CN1544802A - 一种降低车辆能耗的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低车辆能耗的方法及其装置，涉及车辆及发动机。把空气压缩机或罐装压缩空气通过其储气罐输出气阀门、管道与一台转换压缩空气内能为机械能的二过程发动机进气岐管连接，在输出气阀门至二过程发动机的气缸之间设置可导入大气给该发动机气缸的阀门，组成一种原从动发动机动力装置，把二过程发动机的动力输出轴与车辆驱动轮的传动装置动力连接，由驾驶员操控输出气阀门释放压缩空气量而控制该二过程发动机输出功率大小驱动车辆行驶。可同时利用无用功和或外来能量来参与作功。使车辆的行驶效率提高到70％，甚至更高；使一切人类可利用的能源可用于驱动车辆，告别人类对石油的依赖；使车辆和发动机的动力、经济、使用等性能更高，能耗和污染超低。

Description

一种降低车辆能耗的方法及其装置

                          技术领域

本发明涉及车辆及发动机，更具体地说，它涉及用一种原从动发动机动力装置驱动的车辆来降低车辆能耗的方法及其装置。

                           技术背景

内燃发动机的能耗(也称经济性能)一般用平均耗油率g/kw.h(每千瓦时多少克耗油量)来定义和衡量；对使用内燃机的车辆来说，车辆的能耗一般用平均L/100km或kg/100km(每100千米多少升或多少千克耗油量)来定义和衡量；对于使用电动机的车辆来说，车辆的能耗一般用平均kw.h/100km(每100千米耗多少千瓦时)来定义和衡量。单位路程消耗的油量或电量越少，就越显示着该车辆的能耗越少。要降低车辆的能耗的先决条件是先提高发动机效率降低能耗，但发动机的能耗低不一定车辆的能耗就低，因为还存在一个反映车辆对能量的利用率即行驶效率的因素。只有提高车辆的行驶效率，才能降低车辆能耗。

发动机，它是将某一种能量转变为机械能的机器。按能源的不同，可分为风力机、水力机、电力机(包括太阳能电力机和目前正在研究的燃料电池电力机)和热力机(包括外热机与内热机)等。风力机和水力机在车辆上没有实用价值；外热机即活塞式热气发动机又称斯特林发动机，由于各种困难的技术问题无法克服，在车辆上还没有实用价值；电力机车前景非常诱人，但电池电力机，由于目前尚不能提供储电量大、持续供电时间长、重量轻、成本低的蓄电池和低成本燃料电池，太阳能电力机因阴天和夜晚无法获得太阳能的电力机有它的局限性和实用性，同样由于利用电网取得电能的电车也有它的行驶局限性，

致使电力机在人们考虑其经济性能和实用性能下，目前还无法广泛应用于车辆上，特别是载重车辆上。

现代车辆所用的发动机主要是内燃机，车用内燃机中又以活塞式用得最多。各种内燃发动机的基本原理相似，它们的基本构造也就大同小异。汽油发动机一般由两个机构五大系组成。柴油发动机由于是压燃式，通常由两个机构四大系组成。这两类发动机把曲柄连杆机构、配气机构、润滑系、冷却系、燃料供给系、点火系(柴油机没有点火系)、起动系制造在一起，形成一体化发动机。分为四行程发动机和二行程发动机，两种发动机都需经过进气、压缩、作功、和排气四个过程完成一个循环，不同的是二行程发动机曲轴只需转一周就完成一个工作循环，而四行程发动机要转两周。二行程发动机的构造与四行程发动机也有所不同，它没有气门，而在缸壁上开有进、排气孔和换气孔，利用活塞在气缸内运动的位置来控制各孔的开、关。相对于其它的发动机来说，活塞式内燃发动机具有效率高、结构紧凑、使用和维修方便等优点，因此广泛应用于现代车辆发动机。

