CN201461071U

CN201461071U - 直喷式压缩空气燃油混合动力发动机

Info

Publication number: CN201461071U
Application number: CN2009201117074U
Authority: CN
Inventors: 张国强
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2019-07-22

Abstract

直喷式压缩空气燃油混合动力发动机。本实用新型涉及一种压缩空气燃油混合动力发动机，属于内燃机技术领域。本装置在现有的直喷式内燃机的基础上增加了空气共轨管、空气喷射器、空气压缩机三个装置，并修改了凸轮轴，即增加另一套与燃油直喷高压共轨装置结构相同的空气装置，空气共轨管连接空气喷射器，空气共轨管的进气口与空气压缩机连接；凸轮轴所装的排气凸轮上设置两段突起的排气行程段，曲轴的正时齿轮与凸轮轴齿轮传动比为3。本实用新型结构紧凑简单，体积小，控制方便灵活，制造相对简单，成本相对低廉；解决了现有技术的漏气和气源受限的问题。

Description

直喷式压缩空气燃油混合动力发动机

所属技术领域

本实用新型涉及一种压缩空气燃油混合动力发动机，属于内燃机技术领域。

背景技术

目前，内燃机上各种先进技术的应用已经十分普遍，但其工作热效率似乎已经达到了一个发展瓶颈，对于柴油机，工作热效率大约在40％～50％之间，而汽油机则更低，工作热效率在20％～40％之间^[1]。在全球资源日益匮乏的今天，国家乃至全球对节能减排的大力倡导，为此是否可以找到适合的途径来提高内燃机的热效率，使其进一步向节油和低排放方向靠拢。面对内燃机污染排放、石油资源匮乏所带来的挑战，人们研发了多种具有低能耗、低污染特点的新型发动机，主要包括电动发动机、燃料电池发动机、空气动力发动机、混合动力发动机等，其中压缩空气燃油混合动力发动机已成为研究热点之一。而目前国内压缩空气燃油混合动力发动机尚处在探索研究阶段，主要存在漏气、压缩空气控制困难和供给量有限，能量利用率不高的问题^[2]。

[1]周龙保.内燃机原理[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]瞿昕，俞小莉，刘忠民.压缩空气/燃油混合动力的研究[D].浙江大学学报(工学版)，2006年4月，第4期40卷.

发明内容

本实用新型的目的是提供一种为了直喷式压缩空气燃油混合动力发动机，它可较好地解决如下问题：

①目前国内的压缩空气燃油混合动力发动机尚处在研究探索阶段，主要存在压缩空气量受储气灌大小的限制，容易漏气，压缩空气利用率不高以及控制困难的问题；

②目前国内的压缩空气燃油混合动力发动机原型多半使用压缩空气发动机与内燃机相结合的方式，只是普通的组合，没有真正将压缩空气发动机与内燃机融合。一方面气缸余热利用率不高，另一方面整个混合动力发动机体积较大，储气罐安放需要考虑安全和体积问题。

③目前的压缩空气燃油混合动力发动机考虑到结构、体积、安全等因素将很难实际应用。

实现本实用新型的上述目的所采取的技术方案是：

在目前现有的直喷式内燃机的基础上增加了空气共轨管、空气喷射器、空气压缩机三个装置，并修改了凸轮轴，使发动机变为六行程，这样就形成了新型的压缩空气燃油混合动力发动机。即，增加设置另一套与燃油直喷高压共轨装置结构相同的压缩空气共轨装置，空气共轨管连接空气喷射器，空气共轨管的进气口与空气压缩机连接；根据发动机的六冲程工作过程中排气凸轮两次打开气门的动作要求，在凸轮轴所装的排气凸轮上设置两段突起的排气行程段，曲轴的正时齿轮与凸轮轴齿轮传动比为3。

在所述的空气共轨管的进气口与空气压缩机之间还连接有一储气罐；进气凸轮和排气凸轮的突起段对应发动机的六冲程都设置成60°的圆心角，排气凸轮的第一排气段与第二排气段之间隔有120°圆心角的的圆弧段.

本发动机的空气共轨管和空气喷射器的安装位置与燃油共轨管和燃油喷射器相对称，也可根据实际情况在其他合适位置安装。

空气共轨管主要起到缓冲压缩空气，使压缩空气压力保持恒定，维持每个气缸压缩空气喷射量恒定的作用。以四缸发动机为例，空气共轨管的圆柱面上的四个开口与四个空气喷射器相连接，两端的开口分别接储气罐(3)和压缩空气回流管。

