CN117869061A - 负压增焓内燃式发电设备、交通工具 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种负压增焓内燃式发电设备，包括内燃机、发电机，内燃机包括：配气组件，用于将气态燃料和空气按照预设空燃比导入配气腔室；气缸组件，气缸与活塞形成燃烧室；点火组件，用于点燃燃烧室中的燃料推动活塞向下止点运动；气缸做功的压缩比大于30：1；单向排气阀，在活塞运动到下止点时将燃烧室中的气体排出；活塞在大气压的作用下向上止点运动，进行负压能量回收做功；活塞在气缸中往复运动的频率小于5Hz；连杆齿条和往复单向齿轮箱，将连杆齿条的直线往复运动转换为输出轴的单向转动；输出轴带动发电机的输入轴单向转动。本公开还提供一种交通工具。本公开提升了内燃机正压焓值，实现了负压增焓，提高了内燃式发电设备的效率。

Description

负压增焓内燃式发电设备、交通工具

技术领域

本公开涉及新能源技术领域，特别涉及一种负压增焓内燃式发电设备、一种交通工具。

背景技术

传统汽车依赖石油、天然气等化石能源，汽车的普及使得能源消耗日渐增长、能源储备日趋枯竭、能源价格居高不下，能源危机愈发紧迫；传统汽车燃烧化石能源排放的尾气还会造成环境污染、气候变暖等问题。新能源汽车的发展有助于减少温室气体排放，在缓解能源危机和环境治理方面能够有突出的贡献和作用。

动力电池充电速率和续航能力是决定新能源汽车发展和推广的重要因素。增程式电动车是解决新能源汽车续航问题的一种解决方案。当增程式电动车的车载可充电储能系统无法满足续航里程要求时，通过车载辅助供电装置为动力系统提供电能，从而延长续航里程。车载辅助供电装置通常由燃油或燃气的发动机提供动力来发电。

但是，传统发动机的效率较低，还会产生有害气体污染环境，亟需效率更高、更清洁的发动机方案。

发明内容

本公开实施例提供一种负压增焓内燃式发电设备、一种交通工具。

第一方面，本公开实施例提供一种负压增焓内燃式发电设备，包括：

燃料箱、内燃机、发电机；

所述内燃机包括：

配气组件，用于将气态燃料和空气按照预设空燃比导入配气腔室；

至少一个气缸组件，所述气缸组件包括气缸和活塞，所述气缸与所述活塞形成燃烧室；所述气缸的进气口与所述配气组件的出气口连接；

点火组件，用于点燃所述燃烧室中的燃料以推动所述活塞在所述气缸中由上止点向下止点运动；其中，所述气缸做功的压缩比大于30：1；

单向排气阀，设置在所述气缸的侧壁上；所述单向排气阀在所述活塞运动到下止点且燃烧室中的压力大于大气压的情况下开启，将所述燃烧室中的气体排出，直至燃烧室中的压力等于或小于大气压时所述单向排气阀关闭；所述活塞在大气压的作用下由下止点向上止点运动，通过负压增焓进行负压能量回收做功；

所述活塞在所述气缸中做直线往复运动的频率小于5Hz；

所述内燃机还包括：

连杆齿条和往复单向齿轮箱，所述连杆齿条的第一端与所述活塞连接，所述连杆齿条的第二端与所述往复单向齿轮箱的从动齿轮啮合；所述活塞在所述气缸中做直线往复运动，带动所述连杆齿条的第二端做直线往复运动；所述往复单向齿轮箱配置为将所述连杆齿条的第二端的直线往复运动转换为所述往复单向齿轮箱的输出轴的单向转动；所述往复单向齿轮箱的输出轴与所述发电机的输入轴连接，所述往复单向齿轮箱的输出轴带动所述发电机的输入轴单向转动。

在一些实施例中，所述内燃机还包括气化组件，所述气化组件的进液口与所述燃料箱连接，所述气化组件的出气口与所述配气组件的进气口连接，用于将所述燃料箱中的液态燃料气化为气态燃料；

所述气化组件包括内部形成由气化腔室的保温壳体、设置在所述保温壳体内部的加热器件、液位尺、温度传感器；

所述进液口设置有单向输入电磁阀，所述出气口设置有单向输出电磁阀；

当所述液位尺测定的液位未达到预定液位时，所述单向输入电磁阀开启，以使液态燃料进入所述气化腔室，所述加热器件关闭，所述单向输出电磁阀关闭；

当所述液位尺测定的液位达到所述预定液位时，所述单向输入电磁阀关闭，所述加热器件开启，所述单向输出电磁阀关闭；

当所述温度传感器测定的温度达到预定温度时，所述单向输出电磁阀开启，以使气态燃料进入所述配气组件。

在一些实施例中，所述配气组件包括空气进气阀和设置在所述配气组件的进气口的燃料进气阀；所述空气进气阀由第一脉冲信号控制，所述燃料进气阀由第二脉冲信号控制；通过控制所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的占空比，控制所述燃料进气阀、所述空气进气阀开启的时长，以将气态燃料和空气按照预设空燃比导入所述配气腔室。