其实内燃发动机的热效率并不高。汽油的燃烧值46055焦/克，柴油的燃烧值42705焦/克，而现时的汽油机的热效率是20～30％，柴油机的热效率是28～45％。这表明燃料完全燃烧释放的净热量在转化为有用功的过程中有60～80％的热量(无用功)没有被利用，白白浪费掉，即浪费的热量比利用了的热量大2倍以上。从表面上看是由下述四大主要原因造成：一、燃料没有完全燃烧而损失了部分热量；二、气缸等机件的散热损失了一部分热量；三、从气缸排出的废气温度和压力还相当高，白白带走了相当多的热量；四、克服机件之间的摩擦必然要消耗一部分热量。究其内因，来自内燃发动机自身缺陷：一、由于内燃发动机的特点是燃料在发动机气缸内部燃烧，然后将燃烧产生的化学能转变为机械能，系统(燃气)推动活塞作功输出机械能后，便排出体外(有些附设涡流增压器富氧稍加利用)。可见，内燃机只把高温热源的一部分热量转化为有用功，其余部分热量被转为无用功耗散到周围低温的环境中(以传热损失、排气热损失、难以确切计算的其它损失散发出去)，导致热机效率η在45％以下。曲轴旋转时，由扭矩原理可知，当连杆与曲柄半径成90°角时，即力的作用线是以半径为r的曲柄旋转轨迹的切线时，输出扭矩最大；当连杆与曲柄半径在同一直线时，作用力指向轴心，即在0°或180°角时，输出扭矩均为0，如活塞推力不变输出扭矩应按0-最大值-0规律变化。但随着活塞向下位移气缸容积的增大，当曲柄半径与连杆成90°角时(活塞已下移到行程的40％左右)，由于燃烧产生的高温气体压力不是在等熵且有气压跟随能力下推动活塞向下移动，假设一台缸径×行程＝105×125，压缩比17的发动机，膨胀过程按p₁v₁ ^r＝p₂v₂ ^r(r＝1.2)规律变化，活塞下移到50.46mm时曲柄半径与连杆成90°角，即使燃烧时气缸中也产生了高达10MPa气压力，气缸中的压力p₂已跌至0.897MPa，就是说，气缸中的压力是下降的。这时，其作用效果与直接向气缸内输入0.897MPa压缩空气时所产生的作用效果相当。所以发动机输出扭矩最大值并不是活塞推力最大时的最大值，使内燃发动机输出扭矩甚低。而且，当活塞在上止点获得最大推力时，推力和连杆在同一直线上垂直作用于曲轴中心轴线，曲轴反作用力最大，而输出扭矩为零，使曲轴承受了汽油机3～5Mpa、柴油机5～10MPa气压产生的瞬时撞击力，稍有润滑不良和来自负载的突变阻力都会危害曲轴安全。二、由于一体化内燃发动机要加大曲柄半径和缸径增大输出扭矩必然会受到需增大燃油量、机体体积等各方面的限制，所以现时的内燃发动机曲柄半径很短(即行程短)。然而，由力矩原理可知，要产生相等的力矩时，力臂越短，所需的作用力就越大。这对特别是具有弹性的施力物体来说极为不利，使短曲柄半径内燃发动机以气体膨胀弹力——刚体——刚体模式驱动负载做功时显得十分吃力。惟有加大油门，自然耗油大，效率依然不变。三、功率一定的内燃机正常工作时，因上一循环要维持下一循环的正常工作，它的转速就不能太低，否则自动熄火。所以发动机要输出最大扭矩时，柴油机转速N需在1300～1600(转/分)中速段，不能在700～0(转/分)转速段内低速输出扭矩，汽油机亦然。这就限制了发动机施展出最大扭矩，用它驱动车辆时，使传动系结构复杂。效率低、输出扭矩小、不能低转速输出扭矩，是内燃发动机难以克服的缺陷。

实践表明，一辆以内燃发动机直接驱动的汽车影响其能耗有众多因素。主要有：一、驾驶员在行驶中不合理地加减挡和过多地制动，人为地增大发动机功率损耗(不同技术水平的驾驶员，在相同条件下驾驶同一汽车，其燃油消耗的差异可达20％～40％)；二、由于路况和阻力导致车速的变化，都通过传动系直接影响发动机的工作状态，人们只能凭据驾驶经验通过对油量与挡位的调节来适应，这就使发动机经常偏离最佳燃烧参数状态，造成燃烧不全，甚至产生大量有害的黑烟；三、由于内燃机输出的扭矩小，为了适应汽车行驶的需要，人们根据有效扭矩M、有效功率P和发动机转速N的关系公式：P＝M*N/9550，提高转速N以图获得一定的输出功率，经离合器、变速箱、驱动桥的主减速器，用变速箱改变传动比与设在驱动桥的固定传动比比值较大的主减速器二级变速大量改变传动比换取输出较大扭矩，把内燃发动机输出的动力驱动汽车行驶(有些离合器与变速箱组成无级变速器，分为高速与低速挡)，使发动机曲轴角速度与汽车的驱动轮角速度严重不同步，结果是发动机高速运行而汽车慢慢行，使汽车的能耗大；四、内燃发动机输出的机械能人们不可能按驱动轮的需要按需释放；五、发动机经常工作在怠速状态，白白烧掉一些油；六、目前重型车中的传动系为换挡的需要而设置故障多、易打滑的离合器和经常由于润滑和调整不良造成了功率损耗；七、现时车辆的一体化发动机输出的动力先克服各部分摩察阻力和驱动各辅助装置(水泵、油泵、风扇、发电机等)才用于驱动车辆行驶，水泵、风扇、发电机都是通过发动机曲轴皮带轮靠消耗发动机输出功率工作的，这皮带连动装置由于大多是水泵与风扇同轴结构，使冷却系的风扇和水泵不问发动机体温高低，是否需要降温和保温，忠实地伴随发动机一起高低速运行，人们也根本没有权利使它们按需要运行，这不仅消耗发动机输出功率，还使一体化发动机带来很多故障隐患(使用中发动机有许多故障出自此装置)。为减少发动机的功率损耗，虽然近年来有的发动机采用了风扇离合器和电磁风扇等，使风扇的转速能随发动机的温度高低而变化，但结构复杂和可靠性差很少使用。八、驱动轮需要的扭矩一般较大，而发动机直接输出扭矩一般很小，即使可用变速箱变换转速在一定程度上获取所需的扭矩，但由变速前后扭矩和转速乘积相等和P＝M*N/9550的关系可知，必须加大油门大幅提高发动机转速提高输出功率，但实践表明当发动机的转速达到一定的程度以后，再加大油门，发动机输出扭矩不仅不增加，反而要降低，结果是耗油大做有用功小。由于现时几乎都是使用一体化发动机直接驱动车辆，来自内燃发动机自身的缺陷和外界的不利因素，使一体化发动机真正用于车辆的行使效率，汽油车低至10～20％，柴油车低至18～35％，甚至更低。造成车辆能耗大，结构复杂，严重降低了发动机和车辆的经济性能与动力性能。

