CN105840297A - 混合动力缸、混合动力发动机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力缸，包括缸体，将缸体分成上下分布的油腔和气腔的活塞，所述的气腔的侧壁底部开设有第一侧气孔以向气腔内注入压缩空气或者将内部气体排放至压缩空气收集部，所述的气腔的底部设置有第一底气孔以实现压缩后段的气体排出。本发明的混合动力油缸，将内燃发动机的油腔和气腔上下同体布置，有效利用油腔工作时的高温和向气腔内注入的压缩空气膨胀做功，降低动力缸缸体温度的同时，实现了压缩空气膨胀做功，即，在油腔的排气冲程利用压缩空气辅助做功，有效提高了整体效率，同时，因为油腔在点火后，活塞向下运动的前半程内能巨大，可充分利用其对气腔内的气体进行压缩以制备压缩空气并存储，使发动机动力输出更平稳。

Description

混合动力缸、混合动力发动机及控制方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种混合动力缸、混合动力发动机及控制方法。

背景技术

空气-燃油混合动力发动机，是为了发挥空气发动机零排放的优点，和克服燃油发动机能耗高污染大的弱点，而结合产生的。到目前，已经有很多形式的空气-燃油混合发动机专利出现，但真正具体应用前景的技术发明，仍然没有出现。就其原因，应该是现有的空气-燃油混合发动机，其技术发明的指导思想，只局限于对现有燃油发动机进行改进，还没有在节能和污染物排放方面对现有燃油发动机技术做出根本性的改变。

比如：中国专利02111984.8、200710067863.0和专利申请201510304471.6等，是使用换热器，通过空气吸热，来实现对燃油发动机的高温余热进行回收，经过换热器后的尾气直接排放。因此，燃油的废气与空气没有混合的过程，所以它没有充分利用废气的热量，也没有充分利用废气的质量。

比如：中国专利申请201180002802.0，提出空气膨胀(AE)模式、以及空气膨胀+点火模式。在空气膨胀+点火模式下，燃油燃烧废气直接排放，也没有与空气没有混合的过程，无法充分利用废气的热量和质量。只是增加了在汽车刹车时，将混合动力缸变成压缩气缸，回收刹车能量的间歇功能。

另外，众所周知，为改善气动发动机的动力性能和续航能力，MDI公司也在其开发的气动发动机基础上，增加了独立的球形燃烧室，用于把燃油燃烧后的高温废气兑入压缩空气中，以此提高压缩空气的温度，并全部利用燃油的热量和质量，增加做功能力和续航能力。但遗憾的是，MDI的这种混合发动机采用的球形燃烧室结构，不能像现有燃油发动机的活塞那样，可以获得燃油在燃烧瞬间所释放出的做功能力，同时，该款混合动力发动机没有行车充气功能，不能实现压缩空气自供。

现有基于活塞方式的空气－燃油混合动力发动机，还没有一款是在高温废气里加水，通过水蒸发产生蒸汽来提高燃油热能的利用率。只是在现有的燃油发动机中，为让气缸体的高温余热能够被利用，已经有一种被认为合理简便的方法：是将现有的燃油发动机从4冲程变为6冲程，即在现有的“进气-压缩-燃烧做功-排气”的四个冲程后，增加“向缸内喷水-排蒸汽”两个冲程，以利用缸体及其内部残余的废气的高温余热，将喷入的水加热到大于800℃，水的体积膨胀1600倍，因此水汽化膨胀做功。该种方法可提高现有四冲程发动机效率的40％。但遗憾的是，该种六冲程燃油发动机并没有得以推行。究其原因是：频繁地向高温缸体内喷水，将使缸体内壁被水急冷急热，这严重地缩短了缸体的寿命；除此之外，这种方法并没有充分有效的利用废气热能，原因是：废气是先排放、然后才向缸体内喷水，因此实际上，排放的废气，已经带走大部分的热能。

综上所述，现有的空气－燃油混合发动机，只局限于对现有燃油发动机进行改进，全部采用单向推力气缸，气缸数目少，无法进行功能配置，因此，还没有在节能和污染物排放方面对现有燃油发动机技术做出根本性的改变。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种混合动力发动机。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种混合动力缸，包括缸体，将缸体分成上下分布的油腔和气腔的活塞，所述的气腔的侧壁底部开设有第一侧气孔以向气腔内注入压缩空气或者将内部气体排放至压缩空气收集部，所述的气腔的底部设置有第一底气孔以实现压缩后段的气体排出。

