蓄能式發動機的製作方法
2023-07-27 09:24:26 1
專利名稱：蓄能式發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種蓄能式發動機，是一種改變現行內燃機衝程方式的技術方案，屬於發動機技術領域。
背景技術：
由於石油能源的過量使用和開採，中國乃至世界面臨嚴重的能源危機，中國石油儲量僅可維持到2020年，世界石油儲量也僅可維持40年左右，同時，鑑於這些礦物能源在現有發動機中的利用率不高(熱效率低)，造成油耗大排放高，且排氣噪音大，給大氣和環境造成嚴重汙染和危害，現行內燃機是經過進、壓、爆、排四個衝程為一個工作循環來完成對外做功，輸出動力的(汽油機為火花塞點燃式、柴油機為壓燃式)只有爆發衝程才是做功衝程，其它三個均為輔助衝程，不對外做功，目前，迫切需要設計一種熱效率高、低排放(甚至零排放)、低能耗、低排氣噪音、少用或不用礦物能源的新型發動機。
發明內容
本發明的目的是針對現有發動機存在的能源利用率不高、油耗大排放高等缺點，提供較現行發動機熱效率提高一倍以上、排放總量和油耗降低一倍以上，排氣噪音大大降低，不降低(甚至稍有提高)發動機功率，不易過熱，使用壽命長的一種蓄能式發動機。
本發明目的是通過以下技術方案實現的，一種蓄能式發動機，包括氣缸、氣缸內的活塞、活塞經連杆連接的曲軸、氣缸一側經進氣門連接的氣道，氣缸經其排氣門連接的排氣道，其特徵在於所述發動機的氣缸為主氣缸，主氣缸排氣門一側設置副氣缸、副氣缸內的活塞、活塞經連杆連接的曲軸，主氣缸和副氣缸上分別設置主副蓄能器，主氣缸與主蓄能器之間設置擠氣門，副氣缸與副蓄能器之間設置進氣門，主氣缸排氣門與副蓄能器之間設置單向閥，主副蓄能器內自下而上設置活塞和彈簧，主副蓄能器的頂部設置接空氣濾清器的通孔，副氣缸經設置的排氣門與其排氣道連接。
本發明蓄能式發動機是利用爆發衝程尾部繼續燃燒的高溫高壓氣體的能量(現行發動機已當廢氣白白排入大氣中)通過蓄能器儲存，在下次爆發衝程時釋放出來做功，達到熱效率提高一倍以上，排放總量、油耗降低一倍以上，排氣噪音大大降低，不降低功率(甚至稍有提高)，不易過熱，使用壽命更長的一種新型發動機、單缸機、多缸機、電噴式、化油器式、汽油機、可燃油、燃氣、柴油機均適用，可廣泛用做車輛、船駁、發電、內燃機車、甚至是坦克、直升機等機械的動力源，只要是使用活塞式發動機均適用。可實現發動機，電動兩動力源雙切換，在蓄電池充滿電、進入市區、無燃油或發動機故障不能運行時，用電力驅動，實現零排放。
圖1為本發明結構示意圖；圖2為本發明中進氣增壓蓄能器結構示意中，1主缸，2子缸，3活塞，4連杆，5曲軸，6主蓄能器，7子蓄能器，8活塞，9活塞，10彈簧，11彈簧，12擠氣門，13排氣門，14排氣門，15進氣門，16節氣門，17進氣門，18排氣門，19單向閥，20排氣道，21進氣門，22活塞，23連杆，24曲軸，25排氣道，26氣缸，27活塞，28彈簧，29單向閥，30單向閥，31節流閥。
具體實施例方式