在一些实施例中，所述往复单向齿轮箱的从动齿轮包括第一从动齿轮、第一传动齿轮、第二从动齿轮、第二传动齿轮；所述输出轴包括第一输出轴、第二输出轴；所述第一传动齿轮的直径大于所述第一从动齿轮的直径，所述第二传动齿轮的直径大于所述二从动齿轮的直径；

所述第一从动齿轮通过第一单向轴承与所述第一输出轴耦接，所述第一传动齿轮与所述第一输出轴固定连接；

所述第二从动齿轮通过第二单向轴承与所述第二输出轴耦接，所述第二传动齿轮与所述第二输出轴固定连接；

所述连杆齿条与所述第一从动齿轮、所述第二从动齿轮啮合，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮啮合；

所述第一单向轴承的转动方向与所述第二单向轴承的转动方向相反。

在一些实施例中，所述发电机包括与所述输入轴连接的外转子，所述外转子与所述输入轴同轴；所述负压增焓内燃式发电设备还包括缓冲卷簧；所述缓冲卷簧的一端与所述输出轴连接，另一端与所述外转子连接；所述缓冲卷簧的卷绕方向与所述输出轴的转动方向一致。

在一些实施例中，所述负压增焓内燃式发电设备还包括高压缓冲器，所述高压缓冲器的缓冲腔室通过导管与所述燃烧室连通；所述高压缓冲器用于在所述燃烧室中的燃料爆燃时储存压力，在所述活塞由上止点向下止点运动过程中释放储存的压力，以使所述燃烧室中的压力保持稳定。

在一些实施例中，所述气缸组件还包括设置在所述燃烧室中的扰流风扇，用于将空气和气态燃料扰流混合。

在一些实施例中，所述内燃机还包括连接在所述单向排气阀的出气口的消音器。

在一些实施例中，所述负压增焓内燃式发电设备还包括控制组件，所述控制组件配置为控制控制所述配气组件将气态燃料和空气按照预设空燃比导入配气腔室，控制所述点火组件点燃所述燃烧室中的燃料以推动所述活塞在所述气缸中运动，控制所述单向排气阀在所述活塞运动到下止点且燃烧室中的气压大于大气压的情况下开启，以将所述燃烧室中的气体排出。

第二方面，本公开实施例提供一种交通工具，包括发电设备和电机，所述发电设备为本公开实施例第一方面所述的负压增焓内燃式发电设备。

本公开实施例提供的负压增焓内燃式发电设备，在活塞由上止点向下止点运动、以及由下止点向上止点运动的过程中，都能进行做功，带动发电机的输入轴转动来发电，提高了内燃机的效率，节约了能源。

附图说明

图1是本公开实施例中一种负压增焓内燃式发电设备的组成示意图；

图2是本公开实施例中一种气化组件的结构示意图；

图3是本公开实施例中一种配气组件的结构示意图；

图4是本公开实施例中一种往复单向齿轮箱的结构示意图；

图5是本公开实施例中一种缓冲卷簧的结构示意图；

图6是本公开实施例中一种高压缓冲器的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图对本公开的技术方案进行详细描述。

在下文中将参考附图更充分地描述示例实施例，但是所述示例实施例可以以不同形式来体现且不应当被解释为限于本文阐述的实施例。反之，提供这些实施例的目的在于使本公开透彻和完整，并将使本领域技术人员充分理解本公开的范围。

在不冲突的情况下，本公开各实施例及实施例中的各特征可相互组合。

如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列举条目的任何和所有组合。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还将理解的是，当本说明书中使用术语“包括”和/或“由……制成”时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

本文所述实施例可借助本公开的理想示意图而参考平面图和/或截面图进行描述。因此，可根据制造技术和/或容限来修改示例图示。因此，实施例不限于附图中所示的实施例，而是包括基于制造工艺而形成的配置的修改。因此，附图中例示的区具有示意性属性，并且图中所示区的形状例示了元件的区的具体形状，但并不旨在是限制性的。

除非另外限定，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本公开的背景下的含义一致的含义，且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义，除非本文明确如此限定。

