本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种油气混合动力发动机。
背景技术：
目前节能减排的新能源汽车研发正处于全球火热阶段，各种新技术新材料层出不穷，由于纯电动车受电池瓶颈的制约，从而派生出了混合动力，降低了对电池的要求，成为可以产品化的解决方案。目前的混合动力是内燃机和电动机的组合，用一台较小的内燃机可以长期在经济油耗区工作，兼顾动力输出和发电功能从而延长续航里程，电机可以弥补内燃机低负荷排放差油耗高、最大扭矩和功率输出不足的缺点，将整车油耗降低30~35%。其不足在于：电机和电池的能量是来自于发动机输出功，整个动力系统变得较复杂，两种动力源需要耦合和控制装置管理输出，整车重量增大导致行驶阻力增加载荷能力下降、动力系统中仍需要较大的电池和电池控制器，电池充放电有效率和寿命问题、电机和电机控制器也有效率问题等，所以节能效果并没有达到很理想。
目前排放更好的一种“气动发动机”，即由高压空气驱动的发动机，可谓“零排放”动力。但其明显不足是高压气瓶储能密度低且安全性差，发动机功率大则续航里程短，且气瓶的重量和体积严重地影响了车辆的载荷能力。高压气体膨胀做功产生超低温，导致润滑油失去流动性而使机械损失增加，从而更加降低了发动机的升功率。目前已有的解决方案是采用四冲程循环工作，即：1高压进气和膨胀做功——2排气——3从大气中自然吸气——4排出一部分后进行压缩。后两个冲程完全为了使气缸和活塞等零件恢复温度，以免润滑油失去流动性。但吸气产生泵气损失，压缩消耗压缩功，如此一来内部额外消耗能量减少了动力输出，曲轴每两转同一气缸才做一次功，使得升功率进一步下降，这是气动发动机市场化的最大瓶颈。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有发动机油耗高，能量浪费大，使用成本高的问题，提供一种油气混合动力发动机，能够通过内燃缸和气动缸的组合使用，从而大大降低油耗，不用高压气罐提高了安全性，并提高发动机转换效率，其结构简单，使用成本更低。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种油气混合动力发动机，其特征在于：包括交替分布的内燃缸和气动缸，曲轴、凸轮轴、液氮存储罐以及换热器；所述内燃缸和气动缸均为活塞式动力缸，所述内燃缸和气动缸的缸体和缸盖集成在一起，在内燃缸和气动缸的外侧设有绕内燃缸和气动缸一周的水套；所述内燃缸的活塞和气动缸的活塞分别通过连杆与曲轴相连，所述曲轴经传动齿轮后带动凸轮轴转动，凸轮轴通过凸轮带动气门顶杆上下移动，气门顶杆经摇臂后再带动内燃缸和气动缸的进气门和排气门开闭，其中，内燃缸与气动缸相互配合共同对曲轴做功；所述内燃缸的排气管与换热器相连；
在液氮存储罐内设有压力泵，所述压力泵经控制阀后与换热器相连，在换热器内设有用于检测氮气压力的压力传感器；液氮在换热器内与内燃机排气进行热交换后形成高压气体，然后经进气总管同时与各气动缸的进气管相连通，在气动缸的进气管上均设有高压进气阀；各气动缸的排气管与排气总管相连，排出的冷气用作空调制冷或直接排入大气中。
进一步地，当内燃缸为2冲程动力缸时，一个内燃缸和一个气动缸形成一个驱动缸组，同一驱动缸组的内燃缸和气动缸同步对曲轴做功。
进一步地，当内燃缸为4冲程动力缸时，任一内燃缸一个循环过程中，根据做功顺序，相邻的两气动缸依次做功，共同对曲轴做功。
1.可将两种不同形式储存的能源（即燃油和液氮）通过本发明的一体装置转化后同轴输出，实现一站式由双能源向机械能的转换，而无需两套独立的能量转换装置。且脱离了对传统混合动力系统所需的动力耦合装置的需求。
2.内燃缸工作所产生的除做功外的热能可以实现高效的回收再利用，且无需依赖外部加装设备，回收的热能可用以提高气动缸的工作温度，加快气体膨胀过程提高气动缸能量转换效率。同理，气动缸工作形成的低温冷量也可用于内燃缸的冷却或直接用于末端制冷需求，从而减少了满足此类需求时能量在多级转换过程中的损耗。即能量由首端（储存端）形式到最末端（有效使用端）形式的转换过程得以简化，总转换效率可以获得很大提升。
3.混合动力形式工作时可无需冷却风扇及散热器等若干附件降低了成本，水泵亦可实现更加小型化的设计，从而简化了结构并降低了带动附件的能耗，进一步提高机械效率。
4.车载使用液氮替代高压气瓶，提高了安全性。
5.使用高压气还可以用作内燃缸增压，从而扩大了动力系统的功率覆盖范围。
6.内燃缸与气动缸工作时产生的冷热明显温差可通过特殊材料用于发电。
附图说明
图1为本发明的原理结构示意图。
