CN101509418A - 高效节能自增压燃油喷水内燃发动机 - Google Patents

Abstract

高效节能自增压燃油喷水内燃发动机，属于内燃发动机制造的范畴。是六缸十四冲程发动机。六缸的活塞相位依次相差60度，汽缸盖上有进气门，出气门，热气门，水气门，喷油嘴或火花塞，喷水嘴。各缸的进气门都通过气门阀连通。各缸的出气门都通过气门阀连通，并连通到一可变容容器。各缸的热气门都通过气门阀连通。各缸的喷水嘴分别通过导管连接到各自的喷水泵。每个汽缸吸气压缩两次，燃油做功一次，并将燃油做功所产生的热废气依次排给相位比它落后一个冲程、一又三分之一冲程和一又三分之二冲程的另外三个汽缸，本缸和获得热废气的汽缸在热气门关闭后，由喷水泵向缸中喷如一定量的水，喷水量由汽缸温度自动调节。

Description

高效节能自增压燃油喷水内燃发动机

技术领域

本发明属于发动机，特别是内燃机领域。

背景技术

在能源，特别是燃油紧缺和迫切需要环保的今天，现存的发动机效率低下(不到燃油化学能总消耗量的一半)，噪音和高温废气严重污染了生物(包括人类)生存的环境，必将导致空气质量下降，气温上升。甚至有些发动机，特别是柴油机，下坡还冒着黑烟，正不断地破坏着大自然的平衡；发动机的吼声更是叫人无法忍受。于是，发动机在为人类服务的同时也在危害着人类的生存。现有的喷水发动机或者是将部分废气排到大气中后才向汽缸里喷水，浪费了大量热能；或者是在燃烧结束而做功还没有完全结束时向汽缸里喷水，这时活塞已经接近于下端，蒸汽未完成应有的功而结束做功冲程，并且如果控制得不好的话，喷入的水会起到“灭火”的作用。

发明内容

本发明的特点是：几个汽缸相互密切组合，增大进入的空气气压。相互利用别缸的废气的热来做第二次功。增大进入汽缸的空气量，使进气量超过100％，甚至接近于200％，所以燃烧更充分，废气污染大大减小。暴燃产生的废热气不直接进入大气，所以噪音小。并且燃油燃烧做功末期的废气温度还相当高，本发明所述的发动机，并不直接将高温废气排放到大气中，而是将这些高温废气分成三等份，分别依次进入另外的三个汽缸，并依次向另外的三个汽缸及本气缸喷水，水雾遇到高温废气后立即汽化，再次产生动力，推动活塞运动。

技术方案

本发明所提供的发动机，是六(或六的倍数个)汽缸十四冲程的工作组合及工作循环。六个汽缸相位相差60度，就是将一个周角六等分；每个汽缸上有四组气门，分别是：进气门、出气门、热气门和水气门。进气门是进入新鲜空气的通道，由与曲轴1：7的转速运行的进气门凸轮控制，一个工作循环进气门打开和关闭各两次，即两次吸气，两次压缩，将压缩的空气通过出气门排入一个有弹性、可变容的容器，将压缩空气暂存于这个可变容容器。所有汽缸的出气门都通过一导气管在气门打开时连通，并都与这个可变容容器相连。加油门的同时连动减小可变容容器的体积，增大压缩比和进气量。然后燃油做功，之后就将热废气分别分成三份排到相位比它落后一个行程、一又三分之一行程、一又三分之二行程的三个汽缸，在各缸分得了三分之一的废气后，各自的喷水嘴向缸内喷水，水快速汽化，产生较大的压强，推动活塞行完全程。本汽缸排完废气后，因为缸壁及活塞温度还很高，所以也向缸内喷水。喷入汽缸的水量由一个温度感应器检测汽缸温度后控制喷水量，以保证喷入的水在做工冲程未都能汽化。各缸的废热气的排出和进入都是通过同一热气门及连接各缸的热气导管完成的，热气门的开关受热气门凸轮的控制。热气门凸轮也与曲轴1：7的转速比转动。二次做功后的水汽通过水气门排出汽缸，释放到大气中。水气门的开关由水气门凸轮控制，水气门凸轮也与曲轴1：7的转速比转动。所以一个工作周期的十四个冲程就做功五次，而只燃油一次。而结构比现在使用中的发动机复杂不了多少，并且没有超出现在使用中的发动机的技术范围。

附图说明

(部分图中，有些部件结构与位置属于现有技术，或与另外的部件结构类似，所以没有画出)