第一方面，参照图1，本公开实施例提供一种负压增焓内燃式发电设备，包括：

燃料箱2、内燃机、发电机18；

内燃机包括：

配气组件4，用于将气态燃料和空气按照预设空燃比导入配气腔室；

至少一个气缸组件5，包括气缸和活塞7，气缸与活塞7形成燃烧室8；气缸的进气口与配气组件4的出气口连接；

点火组件14，用于点燃燃烧室8中的气态燃料以推动活塞7在气缸中由上止点向下止点运动；其中，气缸做功的压缩比大于30：1；

单向排气阀12，设置在气缸的侧壁上；单向排气阀12在活塞7运动到下止点且燃烧室8中的压力大于大气压的情况下开启，将燃烧室8中的气体排出，直至燃烧室8中的压力等于或小于大气压时单向排气阀12关闭；冷却后燃烧室8中的压力小于大气压，活塞7在大气压的作用下由下止点向上止点运动，通过负压增焓进行负压能量回收做功；

活塞7在气缸中做直线往复运动的频率小于5HZ；

内燃机还包括：

连杆齿条6和往复单向齿轮箱17，连杆齿条6的第一端与活塞7连接，连杆齿条6的第二端与往复单向齿轮箱17的从动齿轮啮合；活塞7在气缸中做直线往复运动，带动连杆齿条6的第二端做直线往复运动；往复单向齿轮箱17配置为将连杆齿条6的第二端的直线往复运动转换为往复单向齿轮箱17的输出轴的单向转动；往复单向齿轮箱17的输出轴与发电机18的输入轴连接，往复单向齿轮箱17的输出轴带动发电机18的输入轴单向转动。

在本公开实施例中，上止点是气缸中燃烧室8容积最小时活塞7的位置，下止点是气缸中燃烧室8容积最大时活塞7的位置。

通过配气组件将气态燃料和空气按照预设空燃比导入配气腔室，使得气态燃料和控制在配气腔室充分混合，预设空燃比为能够使气态燃料充分燃烧的空燃比，从而有利于提高燃料的利用效率，减少燃烧不充分而产生的有害气体排放，既有利于提升内燃机的热效率，还有利于节约能约、减少环境污染。

在本公开实施例中，往复单向齿轮箱17能够将连杆齿条6的第二端的直线往复运动转换为输出轴的单向转动，是指不论连杆齿条6向哪个方向做直线运动，往复单向齿轮箱17的输出轴都按照同一方向转动。

在本公开实施例中，活塞7位于上止点时，点火组件14点燃燃烧室8中的气态燃料，推动活塞7由上止点向下止点运动，带动连杆齿条6做直线运动，往复单向齿轮箱17能够将连杆齿条6的第二端远离上止点的直线运动转换为输出轴的按照预设方向的转动；活塞7位于下止点时，单向排气阀12开启，将燃烧室8中的气体排出，直至燃烧室8中的压力与大气压相近时关闭，燃烧室8中的压力会因温度降低进一步减小，从而使燃烧室8内外形成压差，活塞7在大气压的推动下由下止点向上止点运动，带动连杆齿条6做直线运动；往复单向齿轮箱17能够将连杆齿条6的第二端靠近上止点的直线运动转换为输出轴的按照预设方向的转动。

在本公开实施例中，往复单向齿轮箱17能够将连杆齿条6的直线运动转换为输出轴的单向转动，不同于传统四冲程内燃机中连杆远离活塞的一端做圆周运动，活塞7由上止点向下止点运动带动连杆齿条6做直线运动能够增长气缸的冲程，使得气缸做功的压缩比达到30:1以上，从而能够将燃料燃烧的能量充分转化为活塞7的机械动能，增加了内燃机的正压焓值，提高了内燃机的效率。

本公开的发明人提出了一种负压增焓技术，通过增加内燃机的冲程，降低了活塞7在气缸中做直线往复运动的频率，活塞7在气缸中按照不大于5Hz的频率往复运动；并在下止点设置了单向排气阀12，当活塞7运动到下止点，单向排气阀12开启后有充足的时间将燃烧室8中的气体排出，单向排气阀12关闭后也有充足的时间使燃烧室8内部的温度降低，冷却后燃烧室8中的压力小于大气压，形成内外压差，使得活塞7能够在大气压的推动下由下止点向上止点运动，进行负压能量回收做功，在内燃机中新增了负压焓值；而在往复单向齿轮箱17的作用下，此时往复单向齿轮箱17的输出轴仍然按照原来的方向转动，带动发电机18继续发电。也就是说，在活塞从上止点向下止点运动的过程中、从下止点向上止点运动的过程中，内燃机均能够对外做功，带动发电机18发电，从而进一步提高了内燃机的效率。

