向柴油发动机专家请教

mashufen69

我是一个外行的农民,认为活塞式发动机存在结构上的缺陷,即过大的气缸内径使作功过程中缸内压力下降迅速,造成燃料利用率较低.如果将完成一个工作循环的四个过程进行分解,使满足压缩比所需要的新鲜空气或混合气体由内径较大(为现有气缸的1.5倍)的压缩气缸提供,作功过程在内径较小(为现有气缸的0.3倍)的作功气缸中进行;那么将大幅度降低作功过程缸内压力下降的速度,其燃料利用率也大幅度提高.以上是在下一点肤浅的认识,理论上是否可行.请各位指教,谢谢.

zhaodch

按照楼主的说法，改变缸径的大小而不改变压缩比，这样缸内压力下降的速度好像和缸径大小没什么关系，我感觉和排气门的大小关系比较大。排气门大，压力下降的速度就大，排气门小压力下降的速度就会减小

独自等待

首先在发动机的P-V图上，缸内压力的急剧下降并不是由于汽缸造成的，而是因为有一个排气早开角，所以缸内压力急剧下降。燃料利用率低是现有的循环模式造成的，在混合加热模式下，再加上真实工质的性质，使得能量利用率较低。不改变循环模式，这个现状是不会改变的。另外你所说的那个加一个做功缸，好像在某款发动机上有，具体哪个我忘了，它是增加了一个预燃烧室，非常小，一次燃烧之后再进入真正的汽缸内完成做功，但是这个循环模式是一样的，燃油经济性并没有太大的改善。

evan_ni

请问楼主，这两个一大一小的汽缸怎么才能很好的衔接，还有做功在较小的容积里，能减缓压力的快速损失，那是不是做功持续段变长，那么由缸套传递的热能损失也相应变大。还有热负荷变大，相应需要更大的冷却系统。
其实想增加功率输出有很多的方法。
楼主的观念比较新颖，鼓励

zhangyhin

热气机(StirlingEngine)是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的闭式循环往复式发动机，由苏格兰牧师RobertStirling在十九世纪初发明，所以又称斯特林发动机。相对于内燃机燃料在气缸内燃烧的特点热气机又被称作外燃机。现在热气机特指按闭式回热循环工作的热机，不包括斯特林热泵或斯特林制冷机。

  热气机工作原理

   热气机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。

  热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环工作。在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。

  已设计制造的热气机有多种结构，可利用各种能源，已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。

  按缸内循环的组成形式分，热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动，冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接，配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。

  热力循环可以分为定温压缩过程、定容回热过程、定温膨胀过程、定容储热过程四个过程。


改良的单缸斯特林发动机示意

  已设计制造的热气机有多种结构，可利用各种能源，已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。


参考网址：http://zhidao.baidu.com/question ... =1&pt=ylmf%5Fik

mashufen69

非常感激2.3.4楼的专家提供的意见.在作功过程中,从进气门关闭到排气门打开,燃烧气体所产生的压力是在气缸内包括燃烧室的一个密闭的空间中变化的,基本上是随活塞的下移而快速下降的,这从发动机的P-VT图中可以非常清楚地看到,在排气门打开前,缸内压力已下降了70%,遇见认为,这主要是因为随着活塞的下移使活塞顶上面的空间快速增大所至,因为在现有的发动机的气缸工作容积是燃烧室容积的7---19倍,所以缩小作功气缸的内径是提高作功过程中缸内压力的最好方法,经简单计算,如作功气缸的内径缩小到现有气缸的0.3倍,在排气门打开前,缸内压力只下降30%.甚至更低.欢迎大家批评.谢谢.

mashufen69

回复 4# evan_ni


    您好:非常感激您的关注,如果大的气缸是单作用压缩气缸,则小的作功气缸将设置在压缩气缸的顶部,两个缸体相通,压缩气缸活塞通过活塞杆固定在压缩气缸的顶部,作功时,作功气缸活塞通过活塞杆推动压缩气缸活塞下移,从而再通过连杆推动曲轴旋转,压缩气缸同时吸进空气或混合气体,在上移时将空气或混合气体压缩给作功气缸,两个活塞同时到达上止点.........另外,如果需用获得现有的发动机在作功过程中的缸内平均压力只需要减少燃料就可以,故无须加长作功段,也无须加大缸套的体积.