用途广、成本低的化石能源——石油，并不是取之不尽，用之不竭，有专家预测一百年左右就会被人类挥霍完。如何把现有的柴、煤、油、气、电、太阳能等能源应用于车辆上，如何提高发动机和车辆的效率，节约能源，降低运营成本，不影响人类发展而又减少废气污染，保护环境，达到高性能低造价，充分利用有限的资源开源节流，把石油留作它用，是人类急需解决的问题。

为解决这些问题，人们都把研究重点放在如何改善发动机的燃烧条件，例如用废气涡轮增压器把废气动能直接转为机械能给内燃机进气增压等技术措施，可把内燃机的效率提高到45％，这个废气涡轮增压器在发动机低速运行时如同虚设。又如中国专利99231791.6的《车用柴油发动机电动增压器》揭示的是将车载24V蓄电池电能逆变为380V的交流电去驱动发动机的电动增压器，以使燃料充分燃烧，但消耗用发动机输出功率换来的电能，对降低能耗帮助不大。同时还研究出以石油气、氢气、燃料电池等为能源的还未能普及的环保型小汽车和公交车，但未能升级到解决主要污染源之一载重车。人们也努力寻求其它解决方法，如国际专利申请PCT.KR94/0001794.3.4的《用压缩空气作动力的发动机》，它揭示的是由蓄电池提供电能的电动机去驱动压气机装置产生压缩空气，再把一种发动机通过进气岐管接到压缩空气输出端，以提供一种不用燃烧燃油来驱动的发动机和一种比传统内燃机更紧凑的发动机。由于该发动机局限于相邻的2个曲拐的相对位置直角布置于曲轴转角上，没设有润滑系，与空气压缩机连接时没设置防止因输出气阀门关断气源活塞还作往复惯性运动在气缸中产生真空阻力的可单向导入大气给发动机气缸的阀门等因素，使该装置未能作发动机使用，更未曾涉及怎样去驱动车辆降低车辆的能耗。中国专利03105264.9《一种双发动机的混联式混合动力汽车》揭示的是依据车速高低选择大小发动机来驱动汽车行驶；中国专利02132856.0的《一种新型的混合动力汽车动力总成》揭示的是用电池电能驱动的电动机辅助内燃发动机驱动汽车。它们由于都是使用一体化发动机或电动机或混合动力直接驱动车辆，未能把机械能高效地发挥在车辆的行驶上，未回收无用功参与作功等因素，使车辆行驶效率低、能耗大。

                           发明内容

本发明的目的：之一就是提供一种降低车辆能耗的方法；之二提供实现降低车辆能耗的方法的可作发动机使用的一种原从动发动机动力装置，使它具有较高动力性能和经济性能，可回收无用功和或利用外来能量参与作功；之三提供实现降低车辆能耗的方法的一种二过程发动机，使它能转换压缩空气内能为机械能输出动力；之四提供一种实现进一步降低车辆能耗的方法的体积小、重量轻、可使本发明多流体工质混合换热且换热效果更好的套管式换热器；之五提供实现降低车辆能耗的方法的一种用四端阀门操作装置换向的用原从动发动机动力装置驱动的车辆，使车辆省却变速箱也具有前进与倒车功能，操控输出气阀门释放压缩空气量就能操纵车辆行驶；之六就是提供实现降低车辆能耗的方法的一种配用变速箱的用原从动发动机动力装置驱动的车辆，扩展二过程发动机的变矩范围，操控输出气阀门释放压缩空气量就能操纵车辆行驶。

本发明取用下述的方法降低车辆的能耗：把作原动发动机的空气压缩机或罐装压缩空气通过其储气罐输出气阀门、管道与一台转换压缩空气内能为机械能，作从动机的二过程发动机进气岐管连接，在输出气阀门至二过程发动机的气缸之间设置可单向导入大气给二过程发动机气缸的阀门，组成一种原从动发动机动力装置，把二过程发动机的动力输出轴与车辆驱动轮的传动装置动力连接，由驾驶员操控输出气阀门释放压缩空气量而控制二过程发动机输出功率大小驱动车辆行驶。

在上述基础上还可以分别或组合地取用下述方法进一步降低车辆能耗：

用原从动发动机动力装置的无用功热量和或外来热量加热压缩空气增大内能，使二过程发动机输出的机械能可包含无用功和或外来能量。

用发电装置把原从动发动机动力装置的发动机排出气含有的能量回收转换为电能，供给电气设备及其它耗电设备。

利用二过程发动机作压气机产生的压气阻力来制动车辆，把惯性动能转换为可利用的压缩空气。

一种降低车辆能耗方法的所述的一种原从动发动机动力装置，由空气压缩机或罐装压缩空气、阀门、管道、二过程发动机、消声器组成，空气压缩机或罐装压缩空气通过其储气罐输出气阀门、管道与一台转换压缩空气内能为机械能的二过程发动机进气岐管连接，发动机的排气端接消声器，在输出气阀门至二过程发动机的气缸之间设置的可单向导入大气给二过程发动机气缸的阀门与该发动机进气管相通连接，该阀门与输出气阀门互为开关状态，使驾驶员操控输出气阀门释放压缩空气量可控制二过程发动机输出功率大小。

