專利名稱：壓縮空氣－燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓縮空氣動(dòng)力、燃油/燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)動(dòng)力的混合動(dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是既可以單獨(dú)用燃油/燃?xì)?，也可以單?dú)用壓縮空氣為動(dòng)力，還可以同時(shí)使用燃油/燃?xì)夂蛪嚎s空氣為動(dòng)力的混合動(dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
汽車是人類社會(huì)最常用的交通工具，但內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力汽車的燃料燃燒會(huì)產(chǎn)生排放污染，并且消耗大量不可再生的礦物資源，所以人們一直在探索能減少污染而經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新型汽車。
壓縮空氣動(dòng)力汽車是順應(yīng)這一潮流而產(chǎn)生的一種無污染排放的汽車的典型。法國(guó)人Guy Négre于1991年獲得了氣動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的專利。據(jù)他們介紹，其設(shè)計(jì)的安裝了氣動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣動(dòng)汽車，以一罐300L、300bar壓力的壓縮空氣可以行駛200km。中國(guó)專利[96234886.4]公開的“氣動(dòng)車”，采用安裝在汽車底盤上由空壓機(jī)組帶動(dòng)的氣馬達(dá)為動(dòng)力，空壓機(jī)的動(dòng)力源為發(fā)電機(jī)組，該發(fā)電機(jī)組由蓄電池和直流電機(jī)等組成。中國(guó)專利
公開的“氣動(dòng)汽車”是汽輪機(jī)和壓縮空氣再生回收裝置。中國(guó)專利[99216190.8]公開的“空氣動(dòng)力汽車”以單缸的活塞式和葉輪式的壓縮空氣動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。同時(shí)，該專利也提及與內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力和電動(dòng)動(dòng)力的組合，但內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力和電動(dòng)動(dòng)力只是作為備用動(dòng)力在不使用或不便使用壓縮空氣動(dòng)力時(shí)才用。
以上國(guó)內(nèi)外以壓縮空氣為動(dòng)力的汽車，都存在以下一些問題在使用過程中由于吸熱量大而存在的結(jié)露、冰堵的問題嚴(yán)重，熱交換不充分導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)效率低下，壓縮空氣的灌裝和存儲(chǔ)需專用設(shè)備，一次最大行駛里程還有待進(jìn)一步提高。有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用不便，有的很難進(jìn)一步走向?qū)嵱谩?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)單純的壓縮空氣動(dòng)力汽車的缺陷，結(jié)合內(nèi)燃機(jī)汽車的特點(diǎn)，將兩者有機(jī)結(jié)合的壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，包括壓縮空氣和燃燒供給系統(tǒng)、多個(gè)工作氣缸與活塞、配氣機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、熱交換系統(tǒng)，還包括熱交換器，一組內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸，一組壓縮空氣動(dòng)力缸；熱交換器上有冷的壓縮空氣進(jìn)氣口、加熱的壓縮空氣出氣口、熱的廢氣進(jìn)氣口、廢氣排放口，加熱的壓縮空\(chéng)氣出氣口經(jīng)輸氣管分別接到各自一組壓縮空氣動(dòng)力缸中，經(jīng)膨脹作功、減壓并吸熱后的殘余壓縮空氣氣體分別經(jīng)輸氣管接各自一組內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸的進(jìn)氣口，一組內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸上分別開有燃料進(jìn)口，經(jīng)燃燒作功、排放熱的廢氣經(jīng)各自的輸氣管、熱交換器的熱廢氣進(jìn)氣口接入熱交換器，和經(jīng)輸氣管接到汽車的空調(diào)器。
各壓縮空氣動(dòng)力缸之間的動(dòng)力傳遞方式有串聯(lián)方式、并聯(lián)方式、串聯(lián)聯(lián)混合方式。
所說的串聯(lián)方式即前一級(jí)壓縮空氣動(dòng)力缸的排氣作為后一組壓縮空氣動(dòng)力缸的進(jìn)氣。
所說的并聯(lián)方式即各壓縮空氣動(dòng)力缸的輸入接在同一進(jìn)氣管上，各壓縮空氣動(dòng)力缸的進(jìn)氣壓力相同。
所說的串并聯(lián)混合方式即一部分壓縮空氣動(dòng)力缸的動(dòng)力傳遞方式為并聯(lián)方式，這些缸的輸入接在同一進(jìn)氣管上，其各缸的進(jìn)氣壓力相同；而另一部分壓縮空氣動(dòng)力缸的輸入接入上一部分缸的輸出，這兩部分缸之間的壓縮空氣動(dòng)力的動(dòng)力傳遞方式采用的是串聯(lián)方式。
