專利名稱：包括內(nèi)置活動室的自動減壓壓縮空氣發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機，所述發(fā)動機特別是用壓縮空氣或任何其它氣體運行，使用稱為“活動室”的腔室。
背景技術：
發(fā)明人們提交過涉及電機驅(qū)動裝置以及其設備的許多專利，其使用氣體，更為特別地使用壓縮空氣，以在城市和郊區(qū)環(huán)境進行完全清潔的運行。發(fā)明人們特別是提交了國際專利申請WO-A1-03/036088，將對該文獻的內(nèi)容進行參照，所述專利申請涉及以單能源和多能源型式運行的附加壓縮空氣注入式電動壓縮機-電動交流發(fā)電機組。在這些用壓縮空氣運行的、包括壓縮空氣儲存器的發(fā)動機類型中，需要在將以極高壓力存儲在儲存器中、但其壓力隨著儲存器排放降低的壓縮空氣使用于一個或多個發(fā)動機汽缸中之前，將該空氣在稱為工作容器的緩沖容器中膨脹到稱為最終使用壓力的中間穩(wěn)定壓力。公知的傳統(tǒng)的具有閥和彈簧的減壓器的流量非常小，將這種減壓器用于該應用則要求非常笨重且性能不佳的裝置。此外，這些減壓器對膨脹時所冷卻的空氣的濕度所導致的結霜非常敏感。為解決該問題，發(fā)明人們還提交了專利申請W0-A1-03/089764，將參照該專利申請的內(nèi)容，所述專利申請涉及通過注入壓縮空氣進行供給的發(fā)動機用的分配系統(tǒng)和可變流量式動態(tài)減壓器，其包括高壓壓縮空氣儲存器和工作容器。在這些“負載膨脹”式發(fā)動機的運行中，對膨脹室的充填始終表示沒有對機器總體效率有害的作功的膨脹。為解決上文所述的問題，發(fā)明人們還提交了專利申請W0-A1-2005/049968，該專利申請描述一種壓縮空氣發(fā)動機，所述壓縮空氣發(fā)動機優(yōu)選地通過容納于高壓儲存器中的壓縮空氣或任何其它壓縮氣體進行供給，所述壓縮空氣或任何其它壓縮氣體預先在稱為工作容器的緩沖容器中被膨脹到額定工作壓力。雙能源型式的工作容器包括空氣加熱裝置，空氣加熱裝置通過附加能源(化石類或其它能源)進行供給，允許提高經(jīng)過加熱裝置的空氣的壓力和/或溫度。在根據(jù)W0-A1-2005/049968的發(fā)動機類型中:-膨脹室由可變?nèi)莘e構成，所述可變?nèi)莘e配有允許產(chǎn)生作功的部件，膨脹室與主壓射活塞上方所包含的空間并聯(lián)和通過常設通道與該空間相接觸，主壓射活塞配有在使活塞中止于其上死點的活塞中止裝置，-在壓射活塞中止在其上死點的期間，當膨脹室處于其最小容積時，加壓空氣或加壓氣體將被引進膨脹室中，在推力下增大其體積，產(chǎn)生作功，-膨脹室基本被保持在其最大容積，在膨脹室中所容納的壓縮空氣繼而膨脹到發(fā)動機汽缸中，因此再推動壓射活塞進行活塞下行行程，繼而提供作功，
-在排氣階段期間壓射活塞回升的過程中，膨脹室的可變?nèi)莘e再回到其最小容積，以重新開始一個完整的作功循環(huán)。根據(jù)該發(fā)明的發(fā)動機的膨脹室主動地參與作功。發(fā)動機因而被稱為“活動室”式發(fā)動機。文獻W0-A1-2005/049968特別是要求一種在以壓縮空氣單能源模式運行時具有四個階段的熱力學循環(huán)，其特征在于:-不作功等溫膨脹；-所謂準等溫的作功輕微膨脹-轉(zhuǎn)換；-作功多變膨脹；-在環(huán)境壓力下的排氣。提出W0-A1-2005/049968的一種變型的文獻W0-A1-2008/028881要求相同的熱力學循環(huán)，不過使用一種傳統(tǒng)的曲柄連桿裝置。優(yōu)選地，其通過容納于高壓儲存器中的壓縮空氣或任何其它壓縮氣體進行供給，所述壓縮空氣或任何其它壓縮氣體在稱為工作容器的緩沖容器中預先被膨脹到額定工作壓力。雙能源型式的工作容器包括空氣加熱裝置，該空氣加熱裝置通過附加能源(化石類或其它能源)進行供給，允許提高經(jīng)過加熱裝置的空氣的壓力和/或溫度。在根據(jù)W0-A1-2008/028881的發(fā)動機類型中:-稱為活動室的膨脹室由可變?nèi)莘e構成，所述可變?nèi)莘e配有允許產(chǎn)生作功的部件，膨脹室通過一通道連接，所述通道包括堵塞器，因而允許使膨脹室與在處于其上死點的壓射活塞上方的發(fā)動機汽缸中所包含的容積隔開或接觸；-當活動室處于其最小容積時，加壓空氣或加壓氣體被引進活動室中，在推力下將增大其體積，產(chǎn)生作功；-當活動室基本處于其最大容積及壓射活塞基本位于其上死點時，進氣口被封閉，所述活動室與發(fā)動機汽缸相連通，在活動室所容納的壓縮空氣膨脹，因而再推動壓射活塞進行活塞下行行程，繼而提供作功；-在膨脹過程中，活動室的容積回到其最小容積，以允許進行新一循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的膨脹室主動地參與作功。