CN1877082A - 喷气动力发动机 - Google Patents

Abstract

一种喷气动力发动机，包括高压储气筒、空气压缩机构、高压喷气机构、发动机。由高压喷气机构将经过压缩的高压气体依次定时定量喷入发动机各个气缸，推动气缸内的活塞下行作功。活塞下行带动曲柄连杆机构旋转，并将动力输出。如此反复循环，达到连续作功的目的。其突出的实质性特征是利用可再生清洁空气作为动力机的能源。将经过压缩的高压空气依次喷入气缸，产生能量，推动活塞下行作功。喷气动力发动机以清洁空气作为能源，因其制取容易，使用简便，费用低廉，使喷气动力发动机的运行成本得以大幅度降低，在全球面临能源危机的现时代，应用可再生清洁空气为能源，对提高和体现喷气动力发动机的技术价值、经济价值和社会价值具有重大的现实意义。

Description

喷气动力发动机

技术领域

本发明属于机械工程中的发动机技术领域，特别是一种以清洁空气为能源的动力发动机。

背景技术

现有各种动力发动机都离不开燃料。我国现有汽车总量已超过3000万辆，加上各种农用机械和其他动力，使用燃料的动力机已超过5000万台，庞大的燃料需求使我国当前的能源形势十分严峻，能源危机日益凸现，已成为制约我国经济发展的瓶颈。有限的能源被无限制的消耗，已导致全球能源短缺，燃油价格一涨再涨，给交通运输、工农业生产、国防建设和经济发展造成很大的压力。火电厂为经济发展提供了电力，但庞大的煤炭需求给交通运输造成的压力和浪费却无法缓解，由此对环境和生态造成的污染已变成社会发展的包袱，汽车的尾气排放已占到总污染源的50％以上，更是大城市空气污染的头号杀手。能源资源的高耗和紧缺，已成为制约中国经济增长的心腹大患，并造成了严重的环境污染和生态破坏。

为了摆脱能源危机和环境污染给人类生存带来日渐严重的威胁，世界上有无数科学家花费巨资在探索和寻求可再生能源利用技术，到目前为止，在全球范围内，还没有出现以利用清洁空气为能源的动力发动机问世。

尽管出现了电动汽车，但其续航能力有限，而且废旧电池仍然会造成新的污染。

发明内容：

本发明的目的在于设计一种以可再生清洁空气为能源的喷气动力发动机。此方案的实施，在于解决现有以煤和石油为能源的动力机所面临的能源短缺危机，价格上涨危机和环境、生态严重污染等危机所引发出的技术缺陷。

具体的说，一种喷气动力发动机，其包括高压储气筒(1)、空气压缩机(10)、高压喷气机构、发动机构成；空气压缩机(10)通过高压气管(14)与高压贮气筒(1)连通，高压贮气筒(1)通过高压喷气机构与高压输气管(18)连通并将经过高压喷气机构压力调整的适合发动机工作的高压气体输入发动机，且发动机中的排气口(28)与压缩机(10)的进气口相连通；在高压贮气筒(1)内装有保证维持贮气筒内气体压力的气体压力自动补偿装置。

所述气体压力自动补偿装置包括压缩弹簧(34)、活塞(35)和活塞环(36)，活塞环装于活塞上，活塞顶在弹簧端部。

高压贮气筒是多个并联使用的，且每个贮气筒上装有气体自动释放阀。

所述的高压喷气机构由喷气自动控制器(16)、高压喷嘴(17)、高压输气管(18)构成；喷气自动控制器(16)为气体精量脉冲释放控制阀，该阀包括阀体(29)，在阀体中开有进气道，进气阀(30)装在进气道中，进气阀阀杆上装有阀门弹簧(31)，在阀杆端部有一凸轮(33)并与阀杆端部接触，凸轮(33)装在凸轮轴(32)上，切该凸轮轴通过端部的齿轮与发动机中的曲轴端头的齿轮相啮合。

所述的高压喷气机构还可以由喷气自动控制器(16)、高压喷嘴(17)、高压输气管(18)构成；喷气自动控制器(16)为气体精量脉冲释放控制阀，该阀包括阀体(29)，在阀体中开有进气道，进气阀(30)装在进气道中，进气阀阀杆上装有阀门弹簧(31)，在阀杆端部装有控制阀门开闭的电磁阀，该电磁阀由控制机构保持与发动机同步通断。

