预储气半自由活塞两冲程内燃机及压缩空气循环回路系统的制作方法

文档序号:15578975发布日期:2018-09-29 06:20

本发明涉及内燃机技术领域,具体是指预储气半自由活塞两冲程内燃机及压缩空气循环回路系统。



背景技术:

传统的内燃机采用四冲程工作循环模式,启动不容易,需要复杂的启动系统,能源耗费比较严重,活塞与缸壁的摩擦损耗严重,使用寿命不够长,给人们的使用带来了很多麻烦与困扰。



技术实现要素:

本发明的目的是解决背景技术中提到的传统的内燃机能源耗费严重、启动不容易等问题,提供预储气半自由活塞两冲程内燃机及压缩空气循环回路系统。

为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案为:

双汽缸单向传动机构,其包括换向器,所述换向器用于将第一汽缸的主动端到第二汽缸的从动端保持相反运动状态;所述主动端和从动端均为单向滑动齿轮且方向一致,以保持单向传动;所述主动端和从动端分别通过副轴连接换向器。

在一种实施方式中,所述副轴为套于主轴表面的管形装置,并分别设于换向器两侧,所述副轴、副轴同侧的换向器以及单向滑动齿轮三者为一体。

在一种实施方式中,所述换向器为行星齿轮换向机构。

在一种实施方式中,所述换向器相位差为180度。

在一种实施方式中,所述双汽缸单向传动机构还包括一主轴,所述主轴穿过主动端的单向滑动齿轮且单向同步转动,反向为滑动。

双汽缸,其包括缸内的活塞和活塞连杆,所述活塞连杆为与单向滑动齿轮啮合的齿条结构,用于将活塞运动动能传递给主轴,经主轴向外输出能量,并同时通过双汽缸单向传动机构实现第一汽缸向第二汽缸传递供活塞上行运动动能;所述汽缸还包括喷油嘴、火花塞、进气门和出气门,其中所述进气门为电控进气门。

预储气半自由活塞两冲程内燃机,包括双汽缸,还包括储气室,所述储气室用于内燃机运作过程中持续存储缸外压缩空气并由电控进气门进入缸内,保持缸内压缩空气与燃油形成混合气体参与燃烧做功;

在一种实施方式中,所述储气室包括高压储气室和低压储气室,两者通过恒压阀实现低压储气室压缩空气压强的相对稳定,保证向气缸内供应稳定在设计压强值的压缩空气。

预储气半自由活塞两冲程内燃机压缩空气循环回路系统,包括预储气半自由活塞两冲程内燃机和压气泵,其中主轴与压气泵传动连接,压气泵气压输出端为高压储气室提供高压气体。

本发明的有益之处在于:通过大幅度提高压缩比的综合配气方式,提高活塞连杆动能传输效率,减少活塞与缸壁及连杆与曲轴的摩擦,利用空气储能形式对剩余能量的回收利用,减少怠速工况等多种措施,明显降低现有机动车的综合油耗,通过对供气系统、活塞连杆系统的相对独立设计,为发动机的进一步优化改造提供更多可行途径,输出扭力比传统四冲程发动机明显改善而且最大力矩范围更宽,发动机的输出功率实应性更好,一款机型可以调效出不同功率版本,匹配大多数乘用车,无需再为功率要求的不同而生产众多排量的机型以节约成本。

附图说明

图1是本发明预储气半自由活塞两冲程内燃机的结构示意图,

图2是本发明预储气半自由活塞两冲程内燃机与传统内燃机扭力曲线对比图。

如图1所示:1、第一汽缸,2、第二汽缸,3、高压储气室,4、低压储气室,5、喷油嘴,6、火花塞,7、进气门,8、出气门,9、换向器,10、主轴,11、副轴,12、单向滑动齿轮,13、活塞,14、活塞连杆,15、恒压阀,16、压气泵。

如图2所示:横坐标L为活塞行程(由上止位到下止位);纵坐标Q为连杆向主轴扭力传递值;曲线a是传统内燃机扭力曲线;曲线b是本发明预储气半自由活塞两冲程内燃机的扭力曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