根據(jù)W0-A1-2005/049968和W0-A1-2008/028881的發(fā)動機是所謂的活動室式發(fā)動機。最近，發(fā)明人們提出新一專利申請，其針對稱為“內(nèi)置”活動室式壓縮空氣發(fā)動機，所述發(fā)動機實施與根據(jù)W0-A1-2005/049968和根據(jù)W0-A1-2008/028881的發(fā)動機相同的熱力學循環(huán)、以及常規(guī)的曲柄連桿裝置。根據(jù)2010年10月4日提交的該新的法國專利申請n° FR1058005，發(fā)明人們提出一種具有內(nèi)置在發(fā)動機汽缸中的活動室的發(fā)動機，所述發(fā)動機包括至少一個活塞，所述活塞在汽缸中滑動安裝和利用傳統(tǒng)的曲柄連桿裝置帶動曲柄軸，所述活動室式發(fā)動機根據(jù)具有四個階段的熱力學循環(huán)運行，這四個階段包括:-不作功等溫膨脹；-所謂準等溫的作功輕微膨脹-轉(zhuǎn)換；-作功多變膨脹；-在環(huán)境壓力下排氣。其優(yōu)選地由容納于高壓儲存器中的壓縮空氣或任何其它壓縮氣體經(jīng)過稱為工作容器的緩沖容器供給，所述工作容器由容納于高壓儲存器中的壓縮空氣或任何其它壓縮氣體供給，所述壓縮空氣或任何其它壓縮氣體、優(yōu)選地經(jīng)過動態(tài)膨脹裝置、在工作容器中被膨脹到稱為工作壓力的中等壓力，其特征在于:-所述發(fā)動機包括在至少一個汽缸中滑動安裝的至少一個活塞，由所述活塞掃掠過的汽缸容積被分為區(qū)分開的兩個部分，其中的第一部分構成內(nèi)置于所述汽缸中的活動室CA而第二部分構成膨脹室⑶；-由所述活塞掃掠過的汽缸容積在其上部分由汽缸蓋關閉，所述汽缸蓋包括至少一個進氣管道及進氣口與至少一個排氣管道及排氣口，其被布置成:當所述活塞處于其上死點時，所述活塞和所述汽缸蓋之間的余下容積通過構造被縮小到允許所述活塞和所述汽缸蓋之間無接觸式運行的僅僅最小間隙；-壓縮空氣或加壓氣體被引進活塞上方的汽缸中，在處于恒定工作壓力的壓縮空氣的連續(xù)推力下，所述活動室的容積增大，產(chǎn)生表示準等溫轉(zhuǎn)換階段的作功；-自達到所述活動室CA的最大容積時，壓縮空氣或加壓氣體進入所述汽缸中的進氣口就被封閉，包含在所述活動室中的壓縮空氣量或加壓氣體量則發(fā)生膨脹，再推動所述活塞進行確定所述膨脹室CD的活塞行程第二部分，產(chǎn)生作功，因此確保膨脹階段；-所述活塞已達到其下死點，這時排氣口打開，以在所述活塞在其整個行程上回升的期間確保排氣階段。所述活動室CA的最大容積和所述膨脹室CD的容積的尺寸確定成:在發(fā)動機額定運行壓力下，在所述下死點的膨脹結束時的壓力接近大氣壓力。所述活動室的最大容積由進氣口的封閉確定。有利地，特別是在用壓縮空氣以單能源型式運行時，上文所描述的具有內(nèi)置于汽缸中的活動室的發(fā)動機，包括汽缸工作容量遞增的多個相繼的汽缸。汽缸工作容量最小的第一汽缸通過工作容器被供給壓縮空氣。汽缸工作容量遞增的接續(xù)的汽缸通過前一上游汽缸的排放被供給壓縮空氣。與大氣進行熱交換的空氣/空氣熱交換器在一對相繼汽缸的兩個汽缸之間定位，因此允許提高從前面汽缸排出的空氣的溫度，以使該空氣的溫度接近環(huán)境溫度/大氣溫度和因而增大所排出的空氣的體積。優(yōu)選地，如文獻W0-A1-2005/049968和W0-A1-2008/028881的教導那樣，發(fā)動機被供給壓縮空氣或任何其它壓縮氣體，所述壓縮空氣或任何其它壓縮氣體容納在高壓儲存器中，在稱為工作容器的緩沖容器中被預先膨脹到額定工作壓力。雙能源型式的工作容器包括對通過附加能源(化石類或其它能源)供給的空氣或氣體的加熱裝置或熱加熱器，其允許提高經(jīng)過加熱裝置或加熱器的空氣的溫度和/或壓力。該發(fā)動機被稱為“內(nèi)置”活動室式發(fā)動機。不過，即便在多級發(fā)動機的情形中可以以高壓供應第一汽缸，但仍需要將容納于高壓儲存器中的處于非常高壓的壓縮空氣膨脹，直到額定工作壓力，該膨脹操作要么通過使用傳統(tǒng)的減壓器引起效率損失，要么通過采用文獻W0-A1-03/089764的教導而不花費能源，但這種膨脹不允許在容納在儲存器中的高壓與容積恒定的工作容器中的額定工作壓力之間進行任意膨脹作功。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的汽缸中內(nèi)置活動室式發(fā)動機提出解決上一問題，其使用汽缸中內(nèi)置活動室式發(fā)動機的汽缸的功能布置，執(zhí)行儲存器的完全膨脹，用帶有附加能源的雙能源型式和/或單能源型式運行。稱為“自動減壓”發(fā)動機的這種新型發(fā)動機，構成具有內(nèi)置在汽缸中的活動室的“多模式”發(fā)動機，其承擔減壓器的作用。