水活塞发动机的原理设计

1、水活塞发动机的原理设计设计：谢庭涌水活塞发动机是在内燃机水泵的基础上改进而来的。内燃机水泵是1900年由德国人发明的。我国在二十世纪六十年代曾大力改进过内燃机水泵。前苏联还用内燃机水泵做过船用发动机。内燃机水泵与活塞式发动机的最主要区别是内燃机水泵没有曲柄连杆机构，没有活塞、连杆、曲轴等零件。取而代之的是用水充当活塞的作用，可燃气体被点燃后直接将气缸中的水压出来而做功。因此最大的优点是机械效率高，其次具有结构简单、工艺性好、造价低等优点。主要缺点是压缩比小，燃烧效率低；工作频率低，单位体积重量的输出功率低等，其次还有控制准确性差，出水阀效率低等缺点。水活塞发动机就是继承了内燃机水泵的优点并从原

2、理上对其进行改进以克服上述缺点而设计的。设计目标主要是作为发动机而设计的，同时为了区别于早期的内燃机水泵，在此称其为水活塞发动机。水活塞发动机对内燃机水泵的主要改进之处有以下几点：1、 放弃用水压缩气体的方式，采用消耗能量的气泵进行换气和压缩，使压缩比从8增大到约20，燃烧效率可以从60%增大到80%2、 采用二冲程的工作方式。放弃用水压缩气体的方式，改为压缩气体排水的方式以提高工作频率。3、 采用电控方式提高控制准确性并进一步提高工作频率4、 采用可泄漏的出水阀以降低设计难度并提高出水阀效率。水活塞发动机的工作循环与二冲程发动机类似，由做功、排气充水和充气三个过程组成。排水阀是一个两位截止阀

3、。点火之前，排水阀已经开始向打开状态移动，点火燃烧后，燃气做功时,排水阀已经处于全开的状态，充当活塞作用的水能够通畅的流经出水导向管，完成做功冲程。做功冲程结束后，排气阀打开，进水阀也打开。整个发动机在船上的位置都处于水线以下，海水可以自然流入气缸直至废气全部排空。与活塞式发动机不同的是：排气进水冲程结束时，气缸内没有任何废气，全部空间都被海水所占据。排气进水冲程结束后，排水阀关闭，充气缸将新鲜空气压入气缸，在新鲜空气进入气缸的同时燃料喷嘴将燃料喷入气缸。在充气缸压缩新鲜空气的时候，排水阀已经在向打开状态移动，正是排水阀的泄漏给可燃气体提供了工作空间。排水阀在任何时候都不必全关，理论上说，只要

4、充气缸的动作足够快，排水阀是可以不必存在的。由此可见排水阀的设计难度是非常低的。充气缸压缩结束后立刻点火，开始做功冲程。燃烧后的高温高压气体的一部分通过单向阀流入储气罐，该部分气体能量被用来推动充气缸活塞、燃料喷射以及排气门推杆等控制动作。与传统的活塞式发动机相比较，水活塞发动机在以下诸多方面具有优势。1、 组织燃烧方面：由于燃烧室由气缸体构成，没有传统的气缸盖和气缸垫，可以承受巨大的冲击载荷。由于没有连杆和曲轴，可以承受冲击载荷。因此采用了燃料与空气预混合后在高压缩比下点燃的爆震燃烧方式。采用这种燃烧方式能解决燃烧室形状不固定所带来的问题。具有燃烧充分和热效率高的优点。2、 效率方面：由于有

5、高的压缩比，因此热效率高。更由于没有活塞环和缸筒的摩擦，加上水活塞直接喷入大海形成推力而没有曲柄连杆机构、变速箱和螺旋桨等环节，因此而具有很高的机械效率。总的效率将大大高于现有的活塞式发动机。预计效率可以比活塞式发动机高50%。3、 升功率方面：由于最大爆发压力可以很高，将导致平均有效压力的提高。加上没有活塞环与缸筒的摩擦，又是二冲程的发动机，因此工作频率可以很高。综合起来，将会有很高的升功率。4、 换气方面：由于水活塞不象传统发动机中的活塞那样在不停地运动。而是在充气缸做吸气动作时完成换气，因此换气效率也很高，换气时不会损失燃料。5、 工艺性、成本和可靠性方面：由于结构简单没有难加工的零件，因此有很低的成本和很好的加工工艺性。主要摩擦部分在充气缸活塞处。6、 对不同燃料的适应性方面：根据燃烧方式分析，使用气体燃料最好。其次是汽油类挥发性不溶于水的液体燃料。对于柴油类不挥发性液体燃料也能适应。原理设计中可能存在的缺点主要有以下两点：1、 充气