在一些实施例中，内燃机燃料燃烧推动活塞7运动做功的能量转化效率达到70％，能量回收效率达到10％，内燃机整体的能量转化效率达到80％。

在一些实施例中，负压增焓内燃式发电设备还包括底座1，燃料箱2、内燃机、发电机18等都设置在底座1上。

本公开实施例提供的负压增焓内燃式发电设备既可以使用气态燃料，例如压缩天然气(CNG，Compressed Natura l Gas)、氢气等；也可以使用液态燃料,例如汽油、柴油、液化天然气(LNG，Liquefied Natura l Gas)等。本公开实施例不做特殊限定。在使用液态燃料时，在将燃料导入配气组件4之前，需要将液态燃料气化为气态燃料。

相应地，在一些实施例中，内燃机还包括气化组件3，气化组件3的进液口与燃料箱2连接，气化组件3的出气口与配气组件4的进气口连接，用于将燃料箱2中的液态燃料气化为气态燃料。

本公开实施例对气化组件3不做特殊限定。

在一些实施例中，参照图2，气化组件3包括内部形成由气化腔室的保温壳体21、设置在保温壳体内部的加热器件22、液位尺28、温度传感器27；

进液口设置有单向输入电磁阀25，出气口设置有单向输出电磁阀26；

当液位尺28测定的液位未达到预定液位时，单向输入电磁阀25开启，以使液态燃料23进入气化腔室，加热器件22关闭，单向输出电磁阀26关闭；

当液位尺28测定的液位达到预定液位时，单向输入电磁阀25关闭，加热器件22开启，单向输出电磁阀26关闭；

当温度传感器27测定的温度达到预定温度时，单向输出电磁阀26开启，以使气态燃料24进入配气组件4。

在一些实施例中，当温度传感器27测定的温度达到预定温度时，加热器件22关闭，保温壳体可以确保燃料在气化腔室中恒温储存。

本公开实施例对于配气组件4不做特殊限定。

在一些实施例中，参照图3，配气组件4包括空气进气阀32和设置在配气组件的进气口的燃料进气阀33，空气进气阀32由第一脉冲信号控制，燃料进气阀33由第二脉冲信号控制；通过控制第一脉冲信号和第二脉冲信号的占空比，控制燃料进气阀33、空气进气阀32开启的时长，以将气态燃料和空气按照预设空燃比导入配气腔室31；在将气态燃料和空气充分混合后，通过出气口34导入气缸。

本公开实施例对于预设空燃比不做特殊限定。在一些实施例中，根据燃料的类型设置预设空燃比，不同燃料对应的预设空燃比可能不同。

本公开实施例中，通过设置预设空燃比，能够使燃料充分燃烧，既不会因为缺氧而燃烧不充分，也不会因为富氧而生成氮氧化物等有害气体，在提高燃料利用效率的同时实现清洁排放。

本公开实施例对于往复单向齿轮箱不做特殊限定。

在一些实施例中，参照图4，往复单向齿轮箱的从动齿轮包括第一从动齿轮411、第一传动齿轮412、第二从动齿轮421、第二传动齿轮422；输出轴包括第一输出轴441、第二输出轴442；第一传动齿轮412的直径大于第一从动齿轮411的直径，第二传动齿轮422的直径大于第二从动齿轮421的直径；

第一从动齿轮411通过第一单向轴承431与第一输出轴441耦接，第一传动齿轮412与第一输出轴441固定连接；

第二从动齿轮421通过第二单向轴承432与第二输出轴442耦接，第二传动齿轮422与第二输出轴442固定连接；

连杆齿条6与第一从动齿轮411、第二从动齿轮421啮合，第一传动齿轮412与第二传动齿轮422啮合；

第一单向轴承431的转动方向与第二单向轴承432的转动方向相反。

单向轴承是在一个方向上可以自由转动，而在另一个方向上锁定的一种轴承。第一单向轴承431的转动方向是指第一单向轴承431可以自由转动的方向，第二单向轴承432的转动方向是指第二单向轴承432可以自由转动的方向。

以第一单向轴承431的转动方向为顺时针方向、第二单向轴承432的转动方向为逆时针方向为例对往复单向齿轮箱的工作原理进行说明。

结合图4，当连杆齿条6由左向右运动时，带动第一从动齿轮411和第二从动齿轮421顺时针转动；第一单向轴承431可以自由转动，故而第一从动齿轮411不会带动第一输出轴441转动；第二单向轴承432锁定，第二从动齿轮421带动第二输出轴442顺时针转动；第二输出轴442带动第二传动齿轮422顺时针转动；第二传动齿轮422带动第一传动齿轮412逆时针转动；第一传动齿轮412带动第一输出轴441逆时针转动。