所述的油腔的进气口受控与压缩空气源连通，

一种混合动力发动机，包括曲轴，以及多组动力单元，所述的动力单元包括一个双向推力气缸，多个所述的混合动力缸，所述的油腔的排气口连接有混合管，所述的混合管受控与所述的压缩空气源或气腔连通，和/或受控利用喷水器向混合管内喷水，所述的双向推力气缸的内腔被推力活塞分成上混腔和下混腔，所述的混合管受控与上混腔或下混腔连通以利用与高温尾气混合膨胀的压缩空气和/或水蒸气做功。

所述的双向推力气缸的侧壁上端和下端分别对应地设置有第二侧气孔以便将上混腔或下混腔与所述的混合管或者压缩空气源或压缩空气收集部连通，所述的双向推力气缸的顶部和底部分别设置有第二底气孔以实现最终的气体排放或者气体的吸入。

所述的混合动力缸的第一侧气孔受控与压缩空气收集包连通，所述的混合动力缸的第二底气孔受控与所述的混合管连通以利用与高温尾气混合膨胀的压缩空气和/或水蒸气做功进行压缩空气制备经存入压缩空气收集包。

所述的双向推力气缸的侧壁上端和下端分别对应地设置有缸体喷水器以向内喷水利用与高温尾气混合后水汽化膨胀做功。

所述的压缩空气源为小气包，所述的第一侧气孔和/或第二侧气孔可控与小气包连通以在油缸点火做功时向小气包内提供压缩空气，且在油缸压缩时由小气包提供压缩空气作为动力。

一种混合发动机的控制方法，包括以下工作模式

1)内燃机工作，压缩空气发动机不主动工作，同时制作压缩空气，

当油腔做功时，第一侧气孔的回收通道打开向小气包内存入压缩气体，双向推力气缸的推力活塞被曲轴带动上下运动的同时，通过第二底气孔吸入气体，并将压缩的气体自第二侧气孔排出并存入小气包；

2)内燃机不工作，压缩空气发动机工作

大气包向双向推力气缸注入压缩空气并推动推力活塞做功，同时，在气腔内注入压缩空气并推动活塞做功；

3)内燃机和空气机同时工作

在油腔做功时，利用第一侧气孔将气腔内压缩空气存入小气包，同时，油腔排出的高温燃烧废气进入混合管，在混合管内注入压缩空气和/或水后膨胀并进入双向推力气缸进行做功；混合管内注入的压缩空气可由大气包直接提供，也可由气腔直接提供，即包括利用气腔产生压缩空气并充入混合腔的子步骤。即多个气腔中有部分气腔参与压缩空气制备并存入小气包，而另一部分气腔产生的压缩空气直接参与与高温尾气混合进行膨胀做功，减少大气包压缩空气损耗，实现压缩空气零消耗式气动做功。

4)内燃机和空气机均不工作

利用曲轴惯性带动活塞和推力活塞上下运动，同时利用气腔和双向推力气缸进行压缩空气制备。

在所述的工作模式2)中，还包括利用气腔制作压缩空气并存入小气包的子步骤。

在所述的工作模式1)和3)中，还包括在油腔压缩或排气时向气腔内注入压缩空气进行膨胀做功的子步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的混合动力油缸，将内燃发动机的油腔和气腔上下同体布置，有效利用油腔工作时的高温和向气腔内注入的压缩空气膨胀做功，降低动力缸缸体温度的同时，实现了压缩空气膨胀做功，即，在油腔的排气冲程利用压缩空气辅助做功，有效提高了整体效率，同时，因为油腔在点火后，活塞向下运动的前半程内能巨大，可充分利用其对气腔内的气体进行压缩以制备压缩空气并存储，使发动机动力输出更平稳，而且，利用第一侧气孔进行前半程的压缩空气制备，后半程利用第一底气孔进行自然排气，即，侧部开孔和底部开孔将排气分为了两个阶段，第一阶段排气压力较大，可用于压缩空气制备或回收，第二阶段进行自然底部排气，有利于后段排气顺畅进行，不影响最终效果，提高单个混合动力油缸的动力输出平稳性。