在上述的一种原从动发动机动力装置基础上，还可以分别或组合地附加下述装置：

设置有加热压缩空气的装置，增大压缩空气内能。

所述空气压缩机的发动机是内燃机，内燃机和或二过程发动机的排气端至消声器之间设置有至少一个发电装置，把排出气含有的能量回收转换为电能。

空气压缩机的内燃发动机和或压气机的进气端设置有由回收的电能驱动的电动增压器，改善燃烧条件和减轻进气阻力。

空气压缩机并联有靠消耗回收的电能工作的电动空气压缩机产生压缩空气，缩短它的运行时间。

所述空气压缩机的发动机是内燃机，它的冷却系是由管道连接发动机水套进出水端、温控电动水泵、温控电动风冷散热器、换热器组成的可控热力循环装置。

为使作功机械的冷却水和或排出气体含有的热更好地用于加热压缩空气，本发明使用了一种套管式换热器，它由至少一条中空小管套入一条中空大管中，大管两端分别引出Y字形大小管接口构成，使冷热工质通过小管壁隔离传热实现换热。

一种降低车辆能耗方法的所述的一种二过程发动机，由曲柄连杆机构、配气机构、润滑系组成，二过程发动机至少有3个以上的n个曲拐数，各曲拐的相对位置按360°/n均匀布置于曲轴转角上，各连杆轴颈连接的活塞数相等；活塞从上止点下移至下止点过程为作功过程，其间进气门开，排气门关，活塞从下止点上移至上止点过程为排气过程，其间进气门关，排气门开，曲轴旋转一周完成一个循环中的作功、排气二个过程，曲轴把活塞连杆组传来的力转变为扭矩输出机械能。

当选定二过程发动机其中一端为进气端时，则另一端为排气端，曲轴可以顺时针或逆时针旋转把活塞连杆组传来的力转变为扭矩输出机械能。

本发明所提出的降低车辆能耗的方法，可用下述两种车辆实现：

第一种用四端阀门操作装置换向的用原从动发动机动力装置驱动的车辆，由发动机、底盘、车身、电气设备组成，发动机是一种原从动发动机的动力装置，该动力装置设有使二过程发动机换向的四端阀门操作装置，所述四端阀门操作装置A端与原从动发动机的动力装置输出压缩空气端管道连接，D端与二过程发动机的进气岐管连接，C端与二过程发动机的排气岐管连接，B端为可接消声器的排气端，BD管间的阀门[e]与AC管间的阀门[f]为连动阀门、BC管间的阀门[g]与AD管间的阀门[d]为连动阀门，两连动阀门是互为开关状态阀门，对应于二过程发动机的顺转与逆转，与驾驶员操纵的前进挡与倒车挡对应连接，二过程发动机动力输出轴与车辆驱动轮传动装置动力连接，输出气阀门通过联接件与驾驶室的气门开关连接，由驾驶员控制气门开关释放压缩空气量和操作四端阀门操作装置换向驱动车辆前进或倒车行驶。

第二种配用变速箱的用原从动发动机动力装置驱动的车辆，由发动机、底盘、车身、电气设备组成，发动机是一种原从动发动机的动力装置，二过程发动机动力输出轴直联变速箱输入轴，变速箱输出轴与车辆驱动轮传动装置动力连接，输出气阀门通过联接件与驾驶室的气门开关连接，由驾驶员控制气门开关释放压缩空气量驱动车辆行驶。

本发明用一种原从动发动机动力装置做车辆的发动机来驱动车辆，回收无用功和或外来能量参与作功，用控制释放压缩空气量来操控驱动车辆行驶等技术措施，对发动机和车辆都换来了目前技术难以达到的技术效果：

(1)对内燃机及其车辆来说，节约了燃油，减少了有害气体的产生和废气的排放量，对于抑制全球气候变暖有着重要意义。由于内燃机可随储气罐气压高低工作于开关机状态，内燃机可选择低污染燃料，只用二过程发动机间接地驱动负载，这样无论负载阻力变化如何、运行快慢，司机加“油”(指放气)快慢，都与内燃机无关，这就不仅撇开了外来因素对它的影响，延长了内燃机的寿命，使燃料可以在内燃发动机内以最佳燃烧参数状态充分燃烧，尽可能把热量转化为机械能，无需维持发动机怠速，还提高了经济效益。

(2)提高了电动车辆的实用性。由于可用孤立电源供电的电动机驱动压气机做原从动发动机动力装置的原动机，电能可转换成压缩空气内能积蓄释放，又可用外来能量把压缩空气的内能提高许多倍，无疑延长了孤立电源放电时间，使小功率原动机具有大功率发动机作用效果，使孤立电源电动车辆获得较高的动力性能和经济性能。

