正时增能发动机 【技术领域】
本发明涉及发动机领域。
背景技术
如何提高发动机的效率和低排放性是目前发动机开发领域的一个重要课题，其中一个关键技术就是如何将燃油和空气在燃烧前充分混合。传统的发动机开发人员大多都会从如何改善燃油喷射和进气涡流等方面考虑，虽然对发动机的效率和低排放性有所改善，但是，由于进气涡流的强度有限，燃油和空气的混合时间又很短，燃油和空气无法高效混合，所以要想大幅度提高发动机效率和低排放性仅仅依靠改善燃油喷射和发动机进气涡流是很难实现的。除此之外，车用发动机为了满足急加速的需求，往往需要配置额定功率很大的发动机。例如一台具有4升排量的车用发动机，在通常情况下，发动机工作所需功率仅占额定功率的百分之二十至百分之三十，而发动机的绝大部分功率被闲置，无法得以利用，只有在车辆需要急加速时才会被利用上，且所需的时间也只有几秒或几十秒。因此要是能够开发出一种具有短时间超负荷工作能力的发动机，则将大幅度降低车用发动机的配置功率，提高发动机的整体效率，降低发动机的整体排放量。本发明公开了一种在气缸内增强气体湍流的新型发动机，此种发动机不仅可以改善油气混合状况，还可以增加气缸内的温度和压力，同时在车辆急加速时，向气缸提供额外能量，从而提高发动机的整体效率，降低整体排放量。
【发明内容】
本发明的目的就是要提供一种能够在气缸内增强气体湍流，且具有短时间超负荷工作能力的新型发动机。为此本发明公开了一种正时增能发动机，包括：燃烧室和喷油器，具体实现形式如下：
在所述燃烧室的界面上设有能量释放单元，所述能量释放单元经通路再经正时控制装置与能源供给系统连通。
本发明所谓的燃烧室的界面指所有组成燃烧室的界面，包括气缸盖，活塞顶和组成燃烧室的气缸侧壁部分，也就是说，在这些界面上都可以设能量释放单元。所谓的能量释放单元是指能够释放能量的装置，如电弧释放装置、激光发生器、超声波发生器、微波发生器、等离子发生器和高温高压气体喷射器等。所谓的正时控制装置指能够实现所述能量释放单元正时动作的装置，如发动机电控系统，传统的凸轮控制装置等。所谓的通路是指连通所述能量释放单元与能量供给系统的器件，可以是导电回路、气体管道、光纤等。所谓的能量供给系统是指为所述能量释放单元提供能量的装置，可以是电源、超声波源、微波源、等离子源等。
所述能量释放单元设为强电弧式能量释放单元，所述通路设为导电回路，所述能源供给系统设为电源，所述电源在所述喷油器喷油前和/或燃油燃烧后向所述强电弧式能量释放单元供电，所述强电弧式能量释放单元产生强电弧，致使所述气缸内的气体定向或非定向运动，改善油气混合和/或增加所述气缸内的气体温度和压力。
所述能量释放单元设为高温高压气体式能量释放单元，所述通路设为气体管道，所述能源供给系统设为高温高压气体源，所述高温高压气体源向所述高温高压气体式能量释放单元提供高温高压气体。
所述能量释放单元设为超声波式能量释放单元，所述通路设为超声波通路，所述能源供给系统设为超声波声源，所述超声波声源向所述超声波式能量释放单元提供超声波。
所述能量释放单元设为等离子式能量释放单元，所述通路设为等离子通路，所述能源供给系统设为等离子源，所述等离子源向所述等离子式能量释放单元提供等离子束。
所述能量释放单元设为微波式能量释放单元，所述通路设为微波通路，所述能源供给系统设为微波源，所述微波源向所述微波式能量释放单元提供微波。
所述能量释放单元设为激光式能量释放单元，所述通路设为光纤，所述能源供给系统设为激光源，所述激光源向所述激光式能量释放单元提供激光。
所述正时控制装置和能源供给系统设为一体式。
在所述能量释放单元处或附近设膨胀剂导入通道，所述膨胀剂导入通道与所述燃烧室连通，所述膨胀剂导入通道经控制阀与膨胀剂源连通。
本发明所述的膨胀剂导入通道用于发动机在缺少燃油的情况下，通过膨胀剂导入通道向发动机的燃烧室提供膨胀剂，所述膨胀剂在能量释放单元的作用下作功，支持发动机工作。所谓的膨胀剂是指受热后体积、压强可以急剧增加的物质，在这里主要指液态水、水蒸气、废气和空气等受热后能够生成高温高压工作工质的物质。
在所述能量释放单元处设置或不设导流结构。
本发明所述强电弧式能量释放单元与传统的火花塞不同，它是在燃油喷射器喷射前或燃油燃烧后工作，以减少因高温导致的NOx的形成，其所需能量要大于传统火花塞所需能量。