结合附图,预储气半自由活塞两冲程内燃机,包括第一汽缸1、第二汽缸2、双汽缸单向传动机构、高压储气室3和低压储气室4,所述第一汽缸1和第二汽缸2均包括喷油嘴5、火花塞6、进气门7和出气门8;所述的双汽缸单向传动机构包括换向器9、主轴10和副轴11,所述换向器9可以将第一汽缸1的主动端到第二汽缸2的从动端保持相反运动状态;所述主动端和从动端均为单向滑动齿轮12且方向一致,以保持单向传动;所述主动端和从动端分别通过副轴11连接换向器9,所述副轴11为套于主轴10表面的管形装置,并分别设于换向器9两侧,所述主轴10穿过主动端的单向滑动齿轮12且单向同步转动,反向为滑动,所述副轴11、副轴11同侧的换向器9以及单向滑动齿轮12三者为一体;所述的第一汽缸1和第二汽缸2均包括缸内的活塞13和活塞连杆14,所述活塞连杆14为与单向滑动齿轮12啮合的齿条结构,用于将活塞13运动动能传递给主轴10,经主轴10向外输出能量,并同时通过双汽缸单向传动机构实现第一汽缸1向第二汽缸2传递供活塞10上行运动动能;所述高压储气室3、低压储气室4用于内燃机运作过程中持续存储缸外压缩空气并由电控进气门进入缸内,保持缸内压缩空气与燃油形成混合气体参与燃烧做功,所述高压储气室3、低压储气室4两者通过恒压阀15实现低压储气室4压缩空气压强的相对稳定,保证向第一汽缸1和第二汽缸内2供应稳定在设计压强值的压缩空气。

作为一种优选方案,所述进气门7为电控进气门。

作为一种优选方案,所述换向器为行星齿轮换向机构,所述换向器相位差为180度。

预储气半自由活塞两冲程内燃机压缩空气循环回路系统,包括预储气半自由活塞两冲程内燃机和压气泵,其中主轴10与压气泵16传动连接,压气泵16的气压输出端为高压储气室3提供高压气体。

本发明在具体实施时,工作流程为:

1)压缩空气循环回路:主轴10带动压气泵16产生高压空气(动力来源之一为内燃机动力输出;之二为车辆制动或下坡时的富余动能的回收利用),压缩空气经进入高压储气室3储存;高压储气室3中的高压空气经恒压阀15降压至设定值后进入低压储气室4;低压储气室4中的低压压缩空气经进气门7进入气缸与燃油形成混合气体参与燃烧做功。

2)第一冲程:活塞13到位于上止点位时(如图1中第一汽缸1的状态),出气门8关闭,进气门7打开,低压储气室4内的压缩空气进入燃烧室,与喷油嘴5喷射的燃油形成混合气,进气门7关闭,同时火花塞6点火燃烧,气缸压力上升,推动活塞13向下运动,活塞连杆14带动单向滑动齿轮12顺时针旋转,此时单向滑动齿轮12与主轴10为单向锁定状态,则主轴10随单向滑动齿轮12一起旋转,完成能量传递。

3)第二冲程:当活塞13达到下止点位时,(如图1中第二汽缸2的状态),出气门8打开,活塞13停止下行,活塞连杆14带动单向滑动齿轮12停止顺时针旋转,开始随着活塞13向上运动而逆时针旋转,此时主轴10与单向滑动齿轮12为自由滑动关系,主轴10仍保持顺时针旋转,(来源于第一汽缸1的活塞13下行动力推动第二汽缸2的活塞连杆14停止下行,并转为向上运动排除废气,活塞13回到第一冲程起始位)。

4)所述的第一汽缸1和第二汽缸2对应的副轴11之间通过一组固定的行星齿轮组相连接,行星齿轮组使两侧的副轴11与运动方向成相反方向,相位差180度;所述副轴11、副轴11同侧的换向器9以及单向滑动齿轮12三者为一体,并与各缸所属的活塞连杆14连接关系比固定,由副轴11向外提供活塞13的行程信息,进而控制进气门7开启、喷油嘴5供油以及火花塞6点火时间,不再由主轴10提供。

