一種活塞往復(fù)式發(fā)動機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于發(fā)動機領(lǐng)域，具體涉及一種活塞往復(fù)式發(fā)動機，其包括至少一個設(shè)有第一進氣口和第一排氣口的燃燒缸以及為燃燒缸提供燃料的燃料供給系統(tǒng)，還包括與燃燒缸數(shù)量相同的氣體膨脹缸以及為氣體膨脹缸提供預(yù)壓縮吸熱氣體的氣體供給系統(tǒng)，氣體膨脹缸上設(shè)有第二進氣口及第二排氣口，第一排氣口與第二進氣口相連接。通過將氣體膨脹缸的第二進氣口與燃燒缸的第一排氣口相連接，燃料在燃燒缸燃燒做功后的高溫廢氣不直接排出，而是經(jīng)第二進氣口引入氣體膨脹缸，然后由氣體供給系統(tǒng)噴入氣體膨脹缸的預(yù)壓縮吸熱氣體吸收高溫廢氣的熱量迅速膨脹，從而推動活塞桿對外做功，可有效的提高發(fā)動機燃料的利用率，不僅節(jié)約了能源，還有利于減少廢氣的排放。
【專利說明】
一種活塞往復(fù)式發(fā)動機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于發(fā)動機領(lǐng)域，具體涉及一種活塞往復(fù)式發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]目前活塞往復(fù)式發(fā)動機有兩大機構(gòu)和五大系統(tǒng)組成(柴油發(fā)動機是四大系統(tǒng)，沒有點火系統(tǒng))。兩大機構(gòu)是曲柄連桿機構(gòu)和配氣機構(gòu)，五大系統(tǒng)分別是起動系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。發(fā)動機的工作循環(huán)是由四個沖程來組成，分別是進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。
[0003 ]但現(xiàn)有的發(fā)動機對燃料燃燒產(chǎn)生的熱能利用率低，僅有25 %?40 %的轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΓ溆?0%?75%都損失掉了。其中，主要由廢氣帶走，其次傳給冷卻水。冷卻水帶走的熱量占總熱量的10%?35%，其中一部分是排氣道中廢氣傳給冷卻水的熱，一部分是由摩擦產(chǎn)生的熱，真正由燃燒、膨脹過程散出的熱大約占冷卻損失的15%。廢氣帶走的熱量占總熱量的25%?50%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種活塞往復(fù)式發(fā)動機一種活塞往復(fù)式發(fā)動機，以解決現(xiàn)有的發(fā)動機對燃料燃燒產(chǎn)生的熱能利用率低的缺陷。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種活塞往復(fù)式發(fā)動機，包括至少一個設(shè)有第一進氣口和第一排氣口的燃燒缸以及為所述燃燒缸提供燃料的燃料供給系統(tǒng)，還包括與所述燃燒缸數(shù)量相同的氣體膨脹缸以及為所述氣體膨脹缸提供預(yù)壓縮吸熱氣體的氣體供給系統(tǒng)，所述氣體膨脹缸上設(shè)有第二進氣口及第二排氣口，所述第一排氣口與所述第二進氣口相連接。
[0006]本發(fā)明的更進一步優(yōu)選方案是:所述氣體供給系統(tǒng)包括依次連接的儲氣瓶、管路恒壓裝置、單向閥、電磁閥、冷卻腔以及電磁閥噴氣嘴，所述電磁閥噴氣嘴設(shè)置于所述氣體膨脹缸上。
[0007]本發(fā)明的更進一步優(yōu)選方案是:所述冷卻腔設(shè)置于發(fā)動機的氣缸體上。
[0008]本發(fā)明的更進一步優(yōu)選方案是:所述冷卻腔包括若干個子腔，所述子腔設(shè)置于相鄰的燃燒缸或氣體膨脹缸之間。
[0009]本發(fā)明的更進一步優(yōu)選方案是:所述氣體膨脹缸的容積大于所述燃燒缸的容積。
[0010]本發(fā)明的更進一步優(yōu)選方案是:所述氣體供給系統(tǒng)還包括與所述儲氣瓶連接的安全閥。
