采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力裝置、系統(tǒng)及動(dòng)力輸出構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力裝置，包括四沖程內(nèi)燃機(jī)氣缸和氣動(dòng)機(jī)氣缸，其中，所述氣動(dòng)機(jī)氣缸包括缸體、內(nèi)置于所述缸體內(nèi)的活塞和與所述缸體及活塞圍合形成氣源工作腔室的缸蓋，所述缸蓋上設(shè)置有進(jìn)氣門、排氣門和伸入所述氣源工作腔的噴氣嘴；且所述氣動(dòng)機(jī)氣缸的活塞與所述內(nèi)燃機(jī)氣缸的活塞通過連桿機(jī)構(gòu)相連，以在相應(yīng)的缸體內(nèi)交替滑動(dòng)。本發(fā)明基于液態(tài)氣體和燃料作為形成驅(qū)動(dòng)力的基礎(chǔ)源，并有效利用液態(tài)氣體作功后排放的氣體作為進(jìn)一步受熱膨脹的預(yù)壓縮氣源，從而可最大限度的提高效率，并降低污染。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用該動(dòng)力裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)，以及采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力輸出構(gòu)建方法。
【專利說(shuō)明】采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力裝置、系統(tǒng)及動(dòng)力輸出構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力裝置、系統(tǒng)及動(dòng)力輸出構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會(huì)的高速發(fā)展，大量動(dòng)力機(jī)械得以廣泛應(yīng)用，并已經(jīng)成為人類社會(huì)不可或缺的一部分。眾所周知，現(xiàn)有的動(dòng)力機(jī)械能源使用方式均給自然環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的破壞，例如，產(chǎn)生熱能排放、溫室氣體排放、煙塵顆粒物排放等環(huán)境污染，帶來(lái)地球變暖、海平面上升、氣候變壞等問題。
[0003]其中，技術(shù)較為成熟的內(nèi)燃機(jī)在汽車及各作業(yè)設(shè)備應(yīng)用較為普遍，通過將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的輸出。然而，受其自身結(jié)構(gòu)的限制，現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)使用過程中，燃料燃燒產(chǎn)生的熱能爆發(fā)推動(dòng)活塞運(yùn)行做功，這時(shí)相當(dāng)一部分的熱量將傳到發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體和缸蓋上，并通過冷卻系統(tǒng)散發(fā)掉，此外還有大量熱能隨排氣排放。也就是說(shuō)，大部分燃燒熱被排放到環(huán)境中，正是基于上述熱損失的客觀存在，使得內(nèi)燃機(jī)效率僅達(dá)到20%左右。
[0004]為了解決能量?jī)?chǔ)存再釋放的問題，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種處理方式。將氣體壓縮形成高壓儲(chǔ)存，然后加注至氣缸形成壓力驅(qū)動(dòng)，代替部分由燃燒后產(chǎn)生的壓力。但是，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程中，高壓儲(chǔ)存需要消耗能量30%，釋放加注過程損失30%，即該手段的再利用率只有9%左右。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用該處理方式的內(nèi)燃機(jī)能量利用率也只能達(dá)到20%-30%。
[0005]此外，現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)對(duì)于石化燃料等能源物質(zhì)的消耗量較大，且燃料燃燒后的煙塵顆粒物排放直接污染環(huán)境，因此，受到節(jié)能減排相關(guān)要求的制約。
[0006]有鑒于此，亟待另辟踐徑提供一種混合動(dòng)力技術(shù)，在有效提升內(nèi)燃機(jī)效率的基礎(chǔ)上，可降低能源消耗和排放污染方面的影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，提供一種采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力裝置，以基于液態(tài)氣體和燃料作為形成驅(qū)動(dòng)力的基礎(chǔ)源，并有效利用液態(tài)氣體作功后排放的氣體作為進(jìn)一步受熱膨脹的預(yù)壓縮氣源，從而可最大限度的提高效率，并降低污染，保持啟動(dòng)氣缸內(nèi)部清潔。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用該動(dòng)力裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)，以及采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力輸出構(gòu)建方法。