本發(fā)明因此提出一種發(fā)動機，所述發(fā)動機包括至少一個汽缸和至少一個活塞，所述活塞在所述汽缸中滑動安裝和通過傳統(tǒng)的曲柄連桿裝置帶動曲柄軸，其中，由所述活塞掃掠過的汽缸容積被分為區(qū)分開的兩個部分，其中的第一部分構成內(nèi)置于所述汽缸中的活動室CA而第二部分構成膨脹室CD;所述汽缸在其上部分由汽缸蓋關閉，所述汽缸蓋包括至少一個進氣管道及進氣口與至少一個排氣管道及排氣口，其被布置成:當所述活塞處于其上死點時，在所述活塞和所述汽缸蓋之間的余下容積通過構造被縮小到允許所述活塞和所述汽缸蓋之間無接觸式運行的僅僅最小間隙；和其中，從壓縮空氣或任何其它加壓氣體的儲存器提供的壓縮空氣或任何其它加壓氣體，被引進所述活塞上方的所述汽缸中，在壓縮空氣或任何其它加壓氣體的連續(xù)推力下，所述活動室的容積增大，產(chǎn)生作功；自達到所述活動室的最大容積時，壓縮空氣或任何其它加壓氣體進入所述汽缸中的進氣口就被封閉，包含在所述活動室中的壓縮空氣量或任何其它加壓氣體量則發(fā)生膨脹，再推動所述活塞進行活塞行程的第二部分，產(chǎn)生作功，因此確保膨脹階段；所述活塞已達到其下死點，這時排氣口打開，以在所述活塞在其整個行程上回升的期間確保排氣階段，其特征在于:-高壓壓縮空氣或任何其它加壓氣體的儲存器直接地供給發(fā)動機汽缸的進氣口；-對所述汽缸中的所述活動室CA的充填在發(fā)動機每轉(zhuǎn)時以恒定的進氣壓力執(zhí)行，隨著在所述儲存器逐漸排放過程中該儲存器中的壓力降低，所述進氣壓力遞減；-所述活動室CA的最大容積是可變化的，隨著確定所述進氣壓力的所述儲存器中的壓力降低而逐漸增大；-用于打開和封閉到所述活動室中的壓縮空氣的進氣口的打開和封閉部件，不僅允許大致在所述活塞的行程的上死點打開所述進氣管道及進氣口，還允許改變進氣的持續(xù)時間和/或角扇形區(qū)、以及開口通道截面；-并且,所述活動室CA的最大容積對于最大的存儲壓力確定尺寸,繼而逐漸增大，以使得根據(jù)所述進氣壓力、活動室CA和膨脹室CD之間的容積比，在打開所述排氣口之前的膨脹結束時的壓力接近大氣壓力。借助于此，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機也用作減壓器，本發(fā)明因此允許提出一種“自動減壓”發(fā)動機，所述發(fā)動機不必為對活動室進行供給而需要獨立的減壓器，而無論其類型如何。根據(jù)本發(fā)明的包括活動室的多模式自動減壓發(fā)動機，在用壓縮空氣單能源模式運行時，特別是實施一種具有三個階段的熱力學循環(huán)，這三個階段包括:-等壓和等溫轉(zhuǎn)換-作功多變膨脹-在環(huán)境壓力下排氣。在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機運行時，汽缸中內(nèi)置的活動室的最大容積確定注入壓縮空氣的量。進氣壓力越高，活動室的容積應越小。對于同樣的汽缸工作容量，進氣壓力越高，發(fā)動機的潛在功率就越大。對于給定的汽缸工作容量，汽缸中內(nèi)置的活動室的最大容積的增加根據(jù)進氣壓力的降低，允許保持幾乎恒定的發(fā)動機功率在一定的使用壓力范圍內(nèi)，例如從210到140巴。在低值以下，發(fā)動機功率則逐漸降低。理想的是，發(fā)動機的總汽缸工作容量應能夠隨著進氣壓力的降低而增大。根據(jù)本發(fā)明的一變型，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機包括汽缸工作容量遞增的至少兩個汽缸，所述至少兩個汽缸每個都根據(jù)剛描述的相同原理運行；其特征在于:-當所述進氣壓力位于其上部范圍時，僅僅汽缸工作容量較小的汽缸被供給，所述上部范圍例如對應進氣壓力值的上三分之一；-當所述進氣壓力位于中間范圍時，僅僅汽缸工作容量較大的第二汽缸被供給，所述中間范圍例如對應進氣壓力值的中三分之一；-和當所述進氣壓力位于其下部范圍時，兩個汽缸同時被供給，所述下部范圍例如對應進氣壓力值的下三分之一?；谙嗤脑?，可實施根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機，所述發(fā)動機包括至少三個汽缸，所述至少三個汽缸中的所述至少兩個汽缸的汽缸工作容量遞增，借助于此，通過使所述發(fā)動機的所述至少三個汽缸相繼地、共同地和/或相組合地運行，能根據(jù)所述進氣壓力更精細地調(diào)節(jié)所用的總汽缸工作容量。