CN100464063C - 蓄能式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄能式发动机，是一种改变现行内燃机冲程方式的技术方案，属于发动机技术领域。主要特点是主气缸排气门一侧设置副气缸，主气缸和副气缸上分别设置主副蓄能器，利用爆发冲程尾部继续燃烧的高温高压气体的能量通过蓄能器储存，在下次爆发冲程时释放出来做功，达到热效率提高一倍以上，排放总量、油耗降低一倍以上，排气噪音大大降低，不降低功率(甚至稍有提高)，不易过热，使用寿命更长的一种新型发动机、单缸机、多缸机、电喷式、化油器式、汽油机、可燃油、燃气、柴油机均适用，可广泛用做车辆、船驳、发电、内燃机车、甚至是坦克、直升机等机械的动力源，只要是使用活塞式发动机均适用。

Description

蓄能式发动机

技术领域

本发明涉及一种蓄能式发动机，是一种改变现行内燃机冲程方式的技术方案，属于发动机技术领域。

背景技术

我国是一个能源消费和能源进口的大国，开发低能耗的发动机，既符合国家利益，又对消费者有利，同时还可以降低发动机对大气环境所造成的污染和减少温室气体的排放量，节能减排，可谓一举数得！

现有发动机因其结构的原因，普遍存在着热效率低、能源利用率不高，将很大一部分能量当废气白白排入大气中，由此造成了油耗大排放高，且排气噪音大，除严重浪费能源外，也给大气和环境造成严重污染和危害！现有国外先进技术在主气缸上自下而上设置由活塞和弹簧所组成的主蓄能器，该技术虽能将原本排向大气的一部分能量加以回收利用，但利用率还有限，开发更高科技含量、更高热效率的发动机已迫在眉睫！

发明内容

本发明的目的是针对现有发动机存在的能源利用率不高、油耗大排放高等缺点，提供较现行发动机热效率提高一倍以上、排放总量和油耗降低一倍以上，排气噪音大大降低，不降低(甚至稍有提高)发动机功率，不易过热，使用寿命长的一种蓄能式发动机。

本发明目的是通过以下技术方案实现的，一种蓄能式发动机，包括主气缸、主气缸内的活塞、活塞经连杆连接的曲轴、主气缸一侧经进气门连接的进气道，主气缸经其排气门连接的排气道；主气缸设置有主蓄能器，主蓄能器自下而上设置活塞和弹簧，其特征在于所述发动机主气缸的排气门一侧设置具有活塞和弹簧的副气缸，其活塞经连杆连接曲轴，副气缸设置副蓄能器，主气缸与主蓄能器之间设置挤气门，副气缸与副蓄能器之间设置进气门，主气缸排气门与副蓄能器之间设置单向阀，主、副蓄能器的顶部设置接空气滤清器的通孔，副气缸经设置的排气门与其排气道相连接。

本发明蓄能式发动机是利用爆发冲程尾部继续燃烧的高温高压气体的能量(现行发动机已当废气白白排入大气中)通过蓄能器储存，在下次爆发冲程时释放出来做功，达到热效率提高一倍以上，排放总量、油耗降低一倍以上，排气噪音大大降低，不降低功率(甚至稍有提高)，不易过热，使用寿命更长的一种新型发动机、单缸机、多缸机、电喷式、化油器式、汽油机、可燃油、燃气、柴油机均适用，可广泛用做车辆、船驳、发电、内燃机车、甚至是坦克、直升机等机械的动力源，只要是使用活塞式发动机均适用。可实现发动机，电动两动力源双切换，在蓄电池充满电、进入市区、无燃油或发动机故障不能运行时，用电力驱动，实现零排放。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中进气增压蓄能器结构示意图

图中，1主缸，2副缸，3活塞，4连杆，5曲轴，6主蓄能器，7副蓄能器，8活塞，9活塞，10弹簧，11弹簧，12挤气门，13排气门，14排气门，15进气门，16节气门，17进气门，18排气门，19单向阀，20排气道，21进气门，22活塞，23连杆，24曲轴，25排气道，26气缸，27活塞，28弹簧，29单向阀，30单向阀，31节流阀。

