專利名稱：一種帶有補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)，它屬于動力機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)廣泛地使用了渦輪增壓器，尤其是柴油機(jī)，幾乎是“無機(jī)不增壓”。渦輪 增壓器的使用可以使發(fā)動機(jī)排量縮小、升功率增加，并改善經(jīng)濟(jì)性和排放，同時，也帶來低 速扭矩不足和瞬態(tài)響應(yīng)不足等問題，影響加速性能。另一方面，內(nèi)燃機(jī)在高原條件下功率下 降、油耗增加和排放惡化也是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了改善渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的加速性能和高原條件下的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性 能，本發(fā)明提供一種帶有補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)除了具有一般發(fā)動機(jī)的部件外，還帶 有一臺往復(fù)式壓氣機(jī)和高壓儲氣罐，往復(fù)式壓氣機(jī)用于向儲氣罐供氣，在加速工況或高原 條件下可以將儲氣罐中的高壓空氣直接噴入氣缸，改善發(fā)動機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)和高原運轉(zhuǎn)的性 能。也可以拿出發(fā)動機(jī)的一個氣缸或數(shù)個氣缸用作壓氣缸。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種帶補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)，它主要 包括曲軸、氣缸、活塞、缸蓋、進(jìn)氣閥、排氣閥、噴油器、渦輪增壓器、往復(fù)式壓氣機(jī)、高壓儲氣 罐、補(bǔ)氣閥等部件，在發(fā)動機(jī)氣缸中完成進(jìn)氣、壓縮、噴油、燃燒做功和排氣的工作循環(huán)。所 述往復(fù)式壓氣機(jī)向高壓儲氣罐充氣，然后通過補(bǔ)氣閥在壓縮沖程或膨脹沖程向氣缸進(jìn)行至 少一次作為做功工質(zhì)的高壓空氣噴射，且第一次高壓空氣噴射定時為小于上止點前140度 曲軸轉(zhuǎn)角；所述發(fā)動機(jī)具有燃燒動力或空氣動力兩種工作模式，兩種工作模式可以根據(jù)工 況轉(zhuǎn)換，形成混合動力驅(qū)動。所述燃燒動力模式適用于中高工況，工作時在氣缸內(nèi)完成進(jìn)氣、壓縮、燃料噴射、 噴氣、燃燒、膨脹做功和排氣的工作循環(huán)，根據(jù)功率和扭矩輸出要求的不同，高壓儲氣罐可 以在壓縮沖程或膨脹沖程中一次或數(shù)次向氣缸內(nèi)進(jìn)行增加動力輸出的補(bǔ)充噴氣。所述空氣動力模式使用于低工況，工作時往復(fù)式壓氣機(jī)停止運轉(zhuǎn)，由高壓儲氣罐 向氣缸的一部分缸內(nèi)噴射對外做功的高壓空氣，而將其余氣缸的排氣閥設(shè)置于開啟狀態(tài)。所述空氣動力模式用于低工況工作時，高壓空氣罐向往復(fù)式壓氣機(jī)噴氣，把往復(fù) 式壓氣機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈩恿\轉(zhuǎn)，而內(nèi)燃動力氣缸的排氣閥可以處于開啟狀態(tài)。所述高壓儲氣罐直接采用作為空氣動力模式下動力源的外圍設(shè)備充氣。所述往復(fù)式壓氣機(jī)通過傳動裝置與發(fā)動機(jī)曲軸相連，或與發(fā)動機(jī)共用同一曲軸和 機(jī)體，或拿出發(fā)動機(jī)的一個氣缸或數(shù)個氣缸用作壓氣缸。