汽车发动机的制作方法

专利名称：汽车发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机技术，尤其涉及到一种汽车发动机。
背景技术：
汽车是指能自带能源的机动轮式无轨车辆，它是使用最广泛的交通运输工具，汽车发动 机是汽车的动力装置。汽车与汽车发动机最早是由法、英、德、美等国的创造发明者经过不 断试验而制成的综合产物。从早期汽车发展到现代汽车，经历了 200多年的时间。汽车主要 包括蒸汽汽车、蓄电池电力汽车和汽油机汽车三种，相应的汽车发动机分别是蒸汽机、电动 机、汽油机。
一般认为，1769年法国居诺制成的三轮蒸汽汽车是第一辆真正能够行驶的汽车，可载客 四人，每次蒸汽压力升高后可行驶20分钟，曾达到3.6公里/时的速度。1784年，默多克制 成的一辆蒸汽汽车曾在英国康华尔路上试行。英国人特里维西克对高压蒸汽机的应用做出了 很大贡献，并于1801年制成他的第一辆蒸汽汽车并驾驶它驶上山坡。1803年，他的第二辆 蒸汽汽车又行驶在伦敦的街道上。特里维西克曾驾车一次行驶135公里，平均速度达14. 2公 里/时。
19世纪中叶，英、法、美等国有许多人研制蒸汽汽车，并制成蒸汽客车在城市内或城市 间行驶，但因蒸汽客车噪声大，黑烟多、破坏路面，而且不安全，引起公众反对。蒸汽汽车 在汽油机汽车出现后仍有发展。1906年，美国制造了一辆蒸汽赛车，时速达到205.4公里。 以后，蒸汽汽车虽逐渐衰落，但直至1926年还有工厂生产。2008年6月25日，英国发布了 一辆最高时速可达322公里的蒸汽汽车，这辆双涡轮、四蒸汽机后置的超级蒸汽汽车将打破 了最高时速为205公里的蒸汽汽车世界记录。
蓄电池电力汽车于1881年在巴黎首次出现，早期的发展速度高于汽油机汽车。19世纪 末至20世纪初，在美国的汽车保有量中，蓄电池汽车占38%(蒸汽汽车占40%，汽油机汽车 占22%)。蓄电池汽车起动、加速、减速都很简便，振动小，噪声低，维修保养工作量小， 很受欢迎。但蓄电池汽车速度低， 一次充电后的行驶距离小，需要经常充电，而且，充电需 要很长时间。在汽油机汽车逐渐完善后，蓄电池汽车即被取代。
19世纪60 70年代，煤气机和汽油机相续出现，为汽车的发展打开了新的前景。1885 年初，本茨的单气缸二冲程汽油机三轮汽车围绕他的工厂行驶四圈。1886年1月29日，本 茨取得世界上第一辆汽车的专利。至20世纪初，汽油机汽车设计己大体定型。20世纪30年代到20世纪60年代，由于资本主义经济相对繁荣，石油供应充足，价格低廉，因此汽车得 以大发展。
1971年中东战争后，石油涨价，能源问题突出，节省能源又成为汽车与汽车发动机发展 的目标。近几年来，国际上，原油价格疯长，又促使人们积极改进和创制利用非石油能源的 汽车。汽车约消耗世界石油总消耗量的40%，我国每年都要进口大量原油，在这种情况下， 能否节约原油，能否开发出使用新能源的汽车发动机，已经关系到国家安全。石油业已经成 为影响世界政治、经济的主要产业。
目前，大力研制、使用非石油能源的汽车，在国内外已经发展成为一种潮流。
使用乙醇燃料，是全世界最常见的一种燃料替代方案。这种燃料一般是与传统的汽油、 柴油混合起来使用，其最大的好处在于不需要对现有的汽车结构做很大的修改就可以使用乙 醇燃料，而且这种燃料比起汽油、柴油来更加环保，能够起到减少污染的效果。乙醇利用玉 米、小麦、水稻、甜高粱、木薯、甘薯以及甘蔗、甜菜等农作物制造，这就产生了 "汽车与 人争食"的问题，近来，国际上普遍认为，大量使用乙醇燃料，导致世界粮价上涨，造成了 一些发展中国家发生粮食恐慌。
发展油电混合动力车，让能源消耗更加节约与合理。除了油电混合动力以外，还有气电 混合动力、油电气混合动力等，这些方案的未来应用的前景被专家看好。混合动力车的机械 和电控系统复杂，研制周期长，需要投入资金多。
长期以来，有关汽车能源的终极解决方案， 一直被寄托在有广泛存在、利用能量效率高、 洁净、无污染、噪音低等特点的氢身上，研制利用氧与氢的反应来输出电力的氢燃料电池， 至今依然是各国科技精英的主攻课题。不过，相对于复杂的氢燃料电池，另一种简单的方式: 氢燃料内燃机也开始流行并且研究进展迅速。氢燃料汽车的一个共同的难点是氢燃料的贮存 问题，这其中有很高的技术含量。
如果石油枯竭了，汽车靠什么驱动？多数专家的回答是电力。油电混合近年来取得的长 足进步似乎也在证明这一点，而未来电力会在混合动力中占到越来越大的比重，直到有一天， 混合动力不再混合，电动机和蓄电池将会彻底地代替气缸和油箱。
目前，有些制造商已经研制出了适合全天候使用的电动的车型，比如戴-克集团开发出
了完全靠电力驱动的SmartED，它是双座，电动的的小车。SmartED使用了名为"斑马电池"
的技术，这种电池目前在瑞士生产，重约136公斤，使用固态镍氯电芯，充满电一次可使41
