专利名称：压缩空气－燃油/燃气混合动力的汽车发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压缩空气动力、燃油/燃气内燃机动力的混合动力的汽车发动机，尤其是既可以单独用燃油/燃气，也可以单独用压缩空气为动力，还可以同时使用燃油/燃气和压缩空气为动力的混合动力的汽车发动机。
背景技术：
汽车是人类社会最常用的交通工具，但内燃机动力汽车的燃料燃烧会产生排放污染，并且消耗大量不可再生的矿物资源，所以人们一直在探索能减少污染而经济实用的新型汽车。
压缩空气动力汽车是顺应这一潮流而产生的一种无污染排放的汽车的典型。法国人Guy Négre于1991年获得了气动汽车发动机的专利。据他们介绍，其设计的安装了气动汽车发动机的气动汽车，以一罐300L、300bar压力的压缩空气可以行驶200km。中国专利[96234886.4]公开的“气动车”，采用安装在汽车底盘上由空压机组带动的气马达为动力，空压机的动力源为发电机组，该发电机组由蓄电池和直流电机等组成。中国专利
公开的“气动汽车”是汽轮机和压缩空气再生回收装置。中国专利[99216190.8]公开的“空气动力汽车”以单缸的活塞式和叶轮式的压缩空气动力汽车发动机。同时，该专利也提及与内燃机动力和电动动力的组合，但内燃机动力和电动动力只是作为备用动力在不使用或不便使用压缩空气动力时才用。
以上国内外以压缩空气为动力的汽车，都存在以下一些问题在使用过程中由于吸热量大而存在的结露、冰堵的问题严重，热交换不充分导致发动机效率低下，压缩空气的灌装和存储需专用设备，一次最大行驶里程还有待进一步提高。有的结构复杂、使用不便，有的很难进一步走向实用。
发明内容
本发明的目的是针对单纯的压缩空气动力汽车的缺陷，结合内燃机汽车的特点，将两者有机结合的压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机。压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机，包括压缩空气和燃烧供给系统、多个工作气缸与活塞、配气机构、曲柄连杆机构、热交换系统，还包括热交换器，一组内燃机动力缸，一组压缩空气动力缸；热交换器上有冷的压缩空气进气口、加热的压缩空气出气口、热的废气进气口、废气排放口，加热的压缩空\气出气口经输气管分别接到各自一组压缩空气动力缸中，经膨胀作功、减压并吸热后的残余压缩空气气体分别经输气管接各自一组内燃机动力缸的进气口，一组内燃机动力缸上分别开有燃料进口，经燃烧作功、排放热的废气经各自的输气管、热交换器的热废气进气口接入热交换器，和经输气管接到汽车的空调器。
各压缩空气动力缸之间的动力传递方式有串联方式、并联方式、串联联混合方式。
所说的串联方式即前一级压缩空气动力缸的排气作为后一组压缩空气动力缸的进气。
所说的并联方式即各压缩空气动力缸的输入接在同一进气管上，各压缩空气动力缸的进气压力相同。
所说的串并联混合方式即一部分压缩空气动力缸的动力传递方式为并联方式，这些缸的输入接在同一进气管上，其各缸的进气压力相同；而另一部分压缩空气动力缸的输入接入上一部分缸的输出，这两部分缸之间的压缩空气动力的动力传递方式采用的是串联方式。
利用了压缩空气动力的无污染、空气介质易获取、空气易压缩存储和传输控制方便等特性，又利用了内燃机动力燃料燃烧过程中的散热和排气中的大量余热来补偿压缩空气动力部分工作时的大量吸热和进气预热；同时也利用压缩空气动力部分排放的带有一定压力的压缩空气，作为内燃机发动机动力部分的进气，起到进气增压的作用。
本发明具有的有益的效果是压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机，在怠速、起动等排放污染严重的工况运行时，只使用压缩空气动力，或较少使用内燃机动力，其他工况下同时使用两种动力。这样既大大减少了污染排放，又使得热交换充分，提高了内燃机动力部分的热效率。因此采用本发明的压缩空气—燃油/燃气混合动力的发动机，结构合理、易于实现能源清洁、效率，可以保证汽车续驶里程的同时，降低了排放污染，是压缩空气动力汽车实用化的一种较理想的发动机。