結合附圖和實施進一步說明本發明，本發明蓄能式發動機是對現有進、壓、爆、排四個衝程為一個工作循環來完成對外做功的內燃發動機的改進，在現有氣缸的基礎上，設置副氣缸和蓄能器，工作情況是進氣和壓縮衝程同現行發動機，在爆發衝程(也就是蓄能衝程)工作時，活塞3在高溫高壓氣體的推動下下行，通過連杆4帶動曲軸5旋轉對外做功，當曲軸5連杆4旋轉至排氣提前角位置時，擠氣門12打開，高溫、高壓氣體(這部份氣體現行發動機已當做廢氣白白排入大氣中，造成汙染和排氣噪音大)迅速壓入主蓄能器6中，推動活塞8上行，壓縮主蓄能器6彈簧10蓄能，並且燃燒未完全的氣體繼續燃燒，能量進一步加大，使主蓄能器6彈簧10進一步壓縮，當曲軸5繼續旋轉約30度左右時，擠氣門12關閉，稍後排氣門13打開，次高溫高壓氣體經單向閥19迅速壓入副蓄能器7中，壓縮彈簧11儲存能量，曲軸5繼續向前旋轉約30度左右，排氣門14打開，由於壓差，單向閥19同時自動關閉，降溫降壓幅度很大的廢氣經主缸1排氣道20進入消音器阻尼後排向大氣，主副蓄能器6、7在活塞8、9上下行時，活塞上方的空氣會迅速經最上方的大氣通孔和空氣過濾器中的大氣壓力保持平衡，而不會阻礙活塞的上下行。
因連續向主、副蓄能器6、7內充氣，排向消音器的氣體已無很大能量，經消音阻尼後排向大氣的噪音較現行發動機有很大降幅，同時，在擠氣門12開位置至排氣門14打開之間有足夠的時間來讓未燃燒完全的氣體完全燃燒，被壓入主、副蓄能器6、7中的高溫高壓氣體存在的時間更長，更能完全燃燒，所以，主副缸1、2最終排出的廢氣較現行發動機的排放的一氧化碳、碳氫化合物含量會大幅降低，實現了低排放。
由於飛輪在爆發衝程中的儲能作用，慣性力帶動曲軸5繼續向前旋轉進入下一排氣衝程。
這時，活塞3由下支點到上支點上行，將主缸1中的廢氣途經排氣門13、排氣門14排向主缸1排氣道20經消音器阻尼後徹底排向大氣，同上理，這部份廢氣的排放和噪音同樣是大幅降低。
主氣缸1一側進氣門15連接的氣道為直氣道並連弧形氣道，弧形氣道的一端與直氣道之間設置進氣門17。
在進入吸冷衝程時，進氣門17打開，實際上可提早在上一衝程時就打開，此閥通道繞過節氣門16後通向空氣濾清器，目的是在此衝程和下一衝程中，以免增大進、排氣阻力，消耗發動機功率，同時，進氣門15打開，由於有進氣提前角，實際在上一衝程末就已打開，此時，汽油機電噴式電控單元控制電噴嘴不噴油，柴油機噴油嘴不噴油(電控或機械控制)化油器式由於進氣門17打開的作用，無空氣高速流進，流出節氣門16，噴油嘴不會有燃油噴出，這時，活塞3由上止點到下止點下行形成真空，吸入經空氣濾清器濾清後的冷空氣(相對缸體溫度而言)而進入下一衝程、散熱衝程，同時，副缸2進氣門21打開，副蓄能器7中的次高溫高壓氣體經進氣門21衝向副缸2活塞22頂部，推動活塞22下行通過連杆23帶動曲軸24旋轉做功(可用來發電向蓄電池組充電)，到達下止點附近時，排氣門18打開，廢氣經副缸2排氣道25排進消音器阻尼後排向大氣中，也同上理，這部份廢氣的排放和噪音也很低，其工作循環是曲軸旋轉一周，進、排氣、活塞往復各一次完成一個工作循環(可以以單缸機、多缸機形成存在)下面不再講述。
在主缸1進入散熱衝程時，活塞3由下止點向上止點上行，將吸收缸體溫度的熱空氣經進氣門15、進氣門17通向空氣濾清器，這樣既冷卻了主缸1，防止發動機過熱，又預熱了空氣濾清器中的空氣，使下次進氣衝程進氣時，燃油霧化更好，燃燒更完全，燃燒速度更快，動力更強勁。
依次，下面是放能衝程，這時，主蓄能器6中的擠氣門12打開，主蓄能器6中的高溫高壓氣體通過擠氣門12迅速衝向主缸1活塞3頂部，推動活塞3下行，通過連杆4帶動曲軸5旋轉對外做功，當曲軸5連杆4旋轉至排氣提前角位置時，排氣門13打開，如副蓄能器7中的氣體壓力小於主缸1中排氣壓力，副蓄能器7中的氣體單向閥19會被頂開，主缸1排出的次高溫高壓氣體會進入副蓄能器7中進行補償，在曲軸5連杆4從排氣提前角位置繼續旋轉約30度左右，排氣閥14打開，由於壓差，單向閥19會自動關閉，從主缸1中排出的廢氣經主缸1排氣道20進入消音器阻尼後排向大氣，同理，這部份廢氣的排放和噪音也很低。