马力的SmartED行驶115公里。如果电量耗尽，接到230伏电源上充电，4小时可充满80%
的电量，8小时可充满全部电量。如果车辆不使用时，电池必须要连接电源，因为电池会自动放电。蓄电池很重，电动车充满电后， 一次可行驶的里程很有限，如果电量耗尽，充电时 间又很长。
如何开发出不使用石油燃料的汽车发动机，又希望它在性能上，能达到汽油机发动机那 样续航里程长、功率大、污染小、体积小、重量轻、技术简单、成本低、寿命长、安全可靠、 操作方便。普遍认为这几乎是一个不可能解决的难题。
有关汽车发动机与汽车发动机能源的背景技术，在以下专著中有详细描述
1、边耀璋，汽车新能源技术，北京人民交通出版社，2003。

发明内容
本发明的目的是给出一种汽车发动机，本发明的汽车发动机不使用石油燃料，在性能上 能达到汽油机发动机那样续航里程长、功率大、污染小、体积小、重量轻、技术简单、成本 低、寿命长、安全可靠、操作方便。
本发明给出的汽车发动机，它包含燃料系、空气系、燃烧室、动力机、供水系、电控系。
燃料系和空气系分别将燃料和空气输送到燃烧室，燃烧室里的燃料被点燃，燃烧产生高 压燃气，高压燃气推动燃烧室中的载能流体进入动力机，动力机对外做功。
燃料系包括电石桶、乙炔发生器、回火防止器，电石桶贮存的电石，分批投入乙炔发生 器，在乙炔发生器内，电石与水反应生成的乙炔，输出的乙炔通过回火防止器到达燃烧室。
燃烧室是压力容器，燃烧室内燃料燃烧产生的高压燃气，压迫燃烧室内的载能流体从出 水管输出。燃烧室的外形是一个竖放的压力容器，由上下封头和中间筒体组成，在上封头上 有乙炔进气管、进水管、点火器，在下封头上有出水管，中间筒体上安装空气系。燃烧室内 上部为燃料燃烧空间，下部为进出载能流体占据的空间。
空气系是安装在燃烧室上的向燃烧室内供给燃烧用空气的装置，它包括给风扇、进风门、 出风门和挡风板。电动的进风门和出风门位于燃烧室的中间筒体上，受电信号控制同时向内 打开，启动进风门前的给风扇，外界的新鲜空气进入燃烧室，燃烧室内的废气，通过出风门 排到大气中，在燃烧室内，在进风门到出风门中间，与风向垂直设立的带孔的挡风板，使空 气交换更完全。
动力机是冲击式水轮机。冲击式水轮机由压力钢管、喷嘴、转轮、水轮机轴、壳体所组 成。高压载能流体通过压力钢管进入到壳体内喷嘴，转换成具有动能的高速射流，冲击转轮 外缘连续镶嵌的水斗，使水轮机轴旋转而对外做功。
供水系维持各设备的载能流体的供给和回收，是冲击式水轮机的载能流体循环系统，它包括回水泵、循环水箱和循环水泵。在冲击式水轮机中做完功的载能流体，通过回水泵，进 入循环水箱，再通过循环水泵，向燃烧室供给载能流体。 载能流体可选水、盐水、乙二醇或其它防冻液，
电石桶是减压阀电石桶，减压阀电石桶包括桶身、桶底、桶顶、桶盖和单向减压阀。 桶身与桶底、桶顶之间弧形巻边密封，桶盖在桶顶的桶口上，在桶盖中央，有一个单向减压 阀。当桶内电石风化，压力高到某个调定数值时，桶内气体由减压阀进气孔向上把垫圈顶起， 单向减压阔打开，将多余的气体由减压阀出气孔排掉。桶内压力低时，弹簧通过压板下压垫 圈，关闭减压阀进气孔，将减压阀关闭。
乙炔发生器由电石罐和发气桶两部分组成，电石罐坐落在发气桶上边。
电石罐是一个竖放的圆筒，圆筒的上端是加料口，圆筒的下端是出料口，出料口被一个 活门部分遮挡，活门可以升降，活门的升降受支杆、支点和重锤的控制。
发气桶的直径比电石罐的直径大许多，发气桶内是发气室，发气室内的下部是水，发气 桶的桶体的中下部有进水管、排污管，桶体的上部有出气管、防爆门，发气桶内的水中靠近 底部有一个水平设置的载料网。在发气桶外壁上有散热肋片，有一个散热风扇。在乙炔发生 器外壁上，设置有温度传感器、液位传感器、压力传感器、安全阀。
回火防止器是防爆膜干式回火防止器，它包括进气管、逆止阀、出气管、爆炸室、防 爆膜、阀盖、阀体、膜座和膜盖。正常工作时，乙炔经进气管，顶开逆止阀，进入回火防止 器的腔体，由出气管输出。当发生回火时，倒流的燃烧气体从出气管进入体积较小的爆炸室， 使爆炸室内压力急剧增高，防爆膜被冲破，燃烧气体排入大气，同时逆止阔将进气管堵塞， 暂停供气，阻止回火。进气管固定在阀盖上，阀盖与阀体间螺纹连接，防爆膜固定在膜座和 膜盖间，膜座与阀体间螺纹连接。
电控系控制各个泵、风扇、电磁阀的启停，电控系包括控制电路与电源。
本发明给出的汽车发动机的具体结构有乙炔发生器、回火防止器、燃烧室、冲击式水 轮机、循环水箱、控制电路与电源、电石桶。
这七部分的相互关系是乙炔发生器生产的乙炔气体，通过回火防止器，经过乙炔阀， 进入燃烧室；在燃烧室里，乙炔与空气混合成可燃气体，并被点火器点燃，瞬间形成高温高 压燃气，强力挤压燃烧室中的载能流体，这些载能流体受高压而从下部的射水管排出，进入 冲击式水轮机；高压载能流体通过水轮机的喷管，形成射流，高速射流冲击水轮机叶片，推 动水轮机旋转，并通过水轮机轴向外输出动力，带动车轮旋转；做完功的载能流体，通过回 水泵，进入循环水箱，循环水箱的载能流体，再通过循环水泵，向燃烧室供给载能流体；控 制电路参与控制各个泵、风机、电磁阀和电动风门的开闭；电源包括蓄电池和发电机，发电机的动力来自冲击式水轮机的输出轴；电石桶盛装电石，电石是汽车发动机的能源。