附图说明

图1所示为本发明的混合动力缸的结构示意图。

图2所示为双向推力气缸的结构示意图。

图3所示为本发明的混合动力发动机的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3所示，本发明的混合动力缸1包括缸体，将缸体分成上下分布的油腔12和气腔11的活塞10，所述的气腔11的侧壁底部开设有第一侧气孔13以向气腔内注入压缩空气或者将内部压缩态气体排放至压缩空气收集部，所述的气腔的底部设置有第一底气孔14以实现压缩后段的气体排出。同时，所述的油腔的进气口受控与压缩空气源连通。其中，第一侧气孔的开放位置以能让活塞的侧边实现自动封闭为宜，这样，气体在排放过程中可根据活塞位置自动切换气孔，减少控制。

本发明的混合动力油缸，将内燃发动机的油腔和气腔上下同体布置，有效利用油腔工作时的高温和向气腔内注入的压缩空气膨胀做功，降低动力缸缸体温度的同时，实现了压缩空气膨胀做功，即，在油腔的排气冲程利用压缩空气辅助做功，有效提高了整体效率，同时，因为油腔在点火后，活塞向下运动的前半程内能巨大，可充分利用其对气腔内的气体进行压缩以制备压缩空气并存储，使发动机动力输出更平稳，而且，利用第一侧气孔进行前半程的压缩空气制备，后半程利用第一底气孔进行自然排气，不影响最终效果，提高单个混合动力油缸的动力输出平稳性。

如图2所示，本发明的混合动力发动机包括曲轴30，以及多组动力单元，所述的动力单元包括一个双向推力气缸2，多个，如4个所述的混合动力缸，所述的双向推力气缸的缸体20的内腔被推力活塞24分成上混腔25和下混腔，所述的油腔的高温尾气排气口连接有混合管(图中未示出)，所述的混合管受控与所述的压缩空气源连通和/或受控利用喷水器(图中未示出)向混合管内喷水，所述的混合管受控与上混腔或下混腔连通以利用与高温尾气混合膨胀的压缩空气和/或水蒸气做功。

具体来说，位于动力单元中心的是一个大直径双向推力气缸2，是本发明的混合动力发动机的主气缸；它的中心线与发动机输出轴的中心线是垂直相交的；它被分为推力活塞24分为上下两部分，即上混腔25和下混腔26，它采用一冲程模式做功，一个冲程做一次功，即上混腔做功一次后，紧接着下一次就是下混腔做功；双向推力气缸是同时接收油腔排出的高温尾气以及气腔第一底气孔排出的低气压的气体，使高温废气和膨胀做功一次后的压缩空气再次混合做功，或者直接将高温废气和压缩空气混合，或者在接受高温废气后再向混合管内喷水、使水吸收热量汽化膨胀做功，其中，上述高温气体以及气腔第一底气孔排出的气体、压缩空气和水等是在混合管内进行混合膨胀增压，该混合管为管式结构，内部设置有多个折流板以减少压力震荡，其进气端受控接收四个油缸的高温废气，出气端受控与上混腔或下混腔连通进行气动做功，同时，在出气端设置有压缩空气或气腔排气尾气和/或喷水器以实现低温气体或水注入后与高温尾气混合膨胀增压之目的。

其中，所述的双向推力气缸2的缸体20的侧壁上端和下端分别对应地设置有第二侧气孔21以便与所述的混合管或者压缩空气源连通，顶部和底部分别设置有第二底气孔22以实现最终的气体排放或者气体的吸入。第一侧气孔以及第二侧气孔受控可与压缩空气收集包连通以实现压缩空气的注入或排出，第一底气孔和第二底气孔分别受控与所述的混合管连通，或者受控实现自然吸排气，多种吸排方式，提供更多的空气模式。即，可按需求利用气腔和双向推力气缸进行压缩空气制备，同时，作为排出的气体，因为其具有一定的压力，都可用于混合管膨胀之用，减少大气包内压缩空气的使用量，有效实现能源的循环利用，提高最终的整体使用效率。进一步地，所述的推力气缸的侧壁上端和下端分别对应地设置有缸体喷水器以向内喷水利用水汽化膨胀做功。

作为具体实施方式，围绕在双向推力气缸2四周的是四个小直径的混合动力缸1，四个小直径的混合动力缸的中心线与发动机的输出轴，即曲轴的中心线是垂直但不相交的；它们被分成两组，对称布置在双向推力气缸2的横截面上的垂直于发动机输出轴中心线的中心线两侧；每一侧的两个混合动力缸2的活塞连杆共同连接在曲轴的同一相位轴上，与双向推力气缸的气缸活塞连杆所连接的相位轴，有相位角差±90°，而两侧混合动力缸1彼此之间的相位轴相位角差为180°。