5)各缸的活塞13、活塞连杆14、副轴11为一体,并与主轴10形成半自由连接关系,当活塞13下行对外做功时,活塞13、活塞连杆14、副轴11之间为固定连接,活塞13带动主轴10顺时针旋转并向主轴10输出动能,同时通过副轴11带动另一缸副轴11及单向滑动齿轮12逆时针旋转,并使另一缸活塞连杆14上行推动排气;当活塞13下行到下止点位时,另一缸活塞13刚好达到上止点位,并受气体推动向下运动对外做功,并通过副轴11推动本缸副轴11及单向滑动齿轮12相对于主轴10呈逆时针旋转,本缸活塞上行排气,当气缸不对外做功时,活塞13、活塞连杆14、副轴11系统静止不动,而主轴10仍保持惯性旋转。

本发明在具体实施时,压气机要求为:正常工况时,提供充足的压缩空气,供高压储气室和低压储气室燃烧用;提供足够高压强,以压缩比为20机子为例,点火前气缸初始空气压强约为2Mpa,低压储气室空气压力不能低于2Mpa,为保证快速充气,应大于2.5Mpa为适,高压储气室的储气压强应大于3Mpa以上,一是保证低压储气室的空气压强,二是保证足够的空气储备。相应的内燃机主动压气达到3Mpa时,可停止主动压气工作,如果是能量回收时,则应尽可能多的储存高压空气,当高压储气室压强需大于5Mpa时,可采用分两级压缩方式,以提高压气效率。

采用以上设计,本发明的性能优势:

1)采用了外循环主动配送压缩空气方式,使进入燃烧室的压缩空气可充分降温,不会因压缩空气温度过高、压强过大而发生爆震、多点点火、表面点火等非正常燃烧现象,可以将压缩比大幅度提高,利于提高发动机的热效比,同时对燃油标号要求也将降低。

2)每次向气缸供气量可由电脑跟据工况需要主动控制,并与供油量形成最佳空燃比。

3)可将缸体行程做得相对较长,尽可能减少废气残余能量,可将经常工况时的排气压强降到0.2Mpa下,温度降到1000K下,则可明显提高燃油的能效比。

4)内燃机具有更宽范围的最大扭矩输出,而且同等条件下具有更大的扭矩输出如图2,传统内燃机受连杆曲轴旋转影响,活塞对外传递动能时,扭力臂是一个从0到曲轴最大半径间不断变化值,因此活塞对外的扭力传递效率在活塞位于上下位时都较小,中段较大,而本发动机传递效率则明显改善,始终保持长大力臂切线传递(如图2所示)。

5)启动点火时,因储存有压缩空气,可直接向处于准备状态的缸内(根据出气门的开闭状态,电脑可判定向哪个缸内供气)供气,点火即可启动,无需另设复杂的启动系统。

6)可通过调节恒压阀,改变低压气室压缩空气的压强,进而改变进入燃烧室的空气总量与压强,达到改变压缩比同时也可改变气缸等效排量的目的,相当于可改变内燃机的功率参数。

7)活塞与活塞连杆始终处于垂直受力,不再与主轴形成夹角,可以把活塞受到的动能始终以最大力矩传递给主轴。同时活塞不再受来自连杆的侧向反作用力,活塞与缸壁的摩擦损耗大大减少,对活塞与缸套间的润滑要求也可相对降低;活塞连杆与主轴在受力时(顺时针旋转),是以齿轮咬合连接,小于原来的滑动摩擦损耗。当活塞连杆上行时,主轴与单向齿轮形成滑动摩擦,但此时作用两者之间的应力已经解除,则摩擦损耗亦较少。

8)连杆活塞及副轴系统相对于主轴处于半自由状态,当气缸不做功时,主轴可自由旋转,活塞连杆副轴及相关系统可进入停止运动状态,同时仍然保持主轴惯性运动,无需同传统内燃机那样需要处于怠速工况等待。因此车辆行驶或停止时,只要无对外做功要求时,做功气缸都处于完全休息中,不再耗油耗气。

9)因外接空气压缩机,对空气压缩的启动与停止很好控制,当车辆需发动机牵收制动时,可利用富余能量完成空气压缩储能,同时又达到对车辆的速度控制,减少刹车系统的负担,还有利降低油耗。

10)输出扭力比传统四冲程发动机明显改善而且最大力矩范围更宽,发动机的输出功率实应性更好。一款机型可以调效出不同功率版本,匹配大多数乘用车,无需再为功率要求的不同而生产众多排量的机型以节约成本。

以上对本发明及其实施方式进行了描述,这种描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。

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