利用了壓縮空氣動(dòng)力的無污染、空氣介質(zhì)易獲取、空氣易壓縮存儲(chǔ)和傳輸控制方便等特性，又利用了內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力燃料燃燒過程中的散熱和排氣中的大量余熱來補(bǔ)償壓縮空氣動(dòng)力部分工作時(shí)的大量吸熱和進(jìn)氣預(yù)熱；同時(shí)也利用壓縮空氣動(dòng)力部分排放的帶有一定壓力的壓縮空氣，作為內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力部分的進(jìn)氣，起到進(jìn)氣增壓的作用。
本發(fā)明具有的有益的效果是壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，在怠速、起動(dòng)等排放污染嚴(yán)重的工況運(yùn)行時(shí)，只使用壓縮空氣動(dòng)力，或較少使用內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力，其他工況下同時(shí)使用兩種動(dòng)力。這樣既大大減少了污染排放，又使得熱交換充分，提高了內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力部分的熱效率。因此采用本發(fā)明的壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)合理、易于實(shí)現(xiàn)能源清潔、效率，可以保證汽車?yán)m(xù)駛里程的同時(shí)，降低了排放污染，是壓縮空氣動(dòng)力汽車實(shí)用化的一種較理想的發(fā)動(dòng)機(jī)。


圖1為壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣動(dòng)力傳遞的串聯(lián)方式原理圖；圖3為壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮空氣動(dòng)力傳遞的并聯(lián)方式原理圖；
圖4為壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮空氣動(dòng)力傳遞的串并聯(lián)混合方式原理圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中，冷的壓縮空氣從熱交換器3的進(jìn)氣口2進(jìn)入熱交換器，得到加熱后，從出氣口4經(jīng)輸氣管6進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的一組壓縮空氣動(dòng)力缸11和11’中。壓縮空氣在一組壓縮空氣動(dòng)力缸11和11’中膨脹作功后，減壓并吸熱。此時(shí)的壓縮空氣仍具有一定的殘余壓力，并經(jīng)輸氣管10和13分別進(jìn)入一組內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸8和8’作為內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸的進(jìn)氣，起到進(jìn)氣增壓的作用。一組內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸8和8’的燃料進(jìn)口9和9’分別通入燃油或燃?xì)馊剂希剂显趦?nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸8和8’中燃燒作功，并將排放的熱廢氣通過輸氣管7和7’經(jīng)熱交換器的進(jìn)氣口1進(jìn)入熱交換器3，給從進(jìn)氣口2進(jìn)入熱交換器的冷的壓縮空氣加熱。同時(shí)，還有一部分的熱廢氣由輸氣管12被送到汽車的空調(diào)中作為汽車空調(diào)的熱源。
圖1所示的壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的兩組動(dòng)力缸(壓縮空氣動(dòng)力缸11和11’、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸8和8’)各自也包括了多個(gè)工作缸，所有這些缸的動(dòng)力都耦合到與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)一樣的曲柄連桿機(jī)構(gòu)上，并傳遞到裝有此類發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車的傳動(dòng)裝置上，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)。
圖1所示的壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，采用了多個(gè)缸的結(jié)構(gòu)，一組壓縮空氣動(dòng)力缸11和11’是由多個(gè)壓縮空氣動(dòng)力缸組成的，他們都由壓縮空氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的；另一組缸8和8’作為內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸，也是由多個(gè)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸組成的，是由燃油或燃?xì)馊紵a(chǎn)生的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的。內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸在燃燒過程產(chǎn)生的散熱可以補(bǔ)償壓縮空氣動(dòng)力缸氣體膨脹作功時(shí)的吸熱；而排氣余熱的一部分可以提供給汽車空調(diào)作為熱源，另一部分直接用于加熱壓縮空氣動(dòng)力缸的進(jìn)氣。預(yù)熱后的壓縮空氣在壓縮空氣動(dòng)力缸中膨脹作功后，其帶殘余壓力的排氣直接作為內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸的進(jìn)氣，以起到進(jìn)氣增壓作用。
