本發(fā)明屬于燃燒燃料做功動力機(jī)械節(jié)能增效技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超燃過量空氣節(jié)能內(nèi)燃機(jī)。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃機(jī)是將液體或氣體燃料與空氣混合后，直接輸入汽缸內(nèi)部的高壓燃燒室燃燒爆發(fā)產(chǎn)生動力。這也是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種熱機(jī)。

廣義上的內(nèi)燃機(jī)不僅包括往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機(jī)和自由活塞式發(fā)動機(jī)，也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣式發(fā)動機(jī)等，但通常所說的內(nèi)燃機(jī)是指活塞式內(nèi)燃機(jī)。

活塞式內(nèi)燃機(jī)以往復(fù)活塞式最為普遍。活塞式內(nèi)燃機(jī)將燃料和空氣混合，在其汽缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使汽缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?。燃?xì)馀蛎浲苿踊钊鞴Γ偻ㄟ^曲柄連桿機(jī)構(gòu)或其他機(jī)構(gòu)將機(jī)械功輸出，驅(qū)動從動機(jī)械工作。

目前汽油機(jī)和柴油機(jī)的做功效率比較低，其中汽油機(jī)只有25％到35％，柴油機(jī)為35％到45％。尾氣溫度高達(dá)600到700度，也就是說55％到65％的能量以熱量的方式流失。盡管采取了渦輪增壓等技術(shù)對于提高功效起到了一定的作用，但是受到多種因素的影響，尾氣排放溫度比較高，燃機(jī)內(nèi)部的溫度比較高，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)許多熱量都通過尾氣和散熱器散發(fā)流失。

目前提高能效的辦法之一是增加燃機(jī)的過量空氣，但是由于氣缸等設(shè)計(jì)和燃燒方式的限制，很難再進(jìn)一步增加過量空氣，導(dǎo)致增加過量空氣與燃燒有較大的矛盾，過多的空氣將影響到燃燒配比，這個也導(dǎo)致了很難增加過量空氣。

中國專利授權(quán)公開號CN103967652A公開了一種活塞沖壓自燃脈沖噴氣發(fā)動機(jī)，所述發(fā)動機(jī)在氣缸內(nèi)裝有階梯自由活塞，使構(gòu)成一個先燃燃燒室和一個主燃燒室，主燃燒室的前端有裝有壓力控制開關(guān)的噴口，一側(cè)燃油管和低壓氣管均通過進(jìn)氣口分別與先燃燃燒室和主燃燒室相通，在缸體的前端內(nèi)側(cè)設(shè)有通氣道。此發(fā)動機(jī)雙向做工，活塞密封于氣缸內(nèi)，在生產(chǎn)加工上造成困難，發(fā)動機(jī)在工作時處于高溫狀態(tài)，氣缸受熱變形，對氣缸的密封造成影響，造成主燃燒室或先燃燒室會發(fā)生泄漏情況，同時在工作時，氣缸兩個燃燒室依次做功，溫度會加速升高，造成漲缸的概率大幅增加，最終發(fā)動機(jī)無法正常工作造成報(bào)廢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對背景技術(shù)要解決的技術(shù)問題，提供一種超燃過量空氣節(jié)能內(nèi)燃機(jī)，能夠大幅度降低尾氣的排放溫度，提高氣缸的做功效率，降低氣缸的溫度，節(jié)省能源消耗，降低運(yùn)營成本。

本發(fā)明解決其上述問題所采用的技術(shù)方案是：

一種超燃過量空氣節(jié)能內(nèi)燃機(jī)，包括帶有燃燒室的氣缸，氣缸上設(shè)置有第一進(jìn)氣口、第一排氣口和噴油口，燃燒室內(nèi)設(shè)置有主活塞，所述氣缸內(nèi)與燃燒室貫通設(shè)置有至少一個膨脹室，與主活塞一體成型的設(shè)置有次活塞，所述次活塞與膨脹室密封滑動配合，在氣缸上設(shè)置有與膨脹室相貫通的第二進(jìn)氣口和第二排氣口。

優(yōu)選的，所述主活塞和次活塞一體的同心圓柱設(shè)置，主活塞的工作面面積大于次活塞的工作面面積。

優(yōu)選的，所述第一進(jìn)氣口和第二進(jìn)氣口分別與氣體分配控制器相連。

優(yōu)選的，所述主活塞工作面設(shè)置有一凹臺，所述凹臺呈圓柱狀，且中心軸線與主活塞中心軸線重合，在凹臺的側(cè)壁上設(shè)置有沿中心軸線圓周排列的通氣管，所述通氣管在主活塞位于燃燒室內(nèi)時被氣缸所密封，在凹臺側(cè)壁的頂面的外圓周邊成呈錐形結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述氣缸上在燃燒室和膨脹室之間設(shè)置有沿中心軸線圓周排列的連通管。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、大幅度降低氣缸里面的平均溫度和壓強(qiáng)，相應(yīng)增加了做功的混合氣總量，較大幅度增加了活塞受力面積，從而大幅度增加做功效率；

2、大幅度降低了排氣溫度和氣缸溫度，從而大幅度減少了因?yàn)橥ㄟ^散熱系統(tǒng)和尾氣排放導(dǎo)致的熱量過多損失，同時降低對散熱系統(tǒng)負(fù)載要求，可以少用甚至少用散熱片，具有極高的技術(shù)價值；另一方面，延長氣缸的壽命；