mashufen69

首先在发动机的P-V图上，缸内压力的急剧下降并不是由于汽缸造成的，而是因为有一个排气早开角，所以缸内压力 ...
独自等待 发表于 24-2-2010 08:34

您好,谢谢您的意见,愚见认为,如果排除因漏气和热传递所造成的压力下降之外,当活塞在上止点保持不动时,可以将燃烧室看成是一个密闭的空间,燃烧所产生的压力是没有变化的.但如果这个密闭空间缩小时,空间内部对外就产生更大的压力(阻力),如果这个空间增大时,其内部对外的压力(阻力)就会变小,上述变化是有公式表示的,但我忘了,一般情况下可能是:密闭空间的体积每缩小一半(增大一倍),其对外所形成的压力(阻力)就加大一倍(减少一半).再假设现有柴油机的压缩比是18,在不点火燃烧的情况下,气体被压缩到燃烧室后,活塞从上止点开始下移,活塞下移到行程的17分之1.活塞顶上面的空间就增大了一倍,压缩比快速降低到9,活塞再下移行程的17分之1,压缩比降低到4.5.   那么,在下所提供的方案中,作功气缸的内径只有前述柴油机气缸的4分之1,其工作容积只有前述柴油机的16分之1,其活塞下移到行程的17分之1,活塞顶上面的空间只增大了16分之1,压缩比只降低到16左右.,显然克服了缸内压力快速下降的缺点.   为获得与现有柴油机的相同的压缩比,由一个进气气缸在活塞下移时吸进气体,在活塞上移时将气体压缩进入燃烧室.其条件是进气气缸内径要有现有柴油机气缸1.5倍,作功气缸活塞与进气气缸活塞同时到达上止点.  .另外,活塞下移时活塞顶上面空间快速增大,也是活塞式发动机采取点火提前角的原因,难道不是吗?

独自等待

首先您的概念有一个错误就是压缩比，其定义为：（活塞扫过的容积+燃烧室容积）/燃烧室容积，当活塞运动到不同位置时您却说有不同压缩比，这个是一个概念性的错误。
另外，在发动机排量不变的情况下，减小汽缸内径势必要增大活塞的冲程。那么活塞运动的平均速度就要增加，这就加大了活塞与气缸、活塞环与气缸的摩擦，加剧了磨损。
而且，假如气缸截面积（或者说是活塞面积）减小为原来的1/2，那么冲程就增加至原来的2倍，由于活塞面积的减小那么必然使得进排气门的面积减小（也就是气门口的有效通路面积减小），根据平均马赫数的概念，这样会使得发动机的平均马赫数迅速达到或者超过0.5。我们知道，当平均马赫数超过0.5是，发动机的充量系数就会显著下降。最终造成发动机的有效输出功率明显降低（这是通过发动机整机有效输出功率的综合表达式得出的）。
不过。这样的想法也有实现，就是在F1上。F1赛车所采用的就是大冲程的发动机。这些发动机不仅冲程的而且发动机转速还很高，最高可达20000r/min，这对发动机的要求很高，所以也不是一般车辆用得起的，因此并没有普及。

