專利名稱：一種渦輪增壓發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的壓縮方式，膨脹做功方式和燃燒加熱方式。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣配氣方式和燃燒加熱方式通常是空氣直接通過進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸，在氣缸內(nèi)壓縮完成進(jìn)氣配氣過程，同時在進(jìn)氣過程中或壓縮過程中供給燃料，并點火加熱，完成燃燒加熱過程。氣體的壓縮和膨脹做功都在同一氣缸內(nèi)進(jìn)行，發(fā)動機(jī)的壓縮比和膨脹比是不可以調(diào)節(jié)的。且燃燒加熱過程中，燃燒室的容積是變化的，不能實現(xiàn)定容加熱。設(shè)有渦輪增壓裝置的則空氣通過渦輪增壓裝置增壓后再通過進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸壓縮并加熱做功，發(fā)動機(jī)排出的尾氣驅(qū)動渦輪進(jìn)行增壓。設(shè)置有渦輪增壓裝置的發(fā)動機(jī)高速大功率運轉(zhuǎn)時總壓縮比高容易產(chǎn)生爆震，低速小功率時，壓縮比低，發(fā)動機(jī)效率低。少量壓縮比可調(diào)的 發(fā)動機(jī)由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、制造成本高、發(fā)動機(jī)重量增加、燃燒室的性能不佳或不利于排放等原因基本上沒有正式投入使用，僅作為研究或展示樣機(jī)使用。此外，由于現(xiàn)有內(nèi)燃發(fā)動機(jī)壓縮終了溫度基本不可控制，受爆震的影響而導(dǎo)致壓縮比難以提高，使得發(fā)動機(jī)的燃料效率提高困難。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題I.使發(fā)動機(jī)的壓縮終了溫度可控，燃燒加熱過程為定容加熱過程，減小或消除爆震的對發(fā)動機(jī)的影響。2.使內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的壓縮比可調(diào)；使發(fā)動機(jī)的膨脹比可調(diào)；提高發(fā)動機(jī)的壓縮比和膨脹比；提高發(fā)動機(jī)燃料的效率。本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明采用的方法是把經(jīng)過渦輪增壓裝置增壓的壓縮空氣輸入壓縮機(jī)再次壓縮后將氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)單個做功沖程所需的壓縮氣輸入一個封閉的配氣室并在配氣室內(nèi)完成燃料供給以及燃燒加熱過程，然后再將配氣室內(nèi)的高溫高壓氣體輸入氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)氣缸膨脹做功，氣體在氣缸內(nèi)膨脹做功后再通過氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣管道輸入渦輪增壓裝置，并驅(qū)動渦輪增壓裝置完成對渦輪增壓裝置增壓葉輪端空氣的壓縮。氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)配氣室上可以設(shè)置容積調(diào)節(jié)活塞，配氣室上設(shè)置有容積調(diào)節(jié)活塞的可以通過改變?nèi)莘e調(diào)節(jié)活塞的位置調(diào)節(jié)配氣室的有效容積的大小來改變單個做功沖程的壓縮氣的體積，以此調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的膨脹比。本發(fā)明的渦輪增壓發(fā)動機(jī)主要由氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)、壓縮機(jī)、渦輪增壓裝置構(gòu)成。各部分的說明以及渦輪增壓發(fā)動機(jī)的總體結(jié)構(gòu)和工作方式如下一、氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)和工作方式I.氣驅(qū)發(fā)動機(jī)的種類氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)按點火方式可分為氣驅(qū)點燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和氣驅(qū)自燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，按膨脹比變化方式可分為膨脹比可變式氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和膨脹比不可變式氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。A.