CN1821557A - 连续燃烧恒功率发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种连续燃烧恒功率发动机，设置有一个独立于缸外的连续燃烧器，并设置两套独立的连杆活塞机构：压气装置和膨胀装置，该两套装置通过换气阀与连续燃烧器连接起来，可完成整个热机的功能。本发明可以达到理想多燃料轻声无烟低温纯净燃烧，不会发生燃烧爆震现象，可增大压缩比，提高膨胀比和高热效率，减少有害气体的排放。本发明的独立燃烧器，可以实现快速点火，无需压缩，实现自行启动以解决发动机在寒冷天气难启动问题问题。

Description

连续燃烧恒功率发动机
技术领域
本发明涉及车辆，是一种连续燃烧恒功率发动机。
背景技术
众所周知，现代车辆所用的发动机主要是往复活塞式内燃机。发动机本体中包含机体、曲柄连杆机构及配气机构。一般车辆多采用多缸、四冲程、水冷式内燃机(汽油机或柴油机)。活塞在气缸内往复四个单程而完成一个循环的发动机，为四冲程发动机。四冲程发动机的工作循环包括四个工作行程：进气行程、压缩行程、作功(膨胀)行程和排气行程。进气行程是向气缸内吸入空气或可燃混合气的过程。压缩行程是把吸入气缸的空气或可燃混合气压缩到燃烧室中，此时容积最小，压力和温度升高。当活塞到达上止点附近时，向燃烧室中喷入燃油与空气结合产生理化并燃烧或可燃混合气立即被火花塞发出的电火花点燃。由于混合气的迅速燃烧，温度急剧升高，气体受热膨胀产生强烈的爆发力，推动活塞由上止点向下移动，通过连杆带动旋转而作功，此即为四冲程发动机的膨胀作功行程。在作功行程接近终了时，排气门打开，废气排出。此时活塞在曲轴飞轮机构惯性力的作用下由下止点向上移动，将废气通过排气管强制排到大气中。如上所述四冲程发动机，四个冲程都是在一个缸体内连续完成的。现有结构可以理解为：其中进气、压缩二个行程是气泵工况，作功(膨胀)、和排气是气马达工况，即一种可逆工况。现有发动机的燃烧室，只是活塞上止点与气缸盖间的一小段空间，燃烧空间狭小，形状极差，而燃烧周期又很短，以每分钟6000转为例，四冲程发动机的单冲程时间为5毫秒/冲程。在5毫秒的短暂时间内‘作功行程’要完成喷射、点火、物理着火落后期、化学着火落后期及爆震限制，显然条件是十分苛刻的，这就是造成大量的氧化氮、氧化硫、一氧化碳等多种废气产生的主要原因。内燃发动机的这个固有缺陷，一直阻碍着发动机的进一步发展，也是无法解决的环境污染问题的直接原因。如上所述，现有发动机其进气和排气是同时在一个缸体内完成的，也就给进、排气的控制带来了很高的难度。且作为需要多转速的场合，比如作为汽车动力，就必须配以复杂且效率低的变速箱来改变其速比，以适应转速的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种连续燃烧恒功率发动机，改变传统四冲程内燃发动机的固有结构，以此克服现有发动机不可避免的诸如燃烧不完全、压缩比放不大、爆震问题、热效率低、大量排放有害废气污染大气及寒冷天气启动难等问题。
实现上述目的的本发明的技术构思是，设置一个独立于缸外的连续燃烧器，并设置两套独立的连杆活塞机构，使其中一套连杆活塞机构完成进气和压缩两个冲程、另一套连杆活塞机构完成膨胀做功和排气冲程。两套活塞连杆机构与独立的连续燃烧器连接起来，以完成整个热机的功能。本发明的具体技术方案是：包含有至少一个连续燃烧器、至少一对连杆活塞机构和至少一个换气阀。连续燃烧器的燃烧室上配置有燃油喷嘴、火花塞、进气口和出气口。本发明其中一个连杆活塞机构为压气装置，其在气缸体内设有一双作用活塞和导向杆，该导向杆与连杆曲轴相连接，气缸体上设有具有主进气门控制的主进气口、设有具有主排门控制的主排气口和设有具有进气门控制的二次膨胀进气口、设有排气门控制的二次膨胀排气口。本发明另一个连杆活塞机构为膨胀装置，其在气缸体内设有一连杆曲轴相连接的活塞，气缸体上设有具有进气门控制的燃烧混合燃气进气口和具有排气门控制的排气口。连续燃烧器的进气口与压气装置的主排气口相通并受主排气门控制，连续燃烧器的出气口与膨胀装置的燃烧混合燃气进气口和压气装置的二次膨胀进气口间，可经换气阀相接通；膨胀装置的排气口也经换气阀与压气装置的二次膨胀进气口接通。
如上所述，本发明在启动状态时，设在连续燃烧器燃烧室上的燃油喷嘴喷出燃油进入连续燃烧室，火花塞连续高能点火，直到燃烧稳定产生高温高压气体，换气阀把连续燃烧室出气口和压气装置的二次膨胀室进气口直接连接起来，所有连续燃烧器产生的高温高压燃气通过压气装置的二次膨胀室进气门控制，来推动压气装置气缸体内的双作用活塞向上运行而压缩空气进入连续燃烧器的燃烧室，补入新鲜空气已完成进一步的连续燃烧完成自行启动。在需要输出动力时，换气阀运行到第二位置，把连续燃烧器燃烧室的出气口与膨胀装置的进气口直接连起来，高温高压燃气通过膨胀装置的进气门控制进入膨胀室，推动膨胀装置气缸体内的膨胀活塞下行而膨胀做功；当膨胀活塞在曲轴连杆机构惯性作用下上行时，膨胀室进气门关闭，膨胀室排气门打开，膨胀室内膨胀后的燃气从排气口排出并经换气阀进入压气装置的二次膨胀室进气口，通过设在该进气口的进气门的控制，完成二次膨胀推动双作用活塞而完成压气装置之连续压缩功能。
本发明设计成成品发动机时，按功率要求可配置成由一个连续燃烧器和各一个压气装置、膨胀装置及一个换气阀组成，也可以由一个连续燃烧器和各一个、二个、三个或四个等多个压气装置、膨胀装置及换气阀组成，也可以由一个、二个、三个或四个等多个连续燃烧器和与之相对应的各一个、二个、三个或四个等多个压气装置、膨胀装置及换气阀组成。
本发明中的换气阀可以是两位四通阀或多位多通阀。
本发明的主要优点是，由于本发明的发动机燃烧器是一个独立于缸外的连续燃烧装置，其燃烧室不受空间及形状限制，所以可以达到理想多燃料低温无烟轻声纯净燃烧，减少了有害气体的排放。本发明没有传统的脉冲燃烧而是连续燃烧不会发生燃烧爆震现象，所以不存在如辛烷值十六烷值的问题，也省去了添加剂及复杂工艺。因无爆震问题，则可以增大压缩比、提高热效率及减小结构尺寸。又因发动机的四个冲程不是在同一个缸体内完成，则膨胀比得以提高，又可提高热效率。本发明的独立燃烧器，可以实现快速点火，无需压缩，实现自行启动以解决发动机在寒冷天气难启动问题问题。本发明中的膨胀装置(相当于气马达)有无级变速能力，在部分场合可以省去复杂的变速箱实现自适应可变扭力可变转速的恒功率输出，且可以实现无冲击反转，以完成车辆倒档。
附图说明
图1为本发明的结构配置示意图。
具体实施方式
图1所示实施例是本发明的一个单元组合，可由多个单元组合设计成一台实际使用的发动机。
由图1见，本单元组合发动机实施例，包含有一个连续燃烧器1、一个压气装置2、一个膨胀装置3和一个两位四通换气阀4。连续燃烧器1之燃烧室17的顶面上配置有燃油喷嘴18和火花塞19，底部设有新鲜空气进气口16和高压高温混合燃气出气口20。压气装置2的气缸体内5设有一双作用活塞10和导向杆6，该导向杆6与曲轴连杆24、23相连接，双作用活塞10把气缸体5分为上下两部分，上部分为压气室11，下部为二次膨胀室7，气缸体5的顶面上设有主进气口12和主排气口14，在主进气口12中配有主进气门13，主排气口14内配有主排气门15；在气缸体5的下部设有二次膨胀进气口21和二次膨胀排气口8，在二次膨胀进气口21内配有二次膨胀进气门22，二次膨胀排气口8内配有二次膨胀排气门9。膨胀装置3的气缸体内30设有一与曲轴连杆33、32相连接的活塞31，气缸体30上设有具有进气门26的燃烧混合燃气进气口25和具有排气门28的排气口27；本实施例中的换气阀4是一种两位四通换气阀。连续燃烧1之燃烧室17的进气口16与压气装置2的主排气口14相通并受主排气门15控制；连续燃烧器1之燃烧室的出气口20与膨胀装置3的燃烧混合燃气进气口25和压气装置2的二次膨胀进气口21间，可经两位四通换气阀4相接通；膨胀装置3的排气口27也经两位四通换气阀4与压气装置2的二次膨胀进气口21接通。