曲軸5繼續旋轉，通過連杆4帶動活塞3上行進入排氣衝程，廢氣途經排氣門13、排氣門14排向主缸1排氣道20經消音器阻尼後徹底排向大氣，還是用上理，這部份廢氣的排放和噪音也是很低的，至此，本蓄能式發動機一個工作循環結束(所有廢氣排放可共用一個消音器排向大氣)。
綜上所述，本蓄能式發動機是進氣衝程、壓縮衝程、爆發衝程(蓄能衝程)、排氣衝程、吸冷衝程、散熱衝程、放能衝程、排氣衝程八個衝程完成一個工作循環，其中，放能做功衝程是現行發動機所沒有的，現行發動機已將這部分能量白白排至大氣中，且造成汙染大氣和排氣噪音大，也就是說同樣的做功次數，本蓄能式發動機理論上講熱效率提高了一倍，油耗和排放是現行發動機的一半，排氣噪音更小，考慮到燃燒更完全和副缸2參加工作(副缸工作不消耗主發動機能量和功率，現行發動機、發電機佔用發動機功率，造成油耗大和功率的損失)，另外，本蓄能式發動機的散熱衝程不像現行發動機壓縮衝程那樣阻礙活塞上行，消耗發動機功率，所以，本蓄能式母子高效發動機實際油耗和排放可能更低，熱效率更高，如需要，可重複放能衝程和排氣衝程，使油耗更低，排放更加理想，但要以犧牲功率和配氣機構複雜化為代價。
本蓄能式發動機在多缸使用時可一缸一主、副蓄能器，也可多缸共用一大主副蓄能器，但各氣道應儘量縮短，以減少能量損失(副缸可用單缸，也可用多缸形式)。
本蓄能式發動機副缸2可用來發電向蓄電池充電，在不佔主發動機功率，不消耗能源(和現行發動機相比)的情況下，使用主缸1中排出的無用能量(相對主發動機而言)做動力源，所以和現行發動機相比，本蓄能式發動機負荷更輕(現行發動機發電佔用發動機功率，造成油耗大和功率的損失)，再者，散熱衝程不像現行發動機壓縮衝程那樣阻礙活塞上行，消耗發動機功率，另外，由於吸冷衝程和散熱衝程的熱交換，發動機不易過熱，使用壽命更長。同時，由於可切換成電力驅動，這部份電能相對現行發動機而言是不消耗能源，不佔用功率而無償額外得到的，使原本需要發動機工作做功的能源得以節省，磨損得以降低，也為本蓄能式發動機的延壽和降耗做出了貢獻！另外，如需增加主缸1發動機功率，可選裝如附圖的進氣增壓蓄能器，進氣增壓蓄能器由氣缸26，氣缸26內的活塞27、彈簧28、單向閥30、節流閥31構成，單向閥30、節流閥31設固在氣缸26的內底部，單向閥30經管道與主蓄能器6頂部的大氣通孔連接，單向閥30連接的管道上還設置有單向閥29，單向閥29控制另一端接氣缸26頂部的接空氣濾清器的管道，節流閥31經管道接主缸1的進氣道節氣門16處，其工作程序是主蓄能器6在充入高溫高壓氣體後上行，活塞8上方的經空氣濾清器過濾的熱空氣，該處空氣已被主蓄能器6預熱，通過單向閥30，被迅速壓入進氣增壓器中，推動活塞27上行，壓縮彈簧28，將熱空氣儲存於活塞27下方的氣缸26內，此彈簧硬度遠遠要小於主、副蓄能器彈簧硬度，在發動機處於進氣衝程時，電控單元根據發動機需要，通過控制節流閥開度，調節進氣流量，這時，原儲在進氣增壓蓄能器中的熱空氣，在彈簧28的壓力下，通過活塞27加壓，迅速從節流閥31經進氣通道、節氣門16和噴油嘴噴出的霧狀燃油混合後壓入主氣缸1內，由於是被壓入而不是被吸入，這樣就可以使更多的可燃混合氣更快地充滿氣缸1，使燃燒速度加快，爆發力更大地推動活塞3下行，通過連杆4帶動曲軸5旋轉對外做功，使發動機功率在原基礎上有很大增加。本進氣增壓蓄能器適用於汽油機、柴油機。總之，本蓄能式發動機是實現低耗、低排(電動時零排)低噪、低熱、高功、高壽的，可燃油、燃氣、汽油機、柴油機均適用，可機、電雙向切換的新型動力源，可以說是發動機史上的一次革命，可創造巨大的經濟和社會效益，對節能降耗，環保與堅持科學發展觀，共建和諧社會意義深遠重大。