氣驅(qū)自燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)氣驅(qū)自燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣配氣裝置由配氣室6、進(jìn)氣控制閥門4、放氣控制閥門8、燃料噴嘴2、進(jìn)氣管道5和閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)等構(gòu)成；氣驅(qū)自燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣配氣裝置由排氣門9、排氣管道I、閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)等構(gòu)成；氣驅(qū)自燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)是由前述的氣驅(qū)自燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣配氣裝置和排氣配氣裝置替代現(xiàn)有的活塞式或轉(zhuǎn)子式發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣配氣裝置和燃燒加熱裝置構(gòu)成?，F(xiàn)有的活塞式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)或轉(zhuǎn)子式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃燒加熱裝置指設(shè)置在發(fā)動機(jī)缸蓋上的燃料噴嘴、火花塞、以及預(yù)留的燃燒室等利于燃燒加熱的輔助裝置?，F(xiàn)有的活塞式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)或轉(zhuǎn)子式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)排氣配氣裝置主要指進(jìn)氣門和排氣門以及相關(guān)的驅(qū)·動裝置等。氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括以下幾類a)機(jī)械式閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)，現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)常用的進(jìn)排氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)是機(jī)械式閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)，例如與發(fā)動機(jī)主軸通過齒輪，皮帶，鏈條等聯(lián)動的凸輪軸以及搖臂等構(gòu)成的閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)；現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)常用的頂置凸輪軸或側(cè)置凸輪軸驅(qū)動方式即屬于此類；b)電-磁閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)；c)電-氣閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)；d)電-液閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)；e)其它的組合式閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)。B.氣驅(qū)點燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在氣驅(qū)自燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣配氣裝置的配氣室6上設(shè)置火花塞3。C.膨脹比可變式氣驅(qū)自燃式、點燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在氣驅(qū)自燃式內(nèi)燃發(fā)動的進(jìn)氣配氣裝置的配氣室6上設(shè)置配氣室容積調(diào)節(jié)活塞7和配氣室容積調(diào)節(jié)活塞調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成膨脹比可變式氣驅(qū)自燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)；在氣驅(qū)點燃式內(nèi)燃發(fā)動的進(jìn)氣配氣裝置的配氣室6上設(shè)置配氣室容積調(diào)節(jié)活塞7和配氣室容積調(diào)節(jié)活塞調(diào)節(jié)裝置則構(gòu)成膨脹比可變式氣驅(qū)點燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。容積調(diào)節(jié)活塞的調(diào)節(jié)裝置容積調(diào)節(jié)活塞調(diào)節(jié)裝置可以分為帶反饋裝置的閉環(huán)控制式調(diào)節(jié)裝置和直接調(diào)節(jié)