[0011]本發(fā)明的更進一步優(yōu)選方案是:所述所述氣體膨脹缸的進氣提前角大于所述燃燒缸的排氣提前角。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于，通過設(shè)置氣體膨脹缸以及為氣體膨脹缸提供預(yù)壓縮吸熱氣體的氣體供給系統(tǒng)，并使得氣體膨脹缸的第二進氣口與燃燒缸的第一排氣口相連接，燃料在燃燒缸燃燒做功后的高溫廢氣不直接排出，而是經(jīng)第二進氣口引入氣體膨脹缸，然后由氣體供給系統(tǒng)噴入氣體膨脹缸的預(yù)壓縮吸熱氣體吸收高溫廢氣的熱量迅速膨脹，從而推動活塞桿對外做功，可有效的提高發(fā)動機燃料的利用率，不僅節(jié)約了能源，還有利于減少廢氣的排放。
【附圖說明】
[0013]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0014]圖1是本發(fā)明的活塞往復(fù)式發(fā)動機(缸內(nèi)直噴式)原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明的活塞往復(fù)式發(fā)動機(普通多點噴射)原理結(jié)構(gòu)示意圖
[0016]圖3是本發(fā)明氣體供給系統(tǒng)原理框圖；
[0017]圖4是本發(fā)明冷卻腔設(shè)置位置示意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明配氣原理示意圖。
【具體實施方式】
[0019]現(xiàn)結(jié)合附圖，對本發(fā)明的較佳實施例作詳細說明。
[0020]如圖1、2所示，本實發(fā)明的活塞往復(fù)式發(fā)動機，包括至少一個設(shè)有第一進氣口11和第一排氣口 12的燃燒缸I以及為所述燃燒缸I提供燃料的燃料供給系統(tǒng)2，還包括與所述燃燒缸I數(shù)量相同的氣體膨脹缸3以及為所述氣體膨脹缸3提供預(yù)壓縮吸熱氣體的氣體供給系統(tǒng)4，所述氣體膨脹缸3上設(shè)有第二進氣口 31及第二排氣口 32，所述第一排氣口 12與所述第二進氣口 31相連接。通過設(shè)置氣體膨脹缸3以及為氣體膨脹缸3提供預(yù)壓縮吸熱氣體的氣體供給系統(tǒng)4，并使得氣體膨脹缸3的第二進氣口 31與燃燒缸I的第一排氣口 12相連接，燃料在燃燒缸I燃燒做功后的高溫廢氣不直接排出，而是經(jīng)第一排氣口 12和第二進氣口 31引入氣體膨脹缸3，然后由氣體供給系統(tǒng)4噴入氣體膨脹缸3的預(yù)壓縮吸熱氣體吸收高溫廢氣的熱量迅速膨脹，從而推動活塞桿對外做功。進一步地，燃料在燃燒缸I燃燒做功后的高溫廢氣不直接排出，經(jīng)第二進氣口 31引入氣體膨脹缸3后，氣體膨脹缸3對高溫廢氣進行壓縮，在再壓縮終點時，氣體供給系統(tǒng)4向氣體膨脹缸3噴入預(yù)壓縮吸熱氣體，預(yù)壓縮吸熱氣體吸收高溫廢氣的熱量，達到膨脹做功的目的，做功后才把廢氣從第二排氣口 32排出。所述預(yù)壓縮吸熱氣體優(yōu)選為氮氣或二氧化碳等利于吸熱、膨脹系數(shù)大的無害氣體。由于液體的氣化過程或壓縮氣體的膨脹過程是一個吸熱的過程，在這個過程中，氣化物或膨脹氣體的體積會增大，比如液氮等一些吸熱性很強的氣體，液氮在常壓下，液氮溫度為一 196°C; I立方米的液氮可以膨脹至696立方米21°C的純氣態(tài)氮，膨脹了696倍。這些氣體環(huán)保無害，的大氣中大量存在，生產(chǎn)的成本很低，利用這些強吸熱性氣體來吸收高溫廢氣的熱量進行再次利用，可有效的提高發(fā)動機燃料的利用率，不僅節(jié)約了能源，還有利于減少廢氣的排放。
[0021]如圖1、2所示，本發(fā)明的技術(shù)方案適用于兩缸及兩缸以上的活塞往復(fù)式發(fā)動機，現(xiàn)僅以四缸活塞往復(fù)式發(fā)動機為例來闡明本發(fā)明的技術(shù)方案，該四缸活塞往復(fù)式發(fā)動機包括兩個燃燒缸I以及兩個氣體膨脹缸3。為便于描述兩個燃燒缸I命名為一缸和四缸，兩個氣體膨脹缸3命名為二缸和三缸。優(yōu)選地，一缸的排氣口(第一排氣口 12)通過隔熱管道與二缸的進氣口(第二進氣口31)連接;將四缸的排氣口(第一排氣口 12)通過隔熱管道與三缸的進氣口(第二進氣口 31)連接，一、四缸的進氣口(第一進氣口 11)接空氣濾清器，二、三缸的排氣口(第二排氣口32)接排氣管。所述四缸活塞往復(fù)式發(fā)動機的一缸在燃料燃燒做功后，把排出的高溫廢氣引入二缸，作為二缸的進氣，二缸再對高溫廢氣進行壓縮，二缸壓縮將到終點時，噴入適量的預(yù)壓縮吸熱氣體來吸收高溫廢氣的熱量而膨脹做功，最后，再將高溫廢氣從二缸中排出去。同理，四缸的高溫廢氣引入三缸再做功。這樣可以確保占總熱量25 %?50 %的高溫廢氣熱量就得到了再次利用。
