CN101225767B - 嵌套式气动/内燃混合动力发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动力发动机，旨在提供一种嵌套式气动/内燃混合动力发动机。包括一个内燃缸，其外部嵌套设置一个环形的气动缸，内燃缸的活塞柱与和气动缸的环形活塞柱具有共同的活塞本体部分，构成一个整体的活塞，活塞裙部与连杆曲轴结构相连；内燃缸的活塞柱与和气动缸的环形活塞柱之间设置内缸套，气动缸外侧设置外缸套。该发动机采用一套活塞连杆曲轴结构，不仅在结构上简化了，而且将气动缸作为内燃缸的冷却系统，充分利用内燃机的燃烧热量；省去了内燃机所必需的冷却循环系统，还将从内燃缸缸壁的散热作为气动缸做功过程热量补充，极大的提高气动缸的循环输出功和内燃缸的功率。
Description
技术领域
本发明涉一种动力发动机，更具体地说，本发明涉及一种嵌套式气动/内燃混合动力发动机。
背景技术
内燃机的燃油/燃气燃烧产生了排放污染，并且面临着能源危机的压力。气动发动机的能量来源广泛并且对环境是零污染，但是发展至今气动发动机受机构的影响，动力不足，效率低下。
中国专利[99116190]公开的“空气动力汽车”提出了气动与内燃或电动的混合，但是该专利的混合动力发动机压缩空气做功气缸是独立的气缸，并且只有当压缩空气动力使用不便时，才使用内燃动力或电动动力。中国专利“压缩空气-燃油/燃气混合动力的汽车发动机”(ZL02111984.8)也提出了压缩空气与燃油/燃气的混合，但是该专利压缩空气做功和燃油/燃气做功分别为两个气缸。
以上混合动力发动机的专利都存在以下问题：不仅从结构上至少设置两个以上气缸，而且气动发动机和内燃机或电动机各自的附属结构都必须具备，结构上庞大而复杂，另外设置两个气缸分别做功还具有以下难题，使得其难以进一步进入实用。
内燃机单独气缸做功存在的问题：
1.能量损耗严重
内燃机燃烧时产生的高温会导致零部件的过热，为了保证零部件的正常工作，内燃机都设置了冷却系统。冷却系统一方面维持了零部件正常工作的温度范围，另一方面也带走了大量的热量，造成了能量浪费。燃料燃烧产生的能量有1/3被冷却水带走了。
2.缸内活塞等结构无法冷却
虽然冷却系统会降低缸壁的温度，但是活塞组件和气缸内壁依然难以冷却，不仅使得活塞组件长期处于高温的状态，并且会导致表面点火、爆燃等后果。
3.燃烧室温度过高
内燃机在排气结束后，缸内温度依然很高，过高的温度会影响充气效率，空气的不足导致燃烧不充分，不仅浪费能源而且对环境造成了严重的污染。
4.残余废气的问题
内燃机在排气结束时，由于余隙容积的影响，在气缸内还残留一些废气会对下一循环的燃烧产生不利影响。
气动发动机单独气缸做功存在以下问题：
1.乏气浪费的问题
气动发动机做功后的乏气还具有一定的压力，有利用的价值，如果直接将其排入大气会造成浪费。
2.膨胀做功换热效率低下
气动发动机在做功时膨胀如果从外界吸收热量，可以提高输出功率，而以上两个专利的结构都存在换热效率低下的问题，膨胀做功冲程的时间是极短的，经过缸壁和换热设施得到的热量是微乎其微的，无法充分利用内燃机燃烧产生的废热。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种嵌套式气动/内燃混合动力发动机。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种嵌套式气动/内燃混合动力发动机，包括一个内燃缸，所述内燃缸外部嵌套设置一个环形的气动缸，内燃缸的活塞柱与和气动缸的环形活塞柱具有共同的活塞裙部，构成一个整体的活塞，活塞裙部与连杆曲轴结构相连；内燃缸的活塞柱与和气动缸的环形活塞柱之间设置内缸套，气动缸外侧设置外缸套；气动1的缸头设有连接进气管的进气门和连接排气管的排气门；内燃缸的缸头设置点火装置，并同样设有连接进气管的进气门和连接排气管的排气门；气动缸的进气管与高压气源连接，内燃缸的进气管与环境空气或高压气源连接。
作为一种改进，所述内缸套上环形布置有若干换气孔；换气孔的顶部位于进气结束时刻活塞顶部位置的下方，换气孔的底部位置位于下止点活塞顶部的上方。
作为一种改进，所述点火或喷油装置是点火装置或喷油装置其中一种。
作为一种改进，该混合动力发动机还包括供气换气系统：高压气瓶通过安全阀、减压阀分别连接至气动缸和内燃缸的进气管。
作为一种改进，该混合动力发动机还包括换热器，换热器的冷流体入口与减压阀后的高压气体管路连接，冷流体出口与进气管连接；换热器的热流体入口与内燃缸排气管连接，热流体出口与环境连通。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用一套活塞连杆曲轴结构，不仅在结构上简化了混合动力发动机，而且将气动缸作为内燃缸的冷却系统，充分利用内燃机的燃烧热量；一方面，省去了内燃机所必需的冷却循环系统，另一方面，将从内燃缸缸壁的散热作为气动缸做功过程热量补充，极大的提高气动缸的循环输出功和内燃缸的功率。