本发明的混合动力发动机所使用的全部燃油，都在四个油腔内燃烧做功，之后排出的高温废气再经过管道进入混合管，然后再与气腔排出的压缩尾气或者压缩空气或者水等混合之后再进入双向推力气缸内继续做功；油腔的工作方式和进气排气机构，是与现有燃油发动机是一致的，也为四冲程工作模式。这与混合动力缸的一冲程模式，形成理想搭配，即双向推力气缸每一次冲程，都接受两个油腔外排的高温废气，两个油腔的高压高温气体的持续排出，也有效避免混合管内压力对油腔的影响。

上述四个小直径双向推力气缸，其每一个也同样被分为上下两部分，因此共计有8个缸，其中：四个上半部分的油腔；而下半部分的气腔，优选地，则是两个为气动腔和两个为压缩腔，其中分布在同一侧的是一个气动腔和一个压缩腔，另一侧的气动腔和压缩腔则是以混合缸中心形成轴对称关系；上述的两个气动腔，是辅助动力缸，主要作用是按照容积向气动缸提供压缩空气，利用混合动力缸的壁热进行加热膨胀做功，另外两个气腔是底部吸入大气，利用活塞的向下运动产生新的压缩气体，气动腔的动力可有效弥补压缩缸生产压缩空气所需要的动力消耗，气动腔的气源为压缩空气源，如储气罐内的压缩空气。

进一步地，为实现混合动力缸和双向推力气缸共同工作，气动缸的压缩空气在气动缸内做完一次功后，通过空气管路与上述混合管出气端的高温废气混合，然后再进入双向推力气缸内做功。两个气动腔为二冲程工作模式，同样与双向推力气缸形成理想搭配，即双向推力气缸每一次冲程，都接受一个气动腔提供的压缩空气。上述的两个压缩缸，是用于行车充气的，它是在行车过程中吸入空气，或者吸入废气系统回收的冷却后的废气，它的排气是与储气罐的管道连接。在正常行驶状况下，两个压缩缸生产的压缩空气数量，大致等于两个气腔消耗的压缩空气数量，这样能在不消耗压缩空气的前提下提高整体效率，而且，利用大气包存储压缩空气作为动力源，同时利用小气包作为周转之用，能有效防止温度为大气包内的压强影响，提高整体稳定性。

当然，上述配合模式只是其中一种优选方式，可采用4个气腔全部作为动力腔，在其前半段进行压缩空气制备，后半段进行向混合管内空气注入，同样能实现本发明之目的。

上述双向推力气缸、油腔、气腔彼此之间是由高温废气管、空气管路、混合管、回收管实现相互连通的，每一种管道上设置有快速截断阀，通过开关这些截断阀，就可以调整本发明混合动力发动机的不同输出功率，并保持汽车实际运行在最佳的在工况下，截断阀的控制与现有技术类似，在此不再展开描述。

具体工作如下：

工作模式1：内燃机工作，压缩空气发动机不主动工作，同时制作压缩空气，此模式可用于刹车或者怠速等工况，可由控制器自动切换控制，能充分利用内燃机的动能输出进行压缩空气制备存储。具体来说，

1.四个混合动力缸的点火顺序：a-d-b-c

2.混合动力缸的油腔a点火时：

油腔a：做功，上进气门关，上排气门关，活塞由上止点至下止点，第一侧气孔的回收通道打开，气腔的第一底气孔关闭，活塞向下运行过程中压缩气腔内气体并输入至小气包以作存储，同时压缩空气注入阀关闭；

油腔b：进气，上进气门开，上排气门关，活塞由上止点至下止点，第一侧气孔的回收通道打开，气腔的第一底气孔关闭，活塞向下运行过程中压缩气腔内气体并输入至小气包以作存储，同时压缩空气注入阀关闭；其中，在压缩空气制备时，当活塞经过第一出气孔时，结束压缩空气制备，第一低气孔打开将剩余气体直接排放以减少对活塞运动的影响，提高整体运行的平稳性，下同；

