关于超高速单缸活塞式柴油机的设想
1、活塞式柴油机与汽油机相比,柴油机压缩比高,效率高,柴油比汽油廉价,经济性好,但相比于汽油机,柴油机工作条件粗暴,而且柴油机是在压缩冲程的末期才喷入柴油进行燃烧,燃烧时间短,容易出现不完全燃烧的问题,排出的尾气中,未完全燃烧的固体颗粒含量高,冒黑烟问题严重;由于柴油机的压缩比高,对机械结构的强度要求高,导致柴油机曲轴的转速不能太快,所以相同功率的柴油机与汽油机相比,柴油机比汽油机的体积大。重量也比汽油机要重。
2、如何保留柴油机的优点,而又克服其缺点呢?本次提出的设想是将柴油放在气缸外燃烧。将气体在气缸内压缩到高压后,导出到燃烧室中进行燃烧,再将燃烧后的高温高压燃气导回气缸内进行膨胀,使燃气降温降压,膨胀完成后的高温燃气再排出缸体外。
3、为尽量降低气缸的容积,本次设想的高速柴油机采用双作用活塞,活塞将气缸分为有杆腔与无杆腔两个部分,当活塞往无杆腔方向移动时,无杆腔容积缩小,无杆腔外侧的排气阀开启,无杆腔内的燃气被强制排出气缸外,与此同时有杆腔的容积增大,有杆腔内的压强降低,有杆腔底部的蒸汽进汽阀被强制开启,被烟囱加热的蒸汽进入气缸下腔进行膨胀;当活塞到达无杆腔终点时,无杆腔外侧的进气阀开启,从燃烧室来的高温高压燃气推动活塞往有杆腔方向移动,有杆腔容积减少,有杆腔下侧与蒸汽冷凝器管相连的排汽阀开启(进汽阀关闭),被压缩的蒸汽排入冷凝器,通过冷凝器,使水蒸汽变为水,水再通过烟囱加热变为水蒸汽,在活塞上行时,水蒸汽进入有杆腔膨胀。周而复始重复上述过程,活塞就可以不断进行往复运动。
4、为降低发动机造价,本次设想的超高速活塞式柴油机采用单缸气缸设计,在气缸盖上有四个孔,每个孔负责四个冲程的进排气。活塞连接“十”字头(其作用是提供活塞上下运动),“十”字头再与连杆相连,连杆连接与曲轴相连。在曲轴旋转过程中,两根连杆与活塞中心线所成的夹角始终相同。为降低单缸发动机所需要的飞轮质量,曲轴通过链条带动增速器,通过增速器的作用,使飞轮的转速比曲轴高五六倍,在飞轮质量相同的情况下,可以储备更多的转动惯量,使发动机转速保持平稳。
为减少燃油消耗,本次设想的超高速柴油机采用特殊的冷却系统。一般的柴油机,都是采用水进行冷却,本设想的柴油机采用蒸汽进行冷却。蒸汽与水相比,蒸汽可以输出能量,如果使用水进行冷却,则冷却系统则只是消耗机械能,而不能从冷却系统中回收任何能量。本设想的柴油机冷却系统,其工作过程如下:由柴油机曲轴带动高压水泵,冷却水先进入发动机气缸套中吸热,温度达到摄氏93度左右,再进入发动机烟囱中吸收热量,温度达到200摄氏度左右,最后进入燃烧室套筒中吸热,蒸汽温度达到350度左右。高温蒸汽再通过活塞下腔进行放热,然后再进入凝汽器,凝汽器由曲轴带动的风扇进行冷却,流过凝汽器的空气,再进入发动机进行燃烧。从凝汽器出来的液态水,再利用有杆腔的活塞压汽作用将循环水输送回设在烟囱中的水加热器中。如此循环往复,使发动机始终维持在正常工作温度。
1、活塞式柴油机与汽油机相比,柴油机压缩比高,效率高,柴油比汽油廉价,经济性好,但相比于汽油机,柴油机工作条件粗暴,而且柴油机是在压缩冲程的末期才喷入柴油进行燃烧,燃烧时间短,容易出现不完全燃烧的问题,排出的尾气中,未完全燃烧的固体颗粒含量高,冒黑烟问题严重;由于柴油机的压缩比高,对机械结构的强度要求高,导致柴油机曲轴的转速不能太快,所以相同功率的柴油机与汽油机相比,柴油机比汽油机的体积大。重量也比汽油机要重。
2、如何保留柴油机的优点,而又克服其缺点呢?本次提出的设想是将柴油放在气缸外燃烧。将气体在气缸内压缩到高压后,导出到燃烧室中进行燃烧,再将燃烧后的高温高压燃气导回气缸内进行膨胀,使燃气降温降压,膨胀完成后的高温燃气再排出缸体外。
3、为尽量降低气缸的容积,本次设想的高速柴油机采用双作用活塞,活塞将气缸分为有杆腔与无杆腔两个部分,当活塞往无杆腔方向移动时,无杆腔容积缩小,无杆腔外侧的排气阀开启,无杆腔内的燃气被强制排出气缸外,与此同时有杆腔的容积增大,有杆腔内的压强降低,有杆腔底部的蒸汽进汽阀被强制开启,被烟囱加热的蒸汽进入气缸下腔进行膨胀;当活塞到达无杆腔终点时,无杆腔外侧的进气阀开启,从燃烧室来的高温高压燃气推动活塞往有杆腔方向移动,有杆腔容积减少,有杆腔下侧与蒸汽冷凝器管相连的排汽阀开启(进汽阀关闭),被压缩的蒸汽排入冷凝器,通过冷凝器,使水蒸汽变为水,水再通过烟囱加热变为水蒸汽,在活塞上行时,水蒸汽进入有杆腔膨胀。周而复始重复上述过程,活塞就可以不断进行往复运动。
4、为降低发动机造价,本次设想的超高速活塞式柴油机采用单缸气缸设计,在气缸盖上有四个孔,每个孔负责四个冲程的进排气。活塞连接“十”字头(其作用是提供活塞上下运动),“十”字头再与连杆相连,连杆连接与曲轴相连。在曲轴旋转过程中,两根连杆与活塞中心线所成的夹角始终相同。为降低单缸发动机所需要的飞轮质量,曲轴通过链条带动增速器,通过增速器的作用,使飞轮的转速比曲轴高五六倍,在飞轮质量相同的情况下,可以储备更多的转动惯量,使发动机转速保持平稳。
为减少燃油消耗,本次设想的超高速柴油机采用特殊的冷却系统。一般的柴油机,都是采用水进行冷却,本设想的柴油机采用蒸汽进行冷却。蒸汽与水相比,蒸汽可以输出能量,如果使用水进行冷却,则冷却系统则只是消耗机械能,而不能从冷却系统中回收任何能量。本设想的柴油机冷却系统,其工作过程如下:由柴油机曲轴带动高压水泵,冷却水先进入发动机气缸套中吸热,温度达到摄氏93度左右,再进入发动机烟囱中吸收热量,温度达到200摄氏度左右,最后进入燃烧室套筒中吸热,蒸汽温度达到350度左右。高温蒸汽再通过活塞下腔进行放热,然后再进入凝汽器,凝汽器由曲轴带动的风扇进行冷却,流过凝汽器的空气,再进入发动机进行燃烧。从凝汽器出来的液态水,再利用有杆腔的活塞压汽作用将循环水输送回设在烟囱中的水加热器中。如此循环往复,使发动机始终维持在正常工作温度。