>J-U ρ α裝直。直接調(diào)節(jié)裝置可以采用手動螺桿驅(qū)動式，電-磁作動式，電-液作動式，電-氣作動式等可以直接驅(qū)動容積調(diào)節(jié)活塞位移的控制或傳動方式。帶反饋裝置的閉環(huán)控制式調(diào)節(jié)裝置包括反饋容積調(diào)節(jié)活塞位置參數(shù)或/和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的反饋裝置，控制參數(shù)輸入裝置，參數(shù)對比器，容積調(diào)節(jié)活塞位移作動器。其特征是控制參數(shù)輸入裝置輸入控制參數(shù)到參數(shù)對比器與反饋裝置輸入到參數(shù)對比器的容積調(diào)節(jié)活塞位置參數(shù)或/和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)進(jìn)行比較并控制容積調(diào)節(jié)活塞位移作動器，以此形成閉環(huán)控制，使容積調(diào)節(jié)活塞的位置或發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速參數(shù)與輸入裝置給定參數(shù)相符。a)反饋裝置
反饋容積調(diào)節(jié)活塞位置參數(shù)或發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的反饋裝置是將容積調(diào)節(jié)活塞的位置或發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋到參數(shù)對比器。容積調(diào)節(jié)活塞位置參數(shù)反饋裝置可以采用彈簧以作用力的方式反饋容積調(diào)節(jié)活塞的位移；也可以采用位移傳感器等。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的反饋裝置可以采用離心作用力式；也可以采用測速傳感器等。b)控制參數(shù)輸入裝置控制參數(shù)輸入裝置的作用是通過腳踏板或控制手柄輸入一個控制量到參數(shù)對比器，以此控制發(fā)動機(jī)維持一定的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩?？刂茀?shù)輸入裝置的作用與汽車上的發(fā)動機(jī)的油門踏板或柴油機(jī)上的油門控制手柄相同，其主要作用是將期望控制量輸入到參數(shù)對比器。c)參數(shù)對比器 參數(shù)對比器是將控制參數(shù)輸入裝置輸入的信號與反饋容積調(diào)節(jié)活塞位置參數(shù)或/和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的反饋裝置的輸入信號進(jìn)行處理和對比并輸出控制信號到容積調(diào)節(jié)活塞位移作動器。d)容積調(diào)節(jié)活塞位移作動器容積調(diào)節(jié)活塞位移作動器的作用是接收參數(shù)對比器的控制信號，并控制容積調(diào)節(jié)活塞位移，改變配氣室的有效容積。容積調(diào)節(jié)活塞位移作動器可以是電控-電磁作動器、電控-液壓作動器、機(jī)械式作動器等能驅(qū)動容積調(diào)節(jié)活塞位移的傳動機(jī)構(gòu)。2.氣驅(qū)內(nèi)燃式發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)氣驅(qū)內(nèi)燃式發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣配氣裝置的進(jìn)氣管道5通過進(jìn)氣控制閥門4與配氣室6相通，配氣室6通過放氣控制閥門8與發(fā)動機(jī)氣缸11相通，配氣室6上設(shè)置有燃料噴嘴。進(jìn)氣控制閥門4和放氣控制閥門8由閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動。設(shè)有火花塞3和配氣室容積調(diào)節(jié)活塞 的，其火花塞3和配氣室容積調(diào)節(jié)活塞7都設(shè)置在配氣室6上。設(shè)有配氣室容積調(diào)節(jié)活塞7的，其配氣室容積調(diào)節(jié)活塞7的位置由配氣室容積調(diào)節(jié)活塞調(diào)節(jié)裝置控制。氣驅(qū)內(nèi)燃式發(fā)動機(jī)的排氣配氣裝置的排氣管道I通過排氣門9與氣缸11相通，排氣門9由閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)控制。由氣驅(qū)內(nèi)燃式發(fā)動機(jī)的進(jìn)排氣配氣裝置替代現(xiàn)有的活塞式或轉(zhuǎn)子式發(fā)動機(jī)的進(jìn)排氣配氣裝置和燃燒加熱裝置即構(gòu)成氣驅(qū)內(nèi)燃式發(fā)動機(jī)。3.以上幾種氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的工作方式是(如圖I、圖2所示)發(fā)動機(jī)排氣沖程過程中，排氣門9打開，放氣控制閥門8處于關(guān)閉狀態(tài)，閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)控制進(jìn)氣控制閥門4打開，壓縮氣通過進(jìn)氣控制閥門4進(jìn)入配氣室6，配氣室6充滿壓縮氣后，閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)控制進(jìn)氣控制閥門4關(guān)閉。在放氣控制閥門8關(guān)閉之后打開之前，燃料噴嘴2完成燃料噴射，點燃式發(fā)動機(jī)通過火花塞3完成點火程序，自燃式發(fā)動機(jī)則通過燃料自燃方式完成點火，并在配氣室6內(nèi)完成壓縮氣和燃料的燃燒加熱過程。