圖1所示的壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，采用了多個(gè)缸的結(jié)構(gòu)，其一組壓縮空氣動(dòng)力缸11和11’的各缸與缸之間的壓縮空氣動(dòng)力傳遞的方式有串聯(lián)方式、并聯(lián)方式、串并聯(lián)混合方式。
圖2描述了壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣動(dòng)力傳遞的串聯(lián)方式。圖2中，加熱的壓縮空氣經(jīng)輸氣管6進(jìn)入壓縮空氣動(dòng)力缸11、11’，膨脹減壓作功后由輸氣管10和10’傳輸?shù)降诙€(gè)壓縮空氣動(dòng)力缸11、11’，繼續(xù)膨脹減壓作功，而后再經(jīng)輸氣管10和10’進(jìn)入最后壓縮空氣動(dòng)力缸11、11’再繼續(xù)膨脹減壓作功。在這種串聯(lián)方式下，各缸之間的壓縮空氣是串接的，前一級(jí)缸的壓縮空氣的排氣作為后一級(jí)氣缸的進(jìn)氣。
圖3描述了壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣動(dòng)力傳遞的并聯(lián)方式。圖3中，壓縮空氣經(jīng)輸氣管6通過連接在其上的多個(gè)(例圖3中畫出了5個(gè))并接的輸氣管，將壓縮空氣送入壓縮空氣動(dòng)力缸11、11’中。采用這種方式時(shí)，各缸之間的壓縮空氣動(dòng)力傳遞關(guān)系是并聯(lián)的，各缸的輸入接在同一進(jìn)氣管上，各缸的進(jìn)氣壓力相同。
圖4描述了壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣動(dòng)力傳遞的串并聯(lián)混合方式。壓縮空氣動(dòng)力傳遞的串并聯(lián)混合方式下，一部分缸的壓縮空氣動(dòng)力傳遞為并聯(lián)方式，這些缸的輸入接在同一進(jìn)氣管上，其各缸的進(jìn)氣壓力相同。而另一部分壓縮空氣動(dòng)力缸的輸入接入這部分缸的輸出，這兩部分缸之間的動(dòng)力傳遞采用了串聯(lián)方式。在同一發(fā)動(dòng)機(jī)中采用了壓縮空氣動(dòng)力傳遞的串、并聯(lián)兩種方式的混合方式。圖4中，壓縮空氣經(jīng)輸氣管6通過連接在其上的多個(gè)(例圖4中畫出了3個(gè))并接的輸氣管，將壓縮空氣送入壓縮空氣動(dòng)力缸三個(gè)11、11’中。壓縮空氣在壓縮空氣動(dòng)力缸11、11’中膨脹作功后，經(jīng)輸氣管6’接入壓縮空氣動(dòng)力缸11、11’中，再次膨脹作功。壓縮空氣動(dòng)力缸三個(gè)11、11’之間的壓縮空氣動(dòng)力傳遞為并聯(lián)方式，最后一個(gè)壓縮空氣動(dòng)力缸11、11’與之間的壓縮空氣動(dòng)力傳遞方式又是串聯(lián)方式。
本發(fā)明的壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)上，有往復(fù)活塞式的氣動(dòng)—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)活塞式的壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，這種多缸發(fā)動(dòng)機(jī)有單列的、雙列的、多列的和輻射狀的星型的布置。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣方式有凸輪配氣方式和閥控配氣方式。
對(duì)于往復(fù)活塞式的壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力部分，其工作原理和結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)汽車內(nèi)燃機(jī)基本相同。
類似于費(fèi).汪克爾1954年提出的汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，可構(gòu)成多缸旋轉(zhuǎn)式壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，也具有上面所述的擁有兩種動(dòng)力結(jié)構(gòu)部分、多種動(dòng)力傳輸方式和多種配氣方式。
對(duì)于旋轉(zhuǎn)式壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，由于壓縮空氣動(dòng)力部分只有兩個(gè)沖程，結(jié)構(gòu)上可進(jìn)一步簡(jiǎn)化，也可采用氣馬達(dá)的有關(guān)結(jié)構(gòu)形式。其壓縮空氣動(dòng)力部分的排氣也是作為內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力部分的進(jìn)氣，起到增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的作用。其內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力部分排出的廢氣的余熱也是一部分提供給汽車空調(diào)作為熱源，一部分直接給發(fā)動(dòng)機(jī)的熱交換器加熱冷的壓縮空氣和補(bǔ)償壓縮空氣膨脹作功時(shí)的吸熱。