上述的帶有補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)還可以組成內(nèi)燃空氣混合動力系統(tǒng)。其動力源包括 高壓空氣和燃燒動力，可以只用燃燒做功，也可以只用高壓空氣做功，還可以使高壓空氣和 燃燒同時做功如低負(fù)荷下只使用高壓空氣做功，中等符合下只使用燃燒做功，高負(fù)荷下二 者同時作用。這樣可以盡可能地使發(fā)動機(jī)在高效率區(qū)運轉(zhuǎn)，從而最大限度地提高能源的使用效率。往復(fù)式壓氣機(jī)可以設(shè)計為與發(fā)動機(jī)共用曲軸和機(jī)體，即成為發(fā)動機(jī)中的壓氣缸，在 發(fā)動機(jī)的動力輸出要求達(dá)到最高時，可以通過可變氣門技術(shù)把壓氣缸轉(zhuǎn)化為動力缸，與其 他氣缸一樣燃燒做功。當(dāng)車船等裝置制動時，可以通過壓氣缸將制動能轉(zhuǎn)換為高壓空氣充 氣到高壓儲氣罐。上述技術(shù)方案的指導(dǎo)思想是通過增加往復(fù)式壓氣機(jī)、高壓儲氣罐、補(bǔ)氣閥等裝 置，可以在壓縮沖程或膨脹沖程向氣缸內(nèi)進(jìn)行至少一次補(bǔ)充噴氣，用以增加可燃燒的氧氣， 從而改善渦輪增壓發(fā)動機(jī)加速性能，也能夠克服渦輪增壓發(fā)動機(jī)在高原條件下因為氣壓降 低、充量不足而導(dǎo)致的動力性下降、油耗升高、排放惡化等種種問題。又由于高壓儲氣罐的 設(shè)置，提供了一個新的動力源，可以與發(fā)動機(jī)的燃燒動力組成混合動力系統(tǒng)，使發(fā)動機(jī)盡可 能地在高效率區(qū)運轉(zhuǎn)，從而最大限度地提高能源的使用效率。本發(fā)明的有益效果是這種帶有補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)，比常規(guī)發(fā)動機(jī)增加了往復(fù)式 壓氣機(jī)、高壓儲氣罐和補(bǔ)氣閥等補(bǔ)氣裝置，可以在壓縮沖程或膨脹沖程向氣缸內(nèi)進(jìn)行至少 一次補(bǔ)充噴氣，解決了渦輪增壓發(fā)動機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)不好的問題，還可以克服發(fā)動機(jī)在高壓條 件下因大氣壓力下降、充量不足而造成的功率下降、油耗增加和排放惡化等種種問題。高壓 儲氣罐可以提供驅(qū)動力，與燃燒動力組成內(nèi)燃空氣混合動力系統(tǒng)，使發(fā)動機(jī)盡可能地在高 效率區(qū)運轉(zhuǎn)，從而提高了整個動力系統(tǒng)的效率。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是一種帶補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)示意圖。圖2為圖1所示的帶補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)的氣缸蓋上氣門布置的示意圖。圖中1、曲軸，2、氣缸，3、活塞，4、氣缸蓋，5、進(jìn)氣閥，6、噴油器，7、渦輪增壓器，8、 排氣閥，9、高壓儲氣罐，10、補(bǔ)氣閥，11、往復(fù)式壓氣機(jī)。
具體實施例方式圖1、2示出了一種帶補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)示意圖。該發(fā)動機(jī)主要包括曲軸1、氣缸 2、活塞3、氣缸蓋4、渦輪增壓器7、往復(fù)式壓氣機(jī)11、高壓儲氣罐9等主要部件，在氣缸蓋4 上設(shè)置了一個噴油器6、一個進(jìn)氣閥5、2個排放閥8和一個補(bǔ)氣閥10，補(bǔ)氣閥10與高壓儲 氣罐9相連上述發(fā)動機(jī)工作時，渦輪增壓器7、進(jìn)氣閥5和排氣閥8的工作原理與常規(guī)內(nèi)燃機(jī) 相同。