关于本发明的汽车发动机的乙炔发生器，它是由电石罐和发气桶两部分组成，电石罐坐 落在发气桶上边，电石罐内的电石受控从下部的出料口向下滚落，落入发气桶的水中。在发 气桶中，电石与水发生化学反应，产生乙炔气体，从发气桶的出气管输出。这种电石入水式 乙炔发生器，电石与水作用比较完全，电石有效利用率高，生产效率高，发气量大。电石罐 内的电石是小颗粒圆球形电石。
关于本发明的汽车发动机的燃烧室，这是本发明中实现能量转换的核心装置。燃烧室的 外形是一个竖放的压力容器，中间是一个圆筒，上下各一个封头。在上封头上，有乙炔进气 管、进水管、点火器；在下封头上，接出一根出水管；中间筒体上，有一个进风门和一个出 风门。外界的新鲜空气，通过进风门进入燃烧室；乙炔发生器生产的乙炔气体，通过乙炔进 气管路，从上封头进入燃烧室；在燃烧室里，乙炔与空气混合成可燃气体，并被点火器点燃， 瞬间形成高温高压燃气，强力挤压燃烧室中的载能流体，这些载能流体受高压而从下部的出 水管排出；打开燃烧室的进风门和出风门，通过给风扇，新鲜空气通过进风门进入燃烧室， 同时排出废气；关闭进风门和出风门，通过进水管供给载能流体，通过乙炔进气管给乙炔， 点火器点火，开始又一次燃气燃烧增压做功过程。
关f本发明的汽车发动机的冲击式水轮机，它是由特殊的喷嘴和转轮所组成。选择冲击 式水轮机的理由是本发明的汽车发动机的燃烧室，给出的喷射流体的压头较高，而流量较 小，冲击式水轮机适用这样参数的载能流体。冲击式水轮机是通过压力钢管和喷嘴，把高压 载能流体转换成具有动能的高速射流，冲击转轮，使水轮机旋转而做功。冲击式水轮机中又 分成三种，其中的切击式水轮机又称作水斗式水轮机，其适用的压头和单机容量，完全符合 本发明的汽车发动机的燃烧室的输出水流。切击式水轮机的安装方式有卧轴和立轴两种，对 于汽车发动机的冲击式水轮机，选择卧轴或立轴都可以，而立轴可能更便于布置。
本发明的汽车发动机，主要的启动过程是
1、 向乙炔发生器的电石罐里，灌装小球状电石；
2、 打丌燃烧室的进风门和排风门，给风扇吹风换气，然后关闭进风门和排风门；
3、 电石罐里的小球状电石，从电石罐出料口，受控向下滑落，投入到乙炔发生器的发气 桶的水中；
4、 乙炔发生器生产的乙炔气体，通过回火防止器，经过乙炔阔，进入燃烧室；
5、 在燃烧室里，乙炔与空气混合成可燃气体，并被点火器点燃，瞬间形成高温高压燃气， 强力挤压燃烧室中的载能流体，高压使这些载能流体从燃烧室下部的出水管排出；
6、 高压载能流体进入冲击式水轮机，通过喷管，形成射流，高速射向冲击式水轮机叶片，推动冲击式水轮机旋转，并通过水轮机轴向外输出动力，带动汽车的车轮旋转；
7、 水轮机中做完功的载能流体，通过回水泵，进入循环水箱，再通过循环水泵，向燃烧 室供给载能流体；
8、 通过燃烧室的进风门和排风门，引入新鲜空气，同时通过乙炔阀，引入乙炔气体，点 火，开始新的循环。
本发明的汽车发动机的乙炔燃料是在现场由电石制取的，1 kg高品质的电石大约可以制 取0.4kg的乙炔气体。常压下，20'C时，乙炔气体的密度是1.17kg/m3 ， 0.4kg的乙炔体积 为0.342m3。电石的密度是2220kg/m3, 1 kg电石体积是0.00045m3 ， lkg高品质的电石制取 的乙炔气体的体积是1 kg电石本身体积的760倍。
lm3高品质的电石的质量为2220kg，大约可以制取888 kg的乙炔气体，折合成体积为759 m3 。乙炔的低热值为52700 kJ/m3,燃油的低热值为42000 kJ/kg ，即1 m3乙炔相当于1. 25kg 燃油。759加3的乙炔气体相当于949 kg燃油。
燃油的密度为800kg/m3, 949 kg燃油的体积是1.19m3 。艮卩lm3高品质的电石的热值相 当于1.19m3燃油的热值。
高品质电石的出厂价约为每吨3000元，折合每m3电石为6660元，1.191113燃油的加油站 价格为7140元。1.19n^燃油的质量为952kg， lm3高品质的电石的质量为2220 kg 。 本发明的优点是
1、 本发明的汽车发动机不使用石油燃料；
2、 本发明的汽车发动机的乙炔燃料是由电石制取的，而电石是用石灰和焦碳为原料，经 过电加热生产的。所以，本发明的汽车发动机的燃料的生产工艺简单，原料来源广泛，生产 成本低廉。乙炔燃料可以广泛代替石油作为汽车燃料，有利于保障国家能源安全；
3、 本发明的汽车发动机总体结构简单，故障率低，没有笨重的部件，加工制造容易，成 本低，操作与维修方便；
4、 本发明的汽车发动机没有往复运动部件，机械磨损小，振动小，寿命长，对环境的噪 音污染小。
