可产生湍流，提高燃烧速率和火焰传播速度；在活塞5运动到上止点31前火花塞10提前点火，此时活塞运动空间3内仍有部分稀薄不可燃混合气未进入燃烧室2，不影响燃烧室2内的可燃混合气体浓度，因此，可采用高空燃比；火花塞10点火后，燃烧室2内的气体压力升高，压力波通过导流通道4传递到活塞运动空间3内，但活塞运动空间3内填充的是稀薄不可燃混合气，在活塞运动空间3内不会出现爆震现象，因此可以采用高压缩比；点火后，活塞5继续往上止点31运动，活塞运动空间3内的稀薄不可燃混合气继续压入燃烧室2，冷却燃烧室壁面21，在燃烧室壁面21附近形成不燃气体隔热层，减少高温气体对燃烧室壁面21的传热损失，降低已燃气体温度，减少氮氧化合物的生成。
25.做功冲程，排气门9关闭，进气门8关闭，燃烧产生的高温高压气体经导流通道4从燃烧室2进入活塞运动空间3推动活塞5从上止点31向下止点32运动，气体通过导流通道4时发生强烈扰动，未充分反应的混合气体在高强度扰动的作用下可以进一步混合并发生反应，提高燃烧效率。
26.排气冲程，排气门9打开，进气门8关闭，活塞5从下止点32向上止点31运动；当活塞5运动到上止点31时，活塞5上表面与分隔板1的下表面距离很小，此空间内残余的废气很少，因此，分隔板1的存在不影响排气效果。
27.具体实施例四：本发明在四冲程柴油发动机上运用：如图9所示，为本发明在四冲程柴油发动机上的运用，分隔板1设置在燃烧室2与活塞运动空间3之间，分隔板1上设置有连通燃烧室2和活塞运动空间3的导流通道4，在导流通道4的壁面上有螺旋状凸筋16，促使气体经过时发生扰动；导流通道顶部开口41对着燃烧室壁面21，气体从活塞运动空间3进入燃烧室2时冲击燃烧室壁面21并沿燃烧室壁面21流动，冷却燃烧室壁面21；导流通道4在分隔板1上呈环形倾斜分布，使气体从活塞运动空间3进入燃烧室2时在燃烧室2内宏观上呈涡流状。
28.吸气冲程，排气门9关闭，进气门8打开，活塞5从上止点31向下止点32运动，空气或空气与再循环燃烧废气的混合气被吸入燃烧室2并经导流通道4进入活塞运动空间3，燃烧室2和活塞运动空间3内填充的是空气或空气与再循环燃烧废气的混合气。
29.压缩冲程，排气门9关闭，进气门8关闭，活塞5从下止点32向上止点31运动，活塞5从下止点32向上止点31运动的过程将空气或空气与再循环燃烧废气的混合气从活塞运动
空间3经导流通道4压入燃烧室2，在导流通道4的导向作用下，空气或空气与再循环燃烧废气的混合气在燃烧室内沿燃烧室壁面21流动，冷却燃烧室壁面21，在燃烧室壁面21附近形成不燃气体隔热层，并在宏观上呈涡流状；喷油器11在活塞5运动到距离上止点31曲轴转角30度至0度区间向燃烧室2内喷射柴油，喷射柴油后，燃烧室2填充高浓度可燃混合气体，可燃混合气体在高温、高压条件下自燃，活塞5继续往上止点31运动，活塞运动空间3内的空气或空气与再循环燃烧废气的混合气继续压入燃烧室2，冷却燃烧室壁面21，在燃烧室壁面21附近形成不燃气体隔热层，减少高温气体对燃烧室壁面21的传热损失，降低已燃气体温度，减少氮氧化合物的生成；空气或空气与再循环燃烧废气的混合气通过导流通道4后流速增加，高速气流冲击燃烧室壁面21并在燃烧室2顶部相互冲击，可产生湍流，有利于柴油与空气的充分混合，提高燃烧速度。
30.做功冲程，排气门9关闭，进气门8关闭，燃烧产生的高温高压气体经导流通道4从燃烧室2进入活塞运动空间3推动活塞5从上止点31向下止点32运动，气体通过导流通道4时发生强烈扰动，未充分反应的混合气体在高强度扰动的作用下可以进一步混合并发生反应，提高燃烧效率。
31.排气冲程，排气门9打开，进气门8关闭，活塞5从下止点32向上止点31运动；当活塞5运动到上止点31时，活塞5上表面与分隔板1的下表面距离很小，此空间内残余的废气很少，因此，分隔板1的存在不影响排气效果。
32.具体实施例五：本发明在二冲程柴油发动机上运用：如图10所示，为本发明在二冲程柴油发动机上的运用，分隔板1设置在燃烧室2与活塞运动空间3之间，分隔板1上设置有连通燃烧室2和活塞运动空间3的导流通道4，在导流通道4的壁面上有螺旋状凸筋16，促使气体经过时发生扰动；导流通道顶部开口41对着燃烧室壁面21，气体从活塞运动空间3进入燃烧室2时冲击燃烧室壁面21并沿燃烧室壁面21流动，冷却燃烧室壁面21；导流通道4在分隔板1上呈环形倾斜分布，使气体从活塞运动空间3进入燃烧室2时在燃烧室2内宏观上呈涡流状。
33.压缩冲程，活塞5从下止点32向上止点31运动，活塞5从下止点32向上止点31运动的过程将空气或空气与再循环燃烧废气的混合气从活塞运动空间3经导流通道4压入燃烧室2，在导流通道4的导向作用下，空气或空气与再循环燃烧废气的混合气在燃烧室内沿燃烧室壁面21流动，冷却燃烧室壁面21，在燃烧室壁面21附近形成不燃气体隔热层，并在宏观上呈涡流状；喷油器11在活塞5运动到距离上止点31曲轴转角30度至0度区间向燃烧室2内喷射柴油，喷射柴油后，燃烧室2填充高浓度可燃混合气体，可燃混合气体在高温、高压条件下自燃，活塞5继续往上止点31运动，活塞运动空间3内的空气或空气与再循环燃烧废气的混合气继续压入燃烧室2，冷却燃烧室壁面21，在燃烧室壁面21附近形成不燃气体隔热层，减少高温气体对燃烧室壁面21的传热损失，降低已燃气体温度，减少氮氧化合物的生成；空气或空气与再循环燃烧废气的混合气通过导流通道4后流速增加，高速气流冲击燃烧室壁面21并在燃烧室2顶部相互冲击，可产生湍流，有利于柴油与空气的充分混合，提高燃烧速度。
34.做功冲程，燃烧产生的高温高压气体经导流通道4从燃烧室2进入活塞运动空间3推动活塞5从上止点31向下止点32运动，气体通过导流通道4时发生强烈扰动，未充分反应的混合气体在高强度扰动的作用下可以进一步混合并发生反应，提高燃烧效率。当活塞5向
下止点32运动至排气口13时，排气过程开始，当活塞5向下止点32运动至进气口12时，换气过程开始。