具体实施方式

结合附图和实施进一步说明本发明，本发明蓄能式发动机是对现有进、压、爆、排四个冲程为一个工作循环来完成对外做功的内燃发动机的改进，在现有气缸的基础上，设置副气缸和蓄能器，工作情况是进气和压缩冲程同现行发动机，在爆发冲程(也就是蓄能冲程)工作时，活塞3在高温高压气体的推动下下行，通过连杆4带动曲轴5旋转对外做功，当曲轴5连杆4旋转至排气提前角位置时，挤气门12打开，高温、高压气体(这部份气体现行发动机已当做废气白白排入大气中，造成污染和排气噪音大)迅速压入主蓄能器6中，推动活塞8上行，压缩主蓄能器6弹簧10蓄能，并且燃烧未完全的气体继续燃烧，能量进一步加大，使主蓄能器6弹簧10进一步压缩，当曲轴5继续旋转约30度左右时，挤气门12关闭，稍后排气门13打开，次高温高压气体经单向阀19迅速压入副蓄能器7中，压缩弹簧11储存能量，曲轴5继续向前旋转约30度左右，排气门14打开，由于压差，单向阀19同时自动关闭，降温降压幅度很大的废气经主缸1排气道20进入消音器阻尼后排向大气，主副蓄能器6、7在活塞8、9上下行时，活塞上方的空气会迅速经最上方的大气通孔和空气过滤器中的大气压力保持平衡，而不会阻碍活塞的上下行。

因连续向主、副蓄能器6、7内充气，排向消音器的气体已无很大能量，经消音阻尼后排向大气的噪音较现行发动机有很大降幅，同时，在挤气门12开位置至排气门14打开之间有足够的时间来让未燃烧完全的气体完全燃烧，被压入主、副蓄能器6、7中的高温高压气体存在的时间更长，更能完全燃烧，所以，主副缸1、2最终排出的废气较现行发动机的排放的一氧化碳、碳氢化合物含量会大幅降低，实现了低排放。

由于飞轮在爆发冲程中的储能作用，惯性力带动曲轴5继续向前旋转进入下一排气冲程。

这时，活塞3由下支点到上支点上行，将主缸1中的废气途经排气门13、排气门14排向主缸1排气道20经消音器阻尼后彻底排向大气，同上理，这部份废气的排放和噪音同样是大幅降低。

主气缸1一侧进气门15连接的气道为直气道并连弧形气道，弧形气道的一端与直气道之间设置进气门17。

在进入吸冷冲程时，进气门17打开，实际上可提早在上一冲程时就打开，此阀通道绕过节气门16后通向空气滤清器，目的是在此冲程和下一冲程中，避免增大进、排气阻力，消耗发动机功率，同时，进气门15打开，由于有进气提前角，实际在上一冲程末就已打开，此时，汽油机电喷式电控单元控制电喷嘴不喷油，柴油机电控或机械控制喷油嘴不喷油，安装有化油器的发动机由于进气门17的打开，无空气高速流进、流出节气门16，喷油嘴不会有燃油被吸出，这时，活塞3由上止点到下止点下行形成真空，吸入经空气滤清器滤清后的冷空气(相对缸体温度而言)而进入下一冲程、散热冲程，同时，副缸2进气门21打开，副蓄能器7中的次高温高压气体经进气门21冲向副缸2活塞22顶部，推动活塞22下行通过连杆23带动曲轴24旋转做功(可用来发电向蓄电池组充电)，到达下止点附近时，排气门18打开，废气经副缸2排气道25排进消音器阻尼后排向大气中，也同上理，这部份废气的排放和噪音也很低，其工作循环是曲轴旋转一周，进、排气、活塞往复各一次完成一个工作循环(可以以单缸机、多缸机形成存在)下面不再讲述。

在主缸1进入散热冲程时，活塞3由下止点向上止点上行，将吸收缸体温度的热空气经进气门15、进气门17通向空气滤清器，这样既冷却了主缸1，防止发动机过热，又预热了空气滤清器中的空气，使下次进气冲程进气时，燃油雾化更好，燃烧更完全，燃烧速度更快，动力更强劲。