5、 乙炔气体的毒性极轻微，乙炔在空气中的燃烧迅速而彻底，排放废气中的污染物少， 有利于大气环境的保护。


图1是本发明汽车发动机实施例的工作原理示意图2是本发明汽车发动机实施例的主体结构图3是本发明汽车发动机实施例的乙炔发生器的结构10图4是本发明汽车发动机实施例的回火防止器的结构图5是本发明汽车发动机实施例的燃烧室的结构图6是本发明汽车发动机实施例的冲击式水轮机的结构图7是本发明汽车发动机实施例的循环水箱的结构图8是本发明汽车发动机实施例的控制电路与电源结构图9是本发明汽车发动机实施例的电石桶的结构图io是本发明汽车发动机实施例装配在汽车上的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。 图1给出了本发明汽车发动机实施例的工作原理示意图。
1、 循环水箱100盛装载能流体，循环水箱100通过循环水泵60,向燃烧室50供给载能 流体。载能流体可以是水、盐水、乙二醇或其它防冻液。
2、 打开燃烧室50的电动的进风门55和电动的排风门56,给风扇54吹风换气，新鲜空 气进入燃烧室50，然后关闭电动的进风门55和电动的排风门56;
3、 通过乙炔发生器10的进料口 12，向乙炔发生器10里，投入小球状电石；
4、 在乙炔发生器10中，电石与水反应，生产乙炔气体，通过输出管25，再通过回火防 止器35，经过乙炔阀45，乙炔气体进入燃烧室50;
5、 在燃烧室50里，乙炔与空气混合成可燃气体，乙炔在可燃气体中的容积成分控制在 5% 9%，可燃气体被点火器57点燃，瞬间形成高温高压燃气，强力挤压燃烧室中的载能流体， 这些载能流体受高压作用而从下部的出水管排出；
6、 高压载能流体进入冲击式水轮机80，通过喷管81，形成射流，高速射向冲击式水轮 机转轮82，推动冲击式水轮机旋转，并通过水轮机轴83向外输出动力，带动车轮300旋转;
7、 水轮机中做完功的载能流体，通过回水泵85,进入循环水箱IOO，再通过循环水泵 60，向燃烧室50供给载能流体；
8、 再通过燃烧室50的电动的进风门55和电动的排风门56,向燃烧室50引入新鲜空气， 同时通过乙炔阀45，引入乙炔气体，点火，开始新的循环过程。
9、 本发明汽车发动机实施例是通过水轮机轴83向外输出动力，带动汽车车轮300旋转。 但是，通过水轮机轴83向外输出的动力，也可以带动船舶的螺旋桨，推动船舶前进；或带动 水泵抽水；或带动机床加工零件；或带动发电机发电。所以，本发明汽车发动机实施例，实 质上它是可以广泛用于各行业的通用发动机。
图2给出了本发明汽车发动机实施例的主体结构图。乙炔发生器10的主体是由电石罐11和发气桶21两部分组成，电石罐11坐落在发气桶 21上边，电石罐11内的小颗粒圆球形电石受到出料口处的一个杠杆活门系统的控制，按照 一定的流量从下部的出料口向下滚落，落入发气桶21的水中。在发气桶21中，电石与水发 生化学反应，产生乙炔气体，从发气桶21的出气管25输出。
从发气桶21的出气管25输出的乙炔气，通过回火防止器35输出。回火防止器35是为 了防止乙炔火焰从燃烧室50，通过管路向乙炔发生器10中扩散。如果乙炔火焰从燃烧室50， 沿着乙炔气管路扩散到乙炔发生器IO,将引起乙炔发生器10爆炸，后果非常严重。所以， 回火防止器35是本发明汽车发动机实施例不可缺少的安全装置。
乙炔气通过回火防止器35，通过乙炔阀45，再通过燃烧室50的进气管51，进入到燃烧 室50中。燃烧室50的筒体中，有一些载能流体，是循环水泵60通过进水管52，向燃烧室 50内注入的。在燃烧室50里，乙炔与空气混合成可燃气体，并被点火器57点燃，瞬间形成 高温高压燃气，强力向下挤压燃烧室50中的载能流体，这些载能流体受高压而从下部的出水 管53排出。打开燃烧室50的电动的进风门55和电动的出风门56，通过给风扇54，新鲜空 气进入燃烧室50，同时排出废气。燃烧室50的电动的进风门55、电动的出风门56和给风扇 54，称作燃烧室50的换气装置；再通过进水管供给载能流体，通过乙炔进气管供给乙炔，准 备下一次燃气燃烧增压过程。
本发明的汽车发动机的燃烧室50，给出的载能流体的压头较高，而流量较小，冲击式水 轮机80适用这样的载能流体。冲击式水轮机80是通过压力钢管和喷嘴81，把高压载能流体 转换成具有动能的高速射流，冲击转轮82，使水轮机旋转，并通过水轮机轴83向外输出动 力功。水轮机的安装方式有卧轴和立轴两种，对于汽车发动机，选择立轴更便于布置。
水轮机中做完功的载能流体，通过回水管84，再通过回水泵85，回到循环水箱IOO，再 通过循环水泵60，向燃烧室50供载能流体。
本图没有表示本发明汽车发动机实施例的控制电路、电源、电石桶等三部分。
图3给出了本发明汽车发动机实施例的乙炔发生器的结构图。
本发明的汽车发动机的乙炔发生器，它是由电石罐11和发气桶21两部分组成，电石罐 11坐落在发气桶21上边。
