专利名称：矢量叉乘发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种矢量又乘发动机。
背景技术：
现有的活塞式内燃机当活塞位于上止点附近时，燃料与空气燃烧爆炸生成高温高 压燃气。此时缸内燃气的压力达到最大值，但是此时发动机曲轴获得的力矩却非常的小，甚 至为零。不仅如此，燃气的高压除增加发动机的噪音外，还加大了对活塞、连杆、曲轴等运动 件的冲击，使得这些运动件必须设计的庞大笨重，不仅提高了发动机的制造成本，同时也提 高了发动机的总重量，运动件的笨重还提高了其旋转或摆动时的离心力，带来了一系列的 问题。燃气的高温不仅影响接触面材料的性能和可靠性，还加大了热量向气缸套、气缸盖及 冷却系统的热传递，从而降低了发动机的热效率。为了解决上述问题，人们曾经尝试了许多技术方案，但是其效果往往并不明显，或 者又带来了新的问题。比如，人们曾经将活塞和/或连杆设计成弹性的，这样在燃烧爆炸的 瞬间，弹性的活塞和/或连杆被压缩，一部分燃气的能量被储存在了弹性的活塞和/或连杆 中；同时燃气的体积瞬间膨胀，温度和压力迅速下降；储存在被压缩的弹性活塞和/或连杆 中的能量在上止点过后、燃气的压力逐渐下降时，又逐渐的释放出来；从而解决了前述提到 的问题。但是，这种设计不仅结构复杂、制造难度大、制造成本高，而且可靠性低，难于实现 真正的量产化。另外，众所周知，高温高压的燃气只有让其自由充分的膨胀做功，其中蕴含的能量 才能最大限度的释放出来。具体到活塞式内燃机中就是，在其它条件已定的情况下，活塞的 膨胀做功行程越大，从燃气中转化来的机械功就越多，即发动机的热功转换效率就越高。但 是，在现有发动机的结构设计之下，单方面提高活塞的膨胀做功行程是十分的困难的。即使 有些现有技术中的设计可以达到提高活塞的膨胀做功行程的目的，但也往往结构复杂、制 造成本高、难于真正大规模应用。如果能够把活塞爆炸瞬间所产生的高温高压气体储存起来，待处于作功冲程中 的活塞下行至一定距离(即有一定力矩)时，再将全部或部分高温高压气体释放出来，将有 效地提高发动机的效率。采用部分释放高温高压气体的方案，可以在第一个作功冲程完了 时进入第一个排气冲程，然后在此排气冲程完了时开始释放另一部分高温高压气体，使活 塞进入第二个作功冲程，在第二个作功冲程完了时进入第二个排气冲程，这样可以使活塞 在压气和吸气之间具有两个作功冲程，从而提高发动机的效率。因此，急需发明一种结构简单、制造成本低、可靠性高的新设计来解决上述问题。
发明内容
为了解决上述现有发动机中存在的问题，本发明的技术方案如下一种矢量叉乘发动机，包括燃烧室包络空间，所述矢量叉乘发动机还包括高压工 质储罐，在所述燃烧室包络空间的外壁上设燃烧室通道，所述燃烧室包络空间经所述燃烧室通道与所述高压工质储罐连通。在所述燃烧室通道内设置滑动结构体。在所述滑动结构体上设置滑动结构体常通通道和滑动结构体单向通道，所述滑动 结构体常通通道和所述滑动结构体单向通道在连通所述燃烧室包络空间和所述高压工质 储罐的方向上贯通所述滑动结构体，所述滑动结构体和所述燃烧室通道密封配合或者非密 封配合；在所述燃烧室通道和所述燃烧室包络空间连接处附近的所述燃烧室通道内设置 大内径端部密封环，在所述燃烧室通道和所述高压工质储罐连接处附近的所述燃烧室通道 内设置小内径端部密封环；或者在所述燃烧室通道和所述燃烧室包络空间连接处附近的所 述燃烧室通道内设置小内径端部密封环，在所述燃烧室通道和所述高压工质储罐连接处附 近的所述燃烧室通道内设置大内径端部密封环。在所述滑动结构体上设置滑动结构体悬空通道，所述滑动结构体悬空通道在连通 所述燃烧室包络空间和所述高压工质储罐的方向上贯通所述滑动结构体，在所述燃烧室通 道和所述燃烧室包络空间连接处附近的所述燃烧室通道内设置燃烧室密封座口，在所述燃 烧室通道和所述高压工质储罐连接处附近的所述燃烧室通道内设置储罐密封座口 ；或在所述燃烧室通道和所述燃烧室包络空间的连接处附近的所述燃烧室通道内 设置所述燃烧室密封座口，在所述燃烧室通道和所述高压工质储罐的连接处附近的所述燃 烧室通道内设置所述储罐密封座口，在所述燃烧室密封座口和所述储罐密封座口之间的所 述燃烧室通道内设置所述滑动结构体，所述滑动结构体和所述燃烧室通道之间设置间隙；所述滑动结构体与所述燃烧室密封座口接触时所述燃烧室密封座口被关闭即所 述燃烧室包络空间和所述高压工质储罐被隔离，所述滑动结构体与所述储罐密封座口接触 时所述储罐密封座口被关闭即所述燃烧室包络空间和所述高压工质储罐被隔离，当所述滑 动结构体处于既不与所述燃烧室密封座口接触也不与所述储罐密封座口接触的位置时所 述燃烧室包络空间和所述高压工质储罐连通。