3、由于大幅度增加了空氣比例，可以提高燃料燃燒比例，減少不能燃燒的燃料部分，從而減少污染；同時提高燃料的利用率，從而降低燃料成本，提高原料的產(chǎn)出值；

4、由于降低了氣缸里面的溫度，也就是降低了燃燒溫度，也避免或者大幅度減少因?yàn)楦邏焊邷貙?dǎo)致的氮氧化物的形成量，較大幅度降低了對于環(huán)境的污染。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明；

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中：

10、氣缸，

20、燃燒室，21、第一進(jìn)氣口，22、第一排氣口，23、主活塞，231、凹臺，232、通氣管，24、噴油口，

30、膨脹室，31、第二進(jìn)氣口，32、第二排氣口，33、次活塞，

40、連通管；

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的可能涉及的術(shù)語“第一”、“第二”等描述僅僅用于區(qū)分說明書中的各個組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個組件、元素、步驟之間的邏輯關(guān)系或者順序關(guān)系等。

如圖所示，一種超燃過量空氣節(jié)能內(nèi)燃機(jī)，包括帶有燃燒室20的氣缸10，氣缸10上設(shè)置有第一進(jìn)氣口21、第一排氣口22和噴油口24，燃燒室20內(nèi)設(shè)置有主活塞23。

氣缸10內(nèi)與燃燒室20貫通設(shè)置有至少一個膨脹室30，與主活塞23一體成型的設(shè)置有次活塞33，次活塞33與膨脹室30密封滑動配合，主活塞23和次活塞33一體的同心圓柱設(shè)置，主活塞23的工作面面積大于次活塞33的工作面面積，主活塞23工作面設(shè)置有一凹臺231，凹臺231呈圓柱狀，且中心軸線與主活塞23中心軸線重合，在凹臺231的側(cè)壁上設(shè)置有沿中心軸線圓周排列的通氣管232，通氣管232在主活塞23位于燃燒室20內(nèi)時被氣缸10所密封，在凹臺231側(cè)壁的頂面的外圓周邊成呈錐形結(jié)構(gòu)。

在氣缸10上設(shè)置有與膨脹室30相貫通的第二進(jìn)氣口31和第二排氣口32，其中，第一進(jìn)氣口21和第二進(jìn)氣口31分別與氣體分配控制器相連。

氣缸10上在燃燒室20和膨脹室30之間設(shè)置有沿中心軸線圓周排列的連通管40。

通過特殊設(shè)計(jì)，在氣缸10內(nèi)部形成燃燒室20和燃?xì)馀c空氣混合的膨脹室30兩個區(qū)域甚至更多個膨脹室30區(qū)域，燃?xì)馀c參與燃燒的空氣首先在燃燒室20開始燃燒，然后在運(yùn)動中進(jìn)入作為過量空氣區(qū)域的混合加熱膨脹室30加熱過量空氣，這樣較大幅度降低燃?xì)饣旌蠚獾臏囟?，并在這個過程中增加了做功的介質(zhì)，讓過量空氣受熱膨脹一起做功。

例如，在柴油機(jī)設(shè)計(jì)中，可以形成兩個連接在一起的主活塞23和次活塞33，和與之配合的燃燒室20和膨脹室30，其中一般把中間的部分作為燃燒室20，外部的部分作為過量空氣進(jìn)入和儲存以及受熱膨脹的區(qū)域。氣缸10中設(shè)置燃燒室20的同時，再多設(shè)置一個或者多個膨脹室30，膨脹室30兼具有次級燃燒室的作用。

在吸氣壓縮階段，第一進(jìn)氣口21和第二進(jìn)氣口22打開，主活塞23和次活塞33下行吸氣，隨后第一進(jìn)氣口21和第二進(jìn)氣口22關(guān)閉，主活塞23和次活塞33上行進(jìn)行氣體壓縮。

在燃燒室20空氣被壓縮后與燃料通過噴油口24噴出，在燃燒室20內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃燒，推動主活塞23下行并做功，在下行的末段過程中，通氣管232與被主活塞23密封的連通管40相互連通，使燃燒室20與膨脹室30連通，燃燒室20內(nèi)高壓高溫燃?xì)馀c膨脹室30內(nèi)的過量空氣混合并在膨脹室30內(nèi)完成更充分燃燒的同時，迅速加熱這些空氣，在這個過程中，壓縮空氣被迅速加熱做功，再次對次活塞33施壓并做功，增加總的活塞壓力，增加做功效率。

在排氣階段，第一排氣口22和第二排氣口32同時打開，由于燃燒室20內(nèi)的氣體加熱了膨脹室30內(nèi)的氣體溫度，并轉(zhuǎn)化為動能，排出的尾氣的溫度也進(jìn)一步降低，使得更多的能量用于做功而不是被以高溫形式作為尾氣排出。如果壓縮空氣的量達(dá)到一定程度和比例，甚至可以免除發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)或者至少減少其負(fù)載。

在燃燒室20里面，基本可以實(shí)現(xiàn)大部分燃燒，在膨脹室30內(nèi)部，在完成燃燒的同時，加熱過量空氣，并對主活塞23及次活塞33進(jìn)行推動，實(shí)現(xiàn)一起做功，并由于主活塞23和次活塞33的受力面積較大，也增加了活塞的受力，從而做功更多，并提高效率。由于壓力和溫度都隨著活塞做功而降低，實(shí)現(xiàn)了較低溫度的尾氣排放。

在這個過程中，由于燃燒溫度不是很高，可以較大幅度降低尾氣的氮氧化物的排放，有利于實(shí)現(xiàn)環(huán)保。

上述技術(shù)構(gòu)思也可以應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)及其它領(lǐng)域的應(yīng)用，具有較高的技術(shù)應(yīng)用價值。

綜上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明的范圍，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，凡依本發(fā)明的要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所謂的均等變化與修飾，均應(yīng)包括與本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。