当连杆齿条6由右向左运动时，带动第一从动齿轮411和第二从动齿轮421逆时针转动；第二单向轴承432可以自由转动，故而第二从动齿轮421不会带动第二输出轴442转动；第一单向轴承431锁定，第一从动齿轮411带动第一输出轴441逆时针转动；第一输出轴441带动第一传动齿轮412逆时针转动；第一传动齿轮412带动第二传动齿轮422顺时针转动；第二传动齿轮422带动第二输出轴442顺时针转动。

综上，不论连杆齿条6向左或向右运动，第一输出轴441都逆时针转动，第二输出轴442都顺时针转动，即实现了将连杆齿条的直线往复运动转换为输出轴的单向转动。

在一些实施例中，参照图1，负压增焓内燃式发电设备还包括缓冲组件16，缓冲组件16的具体结构如图5所示。参照图5，发电机18包括与输入轴连接的外转子51，外转子51与输入轴同轴；负压增焓内燃式发电设备还包括缓冲卷簧52；缓冲卷簧52的一端与输出轴50连接，另一端与外转子51连接；缓冲卷簧52的卷绕方向与输出轴50的转动方向一致。

例如，如图5所示，顺时针方向转动，缓冲卷簧52的卷绕方向也为顺时针方向。输出轴50转动带动缓冲卷簧52卷绕储存势能，然后带动向外转子51转动，进而带动发电机18的输入轴转动。

在本公开实施例中，设置缓冲卷簧52，能够缓冲气缸活塞7运动的冲击，避免发电机18受到损坏。

在一些实施例中，参照图6，负压增焓内燃式发电设备还包括高压缓冲器，高压缓冲器包括缓冲壳体61，缓冲壳体61中的缓冲腔室63通过导管62与燃烧室8连通；高压缓冲器用于在燃烧室8中的燃料爆燃时储存压力，在活塞7由上止点向下止点运动过程中释放储存的压力，以使燃烧室8中的压力保持稳定。

在本公开实施例中，设置高压缓冲器，能够克服燃料爆燃时压力过大、活塞7运动过程中压力逐渐降低，导致对活塞7的做功不均匀的问题，实现对活塞7均匀、高效做功。

本公开实施例对气缸组件5不做特殊限定。

在一些实施例中，气缸组件5还包括设置在燃烧室8中的扰流风扇9，用于将空气和气态燃料扰流混合。

在本公开实施例中，在燃烧室8中设置扰流风扇9，能够将空气与气态燃料混合均匀，有利于气态燃料与氧气充分接触而充分燃烧。

在一些实施例中，气缸组件还包括用于驱动扰流风扇9的风扇电机11，还包括火花塞10，火花塞10与点火组件14连接，点火组件14通过火花塞点燃燃烧室8中的燃料。

在一些实施例中，内燃机还包括连接在单向排气阀12的出气口的消音器13。

在本公开实施例中，由于燃烧室8中的气压较高，从单向排气阀12排出的气体流速较快，安装消音器13能够消除高速气流的噪声，将负压增焓内燃式发电设备应用于汽车等交通工具时能够提高体验的舒适度。

在一些实施例中，负压增焓内燃式发电设备还包括控制组件，控制组件配置为控制控制配气组件4将气态燃料和空气按照预设空燃比导入配气腔室，控制点火组件14点燃燃烧室中的燃料以推动活塞7在气缸中运动，控制单向排气阀12在活塞运动到下止点且燃烧室8中的气压大于大气压的情况下开启，以将燃烧室8中的气体排出。

在一些实施例中，控制组件为自动化电气设备，包括蓄电池15，用于控制负压增焓内燃式发电设备系统正常运转启停、液体燃料的气化、配气空燃比、进气阀门的开启、风扇混合扰流、点火、气缸上止点、下止点的信号检测、排气阀门的启闭等动作。

本公开实施例对于活塞7在气缸中做直线往复运动的频率不做特殊限定。

在一些实施例中，活塞7在气缸中做直线往复运动的频率小于5Hz。例如，活塞7在气缸中做直线往复运动的频率不超过3Hz，如以3Hz为频率做直线往复运动。

在本公开实施例中，将活塞7往复运动的频率限制在5Hz以下或3Hz以下，能够使活塞7的动能得到充分释放，减少动能损耗；还能够在燃烧室8中的气体排出后使燃烧室8内部有足够的时间进行降温，使得大气压能够充分做功。

在一些实施例中，当内燃机包括多个气缸组件时，多个气缸组件并联，且多个气缸组件交错点火，能够增加发电功率，提升负压增焓内燃式发电设备运行的平稳性。

第二方面，本公开实施例提供一种交通工具，包括发电设备和电机，发电设备为本公开实施例第一方面所述的负压增焓内燃式发电设备。

本公开实施例对应用本公开实施例提供的负压增焓内燃式发电设备的交通工具不做特殊限定。例如，交通工具可以是汽车、船舶、航空器等；交通工具可以是大型的交通工具，也可以是小型的交通工具。