所述燃烧室通道设为内锥面燃烧室通道，所述滑动结构体设为锥形滑动结构体， 在所述内锥面燃烧室通道内设置所述锥形滑动结构体的开启行程限定结构。在所述燃烧室通道内设置内环密封环，在所述内环密封环的内环内设所述滑动结 构体，所述滑动结构体与所述内环密封环的内径侧面滑动配合，所述滑动结构体受复位控 制机构控制；所述复位控制机构设为非弹簧式复位控制机构或者设为由弹簧和控制杆构成 的弹簧式复位控制机构。所述复位控制机构的一部分设置在所述高压工质储罐内，所述复位控制机构的另 一部分设置在所述高压工质储罐外；或所述复位控制机构的一部分设置在所述高压工质储罐内，所述复位控制机构的 另一部分设置在所述高压工质储罐外，在所述高压工质储罐外设置密封壳，设置在所述高 压工质储罐之外的部分所述复位控制机构设置在所述密封壳内，所述密封壳与所述高压工 质储罐密封连接。在所述控制杆上设密封阀体，在所述高压工质储罐的内壁上设储罐内壁座口，所 述密封阀体与所述储罐内壁座口相配合以实现当所述高压工质储罐内的压力达到设定程 度时所述控制杆和所述高压工质储罐壁壳之间的间隙被密封。
所述燃烧室通道与所述高压工质储罐设为等内径腔体，所述滑动结构体与所述等 内径腔体滑动密封配合或有间隙配合，在所述滑动结构体的远离所述燃烧室包络空间的一 端设置弹性体，在所述等内径腔体和所述燃烧室包络空间连接处附近的所述等内径腔体内 设置燃烧室密封座口，所述滑动结构体与所述燃烧室密封座口配合将所述燃烧室密封座口 打开或关闭。 在所述高压工质储罐内设置罐内密封座口，所述罐内密封座口将所述高压工质储 罐分为上腔体和下腔体，所述弹性体设在所述上腔体内，在所述滑动结构体上设置端密封 结构环，所述端密封结构环与所述罐内密封座口相配合以实现当所述滑动结构体向远离所 述燃烧室包络空间的方向位移到设定程度时所述滑动结构体和所述罐内密封座口之间的 间隙被密封。在所述燃烧室通道处设工质流受控阀，所述工质流受控阀受工质流控制机构控制 使所述燃烧室通道按控制要求打开或关闭，实现所述燃烧室包络空间和所述高压工质储罐 间按控制要求通断；调整所述工质流控制机构使所述工质流受控阀在活塞处于爆炸冲程的上止点附 近爆炸燃烧开始时所述工质流受控阀打开使得相当一部分高温高压工质充入所述高压工 质储罐，随着活塞下行，气缸内的压力下降，已经充入所述高压工质储罐的高温高压工质重 新回到所述气缸内与所述气缸内的高温高压工质共同推动活塞做功，当排气冲程完了时， 所述工质流受控阀关闭并维持关闭状态直到下一个爆炸燃烧开始时刻所述工质流受控阀 重新打开；或者调整所述工质流控制机构使所述工质流受控阀在活塞处于爆炸冲程的上 止点附近缸内 爆炸燃烧开始时所述工质流受控阀打开使得相当一部分高温高压工质充入 所述高压工质储罐后所述工质流控制阀关闭，使所述高压工质储罐中保存有相当一部分工 质，维持所述工质流控制阀的关闭状态，调整发动机进排气门控制方式以实现当排气冲程 完了时关闭发动机的进气门和排气门并维持此关闭状态，打开所述工质流受控阀，使所述 高压工质储罐中保存的高温高压工质进入气缸继续推动活塞做功，使得发动机的工作循环 在完成吸——压——爆——排冲程之后增加至少一个作功——排气冲程组后再进入下一 个吸——压——爆——排冲程。所述高压工质储罐上设有容积调节装置，和/或在所述燃烧室通道上设流动阻 力调节装置。
0025]一种矢量叉乘发动机，包括燃烧室包络空间，在所述燃烧室包络空间的外壁上设 燃烧室通道，在所述燃烧室通道内设置下端密封环和上端密封环，在所述下端密封环和上 端密封环之间的所述燃烧室通道内设滑动结构体，所述上端密封环经连接通道与高压气体 源连通。本发明所谓的高压工质储罐，主要起暂存高温高压工质的作用，不作为附加的燃 烧室使用。本发明所谓的滑动结构体常通通道，是指无论滑动结构体怎么运动，滑动结构体 常通通道都不被封死保持畅通，从而使得燃烧室包络空间和高压工质储罐之间保持畅通。本发明所谓的滑动结构体单向通道，是指当滑动结构体与小内径端部密封座口、 大内径端部密封座口相配合使得当滑动结构体处于不同位置时，滑动结构体单向通道保持 畅通或被封死；具体说，当滑动结构体与小内径端部密封座口相接触时滑动结构体单向通道被封死，当滑动结构体与大内径端部密封座口相接触时滑动结构体单向通道保持畅通。