基于利用燃油和水做功的六冲程发动机研究

摘要 针对目前汽车发动机大量热能损失在排出的废气中的问题，根据液态水突然遇到高温气体就会瞬间变成水蒸汽、体积迅速膨胀的工作原理，设计一种六冲程发动机对该热能进行回收利用，以供参考。

关键词 六冲程发动机；热能；膨胀；节能

中图分类号 U464 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）05-0217-01

Study on Six Stroke Engine Based on Fuel and Water Power Utilization

XU Yue-jin

（Chongqing College of Electronic Engineering，Chongqing 401331）

Abstract Aimed at the problems of exhaust gas of heat loss in the automobile engine，according to the working principle of liquid water suddenly meeting high temperature gas would suddenly become the water vapor and the volume expansion，a six-stroke engine on the heat energy recycling were designed，so as to provide the reference.

Key words six-stroke engine；heat energy；expansion；energy-saving

随着科技发展到今天，人们越来越意识到可持续发展的重要性，故如何更好地节能减排，在各行业中均成为研究的方向。在汽车行业，目前虽然已经有全电动汽车、太阳能汽车等新型汽车研发成功，但以汽油为能量的汽车还仍然是属于一时不可代替的主流。燃烧汽油的汽车中，汽油在发动机燃烧作为汽车动力来源。燃烧废气经消声器后从排气管排出。经研究发现，汽车发动机做功完成后废气的温度为800 ℃[1]以上，废气会携带走大量的热能，据估计大约汽油中所含能量的60%都会由发动机以热能的形式排放或辐射出去。虽然这其中的一部分可以被传递回汽车，用于在寒冷的天气供驾乘人员取暖，但是大部分热能都流失了。故笔者考虑到如果能够将这部分热量回收利用[2]，则可以起到很好的节能省耗效果。

1 研究思路

针对现有技术存在的上述不足，本研究的主要目的在于解决目前四冲程发动机都需要燃油做功而做功后的燃烧废气没有利用而直接排放等不足，提供一种利用燃油和水做功的六冲程发动机。其研究思路就是利用液态水突然遇到高温气体就会瞬间变成水蒸汽体积迅速膨胀的工作原理[3-4]。对发动机做功后的废气回收并在汽缸内喷入液态水，当液态水突然遇到800 ℃以上的高温回收废气时，液态水会迅速变成水蒸汽体积急剧膨胀约1 600倍（100 ℃时，水蒸气的密度是0.6 kg/m3，水的密度是103 kg/m3，因此膨胀103÷0.6=1 667倍），由于体积的膨胀再次推动活塞做功这一工作过程。

2 六冲程发动机结构

现有的发动机工作过程就是将燃油的化学能（热能）转化为机械能，推动气缸内的活塞往复运动，带动曲轴转动而输出扭矩。每个缸之间都是独立的，具有独立的进气、排气系统和点火装置；燃油箱内的燃油通过油管、喷油器等发动机燃油供给系统在受控状态下分别进入每个缸内，与空气混合后被受控状态的点火装置及时点燃而燃烧（图1）。

在现有的发动机结构基础上主要增设1个水箱、水管、喷水器，水箱通过进水管与各缸的喷水器连接，主要作用是发动机在进入水做功行程时应向燃烧室内喷入需要的水。

3 六冲程发动机工作原理

六冲程发动机是在原有的四冲程发动机基础上增加2个冲程，作用是利用废气与水做功充分利用能源，为缸体降温。其工作过程分别为：进气冲程、压缩冲程、做功冲程、废气压缩冲程、水做功冲程、排气冲程；发动机曲轴旋转900°，1个循环6个冲程，包含2个做功冲程，具体冲程工作原理如下。

3.1 进气冲程

图2为第1个冲程，为进气冲程，包括进气门开、排气门关、活塞下行。

3.2 压缩冲程

图3为第2个冲程，为压缩冲程，包括进气门关、排气门关、活塞上行。

3.3 做功冲程

图4为第3个冲程，即做功冲程，包括进气门关、排气门关、活塞下行；火花塞通电点燃混合气，混合气燃烧做功。

3.4 废气压缩冲程

图5为第4个冲程，为废气压缩冲程，该冲程与普通发动机不同，普通发动机第4个冲程为排气冲程进气门关、排气门开活塞上行排出燃油燃烧做功后的废气。本发明所述发动机与普通发动机不同，第4个冲程为压缩冲程，进气门关、排气门关活塞上行压缩燃油燃烧做功后的废气。

3.5 水做功冲程

图6为第5个冲程，为水做功冲程，第5个冲程中通过高压弯管加压后的水通过喷水器喷入气缸中，水与高温废气接触瞬间膨胀推动活塞下行做功。

3.6 排气冲程

图7为第6个冲程，为排气冲程，包括进气门关、排气门开活塞上行排成水蒸汽与废气。

4 结论

根据六冲程发动机的结构及工作原理设计的利用燃油和水做功的六冲程发动机从理论上完全能够满足要求，作为一种全新的发动机，将开节能发动机的新时代[5-6]。

5 参考文献

[1] 刘艳莉，董长兴，李东兵.汽车构造与使用[M].北京：人民邮电出版社，2010：14-19.

[2] 孙志.循环冷却水热能回收利用研究[J].黑龙江科技信息，2007（17）：18.

[3] 彭建.论一种六冲程机械涡轮增压发动机[J].大科技：科技天地，2011（4）：1-2.

[4] 钟玉华.顶置进排气二冲程发动机的节能改造[J].科学技术与工程，2012，20（29）：7554-7557.

[5] 博文.浅谈四冲程发动机的种类和特点（下）[J].摩托车信息，2007（5）：28-29.

[6] 藏文福.多冲程汽车发动机[J].国外内燃机，1996，28（5）：61.

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