專利名稱：混合動力發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉一種動力發(fā)動機(jī)，更具體地說，本實(shí)用新型涉及一種氣動一燃 油/燃?xì)饣旌蟿恿Πl(fā)動機(jī)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)的燃油/燃?xì)馊紵a(chǎn)生了排放污染，并且面臨著能源危機(jī)的壓力。氣 動發(fā)動機(jī)的能量來源廣泛并且對環(huán)境是零污染，但是發(fā)展至今氣動發(fā)動機(jī)受機(jī)構(gòu) 的影響，動力不足，效率低下。
中國專利[99116190]公開的"空氣動力汽車"提出了氣動與內(nèi)燃或電動的混 合，但是該專利的混合動力發(fā)動機(jī)壓縮空氣做功氣缸是獨(dú)立的氣缸，并且只有當(dāng) 壓縮空氣動力使用不便時，才使用內(nèi)燃動力或電動動力。中國專利"壓縮空氣一 燃油/燃?xì)饣旌蟿恿Φ钠嚢l(fā)動機(jī)"(ZL02111984.8)也提出了壓縮空氣與燃油/ 燃?xì)獾幕旌?，但是該專利壓縮空氣做功和燃油/燃?xì)庾龉Ψ謩e為兩個氣缸。
以上混合動力發(fā)動機(jī)的專利都存在以下問題不僅從結(jié)構(gòu)上至少設(shè)置兩個以 上氣缸，而且氣動發(fā)動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)或電動機(jī)各自的附屬結(jié)構(gòu)都必須具備，結(jié)構(gòu)上 龐大而復(fù)雜，另外設(shè)置兩個氣缸分別做功還具有以下難題，使得其難以進(jìn)一步進(jìn) 入實(shí)用。
內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)氣缸做功存在的問題
1. 能量損耗嚴(yán)重
內(nèi)燃機(jī)燃燒時產(chǎn)生的高溫會導(dǎo)致零部件的過熱，為了保證零部件的正常工 作，內(nèi)燃機(jī)都設(shè)置了冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)一方面維持了零部件正常工作的溫度范 圍，另一方面也帶走了大量的熱量，造成了能量浪費(fèi)。燃料燃燒產(chǎn)生的能量有 1/3被冷卻水帶走了。
2. 缸內(nèi)活塞等結(jié)構(gòu)無法冷卻
雖然冷卻系統(tǒng)會降低缸壁的溫度，但是活塞組件和氣缸內(nèi)壁依然難以冷卻， 不僅使得活塞組件長期處于高溫的狀態(tài)，并且會導(dǎo)致表面點(diǎn)火、爆燃等后果。
3. 燃燒室溫度過高內(nèi)燃機(jī)在排氣結(jié)束后，缸內(nèi)溫度依然很高，過高的溫度會影響充氣效率，空 氣的不足導(dǎo)致燃燒不充分，不僅浪費(fèi)能源而且對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。4. 殘余廢氣的問題內(nèi)燃機(jī)在排氣結(jié)束時，由于余隙容積的影響，在氣缸內(nèi)還殘留一些廢氣會對 下一循環(huán)的燃燒產(chǎn)生不利影響。氣動發(fā)動機(jī)單獨(dú)氣缸做功存在以下問題1. 乏氣浪費(fèi)的問題氣動發(fā)動機(jī)做功后的乏氣還具有一定的壓力，有利用的價值，如果直接將其 排入大氣會造成浪費(fèi)。2. 膨脹做功換熱效率低下氣動發(fā)動機(jī)在做功時膨脹如果從外界吸收熱量，可以提高輸出功率，而以上 兩個專利的結(jié)構(gòu)都存在換熱效率低下的問題，膨脹做功沖程的時間是極短的，經(jīng) 過缸壁和換熱設(shè)施得到的熱量是微乎其微的，無法充分利用內(nèi)燃機(jī)燃燒產(chǎn)生的廢執(zhí)。 "、、0發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種氣動與燃油/燃?xì)?的工作缸為同一個氣缸，同時將壓縮空氣和燃油/燃?xì)庾鳛閯恿υ?