为了使本领域技术人员能够更清楚地理解本公开实施例提供的技术方案，下面通过具体的实施例，对本公开实施例提供的技术方案进行详细说明：

实施例

本实施例提供一种负压增焓内燃式发电设备，如图1至图6所示，负压增焓内燃式发电设备的组件安装在底座1上，燃料箱2中的液态燃料通过油管进入气化组件3；

气化组件3包括内部形成由气化腔室的保温壳体21、设置在保温壳体内部的加热器件22、液位尺28、温度传感器27；进液口设置有单向输入电磁阀25，出气口设置有单向输出电磁阀26；当液位尺28测定的液位未达到预定液位时，单向输入电磁阀25开启，以使液态燃料23进入气化腔室，加热器件22关闭，单向输出电磁阀26关闭；当液位尺28测定的液位达到预定液位时，单向输入电磁阀25关闭，加热器件22开启，单向输出电磁阀26关闭；当温度传感器27测定的温度达到预定温度时，单向输出电磁阀26开启，以使气态燃料24进入配气组件4；当温度传感器27测定的温度达到预定温度时，加热器件22关闭，保温壳体可以确保燃料在气化腔室中恒温储存。

配气组件4包括空气进气阀32和设置在配气组件的进气口的燃料进气阀33，空气进气阀32由第一脉冲信号控制，燃料进气阀33由第二脉冲信号控制；通过控制第一脉冲信号和第二脉冲信号的占空比，控制燃料进气阀33、空气进气阀32开启的时长，以将气态燃料和空气按照预设空燃比导入配气腔室31；在将气态燃料和空气充分混合后，通过出气口34导入气缸。将气态燃料和空气按照预设空燃比进行混合，既可以避免缺氧导致燃烧不充分，也可以避免富氧生成有害气体，从而节约能源、清洁排放，实现绿色节能。

气缸组件5还包括：设置在燃烧室8中的扰流风扇9、用于驱动扰流风扇9的风扇电机11，扰流风扇9用于将空气和气态燃料扰流混合，有利于气态燃料与氧气充分接触而充分燃烧；火花塞10，火花塞10与点火组件14连接，点火组件14通过火花塞点燃燃烧室8中的燃料。

往复单向齿轮箱17能够将连杆齿条6的直线运动转换为输出轴的单向转动，不同于传统四冲程内燃机中连杆远离活塞的一端做圆周运动，活塞7由上止点向下止点运动带动连杆齿条6做直线运动能够增长气缸的冲程，使得气缸做功的压缩比达到30:1以上，压缩比越高，效率就越高，从而能够将燃料燃烧的能量充分转化为活塞7的机械动能，提高了内燃机的效率。

活塞7在气缸中按照不大于3Hz的频率往复运动。

在配气组件4中进行混合的气态燃料和空气进入燃烧室8之后，扰流风扇9在风扇电机11的带动下转动，把空气和气态燃料充分混合均匀；活塞7的低频运动，使得空气和气态燃料有100毫秒左右的混合时间。气态燃料由火花塞10点火爆燃，推动活塞7带动连杆齿条6组件6做直线运动，传递能量到往复单向齿轮箱17。整个过程中，理论焓值95％以上可以转化成机械动能，有效焓值可以达到70％以上，相比传统内燃机效率高几倍。

当活塞7运动到下止点，单向排气阀12开启后有充足的时间将燃烧室8中的气体通过消音器13排出，单向排气阀12关闭后也有充足的时间使燃烧室8内部的温度降低以形成内外压差，使得活塞7能够在大气压的推动下由下止点向上止点运动；而在往复单向齿轮箱17的作用下，此时往复单向齿轮箱17的输出轴仍然按照原来的方向转动，带动发电机18继续发电。这就是负压回收做功技术，理论焓值30％以上可以转化成机械动能，有效焓值可以达到10％以上。

本实施例中，内燃机整体效率可以达到80％以上，并且可以实现清洁排放。例如，使用氢燃料可以做到零碳+零氮排放。

往复单向齿轮箱的从动齿轮包括第一从动齿轮411、第一传动齿轮412、第二从动齿轮421、第二传动齿轮422；输出轴包括第一输出轴441、第二输出轴442；第一传动齿轮412的直径大于第一从动齿轮411的直径，第二传动齿轮422的直径大于第二从动齿轮421的直径；第一从动齿轮411通过第一单向轴承431与第一输出轴441耦接，第一传动齿轮412与第一输出轴441固定连接；第二从动齿轮421通过第二单向轴承432与第二输出轴442耦接，第二传动齿轮422与第二输出轴442固定连接；连杆齿条6与第一从动齿轮411、第二从动齿轮421啮合，第一传动齿轮412与第二传动齿轮422啮合；第一单向轴承431的转动方向与第二单向轴承432的转动方向相反。在连杆齿条6做直线往复运动时，总有一个单向轴承锁定，从而使第一输出轴441、第二输出轴442始终朝预定的方向转动，即实现了将连杆齿条的直线往复运动转换为输出轴的单向转动。

