CN100363600C - 氢气发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢气发动机，包括气缸和氢燃料供给系统。活塞位于上止点，即曲轴处于90度时，活塞上端于缸顶之间没有空隙，当活塞从上止点下行到其行程中点，即曲轴旋转至180度处时，使火花塞点火作功推动活塞运行至下止点；活塞从下止点上行至上止点为排气行程。进气作功和排气等两个行程完成一个工作循环。氢燃料储备罐利用管道经电子喷氢器连接到氢氧混合器上，空气滤清器经涡轮增压器与氢氧混合器另一接口连通，氢氧混合器出气口与气缸进气门连通。所述氢气发动机还设置有废气循环使用系统和喷水装置。本发明具有结构简单，功率大，效率高，转速快，节能无污染，运行安全可靠等优点。

Description

氢气发动机
技术领域
本发明属于动力机械类，特别是一种氢气发动机。
背景技术
目前氢气发动机是在原型的汽油机上安装一套氢气供给系统，利用氢气储气罐内的气压将氢气输送到发动机上，采用传统压缩燃烧的四冲程工作方式来作功的。这种氢气发动机的优点在于可与汽油兼用，但因其仍然采用压缩燃烧(燃烧多于爆炸)的工作方式，转速慢，不但没能充分利用氢气爆炸的特性来提高发动机的工作效率，而且在压缩过程中，存在因缸体温度升高而产生自燃造至提前点火，出现反转，造成敲缸损坏机件等严重故障的隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，功率大，效率高，无污染，运行安全可靠的氢气发动机。
实现本发明的目的之技术方案是：
1、本发明氢气发动机包括气缸和氢燃料供给系统。所述气缸中活塞位于上止点，即曲轴处于90度时，活塞上端与缸顶之间没有空隙，当活塞从上止点下行到其行程中点，即曲轴旋转至180度处时，使火花塞点火作功推动活塞运行至下止点；活塞从下止点上行至上止点为排气行程。活塞上行到排气行程中点时，曲轴处于0度处。进气作功和排气两个行程完成一个工作循环。所述氢燃料供给系统中的氢燃料储备罐利用管道经电子喷氢器连接到氢氧混合器上，空气滤清器经涡轮增压器与氢氧混合器另一接口连通，氢氧混合器出气口与气缸进气门连通。所述氢气发动机还设置有废气循环利用系统和喷水装置。
2、所述废气循环利用系统，其金属催化器进气口与气缸排气门连通，金属催化器中的氧气室通过涡轮增压器与氢氧混合器连通，氢气室则经氢气罐与电子喷氢器第三接口连通。氢气发动机的最终废气则从金属催化器排气口排出。
3、所述喷水装置，其水箱经电子高压喷水器与气缸上端的高压喷头连通。
4、所述氢气发动机做成单缸和多缸两种结构。
本发明氢气发动机为二冲程工作循环，燃气在点火前无须压缩，减少了能量内耗，具有结构简单，功率大，效率高，转速快，节能，运行安全可靠，环保无污染等优点。
附图说明
图1为本发明氢气发动机结构图；
图2为本发明氢气发动机进气作功行程中的进气状态图；
图3为本发明氢气发动机进气作功行程中的作功状态图；
图4为本发明氢气发动机喷水状态图；
图5为本发明氢气发动机排气行程图。
附图中，气缸(1)，活塞(2)，连杆(3)，氢燃料储备罐(4)，电子喷氢器(5)，氢氧混合器(6)，空气滤清器(7)，涡轮增压器(8)，气缸进气门(9)，金属催化器(10)，气缸排气门(11)，氢气罐(12)，水箱(13)，电子高压喷水器(14)，高压喷头(15)，火花塞(16)，金属催化器排气口(17)。
具体实施方式
参照图1，本发明氢气发动机包括气缸(1)和氢燃料供给系统。通过调整缸体部件等方法使所述气缸中的活塞位于上止点，即曲轴处于90度时，活塞上端于缸顶之间没有空隙，当活塞从上止点下行到其行程中点，即曲轴旋转至180度处时，火花塞点火作功推动活塞运行至下止点，活塞从下止点上行至上止点为排气行程，进气作功和排气等两个行程完成一个工作循环。所述氢燃料供给系统中氢燃料储备罐(4)利用管道经电子喷氢器(5)连接到氢氧混合器(6)上，空气滤清器(7)经涡轮增压器(8)与氢氧混合器另一接口连通，氢氧混合器出气口与气缸进气门(9)连通。废气循环利用系统中的金属催化器(10)进气口与气缸排气门(11)连通，金属催化器中的氧气室在涡轮增压器(8)前面与氢氧混合器(6)连通，氢气室则经氢气罐(12)与电子喷氢器(5)第三接口连通。喷水装置中的水箱(13)经电子高压喷水器(14)与气缸上端的高压喷头(15)连通。氢燃料储备罐(4)内的氢气经电子喷氢器(5)喷射送入氢氧混合器(6)内，与经空气滤清器(7)滤清并经涡轮增压器(8)加压的空气均匀混和成氢氧混合气，供发动机使用。本发明氢气发动机既可作单缸结构使用，也可作多缸结构使用。
本发明氢气发动机的工作过程是这样的：
进气作功行程。见图2，当活塞(2)位于上止点时，气缸进气门(9)开启，排气门(11)关闭，活塞上端与缸顶间没有空隙，表示气缸内的废气已全部排空，不致影响下一行程进入的氢氧混合气的爆炸能力。随着活塞下移，气缸内形成容积并逐渐扩大，但其气压极小，在涡轮增压器(8)及缸内真空吸力的共同作用下，经氢氧混合器(6)均匀混和的氢氧混合气使迅速进入气缸，直至活塞向下运动到其行程的中点，即曲轴旋转到180度处，进气结束。见图3，此时气缸进气门(9)关闭，火花塞(16)点火使氢氧混合气爆炸，气缸内气体迅速膨胀，温度和压力急剧上升，推动活塞(2)从其行程中点向下止点运动，通过连杆(3)使曲轴旋转并输出机械功，此功除用于维持发动机自身继续运行外，其余用于对外作功。由于氢氧混合气不需压缩并且当活塞处于其行程中点，曲轴力矩最大时爆炸作功，从而提高了曲轴的输出功率，杜绝了敲缸故障的发生，使发动机运行安全可靠。
排气行程。见图5，当作功接近终了时，活塞处于下止点处，气缸排气门(11)开启，爆炸后产生的水蒸气靠自身压力先自行排泄，活塞经过下止点再向上止点运动的过程中把水蒸气全部排挤出气缸外。
由此可见，本发明氢气发动机是经过进气作功和排气等两个行程来完成一个工作循环的，活塞从上止点---进气作功---下止点---排气---上止点往复两个行程，曲轴旋转达一圈。
本发明氢气发动机在排气行程中所排出的高温高压水蒸气被送入废气循环利用系统中的金属催化器(10)内进行还原分解成氧气和氢气，并分别被输送到氢氧混合器(6)中再次混和使用，从而实现了爆炸蒸气的循环利用，最终废气则从金属催化器排气口(17)排出。参照图4，当活塞在作功行程中曲轴运动到接近下止点的247.5度位置时，喷水装置中水箱(13)的水通过电子高压喷水器(14)从气缸上端的高压喷头(15)瞬间喷入气缸内，利用气缸内的高温使其热化成水蒸气，和气缸内的爆炸水蒸气一起被送入金属催化器(10)内，以提高循环利用率，同时能有效降低气缸内的温度。
本发明通过调节电子喷氢器的喷氢量，改变氢氧混合气的混合比例，来实现发动机输出功率的变化。混合气氢含量在4％～33％之间时，氢含量越高发动机输出功率越大。