电石罐ll是一个竖放的圆筒，圆筒的上端是加料口 12和加料口压盖31。圆筒的下端是 一个锥形的漏斗，漏斗口即出料口13，出料口 13被一个活门14部分遮挡。活门14可以上 下升降，从而改变出料口 13的出口面积，调节小球状电石的出料速度。活门14的升降是受 支杆15、支点17和可以移动的重锤16的控制。移动重锤16的位置，出料口 13和一个活门 14的间隙大小就发生变化，影响小球状电石的出料速度。发气桶21在电石罐11的下边，发气桶21的直径比电石罐11的直径大许多。发气桶21 内是发气室，发气室内的下部是水，水占发气室内一半以上的空间。发气桶21的桶体的中下 部，有进水管22、排污管23，发气桶21的桶体的上部有出气管25，还有一个较大的防爆门 24。防爆门24上有防爆膜，当发气桶21内部发生爆炸时，气浪冲破防爆膜，使发气桶21内 迅速卸压，达到保护发气桶21的目的。发气桶21内的水中，在靠近底部，有一个水平设置 的载料网26，其作用一是托住小球状电石，使小球状电石的上下充分与水接触，彻底进行反 应生成乙炔，二是防止小球状电石下落堵塞排污管23。当载料网26上的小球状电石积累较 多时，打开防爆门24，进行人工清除。
电石罐11内的电石受控从下部的出料口 13向下滚落，落入发气桶21的水中。在发气桶 21中，电石与水发生化学反应，产生乙炔气体，从发气桶的出气管25输出。这种电石入水 式乙炔发生器，电石与水作用比较完全，电石有效利用率高，生产效率高，发气量大。电石 罐11内的电石是小颗粒圆球形电石，其直径为2 5mm。电石与水反应生成乙炔过程中，向 水中释放热量。按照有关规定，发气室内，乙炔气体温度不得超过90'C，水温不得超过60 'C。所以，在乙炔发生器的发气桶21外壁上，设置有水平环形的散热肋片，并有一个散热风 扇27，对着发气桶21水平吹风降温。
在乙炔发生器外壁上，设置一个温度传感器28，用以随时监视乙炔发生器内的水温。在 乙炔发生器外壁上，设置一个液位传感器29，用以随时监视乙炔发生器内水面的高度。在乙 炔发生器外壁上，设置一个压力传感器30，用以随时监视乙炔发生器内的压力。
在乙炔发生器的发气桶21外壁上，设置有一个安全阀30，它的泄气压力为150kPa。当 超压时，安全阀30迅速向外排气降压。安全阀30的排气口排出的乙炔，通过管路送到车厢 外，排到大气中。
图4给出了本发明汽车发动机实施例的回火防止器的结构图。
这是一个防爆膜干式回火防止器35。正常工作时，乙炔经进气管38，顶开逆止阀39， 进入回火防止器的腔体，由出气管40输出。当发生回火时，倒流的燃烧气体从出气管40， 进入体积较小的爆炸室44，使爆炸室44内压力急剧增高，防爆膜43瞬时被冲破，燃烧气体 排入大气中。同时，逆止阀39将进气管38堵塞，暂停供气，达到阻止回火的目的。
在燃烧气体排出爆炸室44后，气体压力减小，乙炔经进气管38又顶开逆止阀39，恢复 供气。因此，发生回火后，应关闭乙炔气阀，更换防爆膜后，才能继续使用。
防爆膜干式回火防止器的进气管38固定在阀盖37上，阀盖37与阀体36间螺纹连接。 防爆膜43固定在膜座41和膜盖42间，膜座41与阀体36间螺纹连接。
图5给出了本发明汽车发动机实施例的燃烧室的结构图。
13本发明的汽车发动机的燃烧室，是本发明的实现能量转换的核心装置。
燃烧室的外形是一个竖放的压力容器，中间是一个圆筒，上下各一个封头。在上封头上， 有乙炔进气管51、进水管52、点火器57;在下封头上，接出一根出水管53;中间筒体上， 有一个电动的进风门55和一个电动的出风门56。进风门55和出风门56受电信号控制都向 内打开或关闭，启动进风门55前的给风扇54，外界的新鲜空气，通过进风门55进入燃烧室 50，而燃烧室50内原有的废气，通过出风门56排到大气中。
在燃烧室50内，在从进风门55到出风门56的中间，有一个与风向垂直设立的带孔的挡 风板57，其作用是为了分流一部分空气，从上下流过，使空气的交换更完全。乙炔发生器生 产的乙炔气体，通过乙炔进气管路，从上封头的进气管51进入燃烧室50。
在燃烧室50里，乙炔与空气混合成可燃气体，并被点火器57点燃，瞬间形成高温高压 燃气，强力挤压燃烧室中的载能流体，这些载能流体受高压而从下部的出水管53排出。载能 流体全部从出水管53排出后，再通过进水管52供给载能流体，通过给风扇54、进风门55 和出风门56,吹进新鲜空气，点火器点火，开始又一次燃气燃烧增压过程。载能流体可选水、 盐水、乙二醇或其它防冻液。
图6给出了本发明汽车发动机实施例的冲击式水轮机的结构图。
本发明的汽车发动机的冲击式水轮机80，它的基本结构是由喷嘴81和转轮82所组成。 冲击式水轮机是通过压力钢管和喷嘴81，把高压载能流体转换成具有动能的高速射流，冲击 转轮82，转轮82外缘连续镶嵌的20余个勺形的水斗依次受到载能流体的作用力，使水轮机 旋转而做功。载能流体可选水、盐水、乙二醇或其它防冻液。