，也可以單?dú) 使用壓縮空氣或者燃油/燃?xì)庾鳛閯恿υ础榱私鉀Q上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型提供了一種混合動力發(fā)動機(jī)，包括至少一個氣缸13，氣缸13具 有活塞10和連桿11結(jié)構(gòu)，所述氣缸13上設(shè)置氣缸進(jìn)氣門6、乏氣排氣門7、廢氣排氣門8和點(diǎn)火裝置9;換熱器12的壓縮空氣出口與氣缸進(jìn)氣門6相連；換熱器12的壓縮空氣入口經(jīng)輸氣管2與壓縮空氣儲罐1相連，在輸氣管2上設(shè)有減壓裝置3;換熱器12的廢氣入口與廢氣排氣門8相連；燃料儲罐4經(jīng)燃料輸送管路5與氣缸13的點(diǎn)火裝置9相連；換熱器12的廢氣出口和氣缸的乏氣排氣 門7分別與大氣相通。
作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述點(diǎn)火裝置9是燃?xì)恻c(diǎn)火裝置或噴油點(diǎn)火裝 置其中一種。
作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述減壓裝置3與換熱器12壓縮空氣入口之 間的輸氣管2上設(shè)有一個與大氣相通的轉(zhuǎn)換閥14。
作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述乏氣排氣門7和點(diǎn)火裝置9分別通過信號 線連接一個控制裝置。
作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述氣缸進(jìn)氣門6和廢氣排氣門8分別通過傳 動機(jī)構(gòu)與曲軸相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是
這種發(fā)動機(jī)采用了氣動、內(nèi)燃同缸做功，能夠?qū)鈩优c內(nèi)燃的缺點(diǎn)都予以解 決，將各自不可避免的損失能量有效的加以利用，提高了經(jīng)濟(jì)性能，并且本結(jié)構(gòu) 簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
(1) 內(nèi)燃缸內(nèi)零部件冷的壓縮空氣進(jìn)入氣缸可以直接冷卻活塞頂部和缸
壁，并且在此后的膨脹做功和排氣過程中，都可以逐漸冷卻內(nèi)燃缸內(nèi)難以冷卻的 零部件。
(2) 內(nèi)燃廢氣殘留壓縮空氣的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于廢氣排氣終了缸內(nèi)廢氣的壓
力，因此壓縮空氣的進(jìn)入足以將缸內(nèi)殘留廢氣驅(qū)逐出氣缸。
(3) 內(nèi)燃進(jìn)氣內(nèi)燃燃燒的空氣來自乏氣，乏氣留在缸內(nèi)的質(zhì)量可以通過 可控乏氣排氣門控制，保證內(nèi)燃燃燒足夠的空氣。
(4) 氣動發(fā)動機(jī)乏氣氣動發(fā)動機(jī)做功的乏氣直接排入大氣會造成了浪 費(fèi)。本實(shí)用新型將一部分乏氣作為燃油/燃?xì)馊紵枰膲嚎s空氣，有效地利用 了一部分能量。
本實(shí)用新型將兩者的缺點(diǎn)轉(zhuǎn)換為有利的因素，在內(nèi)燃排氣結(jié)束后，缸壁和活 塞頂?shù)臏囟纫廊缓芨撸藭r壓縮空氣進(jìn)入缸內(nèi)，在此后的做功和排氣的過程中都 可以逐漸冷卻這些零部件， 一方面保證零部件的溫度，另一方面膨脹做功吸收部 分熱量，也提高了輸出功。


圖1是混合動力發(fā)動機(jī)構(gòu)成示意圖2是氣缸進(jìn)氣門、乏氣排氣門和廢氣排氣門的驅(qū)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖3是乏氣排氣門和噴油點(diǎn)火裝置的控制示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