[0022]如圖1-3所示，本實施例的所述氣體供給系統(tǒng)4包括依次連接的儲氣瓶41、管路恒壓裝置42、單向閥43、電磁閥44、冷卻腔45以及電磁閥噴氣嘴46，所述電磁閥噴氣嘴46設(shè)置于所述氣體膨脹缸3上。具體地，所述儲氣瓶41、管路恒壓裝置42、單向閥43、電磁閥44、冷卻腔45彼此通過管路連接，管路中設(shè)有壓力開關(guān)，用來檢測管路壓力，以控制管路恒壓裝置42，所述壓力開關(guān)優(yōu)選為包括連接所述冷卻腔45與電磁閥44和管路恒壓裝置42的高低壓保護開關(guān)47以及連接所述儲氣瓶41與管路恒壓裝置42的低壓保護開關(guān)48。管路恒壓裝置42安裝在儲氣瓶41與單向閥43之間的管路上，其作用是建立管路壓力并維持管路壓力的恒定，它是由電動栗或機械栗組成。當(dāng)管路內(nèi)的壓力開關(guān)檢測到管路壓力過高時，控制栗體不工作，而過低時，又控制栗體恢復(fù)工作。單向閥43安裝在管路恒壓裝置42前的管路上，其作用是在發(fā)動機停機時，維持管路內(nèi)的壓力，有利于發(fā)動機的再次起動。
[0023]當(dāng)然，四缸活塞往復(fù)式發(fā)動機還包括主控模塊以及相關(guān)的傳感器。本實施例的氣體供給系統(tǒng)4的工作原理:主控模塊根據(jù)進氣量信息、曲軸位置傳感器和安裝在二、三缸進氣管上的進氣壓力傳感器及溫度傳感器給的信息來控制預(yù)壓縮吸熱氣體的噴射時間，確定噴入二、三缸的基本氣體量，然后通過發(fā)動機溫度傳感器、蓄電池電壓等信息對噴入的氣體量作出修正，再通過安裝在二、三缸排氣管上的溫度傳感器把排氣溫度的信息轉(zhuǎn)換成電信號反饋給主控模塊，再由主控模塊對二、三缸的噴氣量進行反饋控制，從而達到比較理想的控制狀態(tài)。
[0024]如圖4所示，本實施例的所述冷卻腔45設(shè)置于發(fā)動機的氣缸體5上。進一步地，所述冷卻腔45包括若干個子腔，所述子腔設(shè)置于相鄰的燃燒缸I或氣體膨脹缸3之間。電磁閥44安裝在氣缸體5上，由主控模塊根據(jù)發(fā)動機的溫度來控制，通過控制一、四缸冷卻腔45的氣體流量來控制發(fā)動機溫度。進一步地，所述氣體供給系統(tǒng)4還包括與所述儲氣瓶41連接的安全閥411，用來在管路或儲氣瓶41因意外狀況導(dǎo)致的壓力過高時，保障系統(tǒng)的安全。進一步地，所述氣體供給系統(tǒng)4還包括與所述儲氣瓶41連接的氣體儲量檢測裝置412及指示裝置413，所述氣體儲量檢測裝置412用于檢測儲氣瓶41內(nèi)的氣體量，當(dāng)儲氣瓶41內(nèi)氣體不足時，通過所述指示裝置413提示車主。
[0025]本實施例的四缸活塞往復(fù)式發(fā)動機的冷卻主要是由氣體供給系統(tǒng)4的預(yù)壓縮吸熱氣體輸?shù)綒怏w膨脹缸3的過程中進行的，預(yù)壓縮吸熱氣體在一、四缸冷卻腔45吸收燃燒、膨脹過程散出和機械摩擦產(chǎn)生的熱量，并再次利用，作為預(yù)壓縮吸熱氣體(如液氮)由液態(tài)轉(zhuǎn)換為氣態(tài)所需的能量，這樣就減少了熱量損失，提高了熱效率。另外，由于發(fā)動機的工作情況復(fù)雜，所述四缸活塞往復(fù)式發(fā)動機還包括風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)，用以調(diào)節(jié)四缸活塞往復(fù)式發(fā)動機的工作溫度。
[0026]如圖1、5所示，本實施例的所述氣體膨脹缸3的容積大于所述燃燒缸I的容積。所述氣體膨脹缸3的進氣提前角大于所述燃燒缸I的排氣提前角。圖5中α為氣體膨脹缸3的進氣提前角、β為氣體膨脹缸3的進氣遲后角、γ為燃燒缸I的排氣提前角、δ為燃燒缸I的排氣遲后角、A為活塞上止點、B為活塞下止點。α優(yōu)選45°、γ優(yōu)選為40。在一、四缸的高溫廢氣引入二、三缸時，二、三缸的進氣提前角大于一、四缸的排氣提前角，保證了發(fā)動機工作平穩(wěn)性，保持了各缸的輸出功率均衡，避免發(fā)動機產(chǎn)生抖動。此外，二、三缸的總?cè)莘e大于一、四缸的總?cè)莘e，這樣就可以減少一、四缸的排氣阻力，保證了一、四缸的充氣效率，也保證了發(fā)動機的有效功率輸出。本實施例的燃料供給系統(tǒng)2的和現(xiàn)有的發(fā)動機相同，燃油噴射的控制也是采用空燃比反饋控制，主控模塊根據(jù)安裝在一、四缸的排氣管中的氧傳感器反饋回來的信息對噴油量作出修正，如此來控制一、四缸的實際噴油量使它們接近理想的噴油量。
