CN101319631A - 半气动发动机 - Google Patents

Abstract

半气动发动机，将内燃机气缸分为作功缸(1)和泵气缸(2)，泵气缸将空气吸入并压缩后，向作功缸(1)喷射供气，在燃料喷入前由作功缸完成二次压缩，它解决了内燃机有史以来进气不足的难题，满足了透彻燃烧，获得了空气动力，还可采用不间断废气再循环；它可依靠气缸底部的补气口(15)，在发动机启动和急加速时补充进气，缓解进气速度的滞后效应，以减少黑烟排放；圆盘形缸盖(5)具有升降功能，可采用增减金属垫片的方法，调节燃烧室容积，进而具备了对压缩比和排量的控制能力。压缩比和排量直接或间接控制着发动机的大多数数值，仅对输出动力一项的调控，就可增加发动机的储备功率，使其与车型及负荷的匹配范围更宽；依靠弹簧伸缩力的调整和气压的高低变化，实现进气门(18)和导气门(17)以及喷气门(16)的自动控制，取代了凸轮轴配气系统和传统缸盖，简化了发动机，加之可采用风冷技术，其体积能减少半数左右，重量也将降低四成，“轻量化”和低成本将独步一时。压缩空气在转化成膨胀力，替代部分燃料的同时，还能降低燃爆噪声。充气效率的提高，气缸与活塞环完全密封和二冲程作功等综合作用，使传统的燃烧方式得以根本改变，这对解决氧化氮与微粒生成矛盾和积炭等诸多难题，均有良好预期。

Description

半气动发动机

一.技术领域

半气动发动机，以传统内燃机为主体结构，将气动发动机的部分构成原理，移植于往复活塞的压缩机构，使空气被压缩后的膨胀力与燃烧动力相融合.据此，它同属于内燃机领域和压缩空气发动机领域.

二.背景技术

石油的短缺和价格高涨，通胀压力和环境污染逐渐加重，使人类急需找到替代石油的能源，或寻求高效率低污染的动力机械.空气动力的出现，为此带来希望.尽管这种动力还不完善，却为传统内燃机发展带来新的生机.在活塞式内燃机的压缩行程中，具备了将空气压缩转换成部分能量的条件.而由于活塞泵吸能力的局限，一直未能满足内燃机对空气数量的需求.各种增压技术，多气门技术和诸多可变技术，虽然都有一定的效果，却均不能摆脱泵吸能力的限制，更不能克服高温气缸的高蒸发效应对进气的排斥和阻碍.半气动发动机有望解决这些问题.

三.发明内容

1.目的

半气动发动机，是为减少内燃机对石油或其它燃料的过度依赖、过度消耗和过度的环境污染所构思，也是为尝试气体动力和成熟动力的结合，促进”可持续发展”，使包括汽车动力在内的动力机械或整个动力工业实现节能减排，所应亟待做出的探索.

2.效果

半气动发动机，由泵气缸对过滤并增压的空气进行单独压缩后，喷入作功缸，在燃料喷入前完成二次压缩，从而获得一部分空气动力.据相关数据预测，它的综合节油能力接近半数.在高密度进气，高压缩比和燃料缸内正时直喷条件下所形成的”三集中”燃烧方式，将实现超稀燃.有数据显示，此燃烧方式可节省15％的燃料；活塞气环的密封技术，早在1987年就已开始使用，它除了密封增功、杜绝漏气窜油、避免气缸椭圆形和其它不规则磨损之外，还有一种奇特功能：将发动机初期运行即磨合后所具有的最低油耗、最低排放和最高功率等最佳数值锁定，在发动机的整个寿命期内，此几种最佳数值可长期保持不变.这是令业界极为瞠目的功能，仅此一项就可节油8-10％，使用寿命延长一倍.它为空气动力移植于内燃机提供了密封环境，也为使用气体燃料创造了条件.与油电混合动力相比，半气动发动机有相近的节油能力，而成本却大幅降低.

3.方案

半气动发动机，将气缸分为作功缸(1)和泵气缸(2)，泵气缸将过滤并增压后的空气进行第一次压缩，喷入作功缸，在作功前完成二次压缩，此种进气方法，解决了内燃机有史以来进气不足的难题，满足了透彻燃烧，获得了空气动力，还可采用不间断废气再循环；它可依靠气缸底部的补气口，在发动机启动和急加速时补充进气量，缓解进气速度的滞后效应，以减少黑烟排放；圆盘形缸盖(5)具有升降功能，可采用增减金属垫片的方法，调节燃烧室容积，进而具备了对压缩比和排量的控制能力.压缩比和排量直接或间接控制着发动机的大多数数值，仅对输出动力一项的调控，就可增加发动机的储备功率，使其与车型及负荷的匹配范围更宽；依靠弹簧的伸缩能力和气压的高低变化，实现进气门(18)和导气门(17)以及喷气门(16)的自动控制，取代了凸轮轴配气系统和传统缸盖，简化了发动机机构，加之可采用风冷技术，发动机体积能减少半数左右，重量也将降低四成，”轻量化”和低成本将独步一时.压缩空气在转化成膨胀力，替代部分燃料的同时，还能降低燃爆噪声.充气效率的提高，气缸与活塞环完全密封和二冲程压燃等综合功能，使发动机燃烧方式得以根本改变，这对解决氧化氮与微粒生成矛盾和积炭等诸多难题，均有良好预期.