本发明所谓的小内径端部密封座口，是指当滑动结构体与小内径端部密封座口接 触时，小内径端部密封座口不仅起限位作用，而且要将滑动结构体上的滑动结构体单向通 道封死的座口。本发明所谓的大内径端部密封座口，是指当滑动结构体与大内径端部密封座口接 触时，大内径端部密封座口仅仅起限位作用，不会将滑动结构体上的滑动结构体单向通道 或者滑动结构体常通通道封死的座口。本发明所谓的滑动结构体悬空通道，是指当滑动结构体与燃烧室密封座口或储罐 密封座口接触时，燃烧室密封座口或储罐密封座口能够将滑动结构体悬空通道全部封死； 只有在滑动结构体与燃烧室密封座口或储罐密封座口不接触时，滑动结构体悬空通道才保 持畅通。本发明所谓的作功——排气冲程组和爆——排冲程组，分别特指发动机的两个冲 程的组合。其中的作功——排气冲程组包括作功冲程和排气冲程两个冲程，但是作功—— 排气冲程组中的作功冲程是指不包括燃烧那一个时间点的爆炸冲程(即不包括燃烧那一 个时间点的作功冲程)。其中的爆——排冲程组也包括作功冲程和排气冲程两个冲程，但是 爆——排冲程组中的作功冲程是指包括了燃烧那一个时间点的爆炸冲程(即包括了燃烧那 一个时间点的作功冲程)。本发明所谓的非密封配合，是指有间隙配合等不具有密封功能的配合。本发明中所谓的滑动结构体，是指具有一定结构形状的物体，可以是滑块、滑动柱 体、滑动球体等。本发明中所谓的高压工质储罐，可以是球状、柱状等形状的内腔，也可以是任意其 它形状的腔体。本发明中所谓的复位控制机构，可以是弹簧式、电磁式、液压式、气压式等等。本发明中所谓的燃烧室包络空间，是指当活塞位于上至点或其附近时，燃料和空 气进行燃烧爆炸时，燃烧爆炸所在的空间，包括气缸盖，活塞顶和当活塞位于上止点或其附 近时处于气缸盖和活塞顶之间的气缸缸套的一部分侧壁。本发明中燃烧室包络空间与高压工质储罐之间的通道可以设在燃烧室包络空间 内的气缸盖上，上止点与所述气缸盖之间的气缸套的外壁上，活塞上或者燃烧室包络空间 内的其它部位。本发明中，在燃烧爆炸的瞬间，相当量的燃气充入高压工质储罐，一部分燃气的能 量被储存起来，储存的该部分能量在活塞过上止点之后、燃气的压力逐渐下降时，高压工质 储罐中储存的一部分燃气能量又逐渐的释放出来。本发明中，一次爆炸燃烧生成的高温高压燃气分阶段多次推动活塞膨胀做功，实 际上相当于加大了活塞的膨胀做功行程，使得燃烧爆炸生成的高温高压燃气能够更加充分 的膨胀做功，使其释放出了更多的能量给活塞而转化为机械功，从而提高了发动机的热功 转换效率。本发明中，一次吸气、压缩、燃烧过程，实现多次做功、排气冲程，从而实现了发动 机的高膨胀比。本发明中可以通过滑动结构体在通道内的滑动来控制通道的通断和/或不同方向的流动阻力大小，实现按设计要求控制燃烧室包络空间和高压工质储罐之间的工质流 量；也可以通过设置控制结构来控制通道的通断和/或不同方向的流动阻力大小，实现按 设计要求控制燃烧室包络空间和高压工质储罐之间的工质流量。本发明中，当燃烧室包络空间与高压工质储罐之间不设专门的控制机构或者滑 动结构体时，可以通过调节高压工质储罐的容积和燃烧室通道的流动阻力，实现工质在燃 烧室包络空间和高压工质储罐之间的流动振荡，进而达到提高发动机的效率和环保性的目 的。在设有滑动结构体的结构中，通过调节滑动结构体与燃烧室通道之间的间隙，滑动结构 体常通通道、滑动结构体单向通道和滑动结构体悬空通道的大小，以实现在发动机吸气冲 程、压缩冲程和排气冲程中在燃烧室包络空间和高压工质储罐之间工质流量较小或没有工 质流动，而在发动机的爆炸作功冲程中保持燃烧室包络空间和高压工质储罐之间的工质大 流量的流动。本发明中所谓的压力，是指压强，因为用压力来指代压强几乎已经成为了发动机 领域一种不成文的惯例，因此本发明的说明书中沿用了该惯例。当滑动结构体不受复位控制机构或弹性体控制时，所述燃烧室包络空间和高压工 质储罐内的压力不同时，所述滑动结构体受其压差推动发生位移，控制所述燃烧室包络空 间和高压工质储罐之间的工质流量变化或通断。本发明中在设有复位机构的结构中，当所述燃烧室通道两端的压差大于某一值A 时，所述滑动结构体离开所述内环密封环向所述燃烧室通道的某一侧移动，所述燃烧室通 道被打开；当所述燃烧室通道两端的压差小于等于某一值A时，所述滑动结构体在所述复 位机构的控制下复位，所述燃烧室通道被关闭。本发明中所述的高压气体源可设为压缩空气、高压水蒸汽等高压气体，高压气体 源内的压力可进行调整，以实现对滑动结构体更精准的控制。