在以附加燃料模式和其雙能源應用中，在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機中，在所述儲存器和所述發(fā)動機的進氣口之間定位有形成等壓加熱器的熱裝置，所述形成等壓加熱器的熱裝置允許以恒定壓力提高經(jīng)過該形成等壓加熱器的熱裝置的空氣或任何其它氣體的溫度，及通過被引入所述活動室CA中之前處在恒定壓力的壓縮空氣或任何其它氣體會提高其溫度和增大其體積的事實，允許增加可使用的有效能量，而允許與體積增大成比例地增加配有所述發(fā)動機的機器的續(xù)駛里程。在壓縮空氣模式，例如當根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機配備于城市環(huán)境的機動車輛時，僅僅使用高壓儲存器中壓縮的空氣或任何其它氣體的壓力來進行運行。在以使用化石類或其它的附加能源的模式運行時，例如當根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機配備于道路機動車輛時，則控制壓縮空氣加熱，因此允許提高空氣的溫度和因此增加可用于活動室和膨脹室的載荷作功的容積。這涉及一種等壓加熱，使溫度倍增的事實允許使有效的壓縮空氣量加倍，如此等
坐寸o因此，在200巴的200升壓縮空氣、即在293K (20攝氏度)的40m3空氣的儲存器，將允許具有在586K (即313攝氏度)的80m3壓縮空氣。對最初處于環(huán)境溫度的壓縮空氣的加熱，允許用較少能量快速地獲得較高的溫度，同時對溫度值進行控制，以優(yōu)選地保持在特別污染性的和有害的氮氧化物的形成溫度以下。形成加熱器的熱裝置的使用具有這樣的優(yōu)點:能夠使用連續(xù)的清潔燃燒，其可通過任何已知方式進行催化或去污，以獲得極少的污染排放物。形成加熱器的熱裝置可使用化石類燃料如汽油、柴油或GPL氣或GNV氣作為能源。形成加熱器的熱裝置還可使用生物燃料或酒精/乙醇，因此允許實施外燃燒式雙能源運行，其中，燃燒器將引起溫度的升高。形成加熱器的熱裝置還可使用允許這類溫度升高的熱化學方法。根據(jù)本發(fā)明的一變型，發(fā)動機使用太陽能來加熱壓縮空氣或任何其它氣體，為此，形成等壓加熱器的熱裝置包括太陽能拋物面碟形聚光器(parabole solaire)，所述太陽能拋物面碟形聚光器聚焦到所述形成等壓加熱器的熱裝置中，允許壓縮空氣或任何其它氣體的溫度升高，以及通過被引入活動室CA中之前處在恒定壓力的壓縮空氣或任何其它氣體將提高其溫度和增大體積的事實，允許增加可使用的有效能量，而允許增加所述機器的續(xù)駛里程。單獨使用或組合使用的用于加熱的熱裝置和所使用的不同能源可進行變化，而不改變本發(fā)明的原理。在使用附加能源的運行模式中，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的熱力學循環(huán)包括四個階段，它們具有:-溫度等壓升高；-等壓/等溫轉(zhuǎn)換；-作功多變膨脹；-在環(huán)境壓力下排氣。根據(jù)允許根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機以雙能源獨立運行的本發(fā)明一變型，用作減壓器的發(fā)動機與空氣壓縮機相聯(lián)接和帶動所述空氣壓縮機，在其用附加能源運行的期間，所述壓縮機允許向高壓儲存器供給壓縮空氣或任何其它氣體。優(yōu)選地，空氣-空氣或其它型的熱交換器定位在所述壓縮機和所述儲存器之間，使得從所述壓縮機排出的高壓和高溫的壓縮空氣或任何其它氣體在所述儲存器中重處于接近環(huán)境溫度的溫度。在該構型中，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機根據(jù)具有六個階段的熱力學循環(huán)運行，這六個階段包括:-環(huán)境空氣/大氣的多變壓縮；-冷卻到環(huán)境溫度/大氣溫度以進行存儲；-溫度等壓升高；-等壓和等溫轉(zhuǎn)換；-作功多變膨脹；-在環(huán)境壓力下排氣。對發(fā)動機在扭矩和速度方面的控制通過一裝置進行管理，所述裝置優(yōu)選地是電子的，發(fā)動機的扭矩和速度通過控制裝置進行控制，所述控制裝置由加速器操控，控制向所述活動室CA供給壓縮的空氣或任何其它氣體的所述進氣管道的所述打開和封閉部件的打開和封閉，不僅允許大致在上死點打開所述打開和封閉部件，而且還允許改變進氣的持續(xù)時間和/或角扇形區(qū)、以及開口通道截面，以根據(jù)所述儲存器中的壓力、引進的壓縮空氣量或任何其它氣體量，通過所述打開和封閉部件封閉形成的所述活動室CA的容積，來確定膨脹結束時的壓力。這樣配備的根據(jù)本發(fā)明的單能源和雙能源型式發(fā)動機可根據(jù)三種模式運行，這三種模式能單獨使用或組合使用，包括:-使用容納于高壓儲存器中的預先壓縮的空氣或任何其它氣體的零污染單能源運行模式；-使用容納于所述儲存器中的預先壓縮的空氣或任何其它氣體、以及使用通過形成加熱器的熱裝置提供的附加能源的雙能源運行模式；-使用通過由發(fā)動機帶動的壓縮機的所述儲存器中壓縮的空氣或任何其它氣體、以及使用通過所述形成加熱器的熱裝置提供的附加能源的獨立雙能源運行模式。熱交換器可以是空氣/空氣或空氣/液體型的交換器，或可以是產(chǎn)生所尋求效應的任何其它裝置或任何其它氣體。根據(jù)本發(fā)明的活動室式發(fā)動機可被使用在所有陸地、海上、鐵道、航空的運載工具上。根據(jù)本發(fā)明的活動室式發(fā)動機還可以有利地應用于備用發(fā)電機組，同樣地應用于發(fā)電、發(fā)熱和空氣調(diào)節(jié)的許多家用電熱共發(fā)應用中。