附图说明
图1是实施例1中发动机结构示意图；
图2是实施例2中发动机结构示意图；
图3是实施例2中发动机内缸套上环形布置的换气孔结构示意图。
图4是发动机供气换气系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1中的混合动力发动机构成如图1所示：
包括一个内燃缸20，所述内燃缸20外部嵌套设置一个环形的气动缸21，内燃缸20的活塞柱与和气动缸21的环形活塞柱具有共同的活塞裙部，构成一个整体的活塞3，活塞3裙部与连杆曲轴结构13相连；内燃缸20的活塞柱与和气动缸21的环形活塞柱之间设置内缸套2，气动缸外侧设置外缸套1；气动缸21的缸头设有连接进气管6的进气门4和连接排气管7的排气门5；内燃缸20的缸头设置点火或喷油装置12，并同样设有连接进气管10的进气门8和连接排气管11的排气门9；气动缸21的进气管6与高压气源连接，内燃缸20的进气管7与环境大气或高压气源连接。点火装置12根据燃料性质选择，可以是点火装置或喷油装置其中一种。
该混合动力发动机还包括供气换气系统：高压气瓶18通过安全阀15、减压阀16、换热器17分别连接至气动缸21的进气管6和内燃缸20的进气管10，在换热器17中气动缸21的进气管7内的低温压缩空气和内燃缸20的排气管11内高温燃烧废气进行换热。
本实施例中，发动机气动缸21和内燃缸20单独工作，气动缸21采用进气做功、排气二冲程，内燃缸20依然采用进气、压缩、燃烧做功、排气四冲程；采用一套活塞连杆曲轴结构，不仅在结构上简化了混合动力发动机，而且将气动缸21作为内燃缸20的冷却系统，一方面，省去了内燃机所必需的冷却循环系统，另一方面，将内缸套2的散热作为气动缸做功过程热量补充，提高气动缸的循环输出功。
实施例2中的混合动力发动机构成如图2所示：
该实施例中，发动机的内缸套2上环形布置有若干换气孔14；换气孔14的顶部位于进气结束时刻活塞3顶部位置的下方，换气孔14的底部位置位于下止点活塞顶部的上方。其它结构与实施例1相同。
本实施例中混合动力发动机的运行方式如下：
气动缸和内燃缸均采用二冲程：
第一冲程，活塞在上止点，气动缸21的进气门4打开，在活塞3运行至换气孔14的顶部之前，进气门4关闭，完成进气过程；
在活塞3上止点，内燃缸20内气体处于高压状态，通过喷油装置12，缸内气体燃烧开始做功；
活塞3继续向下运行膨胀做功，至换气孔14顶部位置，气动缸21开始与内燃缸20进气换气做功，直到活塞3运行至下止点。
第二冲程，活塞3在下止点，气动缸21的排气门5打开，内燃缸20的排气门9同时打开，气动缸2120与内燃缸内的废气开始向外排出；
当活塞3上行至换气孔14的底部位置，内燃缸20的排气门9关闭，进气门8打开，高压空气进入内燃缸20进行扫气；
当活塞3上行至换气孔14的顶部，内燃缸20的进气门8关闭；气动缸21继续完成排气过程，内燃缸20进入压缩过程，直到活塞3运行至上止点。
这样的结构，气动缸21做功过程能够充分利用内燃机的燃烧热量，提高气动缸21的动力输出；内燃缸20的活塞顶部得到冷却，且利用高压气体的新鲜充量省去传统的进气和压缩冲程，极大的提高内燃缸的功率。
显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1. 一种嵌套式气动/内燃混合动力发动机，包括一个内燃缸，其特征在于，所述内燃缸外部嵌套设置一个环形的气动缸，内燃缸的活塞柱与和气动缸的环形活塞柱具有共同的活塞本体部分，构成一个整体的活塞，活塞裙部与连杆曲轴结构相连；内燃缸的活塞柱与和气动缸的环形活塞柱之间设置内缸套，气动缸外侧设置外缸套；气动缸的缸头设有连接进气管的进气门和连接排气管的排气门；内燃缸的缸头设置点火或喷油装置，并同样设有连接进气管的进气门和连接排气管的排气门；气动缸的进气管与高压气源连接，内燃缸的进气管与环境空气或高压气源连接。
2. 根据权利要求1所述的嵌套式气动/内燃混合动力发动机，其特征在于，所述内缸套上环形布置有若干换气孔；换气孔的顶部位于进气结束时刻活塞顶部位置的下方，换气孔的底部位置位于下止点活塞顶部的上方。
3. 根据权利要求1所述的嵌套式气动/内燃混合动力发动机，其特征在于，所述点火或喷油装置是点火装置或喷油装置其中一种。
4. 根据权利要求1所述的嵌套式气动/内燃混合动力发动机，其特征在于，还包括供气换气系统：高压气瓶通过安全阀、减压阀分别连接至气动缸和内燃缸的进气管。
5. 根据权力要求1所述的嵌套式气动/内燃混合动力发动机，其特征在于，还包括换热器，换热器的冷流体入口与减压阀后的高压气体管路连接，冷流体出口与进气管连接；换热器的热流体入口与内燃缸排气管连接，热流体出口与环境连通。
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