Claims (2)

1.一种氢气发动机，包括气缸和氢燃料供给系统，其特征在于所述气缸中活塞位于上止点，即曲轴处于90度时，活塞上端与缸顶之间没有空隙，当活塞从上止点下行到其行程中点，即曲轴旋转至180度处时，使火花塞点火作功推动活塞运行至下止点，活塞从下止点上行至上止点为排气行程，活塞上行到排气行程中点时，曲轴处于0度处，进气作功和排气两个行程完成一个工作循环，所述氢燃料供给系统中氢燃料储备罐(4)利用管道经电子喷氢器(5)连接到氢氧混合器(6)上，空气滤清器(7)经涡轮增压器(8)与氢氧混合器另一接口连通，氢氧混合器出气口与气缸进气门(9)连通，氢气发动机还设置有废气循环利用系统和喷水装置；所述废气循环利用系统中金属催化器(10)进气口与气缸排气门(11)连通，金属催化器中的氧气室通过涡轮增压器(8)与氢氧混合器(6)连通，氢气室则经氢气罐(12)与电子喷氢器(5)第三接口连通；所述喷水装置中水箱(13)经电子高压喷水器(14)与气缸上端的高压喷头(15)连通。
2.根据权利要求1所描述的氢气发动机，其特征在于所述的发动机做成单缸和多缸两种结构。
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