图1——图42是一个工作循环的工作流程原理图。

图43是图1的详细图解，汽缸1，活塞4，连杆3，曲轴2，各气门顶杆5、6、7及水气门8，热气门9，进气门10，热气导管11的结构和位置关系图。但由于结构复杂，怕影响图面的清洁，所以没有画出出气门、出气导管、储气缸、喷水嘴及喷油嘴(或火花塞)，因出气门、出气导管、储气缸结构与废热的通道一样，喷水嘴与喷油嘴一样，所以没有画出，但后面图44中有进一步的说明。

图44是汽缸盖结构俯视图。汽缸可以是单排排列，也可以是3个V形排列，这里只用3个V形的排列说明原理。所有的进气门10都通过进气导管与空气滤清器在进气门10打开时连通(图中未画出)，每个工作循环，每个汽缸吸气和压缩两次产生的压缩空气都通过出气门20再由出气导管21进入储气缸22，或反向，由储气缸22经出气导管21，气门20，再进入汽缸。储气缸22是一个可变容容器，里面有储汽缸活塞23，储汽缸弹簧24。几个汽缸最后的水蒸气与废气的混合气体都经各自的水气门8，再经过排气管25与外界连通(在水气门8打开时)。几个汽缸在热气门9打开时都与热气导管11气连通。喷水嘴13与喷水泵连接。

图45是气门机构的结构图。有四组气门机构，但图中只画出进气门、热气门即水气门结构，没有画出出气门机构(出气门结构与热气门相同)。由气门封闭仓15，气门封闭仓15里面气门阀16，与气门阀16连接的气门转杆14，气门转杆14与气门封闭仓15之间有气封圈，进气门凸轮17(放大图见图46)，热气门凸轮18(放大图见图47)，水气门凸轮19(放大图见图48)及出气门凸轮(图45中没有画出，放大图见图49)，各凸轮与对应的气门顶杆5、6、7等分别分别接触连接，各气门顶杆与对应的气门转杆14转动连接。气门封闭仓15与对应的导气管或排气管连通。

图46是进气门凸轮。

图47是热气门凸轮。

图48是水气门凸轮。

图49是出气门凸轮。

图50是喷水泵凸轮。

具体实施方式

图1——图42是一个工作循环，是按照从图1——图2——图3——......——图42——图1——图2——图3——......的循环的。十四个冲程中的每一个冲程被分成三等份，总共就是四十二等份，每个图表示一等份(即三分之一行程)，箭头的尾和头表示该三分之一行程中，活塞的起始和终止位置。其中汽缸顶部带箭头的曲线表示废热气的转移路径和方向。所有汽缸都处于不同的相位角，当第一个汽缸处于开始排热废气时，它的热气门9打开，开始排热废气，同时相位在它之后180度的第四个汽缸的热气门9也打开，处于开始吸热气的位置。过了三分之一行程，第四个汽缸的热气门9关闭，但第五个汽缸的热气门9又打开，处于开始吸热气的位置，再过了三分之一行程，第五个汽缸的热气门9关闭，第六个汽缸又处于开始吸热气的位置，再过了三分之一行程，第六缸的热气门9关闭，但此时第一缸排热废气完成，热气门关闭。各个汽缸都在热气门关闭后，对应的喷水凸轮推动喷水泵立即向缸内喷水。所以喷水的顺序是第四缸、第五缸，然后是第六缸和第七缸同时喷水(是说相位上的第七缸，也就是第一缸)，第一缸做功一次，然后第一缸进入排水汽阶段，第一缸排完水汽后进入吸热废气的阶段，这时它吸入的是第二个缸的最后三分之一排出的热废气，再次重复喷水做功(第二次做功)和排水汽的过程，排完水汽后再次进入吸废热气过程，吸入的是第三个汽缸的中间三分之一排出的热废气，然后又喷水、做功和排水汽(第三次做功)，然后再进入吸废热气过程，这时它吸收的是第四个汽缸前三分之一的热废气，再喷水做功(第四次做功)，然后进入吸气冲程，吸气和压缩两次，第一次吸入并压缩了的空气暂时储存在储气缸22中，第二次吸气并在压缩开始，进气门10关闭，出气门20打开，储气缸22中的空气进入汽缸，三分之一行程之后出气门20关闭，活塞继续压缩缸中空气，然后进入下一冲程：喷油燃烧做功(第五次做功)，之后便是重复上面所说到的排热废气给第四、五、六缸......