燃料噴嘴2可以根據(jù)燃料特性需求或設(shè)計要求在放氣控制閥門8關(guān)閉之后打開之前的任意時段完成燃料噴射(如自燃式發(fā)動機(jī)則應(yīng)在進(jìn)氣控制閥門4關(guān)閉之后放氣控制閥門8打開之前完成燃料噴射)；甚至可以在放氣控制閥門8關(guān)閉之后進(jìn)氣控制閥門4打開之前的時間段完成噴射燃料，使燃料噴射可以在較低的噴射壓力下完成。自燃式發(fā)動機(jī)的噴射燃料時間和點燃式發(fā)動機(jī)的火花塞3點火時間應(yīng)在進(jìn)氣控制閥門4關(guān)閉之后，放氣控制閥門8打開之前完成，并保證在放氣控制閥門8打開之前燃料在配氣室6內(nèi)有足夠的燃燒時間。發(fā)動機(jī)排氣門9關(guān)閉后排氣行程結(jié)束，發(fā)動機(jī)進(jìn)入余氣壓縮過程，直到閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)打開放氣控制閥門8，發(fā)動機(jī)做功沖程開始，此時發(fā)動機(jī)氣缸11容積在最小位附近。放氣控制閥門8開啟后，配氣室6內(nèi)的高溫壓縮氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸11，并在氣缸11內(nèi)膨脹做功，直到排氣門9打開，做功行程結(jié)束，排氣沖程開始。閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以在發(fā)動機(jī)做功行程臨近結(jié)束之前或結(jié)束之后控制放氣控制閥門8關(guān)閉。排氣沖程開始時，發(fā)動機(jī)氣缸容積11接近最大。排氣沖程開始后，閥門控制機(jī)構(gòu)控制進(jìn)氣閥門4打開，配氣室6內(nèi)又開始新一輪的充氣、燃料供給以及燃燒加熱過程。膨脹比可調(diào)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的配氣室容積調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由配氣室容積調(diào)節(jié)活塞7和容積調(diào)節(jié)活塞調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成。配氣室容積調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在發(fā)動機(jī)工作過程中根據(jù)負(fù)荷要求調(diào)節(jié)配氣室6有效容積的大小，從而調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的膨脹比。燃料則由發(fā)動機(jī)控制器(如ECU)根據(jù)配氣室6的壓力、有效容積、氣體溫度按最佳空燃比通過燃料噴嘴2供給。發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速或 功率可以通過調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的膨脹比間接調(diào)節(jié)進(jìn)氣量和燃料供給量來實現(xiàn)。配氣室6不帶容積調(diào)節(jié)活塞7的膨脹比不可調(diào)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速或功率可以通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力以改變發(fā)動機(jī)的壓縮比并結(jié)合調(diào)節(jié)燃料供給量或直接調(diào)節(jié)燃料供給量來實現(xiàn)。氣驅(qū)發(fā)動機(jī)的供氣相位圖如圖I所示，配氣相位各角度的開啟和關(guān)閉要求如下η -排氣門9早開角。排氣門9通常在氣缸11容積到達(dá)最大位之前開啟。Θ -進(jìn)氣控制閥門4開啟角。進(jìn)氣控制閥門4應(yīng)在放氣控制閥門8關(guān)閉之后開啟。δ -進(jìn)氣控制閥門4關(guān)閉提前角。進(jìn)氣控制閥門4通常在氣缸11容積到達(dá)最小位之前關(guān)閉。對于內(nèi)燃式發(fā)動機(jī)應(yīng)確保發(fā)動機(jī)在設(shè)計最高轉(zhuǎn)速下進(jìn)氣控制閥門4關(guān)閉到放氣控制閥門8打開的時間段足夠配氣室內(nèi)的氣體和燃料完成燃燒加熱過程。λ -放氣控制閥門8關(guān)閉角。放氣控制閥門8關(guān)閉可以在氣缸11容積到達(dá)最大位之前或之后，也可以提前到排氣門9打開之前關(guān)閉放氣控制閥門8。α -排氣門9早關(guān)角。排氣門9通常在氣缸11容積到達(dá)最小位之前的一定角度關(guān)閉，讓氣缸11內(nèi)的余氣到達(dá)最小位之前受壓，使余氣在放氣控帽閥門8打開之前在氣缸11的余隙內(nèi)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲毫Α＆?-放氣控制閥門8開啟角。放氣控制閥門8打開角通常設(shè)在氣缸11容積最小位附近。二、壓縮機(jī)可以是由氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)驅(qū)動的與氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)同軸或聯(lián)動壓縮機(jī)，也可以是由其它動力源驅(qū)動的獨立的壓縮機(jī)。