图1为压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机的结构原理图；图2为压缩空气—燃油/燃气混合动力汽车发动机的压缩空气动力传递的串联方式原理图；图3为压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机压缩空气动力传递的并联方式原理图；
图4为压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机压缩空气动力传递的串并联混合方式原理图。
具体实施例方式
图1中，冷的压缩空气从热交换器3的进气口2进入热交换器，得到加热后，从出气口4经输气管6进入到发动机的一组压缩空气动力缸11和11’中。压缩空气在一组压缩空气动力缸11和11’中膨胀作功后，减压并吸热。此时的压缩空气仍具有一定的残余压力，并经输气管10和13分别进入一组内燃机动力缸8和8’作为内燃机动力缸的进气，起到进气增压的作用。一组内燃机动力缸8和8’的燃料进口9和9’分别通入燃油或燃气燃料，燃料在内燃机动力缸8和8’中燃烧作功，并将排放的热废气通过输气管7和7’经热交换器的进气口1进入热交换器3，给从进气口2进入热交换器的冷的压缩空气加热。同时，还有一部分的热废气由输气管12被送到汽车的空调中作为汽车空调的热源。
图1所示的压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机中的两组动力缸(压缩空气动力缸11和11’、内燃机动力缸8和8’)各自也包括了多个工作缸，所有这些缸的动力都耦合到与传统发动机一样的曲柄连杆机构上，并传递到装有此类发动机的汽车的传动装置上，进而驱动汽车运动。
图1所示的压缩空气—燃油/燃气混合动力汽车发动机，采用了多个缸的结构，一组压缩空气动力缸11和11’是由多个压缩空气动力缸组成的，他们都由压缩空气动力驱动的；另一组缸8和8’作为内燃机动力缸，也是由多个内燃机动力缸组成的，是由燃油或燃气燃烧产生的动力驱动的。内燃机动力缸在燃烧过程产生的散热可以补偿压缩空气动力缸气体膨胀作功时的吸热；而排气余热的一部分可以提供给汽车空调作为热源，另一部分直接用于加热压缩空气动力缸的进气。预热后的压缩空气在压缩空气动力缸中膨胀作功后，其带残余压力的排气直接作为内燃机动力缸的进气，以起到进气增压作用。
图1所示的压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机，采用了多个缸的结构，其一组压缩空气动力缸11和11’的各缸与缸之间的压缩空气动力传递的方式有串联方式、并联方式、串并联混合方式。
图2描述了压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机的压缩空气动力传递的串联方式。图2中，加热的压缩空气经输气管6进入压缩空气动力缸11、11’，膨胀减压作功后由输气管10和10’传输到第二个压缩空气动力缸11、11’，继续膨胀减压作功，而后再经输气管10和10’进入最后压缩空气动力缸11、11’再继续膨胀减压作功。在这种串联方式下，各缸之间的压缩空气是串接的，前一级缸的压缩空气的排气作为后一级气缸的进气。
图3描述了压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机的压缩空气动力传递的并联方式。图3中，压缩空气经输气管6通过连接在其上的多个(例图3中画出了5个)并接的输气管，将压缩空气送入压缩空气动力缸11、11’中。采用这种方式时，各缸之间的压缩空气动力传递关系是并联的，各缸的输入接在同一进气管上，各缸的进气压力相同。
图4描述了压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机的压缩空气动力传递的串并联混合方式。压缩空气动力传递的串并联混合方式下，一部分缸的压缩空气动力传递为并联方式，这些缸的输入接在同一进气管上，其各缸的进气压力相同。而另一部分压缩空气动力缸的输入接入这部分缸的输出，这两部分缸之间的动力传递采用了串联方式。在同一发动机中采用了压缩空气动力传递的串、并联两种方式的混合方式。图4中，压缩空气经输气管6通过连接在其上的多个(例图4中画出了3个)并接的输气管，将压缩空气送入压缩空气动力缸三个11、11’中。压缩空气在压缩空气动力缸11、11’中膨胀作功后，经输气管6’接入压缩空气动力缸11、11’中，再次膨胀作功。压缩空气动力缸三个11、11’之间的压缩空气动力传递为并联方式，最后一个压缩空气动力缸11、11’与之间的压缩空气动力传递方式又是串联方式。
