内燃机工质移缸和喷水做功节能新技术

一、工质移缸技术

工质移缸是指内燃机循环做功的工质通过连接管先后在多个气缸内转移，内燃机的一个工作循环被分在多个气缸中完成，如下图所示。Scuderi集团研制的“split engine”就是基于工质移缸技术的新型热力循环内燃机，该发动机将传统四冲程发动机的工作过程分成两部分，每个气缸负责两个冲程的动作，一个气缸用于进气和压缩，另一个气缸用于做功和排气，曲轴旋转一周就能完成四个冲程。新鲜空气在第一个气缸中被压缩后，通过中间的连接管进入到另一个气缸，同时燃油喷入这个气缸，实现着火燃烧。

Scuderi内燃机可以通过减小压缩气缸的容积来实现压缩比小于膨胀比，使废气充分膨胀做功，降低排气温度，如下图所示。采用Miller循环的Scuderi内燃机可降低25%的油耗。Miller循环内燃机通过使进气门晚关，降低新鲜进气量，使内燃机低速扭矩性能较差；为了实现充分膨胀，可以增加活塞行程，但不利于高转速运行。因此，采用基于工质移缸技术实现的充分膨胀比传统的Miller循环更有优势。

下面视频详细介绍了内燃机工质移缸技术：

二：缸内喷水做功技术

缸内喷水做功技术可以通过直接向高温气体中喷水将水加热成蒸汽，通过降低内燃机排气温度把残余热能变成压力来实现做功，降低排气温度，从而提高内燃机热效率。美国工程师Crower将缸内喷水做功技术应用到传统的四冲程发动机上，在第四个冲程排气时保留部分废气，将废气压缩至上止点附近时，向压缩的高温废气中喷入适量的液态水，液态水迅速蒸发膨胀产生压力，推动活塞下行做功，直到下止点后，活塞开始上行，推出气缸中的水蒸汽，完成整个六种程的新型热力学循环，其工作过程如下图所示。

该发动机整个循环包含“进气-压缩-燃烧做功-排气-喷水做功-排水蒸汽”这六个行程， 其示功图如下图所示。有计算表明，这种将水直接喷入高温废气的六冲程内燃机，相比传统的四冲程内燃机，平均有效压力可以提高75-250kPa，其热效率比传统的四冲程发动机效率提高 40%。

在第五冲程向气缸内喷水，确实可以利用废气余热多做功，但会带来水垢和润滑的问题，此外，气缸壁也会受到强烈的冷热交变应力，降低发动机的使用寿命。

本文主要来源：卢勇. 新型循环内燃机工质移缸和喷水做功节能原理与应用基础[D]. 清华大学, 2014.