一种超高压进气富氧燃烧二冲程内燃机的制作方法

1.本发明涉及内燃机技术领域，具体而言，涉及一种超高压进气富氧燃 烧二冲程内燃机。


背景技术：

2.近年来，环保问题的加剧以及石油资源的相对短缺，使得各相关部门 投入较大精力在新能源开发和利用、动力装置改进以及制定更加严格的法 规等方面来实现资源的有效利用和排放污染物的降低。目前内燃机仍然是 最主要的动力机械，船舶动力系统、一些发电系统汽车动力系统仍然以发 动机为主。
3.由于结构原理的原因，二冲程发动机换气过程中新鲜气体损失较多， 废气排除也不彻底，且气孔占据了一部分活塞行程，做功时能量损失较 大，废气中未燃产物多，存在燃油效率低、排放污染大等缺陷。
4.因此，针对于现有技术的不足，提供一种结构简单，能解决上述背景 技术中提出的问题的超高压进气富氧燃烧二冲程内燃机是很有必要的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种超高压进气富氧燃烧二冲程内燃机，其能 够针对现有技术中的不足之处，提出解决方案，具有燃烧更充分、减少氮 氧化物的生成、间接利用新能源、没有压缩冲程、增大功率和减少燃油消 耗等特点。
6.本发明的实施例是这样实现的：
7.一种超高压进气富氧燃烧二冲程内燃机，包括多个内燃机本体，所述 内燃机本体包括气缸、活塞、活塞杆、气缸盖、曲轴、活塞下部空间和位 于所述气缸下方的曲轴箱，所述曲轴箱内设有曲轴和连杆，所述连杆的一 端与所述曲轴连接，所述连杆的另一端连接所述活塞杆，所述活塞杆的另 一端与所述活塞连接，所述曲轴的输出轴上设有用于检测所述活塞位置的 传感器；
8.所述气缸盖上设有火花塞、喷油器、喷水器、高压进气口和排气阀， 各个所述气缸的排气阀通过排气管外接排气总管，所述排气总管出口与废 气涡轮的涡轮侧连接；
9.所述活塞下部空间的两侧分别设有减压阀和加压阀，所述减压阀和所 述加压阀分别与所述传感器信号连接，通过接收所述传感器的检测信号控 制启闭，各个所述减压阀通过出气管外接出气总管，各个所述加压阀通过 进气管外接进气总管；所述出气总管和所述进气总管分别与所述废气涡轮 压气侧的吸入口和排出口连接。
10.在本发明的一些实施例中，所述传感器为曲轴转角传感器。
11.在本发明的一些实施例中，所述减压阀和所述加压阀均包括控制开 关，所述控制开关与所述曲轴转角传感器信号连接，通过接收曲轴转角传 感器的角度检测信号控制启闭。
12.在本发明的一些实施例中，所述减压阀和所述加压阀分别与所述活塞 下部空间
的连接处设有密封结构。
13.在本发明的一些实施例中，所述废气涡轮内设有涡轮、传动轴和压气 机，所述涡轮和所述压气机分别连接于所述传动轴的两端。
14.在本发明的一些实施例中，所述气缸盖上设有喷水器，所述喷水器用 于喷入设定温度的水控制所述气缸内部燃料的燃烧速度和温度。
15.本发明实施例还包括一种超高压进气富氧燃烧二冲程内燃机的运行方 法，包括如下步骤：
16.所述活塞上行至上止点时，通过外部设备喷入高压富氧空气或纯氧， 所述喷水器喷入一定温度的水，所述喷油嘴开始喷入燃油，控制所述火花 塞点火，使所述火花塞产生电火花让高压富氧空气或纯氧和雾化燃料爆 炸，高温燃气膨胀推动所述活塞下行；
17.所述活塞下行时，所述减压阀接收所述传感器的开启信号，所述加压 阀接收所述传感器的关闭信号，所述废气涡轮压气侧吸收所述活塞下部空 间内的空气使其为负压状态，使活塞克服阻力下行；
18.所述活塞上行时，所述减压阀接收所述传感器的关闭信号，所述加压 阀接收所述传感器的开启信号，所述废气涡轮的压气侧向所述活塞下部空 间内充气使其为正压状态，推动所述活塞上行。
19.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