上述两种结构的喷气控制机构根据使用不同场合和要求决定。

在高压气管上还加有一个向发动机气缸喷入燃料的燃料进入管口。向气缸内喷入高压气体的同时，喷入少量燃料(在高压气管上加一个燃料进入口)，在气缸内形成高压混合气，用电火花点火，使气缸内高压混合气燃烧产生高温高压气体推动活塞下行作功，因在高压气体内喷入少量燃料，在同等作功条件下达到大幅节省燃料的目的。

在发动机气缸内装有对高压气体加热的电火花发生装置。通过该装置对喷入气缸内的高压气体进行电火花直接加热，使其体积膨胀，达到提高做功效率和节省高压气体，延长运行时间的目的。

本发明的有益效果：本发明与现有技术相比，其突出的实质性特点是以可再生清洁空气为能源的喷气动力发动机。

本发明技术特征所直接带来的有益效果：1、为可再生清洁空气能源的广泛应用提供了原创性技术方案，改变了现有动力机的能源使用方向，为可再生能源的利用开辟了新的途径。2、本发明技术有着置取容易，使用简便的特点，为有着巨大资源优势的可再生清洁空气能源的产业化应用提供了技术支撑，从根本上改变能源短缺危机。3、使喷气动力发动机的运行成本得以大幅度降低，为喷气动力发动机的应用和普及奠定了基础。4、特别是本发明利用弹簧的弹性对活塞产生压力，通过活塞对储气筒内的高压气体进行压缩，使储气筒内的高压气体始终保持喷气所需压力，直至将储气筒内的高压气体充分利用，此时，连接在喷气管路中的电磁感应阀就会自动关闭气压不足的储气筒阀门而打开下一个储气筒阀门继续给发动机喷气，活塞环用于实现活塞和高压贮气管之间密封。

本发明技术特征所产生的必然的技术效果：1、无污染排放。喷气动力发动机使用的能源是经过压缩的高压气体，除清洁的空气外，别无其他物质，喷入发动机作功后，排出的仍然是清洁空气，对环境和生态无任何污染。2、除可广泛利用固定和流动加气站外，本机自配的空气压缩机构可自行压缩高压气体，制造能源，自制自用，延长动力机运行时间。3、运行安全可靠。喷气动力发动机在运行中使用的是非易燃易爆的清洁空气，无火灾和爆炸危险，运行安全可靠。如应用于国防装备，此技术的安全效果更加突出。

喷气动力发动机以可再生清洁空气为能源，因制取容易，使用简便，成本低廉，无污染，无价值，安全可靠，使喷气动力发动机的运行成本大幅度降低，为其应用，推广和普及营建了巨大的市场条件，尤其在能源短缺，价格持续攀高，污染不断加剧，危机日益凸现的二十一世纪，本发明技术方案对体现喷气动力发动机的技术价值，经济价值和社会价值具有重大的现实意义和深远的战略意义。

本发明在结构设计上充分考虑了实用性，在高压储气筒前连接了一个起到辅助充气作用的压缩机，该压缩机采用清洁能源(如电动或者发动机本身)为动力，不仅可以在高压储气筒中压力不足时开始工作补充高压气体，而且还与发动机排气口连接，将发动机排出的压力降低的废气(该废气只是压力降低，而完全没有污染之忧)重新排入压缩机，不仅节省了能源，而且有助于大大提高本发明的续航能力。