本发明中设置高压气体源的目的是为了维持滑动结构体上方的气体压力，并可以 对此气体压力进行调整，以确保滑动结构体的运动状态符合设计要求。通过调整高压气体 源中的气体压力不仅可以保证滑动结构体只在爆炸开始时发生位移，也可以通过调整高压 气体源中的气体压力调整发动机的压缩比，以确保发动机在不同工况下压缩冲程完了时燃 烧室内的压力保持理想状态，提高发动机的效率。不仅如此，还可以通过在滑动结构体上设置滑动结构体悬空通道使得高压气体源 中的一部分高压气体在发动机作功冲程中进入气缸内以增大活塞的作功能力，特别是当高 压气体源中的高压气体为发动机余热所产生的高压水蒸汽时，可以通过此种方式向处于作 功冲程的气缸内喷射水蒸汽，实现对发动机余热的简单、可靠、有效的利用。本发明的有益效果如下 1、本发明结构简单、制造成本低、可靠性高。 2、本发明解决了现有活塞式内燃机当活塞位于作功冲程的上止点附近时缸内的 压力最大，但是力矩却非常的小甚至为零，无法对外有效输出机械功的问题；降低了燃烧爆 炸的瞬间燃气的压力、温度和NOx的生成量，减弱了燃气的高压对活塞、连杆、曲轴等部件 的冲击，可以减少发动机的重量，制造成本和摩擦损失，提高了发动机的扭矩；不仅如此， 本发明还公开了一次燃烧爆炸多次作功的方案，进一步大幅度提高了发动机的效率和环保 性。
3、本发明实质上加大了活塞的膨胀做功行程，提高了发动机的热功转换效率。
图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；图3所示的是本发明实施例3的结构示意图；图4所示的是本发明实施例4的结构示意图；图5所示的是本发明实施例5的结构示意图；图6所示的是本发明实施例6的结构示意图；图7所示的是本发明实施例7的结构示意图；图8所示的是本发明实施例8的结构示意图；图9和图10所示的是本发明实施例9的结构示意图；图11和图12所示的是本发明实施例10的结构示意图；图13所示的是本发明实施例11的结构示意图；图14所示的是本发明实施例12的结构示意图；图15所示的是本发明实施例13的结构示意图；图16所示的是本发明实施例14的结构示意图；图17所示的是本发明实施例15的结构示意图；图18和图19所示的是本发明实施例16的结构示意图。
具体实施例方式实施例1如图1所示的矢量叉乘发动机，包括燃烧室包络空间1，矢量叉乘发动机还包括高 压工质储罐2、气缸盖3、气缸壁4、活塞5、进气门6和排气门7，在燃烧室包络空间1的外壁 上设燃烧室通道101，燃烧室包络空间1经燃烧室通道101与高压工质储罐2连通。本实施 例中可以通过调节高压工质储罐的容积和燃烧室通道的流动阻力，实现工质在燃烧室包络 空间和高压工质储罐之间的流动振荡，进而达到提高发动机的效率和环保性的目的。即在 燃烧爆炸的瞬间，相当量的燃气充入高压工质储罐，一部分燃气的能量被储存起来，储存的 该部分能量在活塞过上止点之后、燃气的压力逐渐下降时，高压工质储罐中储存的一部分 燃气能量又逐渐的释放出来，与气缸中原有的高温高压工质共同推动活塞做功。实施例2如图2所示的矢量叉乘发动机，其与实施例1的区别在于在燃烧室通道101内设 置滑动结构体1051，在滑动结构体1051上设置滑动结构体常通通道1053和滑动结构体单 向通道1054，滑动结构体常通通道1053和滑动结构体单向通道1054在连通燃烧室包络空 间1和高压工质储罐2的方向上贯通滑动结构体1051，滑动结构体1051和燃烧室通道101 密封配合或者非密封配合；在燃烧室通道101和燃烧室包络空间1连接处附近的燃烧室通道101内设置小内 径端部密封环1056，在燃烧室通道101和高压工质储罐2连接处附近的燃烧室通道101内 设置大内径端部密封环1055。本实施例通过滑动结构体在通道内的滑动来控制通道的通断
10和/或不同方向的流动阻力大小，实现按设计要求控制燃烧室包络空间和高压工质储罐之 间的工质流量。实施例3如图3所示的矢量叉乘发动机，其与实施例2的区别在于在燃烧室通道101和燃 烧室包络空间1连接处附近的燃烧室通道101内设置大内径端部密封环1055，在燃烧室通 道101和高压工质储罐2连接处附近的燃烧室通道101内设置小内径端部密封环1056。本 实施例通过滑动结构体在通道内的滑动来控制通道的通断和/或不同方向的流动阻力大 小，实现按设计要求控制燃烧室包络空间和高压工质储罐之间的工质流量。