20.本发明的超高压进气富氧燃烧二冲程内燃机有和四冲程内燃机一样好 的换气效果、燃烧更充分、没有压缩冲程、增大功率、增大内燃机功率密 度和减少燃油消耗，压缩空气可以来自于新能源压缩空气储能站，间接的 利用新能源，可以减小内燃机飞轮的尺寸，无需安装启动空气阀，没有最 低启动转速的限制；如果直接通入高压氧气，可以使燃烧更加充分，放热 率更高，且没有氮氧化物生成，没有爆震现象产生；通过多个内燃机本 体，所述内燃机本体包括气缸、活塞、活塞杆、气缸盖、曲轴、活塞下部 空间和位于所述气缸下方的曲轴箱，所述曲轴箱内设有曲轴和连杆，所述 连杆的一端与所述曲轴连接，所述连杆的另一端连接所述活塞杆，所述活 塞杆的另一端与所述活塞连接，所述曲轴的输出轴上设有用于检测所述活 塞位置的传感器；所述气缸盖上设有火花塞、喷油器、喷水器、高压进气 口和排气阀，各个所述气缸的排气阀通过排气管外接排气总管，所述排气 总管出口与废气涡轮的涡轮侧连接；所述活塞下部空间的两侧分别设有减 压阀和加压阀，所述减压阀和所述加压阀通过接收所述传感器的检测信号 控制启闭，各个所述减压阀分别与所述传感器信号连接，通过出气管外接 出气总管，各个所述加压阀通过进气管外接进气总管；所述出气总管和所 述进气总管分别与所述废气涡轮压气侧的吸入口和排出口连接；本发明通 过高压进气口直接向气缸内喷入高压空气，一方面无需通过压缩冲程来压 缩空气，可代替压缩冲程，另一方面直接喷入高压富氧空气能使燃料燃烧 更充分，提高燃烧效率，节约能源；通过在活塞下部空间两侧设置的减压 阀和加压阀，与设置在所述曲轴上的传感器信号连接，检测活塞运行时曲 轴活动轨迹，从而检测活塞的位置来控制减压阀和加压阀的启闭，气缸的 排气阀与废气涡轮连接，使气缸的废气排出，进入到所述废气涡轮，利用 所述废气涡轮对所述活塞下部空间内进行吸气和充气，从而对所述活塞下 部进行做功，具体为当所述活塞下行时，所述减压阀接收所述传感器的开 启信号，所述加压阀接收所述传感器的关闭信号，所述废气涡轮压气侧吸 收所述活塞下部空间内的空气使其为负压状态；所述活塞
上行时，所述减 压阀接收所述传感器的关闭信号，所述加压阀接收所述传感器的开启信 号，所述废气涡轮压气侧向所述活塞下部空间内充气使其为正压状态，推 动所述活塞上行，通过上述结构将气缸的排气能量转化为活塞运动做功， 从而增大内燃机功率，减少燃油消耗。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需 要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些 实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来 讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的 附图。
22.图1为本发明实施例一种超高压进气富氧燃烧二冲程内燃机的结构示 意图；
23.图2为本发明实施例多个内燃机本体的连接结构示意图；
24.图3为本发明实施例中内燃机本体的工作原理示意图。
25.附图标记：1、气缸；2、活塞；3、曲轴箱；4、曲轴；5、连杆；6、 传感器；7、火花塞；8、喷油器；9、排气阀；10、排气管；11、废气涡 轮；12、高压进气口；13、减压阀；14、加压阀；15、出气管；16、进气 管；17、第一本体；18、第二本体；19、第三本体；20、第四本体；21、 喷水器；22、活塞杆。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本 发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同 的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限 制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一 旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步 定义和解释。
29.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、
ꢀ“
上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、
ꢀ“