本图给出的切击式水轮机又称作水斗式水轮机，图中画出了水斗87。它是冲击式水轮机 中的一种，其适用的流体压头和单机容量，完全符合燃烧室的输出载能流体的参数。
切击式水轮机的安装方式有卧轴和立轴两种，对于汽车发动机的冲击式水轮机，选择卧 轴或立轴都可以，本图给出的是立轴式切击式水轮机。水轮机转轮82位于水轮机机壳86内， 作过功的载能流体从机壳86底部的回水管84流向循环水箱。旋转的水轮机转轮82，通过水 轮机轴83向外输出动力。
图7给出了本发明汽车发动机实施例的循环水箱的结构图。
循环水箱100的外形是一个竖放的压力容器，中间是一个圆筒，上下各一个封头。在上 封头上，有一个弹性门106，弹性门106上固定一个具有弹性的胶皮盖。当循环水箱100内 水量变化时，弹性门106可使循环水箱100内维持常压，防止水泵发生汽蚀。在筒体的上部， 有一个进水管IOI，在筒体的下部，有一个出水管102和一个排污管103。在循环水箱100的 内部，斜放一个过滤网104，它能挡住载能流体中杂质。定期清洗循环水箱100时，载能流体中杂质从排污管103排除。在循环水箱100的下部，有一个风扇105,必要时，启动风扇 105，给循环水箱100降温。 循环水箱ioo的功能有-
1、 水轮机中做完功的载能流体，通过回水泵，进入循环水箱IOO，再通过循环水泵，向 燃烧室供载能流体。循环水箱100作为做功循环用的载能流体的缓冲和调剂装置，可以保证 向燃烧室供应充足的载能流体。
2、 循环水箱100内部有过滤装置，可以保证进入做功设备的载能流体的质量，防止载能 流体中杂质损坏设备。
3、 循环水箱100下部有风扇，可以随时为循环水箱100降温，可防水泵汽蚀。 循环水箱中的载能流体，可以是纯水，也可以是盐水，也可以是乙二醇等防冻液。 图8给出了本发明汽车发动机实施例的控制电路与电源结构图。
控制电路是一个四级时序定时器，按顺序驱动四个磁力电开关，分别启动燃烧室的换气 装置、循环水泵、乙炔阀、点火器等四个部件。采用四个555集成电路，构成四个定时器， 产生四个顺序脉冲，第四个555集成电路的输出端接到第一个555集成电路的触发端，实现 非稳态工作。
第一个555集成电路120，为了能可靠复位，防止干扰的影响，其复位端(管脚4)和电 源端(管脚8)都直接与V+电源相接。集成电路120的接地端(管脚l)接地，控制端125 (管脚5)通过一个电容接地，防止干扰信号影响脉冲的脉宽。其触发端122 (管脚2)的触 发信号，来自第四个555集成电路150的输出信号，经由电阻121和电容124所组成的微分 电路产生的触发脉冲，脉宽约l微秒，下跳沿起作用。当触发端122 (管脚2)被触发，且脉 冲电压低于V+Z3时，内部触发比较器翻转，输出端(管脚3)输出高电平。放电端127 (管 脚7)内部开路，电源V+开始通过定时电阻128向定时电容129充电。定时电容129上充电
到2V+/3时，阈值端126 (管脚6)内部的阈值比较器翻转，定时电容129迅速放电到地电位， 输出端回到低电平。定时时间约为1.1*定时电阻*定时电容。其输出端123的输出信号，通过 电阻162接到电流放大管160的基极，启动磁力电开关161，启动循环水泵，按定时时间向 燃烧室内供给载能流体。
第二个555集成电路130，其触发端132(管脚2)的触发信号，来自第一个555集成电 路120的输出信号，经由电阻和电容所组成的微分电路产生的触发脉冲。集成电路130的输 出端133连接到电阻167的一端，而电阻167的另一端接到电流放大管165的基极，启动磁 力电丌关"6，启动燃烧室的换气装置，按定时时间通风换气。
第三个555集成电路140，其触发端142(管脚2)的触发信号，来自第二个555集成电
15路130的输出信号，经由电阻和电容所组成的微分电路产生的触发脉冲。其输出端143的输 出信号，通过电阻177接到电流放大管175的基极，启动磁力电开关172，启动乙炔阀，乙 炔阀是电磁阀，按定时时间向燃烧室内输送乙炔气。
第四个555集成电路150，其触发端152 (管脚2)的触发信号，来自第三个555集成电 路140的输出信号，经由电阻和电容所组成的微分电路产生的触发脉冲。第四个555集成电 路150的输出端153经电阻182接到电流放大管180的基极，启动磁力电开关181,启动燃 烧室内的点火器点火。
四级时序定时器的每一级的定时时间的选择，须要通过实验确定。 本图还给出了电源部分，包括蓄电池190和发电机200。由水轮机输出轴带动的发电机 200是交流无刷旋转磁极式同步发电机，旋转磁极式发电机的电枢是固定的，而磁极是旋转 的。磁极绕组在转子铁心槽内，电枢绕组均匀分布在整个定子铁心槽内，电枢绕组输出的交 流电流可直接送往负载，或将电枢绕组输出的交流电流整流后送往负载，或给蓄电池190充 电。
图9给出了本发明汽车发动机实施例的电石桶的结构图。