同时，本发明将多个贮气筒并联使用的方式和设计以及维持其贮气筒内在压力的压力自动补尝装置，防止了贮气筒内压力衰减，保证了工作的可靠性和连续性。

本发明使用在城市公交车上，对于减少城市尾气污染、降低运行费用将起到重要意义。

附图说明

图1为本发明结构整体剖视图。

图2为本发明中高压储气筒结构示意。

图3为本发明中空气压缩机构图。

图4高压喷气机构图示意图。

图5为本发明中发动机曲柄连杆机构示意图。

图6为本发明中发动机结构示意图。

图7、图8均为本发明中喷气机构中喷气自动控制器原理图。

图9(a)、(b)、(c)、(d)为本发明工作冲程示意图。

图10(a)、(b)、(c)、(d)为高压贮气筒工作流程图。

图11为贮气筒并联示意图。

具体实施方式

附图1-11给出了本发明的实施方式。

为描述方便，对附图1-11种各图号标注的专用零件名称及功能解释如下：

1-高压储气筒，是储存加气站和空气压缩机输送的高压气体的专用压力容器。2-压力表，专门用以测量高压储气筒，空气压缩机和喷气自动控制器等处的气体压力的仪表。3-保险阀，保证高压储气筒内气体压力安全的专门安全装置，高压储气筒内的气体压力超过限定压力时，保险阀就会自动排气，以保证设备的安全运行。4-支架，是固定贮气筒的架体。5、6-单向进气阀：是一种用于高压气体单向通过，不能回流的专用进气阀门。7-高压气管，用于连接各处用气零件并输送高压气体的专用通道。8-传动齿轮，压缩机动力输入接口。10-空气压缩机，充分利用发动机的排出的废气，并在电动机驱动下工作，为高压贮气筒提供续航和应急的压缩空气。11-空气滤清器。12-压力表，监控压缩机工作压力。13-压力控制器，调节控制压缩机工作压力。对空气压缩机输出的高压气体的压力进行自动调节，保证输入高压储气筒内气压的安全。14-高压气管，输送压缩机输出的高压气体。15-压力表，显示高压贮气筒输出的气体压力。16-喷气自动控制器：由发动机配气机构传动，通过高压喷嘴依次定时定量向发动机各气缸喷入高压气体，推动活塞下行作功。17-高压喷嘴。18-高压气管、19-活塞、20-连杆、21-曲轴、22-飞轮、23-发动机体、24-气缸盖、25-进气门、26-排气门、27-进气口、28-排气口、29-喷气控制器本体、30-进气阀门、31-阀门弹簧、32-凸轮轴、33-凸轮、34-压缩弹簧、35-活塞、36-活塞环、37-电磁感应阀。

本发明所采用的技术方案：喷气动力发动机，包括高压储气筒、空气压缩机构、高压喷气结构、曲柄连杆结构。

高压储气筒由高压储气筒体、压力表、保险阀、支架等组成。其功能是储存加气站和空气压缩机构输送的高压气体，并通过高压喷气机构将储存的高压气体喷入发动机作功。

空气压缩机构由传动齿轮、传动齿轮轴、空气压缩机、高压气管、高压仪表、压力自动控制阀等组成。其功能是对清洁空气进行吸入并压缩，提高空气分子的单位体积密度，产生压力，并将经过压缩后的高压气体经高压管道输送到高压储气筒内，增加高压储气筒内的高压气体数量和质量，保持发动机工作所需的气体压力，维持发动机较长时间的持续运行。

高压喷气机构由喷气自动控制器、高压喷嘴、高压气管等组成。其功能是将高压储气筒内的高压气体依次定时定量喷入发动机各气缸，推动气缸内活塞下行作功。

曲柄连杆机构由活塞连杆组，曲轴，飞轮，机体等组成。它的功能是将活塞在气缸内受高压气体推动所产生的直线运动变换为旋转运动，并将能量输出。

空气压缩机的被动传动齿轮和发动机前端曲轴上的主动传动齿轮相齿合，传动齿轮装在传动齿轮轴上，传动齿轮轴用联轴器和空气压缩机的曲轴相连接，空气压缩机的进气口装有空气滤清器，出气口用高压气管和高压储气筒相连接，整个空气压缩机构用支架和喷气动力发动机的机体连接。高压储气筒上装有高压气表，保险阀，储气筒出口和压力自动控制阀相连接，压力自动控制阀通过高压器管和高压喷气机构的喷气自动控制器，高压喷嘴连接为一体，整个高压喷气机构由配气机构传动，用支架和喷气动力发动机的机体连接，高压喷嘴和发动机气缸盖上的进气口相连接。曲柄连杆机构，配气机构和现有的内燃机的结构基本形同。