Claims (5)

1，一种连续燃烧恒功率发动机，其特征在于：包含有至少一个连续燃烧器、至少一个压气装置及一个膨胀装置和至少一个换气阀；
A.连续燃烧器之燃烧室上配置有燃油喷嘴、火花塞、进气口和出气口；
B.压气装置，其在气缸体内设有一双作用活塞和导向杆，该导向杆与曲轴连杆相连接，气缸体上设有具有主进气门的主进气口、设有具有主排门的主排气口和设有具有进气门的二次膨胀进气口、设有排气门的二次膨胀排气口；
C.膨胀装置，其在气缸体内设有一曲轴连杆相连接的活塞，气缸体上设有具有进气门的燃烧混合燃气进气口和具有排气门的排气口；
D.连续燃烧器燃烧室的进气口与压气装置的主排气口相通并受主排气门控制，连续燃烧器燃烧室的出气口与膨胀装置的燃烧混合燃气进气口和压气装置的二次膨胀进气口间，可经两位四通换气阀相接通；膨胀装置的排气口也经两位四通换气阀与压气装置的二次膨胀进气口接通。
2，根据权利要求1所述连续燃烧恒功率发动机，其特征在于：发动机可配置成由一个连续燃烧器和各一个压气装置、膨胀装置及一个换气阀组成。
3，根据权利要求1所述连续燃烧恒功率发动机，其特征在于：发动机可配置成由一个连续燃烧器和各一个、二个、三个或四个等多个压气装置、膨胀装置及多个换气阀组成。可以控制不同的膨胀装置停转或运行，以适应不同的动力需求。
4，根据权利要求1所述连续燃烧恒功率发动机，其特征在于：发动机可配置成由一个、二个、三个或四个等多个连续燃烧器和与之相对应的各一个、二个、三个或四个等多个压气装置、膨胀装置及换气阀组成。
5，根据权利要求1和2和3和4所述连续燃烧恒功率发动机，其特征在于：换气阀可以是一种两位四通阀或多个多位多通阀组成。
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