(3)只要压气机的发动机能转换的，各种形式的能量都可以转换为压缩空气应用于驱动车辆。因为空气压缩机的发动机只要能驱动压气机产生压缩空气都可以是，构成原从动发动机动力装置的原动机既可是空气压缩机又可是罐装的压缩空气，这样人们就可利用一切可利用的能源制备压缩空气，将能源的能量转变为压缩空气这种能量应用于车辆上，不致于目前局限于石油。油站给车辆加上的是非常环保、安全、廉价的“液化油”——压缩空气。空气是取之不尽，用之不竭的客观物质。通过压缩方式赋予它能量就可以使用，无论储藏、来源、运输等都比其它能源容易，成本极低。车辆随车携带内燃机式空气压缩机仅是为了方便地生产压缩空气和充分利用内燃机的无用功。

(4)大幅度提高了车辆的动力性能和经济性能。由于向二过程发动机气缸充入压缩空气推动活塞移动时，其压力升高的，曲柄半径与连杆成90°角时就可以输出最大扭矩；因不像内燃机受各方面的限制，就可尽可能地加大曲柄半径或缸径换取输出强劲的扭矩；由于二过程发动机既能在高速下输出扭矩，又能在700～0(转/分)低速下输出扭矩，对一定功率的发动机来说，它的转速越低输出扭矩就越大，几方面都有利于发动机输出强劲的扭矩，这样车辆的传动比就可以相应降低，从而使车辆跑得快能耗低。

(5)车辆的传动系变得简单。由于二过程发动机设置了可单向导入大气防止产生真空阻力的阀门，其动力输出端就可以直接驱动轮传动装置驱动车辆，其动力输出有无仅取决于是否释放了压缩空气，已起到动力分离作用、无断传动、可换向输出动力功能，这就可省却离合器、传动轴，甚至变速箱。

(6)减少了人为损耗。由于驾驶员控制释放的仅是压缩空气，必须作功后才能排到大气中，驾驶员所加的每一脚“油”都发挥出它的经济效益，而且车辆制动的惯性动能损失可得到再生利用。

(7)可缩小发动机装车功率。由于回收发动机耗散的无用功参与作功，使负载获得的有用功接近发动机消耗的总能量，例如当热机效率相同40％时，一台10千瓦原动机组成的原从动发动机动力装置的作用效果就几乎相当于现时一台25千瓦的一体化发动机的作用效果。

(8)内燃发动机的冷却系简单而可控。由于可用温控电动水泵驱动冷却水作可控热力循环，使发动机能保持在80～90℃最佳温度范围内，使故障多且需消耗发动机输出功率盲目工作的风扇水冷降温系统变为故障少而简单可控又无需消耗功率。

(9)汽车驾驶变得简单。因为空气压缩机具有自动开关机功能，而无需驾驶员操控其发动机，担心换挡不快车速影响发动机转速需退挡或造成发动机息火，用阀门就可以控制输出功率大小和车速的快慢，对大小车辆的驾驶只需掌握好操控释放压缩空气量、方向盘和制动三种操作就可以了。

(10)可大幅度提高内燃机用于车辆的行驶效率。由于原从动发动机动力装置能把内燃机有用功高效地用于车辆的行驶上，也能回收无用功参与作功，若无用功的回收量达50％以上，那么内燃机用于车辆的行驶效率将可提高到70％，甚至更高。

                           附图说明

附图1，是一种原从动发动机动力装置示意图。

附图2，是组合地附加了一些装置进一步降低发动机能耗的一种原从动发动机动力装置示意图。

附图3，是一种用四端阀门操作装置换向的用原从动发动机动力装置驱动的车辆示意图。

附图4，是一种配用变速箱的用原从动发动机动力装置驱动的车辆示意图。

                           具体实施方式

因为用电动空气压缩机和罐装压缩空气作原动机时的实施例与用内燃机式空气压缩作原动机时的实施例大同小异，下面结合附图，以内燃机式空气压缩机2作原动机为例对本发明作进一步说明。

图1，是一种原从动发动机动力装置，由空气压缩机2及其空气滤清器1、阀门(3、4)、管道、消声器5、二过程发动机6组成，空气压缩机通过其输出气阀门3、管道与一台转换压缩空气内能为机械能的二过程发动机6进气岐管连接，二过程发动机6和空气压缩机内燃发动机的排出气经消声器5进入大气层，设置在输出气阀门3至二过程发动机的气缸之间的可导入大气给二过程发动机进气气缸的阀门4与进气管相通连接，该阀门4与输出气阀门3互为开关状态，使驾驶员通过操控输出阀门3释放压缩空气量控制二过程发动机6输出功率大小。在输出气阀门至二过程发动机的气缸之间设置防止因输出气阀门关断气源活塞还作往复惯性运动使气缸中产生真空阻力的可单向导入大气给二过程发动机气缸的阀门是必要的，否则当与负载动力连接时，这个真空阻力轻则起制动作用，重则足以损坏机件。正因为有此功能，停了车的时候，关闭此阀门就起手刹制动作用，在行车途中可用于充当紧急措施的制动。