外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者 是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发 明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方 位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外， 术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指 示或暗示相对重要性。
30.此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要 求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向 相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可 以稍微倾斜。
31.在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
32.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和 限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理 解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以 是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间 接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言， 可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.实施例
34.请参照图1-图3，如图1为本发明实施例一种超高压进气富氧燃烧二 冲程内燃机的结构示意图；图2为本发明实施例中多个内燃机本体的连接 结构示意图；图3为本发明实施例中内燃机本体的工作原理示意图；
35.在本技术的实施例中，一种超高压进气富氧燃烧二冲程内燃机，具体 包括：多个内燃机本体，所述内燃机本体包括气缸1、活塞2、活塞杆 22、气缸盖、曲轴4、活塞下部空间和位于所述气缸1下方的曲轴箱3， 所述曲轴箱3内设有曲轴4和连杆5，所述连杆5的一端与所述曲轴4连 接，所述连杆5的另一端连接所述活塞杆22，所述活塞杆22的另一端与 所述活塞2连接，所述曲轴4的输出轴上设有用于检测所述活塞2位置的 传感器6；
36.所述气缸盖上设有火花塞7、喷油器8、喷水器21、高压进气口12和 排气阀9，各个所述气缸1的排气阀9通过排气管10外接排气总管，所述 排气总管出口与废气涡轮11的涡轮侧连接；
37.所述活塞下部空间的两侧分别设有减压阀13和加压阀14，所述减压 阀13和所述加压阀14分别与所述传感器6信号连接，通过接收所述传感 器6的检测信号控制启闭，各个所述减压阀13通过出气管15外接出气总 管，各个所述加压阀14通过进气管16外接进气总管；所述出气总管和所 述进气总管分别与所述废气涡轮11压气侧的吸入口和排出口连接。
38.本发明的超高压进气富氧燃烧二冲程内燃机有和四冲程内燃机一样好 的换气效果、燃烧更充分、没有压缩冲程、增大功率、增大内燃机功率密 度和减少燃油消耗，压缩空气可以来自于新能源压缩空气储能站，间接的 利用新能源，可以减小内燃机飞轮的尺寸，无需安装启动空气阀，没有最 低启动转速的限制；如果直接通入高压氧气，可以使燃烧更加充分，放热 率更高，且没有氮氧化物生成，没有爆震现象产生；通过多个内燃机本 体，所述内燃机本体包括气缸1、活塞2、活塞杆22、气缸盖、曲轴4、 活塞下部空间和位于所述气缸1下方的曲轴箱3，所述曲轴箱3内设有曲 轴4和连杆5，所述连杆5的一端与所述曲轴4连接，所述连杆5的另一 端连接所述活塞杆22，所述活塞杆22的另一端与所述活塞2连接，所述 曲轴4的输出轴上设有用于检测所述活塞2位置的传感器6；所述气缸盖 上设有火花塞7、喷油器8、喷水器21、高压进气口12和排气阀9，各个 所述气缸1的排气阀9通过排气管10外接排气总管，所述排气总管出口 与废气涡轮11的涡轮侧连接；所述活塞下部空间的两侧分别设有减压阀 