CN205908371U - 高压空气‑燃油内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高压空气‑燃油内燃发动机，包括第一气缸、第二气缸、高压空气储能装置、高压空气供气控制系统及燃油供给控制系统，在第一气缸的第一燃烧室和第二气缸的第二燃烧室中分别设置有电火花塞、混合气喷射器和排气门，在两个气缸的上部设置有气缸盖，在气缸盖上设置有排气管；高压空气储能装置包括高压空气储罐和空气压缩机，高压空气储罐的第二充气阀与空气压缩机的排气口相连接；高压空气供气控制系统包括高压气体滤清器和压力空气管；燃油供给控制系统包括燃油泵、燃油滤清器和供油管。本实用新型中活塞往复运动一次即可完成仅有做功、排气两冲程的一个完整工作循环，提高了发动机效率，节省燃料消耗，续驶里程长。

Description

高压空气-燃油内燃发动机

技术领域

本实用新型涉及一种内燃发动机，具体地说是一种高压空气-燃油内燃发动机。

背景技术

传统的四冲程内燃机工作时，活塞往复运动二次，完成进气、压缩、做功、排气四个行程，实现一个完整工作循环。虽然四冲程内燃机热效率较高，但其燃烧产生的能量浪费巨大，其中只有做功冲程利用能量做功，其他三个冲程均消耗能量但不做功，压缩冲程和排气冲程消耗较多能量，动力输出一般只占燃料燃烧释放能量总量的30%左右，大约30%的能量被内燃机排气带走。现有的高压空气驱动发动机可在一定程度上改善内燃机的不足，但仅仅用高压空气驱动发动机，其能量存储有限，续驶里程较短。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种高压空气-燃油内燃发动机，以解决传统内燃机耗能多、废气排放及单纯压缩空气续驶里程不足的问题。

本实用新型是这样实现的：

一种高压空气-燃油内燃发动机，包括第一气缸、第二气缸、高压空气储能装置、高压空气供气控制系统及燃油供给控制系统；在第一气缸的第一燃烧室和第二气缸的第二燃烧室中分别设置有电火花塞和混合气喷射器，在两个燃烧室上分别设置有排气门，在两个气缸的上部设置有气缸盖，在气缸盖上设置有排气管；所述高压空气储能装置包括高压空气储罐和空气压缩机，在所述高压空气储罐上设置有第一充气阀、第二充气阀及出气阀，所述第二充气阀与空气压缩机的排气口相连接；所述高压空气供气控制系统包括高压气体滤清器和压力空气管，所述压力空气管连接在高压空气储罐的出气阀与混合气喷射器的压力空气管接口之间；所述燃油供给控制系统包括燃油泵、燃油滤清器和供油管，所述供油管连接在燃油泵与混合气喷射器燃油管接口之间。

所述混合气喷射器是在混合气喷射器本体上设置有燃油喷射机构与压力空气喷射机构；所述燃油喷射机构包括燃油喷射电气接口、燃油通道、第一电磁阀及针阀；所述第一电磁阀由第一弹簧、第一电磁线圈及第一电磁阀衔铁构成；所述燃油喷射电气接口与第一电磁线圈电连接，所述针阀位于第一电磁线圈的下方且与第一电磁阀衔铁相接，在所述针阀底部设置有燃油喷孔，所述燃油通道连接燃油管接口与燃油喷孔；所述压力空气喷射机构包括压力空气喷射电气接口、压力空气通道、第二电磁阀和球阀；所述第二电磁阀由第二电磁线圈、第二弹簧、第二电磁阀衔铁构成；所述压力空气喷射电气接口与第二电磁线圈电连接，所述球阀位于第二电磁线圈的下方且与第二电磁阀衔铁相接；所述压力空气通道下方分为两个支路，在各支路底部分别设置有压力空气喷孔，所述压力空气喷孔分布于燃油喷孔的两侧。

在所述第一燃烧室和第二燃烧室中分别设置有若干混合气喷射器。

所述高压空气供气控制系统还包括高压空气减压器，所述高压空气减压器与高压气体滤清器、压力空气管连接，且所述高压空气减压器套接在排气管上，以利用气缸中排出的尾气加热高压气体。高压空气减压器内的气压恒定。