其主要技术措施是：将现有的内燃机由燃油作能源改进为经过压缩的清洁空气作能源。取掉内燃机上的高压油泵和供油系统，换上本发明技术的空气压缩机构和高压喷气机构，安装上高压储气筒。空气压缩机构由曲轴前端的齿轮传动，产生出高压气体，用高压管道经压力自动控制阀将高压气体输送到高压储气筒，高压储气筒经高压气管和高压喷气机构相连接，高压喷气机构由发动机配气机构传动，定时定量依次向各气缸喷入高压气体，在瞬间产生能量，推动活塞下行作功。喷入各气缸高压气体的压力等于或大于现有内燃机燃油燃烧爆发膨胀所产生的压力。依次喷入各气缸高压气体的顺序，相同于现有内燃机各缸的点火或喷油顺序。

本发明技术方案所依据的科学原理：本发明技术方案所依据的科学原理和现有内燃机一样，都是应用高压气体的能量作功。其实质性不同点在于：现有内燃机是利用燃料(汽油或柴油)在气缸内燃烧所产生的高温高压气体推动活塞下行作功，而喷气动力发动机是将经过压缩的高压气体喷入气缸内，推动活塞下行作功。其实质性区别是利用能源的方向不同。内燃机是利用一次性矿物质能源石油，将已面临短缺危机和严重的环境、生态污染，且随着油价的持续上涨，使其运行费用越来越高，而喷气动力发动机是利用可再生清洁空气作为能源，其有着用之不竭，取之不尽的巨大资源优势和发展潜力，对环境和生态无任何污染，并具备低成本运行的独特技术条件。

本发明技术方案中，空气压缩和高压喷气技术是本技术方案中的核心技术，空气压缩机构和高压喷气机构是本技术方案中的关键设备。

本发明技术方案的工作原理：先用(蓄电池供电)起动机起动(带动)喷气动力发动机运转，预先加入高压储气筒内的高压气体由高压喷气机构依次定时定量喷入发动机各气缸，推动气缸内活塞下行作功。活塞下行带动曲柄连杆机构运转，并将动力输出。

喷气动力发动机在运转中，曲轴前端通过齿轮传动空气压缩机构转动，空气压缩机构将通过空气滤清器进入的清洁空气压缩成高压气体，被压缩的高压气体达到压力控制仪表限定的压力后，压力控制自动开启，将压缩的高压气体经高压气管输送到高压储气筒内，压力控制阀内设有止回阀，以防止高压气体倒流，高压储气筒内的高压气体通过高压管道输送到高压喷气机构，高压喷气机构由配气机构的凸轮轴传动，将高压气体依次定时定量喷入各气缸，此时，活塞已达到上止点，经高压喷气机构喷入气缸内的高压气体瞬间产生强大的推力，推动气缸内的活塞下行作功。经曲柄连杆机构将活塞下行作功的直线运动转换成旋转运动，并将能量输出。如此反复循环，使喷气动力发动机连续运转，达到利用可再生清洁空气能源作功的目的。

在本发明中发动机的做功过程。附图9由左至右依次给出了本发明发动机的进气行程、压缩行程、做功行程、排气行程。在进气行程中，进气门打开，活塞下行使气缸筒内产生中内产生真空，吸入清洁常压空气；在压缩行程中，进气门关闭，活塞上行，吸入气缸筒内的清洁空气被压缩；在做功行程中，进、排气门关闭，活塞到达上止点，高压喷气嘴喷出高压气体，推动活塞下行做功；在排气行程中，排气门打开，活塞上行，将气缸筒内的气体排出。

本发明中喷气自动控制机构中的机械控制方式结构。图7和图8分别给出了其进气阀门关闭和进气阀门打开时的结构示意图。在图7和图8中，上部的进向箭头示意来自高压储气筒的高压气体，右侧的出向箭头示意将高压气体输向高压喷嘴，左侧的箭头示意与其连通的压力表。在进气阀门关闭位置：发动机在排气、进气、压缩三个行程中，凸轮轴在非工作角度旋转，此时，进气阀门处在关闭状态。进气阀门打开位置：发动机在做功行程中，凸轮轴转到进气门位置，凸轮顶起进气阀门，进气道打开，将高压气体输送到高压喷嘴进入气缸内，推动活塞下行作功。

