CN109469557B - 一种自适应压气连续燃烧活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种活塞发动机。一种自适应压气连续燃烧活塞发动机，包括：燃烧组件、做功组件以及储气腔；储气腔通过可控燃烧室进气阀、可控压气进气阀连通燃烧组件中的燃烧室以及做功组件中的气缸；燃烧室通过可控燃气排气阀向气缸内充入高温高压燃气参与做功，做功组件中的活塞压缩气缸内的空气，当被压缩的空气压强达到设定值时，可控燃烧室进气阀与可控压气进气阀开启，被压缩的空气通入燃烧室内参与燃烧。本发明同时具有动力输出与压缩空气的功能；此外独立于气缸外的燃烧室使用高压空气作为冷却介质，冷却介质升温后参与燃烧反应，减少了冷却介质浪费的热量，同时高温高压环境使得燃烧更充分，提高了能源利用率。

Description

一种自适应压气连续燃烧活塞发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种活塞发动机。

背景技术

目前所使用发动机均采用缸内燃烧的燃烧方式，在此过程中，气缸冷却介质带走的热量占总燃烧热的10％-15％，在发动机输出有效功普遍只有30％-35％的背景下，这部分能量损失显得格外可惜；此外，当气缸内点燃混合气体后，立即推动活塞向下运动，此时燃烧并未停止，这使得整个燃烧过程中，缸内压强处于持续下降状态，不利于稳定燃烧；进一步地，燃烧不充分会带来严重的积碳问题，影响发动机工作状态的同时大大降低了发动机的使用寿命；

因此，需要设计一种发动机装置，尽量降低冷却介质浪费掉的热量，同时解决燃烧不充分问题，避免因燃烧不充分引起的发动机故障，同时提高能源利用率。

发明内容

本发明的目的是：为提高发动机燃烧室的燃效效率，提供一种自适应压气连续燃烧活塞发动机。

本发明的技术方案是：一种自适应压气连续燃烧活塞发动机，包括：燃烧组件、做功组件以及储气腔；

燃烧组件用于将燃料和高压空气混合燃烧，为做功组件提供高温高压燃气；在多缸发动机中，该燃烧组件可提供所有做功组件所需高温燃气；

做功组件将高温燃气膨胀产生的推力转化为曲轴转矩；

储气腔一端通过设置有燃烧室进气阀的管路与燃烧室相连，另一端通过设置有压气进气阀的管路与所述做功组件中的气缸的有杆腔相连；

燃烧室和气缸的无杆腔之间设置有燃气排气阀，当燃气排气阀打开时，燃烧室通过燃气排气阀向气缸内充入高温高压燃气参与做功，做功组件中的活塞压缩气缸有杆腔内的空气，当被压缩的空气压力达到设定值时，打开燃烧室进气阀与压气进气阀，被压缩的空气储气腔通入燃烧室内参与燃烧。储气腔在过程中起缓冲作用，避免活塞脉冲式压气造成燃烧室内压强波动，保证燃烧室内恒温恒压燃烧。

上述方案中，具体的，燃烧组件包括：燃烧室、燃油喷嘴以及火花塞；所述燃烧室为双层结构，内外层之间为进气腔，所述进气腔与所述烧室的燃烧内腔相通；在所述燃烧室外层设有与所述进气腔连通的进气口，所述进气口处安装所述燃烧室进气阀；所述燃油喷嘴以及所述火花塞安装在所述燃烧室上，并伸入所述燃烧内腔内，所述燃烧室上安装有与燃烧内腔相通的燃气排气阀。当燃烧室进气阀打开后，高压空气通过进气腔进入燃烧内腔，在此过程中完成了燃烧内腔的冷却，之后被燃烧内腔预热，预热后的低温高压气体进入燃烧内腔参与燃烧。该燃烧室不存在冷却介质浪费能量，故热效率明显提高。火花塞在发动机起步阶段点燃混合气体，当燃烧室内温度稳定后即可不参与工作，燃气排气阀排出高温燃气到气缸内，提供发动机做功所需能量。

做功组件包括：气缸、活塞、连杆、曲轴、曲轴销和活塞销；所述活塞位于所述气缸内，将所述气缸内部空间分为有杆腔(令为下腔)和无杆腔(令为上腔)，所述气缸的上腔为燃气做功腔，下腔为活塞压气腔；所述燃气排气阀设置在所述燃气做功腔与所述燃烧室之间；所述活塞杆穿出所述气缸后通过所述活塞销连接所述连杆，所述连杆通过所述曲轴销连接所述曲轴；

在所述燃气做功腔的气缸外圆周设有与燃气做功腔连通的废气排气阀，在所述活塞压气腔的气缸外圆周设有与活塞压气腔连通的空气进气阀。

做功组件中的所述活塞位于上止点时，所述上止点指所述活塞向燃烧室移动至设定的极限位置；开启所述燃气排气阀，所述燃烧室内的高温高压燃气进入燃气做功腔，推动所述活塞运动，当所述活塞压气腔内的气体压力达到设定值时，打开所述燃烧室进气阀与所述压气进气阀，关闭所述燃气排气阀，被压缩的空气通过所述储气腔进入燃烧室内参与燃烧；