所述燃油供给控制系统还包括蓄压器和燃油压力调节器，所述蓄压器连接在燃油泵和燃油压力调节器之间，所述燃油压力调节器的另一端连接供油管。

本实用新型在传统内燃发动机的基础上增设高压空气储能装置及其控制系统，将高压空气与燃油作为燃料，把燃油通道与高压空气通道集成在一个喷射器上，利用高压气体将油粒充分细化喷出，且使高压空气与油粒混合均匀，并提供充足适量的氧、合适的空燃比，燃料直接进入燃烧室，之后电火花点燃混合气，活塞往复运动一次，完成仅有做功、排气两冲程的一个完整工作循环，不用进气和压缩两冲程，提高了发动机效率，节省燃料消耗，续驶里程长。

本实用新型还可有效调节参与燃烧的工质的量及其比例，提高燃料燃烧效率，有效解决了传统发动机在怠速或低速状态下由于燃烧不充分所带来的废气排放污染和燃油浪费等问题；可利用空气压缩机及高压空气储罐回收减速、制动时的能量，实现节能环保。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的混合气喷射器的结构示意图。

图中，1、第一气缸，2、第二气缸，3、活塞，4、连杆，5、冷却水温度传感器，6、气缸盖，7、第一燃烧室，8、第二燃烧室，9、电火花塞，10、混合气喷射器，11、燃油喷射电气接口，12、燃油管接口，13、第一电磁线圈，14、第一弹簧，15、第一电磁阀衔铁，16、针阀，17、燃油喷孔，18、燃油通道，19、压力空气喷射电气接口，20、压力空气管接口，21、第二电磁线圈，22、第二弹簧，23、第二电磁阀衔铁，24、球阀，25、压力空气喷孔，26、排气门，27、排气管，28、氧传感器，29、高压空气储罐，30、第一充气阀，31、第二充气阀，32、出气阀，33、高压空气压力传感器，34、空气压缩机，35、空气滤清器，36、曲轴，37、压缩进气门，38、压缩排气门，39、第一电磁阀，40、第二电磁阀，41、高压气体滤清器，42、高压空气减压器，43、减压空气温度传感器，44、减压空气压力传感器，45、压力空气管，46、滤网，47、燃油泵，48、燃油滤清器，49、蓄压器，50、燃油压力调节器，51、燃油分配管，52、供油管。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的高压空气-燃油内燃发动机包括气缸、高压空气储能装置、高压空气供气控制系统、燃油供给控制系统。

该发动机具有两个并列布置的气缸：第一气缸1、第二气缸2，在第一气缸1、第二气缸2的缸体内分别设置有活塞3、连杆4，在缸体上设置有冷却水温度传感器5。在第一气缸1的第一燃烧室7、第二气缸2的第二燃烧室8内分别设置有电火花塞9和混合气喷射器10。

如图2所示，混合气喷射器10将电磁喷油器与电磁压力喷射器集成为一体，其结构为在喷射器主体上设置有燃油喷射机构与压力空气喷射机构。燃油喷射机构包括燃油喷射电气接口11、燃油通道18、第一电磁阀及针阀16。第一电磁阀由第一电磁线圈13、第一弹簧14、第一电磁阀衔铁15构成，燃油喷射电气接口11与第一电磁线圈13电连接，针阀16位于第一电磁线圈13的下方，因燃油压力较低，针阀16与第一电磁阀衔铁15相接，在针阀16的底部设置有燃油喷孔17，燃油通道18连接燃油管接口12与燃油喷孔17。压力空气喷射机构包括压力空气喷射电气接口19、压力空气通道26、第二电磁阀及球阀24。第二电磁阀由第二电磁线圈21、第二弹簧22及第二电磁阀衔铁23构成。压力空气喷射电气接口19与第二电磁线圈21电连接，球阀24位于第二电磁线圈21下方。压力空气通道26上方连接压力空气管接口20，下方分为两个支路，在各支路底部均设置有压力空气喷孔25，压力空气喷孔25均匀分布于燃油喷孔17两侧，便于所喷出的高压空气与燃油混合均匀。