13和加压阀14，所述减压阀13和所述加压阀14分别与所述传感器6信 号连接，通过接收所述传感器6的检测信号控制启闭，各个所述减压阀13 通过出气管15外接出气总管，各个所述加压阀14通过进气管16外接进 气总管；所述出气总管和所述进气总管分别与所述废气涡轮11压气侧的 吸入口和排出口连接；本发明通过高压进气口12直接向气缸1内喷入高 压富氧空气，一方面无需通过压缩冲程来压缩空气，可代替压缩冲程，另 一方面直接喷入高压富氧空气能使燃料燃烧更充分，提高燃烧效率，节约 能源；通过在活塞下部空间两侧设置的减压阀13和加压阀14，与设置在 所述曲轴4上的传感器6信号连接，检测活塞
2运行时曲轴4活动轨迹， 从而检测活塞2的位置来控制减压阀13和加压阀14的启闭，气缸1的排 气阀9与废气涡轮11连接，使气缸1的废气排出，进入到所述废气涡轮 11，利用所述废气涡轮11对活塞下部空间内进行吸气和充气，从而对所 述活塞下部空间进行做功，具体为当所述活塞2下行时，所述减压阀13 接收所述传感器6的开启信号，所述加压阀14接收所述传感器6的关闭 信号，所述废气涡轮11吸收所述活塞下部空间内的空气使其为负压状 态；所述活塞2上行时，所述减压阀13接收所述传感器6的关闭信号， 所述加压阀14接收所述传感器6的开启信号，所述废气涡轮11向所述活 塞下部空间内充气使其为正压状态，推动所述活塞2上行，通过上述结构 将气缸1的排气能量转化为活塞2运动做功，从而增大内燃机功率，减少 燃油消耗。
39.下面，将对本示例性实施例中一种超高压进气富氧燃烧二冲程内燃机 作进一步地说明。
40.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述气缸1、活塞2、活 塞杆22、气缸盖、曲轴4、活塞下部空间和位于所述气缸1下方的曲轴箱 3，所述曲轴箱3内设有曲轴4和连杆5，所述连杆5的一端与所述曲轴4 连接，所述连杆5的另一端连接所述活塞杆22，所述活塞杆22的另一端 与所述活塞2连接，曲轴4通过连杆5推动活塞2在上止点和下止点之间 运动做功；
41.气缸1盖上设有火花塞7、喷油器8、喷水器21、高压进气口12和排 气阀9。
42.在一具体实现中，当上述活塞2运行至上止点时，从高压进气口12 喷入高压富氧空气，需要说明的是，上述高压富氧空气由外部设备提供， 例如新能源压缩空气储能系统，通过将新能源转化为压缩空气的内能，具 体可以是利用风能，通过风力扇叶将风能转化为机械能，通过空气压缩机 将电能转化为空气压力能，随后高压空气被密封存储于报废的矿井、岩 洞、废气的油井或人造的储气罐；外部设备也可以是由氧气储存仓或氢气 储存仓提供，为了燃烧良好，可以喷入纯氧，或者喷入的燃料可以是天然 气，氢气，柴油等，使燃烧更充分，提高燃烧效率，通过光伏发电板将太 阳能转化为电能，通过电解水装置将电能电解为氧气，将氧气储存进氧气 储存仓；使用时，通过压缩空气储能系统、氧气储存仓从高压进气口12 向气缸1内喷入高压气体，使燃烧充分。
43.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述曲轴4的输出轴上设 有用于检测所述活塞2位置的传感器6，上述活塞下部空间的两侧分别设 有减压阀13和加压阀14，所述减压阀13和所述加压阀14通过接收所述 传感器6的检测信号控制启闭；
44.上述传感器6可以是曲轴转角传感器，用于通过曲轴4的转动角度检 测，从而检测活塞2的运动，将检测信号传送给减压阀13和加压阀14， 其中，减压阀13和加压阀14均包括控制开关，控制开关与曲轴转角传感 器信号连接，通过接收曲轴转角传感器的角度检测信号，分别控制减压阀 13和加压阀14的启闭；
45.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，各个所述气缸1的排气阀 9通过排气管10外接排气总管，所述排气总管出口与废气涡轮11的涡轮 侧连接；各个所述减压阀13通过出气管15外接出气总管，各个所述加压 阀14通过进气管16外接进气总管；具体地，所述出气总管和所述进气总 管分别与所述废气涡轮11压气侧的吸入口和排出口连接。