三、渦輪增壓裝置利用發(fā)動機(jī)尾氣驅(qū)動的渦輪增壓裝置，其中車用發(fā)動機(jī)常用的渦輪增壓裝置包括渦輪、增壓葉輪、軸、渦輪殼等，也可采用其它形式的渦輪增壓裝置。四、渦輪增壓發(fā)動機(jī)的總體結(jié)構(gòu)和工作方式I.帶渦輪增壓裝置的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)由前述的任一種氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24與壓縮機(jī)30和增壓渦輪裝置26 —起構(gòu)成帶渦輪增壓裝置的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其結(jié)構(gòu)如下
氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24的排氣管道I與渦輪增壓裝置26的驅(qū)動渦輪端進(jìn)氣口 23相通，壓縮機(jī)進(jìn)氣端15與渦輪增壓裝置26的增壓葉輪出口端18相通，增壓葉輪19的進(jìn)氣端17與外界空氣相通。工作時，氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24的尾氣推動驅(qū)動渦輪21和與渦輪同軸或聯(lián)動的增壓葉輪19旋轉(zhuǎn)，并壓縮進(jìn)入增壓葉輪19的氣體，經(jīng)壓縮后的氣體進(jìn)入壓縮機(jī)30再次壓縮后供給氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24，并在氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24內(nèi)燃燒加熱并膨脹做功。2.帶渦輪增壓裝置的膨脹比可變內(nèi)燃發(fā)動機(jī)工作方式帶渦輪增壓裝置的膨脹比可變內(nèi)燃發(fā)動機(jī)工作方式當(dāng)發(fā)動機(jī)低速高膨脹比運轉(zhuǎn)時，由于配氣室6的容積小，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速低，因此廢氣排量小，渦輪21和葉輪19轉(zhuǎn)速低，增壓效果不明顯，同時由于壓縮機(jī)30的單個沖程進(jìn)氣容積不變，排氣容積減小，使得壓縮機(jī)30的壓縮比較大，進(jìn)入氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24的氣體的總壓縮比受渦輪增壓的影響小。當(dāng)發(fā)動機(jī)高速低膨脹比運轉(zhuǎn)時，由于配氣室6的容積增大，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速高，因此廢氣排量大，渦輪21和葉輪19轉(zhuǎn)速高，增壓效果好，同時由于壓縮機(jī)30的單個沖程進(jìn)氣容積不變，排氣容積增大，使得壓縮機(jī)30的壓縮比減小，由于此時渦輪增壓比率高，使進(jìn)入氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)24的氣體的總壓縮比等于渦輪增壓比與壓縮機(jī)增壓比的乘積，總壓縮比相對壓縮機(jī)的壓縮比增加較多。其結(jié)果是當(dāng)發(fā)動機(jī)低速高膨脹比運轉(zhuǎn)時，壓縮機(jī)30的壓縮比大，渦輪增壓裝置26的渦輪增壓比率低，總膨脹比受渦輪增壓的影響小；當(dāng)發(fā)動機(jī)高速低膨脹比運轉(zhuǎn)時，壓縮機(jī)30所產(chǎn)生的壓縮比小，渦輪增壓裝置26的渦輪增壓比率高，總膨脹比由于渦輪增壓的比率增大而維持不變；因此發(fā)動機(jī)的總壓縮比受膨脹比的影響小，發(fā)動機(jī)的工作總壓縮比在不同的膨脹比的情況下可以維持在一定范圍內(nèi)保持基本不變。本發(fā)明的有益效果I.可以實現(xiàn)定容加熱該發(fā)動機(jī)的配氣室在加熱過程中容積不發(fā)生變化.2.發(fā)動機(jī)的膨脹比可調(diào)發(fā)動機(jī)的膨脹比的改變可以通過改變配氣室有效容積的大小來實現(xiàn)，配氣室有效容積可以通過改變調(diào)節(jié)活塞的位置來改變，使發(fā)動機(jī)的膨脹比可實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)。3.可以實現(xiàn)壓縮比可調(diào)由于發(fā)動機(jī)的氣體的壓縮和膨脹在不同氣缸中進(jìn)行，而且壓縮氣缸和膨脹氣缸可以以不同的轉(zhuǎn)速運行，甚至壓縮過程和膨脹過程可以在互不相關(guān)的兩個設(shè)備中完成，因此可以實現(xiàn)壓縮比可調(diào)。4.可以控制壓縮終了溫度由于發(fā)動機(jī)的氣體的壓縮和膨脹在不同的氣缸中進(jìn)行，壓縮過程可以采取中冷，壓縮終了溫度可以根據(jù)燃料的特性需求進(jìn)行控制。5.可以大幅提高發(fā)動機(jī)的壓縮比，提高發(fā)動機(jī)的燃料效率由于發(fā)動機(jī)的燃燒加熱過程在配氣室內(nèi)完成，是定容加熱過程，發(fā)動機(jī)抗爆震能力強(qiáng)；此外壓縮終了溫度可控，發(fā)動機(jī)受燃料爆震特性的影響小或甚至不受其影響，因此可以大幅提聞壓縮比，提聞發(fā)動機(jī)的燃料效率。