往復(fù)式壓氣機(jī)11將空氣壓縮后向高壓儲氣罐9充氣，通過補(bǔ)氣閥10在壓縮上止點 前10度曲軸轉(zhuǎn)角向氣缸2進(jìn)行補(bǔ)充噴氣，這些補(bǔ)充的高壓高溫氣體既是做功工質(zhì)，又為促 進(jìn)缸內(nèi)燃燒提供氧氣，還可以改善缸內(nèi)燃料的霧化與混合。通過設(shè)置這些補(bǔ)氣裝置，可以改 善渦輪增壓發(fā)動機(jī)的加速性能，還可以解決高原條件下因發(fā)動機(jī)供氣不足而導(dǎo)致的功率下 降、油耗增加和排放惡化等種種問題。另外，也可以對高壓儲氣罐9進(jìn)行外部充氣。當(dāng)發(fā)動機(jī)用作車船等移動裝置的動力時，經(jīng)常處于變工況的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此可以 采用混合驅(qū)動方式，提高效率，并減小發(fā)動機(jī)的排量，使發(fā)動機(jī)更加緊湊。這時候的高壓儲 氣罐9就起到油電混合動力系統(tǒng)中的蓄電池的作用。發(fā)動機(jī)的混合驅(qū)動過程
1.在低工況時，發(fā)動機(jī)可以用以下2種方式對外做功。(1)如果儲氣罐9內(nèi)空氣高于某一設(shè)定值，則停止往復(fù)式壓氣機(jī)11的運轉(zhuǎn)，并且停 止向氣缸2內(nèi)噴射燃料，直接使用高壓空氣噴射驅(qū)動發(fā)動機(jī)做功。(2)如果儲氣罐9內(nèi)空氣壓力低于某一設(shè)定值，則向發(fā)動機(jī)氣缸噴射燃料燃燒，燃 料燃燒所提供的動力既驅(qū)動往復(fù)式壓氣機(jī)11向高壓儲氣罐9充氣，又向外輸出軸功。直到 儲氣罐內(nèi)的空氣壓力達(dá)到另一個較高的設(shè)定值，則轉(zhuǎn)入方式(1)。2.中等工況時，向氣缸2內(nèi)噴射燃料燃燒做功，往復(fù)式壓氣機(jī)11向高壓儲氣罐9 充氣，高壓儲氣罐9向氣缸2補(bǔ)充噴氣以改善霧化和燃燒，基本保持一種動態(tài)平衡。3.高工況下，發(fā)動機(jī)可以用以下2種方式對外做功。(1)停止往復(fù)式壓氣機(jī)11的運轉(zhuǎn)，燃料燃燒所做的功全部用于向外輸出軸功。( 停止往復(fù)式壓氣機(jī)11的運轉(zhuǎn)，并且在燃料燃燒之后再次向氣缸2補(bǔ)充噴氣，使 發(fā)動機(jī)可以輸出更多的軸功，進(jìn)一步提高功率和扭矩輸出。4.當(dāng)車船制動減速時，將部分制動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s功，給高壓儲氣罐9充氣，從而回 收制動能量，進(jìn)一步提高能源的利用效率。下面是將一臺車用直噴柴油機(jī)改造為帶補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)的實施實例發(fā)動機(jī)氣 缸的壓縮比為17，高壓儲氣罐的最高壓力為20MPa，高壓空氣在壓縮上止點前10度曲軸轉(zhuǎn) 角開始噴射。試驗結(jié)果表明，加速性能明顯改善，高原條件下功率恢復(fù)達(dá)到97%，在城市工 況下的運行可節(jié)油50%，排放超過國IV標(biāo)準(zhǔn)，而成本比同等功率的油電混合動力裝置低 50 %，顯示了很好的市場前景。
權(quán)利要求
1.一種帶補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)，它主要包括曲軸(1)、氣缸O)、活塞(3)、缸蓋、進(jìn)氣 閥(5)、排氣閥(8)、噴油器(6)、渦輪增壓器(7)、往復(fù)式壓氣機(jī)(11)、高壓儲氣罐(9)、補(bǔ)氣 閥(10)等部件，在發(fā)動機(jī)氣缸( 中完成進(jìn)氣、壓縮、噴油、燃燒做功和排氣的工作循環(huán)，其 特征是所述往復(fù)式壓氣機(jī)(11)向高壓儲氣罐(9)充氣，然后通過補(bǔ)氣閥(10)在壓縮沖程 或膨脹沖程向氣缸(2)進(jìn)行至少一次作為做功工質(zhì)的高壓空氣噴射，且第一次高壓空氣噴 射定時為小于上止點前140度曲軸轉(zhuǎn)角；所述發(fā)動機(jī)具有燃燒動力或空氣動力兩種工作模 式，兩種工作模式可以根據(jù)工況轉(zhuǎn)換，形成混合動力驅(qū)動。