油腔c：排气，上进气门关，上排气门开，活塞由下止点至上止点，第一侧气孔与小气包的回收通道关闭，压缩空气注入阀关闭，第一底气孔打开以便外部空气进入；

油腔d：压缩，上进气门关，上排气门关，活塞由下止点至上止点，第一侧气孔与小气包的回收通道关闭，压缩空气注入阀关闭，第一底气孔打开以进一步吸入气体；

双向推力气缸：推力活塞中-下-中运动，推力活塞往下运动时，顶部的第二底气孔打开以便吸入气体，顶部侧面的第二侧气孔与小气包的回收通道关闭，压缩空气注入阀关闭，底面的第二底气孔关闭，顶部侧面的第二侧气孔与小气包的回收通道关闭以便将压缩产生的压缩气体存入小气包；推力活塞往上运动时，顶部的第二底气孔关闭，顶部侧面的第二侧气孔与小气包的回收通道打开以便将压缩产生的压缩气体存入小气包，压缩空气注入阀关闭，底面的第二底气孔打开以便吸入气体，顶部侧面的第二侧气孔与小气包的回收通道关闭；其中，在双向推力气缸的压缩空气制备时，当推力活塞经过第二出气孔时，结束压缩空气制备，第二低气孔打开将剩余气体直接排放以减少对活塞运动的影响，提高整体运行的平稳性，下同；

油腔d点火时：

油腔a：排气，上进气门关，上排气门开，活塞由下止点至上止点，第一侧气孔与小气包的回收通道关闭，压缩空气注入阀关闭，第一底气孔打开以便外部空气进入；

油腔b：压缩，上进气门关，上排气门关，活塞由下止点至上止点，第一侧气孔与小气包的回收通道关闭，压缩空气注入阀关闭，第一底气孔打开以进一步吸入气体；

油腔c：进气，上进气门开，上排气门关，活塞由上止点至下止点，第一侧气孔的回收通道打开，气腔的第一底气孔关闭，活塞向下运行过程中压缩气腔内气体并输入至小气包以作存储，同时压缩空气注入阀关闭；

油腔d：做功，上进气门关，上排气门关，活塞由上止点至下止点，第一侧气孔的回收通道打开，气腔的第一底气孔关闭，活塞向下运行过程中压缩气腔内气体并输入至小气包以作存储，同时压缩空气注入阀关闭；双向推力气缸：推力活塞中-上-中运动，推力活塞往下运动时，顶部的第二底气孔打开以便吸入气体，顶部侧面的第二侧气孔与小气包的回收通道关闭，压缩空气注入阀关闭，底面的第二底气孔关闭，顶部侧面的第二侧气孔与小气包的回收通道关闭以便将压缩产生的压缩气体存入小气包；推力活塞往上运动时，顶部的第二底气孔关闭，顶部侧面的第二侧气孔与小气包的回收通道打开以便将压缩产生的压缩气体存入小气包，压缩空气注入阀关闭，底面的第二底气孔打开以便吸入气体，顶部侧面的第二侧气孔与小气包的回收通道关闭。

油腔b和油腔c点火时分别按上述次序进行，在此不再赘述。

工作模式2：内燃机不工作，压缩空气发动机工作

1.双向推力气缸的推力活塞由上止点至下止点，顶部的第二底气孔关闭，顶部第二侧气孔的与压缩空气回收端通道关闭，与压缩空气注入阀通道打开，底面排气孔打开，底部第二侧气孔的回收端关闭，压缩空气注入阀关闭，从大气包注入压缩空气做功；

2.双向推力气缸的推力活塞由下止点至上止点，顶面第二底气孔打开，顶部第二侧气孔的回收端关闭，压缩空气注入阀关闭，底面第二底气孔关闭，底部第二侧气孔的回收端关闭，压缩空气注入阀打开，从大气包注入压缩空气做功

3.油腔a、b、c、d的活塞在由上止点至下止点的过程中，上进气门打开，上排气门关闭，底面排气孔关闭，底部第一底气孔的回收端打开，压缩空气注入阀关闭，此阶段活塞跟随曲轴运动，并制作压缩空气，存入小气包；

4.油腔a、b、c、d的活塞在由下止点至上止点的过程中，上进气门关闭，上排气门打开，底面排气孔关闭，底部侧面第一侧气孔的回收端关闭，压缩空气注入阀打开，从大气包注入压缩空气做功。