所述的一种二过程发动机，可由曲柄连杆机构、配气机构、润滑系组成，二过程发动机至少有3个以上的n个曲拐数，各曲拐的相对位置按360°/n均匀布置于曲轴转角上，各连杆轴颈连接的活塞数相等；活塞从上止点下移至下止点过程为作功过程，其间进气门开，排气门关，活塞从下止点上移至上止点过程为排气过程，其间进气门关，排气门开，曲轴旋转一周完成一个循环中的作功、排气二个过程，曲轴把活塞连杆组传来的力转变为扭矩输出机械能。因为二过程发动机各曲拐的相对位置按360°/n均匀布置于曲轴转角上，任何时候都至少有一个气缸处于充气行程，也至少有一个气缸处于排气行程，压缩空气的压力传播速度达每秒数百米，活塞往复运动的速度一般每秒小于10米，气缸内部空间又很小，压缩空气在输出压力跟随下在气缸中的压力升高速度远大于由于活塞下移空间增大引起气缸压力降低速度，所以活塞在压缩空气的压力跟随作用下能推动曲轴旋转起来输出机械能，在输出气阀门节流控制下可方便地控制二过程发动机输出功率大小。因为二过程发动机具有这样的结构，只要把它进气端与排气端对换，就可以方便地改变它顺时针或逆时针旋转方向。它的构造和现时的多缸四行程发动机原理一样，只需改动凸轮配气机构为一个循环内完成充气作功过程和排气行程。随着电子技术的发展，配气机构还可以取用电气线路控制的电动阀门配气。显现，二过程发动机构造没有内燃机那么复杂，选材也没有那么苛刻。二过程发动机一经定型，就有固定的曲柄半径和缸径值，但只要改变空气压缩机输出压力，就可得到不同的输出扭矩和输出功率，即二过程发动机的输出功率正比于公式：P＝M*N/9550中的扭矩M，而M又正比于曲柄半径和活塞的推力，这与内燃机的输出功率正比于公式：P＝M*N/9550中的N有截然不同的区别。

图2，是在图1基础上是组合地附加了一些装置进一步降低发动机能耗的一种原从动发动机动力装置。大气——空气滤清器1——电动增压器7——空气压缩机2的内燃机——发电装置9——换热器15——消声器5——大气，顺序连接形成以燃气为工质的第一热力循环。大气——空气滤清器1——电动增压器7——空气压缩机2和电动空气压缩机8的压气机——输出气阀门3——换热器14——换热器15——加热装置17——二过程发动机6——发电装置16——换热器15——消声器5——大气，顺序连接形成以空气为工质的第二热力循环。发电装置[9、16]正极——二极管[D1、D2、D3、D4]并网分流电路——(一路去蓄电池19、电气设备及自动控制装置18，一路经继电器K去加热装置17)——接地10，顺序连接形成以电荷为工质的电力循环。空气压缩机2的内燃机水套——换热器14——温控电动水泵13——温控电动风冷散热器11——空气压缩机2的内燃机水套，顺序连接形成以冷却水为工质的热力循环装置。设在内燃机水套的温度传感器与自动控制装置18信号取样端电连接，温控电动水泵13和散热器11的温控电动风扇12与自动控制装置18电连接。电动机运行的温度设置可以这样：温控电动水泵13在水温大于40℃时开始运行，低于40℃时停止，温控电动风扇12在水温大于85℃时开始运行，低于70℃时停止。电动增压器7可由空气压缩机2的气压开关控制其开与关。并联的电动空气压缩机8由自动控制装置18控制其开与关。继电器K可与输出气阀门3同步开关，使加热装置17在释放压缩空气时才发热。压气机的冷却水也可用冷却水热力循环装置进行循环冷却。

由于压缩空气内能的大小主要由温度决定，加热它就可以把压缩空气内能增大许多倍，使二过程发动机输出机械能远大于原动机输出的能量。可取用外加热和内加热两种加热方法：外加热就是在储气罐外或在压缩空气的输送管道外将压缩空气加热增大内能；内加热就是使燃料在压缩空气中燃烧的加热方法或电热方法将压缩空气加热增大内能。内燃烧和内电热加热的优点热效率高、燃料得到充分燃烧。外加热的优点是可把原从动发动机动力装置内燃发动机的冷却水和排出的废气、压气机的冷却水含有的热量通过换热器用来加热压缩空气，还可以用燃烧：柴、煤、油、气的加热装置、电热装置、太阳能等来加热压缩空气。外热加热热源按温度从低到高顺序排列加热压缩空气效果较好，因输出气阀门刚释放的压缩空气有致冷作用，冷却水温度较低且需降温，它应排在靠输出气阀门端。如图中对压缩空气的加热，换热器14是用冷却水，换热器15是用内燃机排出的废气和二过程发动机排出的乏气回热，加热装置17可以是外热或内热。所述的换热器最好采用本发明特别设计的换热器，它由至少一条中空小管套入一条中空大管中一齐弯成螺旋管，两端分别引出Y字形大小管接口构成，冷热工质通过小管壁隔离传热实现换热。具有结构简单、体积小、重量轻、多种工质可同时换热的优点，逆流使用换热效果较好。