图2为实施例的曲拐关系示意图。
图3为实施例的各动力缸做功顺序示意图。
图中：1—内燃缸，2—气动缸，3—液氮存储罐，4—换热器，5—水套，6—压力泵，7—控制阀，8—压力传感器，9—进气总管，10—燃油供给管道。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1，一种油气混合动力发动机，包括交替分布的内燃缸1和气动缸2，曲轴、凸轮轴、液氮存储罐3以及换热器4；所述内燃缸1和气动缸2均为活塞式动力缸；其中，所述内燃缸1和气动缸2的结构与传统内燃缸1和气动缸2的结构一致，均为现有技术，并与燃油供给管道10相连。
所述内燃缸1和气动缸2的缸体和缸盖集成在一起，在内燃缸1和气动缸2的外侧设有绕内燃缸1和气动缸2一周的水套5（即该水套5将内燃缸1和气动缸2包围）；由于气动缸2内的氮气（高压气）膨胀做功后，缸体的温度非常低（-180°左右），因此，通过水套5内的水进行内燃缸1与气动缸2的热交换，从而既能够快速对内燃缸1降温，又能够使气动缸2快速升温，从而大大提高升功率，有效提高发动机的工作效率。为更好地进行热交换，所述内燃缸1和气动缸2交替分布。
所述内燃缸1的活塞和气动缸2的活塞分别通过连杆与曲轴相连，所述曲轴经传动齿轮后带动凸轮轴转动，凸轮轴通过凸轮带动气门顶杆上下移动，气门顶杆经摇臂后再带动内燃缸1和气动缸2的进气门和排气门开关，其中，内燃缸1与气动缸2相互配合共同对曲轴做功；具体地，根据活塞到达上止点的顺序、工作循环的冲程数和发动机负荷的大小分别控制其开闭时刻。所述内燃缸1的排气管与换热器4相连。
在液氮存储罐3内设有压力泵6，所述压力泵6经控制阀7后与换热器4相连，在换热器4内设有用于检测氮气压力的压力传感器8；中控系统根据压力传感器8检测到的压力值以及发动机负荷等参数，进行控制阀7的开关控制。液氮在换热器4内与内燃机排气进行热交换后形成高压气体，然后经进气总管9同时与各气动缸2的进气管相连通，在气动缸2的进气管上均设有高压进气阀。各气动缸2的排气管与排气总管相连，排出的冷气用于用作空调制冷或直接排入大气中。
作为一种实施方式，当内燃缸1为2冲程动力缸时，一个内燃缸1和一个气动缸2形成一个驱动缸组，同一驱动缸组的内燃缸1和气动缸2同步对曲轴做功。
作为另一种实施方式，参见图2、图3，当内燃缸1为4冲程动力缸时，任一内燃缸1一个循环过程中，根据做功顺序，相邻的两气动缸2依次做功，共同对曲轴做功。
具体地，如一台六缸机，气动缸2和内燃缸1进行交替排列，即：1、3、5缸为内燃缸1，2、4、6为气动缸2；曲轴上的曲拐为三组，任意两组曲拐之间的夹角为120°。实际加工过程中，将1、3、5缸保持为原来的内燃缸1，照常喷油燃烧输出功率；2、4、6缸则改为气动缸2，当气动缸2的活塞到达上止点时，根据负荷的大小供给一定数量的高压气体，用高压气体推动活塞做功。系统中液氮瓶内设有压力泵6，将液氮压力提升后经阀门输入换热器4，吸收热量后则变为高压气体可供气动缸2使用。
根据各缸做功顺序分别供给燃油或高压气，原来1、3、5缸的配气正时不变，2、4、6缸则在本缸的上止点打开高压进气阀，其负荷大小以压力变化和节流进行综合控制，当气动缸2活塞下行至一定位置时排气门打开进行自由排气，随之活塞上行时进行强制排气，直至活塞达到上止点进气门打开进行二冲程的下一个循环。即1、3、5缸做功间隔为240度曲柄转角，而6、2、4缸做功间隔为120度曲柄转角。
通过将内燃缸1和气动缸2配合，结构简单控制容易，两者的寿命相当，是互补的很好组合。因燃油携带的能量密度高，可以与气瓶形成互补，发动机的排气热量可以用来蒸发液氮和提升气体压力用于气动缸2做功，气动缸2恢复温度所需要的热量则直接来自于发动机冷却水，则相当于将内燃缸1散出的能量部分回收用于“暖机”，气动缸2所散出的冷量则用作内燃缸1的冷却，可谓各得其所。本发明中内燃缸1和气动缸2的缸数及排列均可根据实际机型及要求灵活设计，即所有气缸排列形式、气动缸2和内燃缸1的分布顺序可根据要求灵活设计；且气动缸2和内燃缸1可分别采用独立不同的循环形式（如两冲程、四冲程、奥拓循环、迪塞尔循环、阿特金恩或米勒循环等）。此外，由于有了内燃机的热源，因此可以在液氮存储罐3内加装压力泵6，将液氮加压后泵出，经换热器4直接蒸发为气动缸2供高压气，并可以更大程度地回收内燃机的排气能量，从而达到比常规混合动力系统更高的节油率，并且以液氮替代高压气罐后安全性更好。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。