在利用压缩空气推动双向推力气缸做功的同时，回收混合动力缸产生的新的压缩空气，使整体输出更为稳定可靠。

工作模式3：内燃机和空气机同时工作

1.点火顺序：a-d-b-c

2.油腔a点火时：

油腔a：做功，上进气门关，上排气门关，活塞由上止点至下止点，第一侧气孔的回收通道打开，气腔的第一底气孔关闭，活塞向下运行过程中压缩气腔内气体并输入至小气包以作存储，同时压缩空气注入阀关闭；油腔b：进气，上进气门开，上进气门关，上排气门关，活塞由上止点至下止点，第一侧气孔的回收通道打开，气腔的第一底气孔关闭，活塞向下运行过程中压缩气腔内气体并输入至小气包以作存储，同时压缩空气注入阀关闭；

油腔c：排气，上进气门关，上排气门开，活塞由下止点至上止点，底部第一侧气孔的回收端关闭，压缩空气注入阀打开，底面第一底气孔关闭，由油腔c上排气门排出的燃烧废气与小气包中排出的压缩空气在混合管道中混合后注入气缸5膨胀做功；

油腔d：压缩，上进气门关，上排气门关，活塞由下止点至上止点，底部第一侧气孔的回收端关闭，压缩空气注入阀打开，底面第一底气孔关闭，

双向推力气缸：活塞中-下-中运动，推力活塞往下运动时，顶面第二底气孔关闭，顶部第二侧气孔的回收端关闭，压缩空气向混合管的注入阀打开，底面第二底气孔打开，底部第二侧气孔的回收端关闭，压缩空气注入阀关闭，由压缩空气与燃烧废气混合膨胀后注入做功；推力活塞往上运动时，顶面第二底气孔打开，顶部第二侧气孔的回收端关闭，压缩空气注入阀关闭，底面第二底气孔关闭，底部第二侧气孔的回收端关闭，压缩空气向混合管的压缩空气注入阀打开，由压缩空气与燃烧废气混合注入做功。

3.油腔d点火时：

油腔a：排气，上进气门关，上排气门开，活塞由下止点至上止点，底部第一侧气孔的回收端关闭，压缩空气注入阀打开，底面第一底气孔关闭，由油腔c上排气门排出的燃烧废气与小气包中排出的压缩空气在混合管道中混合后注入气缸5膨胀做功；

油腔b：压缩，上进气门关，上排气门关，活塞由下止点至上止点，底部第一侧气孔的回收端关闭，压缩空气注入阀打开，底面第一底气孔关闭，油腔c：进气，上进气门开，上进气门关，上排气门关，活塞由上止点至下止点，第一侧气孔的回收通道打开，气腔的第一底气孔关闭，活塞向下运行过程中压缩气腔内气体并输入至小气包以作存储，同时压缩空气注入阀关闭；

油腔d：做功，上进气门关，上排气门关，活塞由上止点至下止点，第一侧气孔的回收通道打开，气腔的第一底气孔关闭，活塞向下运行过程中压缩气腔内气体并输入至小气包以作存储，同时压缩空气注入阀关闭；双向推力气缸：推力活塞中-上-中运动，推力活塞往下运动时，顶面第二底气孔关闭，顶部第二侧气孔的回收端关闭，压缩空气向混合管的注入阀打开，底面第二底气孔打开，底部第二侧气孔的回收端关闭，压缩空气注入阀关闭，由压缩空气与燃烧废气混合膨胀后注入做功；推力活塞往上运动时，顶面第二底气孔打开，顶部第二侧气孔的回收端关闭，压缩空气注入阀关闭，底面第二底气孔关闭，底部第二侧气孔的回收端关闭，压缩空气向混合管的压缩空气注入阀打开，由压缩空气与燃烧废气混合注入做功。

油腔b和油腔c点火时分别按上述次序进行，在此不再赘述。

其中，在上述描述中，有小气包，小气包是用以存储或者暂存压缩气体，即为压缩空气收集部，当小气包压力超过大气包压力某一个值时，打开阀门，小气包向大气包内充气直至两个气包压力相等，即可向大气包内注入作为动力的新的压缩空气，大气包的作用是存储大量压缩空气，即为压缩空气源，并直接提供给各使用压缩空气的部件。