由于电石(碳化钙)特殊的化学特性，在遇到水和空气后，会反应生成乙炔气体。电石与 空气中的水分自然反应而消耗和粉化的现象称为电石的风化，电石的风化是随时进行着的。 为了防止电石风化而制作的纯封死型电石桶，不能多次提取，不适用车上。而且，当桶口封 闭不严吋，常有水分和空气潜入桶内，与电石反应，产生大量的乙炔气，桶内压力越来越大， 而发生电石桶爆炸事故。
纯封死型电石桶不便提取和易发生事故，非封闭型电石桶又有风化损失及环境污染问题， 本发明采用一种减压阀电石桶结构，如图所示。
减压阀电石桶350包括圆形的桶身352、桶底353、桶顶351，桶身352与桶底353、 桶顶351之间，均采用弧形巻边密封。在桶顶351的桶口上，有一个桶盖355。
在桶盖355中央，安装一只特制的单向减压阔360。当桶内电石风化后，内压越来越高， 压力高到某个调定数值时，桶内气体由桶盖355上的A孑L，即减压阀进气孔，向上把垫圈362 顶起，单向减压阀打开，将多余的气体由阀体361上的B孔，即减压阀出气孔，排到大气， 维持桶内不至于引起爆炸的较低的压力；桶内压力低时，弹簧364通过压板363下压垫圈362, 关闭A孔，即关闭减压阀进气孔，将减压阀关闭。
由于单向减压阀360只能向外打开，所以外部空气及水分不能浸入。这样的结构不仅使 桶内压力不至于升到纯封死型电石桶的内压那么高，也使桶内与外界相对隔绝，风化大大减 少，随之对环境的污染也减少了。单向减压阔360开启的调定压力数值，不能高于150kPa。电石桶350的桶顶351和桶盖355间利用螺母连接，中间有垫圈356，以防漏气。当要 提取电石时，打开桶顶351的桶口，迅速取出需要的电石后，马上将桶盖355重新与桶顶351 做好密封。电石桶的大小可以根据需要确定，常用的一种的容积是100升。
图IO给出了本发明汽车发动机实施例装配在汽车上的示意图。
本发明汽车发动机实施例的燃烧室50,安装在汽车前厢的最前端位置。它的进气管通过 乙炔阀和回火防止器35，接到安放在汽车前厢的靠后位置的乙炔发生器IO。燃烧室50的出 水管输出的高压载能流体，进入到冲击式水轮机80做功。
通常， 一辆汽车配备乙炔发生器和冲击式水轮机各一台，配备燃烧室2 4台。因为燃烧 室是间歇输出高压载能流体做功，多配备几台燃烧室，可以使工作更稳定，出力更大，这和 多缸内燃机的工作原理相同。
'冲击式水轮机80的位置在汽车前厢的中部，它处于这个位置的主要原因，是它向下的动 力输出轴经过变速器310，驱动汽车前轮300最便捷。
乙炔发生器10放在汽车前厢的靠后位置的左侧是因为如下原因汽车前厢的靠后位置的 空间高度较高，而乙炔发生器10也较高；驾驶员调节乙炔发生器10的乙炔产气量，比较方 便；汽车前厢的靠后位置相对比较宽敞，便于安装乙炔发生器10的散热风扇。驾驶员调节乙 炔发生器10的乙炔产气量的方法，可以直接调节乙炔发生器10的重锤，也可以加以改进， 使之更方便。乙炔发生器10的防爆门的爆破方向，不能指向驾驶员。
乙炔发生器10的发气桶的外壁上有一个温度传感器、 一个液位传感器和一个压力传感 器，它们的终端显示仪表都安放在驾驶室内，在便于驾驶员查看的位置上。
循环水箱100安放在汽车前厢的靠后位置的右侧，主要是考虑它和乙炔发生器10相互重 量平衡。
电石桶不宜放在汽车前厢。电石桶里装的是备用电石燃料，汽车外出可以携带电石桶， 也可以不带。如果汽车外出携带电石桶，电石桶可以放在后备厢里，但要求后备厢通风良好， 不能淋雨进水，还要注意固定和减振。
权利要求
1、一种汽车发动机，它包含燃料系、空气系、燃烧室、动力机、供水系和电控系，燃料系和空气系分别将燃料和空气输送到燃烧室，在燃烧室里的燃料被点燃，燃烧产生高压燃气，高压燃气推动燃烧室中的载能流体进入动力机，动力机对外做功，供水系维持各设备的载能流体的供给和回收，电控系控制各个泵、风扇、电磁阀的启停，其特征在于(1)所述燃料系包括电石桶、乙炔发生器和回火防止器，电石桶贮存的电石，分批投入乙炔发生器，在乙炔发生器内，电石与水反应生成的乙炔，输出的乙炔通过回火防止器到达燃烧室；(2)所述载能流体是水；(3)所述动力机是冲击式水轮机。
2、 按照权利要求1所述的一种汽车发动机，其特征在于所述电石桶是减压阀电石桶，减压阀电石桶包括桶身、桶底、桶顶、桶盖和单向减压 阀；桶身与桶底、桶顶之间弧形巻边密封，桶盖在桶顶的桶口上，桶顶和桶盖间利用螺母连 接；在桶盖中央，有一个单向减压阀，当桶内电石风化，压力高到某个调定数值时，桶内气 体由减压阀进气孔向上把垫圈顶起，单向减压阔打开，将多余的气体由减压阀出气孔排掉， 桶内压力低时，弹簧通过压板下压垫圈，关闭减压阀进气孔，将减压阀关闭。