mashufen69

首先您的概念有一个错误就是压缩比，其定义为：（活塞扫过的容积+燃烧室容积）/燃烧室容积，当活塞运动到不 ...
独自等待 发表于 26-2-2010 20:08

    您好:您说得对非常对,看来是我的表述还不够清楚,您说的是一个固定的,不变的压缩比,我说的是一个动态的压缩比.活塞从下止向上止点移动时,活塞是动态的,它扫过的容积是不断增大的,一直到达上止点才是它扫过的全部(固定)容积,首先,我们都确认压缩比为18,那么燃烧室容积为1,活塞扫过的容积(固定容积)为17,将活塞行程分成17个阶段,活塞到达每个阶段时,缸内的压缩比是不同的.如果活塞移动了全部行程的17分之1,那么此时缸内的压缩比为:18除以(18减1)等于18分之17,如果活塞移动了全部行程的17分之17,即到达上止点,,那么,此时缸内的压缩比为:18除以(18减17)等于18.反之,在不点火燃烧的情况下,气体被压缩到燃烧室后,活塞从上止点开始下移到行程的17分之1时.那么,此时缸内的压缩比为:18除以<1+17减(17-1)>等于9.            请您再详细看一次下面的表述<<如果将完成一个工作循环的四个过程进行分解,使满足压缩比所需要的新鲜空气或混合气体由内径较大(为现有气缸的1.5倍)的压缩气缸提供,作功过程在内径较小(为现有气缸的0.3倍)的作功气缸中进行;那么将大幅度降低作功过程缸内压力下降的速度,其燃料利用率也大幅度提高.......>>显然是无需延长活塞行程的.

kkl555

呵呵  LZ是在设想发动机的可变气缸直径技术啊   但是LZ想过 压强 压力与受力面积三者之间的关系吗   发动机的本质就是将燃烧压力转化为机械功率输出 如果气缸压力下降得很少的话（只包括活塞向下运动运动导致的压力下降）发动机的输出功率从哪来呢  压力下降越少 发动机热效率越低

mashufen69

对活塞往复式发动机完成一次工作循环都在同一个气缸中进行的浅见

现有无论是二冲程还是四冲程的活塞往复式发动机（下称发动机），完成一次工作循环中的四个行程都在同一个气缸中进行，这四个行程分别为：进气行程，压缩行程，作功行程，排气行程。
笔者认为，有必要对“发动机在作功行程和进气行程都在同一个气缸中进行”作重新的认识和进一步的探讨。
首先，发动机在作功行程和进气行程都在同一个气缸中进行是否必要。
进气行程是利用压差使气体进入气缸内的过程，其进气量取决于工作容积与压差，并不与作功过程有必然的联系，而且进气过程还是一个消耗外力的过程，并不能直接推动作功过程时活塞对外作功。另外，作功过程除间接为进气行程活塞提供动力外，并没有改变进气行程时的进气量。所以，发动机在作功行程和进气行程都在同一个气缸中进行是不存在必要性的。
    其次，发动机在作功行程和进气行程都在同一个气缸中进行造成的矛盾。
发动机在作功行程的前段缸内压力是快速下降的，这主要是因为活塞下移时，活塞顶上面的空间快速增大所致，更准确地说，活塞下移后活塞顶上面的空间与活塞下移前活塞顶上面的空间之比越大，作用于活塞的压力就越小。这符合“密闭空间其对外形成的压力（阻力）与其容积的变化成反比”的规律。
既然如此，如果活塞下移前的压力相同，缩小在相同的行程后活塞顶上面的空间就能效的减缓缸内压力下降的速度。从而提高缸内的压力。所以，发动机在作功行程中需要较小的气缸内径（活塞面积），这与发动机在进气行程中需要较大的气缸内径（活塞面积）是矛盾的。
   还有，发动机在点火和作功时，是需要保持一定的较高的缸温，但在进气时是需要较低的缸温，这也是矛盾的。