本實(shí)施例中的混合動力發(fā)動機(jī)構(gòu)成如圖1所示，發(fā)動機(jī)一個氣缸13，氣缸 13具有活塞10和連桿11結(jié)構(gòu)，氣缸13上設(shè)置氣缸進(jìn)氣門6、乏氣排氣門7、 廢氣排氣門8和點(diǎn)火裝置9;換熱器12的壓縮空氣出口與氣缸進(jìn)氣門6相連； 換熱器12的壓縮空氣入口經(jīng)輸氣管2與壓縮空氣儲罐1相連，在輸氣管2上設(shè) 有減壓裝置3;換熱器12的廢氣入口與廢氣排氣門8相連；燃料儲罐4經(jīng)燃料 輸送管路5與氣缸13的點(diǎn)火裝置9相連；換熱器12的廢氣出口和氣缸的乏氣排 氣門7分別與大氣相通。減壓裝置3與換熱器12壓縮空氣入口之間的輸氣管2 上還設(shè)有一個與大氣相通的轉(zhuǎn)換閥14。
氣缸進(jìn)氣門6和廢氣排氣門8分別分別通過凸輪或其它傳動機(jī)構(gòu)與曲軸相 連。乏氣排氣門7和點(diǎn)火裝置9分別通過信號線連接一個控制裝置15。
點(diǎn)火裝置9根據(jù)燃料儲罐4中提供的燃料性質(zhì)選擇，可以是燃?xì)恻c(diǎn)火裝置或 噴油點(diǎn)火裝置其中一種。
本實(shí)施例中混合動力發(fā)動機(jī)的運(yùn)行方式如下
工況一
壓縮空氣從儲氣罐1中經(jīng)過輸氣管2在預(yù)膨脹的過程中，與廢氣排氣門8排 出的高溫廢氣通過換熱器12進(jìn)行熱交換，得到加熱后，在活塞上止點(diǎn)位置，氣 缸進(jìn)氣門6打開，進(jìn)入缸內(nèi)，充氣結(jié)束。氣缸進(jìn)氣門6關(guān)閉后，壓縮空氣推動活 塞10帶動連桿11做功，減壓并吸收熱量，缸內(nèi)零部件得到冷卻；
活塞10運(yùn)行至下止點(diǎn)位置后，乏氣排氣門7打開，膨脹后的空氣逐漸排出 缸外，在活塞10上行至設(shè)定位置，缸內(nèi)存留有一定量的乏氣，乏氣排氣門7關(guān) 閉，活塞10上行至上止點(diǎn)位置；
燃料儲罐4內(nèi)的燃油/燃?xì)馔ㄟ^輸送管路5，并由點(diǎn)火裝置9噴入氣缸點(diǎn) 燃，燃料燃燒做功直至活塞10運(yùn)行至下止點(diǎn)位置；
廢氣排氣門8打開，燃燒廢氣排至換熱器12，高溫廢氣經(jīng)由換熱器12與預(yù) 膨脹的壓縮空氣進(jìn)行換熱。圖2是氣缸進(jìn)氣門、乏氣排氣門和廢氣排氣門的驅(qū)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；圖2氣缸 進(jìn)氣門6和廢氣排氣門8的開啟和關(guān)閉時刻是固定的，它們與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)一樣，
可以通過凸輪機(jī)構(gòu)，由曲軸帶動進(jìn)行凸輪進(jìn)行進(jìn)排氣。乏氣排氣門7的關(guān)閉時刻 要根據(jù)工況進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)負(fù)載增大時，乏氣排氣門7關(guān)閉時刻提早，缸內(nèi)留有更 多的乏氣，噴入氣缸內(nèi)的燃料也要增加，從而提高發(fā)動機(jī)的輸出功，反之亦然。
圖3中，傳感器將檢測到的負(fù)載調(diào)節(jié)信號輸入控制裝置15，控制裝置15采 用控制器ECM，經(jīng)計(jì)算后輸出信號，控制乏氣排氣門7和點(diǎn)火裝置9的動作?？?制器ECM可選用Freescale公司生產(chǎn)的MC9S12DP256芯片，編程環(huán)境可用 Metrowerks公司的Codewarrior軟件。
工況二
當(dāng)燃油不足或者負(fù)載較低時，可以只采用壓縮空氣做功。壓縮空氣從儲氣罐 1中經(jīng)過輸氣管2預(yù)膨脹的過程后，在活塞上止點(diǎn)位置，氣缸進(jìn)氣門6打開，進(jìn) 入缸內(nèi)，充氣結(jié)束；氣缸進(jìn)氣門6關(guān)閉后，壓縮空氣推動活塞10和連桿11做 功，直到活塞10運(yùn)行至下止點(diǎn)位置；乏氣排氣門7打開，膨脹后的空氣逐漸排 出缸外，在活塞10上止點(diǎn)位置，乏氣排氣門7關(guān)閉；此后，發(fā)動機(jī)在360°的 曲軸轉(zhuǎn)角空轉(zhuǎn)不進(jìn)行做功，直到下一個循環(huán)開始。 工況三