通過閱讀參照附圖以非限定性方式對多種實施方式進行的說明，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和特征將進行展示，附圖中:一圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的具有內(nèi)置于汽缸中的活動室的發(fā)動機及其壓縮空氣供給裝置，其以軸向剖視圖表示示出在其下死點；一圖2到圖4示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的不同運行階段；—圖5不出根據(jù)本發(fā)明的包括兩個汽缸的發(fā)動機；一圖6示出一發(fā)動機和其壓縮空氣供給裝置，其包括通過太陽能拋物面碟形聚光器對壓縮空氣進行加熱的加熱裝置；一圖7示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機，所述發(fā)動機與壓縮機聯(lián)接，所述壓縮機對儲存器進行供給。
具體實施例方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明的活動室式自動減壓發(fā)動機，在其上可以看見發(fā)動機汽缸1，通過連桿3與曲柄軸5的軸頸4相連接的活塞2在汽缸中滑動。被活塞2掃掠過的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機汽缸I的容積沿虛擬線DD’(其對應正交于汽缸軸線的分隔面)分為兩個部分:第一部分，第一部分構成活動室CA，因此活動室內(nèi)置于汽缸中；和第二部分，第二部分構成膨脹室⑶。當活塞2位于其上死點時，通過構造，在活塞的上表面和汽缸蓋6的相面對的部分之間的余下容積為零、或幾乎為零，活動室CA和膨脹室CD的容積則為零。從活塞的上死點起，由活塞掃掠過的、位于活塞的上表面上方的汽缸容積將逐漸增大，因此依次地產(chǎn)生活動室CA、繼而膨脹室⑶?；钊?在汽缸I中的下行行程因此接連地包括第一“上”部分和第二“下”部分，第一 “上”部分對應所謂活動室CA的逐漸成形，第二 “下”部分對應所謂膨脹室CD的逐漸成形。發(fā)動機汽缸I被上汽缸蓋6罩覆，上汽缸蓋6包括通到汽缸I中的進氣管道7及排氣管道8、以及相關聯(lián)的用于封閉這些管道的封閉部件，封閉部件這里分別是進氣閥9和排氣閥10。
根據(jù)本發(fā)明，進氣管道7直接與高壓儲存器12相連接，高壓存儲器12因此通過進氣管道7直接對活動室CA進行供給。在高壓儲存器12中容納的高壓壓縮空氣在發(fā)動機每轉(zhuǎn)時以恒定壓力通過進氣管道7直接供給活動室CA，隨著儲存器中的壓力在儲存器排放期間降低，該壓力遞減，即隨著儲存器排放逐漸地減小。為允許發(fā)動機速度和負載控制，通過電子計算機控制的一裝置(未顯示)特別是考慮加速器如加速踏板的位置、在儲存器中容納的壓縮空氣的壓力、發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、以及其它運行參數(shù)，該裝置控制給內(nèi)置活動室CA供給壓縮空氣的進氣管道7的進氣閥9的打開和封閉，不僅允許大致在上死點打開進氣閥，而且還允許改變進氣的持續(xù)時間和/或角扇形區(qū)，以及通過改變進氣閥的升程改變開口通道截面，以根據(jù)所有這些不同的參數(shù)或其中的部分參數(shù)確定:-引進的壓縮空氣量；-通過進氣閥9封閉形成的活動室CA的容積；-膨脹結束時的壓力。圖2示出進氣過程中的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機，進氣閥9已自上死點被打開。在儲存器12中容納的承壓壓縮空氣對內(nèi)置活動室CA進行供給，活動室的容積逐漸增大，其再推動活塞2進行活塞下行行程，而產(chǎn)生作功和執(zhí)行熱力學循環(huán)的第一階段:等壓和等溫轉(zhuǎn)換。圖3示出當活塞2到達虛擬線DD’時的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機，在此線，活動室CA的容積是最大的且活動室中的壓力為儲存器中包含的壓力。進氣閥9則封閉和中斷加壓空氣的進入?