基于前面的陈述，基本得出：应将发动机完成一个工作循环进行分解，使作功行程和进气行程应分别在两个内径（活塞面积）不同的气缸中进行。
为什么现有的发动机在完成一个工作循环都在一个气缸中进行呢？是前人没有意识到较大的气缸内径对作功过程的不利影响？还是在前述矛盾中无奈的选择了有利于进气行程的缸径？还是发动机在作功行程和进气行程应分别在两个气缸中进行在设计和制造中无法实施？

kkl555

LZ的意思莫非是在一个缸径较大的气缸内完成进气和压缩 然后再转到一个缸径较小的汽缸里点火做功？？？然后在做功过程中汽缸内一直维持较高的压力？？
个人有以下看法
1 LZ的想法其实就是增加汽缸进气量 其实这一点用增压器就能做到了 不需要把结构弄得那么复杂
2 如果做功时汽缸内气体压强相同 那么缸径越小 活塞向下的推力也就越小（顶多行程大点来降低转速增加输出扭矩）
3 保持气缸内的做功压力有必要吗 做功完成时剩余的压力还是要从排气门泄掉 这反而降低了发动机的热效率

kkl555

看来LZ对发动机是似懂非懂 还要加强学习啊  不过创新精神还是值得鼓励的

mashufen69

LZ的意思莫非是在一个缸径较大的气缸内完成进气和压缩 然后再转到一个缸径较小的汽缸里点火做功？？？然后在 ...
kkl555 发表于 5-3-2010 16:40

    您好：谢谢您的指导。您基本理解我的意思，但我不同意您在后面的意见。
我们是否还应该讨论一下如果采用“作功行程和进气行程分别在不同缸径的气缸中进行”的发动机有什么优点呢？
那么，请看下面的假设：
活塞行程相同的AB两个气缸的燃烧室容积都是1，A缸的内径（活塞面积）是B缸的1/4，即当A的工作容积是1时，B缸的工作容积是16。当进气行程和压缩行程完成后（活塞处于上止点），A缸的压缩比是2（1+1），B缸的压缩比是17（16+1），此时，利用外力将15份的气体喷入A缸的燃烧室内，使其压缩比达到17（1+15+1），这时AB两缸活塞受到的压力是相同的，不点火燃烧，两个活塞向下止点移动，当活塞到达下止点时，B缸的压缩比是1《（16+1）/（16+1）》，恢复到压缩前的压力，A缸的压缩比是17/2《（1+15+1）/（1+1）》，所以所以B缸的缸内压力比A缸的缸内压力大。
上面只给出了到达下止点时，A气缸的压缩比和B气缸的压缩比，那么，在活塞整个下移过程中，A、B两气缸各自的压缩比变化又如何呢？为了方便陈述和理解，我们将活塞的行程分成16个阶段，则每个阶段活塞移动的容积（空间）是气缸工作容积的1/16。经过计算，活塞移动到不同阶段时A、B气缸内的压缩比分别是：
                                  A 气缸                         B气缸
第1阶段               17/2=17/（1+16*1/16）       17/（17/16）=17/（1+16*1/16*1/16）  
2                              17/3=17/（1+16*2/16）       17/（18/16）=17/（1+16*1/16*2/16）
3                              17/4=17/（1+16*3/16）       17/（19/16）=17/（1+16*1/16*3/16）
4                              17/5=17/（1+16*4/16）       17/（20/16）=17/（1+16*1/16*4/16）
5                              17/6=17/（1+16*5/16）       17/（21/16）=17/（1+16*1/16*5/16）  
6                              17/7=17/（1+16*6/16）       17/（22/16）=17/（1+16*1/16*6/16）
往后的请有兴趣的朋友计算一下。上面的计算已经非常清楚地表明了在活塞下移了相同的距离后，A气缸的压缩比快速下降，B气缸的压缩比缓慢下降。
〈〈压缩比越高，缸内的压力就越大〉〉说明B气缸的压力比A气缸的高。如果B气缸需要获得与A气缸相同的缸内压力，只需要减少燃料就可以，从而达到节省燃料的目的。
究竟能省多少，我没有详细计算，估计约30—40%。
如果我们将A气缸看成是发动机的压缩气缸，B气缸是发动机的作功气缸，它们共有一个燃烧室，那么，B气缸就能获得与A气缸相同的压缩比了。
而且，A气缸不参与燃烧（作功），其缸径（活塞面积）不受限制，缸温较低，能为B气缸提供足够的气体使其达到需要的压缩比。
恳请指导。谢谢。