權(quán)利要求
1.一種壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，包括壓縮空氣和燃燒供給系統(tǒng)、多個(gè)工作氣缸與活塞、配氣機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、熱交換系統(tǒng)，其特征在于還包括熱交換器(3)，一組內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸(8)、(8’)，一組壓縮空氣動(dòng)力缸(11)、(11’)；熱交換器(3)上有冷的壓縮空氣進(jìn)氣口(2)、加熱的壓縮空氣出氣口(4)、熱的廢氣進(jìn)氣口(1)、廢氣排放口(5)，加熱的壓縮空氣出氣口(4)經(jīng)輸氣管(6)分別接到各自一組壓縮空氣動(dòng)力缸(11)、(11’)中，經(jīng)膨脹作功、減壓并吸熱后的殘余壓縮空氣氣體分別經(jīng)輸氣管(10)、(10’)接各自一組內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸(8)、(8’)的進(jìn)氣口，一組內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力缸(8)、(8’)上分別開有燃料進(jìn)口(9)、(9’)，經(jīng)燃燒作功、排放熱的廢氣經(jīng)各自的輸氣管(7)、(7’)、熱交換器的熱廢氣進(jìn)氣口(11)接入熱交換器(3)，和經(jīng)輸氣管(12)接到汽車的空調(diào)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于各壓縮空氣動(dòng)力缸(11)、(11’)之間的動(dòng)力傳遞方式有串聯(lián)方式、并聯(lián)方式、串聯(lián)聯(lián)混合方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所說的串聯(lián)方式即前一級(jí)壓縮空氣動(dòng)力缸的排氣作為后一組壓縮空氣動(dòng)力缸的進(jìn)氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所說的并聯(lián)方式即各壓縮空氣動(dòng)力缸的輸入接在同一進(jìn)氣管上，各壓縮空氣動(dòng)力缸的進(jìn)氣壓力相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所說的串并聯(lián)混合方式即一部分壓縮空氣動(dòng)力缸的動(dòng)力傳遞方式為并聯(lián)方式，這些缸的輸入接在同一進(jìn)氣管上，其各缸的進(jìn)氣壓力相同；而另一部分壓縮空氣動(dòng)力缸的輸入接入上一部分缸的輸出，這兩部分缸之間的壓縮空氣動(dòng)力的動(dòng)力傳遞方式采用的是串聯(lián)方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。它由多個(gè)缸組成,一部分缸為壓縮空氣動(dòng)力組成部分,另一部分為內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力組成部分。其中內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力部分工作時(shí)的熱的排氣經(jīng)過熱交換器加熱壓縮空氣動(dòng)力部分的進(jìn)氣,而壓縮空氣動(dòng)力部分的排氣作為內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力部分工作時(shí)的進(jìn)氣,起到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣增壓作用。各個(gè)壓縮空氣動(dòng)力缸之間的動(dòng)力傳遞有串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)混合方式,各個(gè)缸的配氣方式有凸輪配氣和閥控配氣方式,汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)有往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式。本發(fā)明的壓縮空氣—燃油/燃?xì)饣旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)合理、易于實(shí)現(xiàn)、能源清潔、效率高,是壓縮空氣動(dòng)力汽車實(shí)用化的一種較理想的發(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)F02B69/00GK1382901SQ0211198
公開日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2002年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月5日
發(fā)明者陳鷹, 許宏, 俞小莉, 陶國(guó)良, 王宣銀, 沈瑜銘, 劉昊, 賈光政, 元廣杰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)