依次，下面是放能冲程，这时，主蓄能器6中的挤气门12打开，主蓄能器6中的高温高压气体通过挤气门12迅速冲向主缸1活塞3顶部，推动活塞3下行，通过连杆4带动曲轴5旋转对外做功，当曲轴5连杆4旋转至排气提前角位置时，排气门13打开，如副蓄能器7中的气体压力小于主缸1中排气压力，副蓄能器7中的气体单向阀19会被顶开，主缸1排出的次高温高压气体会进入副蓄能器7中进行补偿，在曲轴5连杆4从排气提前角位置继续旋转约30度左右，排气阀14打开，由于压差，单向阀19会自动关闭，从主缸1中排出的废气经主缸1排气道20进入消音器阻尼后排向大气，同理，这部份废气的排放和噪音也很低。

曲轴5继续旋转，通过连杆4带动活塞3上行进入排气冲程，废气途经排气门13、排气门14排向主缸1排气道20经消音器阻尼后彻底排向大气，还是同上理，这部份废气的排放和噪音也是很低的，至此，本蓄能式发动机一个工作循环结束(所有废气排放可共用一个消音器排向大气)。

综上所述，本蓄能式发动机是进气冲程、压缩冲程、爆发冲程(蓄能冲程)、排气冲程、吸冷冲程、散热冲程、放能冲程、排气冲程，八个冲程完成一个工作循环，其中，放能做功冲程是现行发动机所没有的，现行发动机已将这部分能量白白排至大气中，且造成污染大气和排气噪音大，也就是说同样的做功次数，本蓄能式发动机理论上讲热效率提高了一倍，油耗和排放是现行发动机的一半，排气噪音更小，考虑到燃烧更完全和副缸2参加工作(副缸工作不消耗主发动机能量和功率，现行发动机、发电机占用发动机功率，造成油耗大和功率的损失)，另外，本蓄能式发动机的散热冲程不像现行发动机压缩冲程那样阻碍活塞上行，消耗发动机功率，所以，本蓄能式发动机实际油耗和排放可能更低，热效率更高，如需要，可重复放能冲程和排气冲程，使油耗更低，排放更加理想，但要以牺牲功率和配气机构复杂化为代价。

本蓄能式发动机在多缸使用时可一缸一主、副蓄能器，也可多缸共用一大主副蓄能器，但各气道应尽量缩短，以减少能量损失(副缸可用单缸，也可用多缸形式)。

本蓄能式发动机副缸2可用来发电向蓄电池充电，在不占主发动机功率，不消耗能源(和现行发动机相比)的情况下，使用主缸1中排出的无用能量(相对主发动机而言)做动力源，所以和现行发动机相比，本蓄能式发动机负荷更轻(现行发动机发电占用发动机功率，造成油耗大和功率的损失)，再者，散热冲程不像现行发动机压缩冲程那样阻碍活塞上行，消耗发动机功率，另外，由于吸冷冲程和散热冲程的热交换，发动机不易过热，使用寿命更长。同时，由于可切换成电力驱动，这部份电能相对现行发动机而言是不消耗能源，不占用功率而无偿额外得到的，使原本需要发动机工作做功的能源得以节省，磨损得以降低，也为本蓄能式发动机的延寿和降耗做出了贡献！另外，如需增加主缸1发动机功率，可选装如附图的进气增压蓄能器，进气增压蓄能器由气缸26，气缸26内的活塞27、弹簧28、单向阀30、节流阀31构成，单向阀30、节流阀31固定设置在气缸26的内底部，单向阀30经管道与主蓄能器6顶部的大气通孔连接，单向阀30连接的管道上还设置有叉管道，叉管道的进口端设置单向阀29，单向阀29控制另一端接气缸26顶部的接空气滤清器的管道，节流阀31经管道接主缸1的进气道节气门16处，其工作程序是：主蓄能器6在充入高温高压气体后上行，活塞8上方的经空气滤清器过滤的热空气，该处空气已被主蓄能器6预热，通过单向阀30，被迅速压入进气增压器中，推动活塞27上行，压缩弹簧28，将热空气储存于活塞27下方的气缸26内，此弹簧硬度远远要小于主、副蓄能器弹簧硬度，在发动机处于进气冲程时，电控单元根据发动机需要，通过控制节流阀开度，调节进气流量，这时，原储在进气增压蓄能器中的热空气，在弹簧28的压力下，通过活塞27加压，迅速从节流阀31经进气通道、节气门16和喷油嘴喷出的雾状燃油混合后压入主气缸1内，由于是被压入而不是被吸入，这样就可以使更多的可燃混合气更快地充满气缸1，使燃烧速度加快，爆发力更大地推动活塞3下行，通过连杆4带动曲轴5旋转对外做功，使发动机功率在原基础上有很大增加。本进气增压蓄能器适用于汽油机、柴油机。总之，本蓄能式发动机是实现低耗、低排(电动时零排)低噪、低热、高功、高寿的，可燃油、燃气、汽油机、柴油机均适用，可机、电双向切换的新型动力源，可以说是发动机史上的一次革命，可创造巨大的经济和社会效益，对节能降耗，环保与坚持科学发展观，共建和谐社会意义深远重大。