实施例4如图4所示的矢量叉乘发动机，其与实施例1的区别在于在燃烧室通道101内设 置滑动结构体1051，在滑动结构体1051上设置滑动结构体悬空通道1059，滑动结构体悬空 通道1059在连通燃烧室包络空间1和高压工质储罐2的方向上贯通滑动结构体1051，在 燃烧室通道101和燃烧室包络空间1连接处附近的燃烧室通道101内设置燃烧室密封座口 1013，在燃烧室通道101和高压工质储罐2连接处附近的燃烧室通道101内设置储罐密封 座口 1014 ；滑动结构体1051与燃烧室密封座口 1013接触时燃烧室密封座口 1013被关闭即 燃烧室包络空间1和高压工质储罐2被隔离，滑动结构体1051与储罐密封座口 1014接触 时储罐密封座口 1014被关闭即燃烧室包络空间1和高压工质储罐2被隔离，当滑动结构体 1051处于既不与燃烧室密封座口 1013接触也不与储罐密封座口 1014接触的位置时燃烧室 包络空间1和高压工质储罐2连通。本实施例通过滑动结构体在通道内的滑动来控制通道 的通断和/或不同方向的流动阻力大小，实现按设计要求控制燃烧室包络空间和高压工质 储罐之间的工质流量。实施例5如图5所示的矢量叉乘发动机，其与实施例1的区别在于在燃烧室通道101内 设置滑动结构体1051，在燃烧室通道101和燃烧室包络空间1的连接处附近的燃烧室通道 101内设置燃烧室密封座口 1013，在燃烧室通道101和高压工质储罐2的连接处附近的燃 烧室通道101内设置储罐密封座口 1014，在燃烧室密封座口 1013和储罐密封座口 1014之 间的燃烧室通道101内设置滑动结构体1051，滑动结构体1051和燃烧室通道101之间设 置间隙。本实施例通过滑动结构体在通道内的滑动来控制通道的通断和/或不同方向的流 动阻力大小，实现按设计要求控制燃烧室包络空间和高压工质储罐之间的工质流量。实施例6如图6所示的矢量叉乘发动机，其与实施例1的区别在于在燃烧室通道101内设 置滑动结构体1051，燃烧室通道101设为内锥面燃烧室通道1011，滑动结构体1051设为锥 形滑动结构体10511，在内锥面燃烧室通道1011内设置锥形滑动结构体10511的开启行程 限定结构1012。实施例7如图7所示的矢量叉乘发动机，其与实施例6的区别在于锥面的方向相反，即同 样是燃烧室通道101设为内锥面燃烧室通道1011，滑动结构体1051设为锥形滑动结构体 10511，在内锥面燃烧室通道1011内设置锥形滑动结构体10511的开启行程限定结构1012。
实施例8如图8所示的矢量叉乘发动机，其与实施例2的区别在于在燃烧室通道101内设 置内环密封环1018，在内环密封环1018的内环内设滑动结构体1051，滑动结构体1051与 内环密封环1018的内径侧面滑动配合，滑动结构体1051受复位控制机构1058控制；复位 控制机构1058设为由弹簧10583和控制杆10582构成的弹簧式复位控制机构10581。本实 施例通过设置控制结构来控制通道的通断和/或不同方向的流动阻力大小，实现按设计要 求控制燃烧室包络空间和高压工质储罐之间的工质流量。实施例9如图9和图10所示的矢量叉乘发动机，其与实施例8的区别在于复位控制机构 1058的一部分设置在高压工质储罐2内，复位控制机构1058的另一部分设置在高压工质储 罐2外，在高压工质储罐2外设置密封壳10586，设置在高压工质储罐2之外的部分复位控 制机构1058设置在密封壳10586内，密封壳10586与高压工质储罐2密封连接。实施例10如图11和图12所示的矢量叉乘发动机，其与实施例9的区别在于在控制杆 10582上设密封阀体10584，在高压工质储罐2的内壁上设储罐内壁座口 10585，密封阀体 10584与储罐内壁座口 10585相配合以实现当高压工质储罐2内的压力达到设定程度时控 制杆10582和高压工质储罐2壁壳之间的间隙被密封。实施例11如图13所示的矢量叉乘发动机，其与实施例1的区别在于在所述燃烧室通道 (101)内设置滑动结构体(1051)。燃烧室通道101与高压工质储罐2设为等内径腔体2101， 滑动结构体1051与等内径腔体2101滑动密封配合或有间隙配合，在滑动结构体1051的远 离燃烧室包络空间1的一端设置弹性体10512，在等内径腔体2101和燃烧室包络空间1连 接处附近的等内径腔体2101内设置燃烧室密封座口 1013，滑动结构体1051与燃烧室密封 座口 1013配合将燃烧室密封座口 1013打开或关闭。本实施例通过滑动结构体在通道内的 滑动来实现设计目的。