当所述活塞运行到下止点时，所述下止点指所述活塞向活塞杆所在端移动至设定的极限位置；关闭压气进气阀、所述燃烧室进气阀；开启所述废气排气阀与所述空气进气阀；活塞压气腔内通过空气进气阀吸入空气，同时燃气做功腔内的废气通过废气排气阀排出；当活塞运动至上止点时，关闭废气排气阀与可控空气进气阀，进入下一个压气行程。

有益效果：

(1)区别于传统发动机压气燃烧都在气缸内进行，本发明中燃烧室独立设置，燃烧室内恒高温高压燃烧，燃烧所需的高压空气由活塞下行过程中压缩空气提供。

(2)本发明的发动机利用恒高温高压燃烧室产生的高温高压气体推动活塞做功，所述自适应压气指燃烧所需的高压空气完全由发动机自身产生(活塞下行过程中压缩空气)，此外在不同工况下均能维持高效的空燃比。

(2)本发明同时具有动力输出与压缩空气的功能；此外独立于气缸外的燃烧室使用高压空气作为冷却介质，冷却介质升温后参与燃烧反应，减少了冷却介质浪费的热量，同时高温高压环境使得燃烧更充分，提高了能源利用率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的系统组成图；

图3为本发明中燃烧组件的结构示意图；

图4为本发明燃气进气状态时的运动示意图；

图5为本发明中活塞下行状态时的运动示意图；

图6为本发明中做功组件开始向储气腔压气时的运动示意图；

图7为本发明在压气完成状态时的运动示意图；

图8为本发明在排气阶段时的运动示意图；

图中：1-燃油喷嘴；2-火花塞；3-燃烧室；31-进气腔；32-燃烧内腔；33-进气口；4-废气排气阀；5-气缸；6-活塞；7-空气进气阀；8-连杆；9-曲轴；10-曲轴销；11-活塞销；12-压气进气阀；13-储气腔；14-燃烧室进气阀；15-燃气排气阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

实施例1，

参见附图1-图2，本实施例提供一种自适应压气连续燃烧活塞发动机，包括：燃烧组件、做功组件以及储气腔13；

燃烧组件用于将燃料和高压空气混合燃烧，向做功组件提供高温高压燃气；在多缸发动机中，该燃烧组件可提供所有做功组件所需高温高压燃气；

做功组件将高温高压燃气膨胀产生的推力转化为曲轴转矩；

储气腔13一端通过设置有燃烧室进气阀14的管路与燃烧室3相连，另一端通过设置有压气进气阀12的管路与做功组件中的气缸5相连；

燃烧室3通过燃气排气阀15向气缸5内充入高温高压燃气参与做功，使得做功组件中的活塞6压缩气缸5内的空气，当被压缩的空气压力达到设定值时，燃烧室进气阀14与压气进气阀12开启，被压缩的空气通入燃烧室3内参与燃烧，在此过程中，活塞6压气量可控，活塞6所压空气除满足燃烧组件燃烧需求外，还可提供车上其余组件所需高压空气。储气腔13在过程中起缓冲作用，避免活塞脉冲式压气造成燃烧室3内压强波动，保证燃烧室3内恒温恒压燃烧。

本例中，燃烧室3所使用的燃料可以是清洁燃料，包括醇醚燃料(甲醇、乙醇、二甲醚等)、天然气、液化石油气等，也可以采用传统燃油，包括汽油、柴油等。

实施例2，

在实施例1的基础上，进一步的，参见附图3，燃烧组件包括：燃烧室3、燃气排气阀15、燃油喷嘴1以及火花塞2；其中，燃烧室3为双层结构，内外层之间为进气腔31，进气腔31与烧室3的燃烧内腔32相通；在燃烧室3外层设有与进气腔31连通的进气口33，进气口33处安装燃烧室进气阀14；燃油喷嘴1以及火花塞2安装在燃烧室3顶部，燃气排气阀15安装在燃烧室3底部。当燃烧室进气阀14打开后，高压空气通过进气腔31进入燃烧内腔32，在此过程中，低温高压气体在首先燃烧内腔32内完成冷却，之后被燃烧内腔32预热，预热后的低温高压气体进入燃烧内腔32参与燃烧，火花塞2在发动机起步阶段点燃混合气体，当燃烧室3内温度稳定后即可不参与工作，打开燃气排气阀15，排出高温燃气到气缸5内，提供发动机做功所需能量。

做功组件包括：气缸5、活塞6、连杆8、曲轴9、曲轴销10和活塞销11；活塞6位于气缸5内，将气缸5内部空间分为有杆腔(令为下腔)和无杆腔(令为上腔)，气缸5的上腔与燃烧室3之间设置燃气排气阀15，气缸5的上腔为燃气做功腔，下腔为活塞压气腔；活塞杆从气缸5端面穿出后通过活塞销11连接连杆8，连杆8通过曲轴销10连接曲轴9；在燃气做功腔的气缸5圆周面上设有废气排气阀4，在活塞压气腔的气缸5圆周面上设有压气进气阀12与空气进气阀7。