当燃油喷射电气接口11和第一电磁线圈13通电时，针阀16打开，燃油喷孔17喷油；当燃油喷射电气接口11不通电时，第一弹簧14将针阀16关闭。同理，当压力空气喷射电气接口19和第二电磁线圈21通电时，球阀24打开，高压空气从压力空气喷孔25喷出；当压力空气喷射电气接口19不通电时，第二弹簧22将球阀24关闭。当燃油喷射电气接口11和压力空气喷射电气接口19同时通电时，混合气喷射器10可喷出油粒细小且油粒与高压空气混合均匀的浓混合气；当压力空气喷射电气接口19常通电，而向燃油喷射电气接口11输入占空比经精确计算的脉冲电流时，混合气喷射器10 喷出稀混合气；仅有压力空气喷射电气接口19通电时，混合气喷射器10则只喷出高压空气，此时，燃油喷孔17会被高压空气清理干净，不易积碳。

具体地，在第一燃烧室7、第二燃烧室8的上部分别设置有一个电火花塞9和一个喷出浓混合气的混合气喷射器10，在第一燃烧室7、第二燃烧室8的底部一周均设置有三个喷出稀混合气的混合气喷射器10。在第一燃烧室7、第二燃烧室8的上部还分别设置有排气门26，用于将燃烧后的尾气排出。在两个气缸的上部设置有气缸盖6，在气缸盖6顶部设置有排气管27，在排气管27上设置有氧传感器28，以将经排气门26排出的尾气从排气管27排出，并检测其中的氧含量。

高压空气储能装置包括高压空气储罐29和空气压缩机34。高压空气储罐29上设置有第一充气阀30、第二充气阀31、出气阀32及高压空气压力传感器33。为减轻发动机重量，空气压缩机34采用塑料空气压缩机，也可采用其他类型的空气压缩机。在空气压缩机34内部设置有曲轴35，曲轴35通过离合器与差速器相连。在空气压缩机34上部设置有压缩进气门36和压缩排气门37，在压缩进气门36前方设置有空气滤清器35，用于清除空气中的微粒杂质，将清洁空气送入空气压缩机34内。在高压空气储罐29的第二充气阀31与空气压缩机34的排气口之间设置有充气管线，在管线上设置有第一电磁阀39，用以控制由空气压缩机34向高压空气储罐29的充气；第一充气阀30用于与外部压缩机相连接，向高压空气储罐29中充入压缩空气；高压空气压力传感器33监测高压空气储罐29中的空气压力。

高压空气供气控制系统包括高压气体滤清器41、高压空气减压器42及压力空气管45。压力空气管45连接高压空气储罐29的出气阀32与混合燃料喷射器10的压力空气管接口20。在高压空气储罐29的出气阀32与高压空气滤清器41的压力空气管段上设置有第二电磁阀40，以控制从高压空气储罐29的出气阀32排出的空气，并控制高压空气减压器42的气压。在高压空气减压器42上设置有减压空气温度传感器43和减压空气压力传感器44，用以检测高压空气减压器42内的空气的温度与压力。高压空气减压器42套接在排气管27上，以采用燃烧室内排出的气体加热高压空气减压器42内的空气，同时，高压空气减压器42将空气压力降到混合气喷射器10所需要的稳定压力。压力空气管45将压力稳定的空气分别输送至8个混合燃料喷射器10的压力空气管接口20。

燃油供给控制系统包括滤网45、燃油泵46、燃油滤清器47、蓄压器48、燃油压力调节器49、燃油分配管50及供油管51，供油管51连接45滤网与混合燃料喷射器10的燃油管接口12。燃油供给控制系统采用无回油供油系统，以使经滤网45初步过滤后的燃油由燃油泵46加压，经过燃油滤清器47进行再次过滤，经两次过滤后的燃油进入蓄压器48加压，并经燃油压力调节器49调节压力，通过燃油分配管50将压力稳定的燃油输送经供油管51分别输送至8个混合燃料喷射器10的燃油管接口12。