实施例12如图14所示的矢量叉乘发动机，其与实施例11的区别在于在高压工质储罐2内 设置罐内密封座口 2000，罐内密封座口 2000将高压工质储罐2分为上腔体2001和下腔体 2002，弹性体10512设在上腔体2001内，在滑动结构体1051上设置端密封结构环10513，端 密封结构环10513与罐内密封座口 2000相配合以实现当滑动结构体1051向远离燃烧室包 络空间1的方向位移到设定程度时滑动结构体1051和罐内密封座口 2000之间的间隙被密 封。实施例13如图15所示的矢量叉乘发动机，其与实施例1的区别在于在燃烧室通道101处 设工质流受控阀102，工质流受控阀102受工质流控制机构103控制使燃烧室通道101按控 制要求打开或关闭，实现燃烧室包络空间1和高压工质储罐2间按控制要求通断；调整工质流控制机构103使工质流受控阀102在活塞处于爆炸冲程的上止点附 近爆炸燃烧开始时工质流受控阀102打开使得相当一部分高温高压工质充入高压工质储 罐2，随着活塞下行，气缸14内的压力下降，已经充入高压工质储罐2的高温高压工质重新回到气缸14内与气缸14内的高温高压工质共同推动活塞做功，当排气冲程完了时，工质 流受控阀102关闭并维持关闭状态直到下一个爆炸燃烧开始时刻工质流受控阀102重新 打开；或者调整工质流控制机构103使工质流受控阀102在活塞处于爆炸冲程的上止点附 近缸内爆炸燃烧开始时工质流受控阀102打开使得相当一部分高温高压工质充入高压工 质储罐2后工质流控制阀102关闭，使高压工质储罐2中保存有相当一部分工质，维持工 质流控制阀102的关闭状态，调整发动机进排气门控制方式以实现当排气冲程完了时关闭 发动机的进气门6和排气门7并维持此关闭状态，打开工质流受控阀102，使高压工质储 罐2中保存的高温高压工质进入气缸14继续推动活塞5做功，使得发动机的工作循环在 完成吸——压——爆——排冲程之后增加至少一个作功——排气冲程组后再进入下一个 吸——压——爆——排冲程。实施例14如图16所示的矢量叉乘发动机，其与实施例1的区别在于高压工质储罐2上设 有容积调节装置11。实施例15如图17所示的矢量叉乘发动机，其与实施例1的区别在于在燃烧室通道101上 设流动阻力调节装置13。实施例16如图18所示的矢量叉乘发动机，包括燃烧室包络空间1、高压工质储罐2、气缸盖 3、气缸壁4、活塞5、进气门6和排气门7，在燃烧室包络空间1的外壁上设燃烧室通道101， 在燃烧室通道101内设置下端密封环8101和上端密封环8102，在下端密封环8101和上端 密封环8102之间的燃烧室通道101内设滑动结构体1051，上端密封环8102经连接通道 8103与高压气体源8104连通。
权利要求
一种矢量叉乘发动机，包括燃烧室包络空间(1)，其特征在于所述矢量叉乘发动机还包括高压工质储罐(2)，在所述燃烧室包络空间(1)的外壁上设燃烧室通道(101)，所述燃烧室包络空间(1)经所述燃烧室通道(101)与所述高压工质储罐(2)连通。
2.根据权利要求1所述的矢量叉乘发动机，其特征在于在所述燃烧室通道(101)内 设置滑动结构体(1051)。
3.根据权利要求2所述的矢量叉乘发动机，其特征在于在所述滑动结构体(1051)上 设置滑动结构体常通通道(1053)和滑动结构体单向通道(1054)，所述滑动结构体常通通 道(1053)和所述滑动结构体单向通道(1054)在连通所述燃烧室包络空间(1)和所述高压 工质储罐(2)的方向上贯通所述滑动结构体(1051)，所述滑动结构体(1051)和所述燃烧室 通道(101)密封配合或者非密封配合；在所述燃烧室通道(101)和所述燃烧室包络空间(1)连接处附近的所述燃烧室通道 (101)内设置大内径端部密封环(1055)，在所述燃烧室通道(101)和所述高压工质储罐⑵ 连接处附近的所述燃烧室通道(101)内设置小内径端部密封环(1056)；或者在所述燃烧室 通道(101)和所述燃烧室包络空间⑴连接处附近的所述燃烧室通道(101)内设置小内径 端部密封环(1056)，在所述燃烧室通道(101)和所述高压工质储罐(2)连接处附近的所述 燃烧室通道(101)内设置大内径端部密封环(1055)。
