用“一分为二式”对四冲程循环内燃机的优化设计

牛人

用“一分为二式”对四冲程循环内燃机的优化设计

目前大部分通用内燃机为四冲程1循环内燃机，其基本设计观念自1867年从德国工程师奥托手中诞生以来并无改变。这是因为作为地面运输工业中的原动机，它的性能杰出。在四冲程循环内燃机中，从单个活塞的四个分开的活塞移动（冲程）中的燃烧过程重新获得动力，它需要一个或多个活塞的四个完整冲程用于每个动力冲程，即传送动力至曲柄轴的每个冲程。

传统内燃机工作原理

美国SCUDERI GROUP LLC（史古德利集团有限责任公司）基于前人“一分为二式”（Split-Cycle）思想，对四冲程循环内燃机的内部结构进行优化设计，改进后的四冲程循环内燃机具有分别位于两个气缸内的一对活塞，一个用于进气及压缩过程，另一个用于动力及排气过程，每个四冲程循环在曲柄轴的一个整周转中完成。实验证明，经过优化设计后的内燃机效率从原来的33%提高到了40%，有毒气体排放量降低了80%。

Scuderi内燃机工作动画效果：http://www.scuderigroup.com/technology/animations/index.html Scuderi Split-Cycle设计的关键部位：气体交换通道（Crossover Passage） Split-Cycle思想牵涉到气体转移。如果气体到达第一气缸后发生过度膨胀，继续作功必然会降低效率。看Scuderi如何解决这个问题：Scuderi内燃机的气体交换通道包含进气阀（check valve）及排气阀（crossover valve），使第一及第二气缸互连（下图示右方为第一气缸），并在两者之间界定压力室（气体转移通道），排气阀允许被压缩的气体从压力室单向流动至第一气缸。 在动力活塞已经到达它的上死点（top dead center）位置之后，当曲柄轴的旋转在0至40度之间时燃料气体在第一气缸中开始燃烧。 可见，气体转移通道双阀间的灵活配合有效地遏制了气体燃烧前的过度膨胀。 相关专利 Scuderi就该优化设计申请的主要专利如下表所示（同族专利一栏中指向美国或中国同一专利的申请公开与审定授权文件只显示其一）。

专利名称	专利公开号	申请日	公开日	同族专利公开号
SPLIT FOUR STROKE CYCLE INTERNAL COMBUSTION ENGINE	CA2490405	2002-07-08	2003-01-30	BR0211335 CN1533471 CN1724855 EP1417403 JP2004536252T MXPA04000604 RU2004105143 TW539800 US2003014971 US2003015171 US2003070635 US2004050046 US2005139178 WO03008785 WO03040530
Split-cycle four-stroke engine	US2005268609	2005-08-04	2005-12-08	US2004255882 AU2004250137 CA2528609 WO2004113700
Split-cycle engine with dwell piston motion	US2006011154	2005-09-06	2006-01-19	WO2005010329 US2005016475

其中，CN1724855是已经获得审定授权的CN1533471发明专利申请的分案申请。 拓展信息：其他Split-Cycle Engine专利

专利名称	专利公开号	公开日	申请人
SPLIT CYCLE INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH ROTARY SLEEVE VALVE	CA561583	1958-08-12	BLACK ROBERT B
Split cycle internal combustion engine	US5325824	1994-07-05	WISHART JOHN DONALD (AU)
Split cycle I.C.engine.	GB2265942	1993-10-13	SUMMERLIN FREDERICK ARTHUR (GB)
SPLIT CYCLE ENGINE	JP58183846	1983-10-27	FUREDERITSUKU AASAA SAMAARIN
Split cycle engine and method	US4224798	1980-09-30	BRINKERHOFF VERDON C
Split piston two-stroke four cycle internal combustion engine	US3895614	1975-07-22	BAILEY HENRY E
Split cycle internal combustion engine	US2211292	1940-08-13	-

（上述所有表格均由上海科学技术情报研究所分析整理） 参考文献 [1] [2] CN1724855 注:1 四冲程是指在进气、压缩、动力和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。进气行程时，此时进气门开启，排气门关闭。流过空气滤清器的空气，或经化油器与汽油混合形成的可燃混合气，经进气管道、进气门进入气缸；压缩行程时，气缸内气体受到压缩，压力增高，温度上升；动力行程是在压缩上止点前喷油或点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并作功；排气行程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。此后再由进气行程开始，进行下一个工作循环。

mqh0386

针对四冲程循环内燃机的优化设计，采用“一分为二式”的思路，可以从以下几个方面入手：

一、针对内燃机的机械效率进行优化设计，通过改进活塞运动、气门系统以及曲轴结构等，提高内燃机的动力输出和燃油经济性。

二、针对内燃机的排放性能进行优化设计，通过改进燃烧系统、调整燃烧室结构等方式，降低有害气体排放，提升环保性能。同时保证可靠性、耐用性，以确保长期稳定的运行。在进行这些设计时，还需要结合先进的计算机模拟技术进行模拟测试和优化调整。以此方式设计出来的内燃机性能将更加优异。