；顒邮褻A中容納的壓縮空氣則膨脹，將活塞I再推向其下死點(圖4)，并進行驅(qū)動膨脹作功和執(zhí)行熱力學循環(huán)的第二階段:作功多變膨脹。活塞I繼而到達其下死點(圖1)，該下死點對應由活塞掃掠過的汽缸的最大可用容積，此時打開排氣閥10，以在活塞上行行程中通過排氣管道8將壓力接近環(huán)境壓力/大氣壓力的膨脹空氣排向大氣，實現(xiàn)熱力學循環(huán)的該階段:在環(huán)境壓力下排氣。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的汽缸工作容量遞增的雙級式雙汽缸發(fā)動機，從左到右可以看見汽缸工作容量較小的第一汽缸I，通過連桿3與曲柄軸5的軸頸4相連接的活塞2在第一汽缸中滑動。該第一發(fā)動機汽缸I沿虛擬線DD’被分為兩個部分:活動室CA和局部膨脹室CD(在附圖上不可見)。第一發(fā)動機汽缸I被汽缸蓋6罩覆，汽缸蓋6包括通到汽缸I中的進氣管道7和排氣管道8、以及用于封閉這些管道的封閉部件，所述封閉部件在這里是進氣閥9和排氣閥
10。進氣管道7經(jīng)過三通閥門21與高壓儲存器12相連接。排氣管道8通到大氣。第二級由第二汽缸IA構成，第二汽缸的汽缸工作容量大于第一汽缸I的汽缸工作容量，通過連桿3A與公共曲柄軸5的軸頸4A連接的第二活塞2A在第二汽缸中滑動。第二發(fā)動機汽缸IA沿虛擬線DD’被分為兩個部分:第二活動室CAl和第二膨脹室CDl。第二發(fā)動機汽缸IA被汽缸蓋6罩覆，所述汽缸蓋這里是公用的，包括通到第二汽缸IA中的進氣管道7A及排氣管道8A、以及用于封閉這些管道的封閉部件，所述封閉部件這里是進氣閥9A和排氣閥10A。進氣管道7A經(jīng)過三通閥門21與高壓儲存器12相連接。排氣管道8通到大氣。在高壓儲存器12中容納的高壓壓縮空氣經(jīng)過三通閥門21，要么供給第一汽缸I的進氣管道，要么供給第二汽缸IA的進氣管道，要么同時供給兩個汽缸I和1A。下文在雙汽缸發(fā)動機的運行的簡要說明中所指出的壓力值是以非限定性示例對本發(fā)明的實際的和可能的一實施方式給出。運行時，當對于最大壓力為210巴的儲存器，在儲存器12中容納的壓縮空氣的壓力在進氣壓力值的上部范圍、例如上三分之一中例如140巴到210巴之間時，三通閥門封閉進氣管道7A和將壓縮空氣向第一汽缸I的進氣管道7導引，僅僅第一汽缸保證根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的運行。當對于最大壓力為210巴的儲存器，在儲存器12中容納的壓縮空氣的進氣壓力處于進氣壓力值的中間范圍——其例如對應進氣壓力值的中間三分之一例如在70巴到140巴之間一時，三通閥門封閉進氣管道7和將壓縮空氣向第二汽缸IA的進氣管道7A導引，僅僅第二汽缸保證自動減壓發(fā)動機的運行。當對于最大壓力為210巴的儲存器，儲存器12中容納的壓縮空氣的進氣壓力處于進氣壓力值的下部范圍——其例如對應進氣壓力值的下三分之一例如在5巴到70巴之間——時，三通閥門同時將壓縮空氣向第一汽缸I的進氣管道7和向第二汽缸IA的進氣管道7A導引，兩個汽缸I和IA —起保證發(fā)動機的運行。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機和其高壓空氣供給裝置，所述高壓空氣供給裝置包括壓縮空氣加熱裝置，壓縮空氣加熱裝置包括太陽能拋物面碟形聚光器16，其聚焦到一腔室中，允許經(jīng)過它的壓縮空氣的溫度升高。通過壓縮空氣在被引入內(nèi)置活動室CA中之前會提高其溫度和增大其體積的事實，這種布置允許增加可使用的有效能量，從而對于相同的性能，允許在高壓儲存器12中抽取較少量空氣，和允許增加配備有根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的運載工具的續(xù)駛里程。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一發(fā)動機，所述發(fā)動機以獨立雙能源型式這里在一熱裝置中例如使用所謂附加化石類能源運行，所述熱裝置包括燃燒器17，所述燃燒器內(nèi)置在腔室17A中和通過氣瓶18進行供給。曲柄軸5在其轉(zhuǎn)動中帶動壓縮空氣的壓縮機19，所述壓縮機通過空氣/空氣熱交換器20對儲存器12進行供給。發(fā)動機的總體運行與參照圖1到圖4在前文所述的發(fā)動機的總體運行相同。不過，該布置允許在使用附加能源運行的過程中對儲存器進行充填。內(nèi)置活動室式自動減壓發(fā)動機以使用壓縮空氣運行來進行描述。不過，所述發(fā)動機可使用無論何種壓縮氣體，而不會超出本發(fā)明的范圍。本發(fā)明并不局限于所描述和所展示的實施例:所描述的材料、控制部件、裝置可在等同的界限內(nèi)變化，用以產(chǎn)生相同的效果。