CN113250816A - 一种分布式独立燃烧室发动机及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式独立燃烧室发动机及系统，包括一燃烧室、用于向燃烧室内送入可燃气体/空气的送气缸和接收燃烧室排出废气的排气缸，其中，所述送气缸和所述排气缸的活塞杆连接在一曲轴上。本方案将发动机的燃烧室、送气缸、排气缸分开设置，燃烧室独立，不同的部件可以采用不同的材料，有效的减轻发动机的重量有利于提升发动机的极限性能，燃烧室设置体积调节阀实现可变压缩比，可以实现发动机可变热效率，在性能模式和节能模式随意切换，提升载具的主动安全性和节能环保性。

Description

一种分布式独立燃烧室发动机及系统

技术领域

本发明属于发动机领域，具体地涉及一种分布式独立燃烧室发动机及系统。

背景技术

发动机Engine是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机、外燃机、喷气发动机、电动机等。内燃机即往复活塞式发动机，燃料在其内部燃烧，以四冲程汽油发动机为例，其工作过程为：

第一步是进气行程,即向气缸内提供足够的可燃混合气或新鲜空气。进气行程开始时,曲轴旋转带动活塞从上止点向下止点运动,此时排气门关闭,进气门打开。随着活塞下移,气缸容积增大,压力减小,气缸内产生真空吸力可燃混合气(或新鲜空气)通过进气门进入气缸,直至活塞运动到下止点。在进气终了时,气缸内的气体压力为75-90kPa。

第二步是压缩行程，压缩行程开始时,活塞从下止点开始向上止点运动,进气门关闭,排气门依然处于关闭状态,因此气缸内空间被封闭。在活塞上行过程中,可燃混合气受到压缩,压力和温度不断升高,直至活塞到达上止点。压缩终了时,气缸内可燃混合气的压力可达800-1500kPa,温度可超过327℃。

第三步是做功行程，在压缩行程接近终了时,即活塞即将到达上止点时,进气门和排气门仍然保持关闭,火花塞产生电火花,点燃气缸内的可燃混合气,可燃混合气燃烧后的热量使气缸内的气体温度和压力急剧升高,高温、高压气体推动活塞从上止点向下止点运动,再通过连杆驱动曲轴旋转做功,并对外输出动力。活塞到达下止点时,做功行程结束。

第四步是排气行程，做功行程结束后,当活塞下行到下止点时,排气门开启,进气门依然关闭。在飞轮的作用下,曲轴继续旋转,活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运行,废气在气缸内部压力和活塞做功行程结束后,当活塞下行到下止点时,排气门开启,进气门依然关闭。在飞轮的作用下,曲轴继续旋转,活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运行,废气在气缸内部压力和活塞的作用下从排气门被强制排出气缸。活塞运行到上止点时,排门关闭,排气行程结束。排气行程结束后,进气门再次开启,发动机开始进入下一个工作循环。如此周而复始,发动机便自行运转起来了。

但是，采用现在往复活塞式发动机，实现可变压缩比零部件多控制复杂，压缩缸、燃烧室、膨胀缸都集成在一个缸，缸体处于高温状态，新鲜气体进入气缸将会被加热影响进气效率，但是又不能将缸体冷却过低，温度太低做功行程压力损失变大。

发明内容

为了解决现有发动机缸体处于高温状态，新鲜空气进入气缸将会被加热影响进气效率，且温度太低做功行程压力损失变大的问题，本发明提供一种分布式独立燃烧室发动机及系统，其燃烧室与送气缸、排气缸分开设置，燃烧室的高温不会影响送气缸内的进气效率，不同的部件可采用不同的材质，有效减轻发动机的重量，有利于提升发动机的极限性能。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明第一方面提供一种分布式独立燃烧室发动机，包括一燃烧室、用于向燃烧室内送入可燃气体/空气的送气缸和接收燃烧室排出气体的排气缸，其中，所述送气缸和所述排气缸的活塞杆连接在一曲轴上。