工作模式4，内燃机和空气机均不工作

在下坡滑行或刹车等工况时，可充分利用车辆的惯性带动曲轴转动，继而带动活塞和推力活塞上下运动，同时利用气腔和双向推力气缸进行压缩空气制备。即通过控制第一底气孔和第一侧气孔，控制第二底气孔和第二侧气孔的配合，自底部的气孔将空气吸入，然后压缩后经由侧部的气孔存入小气包，可有效实现能量的回收存储，提高整体效率。

在上述工作过程中，当油腔排出的燃烧废气排入混合管时，可如上描述冲入压缩气体，也可同时或者作为替代地向混合管内利用喷水器喷入预定量的水，利用水汽化产生水蒸气同样能起到上述膨胀做功的目的，而且，还可在双向推力气缸内进行喷水或者二次喷水，保证双向推力气缸低温运行的同时，提高燃烧废气的热利用率，以保证提高整体效率。多种工作模式的有效切换，可适用于各种路况，如堵车、压缩空气不足或者怠速时等，减少能耗。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合动力缸，其特征在于，包括缸体，将缸体分成上下分布的油腔和气腔的活塞，所述的气腔的侧壁底部开设有第一侧气孔以向气腔内注入压缩空气或者将内部压缩态的气体排放至压缩空气收集部，所述的气腔的底部设置有第一底气孔以实现末段的气体排出。

2.如权利要求1所述的混合动力缸，其特征在于，所述的油腔的进气口受控与压缩空气源连通。

3.一种混合动力发动机，其特征在于，包括曲轴，以及多组动力单元，所述的动力单元包括一个双向推力气缸，多个如权利要求1或2所述的混合动力缸，所述的油腔的排气口连接有混合管，所述的混合管受控与所述的压缩空气源或气腔连通，和/或受控利用喷水器向混合管内喷水，所述的双向推力气缸的内腔被推力活塞分成上混腔和下混腔，所述的混合管受控与上混腔或下混腔连通以利用与高温尾气混合膨胀的压缩空气和/或水蒸气做功。

4.如权利要求3所述的混合动力发动机，其特征在于，所述的双向推力气缸的侧壁上端和下端分别对应地设置有第二侧气孔以便将上混腔或下混腔与所述的混合管或者压缩空气源或压缩空气收集部连通，所述的双向推力气缸的顶部和底部分别设置有第二底气孔以实现最终的气体排放或者气体的吸入。

5.如权利要求4所述的混合动力发动机，其特征在于，所述的混合动力缸的第一侧气孔受控与压缩空气收集包连通，所述的混合动力缸的第二底气孔受控与所述的混合管连通以利用与高温尾气混合膨胀的压缩空气和/或水蒸气做功进行压缩空气制备经存入压缩空气收集包。

6.如权利要求3所述的混合动力发动机，其特征在于，所述的双向推力气缸的上端和下端分别对应地设置有缸体喷水器以向内喷水利用水与高温尾气混合后汽化膨胀做功。

7.如权利要求3所述的混合动力发动机，其特征在于，所述的压缩空气源为小气包，所述的第一侧气孔和/或第二侧气孔可控与小气包连通以在油缸点火做功时向小气包内提供压缩空气，且在油缸压缩时由小气包提供压缩空气作为动力。

8.一种如权利要求3-7任一项混合发动机的控制方法，其特征在于，包括以下工作模式

1)内燃机工作，压缩空气发动机不主动工作，同时制作压缩空气，

当油腔做功时，第一侧气孔的回收通道打开向小气包内存入压缩气体，双向推力气缸的推力活塞被曲轴带动上下运动的同时，通过第二底气孔吸入气体，并将压缩的气体自第二侧气孔排出并存入小气包；

2)内燃机不工作，压缩空气发动机工作

大气包向双向推力气缸注入压缩空气并推动推力活塞做功，同时，在气腔内注入压缩空气并推动活塞做功；

3)内燃机和空气机同时工作

在油腔做功时，利用第一侧气孔将气腔内压缩空气排出并存入小气包，同时，油腔排出的高温废气进入混合管，在混合管内注入压缩空气和/或水后膨胀并进入双向推力气缸进行做功；

4)内燃机和空气机均不工作

利用曲轴惯性带动活塞和推力活塞上下运动，同时利用气腔和双向推力气缸进行压缩空气制备。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在所述的工作模式2)中，还包括利用气腔制作压缩空气并存入小气包的子步骤。

10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在所述的工作模式1)和3)中，还包括在油腔压缩或排气时向气腔内注入压缩空气进行膨胀做功的子步骤。