4.根据权利要求2所述的矢量叉乘发动机，其特征在于在所述滑动结构体(1051)上 设置滑动结构体悬空通道(1059)，所述滑动结构体悬空通道(1059)在连通所述燃烧室包 络空间(1)和所述高压工质储罐(2)的方向上贯通所述滑动结构体(1051)，在所述燃烧室 通道(101)和所述燃烧室包络空间(1)连接处附近的所述燃烧室通道(101)内设置燃烧室 密封座口(1013)，在所述燃烧室通道(101)和所述高压工质储罐(2)连接处附近的所述燃 烧室通道(101)内设置储罐密封座口(1014)；或在所述燃烧室通道(101)和所述燃烧室包络空间(1)的连接处附近的所述燃烧室通 道(101)内设置所述燃烧室密封座口(1013)，在所述燃烧室通道(101)和所述高压工质储 罐(2)的连接处附近的所述燃烧室通道(101)内设置所述储罐密封座口(1014)，在所述燃 烧室密封座口(1013)和所述储罐密封座口(1014)之间的所述燃烧室通道(101)内设置所 述滑动结构体(1051)，所述滑动结构体(1051)和所述燃烧室通道(101)之间设置间隙；所述滑动结构体(1051)与所述燃烧室密封座口(1013)接触时所述燃烧室密封座口 (1013)被关闭即所述燃烧室包络空间(1)和所述高压工质储罐(2)被隔离，所述滑动结构 体(1051)与所述储罐密封座口(1014)接触时所述储罐密封座口(1014)被关闭即所述燃 烧室包络空间(1)和所述高压工质储罐(2)被隔离，当所述滑动结构体(1051)处于既不与 所述燃烧室密封座口(1013)接触也不与所述储罐密封座口(1014)接触的位置时所述燃烧 室包络空间(1)和所述高压工质储罐(2)连通。
5.根据权利要求2所述的矢量叉乘发动机，其特征在于所述燃烧室通道(101)设为 内锥面燃烧室通道(1011)，所述滑动结构体(1051)设为锥形滑动结构体(10511)，在所 述内锥面燃烧室通道(1011)内设置所述锥形滑动结构体(10511)的开启行程限定结构 (1012)。
6.根据权利要求1所述的矢量叉乘发动机，其特征在于在所述燃烧室通道(101)内 设置内环密封环(1018)，在所述内环密封环(1018)的内环内设所述滑动结构体(1051)，所述滑动结构体(1051)与所述内环密封环(1018)的内径侧面滑动配合，所述滑动结构体 (1051)受复位控制机构(1058)控制；所述复位控制机构(1058)设为非弹簧式复位控制机 构或者设为由弹簧(10583)和控制杆(10582)构成的弹簧式复位控制机构(10581)。
7.根据权利要求6所述的矢量叉乘发动机，其特征在于所述复位控制机构(1058)的 一部分设置在所述高压工质储罐(2)内，所述复位控制机构(1058)的另一部分设置在所述 高压工质储罐(2)外；或所述复位控制机构(1058)的一部分设置在所述高压工质储罐(2)内，所述复位控制 机构(1058)的另一部分设置在所述高压工质储罐(2)外，在所述高压工质储罐(2)外设置 密封壳(10586)，设置在所述高压工质储罐(2)之外的部分所述复位控制机构(1058)设置 在所述密封壳(10586)内，所述密封壳(10586)与所述高压工质储罐(2)密封连接。
8.根据权利要求7所述的矢量叉乘发动机，其特征在于在所述控制杆(10582)上设 密封阀体(10584)，在所述高压工质储罐(2)的内壁上设储罐内壁座口(10585)，所述密封 阀体(10584)与所述储罐内壁座口(10585)相配合以实现当所述高压工质储罐(2)内的压 力达到设定程度时所述控制杆(10582)和所述高压工质储罐(2)壁壳之间的间隙被密封。
9.根据权利要求2所述的矢量叉乘发动机，其特征在于所述燃烧室通道(101)与所 述高压工质储罐(2)设为等内径腔体(2101)，所述滑动结构体(1051)与所述等内径腔体 (2101)滑动密封配合或有间隙配合，在所述滑动结构体(1051)的远离所述燃烧室包络空 间(1)的一端设置弹性体(10512)，在所述等内径腔体(2101)和所述燃烧室包络空间(1) 连接处附近的所述等内径腔体(2101)内设置燃烧室密封座口(1013)，所述滑动结构体 (1051)与所述燃烧室密封座口(1013)配合将所述燃烧室密封座口(1013)打开或关闭。
10.根据权利要求9所述的矢量叉乘发动机，其特征在于在所述高压工质储罐(2)内 设置罐内密封座口(2000)，所述罐内密封座口(2000)将所述高压工质储罐(2)分为上腔体 (2001)和下腔体(2002)，所述弹性体(10512)设在所述上腔体(2001)内，在所述滑动结构 体(1051)上设置端密封结构环(10513)，所述端密封结构环(10513)与所述罐内密封座口 (2000)相配合以实现当所述滑动结构体(1051)向远离所述燃烧室包络空间(1)的方向位 移到设定程度时所述滑动结构体(1051)和所述罐内密封座口(2000)之间的间隙被密封。