發(fā)動機汽缸數(shù)、汽缸工作容量、相對于一個或多個所述汽缸的被移動容積的活動室最大容積和膨脹級的數(shù)目可進行變化，而不超出本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.活動室式發(fā)動機，所述活動室式發(fā)動機包括至少一個汽缸(1)和至少一個活塞(2)，所述活塞在所述汽缸(1)中滑動安裝和通過傳統(tǒng)的曲柄連桿裝置(3，4)帶動曲柄軸(5)， 其中，由所述活塞(2)掃掠過的所述汽缸(1)的容積被分為區(qū)分開的兩個部分，其中的第一部分構成內(nèi)置于所述汽缸中的活動室(CA)而第二部分構成膨脹室(CD);所述汽缸(1)在其上部分由汽缸蓋(6)關閉，所述汽缸蓋包括至少一個進氣管道及進氣口(7)與至少一個排氣管道及排氣口( 8 )，其被布置成:當所述活塞(2 )處于其上死點時，在所述活塞(2 )和所述汽缸蓋(6)之間的余下容積通過構造被縮小到允許所述活塞和所述汽缸蓋之間無接觸式運行的僅僅最小間隙；和 其中，從壓縮空氣或任何其它加壓氣體的儲存器提供的壓縮空氣或任何其它加壓氣體，被引進所述活塞上方的所述汽缸(1)中，在壓縮空氣或任何其它加壓氣體的連續(xù)推力下，所述活動室(CA)的容積增大，產(chǎn)生作功；自達到所述活動室(CA)的最大容積時，所述的壓縮空氣或任何其它加壓氣體進入所述汽缸中的進氣口就被封閉，包含在所述活動室中的壓縮空氣量或任何其它加壓氣體量則發(fā)生膨脹，再推動所述活塞進行活塞行程第二部分，產(chǎn)生作功，因此確保膨脹階段；所述活塞已達到其下死點，這時排氣口打開，以在所述活塞在其整個行程上回升的期間確保排氣階段， 其特征在于: -高壓壓縮空氣或任何其它加壓氣體的儲存器(12)直接地供給發(fā)動機汽缸(1)的進氣n ； -對所述汽缸中的所述活動室(CA)的充填在發(fā)動機每轉(zhuǎn)時以恒定的進氣壓力執(zhí)行，隨著在所述儲存器逐漸排放過程中該儲存器(12)中的壓力降低，所述進氣壓力遞減； -所述活動室(CA)的最大容積是能夠變化的，隨著確定所述進氣壓力的所述儲存器(12)中的壓力降低而逐漸增大； -用于打開和封閉到所述活動室(CA)中的壓縮空氣的進氣口的打開和封閉部件(7，9)，不僅允許大致在所述活塞的行程的上死點打開所述進氣管道及進氣口(7)，還允許改變進氣的持續(xù)時間和/或角扇形區(qū)、以及開口通道截面； -并且，所述活動室(CA)的最大容積對于最大的存儲壓力確定尺寸,繼而逐漸增大，以使得根據(jù)所述進氣壓力、內(nèi)置的所述活動室(CA)和所述膨脹室(CD )之間的容積比，在打開所述排氣口(8)之前的膨脹結束時的壓力接近大氣壓力。
2.根據(jù)權利要求1所述的活動室式發(fā)動機，其特征在于，所述活動室式發(fā)動機根據(jù)具有三個階段的熱力學循環(huán)運行，這三個階段包括: -等壓和等溫轉(zhuǎn)換； -作功多變膨脹； -在環(huán)境壓力下排氣。
3.根據(jù)權利要求2所述的活動室式發(fā)動機，其特征在于，所述活動室式發(fā)動機包括汽缸工作容量遞增的至少兩個汽缸(I ;1A)，所述至少兩個汽缸每個都根據(jù)相同原理運行；并且: -當所述進氣壓力位于其上部范圍時，僅僅汽缸工作容量較小的汽缸被供給，所述上部范圍例如對應進氣壓力值的上三分之一； -當所述進氣壓力位于中間范圍時，僅僅汽缸工作容量較大的第二汽缸被供給，所述中間范圍例如對應進氣壓力值的中三分之一； -和當所述進氣壓力位于其下部范圍時，所述至少兩個汽缸同時被供給，所述下部范圍例如對應進氣壓力值的下三分之一。
4.根據(jù)權利要求3所述的活動室式發(fā)動機，其特征在于，所述活動室式發(fā)動機包括至少三個汽缸，所述至少三個汽缸中的所述至少兩個汽缸的汽缸工作容量遞增，借助于此，通過使所述活動室式發(fā)動機的所述至少三個汽缸相繼地、共同地和/或相組合地運行，能根據(jù)所述進氣壓力更精細地調(diào)節(jié)所用的總汽缸工作容量。
5.根據(jù)權利要求1到4中任一項所述的活動室式發(fā)動機，所述活動室式發(fā)動在其雙能源應用中，其特征在于，在所述儲存器(12)和所述活動室式發(fā)動機的進氣口之間定位有形成等壓加熱器的熱裝置，所述形成等壓加熱器的熱裝置允許以恒定壓力提高經(jīng)過該形成等壓加熱器的熱裝置的空氣或任何其它氣體的溫度，及通過被引入所述活動室(CA)中之前處在恒定壓力的壓縮空氣或任何其它氣體會提高其溫度和增大其體積的事實，允許增加可使用的有效能量，而允許與所述體積增大成比例地增加配有所述活動室式發(fā)動機的機器的續(xù)駛里程。
