一种发动机节能减排的多级节流膨胀法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及发动机配件的领域，尤其涉及一种发动机节能减排的多级节流膨胀 法，其适用于汽油发动机，气体发动机和柴油发动机(含非道路用发动机和摩巧车发动机)。
【背景技术】
[0002] 近年来发动机的排放控制要求越来越严，由此对低排放发动机的研发与生产提出 了严峻挑战。在发动机的尾气排放污染物中，一般情况下碳氨排放占了主导地位，通常占比 四分之H或更高。因此，降低发动机整机尾气排放最有效途径之一就是降低其尾气中的碳 氨排放。
[0003] 已有研究表明，对发动机尾气排放中的碳氨排放有决定性影响的因素在于由气缸 壁，活塞，与活塞环组形成的从燃烧室到曲轴箱的余隙通道特性W及通过所述余隙通道的 窜气泄漏量的大小。首先，在发动机排气过程中，部分藏在活塞与活塞环和气缸壁间间隙中 (主要是第一压缩活塞环W上余隙及部分第一压缩活塞环与第二压缩活塞环间余隙）的碳 氨化合物会随着燃烧废气一起逸出排气口外；其二，在发动机混合气压缩行程和点火燃烧 膨胀下行过程中，部分高压混合气和高温高压燃气在巨大压差作用下通过活塞与活塞环及 气缸体间间隙而进入发动机曲轴箱中，形成混合气和燃气的窜气泄漏，所述窜气泄漏通常 还会导致曲轴箱中的机油油温油压升高而形成机油蒸汽，与燃气及燃油混合气窜气一起进 入发动机呼吸器，部分机油蒸汽因而会进入燃烧室参与燃烧而形成未燃碳氨排放物随燃烧 废气排出排气口外；再者，机油的持续燃烧会在活塞顶部与燃烧室表面形成积碳，积碳的形 成会成为未燃烧碳氨化合物的温床，而藏在积碳中的碳氨化合物会在排气过程中随燃烧废 气一起逸出排气口外。很显然，燃气燃油混合窜气泄漏量的大小对碳氨排放大小有不可忽 视的直接影响。
[0004] 现有发动机中活塞与相应活塞环组和气缸壁所形成的余隙通道由于无法产生足 够大的阻力和能量耗散效应，因而很难阻止高压燃油混合气和高温高压燃气的大量窜气泄 漏，即便人们采用减小余隙的办法多数也作用有限。
【发明内容】
[0005] 本发明主要解决的技术问题是提供一种发动机节能减排的多级节流膨胀法，通过 设置突缩节流结构将高压窜气的压力能转换成动能，然后再通过设置突扩膨胀结构使高速 窜气的动能耗散为热能，多级节流膨胀法的关键在于构造一个从发动机燃烧室到曲轴箱的 具有多级节流膨胀功能的余隙通道，该余隙通道在发动机混合气压缩，点火燃烧与膨胀做 功过程中会产生足够大的流动阻力，能有效地阻止高压混合气和高温高压之燃气从发动机 燃烧室和气缸到曲轴箱的窜气泄漏，而在排气过程中则能确保只有少量碳氨排放物可从余 隙中逸出，本发明的发动机节能减排的多级节流膨胀法的理论与实现，既能大幅有效地减 少发动机的缸内积碳和尾气排放中的碳氨排放，又能显著提升发动机的燃气效率和发动机 的整机性能，适合推广应用。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是；提供了一种发动机节能减 排的多级节流膨胀法，所述发动机包括燃烧室和曲轴箱，从燃烧室到曲轴箱之间还设置有 多级节流膨胀功能的余隙通道，所述的余隙通道包括气缸本体、活塞本体、第一压缩活塞 环、第二压缩活塞环W及油环组件，所述余隙通道从燃烧室W下经活塞本体、第一压缩活塞 环、第二压缩活塞环W及油环组件到曲轴箱依次设有至少一级或一级W上的突缩节流结构 和突扩膨胀结构，每级所述突缩节流结构和突扩膨胀结构中突缩节流结构的径向余隙尺寸 与相邻的突扩膨胀结构的径向余隙尺寸之比小于1. 