本方案将发动机的燃烧室、送气缸、排气缸分开设置，送气缸、排气缸通过气管分别与燃烧室的进气口、排气口相连以分别向燃烧室内送入可燃气体/空气、接收燃烧室排出废气，采用该结构，燃烧室独立。且现有缸体与燃烧室为一体结构，其高温对活塞、缸体的破坏性极高，高温影响活塞、缸体的使用寿命，本方案通过将燃烧室和送气缸、排气缸分开设置，可避免燃烧室燃烧高温对送气缸、排气缸使用寿命的影响，进而提高发动机使用寿命。燃烧室独立，与送气缸、排气缸分开设置，燃烧室的高温不会影响送气缸内的进气效率，不同的部件可采用不同的材质，有效减轻发动机的重量，有利于提升发动机的极限性能。

在一种可能的设计中，所述送气缸包括第一缸体、第一进气管、用于与燃烧室进气口连通的第一排气管、置于第一缸体内的第一活塞杆，所述第一进气管、第一排气管分别与第一缸体连通，所述第一进气管上设置有第一间歇性周期阀门，所述第一排气管上设置有第二间歇性周期阀门；

所述排气缸包括第二缸体、第二排气管、用于与燃烧室排气口连通的第二进气管、置于第二缸体内的第二活塞杆，所述第二排气管、第二进气管分别与第二缸体连通，所述第二排气管上设置有第三间歇性周期阀门，所述第二进气管上设置有第四间歇性周期阀门；

所述第一活塞杆、第二活塞杆均连接在一曲轴上。

本方案的送气缸用于向燃烧室内送入可燃气体/空气，利用第一间歇性周期阀门和第二间歇性周期阀门控制第一进气管和第一排气管的通断状态，达到向燃烧室内送气、储存可燃气体/空气的目的；排气缸用于接收燃烧室排出高温高压气体，利用第三间歇性周期阀门和第四间歇性周期阀门控制第二进气管和第二排气管的通断状态，达到接收燃烧室内高温高压气体、排出废气的目的。

在一种可能的设计中，所述第一间歇性周期阀门、第二间歇性周期阀门、第三间歇性周期阀门、第四间歇性周期阀门与所述曲轴联动，所述曲轴带动第一活塞杆、第二活塞杆向下止点运动时，仅第一间歇性周期阀门、第四间歇性周期阀门开启；所述曲轴带动第一活塞杆、第二活塞杆向上止点运动时，仅第二间歇性周期阀门、第三间歇性周期阀门开启。

本方案的间歇性周期阀门与曲轴联动，其中开闭过程是两段连续的，曲轴转动一周间歇性周期阀门一半时间开、一半时间关。通过调整曲轴和间歇性周期阀门联动的关系，实现发动机正时点火。

在一种可能的设计中，第一缸体上连通有至少一个导管，所述至少一个导管中的每个导管分别设置于第一缸体的不同高度，所述导管上连接有阀门。

本方案送气缸的第一缸体的轴线方向上开设单个或多个孔与导管连通，通过阀门开闭实现对发动机进气量的控制，配合燃烧室体积大小调节阀减小燃烧室体积，稳定压缩比。

在一种可能的设计中，所述第二排气管上连接三元催化。

本方案在第二排气管上连接一三元催化，对排气缸排出的废气进行过滤，提高发动机排出气体的清洁度，提高本发动机的环保性。

在一种可能的设计中，所述燃烧室外设置有冷却结构，或者所述燃烧室采用耐高温材料制成。

燃烧室在燃烧过程中产生大量的热量，燃烧室温度过高对燃烧室的耐高温性能要求高，本方案在燃烧室外设置冷却结构，降低燃烧室壁的耐高温性能要求，或者燃烧室采用耐高温材料支撑，提高其耐热性能。