Claims (10)

1.一种蓄能式发动机，包括主气缸、主气缸内的活塞、活塞经连杆连接的曲轴、主气缸一侧经进气门连接的进气道，主气缸经其排气门连接的排气道；主气缸设置有主蓄能器，主蓄能器自下而上设置活塞和弹簧，其特征在于所述发动机主气缸的排气门一侧设置具有活塞和弹簧副气缸，其活塞经连杆连接曲轴，副气缸设置副蓄能器，主气缸与主蓄能器之间设置挤气门，副气缸与副蓄能器之间设置进气门，主气缸排气门与副蓄能器之间设置单向阀，主、副蓄能器的顶部设置接空气滤清器的通孔，副气缸经设置的排气门与其排气道相连接。

2.据权利要求1所述的蓄能式发动机，其特征在于发动机是进气冲程、压缩冲程、爆发冲程(蓄能冲程)、排气冲程、吸冷冲程、散热冲程、放能冲程、排气冲程，八个冲程完成一个工作循环。

3.根据权利要求1所述的蓄能式发动机，其特征在于副气缸曲轴旋转一周具有进气冲程和排气冲程来完成一工作循环，进气冲程是副蓄能器中的次高温高压气体经进气门进入副缸，推动活塞下行经连杆带动曲轴旋转做功。

4.根据权利要求1所述的蓄能式发动机，其特征在于主气缸在吸冷冲程、散热冲程时冷却主气缸，并且预热空气滤清器中的空气。

5.根据权利要求1所述的蓄能式发动机，其特征在于所述发动机为单缸时，单气缸即主气缸设置一个副气缸，主气缸上设置主蓄能器，副气缸上设置副蓄能器。

6.根据权利要求1所述的蓄能式发动机，其特征在于所述发动机为多缸时，各主气缸均设置副气缸，各主气缸、副气缸上均设置蓄能器；亦可主气缸和副气缸共设主、副蓄能器。

7.根据权利要求1所述的蓄能式发动机，其特征在于主气缸的主蓄能器上还可设置由气缸，气缸内的活塞、弹簧、单向阀、节流阀构成的进气增压蓄能器。

8.根据权利要求7所述的蓄能式发动机，其特征在于进气增压蓄能器中的单向阀、节阀固定设置在气缸的内底部，进气增压蓄能器中的单向阀经管道与主蓄能器顶部的大气通孔连接，进气增压蓄能器中的单向阀连接的管道上还设置有叉管道，叉管道的进口端设置单向阀，该单向阀控制另一端接气缸顶部的接空气滤清器的管道，节流阀经管道接主缸的进气道节气门处。

9.根据权利要求7所述的蓄能式发动机，其特征在于进气增压蓄能器气缸内的弹簧硬度小于主、副蓄能器弹簧硬度。

10.根据权利要求1所述的蓄能式发动机，其特征在于主气缸一侧进气门连接的气道为直气道并连弧形气道，弧形气道的一端与直气道之间设置进气门。

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