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)，其特征是所述燃燒動力模式適用 于中高工況，工作時在氣缸O)內(nèi)完成進(jìn)氣、壓縮、燃料噴射、噴氣、燃燒、膨脹做功和排氣 的工作循環(huán)，根據(jù)功率和扭矩輸出要求的不同，高壓儲氣罐(9)可以在壓縮沖程或膨脹沖 程中一次或數(shù)次向氣缸O)內(nèi)進(jìn)行增加動力輸出的補(bǔ)充噴氣。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)，其特征是所述空氣動力模式使用 于低工況，工作時往復(fù)式壓氣機(jī)(11)停止運轉(zhuǎn)，由高壓儲氣罐(9)向氣缸O)的一部分缸 內(nèi)噴射對外做功的高壓空氣，而將其余氣缸的排氣閥(8)設(shè)置于開啟狀態(tài)。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)，其特征是所述空氣動力模式用于 低工況工作時，高壓空氣罐向往復(fù)式壓氣機(jī)(11)噴氣，把往復(fù)式壓氣機(jī)(11)轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈩?力運轉(zhuǎn)，而內(nèi)燃動力氣缸的排氣閥(8)可以處于開啟狀態(tài)。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)，其特征是所述高壓儲氣罐(9)直 接采用作為空氣動力模式下動力源的外圍設(shè)備充氣。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)，其特征是所述往復(fù)式壓氣機(jī)(11) 通過傳動裝置與發(fā)動機(jī)曲軸相連，或與發(fā)動機(jī)共用同一曲軸和機(jī)體，或拿出發(fā)動機(jī)的一個 氣缸或數(shù)個氣缸用作壓氣缸。
全文摘要
一種帶補(bǔ)氣裝置的發(fā)動機(jī)，屬于動力機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。這種發(fā)動機(jī)增加了往復(fù)式壓氣機(jī)、高壓儲氣罐和補(bǔ)氣閥等補(bǔ)氣裝置。高壓儲氣罐通過補(bǔ)氣閥在壓縮沖程或膨脹沖程向氣缸內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充噴氣，且第一次補(bǔ)充噴氣的定時小于壓縮上止點前140度曲軸轉(zhuǎn)角。該發(fā)動機(jī)具有燃燒動力或空氣動力兩種工作模式，兩種工作模式可以根據(jù)工況轉(zhuǎn)換，形成混合動力驅(qū)動；并解決了渦輪增壓發(fā)動機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)不好的問題，還可以克服發(fā)動機(jī)在高原條件下因大氣壓力下降、充量不足而造成的功率下降、油耗增加和排放惡化等種種問題。高壓儲氣罐可以提供驅(qū)動力，與燃燒動力組成內(nèi)燃空氣混合動力系統(tǒng)，使發(fā)動機(jī)盡可能地在高效率區(qū)運轉(zhuǎn)，從而提高了整個動力系統(tǒng)的效率。
文檔編號F02B37/00GK102042128SQ20091030841
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者冷先銀, 隆武強(qiáng) 申請人:大連理工大學(xué)