在一种可能的设计中，所述燃烧室包括燃烧腔、安装在燃烧腔上的火花塞、连接在燃烧腔上的油气输入口和用于调节燃烧腔大小的调节阀。

现有的发动机其缸体与燃烧室为一体结构，要实现可变压缩比，其零部件多控制复杂。本方案燃烧室独立，与送气缸、排气缸分开设置，通过在燃烧室的燃烧腔上设置调节阀，调节阀调节燃烧室的大小，进而实现压缩空气或可燃混合气的压力大小的调节，实现可变压缩比，其结构简单，易于控制。

本发明第二方面提供一种分布式独立燃烧室发动系统，包括第一方面及其任一种可能设计中所述的一种分布式独立燃烧室发动机和连接在曲轴上的动力输出结构。

在一种可能的设计中，所述曲轴上连接有启动设备。

本发明与现有技术相比，至少具有以下优点和有益效果：

1、本发明将发动机的燃烧室、送气缸、排气缸分开设置，送气缸、排气缸通过气管分别与燃烧室的进气口、排气口相连以分别向燃烧室内送入可燃气体/空气、接收燃烧室排出废气，采用该结构，送气缸、排气缸、燃烧室采用不同属性的材料，实现减轻重量，提升发动机极限输出功率，通过调节阀调节燃烧室腔体积大小控制压缩比，提高发动环保性。

2、本方案通过将燃烧室和送气缸、排气缸分开设置，可避免燃烧室燃烧高温对送气缸、排气缸使用寿命的影响，进而提高发动机使用寿命。

3、本方案的燃烧室独立，与送气缸、排气缸分开设置，燃烧室的高温不会影响送气缸内的进气效率，不同的部件可采用不同的材质，有效减轻发动机的重量，有利于提升发动机的极限性能，可调燃烧室体积调节压缩比，提升环保性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的原理图。

图中的附图标记名称为：

1、燃烧室；11、油气输入口；12、调节阀；2、送气缸；21、第一缸体；22、第一进气管；23、第一间歇性周期阀门；24、第一活塞杆；25、第二间歇性周期阀门；3、排气缸；31、第二缸体；32、第二排气管；33、第三间歇性周期阀门；34、第二活塞杆；35、第四间歇性周期阀门；4、曲轴。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

如图1所示，本发明第一方面提供一种分布式独立燃烧室发动机，包括一燃烧室1、一送气缸2和一排气缸3，燃烧室1与送气缸2、排气缸3分离设置，送气缸2用于向燃烧室1内送入可燃气体/空气，排气缸3用于接收燃烧室1排出高温高压气体。其中，所述送气缸2和所述排气缸3的活塞杆连接在一曲轴4上。此处应该说明书的是，若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。

在一种可能的设计中，如图1所示，所述送气缸2包括第一缸体21、第一进气管22、用于与燃烧室1进气口连通的第一排气管、置于第一缸体21内的第一活塞杆24，所述第一进气管22、第一排气管分别与第一缸体21连通，所述第一进气管22上设置有第一间歇性周期阀门23，所述第一排气管上设置有第二间歇性周期阀门25；第一间歇性周期阀门23仅允许可燃气体/空气从第一缸体21外向第一缸体21内流动，第二间歇性周期阀门25仅允许可燃气体/空气从第一缸体21内向第一缸体21外流动。第一活塞杆24包括活塞和可转动连接在活塞上的连杆。发动机处于工作状态时，第一间歇性周期阀门23、第二间歇性周期阀门25均按一定规律间隙开启。此处应该说明书的是，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

所述排气缸3包括第二缸体31、第二排气管32、用于与燃烧室1排气口连通的第二进气管、置于第二缸体31内的第二活塞杆34，所述第二排气管32、第二进气管分别与第二缸体31连通，所述第二排气管32上设置有第三间歇性周期阀门33，所述第二进气管上设置有第四间歇性周期阀门35；第四间歇性周期阀门35仅允许燃烧室排出的高温高压气体从第二缸体31外向第二缸体31内流动，第三间歇性周期阀门33仅允许燃烧室排出的高温高压气体从第二缸体31内向第二缸体31外流动。第二活塞杆34包括活塞和可转动连接在活塞上的连杆。发动机处于工作状态时，第三间歇性周期阀门33、第四间歇性周期阀门35均按一定规律间隙开启。