空气喷射器与燃油喷射器类似，用于定量和定时的喷射压缩空气，由ECU(发动机电子控制单元)控制。

空气压缩机用于产生一定压力的压缩空气，通过皮带由曲轴带动产生压缩空气。

本实用新型在不改变原有内燃机总体结构的前提下，结合目前比较成熟的高压共轨和燃油直喷技术，通过加装第二类共轨管——压缩空气共轨管，以及第二类喷射器——压缩空气喷射器，将压缩空气直接喷入气缸吸收燃油燃烧做工产生的余热，膨胀后二次做工，从而有效利用内燃机中的余热，提高发动机热效率。这种改进的内燃机可以达到节约燃油的目的，同时解决目前压缩空气燃油混合动力发动机的漏气问题；另一方面由于压缩空气由内燃机自带的空气压缩机产生，储气罐体积将大大缩小，解决了压缩空气供给的问题，使车辆续航里程不受压缩空气量的限制。本实用新型应用于汽车领域以及部分动力机械上，可实现节能的目的，对排放也将带来积极影响。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型与目前压缩空气燃油混合动力发动机相比，结构紧凑简单，体积小，控制方便灵活，制造相对简单，成本相对低廉；避免漏气和供气量受限的问题，从结构和工作原理上，其工作性能优于目前的压缩空气燃油混合动力发动机，经计算，空气压缩机消耗功小于压缩空气做的功，也就是能够达到节能的目的，可以有效地应用于汽车和部分动力机械上。

附图说明

图1为本实用新型的轴测图；

图2为本实用新型的主视图；

图3为本实用新型的左视图；

图4为本实用新型的俯视图；

图5为本实用新型的工作原理图；

图6为本实用新型的进、排气凸轮的工作原理图。

图1～图4中各标号表示：曲轴1、空气压缩机2、储气罐3、正时皮带4、空气喷射器5、空气共轨管6、凸轮轴7、进气凸轮7-1、第一排气段7-2a、第二排气段7-2b、燃油共轨管8、燃油喷射器9、活塞10、连杆11、曲轴平衡块12、飞轮13、气门14。

具体实施方式

下面结合各附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

见图1～4，本发动机的空气共轨管6和空气喷射器5的安装位置与燃油共轨管8和燃油喷射器9相对称，空气共轨管6对应汽缸的活塞10，连接四个空气喷射器5，空气共轨管6的进气口通过一储气罐3连接至空气压缩机2.根据发动机的冲程中增加了压缩空气膨胀做功——排出气缸这样两个冲程，所以凸轮轴7所装的排气凸轮上设置了两段突起的排气行程段，即第一排气段7-2a和第二排气段7-2b，曲轴1的正时齿轮与凸轮轴7的齿轮传动比为3.为了实现发动机的六冲程工作平稳，进气凸轮7-1的突起段和排气凸轮的突起段第一排气段7-2a和第二排气段7-2b都设置成60°的圆心角，在排气凸轮的第一排气段7-2a和第二排气段7-2b之间设有120°圆心角的的圆弧段(参见图6).

燃油燃烧做功过程：

燃油通过油泵泵入燃油共轨管8，通过由ECU控制的燃油喷油器9喷入燃烧室燃烧做功，和普通高压共轨燃油直喷发动机类似，分为四个冲程，进气——压缩——做功——排气。

压缩空气做功过程：

燃烧结束后，废气排除气缸，在排气完成时，进排气门14均关闭，此时压缩空气通过与空气共轨管6相连的空气喷射器5喷入气缸中，吸收气缸余热膨胀做功，之后排气门14二次打开，排出压缩空气，至此发动机完成一次工作循环。压缩空气由内燃机带动空气压缩机2产生，并在储气筒3中储存，储气筒3与用来缓存压缩空气的空气共轨管6相连，由ECU控制的空气喷射器5将压缩空气喷入气缸做功。分为两个冲程，压缩空气进气膨胀做功——压缩空气排出气缸。

本实用新型涉及的混合动力发动机中有两种共轨管，分别是空气共轨管6和燃油共轨管8，两种燃料喷射器，分别是空气喷射器5和燃油喷射器9，并统一由ECU控制。为了使发动机运行连续和平稳，使四冲程和两冲程发动机共同联合工作，凸轮轴做了相应的改动，使整台发动机变为六冲程，正时齿轮与凸轮轴齿轮传动比为3。工作原理图见图5和6。

Claims

1.一种直喷式压缩空气燃油混合动力发动机，在发动机中安装有与燃油共轨管连接的燃油喷射器，其特征是：还设置有另一结构相同的与空气共轨管连接的空气喷射器，空气共轨管的进气口与空气压缩机连接；凸轮轴所装的排气凸轮上设置两段突起的排气行程段，曲轴的正时齿轮与凸轮轴齿轮传动比为3。

2.根据权利要求1所述的直喷式压缩空气燃油混合动力发动机，其特征是：在空气共轨管的进气口与空气压缩机之间连接有一储气罐；进气凸轮和排气凸轮的突起段对应发动机的六冲程都设置成60°的圆心角，排气凸轮的第一排气段与第二排气段之间隔有120°圆心角的的圆弧段。

3.根据权利要求2所述的直喷式压缩空气燃油混合动力发动机，其特征是：空气共轨管和空气喷射器的安装位置与燃油共轨管和燃油喷射器相对称。