權利要求
1.一種蓄能式發動機，包括氣缸、氣缸內的活塞、活塞經連杆連接的曲軸、氣缸一側經進氣門連接的氣道，氣缸經其排氣門連接的排氣道，其特徵在於所述發動機的氣缸為主氣缸，主氣缸排氣門一側設置副氣缸，副氣缸內的活塞，活塞經連杆連接的曲軸，主氣缸和副氣缸上分別設置主副蓄能器，主氣缸與主蓄能器之間設置擠氣門，副氣缸與副蓄能器之間設置進氣門，主氣缸排氣門與副蓄能器之間設置單向閥，主副蓄能器內自下而上設置活塞和彈簧，主副蓄能器的頂部設置接空氣濾清器的通孔，副氣缸經設置的排氣門與其排氣道連接。
2.據權利要求1所述的蓄能式發動機，其特徵在於主氣缸曲軸旋轉一周具有進氣衝程、壓縮衝程、爆發衝程(蓄能衝程)、排氣衝程、吸冷衝程、散熱衝程、放能衝程、排氣衝程，八個衝程完成一個工作循環。
3.根據權利要求1所述的蓄能式發動機，其特徵在於副氣缸曲軸旋轉一周具有進氣衝程和排氣衝程來完成一工作循環，進氣衝程是副蓄能器中的次高溫高壓氣體經進氣門進入副缸，推動活塞下行經連杆帶動曲軸旋轉做功。
4.根據權利要求1所述的蓄能式發動機，其特徵在於主氣缸在吸冷衝程、散熱衝程時冷卻主氣缸，並且預熱空氣濾清器中的空氣。
5.據權利要求1所述的蓄能式發動機，其特徵在於所述發動機為單缸時，單氣缸即主氣缸設置一個副氣缸，主氣缸上設置主蓄能器，副氣缸上設置副蓄能器。
6.根據權利要求1所述的蓄能式發動機，其特徵在於所述發動機為多缸時，各主氣缸均設置副氣缸，各主氣缸、副氣缸上均設置蓄能器；亦可各主氣缸和副氣缸共設主、副蓄能器。
7.根據權利要求1所述的蓄能式發動機，其特徵在於主氣缸上還可設置由氣缸，氣缸內的活塞、彈簧、單向閥、節流閥構成的進氣增壓蓄能器。
8.根據權利要求7所述的蓄能式發動機，其特徵在於單向閥、節設固在氣缸26的內底部，單向閥經管道與主蓄能器頂部的大氣通孔連接，單向閥連接的管道上還設置有單向閥，該單向閥控制另一端接氣缸頂部的接空氣濾清器的管道，節流閥經管道接主缸的進氣道節氣門處。
9.根據權利要求7所述的蓄能式發動機，其特徵在於進氣增壓蓄能器氣缸內的彈簧硬度小於主、副蓄能器彈簧硬度。
10.根據權利要求1所述的蓄能式發動機，其特徵在於主氣缸一側進氣門連接的氣道為直氣道並連弧形氣道，弧形氣道的一端與直氣道之間設置進氣門。
全文摘要
本發明涉及一種蓄能式發動機，是一種改變現行內燃機衝程方式的技術方案，屬於發動機技術領域。主要特點是主氣缸排氣門一側設置副氣缸，主氣缸和副氣缸上分別設置主副蓄能器，利用爆發衝程尾部繼續燃燒的高溫高壓氣體的能量通過蓄能器儲存，在下次爆發衝程時釋放出來做功，達到熱效率提高一倍以上，排放總量、油耗降低一倍以上，排氣噪音大大降低，不降低功率(甚至稍有提高)，不易過熱，使用壽命更長的一種新型發動機、單缸機、多缸機、電噴式、化油器式、汽油機、可燃油、燃氣、柴油機均適用，可廣泛用做車輛、船駁、發電、內燃機車、甚至是坦克、直升機等機械的動力源，只要是使用活塞式發動機均適用。
文檔編號F02B75/32GK1740536SQ200510040619
公開日2006年3月1日 申請日期2005年6月18日 優先權日2005年6月18日
發明者秦強 申請人:秦強