所述第一活塞杆24、第二活塞杆34均连接在一曲轴4上。

所述第一间歇性周期阀门23、第二间歇性周期阀门25、第三间歇性周期阀门33、第四间歇性周期阀门35与所述曲轴4联动，所述曲轴4带动第一活塞杆24、第二活塞杆34向下止点运动时，即第一活塞杆24、第二活塞杆34伸出时，仅第一间歇性周期阀门23、第四间歇性周期阀门35开启；所述曲轴4带动第一活塞杆24、第二活塞杆34向上止点运动时，即第一活塞杆24、第二活塞杆34回缩时，仅第二间歇性周期阀门25、第三间歇性周期阀门33开启。

所述第一缸体21上连通有至少一个导管，所述至少一个导管中的每个导管分别设置于第一缸体21的不同高度，所述导管上连接有阀门。阀门的启闭以控制第一缸体21内气体的量，以减少发动机进气量，配合燃烧室体积大小调节阀减小燃烧室体积，稳定压缩比。

所述第一缸体21、第二缸体31内腔体的直径可相等或不相等，内腔体的长度可相等或不相等，以实现膨胀比大于或小于压缩比的设置。

所述第二排气管32上连接有三元催化。三元催化对第二排气管输出气体进行过滤，保证发动机排出气体符合环保标准。

所述燃烧室1外设置有冷却结构。冷却结构可以是包裹在燃烧室外的冷却腔，冷却腔内密封灌装冷却液。或者所述燃烧室1采用耐高温材料制成，耐高温材料可采用陶瓷、耐高温合金等材质。

所述燃烧室1包括燃烧腔、安装在燃烧腔上的火花塞、连接在燃烧腔上的油气输入口11和用于调节燃烧腔大小的调节阀12，或采用火花塞点火或采用压燃点火。

本方案将发动机的燃烧室、送气缸、排气缸分开设置，送气缸、排气缸通过气管分别与燃烧室的进气口、排气口相连以分别向燃烧室内送入可燃气体/空气、接收燃烧室排出废气，采用该结构，燃烧室独立，燃烧室的高温不会影响送气缸内的进气效率，不同的部件可采用不同的材质，有效减轻发动机的重量，有利于提升发动机的极限性能，可调燃烧室体积调节压缩比，提升环保性能。

本发明第二方面提供一种分布式独立燃烧室发动系统，包括第一方面及其任一种可能的设计的一种分布式独立燃烧室发动机和连接在曲轴4上的动力输出结构。所述曲轴4上连接有启动设备。启动设备看采用现有起动机加启动齿轮的结构。

其工作原理为：

第一步是进气行程,即向送气缸2内提供足够的可燃混合气/空气。进气行程开始时,曲轴旋转带动活塞从上止点向下止点运动,此时第一间歇性周期阀门23开启，第二间歇性周期阀门25关闭，第三间歇性周期阀门33关闭，第四间歇性周期阀门35开启，启动设备驱动曲轴4转动。送气缸、排气缸的活塞同步下移，气缸容积增大,送气缸的第一缸体内产生真空吸力使可燃气体/空气通过第一进气管进入第一缸体，直至活塞运动到下止点；排气缸内产生真空压力使燃烧室内的气体进入第二缸体，直至活塞运动到下止点。此时，燃烧室内气体被排出。

第二步是压缩行程，压缩行程开始时,活塞从下止点开始向上止点运动,此时，第一间歇性周期阀门23关闭，第二间歇性周期阀门25开启，第三间歇性周期阀门33开启，第四间歇性周期阀门35关闭，因此第一缸体内空间被压缩送至燃烧室内。在活塞上行过程中,可燃混合气受到压缩,压力和温度不断升高,直至活塞到达上止点。