[0027]本實施例的四缸活塞往復(fù)式發(fā)動機根據(jù)行駛情況，具有多種的控制模式。
[0028]自動節(jié)能模式:當(dāng)車輛的速度較快，扭矩輸出需求較少時，主控模塊根據(jù)車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等各傳感器傳來的信息可選擇自動的切換到節(jié)能模式控制，控制氣體供給系統(tǒng)4不工作，燃料供給系統(tǒng)2工作，同時，切換一、四缸的排氣到排氣管中，打開二、三缸的進、排氣門，使二、三缸不工作，減少發(fā)動機的工作阻力，此時的發(fā)動機冷卻靠電子控制風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)冷卻。
[0029]自動環(huán)保模式:當(dāng)車輛的速度較快，扭矩輸出需求較少時，主控模塊根據(jù)車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等各傳感器傳來的信息也可選擇自動的實施到環(huán)保模式控制，燃料供給系統(tǒng)2不工作，氣體供給系統(tǒng)4工作，同時，切換二、三缸的進氣到進氣管中，進氣不經(jīng)過一、四缸汽缸，打開一、四缸的進、排氣門，使一、四缸不工作，減少發(fā)動機的工作阻力，為了提高進氣溫度，可在進氣管上設(shè)置預(yù)熱裝置對進入一、四缸的預(yù)壓縮吸熱氣體進行加熱，用以提高工作效率，提升發(fā)動機的功率輸出。排出的氣體就是預(yù)壓縮的氣體，不產(chǎn)生大氣污染。
[0030]應(yīng)當(dāng)理解的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以對上述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換;而所有這些修改和替換，都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種活塞往復(fù)式發(fā)動機，包括至少一個設(shè)有第一進氣口和第一排氣口的燃燒缸以及為所述燃燒缸提供燃料的燃料供給系統(tǒng)，其特征在于:還包括與所述燃燒缸數(shù)量相同的氣體膨脹缸以及為所述氣體膨脹缸提供預(yù)壓縮吸熱氣體的氣體供給系統(tǒng)，所述氣體膨脹缸上設(shè)有第二進氣口及第二排氣口，所述第一排氣口與所述第二進氣口相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞往復(fù)式發(fā)動機，其特征在于:所述氣體供給系統(tǒng)包括依次連接的儲氣瓶、管路恒壓裝置、單向閥、電磁閥、冷卻腔以及電磁閥噴氣嘴，所述電磁閥噴氣嘴設(shè)置于所述氣體膨脹缸上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的活塞往復(fù)式發(fā)動機，其特征在于:所述冷卻腔設(shè)置于發(fā)動機的氣缸體上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的活塞往復(fù)式發(fā)動機，其特征在于:所述冷卻腔包括若干個子腔，所述子腔設(shè)置于相鄰的燃燒缸或氣體膨脹缸之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的活塞往復(fù)式發(fā)動機，其特征在于:所述氣體膨脹缸的容積大于所述燃燒缸的容積。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的活塞往復(fù)式發(fā)動機，其特征在于:所述氣體供給系統(tǒng)還包括與所述儲氣瓶連接的安全閥。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的活塞往復(fù)式發(fā)動機，其特征在于:所述所述氣體膨脹缸的進氣提前角大于所述燃燒缸的排氣提前角。
【文檔編號】F02B41/06GK106089409SQ201610431283
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】徐小山
【申請人】徐小山