11.根据权利要求1所述的矢量叉乘发动机，其特征在于在所述燃烧室通道(101)处 设工质流受控阀(102)，所述工质流受控阀(102)受工质流控制机构(103)控制使所述燃烧 室通道(101)按控制要求打开或关闭，实现所述燃烧室包络空间(1)和所述高压工质储罐 (2)间按控制要求通断；调整所述工质流控制机构(103)使所述工质流受控阀(102)在活塞处于爆炸冲程的上 止点附近爆炸燃烧开始时所述工质流受控阀(102)打开使得相当一部分高温高压工质充 入所述高压工质储罐(2)，随着活塞下行，气缸(14)内的压力下降，已经充入所述高压工质 储罐(2)的高温高压工质重新回到所述气缸(14)内与所述气缸(14)内的高温高压工质共 同推动活塞做功，当排气冲程完了时，所述工质流受控阀(102)关闭并维持关闭状态直到 下一个爆炸燃烧开始时刻所述工质流受控阀(102)重新打开；或者调整所述工质流控制机构(103)使所述工质流受控阀(102)在活塞处于爆炸冲 程的上止点附近缸内爆炸燃烧开始时所述工质流受控阀(102)打开使得相当一部分高温 高压工质充入所述高压工质储罐(2)后所述工质流控制阀(102)关闭，使所述高压工质储罐(2)中保存有相当一部分工质，维持所述工质流控制阀(102)的关闭状态，调整发动 机进排气门控制方式以实现当排气冲程完了时关闭发动机的进气门(6)和排气门(7)并 维持此关闭状态，打开所述工质流受控阀(102)，使所述高压工质储罐(2)中保存的部分 或全部高温高压工质进入气缸(14)继续推动活塞(5)做功，使得发动机的工作循环在 完成吸——压——爆——排冲程之后增加至少一个作功——排气冲程组后再进入下一个 吸——压——爆——排冲程；或者调整所述工质流控制机构(103)使所述工质流受控阀(102)在压缩冲程终了时 所述工质流受控阀(102)打开使得相当一部分新鲜工质充入所述高压工质储罐(2)后所述 工质流控制阀(102)关闭，使所述高压工质储罐(2)中保存有相当一部分新鲜工质，在其后 的爆炸燃烧做功冲程和排气冲程中维持所述工质流控制阀(102)的关闭状态，调整发动机 进排气门控制方式以实现当排气冲程完了时关闭发动机的进气门(6)和排气门(7)并维 持此关闭状态，打开所述工质流受控阀(102)，使所述高压工质储罐(2)中保存的部分或全 部新鲜工质进入气缸(14)重新完成爆炸燃烧做功冲程和排气冲程，使得发动机的工作循 环在完成吸——压——爆——排冲程之后增加至少一个爆——排冲程组后再进入下一个 吸——压——爆——排冲程。
12.根据权利要求1至11任意之一所述的矢量叉乘发动机，其特征在于所述高压工 质储罐(2)上设有容积调节装置(11)，和/或在所述燃烧室通道(101)上设流动阻力调节 装置(13)。
13.根据权利要求2所述的矢量叉乘发动机，其特征在于所述高压工质储罐(2)与高 压气体源(8104)连通。
14.根据权利要求13所述的矢量叉乘发动机，其特征在于在所述燃烧室通道(101) 内设置下端密封环(8101)，在所述下端密封环(8101)和所述高压工质储罐(2)之间的所述 燃烧室通道(101)内设滑动结构体(1051)；或者在所述燃烧室通道(101)内设置下端密封环(8101)和上端密封环(8102)，在所 述下端密封环(8101)和上端密封环(8102)之间的所述燃烧室通道(101)内设滑动结构体 (1051)。
全文摘要
本发明公开了一种矢量叉乘发动机，包括燃烧室包络空间，所述矢量叉乘发动机还包括高压工质储罐，在所述燃烧室包络空间的外壁上设燃烧室通道，所述燃烧室包络空间经所述燃烧室通道与所述高压工质储罐连通。本发明解决了现有活塞式内燃机当活塞位于作功冲程的上止点附近时缸内的压力最大，但是力矩却非常的小甚至为零，无法对外有效输出机械功的问题；降低了燃烧爆炸的瞬间燃气的压力、温度和NOx的生成量，减弱了燃气的高压对活塞、连杆、曲轴等部件的冲击，可以减少发动机的重量，制造成本和摩擦损失，提高了发动机的扭矩；不仅如此，本发明还公开了一次燃烧爆炸多次作功的方案，进一步大幅度提高了发动机的效率和环保性。
文档编号F02B75/02GK101892901SQ201010164159
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月6日 优先权日2010年2月12日
发明者靳北彪 申请人:靳北彪