第三步是做功行程，在压缩行程接近终了时,即活塞即将到达上止点时,燃烧室内的火花塞产生电火花,点燃,使气缸内的气体温度和压力急剧升高,此时，第一间歇性周期阀门23开启，第二间歇性周期阀门25关闭，第三间歇性周期阀门33关闭，第四间歇性周期阀门35开启，高压气体经第四间歇性周期阀门35流入第二缸体，推动活塞从上止点向下止点运动,再通过连杆驱动曲轴旋转做功,并对外输出动力。活塞到达下止点时,做功行程结束。

第四步是排气行程，做功行程结束后,当活塞下行到下止点时,第一间歇性周期阀门23关闭，第二间歇性周期阀门25开启，第三间歇性周期阀门33开启，第四间歇性周期阀门35关闭。曲轴继续旋转,活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运行,第一缸体内空间被压缩送至燃烧室内，在活塞上行过程中,可燃混合气受到压缩,压力和温度不断升高,直至活塞到达上止点。活塞运行到上止点时,排气行程结束进行下一轮燃烧。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种分布式独立燃烧室发动机，其特征在于，包括一燃烧室(1)、用于向燃烧室(1)内送入可燃气体/空气的送气缸(2)和接收燃烧室(1)排出废气的排气缸(3)，其中，所述送气缸(2)和所述排气缸(3)的活塞杆连接在一曲轴(4)上。

2.根据权利要求1所述的一种分布式独立燃烧室发动机，其特征在于，

所述送气缸(2)包括第一缸体(21)、第一进气管(22)、用于与燃烧室(1)进气口连通的第一排气管、置于第一缸体(21)内的第一活塞杆(24)，所述第一进气管(22)、第一排气管分别与第一缸体(21)连通，所述第一进气管(22)上设置有第一间歇性周期阀门(23)，所述第一排气管上设置有第二间歇性周期阀门(25)；

所述排气缸(3)包括第二缸体(31)、第二排气管(32)、用于与燃烧室(1)排气口连通的第二进气管、置于第二缸体(31)内的第二活塞杆(34)，所述第二排气管(32)、第二进气管分别与第二缸体(31)连通，所述第二排气管(32)上设置有第三间歇性周期阀门(33)，所述第二进气管上设置有第四间歇性周期阀门(35)；

所述第一活塞杆(24)、第二活塞杆(34)均连接在一曲轴(4)上。

3.根据权利要求2所述的一种分布式独立燃烧室发动机，其特征在于，所述第一间歇性周期阀门(23)、第二间歇性周期阀门(25)、第三间歇性周期阀门(33)、第四间歇性周期阀门(35)与所述曲轴(4)联动，所述曲轴(4)带动第一活塞杆(24)、第二活塞杆(34)伸出时，仅第一间歇性周期阀门(23)、第四间歇性周期阀门(35)开启；所述曲轴(4)带动第一活塞杆(24)、第二活塞杆(34)回缩时，仅第二间歇性周期阀门(25)、第三间歇性周期阀门(33)开启。

4.根据权利要求2所述的一种分布式独立燃烧室发动机，其特征在于，所述第一缸体(21)上连通有至少一个导管，所述至少一个导管中的每个导管分别设置于第一缸体(21)的不同高度，所述导管上连接有阀门。

5.根据权利要求1所述的一种分布式独立燃烧室发动机，其特征在于，所述燃烧室(1)外设置有冷却结构，或所述燃烧室(1)采用耐高温材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种分布式独立燃烧室发动机，其特征在于，所述燃烧室(1)包括燃烧腔、安装在燃烧腔上的火花塞、连接在燃烧腔上的油气输入口(11)和用于调节燃烧室腔体积大小的调节阀(12)。

7.一种分布式独立燃烧室发动系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的一种分布式独立燃烧室发动机和连接在曲轴(4)上的动力结构。

8.根据权利要求1所述的一种分布式独立燃烧室发动机系统，其特征在于，所述曲轴(4)上连接有启动设备。

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