6.可以實現(xiàn)能量回收由于發(fā)動機(jī)的壓縮和膨脹在不同氣缸中進(jìn)行，可以通過壓縮機(jī)吸收能量以壓縮氣的方式儲存。如用于車載發(fā)動機(jī)時，剎車能可以通過變速箱傳給壓縮機(jī)輸入軸驅(qū)動壓縮機(jī)工作以實現(xiàn)剎車能量回收。7.同一發(fā)動機(jī)可以適應(yīng)不同種類的燃料由于壓縮比和壓縮終了溫度可以實現(xiàn)可控，可以根據(jù)不同燃料的特性來調(diào)控發(fā)動機(jī)的壓縮比和壓縮終了溫度，以適應(yīng)不同種類的燃料。8.可以使發(fā)動機(jī)在各種負(fù)荷下都能以最佳空燃比或接近最佳空燃比的狀態(tài)工作由于發(fā)動機(jī)可以根據(jù)配氣室的有效容積和壓縮氣溫度等參數(shù)以最佳空燃比控制燃料供給量，同時發(fā)動機(jī)可以通過調(diào)節(jié)配氣室有效容積大小的方式來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的功率，因此發(fā)動機(jī)可以在較寬的范圍內(nèi)以最佳空燃比的工作方式滿足各種功率的工況要求。9.可以有效利用發(fā)動機(jī)的廢氣能量渦輪增壓裝置可以利用發(fā)動機(jī)的廢氣的能量壓縮空氣，同時可以使發(fā)動機(jī)不同的 負(fù)荷下維持壓縮比基本不變，因此可以有效地利用發(fā)動機(jī)的廢氣能量，同時提高了燃料的效率。


圖I.氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)通用配氣相位2.由壓縮機(jī)、增壓渦輪裝置和氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)構(gòu)成的帶渦輪增壓裝置的膨脹比可調(diào)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)示意示編號名稱I-排氣管道2-燃料噴嘴3-火花塞4-進(jìn)氣控制閥門 5-進(jìn)氣管道6-配氣室
7-容積調(diào)節(jié)活塞 8-放氣控制閥門 9-排氣門10-活塞11-氣缸12-壓縮機(jī)壓縮氣出口13-壓縮機(jī)排氣閥 14-壓縮機(jī)進(jìn)氣閥15-壓縮機(jī)進(jìn)氣口16-壓縮機(jī)活塞 17-增壓葉輪空氣進(jìn)氣口 18-增壓葉輪壓縮氣出口19-增壓葉輪20-導(dǎo)流葉片21-渦輪22-廢氣排氣口 23-渦輪端進(jìn)氣口24-氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)25-氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)排氣管26-渦輪增壓裝置27-中間散熱器 28- —級緩沖儲氣瓶 29- —級壓縮氣管道30-壓縮機(jī)31-二級緩沖儲氣瓶 32-二級壓縮氣管道圖I所示發(fā)動機(jī)配氣相位圖各個角度符號說明η-排氣門早開角Θ-進(jìn)氣控制閥門開啟角δ -進(jìn)氣控制閥門關(guān)閉提前角λ -放氣控制閥門關(guān)閉角α-排氣門早關(guān)角β-放氣控制閥門開啟角
具體實施例方式優(yōu)選方案I :帶渦輪增壓裝置的膨脹比不可調(diào)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)如圖2所示(膨脹比不可調(diào)式發(fā)動機(jī)的配氣室6上不帶有容積調(diào)節(jié)活塞7)氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24的排氣管25與渦輪端進(jìn)氣口 23相通；氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口5通過二級壓縮氣進(jìn)氣管32與二級緩沖儲氣瓶31和壓縮機(jī)30的壓縮氣出口 12相通；壓縮機(jī)30的進(jìn)氣口 15通過一級壓縮氣進(jìn)氣管29與一級緩沖儲氣瓶28相連，并經(jīng)過中間散熱器31與增壓葉輪壓縮氣出口 18相通；渦輪增壓裝置26的增壓葉輪空氣進(jìn)氣口 17和廢氣排氣口 22與大氣相通；壓縮機(jī)30和氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24同軸或聯(lián)動。帶渦輪增壓裝置的膨脹比不可調(diào)自燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的配氣室6上不設(shè)置火花塞3，帶渦輪增壓裝置的膨脹比不可調(diào)點燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的配氣室6上應(yīng)設(shè)置火花塞3。本方案的發(fā)動機(jī)運行過程空氣經(jīng)過增壓葉輪19壓縮后再經(jīng)過中間散熱器27冷卻。冷卻后的壓縮空氣再次經(jīng)過壓縮機(jī)30壓縮后供給氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24，壓縮空氣在氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24的配氣室6內(nèi)加熱并進(jìn)入氣缸11膨脹做功后經(jīng)排氣管25輸入渦輪增壓裝置并驅(qū)動渦輪21和與渦輪同軸的增壓葉輪19轉(zhuǎn)動并壓縮進(jìn)入增壓葉輪19中的空氣，從渦輪21排出的廢氣經(jīng)排氣口 22排到大氣中。優(yōu)選方案2 :帶渦輪增壓裝置的膨脹比可調(diào)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)·