0,所述的多级节流膨胀法具体包括如 下步骤： a、 第一级突缩节流结构将燃烧室内部分高压燃油混合气和高温高压燃气形成的高压 窜气之压力能转换为高速窜气之动能，经历压力能转换为高速窜气之动能再进入相邻的第 一级突扩膨胀结构； b、 相邻的第一级突扩膨胀结构将流入的高速窜气之动能膨胀耗散为高速窜气之热能， 能量被大量耗散后的高速窜气之压力与速度均大幅降低； C、上述窜气带着大幅降低后的压力与速度进入第二级突缩节流结构，再经历上述将高 压窜气之压力能转换为高速窜气之动能的过程，压力能转换为高速窜气之动能进入相邻的 第二级突扩膨胀结构，再经历上述将高速窜气之动能膨胀耗散为高速窜气之热能的过程， 窜气之压力与速度再次大幅降低； t重复上述步骤，经历多次突缩节流结构与突扩膨胀结构之节流与膨胀耗散过程后， 高压窜气之压力能与动能将被消耗殆尽，再无余力进入到曲轴箱内，从而达成阻止窜气泄 漏之目的。
[0007] 在本发明一个较佳实施例中，每级所述突缩节流结构和突扩膨胀结构中突缩 节流结构的径向余隙尺寸与相邻的突扩膨胀结构的径向余隙尺寸之比小于1.0,优选为 0. 1-0. 5。
[0008] 在本发明一个较佳实施例中，所述活塞本体的外圆周上从上到下依次设有第一环 岸、第一压缩环槽、第二环岸、第二压缩环槽、第H环岸、油环槽、活塞裙部或第四环岸。
[0009] 在本发明一个较佳实施例中，在所述气缸本体的内壁与第二环岸之间设置有一级 或多于一级的所述的突扩膨胀结构。
[0010] 在本发明一个较佳实施例中，在所述气缸本体的内壁与第H环岸之间设置有一级 或多于一级的所述的突扩膨胀结构。
[0011] 在本发明一个较佳实施例中，在所述气缸本体的内壁与第H环岸之间还设置有一 级或多于一级的所述的突扩膨胀结构。
[0012] 在本发明一个较佳实施例中，在所述第二压缩活塞环与第二压缩环槽间之背隙区 域设置有一级所述的突扩膨胀结构。
[0013] 在本发明一个较佳实施例中，在所述气缸本体的内壁与所述活塞裙部或第四环岸 之间设置有一级或多于一级的所述的突扩膨胀结构。
[0014] 在本发明一个较佳实施例中，在所述油环组件与油环槽间之背隙区域设置有一级 所述的突扩膨胀结构。
[0015] 在本发明一个较佳实施例中，所述突缩节流结构包括第一级突缩节流结构和第二 级突缩节流结构，所述突扩膨胀结构包括第一级突扩膨胀结构和第二级突扩膨胀结构，其 中，所述第一级突扩膨胀结构设置在气缸本体的内壁与第二环岸之间，所述第二级突扩膨 胀结构设置在气缸本体的内壁与第H环岸之间。
[0016] 在本发明一个较佳实施例中，所述突缩节流结构包括第一级突缩节流结构和第二 级突缩节流结构，所述突扩膨胀结构包括第一级突扩膨胀结构和第二级突扩膨胀结构，其 中，所述第一级突扩膨胀结构设置在气缸本体的内壁与第二环岸之间，所述第二级突扩膨 胀结构设置在第二压缩活塞环与第二压缩环槽间之背隙区域。
[0017] 在本发明一个较佳实施例中，所述突扩膨胀结构还包括第H级突扩膨胀结构，所 述第H级突扩膨胀结构设置在气缸本体的内壁与第H环岸之间。
[0018] 本发明的有益效果是：本发明的发动机节能减排的多级节流膨胀法，通过设置突 缩节流结构将高压窜气的压力能转换成动能，然后再通过设置突扩膨胀结构使高速窜气的 动能耗散为热能，多级节流膨胀法的关键在于