46.在一具体实现中，当上述活塞2下行时，曲轴转角传感器将下行的信 号发送给控制开关，控制开关分别控制减压阀13开启，控制加压阀14关 闭，通过出气管15将活塞下部
的空气吸入废气涡轮11，使活塞下部的空 间为负压状态，当活塞2到达下止点后，曲轴转角传感器将检测信号发送 给控制开关，控制开关分别控制减压阀13关闭，控制加压阀14开启，将 从活塞2下部吸入的空气增压后充入活塞下部空间，使活塞下部空间为正 压状态，推动上述活塞2上行，出气管15、进气管16和废气涡轮11形成 一个循环系统，重复利用，节约能源。
47.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述废气涡轮11内设有 涡轮、传动轴和压气机，涡轮和压气机分别连接于传动轴的两端，当上述 活塞2上行时，气缸1内的废气通过排气管10排入废气涡轮11，废气推 动涡轮转动，从而带动同轴的压气机转动。
48.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述气缸盖上设有喷水器 21，所述喷水器21用于喷入设定温度的水控制所述气缸1内部燃料的燃 烧速度和温度，提高循环热效率。通过喷入一定温度的水来控制喷入气缸 1内的高压气体的燃烧速度，喷入气缸1内的过热水在较短时间内汽化， 水从液态转为气态时，体积增大从而提高热效率。
49.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述内燃机本体有多个， 每个内燃机本体上均设有减压阀13和加压阀14，每个内燃机本体的减压 阀13通过一根出气管15连接于一根出气总管，该出气总管与涡轮机的低 压侧连接，每根出气管15均为连通状态，每个减压阀13均由各自的控制 开关控制；每个内燃机本体的加压阀14通过一根进气管16连接于一根进 气总管，该进气总管与涡轮机的高压侧连接，每根进气管16均为连通状 态，每个加压阀14均由各自的控制开关控制；每个内燃机本体的顶部均 设有一个排气口，每个排气口通过一根排气管10连接于一根排气总管， 排气总管连接于废气涡轮11；上述每个内燃机本体均为独立工作。
50.在一具体实现中，如图2所示，上述内燃机本体包括第一本体17、第 二本体18、第三本体19和第四本体20，当第一本体17和第二本体18的 活塞2下行时，第三本体19和第四本体20的活塞2可上行，在此过程 中，第一本体17和第二本体18的减压阀13开启，第三本体19和第四本 体20的加压阀14开启，第一本体17和第二本体18的加压阀14关闭， 第三本体19和第四本体20的减压阀13关闭，第一本体17和第二本体18 的活塞2下部空气被吸出，为负压状态，第三本体19和第四本体20的活 塞2下部充入空气，为正压状态，推动活塞2上行。
51.本发明实施例还包括一种超高压进气富氧燃烧二冲程内燃机的运行方 法，其特征在于，包括如下步骤：
52.所述活塞2上行至上止点时，通过外部设备喷入高压富氧空气或纯 氧，所述喷水口喷入一定温度的水，所述喷油嘴开始喷入燃油，控制所述 火花塞7点火，使所述火花塞7产生电火花让高压富氧空气或纯氧和雾化 燃料爆炸，高温燃气膨胀推动所述活塞2下行；
53.所述活塞2下行时，所述减压阀13接收所述传感器6的开启信号， 所述加压阀14接收所述传感器6的关闭信号，所述废气涡轮11压气侧吸 收所述活塞下部空间内的空气使其为负压状态，使活塞2克服阻力下行；
54.所述活塞2上行时，所述减压阀13接收所述传感器6的关闭信号， 所述加压阀14接收所述传感器6的开启信号，所述废气涡轮11的压气侧 向所述活塞下部空间内充气使其为正压状态，推动所述活塞2上行。
55.本发明的有益效果：
56.通过直接喷入高压空气，利用新能源转化，有和四冲程内燃机一样好 的换气效
果，使燃烧更充分，减少燃料消耗；代替压缩冲程，没有压缩 功，相同尺寸可以发出更高的功率，功率密度大；
57.通过设置减压阀13和加压阀14，利用气缸1分的废气能量，对活塞 下部空间做功，增大功率，减少燃油消耗。
58.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领 域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。