图44是汽缸的俯视图，六个大圆表示六个汽缸，各个汽缸有一个(或一组)进气门10；一个(或一组)出气门20，汽缸连通出气导管21(出气门20打开时)，出气导管21连通储汽缸22；一个(或一组)热气门9打开时连通热气导管11；一个(或一组)水气门8，它是工作气体最终排出发动机的通道，汽缸与排气管25在水气门8打开时连通；各自的喷水嘴13分别与自己的喷水泵连接，喷水泵与喷水嘴之间经过排气管外围(热交换器)，再经汽缸温度检测控制系统，以保证喷入的水在做工冲程未都能汽化。所以流经喷水嘴的水是高温液态水。储汽缸22里面有储汽缸活塞23和储汽缸弹簧24。被压缩的空气可以由出气门出入各汽缸。

图45气门机构图，由气门封闭仓15，气门封闭仓15里面气门阀16，与气门阀16连接的气门转杆14，气门转杆14与气门封闭仓15之间有气封圈，进气门凸轮17(放大图见图46)，热气门凸轮18(放大图见图47)，水气门凸轮19(放大图见图48)及出气门凸轮(图45中没有画出，放大图见图49)，各凸轮与对应的气门顶杆5、6、7等分别分别接触连接，各气门顶杆与对应的气门转杆14转动连接。气门封闭仓15与对应的导气管或排气管连通。

各凸轮比例结构见下表：将一个圆周平均分成42等份，“凸”或者“凹”字后面的数字表示凸出或凹进的份数(实际是在凸轮的大圆上，并没有凹进，只是相对与凸出部分而言的)。

 

进气门凸轮	出气门凸轮	热气门凸轮	水气门凸轮	水泵凸轮
					凸3	凹3	凸1	凹3	凹5
凹3	凸3	凹20	凸3	凸1
					凹3	凹3	凸3	凹21	凹22
凹33	凸1	凹12	凸3	凸1
						凹32	凸1	凹3	凹6
		凹5	凸3	凸1
								凹3	凹5
			凸3	凸1

曲轴与凸轮靠齿轮啮合，曲轴与凸轮上对应的齿轮齿数是1：7。

Claims (4)

1.高效节能自增压燃油喷水内燃发动机，由六组汽缸、各组汽缸的气门机构、气门附属装置、燃油系统、喷水系统组成，其特征是六组汽缸的相位依次相差60度，各缸的出气门都通过各自的气门阀和气门封闭仓与出气导管及储气缸气连接，各汽缸的热气门都通过各自的气门阀和气门封闭仓与热气导管气连接，进气门凸轮上有两个弧长相同的大凸起，出气门凸轮上有弧长一大一小两个凸起，热气门上有弧长一大三小四个凸起，水气门上有四个弧长一样的大凸起，喷水泵凸轮上有四个弧长一样的小凸起，大凸起所占的弧长是小凸起弧长的三倍。

2.根据权利要求书1所述的发动机，每个汽缸上有进气门，出气门，热气门，水汽门，喷水嘴和喷油嘴(或火花塞)，其特征是各出气门都通过各自的气门阀和气门封闭仓与各缸都公用的出气导管及储气缸气连接(当气门阀打开时)，储气缸是可变容容器，各热气门都通过各自的气门阀和气门封闭仓与各缸都公用的热气导管气连接(当气门阀打开时)。

3.根据权利要求书1所述的发动机，气门机构由进气门凸轮，出气门凸轮，热气门凸轮和水汽门凸轮及对应的气门顶杆、气门转杆、气门封闭仓和气门阀组成，喷水系统由喷水嘴凸轮及喷水泵组成，其特征如下表，是将每个凸轮一个圆周平均分成42等份，表中“凸”或者“凹”字后面的数字表示凸出或凹进的份数，(凹进是相对于凸出而言的，实际上是在圆周上)，

  进气门凸轮 出气门凸轮 热气门凸轮 水气门凸轮 水泵凸轮 凸3      凹3 凸1      凹3 凹5 凹3 凸3      凹20 凸3      凸1      凸3      凹3 凸3      凹21 凹22 凹33 凸1      凹12 凸3      凸1      凹32 凸1      凹3 凹6 凹5 凸3      凸1      凹3 凹5 凸3      凸1     

(曲轴与凸轮靠齿轮啮合，曲轴与凸轮上对应的齿轮齿数是1：7)。

4.根据权利要求书1所述的发动机，气门封闭仓固定在各气门口外，当气门阀打开时，气门封闭仓将气缸与对应的导管气连接，其特征是气门转杆与气门封闭仓间靠气封圈转动连接。

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