内燃发动机和二过程发动机的排出气含有很高的动能和热能。为回收它，由图中(9、16)设在排出气管路的涡轮或气轮发电机装置把它转换电能，供给电气设备和其它耗电设备(电动机、电热器等)。本发明不限于图中所示连接的发电装置个数，可根据实际情况串联多少个发电机装置，提高回收率。热量可用热电偶、蒸气涡轮发电装置回收，但效率比前者低。要使一个或多个发电机同时向蓄电池等电气设备供电又用于加热压缩空气而又不消耗蓄电池的电，图中的二极管D1～D4组成的并网分流电路就起此作用。设置回收无用功发电装置后，若一体发动机再设消耗功率的皮带发电装置显得多余，应省去这个多故障的皮带传动系统。

所述的空气压缩机可取用市售商品。空气压缩机具备了可以把发动机输出的机械能变为以压力形式积蓄和传递的压缩空气内能，在额定输出压力某一设定压力范围内自动开机与关机或自稳压的特有功能。额定输出气压力有些高达几十兆帕，每分钟产气量有些高达100立方米。既有内燃机驱动的，也有电动机驱动的。内燃机式空气压缩机组最好使用同时具有自动设置最佳燃烧参数状态、气压起动和电动机起动、电动增压器、冷车可选怠速运行预热功能的，它为提高车辆经济性、能延长发动机寿命和使用方便带来极大的好处。

图3，是一种用四端阀门操作装置换向的用如图2所示的原从动发动机动力装置驱动的车辆，由发动机、底盘、车身、电气设备组成，与现有技术不同的是发动机是一种原从动发动机的动力装置，该动力装置设有使二过程发动机6换向的四端阀门操作装置，所述四端阀门操作装置A端与原从动发动机的动力装置输出压缩空气端管道连接，D端与二过程发动机6的进气岐管连接，C端与二过程发动机6的排气岐管连接，B端为可接消声器的排气端，BD管间的阀门[e]与AC管间的阀门[f]为连动阀门、BC管间的阀门[g]与AD管间的阀门[d]为连动阀门，两连动阀门是互为开关状态阀门，对应于二过程发动机6的顺转与逆转，与驾驶员操纵的前进挡与倒车挡对应连接，二过程发动机动力6输出轴与车辆驱动轮传动装置20动力连接，输出气阀门通过联接件与驾驶室的气门开关连接，由驾驶员控制气门开关释放压缩空气量和操作四端阀门操作装置换向驱动车辆前进或倒车行驶。

所述的四端阀门操作系统，由四条带阀门的AD、AC、DB、BC管头尾相通连接引出四端接口组成。因输出气阀门关闭时，导入大气阀门开启提供进气，二过程发动机6与负载动力连接，活塞还作往复惯性运动压缩大气，故图中阀门21关闭时，则与单向阀门22和储气罐23构成了制动时回收车辆惯性动能的装置。阀门21可与制动装置联动。回收所得的压缩空气可用于制动车辆或反馈给储气罐等用途。

此车辆的优点是完全省却了变速箱，操作简单，缺点是当空气压缩机的额定输出气压力一经确定，输出扭矩只能在0至额定压力值间变化，输出扭矩带宽窄(指输出扭矩从0牛顿*米至最大值牛顿*米范围)。

图4，是一种配用变速箱的用如图2所示的原从动发动机动力装置驱动的车辆，由发动机、底盘、车身、电气设备组成，与现有技术不同的是发动机是一种原从动发动机的动力装置，二过程发动机6动力输出轴直联变速箱24输入轴，变速箱24输出轴与车辆驱动轮传动装置20动力连接，输出气阀门通过联接件与驾驶室的气门开关连接，由驾驶员控制气门开关释放压缩空气量驱动车辆行驶。

阀门21、单向阀门22和储气罐23构成制动时回收车辆惯性动能的装置，其原理同上所述。

此车辆虽然使用了变速箱，当空气压缩机的额定输出气压力一经确定，输出扭矩不仅能在0至额定压力值间变化，而且还能在变速箱的变矩范围变化，使输出扭矩带宽得延伸，有利于载重车辆的爬坡和起步。

由于可分别或多种组合地附加一些部件或装置在图1的基础上构成多种技术方案原从动发动机动力装置，所以实现本发明所提出的降低车辆能耗的方法的车辆，就不限于这里所列的实施例，凡用本发明所提出的降低车辆能耗的方法的所有车辆也均应当在本发明的保护之内。

Claims (17)

1、一种降低车辆能耗的方法，把空气压缩机或罐装压缩空气通过其储气罐输出气阀门、管道与一台转换压缩空气内能为机械能的二过程发动机进气岐管连接，在输出气阀门至二过程发动机的气缸之间设置可单向导入大气给二过程发动机气缸的阀门，组成一种原从动发动机动力装置，把二过程发动机的动力输出轴与车辆驱动轮的传动装置动力连接，由驾驶员操控输出气阀门释放压缩空气量而控制二过程发动机输出功率大小驱动车辆行驶。

2、根据权利要求1所述的一种降低车辆能耗的方法，其特征是：用原从动发动机动力装置的无用功热量和或外来热量加热压缩空气增大内能，使二过程发动机输出的机械能可包含无用功和或外来能量。