四.附图说明

图一：半气动发动机示意图

图二：作功缸盖示意图

图三：缸盖卡环示意图

图四：气缸垫示意图

五.具体实施方法

半气动发动机(图一)的实施，包括活塞式内燃机、空气动力发动机和气体压缩机.以作功缸(1)在前，泵气缸(2)在后，呈一对一顺序间隔设置.以(图一)为例：其中(1)缸为作功缸，(2)缸为泵气缸；三缸机由中间的气缸作为泵气缸，两侧的两个气缸均为作功缸.偶数缸的作功缸与泵气缸的比例为1∶1，奇数缸的作功缸与泵气缸的比例为2∶1、3∶2、4∶3和5∶4，依次类推.作功缸(1)将空气压缩转化成膨胀能量，与燃烧能量共同完成二冲程作功.

1.作功缸(1)工作过程：在燃烧膨胀后期，活塞(3)下行至下止点前10度，曲轴转角在170度左右，活塞(3)裙边部位将带动滑片式气门(12)向下滑动，使排气口(13)打开，排出废气.随后活塞(3)到达下止点，补气口(15)的滑片式气门(12)随之打开，补充空气后，活塞(3)开始上行，滑片式气门(12)依靠回位弹簧，先后关闭补气口(15)和排气口(13)，进入压缩行程.此时，导气管(8)内的气体压力逐渐趋缓，被导入作功缸(1)的空气经活塞(3)上行压缩，气压迅速升高，促使喷气门(16)结束进气并关闭，在压缩即将完成时，依靠电控系统的喷射提前角，将燃料正时喷入缸内压燃作功，并进行下一轮循环.喷气门(16)菌状部位适当加大，可增加承压面积，提高密封效果.

2.泵气缸(2)工作过程：依靠罗茨泵产生的气体压力和活塞(4)下行时形成的缸内负压，将进气门(18)打开，过滤后的空气或废气，经过进气管(7)和进气门(18)吸入泵气缸(2).在活塞(4)运行到下止点前，依靠活塞(4)裙边部位，将气缸下部的滑片气门(12)打开，使增压空气通过补气口(14)完成补充进气.随后活塞(4)上行，进入压气行程，此时缸内(2)气压上升，促使进气门(18)自动关闭，迅速升高的压力，使压气门(17)开启，被压缩气体经导气管(8)和喷气门(16)喷入作功缸(1).泵气活塞(4)到达上止点，压气结束，进入下一轮循环.

3.缓压储气缸(19)的作用：缓压储气缸(19)可作为备用装置，是为克服排气完成前与压气时的相位差，所导致的泵气活塞(4)负功增加问题而设置.

4.废气导入管的作用：在排气管上设一分支管，通过管内节气门控制，将部分废气引入增压进气管，与空气混合后喷入作功缸，实现不间断废气再循环。

Claims (8)

1、一种半气动发动机，包括缸体，缸盖，气缸，气门，活塞和喷嘴等，在发动机外部设置了缓压储气缸和废气导入管以及增压装置，本发动机将气缸分为作功缸和泵气缸，两种气缸呈一对一顺序间隔排列，并采用外增压和内增压进气方式，每个气缸上部和下部共设两个进气口，形成上部增压进气，下部补充进气方式。

2、根据权利要求1所述半气动发动机特征是：取消了凸轮轴配气系统和传统缸盖，气缸顶部的气门，均由回位弹簧和气体压力变化自行控制开启和关闭，在气缸下部的进排气口，增设了滑片式气门，由下行时的活塞裙边和回位弹簧分别控制开启与关闭。

3、根据权利要求1所述半气动发动机特征是：气缸盖可采用一机一盖，也可采用一缸一盖或两缸一盖，在采用气缸内置式圆盘形缸盖时，其燃烧室容积可调。

4、根据权利要求1所述半气动发动机特征是：作功缸可设1-2个燃料喷嘴。

5、根据权利要求1所述半气动发动机特征是：作功活塞顶可设为凹形，泵气活塞设为平顶，两种活塞共用同一曲轴，将两种活塞顶部的第一道环槽，朝顶部方向提高并加宽，使第一道环槽内能安装两个活塞气环，两个气环口相互错开90度为标准。

6、根据权利要求1所述半气动发动机特征是：缓压储气缸是为克服排气前与压气的相位差，所导致的压气活塞负功过高问题而设置。

7、根据权利要求1所述半气动发动机特征是：将一定数量的废气，经导入管和节气门，引入增压进气管，实现不间断废气再循环。

8、半气动发动机的权利要求范围：包括往复活塞式发动机、气体发动机和气体压缩机。

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