发电机18包括与输入轴连接的外转子51，外转子51与输入轴同轴；负压增焓内燃式发电设备还包括缓冲卷簧52；缓冲卷簧52的一端与输出轴50连接，另一端与外转子51连接；输出轴50顺时针方向转动，缓冲卷簧52的卷绕方向也为顺时针方向。输出轴50转动带动缓冲卷簧52卷绕储存势能，然后带动向外转子51转动，进而带动发电机18的输入轴转动。设置缓冲卷簧52，能够缓冲气缸活塞7运动的冲击，避免发电机18受到损坏。

负压增焓内燃式发电设备还包括高压缓冲器，高压缓冲器包括缓冲壳体61，缓冲壳体61中的缓冲腔室63通过导管62与燃烧室8连通；高压缓冲器用于在燃烧室8中的燃料爆燃时储存压力，在活塞7由上止点向下止点运动过程中释放储存的压力，以使燃烧室8中的压力保持稳定。在本公开实施例中，设置高压缓冲器，能够克服燃料爆燃时压力过大、活塞7运动过程中压力逐渐降低，导致对活塞7的做功不均匀的问题，实现对活塞7均匀、高效做功。

本实施例中，负压增焓内燃式发电设备由控制组件进行控制，控制组件为一套自动化的电气组成，包含有高压包，蓄电池15各种阀门控制，控制整个系统正常运转启停、液体燃料的气化、配气空燃比、进气阀门的开启、风扇混合扰流、点火、气缸上止点下止点的信号检测、排气阀门的启闭等动作。具体过程是：打开启动钥匙，蓄电池给发电机供电，发电机18此时转变为启动电动机，气缸从上止点移动，到点火位置，缸内形成真空把配气组件4里面的混合燃气吸入燃烧室8，风扇9启动扰流，把混合气混合的更加均匀，点火做功，活塞7到达下止点，推动往复单向齿轮箱17传递动力做功，排气阀12开启排气并且立马关闭，缸内形成真空，活塞往上止点运动做功，到达上止点后，汽化器里面的燃气进入配气组件，配气组件的混合燃气进入燃烧室，通过风扇扰流混合均匀之后火花塞点火做功，活塞向下止点运行做功，然后排气负压上行周而复始。

本实施例中，内燃机可以有多个气缸组件，多个气缸组件并联使用，可以增加发电功率，可以点火角度错开，增加运行的平稳性。

本实施例提供的负压增焓内燃式发电设备使用燃料范围广泛，液体气体燃料通用，汽油柴油煤油通用，CNG\LNG\氢气通用，能够提高燃料利用效率，达到80％以上，例如，用负压增焓内燃式发电设备给增程式新能源汽车充电时，同样一箱油可以让汽车行驶5000公里以上，可以让汽车百公里耗油量降低到1升以下，且价格低廉。

本文已经公开了示例实施例，并且虽然采用了具体术语，但它们仅用于并仅应当被解释为一般说明性含义，并且不用于限制的目的。在一些实例中，对本领域技术人员显而易见的是，除非另外明确指出，否则可单独使用与特定实施例相结合描述的特征、特性和/或元素，或可与其它实施例相结合描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离由所附的权利要求阐明的本公开的范围的情况下，可进行各种形式和细节上的改变。

Claims (10)

1.一种负压增焓内燃式发电设备，包括：

燃料箱、内燃机、发电机；

所述内燃机包括：

配气组件，用于将气态燃料和空气按照预设空燃比导入配气腔室；

至少一个气缸组件，所述气缸组件包括气缸和活塞，所述气缸与所述活塞形成燃烧室；所述气缸的进气口与所述配气组件的出气口连接；

点火组件，用于点燃所述燃烧室中的燃料以推动所述活塞在所述气缸中由上止点向下止点运动；其中，所述气缸做功的压缩比大于30：1；

单向排气阀，设置在所述气缸的侧壁上；所述单向排气阀在所述活塞运动到下止点且燃烧室中的压力大于大气压的情况下开启，将所述燃烧室中的气体排出，直至燃烧室中的压力等于或小于大气压时所述单向排气阀关闭；所述活塞在大气压的作用下由下止点向上止点运动，通过负压增焓进行负压能量回收做功；