如圖2所示氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24的排氣管25與渦輪端進(jìn)氣口 23相通；氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口 5通過二級壓縮氣進(jìn)氣管32與二級緩沖儲氣瓶31和壓縮機(jī)30的壓縮氣出口 12相通；壓縮機(jī)30的進(jìn)氣口 15通過一級壓縮氣進(jìn)氣管29與一級緩沖儲氣瓶28相連，并經(jīng)過中間散熱器27與增壓葉輪壓縮氣出口 18相通；渦輪增壓裝置26的增壓葉輪空氣進(jìn)氣口 17和廢氣排氣口 22與大氣相通；壓縮機(jī)30和氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24同軸或聯(lián)動。本方案的發(fā)動機(jī)運行過程空氣經(jīng)過增壓葉輪19壓縮后再經(jīng)過中間散熱器27冷卻。冷卻后的壓縮空氣再次經(jīng)過壓縮機(jī)30壓縮后供給氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24，壓縮空氣在氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24的配氣室6內(nèi)加熱并進(jìn)入氣缸11膨脹做功后經(jīng)排氣管25輸入渦輪增壓裝置并驅(qū)動渦輪21和與渦輪同軸的增壓葉輪19轉(zhuǎn)動并壓縮進(jìn)入增壓葉輪19中的空氣，從渦輪21排出的廢氣經(jīng)排氣口 22排到大氣中。當(dāng)氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)低速小功率運行時，配氣室6容積減小，膨脹比增大，排氣管25內(nèi)的壓力低，流量小，渦輪21和增壓葉輪19轉(zhuǎn)速低，增壓葉輪19對空氣的增壓比小，使通過一級壓縮氣進(jìn)氣管29進(jìn)入壓縮機(jī)30的壓縮氣壓力低；同時由于通過二級壓縮氣進(jìn)氣管32進(jìn)入配氣室6的壓縮氣體積減少，也就是壓縮機(jī)30的排氣體積減小，壓縮比增大。反之，當(dāng)氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)高速大功率運行時，配氣室6容積增大，膨脹比減小，排氣管25內(nèi)的壓力高，流量大，渦輪21和增壓葉輪19轉(zhuǎn)速高，增壓葉輪19對空氣的增壓比大，使通過一級壓縮氣進(jìn)氣管29進(jìn)入壓縮機(jī)30的壓縮氣壓力高；同時由于通過二級壓縮氣進(jìn)氣管32進(jìn)入配氣室6的壓縮氣體積增加，也就是壓縮機(jī)30的排氣體積增大，壓縮比減小;因此發(fā)動機(jī)低速小功率運行時，壓縮機(jī)30的壓縮比增大，渦輪增壓裝置26的增壓比減小，進(jìn)入壓縮機(jī)30的進(jìn)氣壓力降低；發(fā)動機(jī)高速大功率運行時，壓縮機(jī)30的壓縮比減小，渦輪增壓裝置26的增壓比增大，進(jìn)入壓縮機(jī)30的進(jìn)氣壓力增大。這樣壓縮機(jī)30和渦輪增壓裝置26的壓縮比相互補(bǔ)償，使發(fā)動機(jī)在低速小功率和高速大功率運行時，進(jìn)入氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24的壓縮空氣壓縮比變化較小，可以穩(wěn)定在較小的高壓縮比范圍內(nèi)，使發(fā)動機(jī)在低速小功率和高速大功率運行時都能保持較高的燃料效率，減少有害氣體排放。帶渦輪增壓裝置的膨脹比可調(diào)自燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的配氣室6上不設(shè)置火花塞3，帶渦輪增壓裝置的膨脹比可調(diào)點燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的配氣室6上應(yīng)設(shè)置火花塞3?！?br> 權(quán)利要求
1.一種帶渦輪增壓裝置的自燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，包括 氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(24) 氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(24)主要由氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣配氣裝置和排氣配氣裝置替代現(xiàn)有的活塞式或轉(zhuǎn)子式發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣配氣裝置和燃燒加熱裝置構(gòu)成的；氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣配氣裝置包括配氣室(6)、進(jìn)氣控制閥門(4)、放氣控制閥門(8)、燃料噴嘴(2)、進(jìn)氣管道(5)、閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)；氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣配氣裝置包括排氣門(9)、排氣管道(I)、閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)； 