3、根据权利要求1所述的一种降低车辆能耗的方法，其特征是：用发电装置把原从动发动机动力装置的发动机排出气含有的能量回收转换为电能，供给电气设备及其它耗电设备。

4、根据权利要求2所述的一种降低车辆能耗的方法，其特征是：用发电装置把原从动发动机动力装置的发动机排出气含有的能量回收转换为电能，供给电气设备及其它耗电设备。

5、根据权利要求1至4任一项所述的一种降低车辆能耗的方法，其特征是：利用二过程发动机作压气机产生的压气阻力来制动车辆，把惯性动能转换为可利用的压缩空气。

6、实现权利要求1所述的一种降低车辆能耗方法的所述的一种原从动发动机动力装置，由原动发动机空气压缩机或罐装压缩空气、阀门、管道、从动发动机二过程发动机、消声器组成，其特征是：空气压缩机或罐装压缩空气通过其储气罐输出气阀门、管道与一台转换压缩空气内能为机械能的二过程发动机进气岐管连接，发动机的排气端接消声器，在输出气阀门至二过程发动机的气缸之间设置的可单向导入大气给二过程发动机气缸的阀门与该发动机进气管相通连接，该阀门与输出气阀门互为开关状态，使驾驶员操控输出气阀门释放压缩空气量可控制二过程发动机输出功率大小。

7、根据权利要求6所述的一种原从动发动机动力装置，其特征是：设有加热压缩空气的装置，增大压缩空气内能。

8、根据权利要求6所述的一种原从动发动机动力装置，其特征是：所述空气压缩机的发动机是内燃机，内燃机和或二过程发动机的排气端至消声器之间设置有至少一个发电装置，把排出气含有的能量回收转换为电能。

9、根据权利要求7所述的一种原从动发动机动力装置，其特征是：所述空气压缩机的发动机是内燃机，内燃机和或二过程发动机的排气端至消声器之间设置有至少一个发电装置，把排出气含有的能量回收转换为电能。

10、根据权利要求8或9所述的一种原从动发动机动力装置，其特征是：空气压缩机的内燃发动机和或压气机的进气端设置有由回收的电能驱动的电动增压器，改善燃烧条件和减轻进气阻力。

11、根据权利要求8或9或10所述的一种原从动发动机动力装置，其特征是：空气压缩机并联有靠消耗回收的电能工作的电动空气压缩机产生压缩空气，缩短它的运行时间。

12、根据权利要求6所述的一种原从动发动机动力装置，其特征是：所述空气压缩机的发动机是内燃机，它的冷却系是由管道连接发动机水套进出水端、温控电动水泵、温控电动风冷散热器、换热器组成的可控热力循环装置。

13、实现权利要求1所述的一种降低车辆能耗方法的所述的一种二过程发动机，由曲柄连杆机构、配气机构、润滑系组成，其特征是：二过程发动机至少有3个以上的n个曲拐数，各曲拐的相对位置按360°/n均匀布置于曲轴转角上，各连杆轴颈连接的活塞数相等；活塞从上止点下移至下止点过程为作功过程，其间进气门开，排气门关，活塞从下止点上移至上止点过程为排气过程，其间进气门关，排气门开，曲轴旋转一周完成一个循环中的作功、排气二个过程，曲轴把活塞连杆组传来的力转变为扭矩输出机械能。

14、根据权利要求13所述的一种二过程发动机，其特征是：当选定二过程发动机其中一端为进气端时，则另一端为排气端，曲轴可以顺时针或逆时针旋转把活塞连杆组传来的力转变为扭矩输出机械能。

15、实现权利要求1所述的一种降低车辆能耗方法的一种用四端阀门操作装置换向的用原从动发动机动力装置驱动的车辆，由发动机、底盘、车身、电气设备组成，其特征是：发动机是一种原从动发动机的动力装置，该动力装置设有使二过程发动机换向的四端阀门操作装置，所述四端阀门操作装置A端与原从动发动机的动力装置输出压缩空气端管道连接，D端与二过程发动机的进气岐管连接，C端与二过程发动机的排气岐管连接，B端为可接消声器的排气端，BD管间的阀门[e]与AC管间的阀门[f]为连动阀门、BC管间的阀门[g]与AD管间的阀门[d]为连动阀门，两连动阀门是互为开关状态阀门，对应于二过程发动机的顺转与逆转，与驾驶员操纵的前进挡与倒车挡对应连接，二过程发动机动力输出轴与车辆驱动轮传动装置动力连接，输出气阀门通过联接件与驾驶室的气门开关连接，由驾驶员控制气门开关释放压缩空气量和操作四端阀门操作装置换向驱动车辆前进或倒车行驶。

16、实现权利要求1所述的一种降低车辆能耗方法的一种配用变速箱的用原从动发动机动力装置驱动的车辆，由发动机、底盘、车身、电气设备组成，其特征是：发动机是一种原从动发动机的动力装置，二过程发动机动力输出轴直联变速箱输入轴，变速箱输出轴与车辆驱动轮传动装置动力连接，输出气阀门通过联接件与驾驶室的气门开关连接，由驾驶员控制气门开关释放压缩空气量驱动车辆行驶。

17、实现权利要求2所述的一种降低车辆能耗方法的一种专用套管式换热器，其特征是：它至少一条中空小管套入一条中空大管中，大管两端分别引出Y字形大小管接口构成。

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