本发明所述能量释放单元作为改善油气混合的装置使用时，其中高温高压气体式能量释放单元、微波式能量释放单元、激光式能量释放单元和超声波式能量释放单元既可在喷射过程中工作也可以在燃油喷射前工作；而强电弧式能量释放单元和等离子式能量释放单元在燃油喷射前工作。当作为增加燃烧室内气体温度和压力的装置使用时，上述的六种能量释放单元在燃油燃烧后使用，可以提高发动机瞬时做功能力。
当车辆需要急加速时，需将本发明所述能量释放单元的正时关系进行调整，使其工作时间延长至作功冲程的中期或中下期，以使气缸内气体在活塞下行时，其压力和温度保持不变，甚至提高，进而增加了发动机的瞬时输出功率，满足发动机在急加速时对输出功率峰值的需求。也就是说，所述能量释放单元既可以全时工作，也可以只在需要高功率输出的瞬间工作。
本发明所述能量释放单元所需电能可以通过发动机的蓄电池来提供，也可以通过电网充电蓄电池来提供，还可以通过现有油电混合动力车辆的蓄电池来提供。
本发明所述高温高压气体源的气体可以是来自于利用发动机的余热产生的高压水蒸汽。
本发明的原理
本发明所述正时增能发动机，通过设置在发动机气缸内的能量释放单元向气缸内提供电弧，高温高压气体、超声波、激光、微波或者等离子束，加强气缸内气流的湍动，从而改善油气混合，同时也能大幅度增加发动机气缸内的温度和压力，因而提高了发动机的瞬时做功能力。
为了进一步改善油气混合地状况，可以在本发明所述正时增能发动机中设置导流结构，使气缸内的气体做定向运动。为了解决发动机在缺少燃油的情况下工作，可以设置膨胀剂导入通道，通过膨胀剂对外作功。
本发明具有的优点
本发明所公开的正时增能发动机中，所述能量释放单元既可以全时工作，也可以只在需要高功率输出的瞬间工作，不仅可以改善发动机油气混合性，增加发动机气缸内气体的温度和压力，还可以提高发动机的急加速性能，从而提高发动机的整体效率，降低整体排放量。
【附图说明】
图1是本发明的结构布置示意图
图2为本发明未设有导流结构和一体式正时控制装置和强电弧式能量释放单元的结构示意图
图3为本发明设有高温高压气体式能量释放单元或激光式能量释放单元且设有膨胀剂导入通道的结构示意图
图4为本发明设有超声波式能量释放单元或微波式能量释放单元的结构示意图
图5为本发明设有等离子能量释放单元的结构示意图
具体实施方式：
如图1所示的正时增能发动机，包括燃烧室1和喷油器2，在所述燃烧室1的界面上设有能量释放单元3，所述能量释放单元3经通路4再经正时控制装置7与能源供给系统5连通，所述能量释放单元3设为强电弧式能量释放单元301，所述通路4设为导电回路401，所述能源供给系统5设为电源501，所述电源501在所述喷油器2喷油前和/或燃油燃烧后向所述强电弧式能量释放单元301供电，所述强电弧式能量释放单元301产生强电弧，致使所述气缸1内的气体定向或非定向运动，改善油气混合和/或增加所述气缸1内的气体温度和压力。
如图2所示的正时增能发动机，其与图1的区别在于，在所述能量释放单元3处设有导流结构6，所述正时控制装置7和能源供给系统5设为一体式。
如图3所示的正时增能发动机，其与图1的区别在于，所述能量释放单元3设为高温高压气体式能量释放单元302，所述通路4设为气体管道402，所述能源供给系统5设为高温高压气体源502，所述高温高压气体源502向所述高温高压气体式能量释放单元302提供高温高压气体；或所述能量释放单元3设为激光式能量释放单元306，所述通路4设为光纤406，所述能源供给系统5设为激光源506，所述激光源506向所述激光式能量释放单元306提供激光。并且在所述能量释放单元3处或附近设膨胀剂导入通道8，所述膨胀剂导入通道8与所述燃烧室1连通，所述膨胀剂导入通道8经控制阀9与膨胀剂源10连通。
如图4所示的正时增能发动机，其与图1的区别在于，所述能量释放单元3设为超声波式能量释放单元303，所述通路4设为超声波通路403，所述能源供给系统5设为超声波声源503，所述超声波声源503向所述超声波式能量释放单元303提供超声波；或所述能量释放单元3设为微波式能量释放单元305，所述通路4设为微波通路405，所述能源供给系统5设为微波源505，所述微波源505向所述微波式能量释放单元305提供微波。
如图5所示的正时增能发动机，其与图1的区别在于，所述能量释放单元3设为等离子式能量释放单元304，所述通路4设为等离子通路404，所述能源供给系统5设为等离子源504，所述等离子源504向所述等离子式能量释放单元304提供等离子束。