在发动机启动或在前一个工作循环排气完成后，首先使燃烧室中的混合气喷射器10喷出高压空气，将电火花塞9清理干净，然后再喷浓混合气，之后电火花塞9点燃浓混合气，同时位于燃烧室下部的三个混合气喷射器10喷出空燃比经过精密计算的稀混合气，形成涡流燃烧，这时工质膨胀做功，将活塞3推至下止点。做功行程结束后，活塞3由下止点向上止点移动，排气门26打开，废气便在活塞3向上移动的挤压和与大气压力差的共同作用下，迅速由排气门26排出，完成仅有做功和排气两冲程的一个完整的工作循环。

当停车时，有电动压缩机条件的，打开第一充气阀30向高压空气储罐29充气。在行驶途中，塑料空气压缩机34的曲轴35通过离合器的控制与后桥差速器相连，在内燃发动机高效运转状态（如非启动区间）或制动、减速时，塑料空气压缩机34与动力系统离合，向高压空气储罐29充气，此时工质的量与内燃发动机工作循环及其顺序无关。由于工质的量与工作循环无关，该内燃发动机具有良好的起停性能，可针对各种速度与负载，由计算机实现自动控制能力。此外，在车辆减速或制动时，空气压缩机34还可生成压缩空气，将能量储存在高压空气储罐29中，回收减速、制动时损失的能量。

由于该发动机与同样功率的传统内燃机相比，减少了一半的气缸数，但增加了空气压缩机与储气罐。空气压缩机与储气罐可采用大量轻质材料制得，并进行灵活布置，这使得该发动机的体积增加，总重量可减轻。

Claims (5)

1.一种高压空气-燃油内燃发动机，其特征在于，包括第一气缸、第二气缸、高压空气储能装置、高压空气供气控制系统及燃油供给控制系统；在第一气缸的第一燃烧室和第二气缸的第二燃烧室中分别设置有电火花塞和混合气喷射器，在两个燃烧室上分别设置有排气门，在两个气缸的上部设置有气缸盖，在气缸盖上设置有排气管；

所述高压空气储能装置包括高压空气储罐和空气压缩机，在所述高压空气储罐上设置有第一充气阀、第二充气阀及出气阀，所述第二充气阀与空气压缩机的排气口相连接；

所述高压空气供气控制系统包括高压气体滤清器和压力空气管，所述压力空气管连接在高压空气储罐的出气阀与混合气喷射器的压力空气管接口之间；

所述燃油供给控制系统包括燃油泵、燃油滤清器和供油管，所述供油管连接在燃油泵与混合气喷射器燃油管接口之间。

2.根据权利要求1所述的高压空气-燃油内燃发动机，其特征在于，所述混合气喷射器是在混合气喷射器本体上设置有燃油喷射机构与压力空气喷射机构；

所述燃油喷射机构包括燃油喷射电气接口、燃油通道、第一电磁阀及针阀；所述第一电磁阀由第一弹簧、第一电磁线圈及第一电磁阀衔铁构成；所述燃油喷射电气接口与第一电磁线圈电连接，所述针阀位于第一电磁线圈的下方且与第一电磁阀衔铁相接，在所述针阀底部设置有燃油喷孔，所述燃油通道连接燃油管接口与燃油喷孔；

所述压力空气喷射机构包括压力空气喷射电气接口、压力空气通道、第二电磁阀和球阀；所述第二电磁阀由第二电磁线圈、第二弹簧、第二电磁阀衔铁构成；所述压力空气喷射电气接口与第二电磁线圈电连接，所述球阀位于第二电磁线圈的下方且与第二电磁阀衔铁相接；所述压力空气通道下方分为两个支路，在各支路底部分别设置有压力空气喷孔，所述压力空气喷孔分布于燃油喷孔的两侧。

3.根据权利要求1所述的高压空气-燃油内燃发动机，其特征在于，在所述第一燃烧室和第二燃烧室中分别设置有若干混合气喷射器。

4.根据权利要求1所述的高压空气-燃油内燃发动机，其特征在于，所述高压空气供气控制系统还包括高压空气减压器，所述高压空气减压器与高压气体滤清器、压力空气管连接，且套接在排气管上。

5.根据权利要求1所述的高压空气-燃油内燃发动机，其特征在于，所述燃油供给控制系统还包括蓄压器和燃油压力调节器，所述蓄压器连接在燃油泵和燃油压力调节器之间，所述燃油压力调节器的另一端连接供油管。