所述活塞在所述气缸中做直线往复运动的频率小于5Hz；

所述内燃机还包括：

连杆齿条和往复单向齿轮箱，所述连杆齿条的第一端与所述活塞连接，所述连杆齿条的第二端与所述往复单向齿轮箱的从动齿轮啮合；所述活塞在所述气缸中做直线往复运动，带动所述连杆齿条的第二端做直线往复运动；所述往复单向齿轮箱配置为将所述连杆齿条的第二端的直线往复运动转换为所述往复单向齿轮箱的输出轴的单向转动；所述往复单向齿轮箱的输出轴与所述发电机的输入轴连接，所述往复单向齿轮箱的输出轴带动所述发电机的输入轴单向转动。

2.根据权利要求1所述的负压增焓内燃式发电设备，其中，所述内燃机还包括气化组件，所述气化组件的进液口与所述燃料箱连接，所述气化组件的出气口与所述配气组件的进气口连接，用于将所述燃料箱中的液态燃料气化为气态燃料；

所述气化组件包括内部形成由气化腔室的保温壳体、设置在所述保温壳体内部的加热器件、液位尺、温度传感器；

所述进液口设置有单向输入电磁阀，所述出气口设置有单向输出电磁阀；

当所述液位尺测定的液位未达到预定液位时，所述单向输入电磁阀开启，以使液态燃料进入所述气化腔室，所述加热器件关闭，所述单向输出电磁阀关闭；

当所述液位尺测定的液位达到所述预定液位时，所述单向输入电磁阀关闭，所述加热器件开启，所述单向输出电磁阀关闭；

当所述温度传感器测定的温度达到预定温度时，所述单向输出电磁阀开启，以使气态燃料进入所述配气组件。

3.根据权利要求1所述的负压增焓内燃式发电设备，其中，所述配气组件包括空气进气阀和设置在所述配气组件的进气口的燃料进气阀；所述空气进气阀由第一脉冲信号控制，所述燃料进气阀由第二脉冲信号控制；通过控制所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的占空比，控制所述燃料进气阀、所述空气进气阀开启的时长，以将气态燃料和空气按照预设空燃比导入所述配气腔室。

4.根据权利要求1所述的负压增焓内燃式发电设备，其中，所述往复单向齿轮箱的从动齿轮包括第一从动齿轮、第一传动齿轮、第二从动齿轮、第二传动齿轮；所述输出轴包括第一输出轴、第二输出轴；所述第一传动齿轮的直径大于所述第一从动齿轮的直径，所述第二传动齿轮的直径大于所述二从动齿轮的直径；

所述第一从动齿轮通过第一单向轴承与所述第一输出轴耦接，所述第一传动齿轮与所述第一输出轴固定连接；

所述第二从动齿轮通过第二单向轴承与所述第二输出轴耦接，所述第二传动齿轮与所述第二输出轴固定连接；

所述连杆齿条与所述第一从动齿轮、所述第二从动齿轮啮合，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮啮合；

所述第一单向轴承的转动方向与所述第二单向轴承的转动方向相反。

5.根据权利要求1所述的负压增焓内燃式发电设备，其中，所述发电机包括与所述输入轴连接的外转子，所述外转子与所述输入轴同轴；所述负压增焓内燃式发电设备还包括缓冲卷簧；所述缓冲卷簧的一端与所述输出轴连接，另一端与所述外转子连接；所述缓冲卷簧的卷绕方向与所述输出轴的转动方向一致。

6.根据权利要求1所述的负压增焓内燃式发电设备，其中，所述负压增焓内燃式发电设备还包括高压缓冲器，所述高压缓冲器的缓冲腔室通过导管与所述燃烧室连通；所述高压缓冲器用于在所述燃烧室中的燃料爆燃时储存压力，在所述活塞由上止点向下止点运动过程中释放储存的压力，以使所述燃烧室中的压力保持稳定。

7.根据权利要求1所述的负压增焓内燃式发电设备，其中，所述气缸组件还包括设置在所述燃烧室中的扰流风扇，用于将空气和气态燃料扰流混合。

8.根据权利要求1所述的负压增焓内燃式发电设备，其中，所述内燃机还包括连接在所述单向排气阀的出气口的消音器。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的负压增焓内燃式发电设备，其中，所述负压增焓内燃式发电设备还包括控制组件，所述控制组件配置为控制控制所述配气组件将气态燃料和空气按照预设空燃比导入配气腔室，控制所述点火组件点燃所述燃烧室中的燃料以推动所述活塞在所述气缸中运动，控制所述单向排气阀在所述活塞运动到下止点且燃烧室中的气压大于大气压的情况下开启，以将所述燃烧室中的气体排出。

10.一种交通工具，包括发电设备和电机，所述发电设备为根据权利要求1至9中任意一项所述的负压增焓内燃式发电设备。