當(dāng)壓縮空氣不足時，可以從大氣環(huán)境中直接進(jìn)氣，此時，減壓裝置3與換熱 器12壓縮空氣入口之間的輸氣管2上設(shè)有的與大氣相通的轉(zhuǎn)換閥14打開，乏氣 排氣門7在整個循環(huán)中完全關(guān)閉。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)一樣經(jīng)歷吸氣、壓縮、做功和排 氣四個沖程。
顯然，本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員能從本實(shí)用新型公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本 實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種混合動力發(fā)動機(jī)，包括至少一個氣缸(13)，氣缸(13)具有活塞(10)和連桿(11)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氣缸(13)上設(shè)置氣缸進(jìn)氣門(6)、乏氣排氣門(7)、廢氣排氣門(8)和點(diǎn)火裝置(9)；換熱器(12)的壓縮空氣出口與氣缸進(jìn)氣門(6)相連；換熱器(12)的壓縮空氣入口經(jīng)輸氣管(2)與壓縮空氣儲罐(1)相連，在輸氣管(2)上設(shè)有減壓裝置(3)；換熱器(12)的廢氣入口與廢氣排氣門(8)相連；燃料儲罐(4)經(jīng)燃料輸送管路(5)與氣缸(13)的點(diǎn)火裝置(9)相連；換熱器(12)的廢氣出口和氣缸的乏氣排氣門(7)分別與大氣相通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述點(diǎn)火裝置(9) 是燃?xì)恻c(diǎn)火裝置或燃油點(diǎn)火裝置其中一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述減壓裝置(3) 與換熱器(12)壓縮空氣入口之間的輸氣管(2)上設(shè)有一個與大氣相通的轉(zhuǎn)換 閥(14)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述乏氣排氣門 (7)通過信號線連接一個控制裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述進(jìn)氣門(6) 和廢氣排氣門(8)分別通過傳動機(jī)構(gòu)與曲軸相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及動力發(fā)動機(jī)，旨在提供一種氣動—燃油/燃?xì)饣旌蟿恿Πl(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)包括至少一個氣缸，氣缸上設(shè)置氣缸進(jìn)氣門、乏氣排氣門、廢氣排氣門和點(diǎn)火裝置；換熱器的壓縮空氣出口與氣缸進(jìn)氣門相連；換熱器的壓縮空氣入口經(jīng)輸氣管與壓縮空氣儲罐相連，在輸氣管上設(shè)有減壓裝置；換熱器的廢氣入口與廢氣排氣門相連；燃料儲罐經(jīng)燃料輸送管路與氣缸的點(diǎn)火裝置相連；換熱器的廢氣出口和氣缸的乏氣排氣門分別與大氣相通。該發(fā)動機(jī)采用了氣動、內(nèi)燃同缸做功，能夠?qū)鈩优c內(nèi)燃的缺點(diǎn)都予以解決，將各自不可避免的損失能量有效的加以利用，提高了經(jīng)濟(jì)性能，并且結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號F02B41/02GK201013446SQ20072010783
公開日2008年1月30日 申請日期2007年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者俞小莉, 林 劉, 聶相虹, 胡軍強(qiáng) 申請人:浙江大學(xué)