喷气自动控制机构中的凸轮轴安装在发动机机体一侧和曲轴平行，凸轮轴前端装有齿轮和发动机曲轴前端传动齿轮相啮合，由曲轴传动与发动机同步进行工作。

图10和图11给出了用压缩弹簧和活塞作为压力补偿装置的高压贮气管结构及其并联结构示意图。1-4号活塞式高压贮满高压气体。供气时，首先从1号高压气贮气筒开始供气，压力降低时压缩弹簧推进压缩贮气管内空间保持其内压力满足发动机所需要压力，当1号高压贮气筒内压力即使通过进一步压缩也无法满足发动机工作压力时，装在贮气筒上的气体自动释放装置电磁感应阀(37)自动关闭，同时2号贮气筒上的电磁感应阀(37)打开2号贮气筒上的放气阀连续向发动机供气。依此类推。供气线路是：高压气体从活塞式高压贮气筒内流出，经过电磁感应阀经过高压气管进入喷器自动控制器，经过其分配后从高压喷气嘴喷入发动机各气缸作功。

本发明根据单独使用高压气体或合并使用燃料可有三种方案：

第一方案：向气缸内直接喷入高压气体，推动活塞下行作功。

第二方案：向气缸内喷入高压气体的同时，喷入少量燃料(在高压气管上加一个燃料进入口)，在气缸内形成高压混合气，用电火花点火，使气缸内高压混合气燃烧产生高温高压气体推动活塞下行作功，因在高压气体内喷入少量燃料，在同等作功条件下达到大幅节省燃料的目的。

第三方案：对喷入气缸内的高压气体进行电火花直接加热，使其体积膨胀，达到提高做功效率和节省高压气体，延长运行时间的目的。

燃料指天然气经天然气储气罐，用高压管道和喷气自动控制器相通，喷入量为80％高压气体，20％为天然气，组成混合气用电火花点火爆发，产生高温高压气体，用此方法可大量节约燃料，一筒气可抵五筒气用，出租车加一筒气可行路程750公里。

Claims (7)

1、一种喷气动力发动机，其特征是包括高压储气筒(1)、空气压缩机(10)、高压喷气机构、发动机构成；空气压缩机(10)通过高压气管(14)与高压贮气筒(1)连通，高压贮气筒(1)通过高压喷气机构与高压输气管(18)连通并将经过高压喷气机构压力调整的适合发动机工作的高压气体输入发动机，且发动机中的排气口(28)与压缩机(10)的进气口相连通；在高压贮气筒(1)内装有保证维持贮气筒内气体压力的气体压力自动补偿装置。

2、根据权利要求1所述的喷气动力发动机，其特征是高压贮气筒是多个并联使用的，且每个贮气筒上装有气体自动释放阀。

3、根据权利要求1所述的喷气动力发动机，其特征是所述气体压力自动补偿装置包括压缩弹簧(34)、活塞(35)和活塞环(36)，活塞环装于活塞上，活塞顶在弹簧端部。

4、根据权利要求1所述的喷气动力发动机，其特征是所述的高压喷气机构由喷气自动控制器(16)、高压喷嘴(17)、高压输气管(18)构成；喷气自动控制器(16)为气体精量脉冲释放控制阀，该阀包括阀体(29)，在阀体中开有进气道，进气阀(30)装在进气道中，进气阀阀杆上装有阀门弹簧(31)，在阀杆端部有一凸轮(33)并与阀杆端部接触，凸轮(33)装在凸轮轴(32)上，且该凸轮轴通过端部的齿轮与发动机中的曲轴端头的齿轮相啮合。

5、根据权利要求1所述的喷气动力发动机，其特征是所述的高压喷气机构由喷气自动控制器(16)、高压喷嘴(17)、高压输气管(18)构成；喷气自动控制器(16)为气体精量脉冲释放控制阀，该阀包括阀体(29)，在阀体中开有进气道，进气阀(30)装在进气道中，进气阀阀杆上装有阀门弹簧(31)，在阀杆端都装有控制阀门开闭的电磁阀，该电磁阀由控制机构保持与发动机同步通断。

6、根据权利要求1或2或3或4或5所述的喷气动力发动机，其特征是在高压气管上还加有一个向发动机气缸喷入燃料的燃料进入管口。

7、根据权利要求1或2或3或4或5所述的喷气动力发动机，其特征是在发动机气缸内装有对高压气体加热的电火花发生装置。

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