3、 按照权利要求1所述的一种汽车发动机，其特征在于所述乙炔发生器，它由电石罐和发气桶两部分组成，电石罐坐落在发气桶上边； 电石罐是一个竖放的圆筒，圆筒的上端是加料口，圆筒的下端是出料口，出料口被一个活门部分遮挡，活门可以升降，活门的升降受支杆、支点和重锤的控制；发气桶的直径比电石罐的直径大许多，发气桶内是发气室，发气室内的下部是水，发气桶的桶体的中下部有进水管、排污管，桶体的上部有出气管、防爆门，发气桶内的水中靠近底部有一个水平设置的载料网，在发气桶外壁上有散热肋片，有一个散热风扇，在乙炔发生器外壁上，设置有温度传感器、液位传感器、压力传感器、安全阀。
4、 按照权利要求1所述的一种汽车发动机，其特征在于所述回火防止器是防爆膜干式回火防止器，它包括进气管、逆止阀、出气管、爆炸室、 防爆膜、阀盖、阀体、膜座和膜盖；正常工作时，乙炔经进气管，顶开逆止阔，进入回火防 止器的腔体，由出气管输出；当发生回火时，倒流的燃烧气体从出气管进入体积较小的爆炸 室，使爆炸室内压力急剧增高，防爆膜被冲破，燃烧气体排入大气，同时逆止阀将进气管堵 塞；进气管固定在阀盖上，阀盖与阀体间螺纹连接，防爆膜固定在膜座和膜盖间，膜座与阀 体间螺纹连接。
5、 按照权利要求1所述的一种汽车发动机，其特征在于所述燃烧室，它的外形是竖放的压力容器，中间是圆筒，上下为封头，在上封头上，有 乙炔进气管、进水管、点火器，在下封头上，接出一根出水管，中间筒体上安装空气系，燃 烧室内上部为燃料燃烧空间，下部为进出载能流体占据的空间。
6、 按照权利要求1或5所述的一种汽车发动机，其特征在于所述空气系是安装在燃烧室上的向燃烧室内供给燃烧用空气的装置，它包括给风扇、进 风门、出风门和挡风板，电动的进风门和出风门位于燃烧室的中间筒体上，受电信号控制同 时向内打开，启动进风门前的给风扇，外界的新鲜空气进入燃烧室，废气通过出风门排到大 气中，在燃烧室内，与风向垂直设立带孔的挡风板。
7、 按照权利要求1所述的一种汽车发动机，其特征在于所述动力机的是冲击式水轮机，它由压力钢管、喷嘴、转轮、水轮机轴、壳体所组成， 高压载能流体通过压力钢管进入到壳体内喷嘴，转换成具有动能的高速射流，冲击转轮外缘 连续镶嵌的水斗，使水轮机轴旋转而对外做功。
8、 按照权利要求1所述的一种汽车发动机，其特征在于所述供水系是冲击式水轮机的载能流体循环系统，它包括回水泵、循环水箱和循环水泵， 在冲击式水轮机中做完功的载能流体，通过回水泵，进入循环水箱，再通过循环水泵，向燃 烧室供给载能流体。
9、 按照权利要求l、 5、 7或8中，任何一个权利要求所述的一种汽车发动机，其特征在于所述载能流体是防冻液。
10、 按照权利要求1所述的一种汽车发动机，其特征在于 所述电控系包括控制电路与电源；控制电路是一个四级时序定时器，按顺序驱动四个磁力电开关，分别启动燃烧室的换气 装置、循环水泵、乙炔阀、点火器等四个部件。采用四个555集成电路，构成四个定时器， 产生四个顺序脉冲，第四个555集成电路的输出端接到第一个555集成电路的触发端，实现非稳态r作；第一个555集成电路，为了能可靠复位，防止干扰的影响，其复位端和电源端都直接与 V+电源相接。集成电路的接地端接地，控制端通过一个电容接地，其触发端的触发信号，来 自第四个555集成电路的输出信号，定时时间约为1.1*定时电阻*定时电容，其输出端的输出 信号，通过电阻接到电流放大管的基极，启动磁力电开关，启动循环水泵，按定时时间向燃 烧室内供给载能流体；第二个555集成电路，其触发端的触发信号，来自第一个555集成电路的输出信号，集成电路的输出端经电阻接到电流放大管的基极，启动磁力电开关，启动燃烧室的换气装置， 按定时时间通风换气；第三个555集成电路，其触发端的触发信号，来自第二个555集成电路的输出信号，其 输出端的输出信号，通过电阻接到电流放大管的基极，启动磁力电开关，启动乙炔阀，乙炔 阀是电磁阀，按定时时间向燃烧室内输送乙炔气；第四个555集成电路，其触发端的触发信号，来自第三个555集成电路的输出信号，第 四个555集成电路的输出端经电阻接到电流放大管的基极，启动磁力电开关，启动燃烧室内 的点火器点火；电源包括蓄电池和发电机，发电机是交流无刷旋转磁极式同步发电机。
全文摘要
本发明给出一种汽车发动机，它不使用石油燃料，在性能上能达到汽油发动机那样功率大、污染小、技术简单、成本低、寿命长。本发明汽车发动机包含燃料系、空气系、燃烧室、动力机、供水系、电控系。燃料系和空气系分别将燃料和空气输送到燃烧室，燃烧室里的燃料燃烧产生高压燃气，高压燃气推动载能流体进入动力机，动力机对外做功。本发明汽车发动机的燃料的生产工艺简单，原料来源广泛，生产成本低廉，可以广泛代替石油作为汽车燃料，有利于保障国家能源安全。本发明的汽车发动机总体结构简单，故障率低，没有笨重的部件，加工制造容易，没有往复运动机械，磨损小，振动小，噪音污染小，操作与维修方便。
文档编号F01D1/00GK101493015SQ200810145258
公开日2009年7月29日 申请日期2008年8月4日 优先权日2008年8月4日
发明者尚德敏 申请人:尚德敏