盖自适应压气连续燃烧活塞发动机的工作原理为：

参见附图4，在做功的开始阶段，做功组件中的活塞6位于上止点，燃气排气阀15打开，燃烧室3内的高温高压燃气进入并充满燃气做功腔，推动活塞6向右运动，此时废气排气阀4、空气进气阀7、压气进气阀12、燃烧室进气阀14均关闭。

参见附图5，在活塞6下行(活塞6向连杆8所在方向移动)阶段，高温高压燃气膨胀做功，同时活塞压气腔内的空气被压缩。

参见附图6，当活塞压气腔内的气体压力达到设定压力后，打开压气进气阀12和燃烧室进气阀14，活塞6推动高压气体进入储气腔13，进一步通过储气腔13进入燃烧室3内参与燃烧，此时燃气排气阀15关闭。

参见附图7，当活塞6到达下止点时，压气结束，关闭压气进气阀12与燃烧室进气阀14，并开启废气排气阀4与空气进气阀7。

参见附图8，活塞6进入上行(活塞6向燃烧室3所在方向移动)阶段时，打开空气进气阀7，活塞压气腔内通过空气进气阀7不断吸入空气，同时燃气做功腔内通过废气排气阀4不断将废气排出。

当活塞6运动至上止点时，关闭废气排气阀4与空气进气阀7，同时打开燃气排气阀15，进入下一个做功压气行程。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种自适应压气连续燃烧活塞发动机，包括：燃烧组件、做功组件；其特征在于，还包括：储气腔(13)；

所述储气腔(13)一端通过设置有燃烧室进气阀(14)的管路与燃烧室(3)相连，另一端通过设置有压气进气阀(12)的管路与所述做功组件中的气缸(5)的有杆腔相连；

所述燃烧室(3)和所述气缸(5)的无杆腔之间设置有燃气排气阀(15)，当所述燃气排气阀(15)打开时，所述燃烧室(3)向所述气缸(5)内充入高温高压燃气参与做功，所述做功组件中的活塞(6)压缩所述气缸(5)有杆腔内的空气，当所述气缸(5)有杆腔内的空气压力达到设定值时，打开所述燃烧室进气阀(14)与压气进气阀(12)，被压缩的空气通过所述储气腔(13)进入所述燃烧室(3)内参与燃烧；

所述燃烧组件包括：所述燃烧室(3)、燃油喷嘴(1)以及火花塞(2)；所述燃烧室(3)为双层结构，内外层之间为进气腔(31)，所述进气腔(31)与所述燃烧室(3)的燃烧内腔(32)相通；在所述燃烧室(3)外层设有与所述进气腔(31)连通的进气口(33)，进气口(33)处安装所述燃烧室进气阀(14)；所述燃油喷嘴(1)以及所述火花塞(2)安装在所述燃烧室(3)上，并伸入所述燃烧内腔(32)内，所述燃烧室(3)上安装有与燃烧内腔(32)相通的燃气排气阀(15)。

2.如权利要求1所述的自适应压气连续燃烧活塞发动机，其特征在于：所述做功组件包括：所述气缸(5)、活塞(6)、连杆(8)、曲轴(9)、曲轴销(10)和活塞销(11)；所述活塞(6)位于所述气缸(5)内，将所述气缸(5)内部空间分为有杆腔和无杆腔，令有杆腔为下腔，无杆腔为上腔，所述气缸(5)的上腔为燃气做功腔，下腔为活塞压气腔；燃气排气阀(15)设置在所述燃气做功腔与所述燃烧室(3)之间；活塞杆穿出所述气缸(5)后通过所述活塞销(11)连接所述连杆(8)，所述连杆(8)通过所述曲轴销(10)连接所述曲轴(9)；

在所述燃气做功腔的气缸(5)外圆周设有与燃气做功腔连通的废气排气阀(4)，在所述活塞压气腔的气缸(5)外圆周设有与活塞压气腔连通的空气进气阀(7)。

3.如权利要求2所述的自适应压气连续燃烧活塞发动机，其特征在于：

所述做功组件中的所述活塞(6)位于上止点时，所述上止点指所述活塞(6)向燃烧室(3)方向移动至设定的极限位置；开启所述燃气排气阀(15)，所述燃烧室(3)内的高温高压燃气进入燃气做功腔，推动所述活塞(6)运动，当所述活塞压气腔内的气体压力达到设定值时，打开所述燃烧室进气阀(14)与可控压气进气阀(12)，关闭所述燃气排气阀(15)，被压缩的空气通过所述储气腔(13)进入燃烧室(3)内参与燃烧；

当所述活塞(6)运行到下止点时，所述下止点指所述活塞(6)向活塞杆所在端移动至设定的极限位置；关闭压气进气阀(12)、所述燃烧室进气阀(14)；开启可控废气排气阀(4)与所述空气进气阀(7)；活塞压气腔内通过空气进气阀(7)吸入空气，推动所述活塞(6)上行，同时燃气做功腔内的废气通过废气排气阀(4)排出；当活塞(6)运动至上止点时，关闭废气排气阀(4)与空气进气阀(7)，进入下一个压气行程。

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