壓縮機(jī)(30) 是由氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)驅(qū)動的與氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)同軸或聯(lián)動壓縮機(jī)，或者是由其它動力源驅(qū)動的獨立的壓縮機(jī)； 渦輪增壓裝置(26) 利用發(fā)動機(jī)尾氣驅(qū)動的渦輪增壓裝置； 其特征是 氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(24)進(jìn)氣配氣裝置的進(jìn)氣管道(5)通過進(jìn)氣控制閥門(4)與配氣室(6)相通，配氣室(6)通過放氣控制閥門(8)與發(fā)動機(jī)氣缸(11)相通，燃料噴嘴(2)設(shè)置在配氣室(6)上，氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(24)的排氣配氣裝置的排氣管道(I)通過排氣門(9)與氣缸(11)相通，進(jìn)氣控制閥門(4)、放氣控制閥門(8)和排氣門(9)的開啟和關(guān)閉由閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)控制； 渦輪增壓裝置(26)的壓縮氣出口端(18)與壓縮機(jī)進(jìn)氣口(15)相通，壓縮機(jī)的壓縮氣出口(12)與氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(24)的進(jìn)氣管道(5)相通，氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(24)的排氣管道(I)與渦輪增壓裝置(26)的驅(qū)動渦輪端進(jìn)氣口(23)相通。
2.一種帶渦輪增壓裝置的點燃式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其特征是在權(quán)利要求I的氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(24)的進(jìn)氣配氣裝置的配氣室(6)上設(shè)置火花塞(3)。
3.帶渦輪增壓裝置的膨脹比可調(diào)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其特征是在權(quán)利要求I或2的氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(24)的進(jìn)氣配氣裝置的配氣室(6)上設(shè)置配氣室容積調(diào)節(jié)活塞(7)和容積調(diào)節(jié)活塞調(diào)節(jié)裝置，容積調(diào)節(jié)活塞的位置由容積調(diào)節(jié)活塞調(diào)節(jié)裝置控制。
全文摘要
一種帶渦輪增壓裝置的氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，主要由氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)、壓縮機(jī)和渦輪增壓裝置構(gòu)成。氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)24主要由氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣配氣裝置和排氣配氣裝置替代現(xiàn)有的活塞式或轉(zhuǎn)子式發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣配氣裝置和燃燒加熱裝置構(gòu)成；氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣配氣裝置包括配氣室6、進(jìn)氣控制閥門4、放氣控制閥門8、燃料噴嘴2、進(jìn)氣管道5、配氣室容積調(diào)節(jié)活塞11、火花塞3、閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)等；氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣配氣裝置包括排氣門9、排氣管道1、閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)等。由該氣驅(qū)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)、壓縮機(jī)和渦輪增壓裝置構(gòu)成的渦輪增壓發(fā)動機(jī)可以提高燃料的熱效率；可以實現(xiàn)膨脹比可調(diào)；可以使發(fā)動機(jī)尾氣排放更環(huán)保。
文檔編號F02B19/00GK102913318SQ201110228739
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者陳剛 申請人:陳剛