本发明的压缩空气—燃油/燃气混合动力汽车发动机的总体结构上，有往复活塞式的气动—燃油/燃气混合动力汽车发动机和旋转活塞式的压缩空气—燃油/燃气混合动力汽车发动机，这种多缸发动机有单列的、双列的、多列的和辐射状的星型的布置。这种发动机的配气方式有凸轮配气方式和阀控配气方式。
对于往复活塞式的压缩空气—燃油/燃气混合动力汽车发动机的内燃机动力部分，其工作原理和结构与传统汽车内燃机基本相同。
类似于费.汪克尔1954年提出的汪克尔转子发动机结构，可构成多缸旋转式压缩空气—燃油/燃气混合动力汽车发动机，也具有上面所述的拥有两种动力结构部分、多种动力传输方式和多种配气方式。
对于旋转式压缩空气—燃油/燃气混合动力汽车发动机，由于压缩空气动力部分只有两个冲程，结构上可进一步简化，也可采用气马达的有关结构形式。其压缩空气动力部分的排气也是作为内燃机动力部分的进气，起到增压发动机的作用。其内燃机动力部分排出的废气的余热也是一部分提供给汽车空调作为热源，一部分直接给发动机的热交换器加热冷的压缩空气和补偿压缩空气膨胀作功时的吸热。
权利要求
1.一种压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机，包括压缩空气和燃烧供给系统、多个工作气缸与活塞、配气机构、曲柄连杆机构、热交换系统，其特征在于还包括热交换器(3)，一组内燃机动力缸(8)、(8’)，一组压缩空气动力缸(11)、(11’)；热交换器(3)上有冷的压缩空气进气口(2)、加热的压缩空气出气口(4)、热的废气进气口(1)、废气排放口(5)，加热的压缩空气出气口(4)经输气管(6)分别接到各自一组压缩空气动力缸(11)、(11’)中，经膨胀作功、减压并吸热后的残余压缩空气气体分别经输气管(10)、(10’)接各自一组内燃机动力缸(8)、(8’)的进气口，一组内燃机动力缸(8)、(8’)上分别开有燃料进口(9)、(9’)，经燃烧作功、排放热的废气经各自的输气管(7)、(7’)、热交换器的热废气进气口(11)接入热交换器(3)，和经输气管(12)接到汽车的空调器。
2.根据权利要求1所述的一种压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机，其特征在于各压缩空气动力缸(11)、(11’)之间的动力传递方式有串联方式、并联方式、串联联混合方式。
3.根据权利要求2所述的一种压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机，其特征在于所说的串联方式即前一级压缩空气动力缸的排气作为后一组压缩空气动力缸的进气。
4.根据权利要求2所述的一种压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机，其特征在于所说的并联方式即各压缩空气动力缸的输入接在同一进气管上，各压缩空气动力缸的进气压力相同。
5.根据权利要求2所述的一种压缩空气—燃油/燃气混合动力的汽车发动机，其特征在于所说的串并联混合方式即一部分压缩空气动力缸的动力传递方式为并联方式，这些缸的输入接在同一进气管上，其各缸的进气压力相同；而另一部分压缩空气动力缸的输入接入上一部分缸的输出，这两部分缸之间的压缩空气动力的动力传递方式采用的是串联方式。
全文摘要
本发明公开了一种压缩空气—燃油/燃气混合动力汽车发动机。它由多个缸组成,一部分缸为压缩空气动力组成部分,另一部分为内燃机动力组成部分。其中内燃机动力部分工作时的热的排气经过热交换器加热压缩空气动力部分的进气,而压缩空气动力部分的排气作为内燃机动力部分工作时的进气,起到发动机的进气增压作用。各个压缩空气动力缸之间的动力传递有串联、并联和串并联混合方式,各个缸的配气方式有凸轮配气和阀控配气方式,汽车发动机的总体结构有往复活塞式和旋转活塞式。本发明的压缩空气—燃油/燃气混合动力汽车发动机结构合理、易于实现、能源清洁、效率高,是压缩空气动力汽车实用化的一种较理想的发动机。
文档编号F02B69/00GK1382901SQ0211198
公开日2002年12月4日 申请日期2002年6月5日 优先权日2002年6月5日
发明者陈鹰, 许宏, 俞小莉, 陶国良, 王宣银, 沈瑜铭, 刘昊, 贾光政, 元广杰 申请人:浙江大学