6.根據(jù)權利要求5所述的活動室式發(fā)動機，所述活動室式發(fā)動機在其雙能源應用中，其特征在于，所述形成等壓加熱器的熱裝置包括太陽能拋物面碟形聚光器，所述太陽能拋物面碟形聚光器聚焦到所述形成等壓加熱器的熱裝置中，以允許壓縮空氣或任何其它氣體的溫度升高，及通過被引入所述活動室(CA)中之前處在恒定壓力的壓縮空氣或任何其它氣體將提高其溫度和增大體積的事實，允許增加可使用的有效能量，而允許增加所述機器的續(xù)駛里程。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的活動室式發(fā)動機，其特征在于，所述活動室式發(fā)動機的熱力學循環(huán)具有四個階段，這四 個階段包括: -等壓溫度升高； -等溫轉(zhuǎn)換； -作功多變膨脹； -在環(huán)境壓力下排氣。
8.根據(jù)權利要求5或6所述的活動室式發(fā)動機，所述活動室式發(fā)動機在其獨立雙能源應用中，其特征在于，所述活動室式發(fā)動機與空氣壓縮機(19)相聯(lián)接和帶動所述空氣壓縮機，在其用附加能源運行的期間，所述空氣壓縮機允許向高壓儲存器(12)供給壓縮空氣或任何其它氣體。
9.根據(jù)權利要求8所述的活動室式發(fā)動機，其特征在于，所述活動室式發(fā)動機包括為空氣-空氣或其它型的熱交換器，所述熱交換器定位在所述空氣壓縮機(19)和所述儲存器(12)之間，以使得從所述空氣壓縮機排出的高壓和高溫壓縮空氣或任何其它氣體在所述儲存器中重處于接近環(huán)境溫度的溫度。
10.根據(jù)權利要求9所述的活動室式發(fā)動機，其特征在于，所述活動室式發(fā)動機的熱力學循環(huán)包括六個階段，這六個階段包括: -環(huán)境空氣/大氣的多變壓縮； -冷卻到環(huán)境溫度/大氣溫度以進行存儲； -等壓溫度升高；-等壓/等溫轉(zhuǎn)換； -作功多變膨脹； -在環(huán)境壓力下排氣。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的活動室式發(fā)動機，其特征在于，所述活動室式發(fā)動機的扭矩和速度通過控制裝置進行控制，所述控制裝置由加速器操控，控制向所述活動室(CA)供給壓縮的空氣或任何其它氣體的所述進氣管道(8)的打開和封閉部件(9)的打開和封閉，不僅允許大致在上死點打開所述打開和封閉部件，而且還允許改變進氣的持續(xù)時間和/或角扇形區(qū)、以及開口通道截面，以根據(jù)所述儲存器(12)中的壓力、引進的壓縮空氣量或任何其它氣體量，通過所述打開和封閉部件(9)封閉形成的所述活動室(CA)的容積，來確定膨脹結束時的壓力。
12.根據(jù)權利要求5或6所述的活動室式發(fā)動機，其特征在于，在使用附加能源以雙能源模式運行時，所述活動室式發(fā)動機包括電子計算機，所述電子計算機根據(jù)引入所述活動室(CA)中的壓縮空氣或任何其它氣體的壓力、因而壓縮空氣或任何其它氣體的質(zhì)量，來控制所提供的能源量。
13.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的活動室式發(fā)動機，其特征在于，所述活動室式發(fā)動機根據(jù)三種模式運行，這三種模式能單獨使用或組合使用，包括: -使用容納于高壓儲存器中的預先壓縮的空氣或任何其它氣體的零污染單能源運行模式； -使用容納于所述儲存器中的預先壓縮的空氣或任何其它氣體、以及使用通過形成加熱器的熱裝置提供的附加能源的雙能源運行模式； -使用通過由所述活動室式發(fā)動機帶動的壓縮機的所述儲存器中壓縮的空氣或任何其它氣體、以及使用通過所述形成加熱器的熱裝置提供的附加能源的獨立雙能源運行模式。
全文摘要
本發(fā)明提出具有內(nèi)置活動室的多模式發(fā)動機，其包括汽缸(1)和活塞(2)，活塞將汽缸分為活動室(CA)和膨脹室(CD)，其中，儲存器(12)中容納的壓縮空氣直接供給發(fā)動機汽缸(1)的進氣口，對內(nèi)置活動室(CA)的充填在發(fā)動機每轉(zhuǎn)時以恒定進氣壓力執(zhí)行，該進氣壓力隨著儲存器中的壓力降低是遞減的，內(nèi)置活動室(CA)的容積隨著儲存器(12)中的壓力降低逐漸增大，部件不僅允許基本在活塞行程的上死點打開進氣口和進氣管道(7)，還允許改變進氣的持續(xù)時間和/或角扇形區(qū)、以及開口通道截面，內(nèi)置活動室(CA)的容積對于最大存儲壓力被定尺寸，繼而逐漸增大，借助于此，發(fā)動機是自動減壓發(fā)動機。
文檔編號F02B21/00GK103189612SQ201180048062
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月3日 優(yōu)先權日2010年10月5日
發(fā)明者G·內(nèi)格爾, C·內(nèi)格爾 申請人:汽車發(fā)展國際股份公司