[0008]本發(fā)明提供的采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力裝置，包括四沖程內(nèi)燃機(jī)氣缸和氣動(dòng)機(jī)氣缸，其中，所述氣動(dòng)機(jī)氣缸包括缸體、內(nèi)置于所述缸體內(nèi)的活塞和與所述缸體及活塞圍合形成氣源工作腔室的缸蓋，所述缸蓋上設(shè)置有進(jìn)氣門、排氣門和伸入所述氣源工作腔的噴氣嘴；且所述氣動(dòng)機(jī)氣缸的活塞與所述內(nèi)燃機(jī)氣缸的活塞通過連桿機(jī)構(gòu)相連，以在相應(yīng)的缸體內(nèi)交替滑動(dòng)。[0009]優(yōu)選地,所述氣動(dòng)機(jī)氣缸的缸體與所述內(nèi)燃機(jī)氣缸的缸體一體成形。
[0010]優(yōu)選地，所述內(nèi)燃機(jī)氣缸和所述氣動(dòng)機(jī)氣缸均為多個(gè)，且依次間隔排布。
[0011]優(yōu)選地，所述內(nèi)燃機(jī)氣缸和所述氣動(dòng)機(jī)氣缸均為三個(gè)或者四個(gè)，形成六缸或者八缸動(dòng)力裝置。
[0012]優(yōu)選地,所述內(nèi)燃機(jī)氣缸的數(shù)量小于所述氣動(dòng)機(jī)氣缸的數(shù)量。
[0013]本發(fā)明提供的采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力系統(tǒng)，包括如前所述的采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力裝置，還包括:絕熱儲(chǔ)液箱，用于存儲(chǔ)液態(tài)氣體；高壓儲(chǔ)氣瓶，用于存儲(chǔ)高壓汽化氣體；熱源高壓汽化器，其熱源支路用于與動(dòng)力裝置的冷卻回路連通，其汽化支路連通所述高壓儲(chǔ)氣瓶和所述絕熱儲(chǔ)液箱；換熱預(yù)熱器，其第一熱源支路用于與動(dòng)力裝置的冷卻回路連通，其第一預(yù)熱支路連通所述高壓儲(chǔ)氣瓶和所述氣動(dòng)機(jī)氣缸的所述噴氣嘴，其第二預(yù)熱支路連通所述氣動(dòng)機(jī)氣缸的排氣岐管和進(jìn)氣門；和噴氣控制器，以輸出控制指令控制所述噴氣嘴的啟動(dòng)和停止時(shí)刻。
[0014]優(yōu)選地，所述噴氣控制器根據(jù)所述混合動(dòng)力裝置的轉(zhuǎn)速輸出所述控制指令。
[0015]優(yōu)選地，所述換熱預(yù)熱器還具有第二熱源支路，所述第二熱源支路與動(dòng)力裝置的內(nèi)燃機(jī)排氣管路并聯(lián)連通。
[0016]優(yōu)選地，還包括超低溫低壓液泵，以自所述絕熱儲(chǔ)液箱泵取液態(tài)氣體并輸送至超低溫低壓液管路。
[0017]優(yōu)選地，還包括超低溫高壓液泵，設(shè)置在所述超低溫低壓液管路和所述熱源高壓汽化器的熱源支路之間。
[0018]優(yōu)選地，還包括混合器，所述換熱預(yù)熱器還包括與所述第二預(yù)熱支路連通的回氣氣化輸出端口 ；所述混合器配置成:其進(jìn)氣口與所述回氣氣化輸出端口連通，其進(jìn)液口與所述超低溫高壓液泵的出液口連通，其出口與所述熱源高壓汽化器的氣體進(jìn)口連通。
[0019]優(yōu)選地，所述超低溫低壓液泵內(nèi)置于所述絕熱儲(chǔ)液箱中。
[0020]優(yōu)選地,所述超低溫高壓液泵具體自動(dòng)定壓?jiǎn)?dòng)泵。
[0021]優(yōu)選地，所述液態(tài)氣體具體為液態(tài)空氣、液態(tài)氮?dú)饣蛘咭簯B(tài)混合氣體。
[0022]本發(fā)明提供的采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力輸出構(gòu)建方法，采用液態(tài)氣體和燃料作為形成驅(qū)動(dòng)力的基礎(chǔ)源，其中，所述液態(tài)氣體預(yù)熱后進(jìn)一步受熱膨脹作功形成的壓力，與所述燃料燃燒作功形成的壓力，共同作為動(dòng)力輸出的驅(qū)動(dòng)力，并利用液態(tài)氣體作功后排放的氣體作為進(jìn)一步受熱膨脹的預(yù)壓縮氣源。
[0023]優(yōu)選地，所述液態(tài)氣體的預(yù)熱具體為由液態(tài)經(jīng)兩次受熱膨脹的過程。
[0024]優(yōu)選地，應(yīng)用如前所述的采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力系統(tǒng)。
[0025]優(yōu)選地，所述燃料具體為汽油、柴油、液化石油氣、氫氣、沼氣、頁(yè)巖氣、生物柴油或者天然氣。
[0026]優(yōu)選地，低溫啟動(dòng)時(shí)配置成:采用燃料作功的內(nèi)燃部分先啟動(dòng)，采用液態(tài)氣體作功的氣動(dòng)部分后啟動(dòng)。
[0027]優(yōu)選地，低功耗情況下、環(huán)境高溫工況下配置成:減少所述內(nèi)燃機(jī)氣缸的燃油供給且提高氣動(dòng)機(jī)氣缸的氣體供給，或者內(nèi)燃機(jī)停止工作。
[0028]基于現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，本發(fā)明提出了一種采用液態(tài)氣體的混合動(dòng)力裝置，除內(nèi)燃機(jī)氣缸外，設(shè)置有與其適配的氣動(dòng)機(jī)氣缸。具體地，該氣動(dòng)機(jī)氣缸的缸蓋、缸體及內(nèi)置于缸體內(nèi)的缸蓋圍合形成氣源工作腔室，缸蓋上設(shè)置有進(jìn)氣門、排氣門和伸入所述氣源工作腔的噴氣嘴；并且，氣動(dòng)機(jī)氣缸的活塞與內(nèi)燃機(jī)氣缸的活塞通過連桿機(jī)構(gòu)相連，以在相應(yīng)的缸體內(nèi)交替滑動(dòng)。由此，形成氣動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣、壓縮、做功及排氣四個(gè)工作過程。
[0029]進(jìn)氣行程時(shí)，進(jìn)氣門開啟、排氣門關(guān)閉，氣動(dòng)機(jī)氣缸的活塞可在連桿機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)，整個(gè)過程中曲軸將轉(zhuǎn)動(dòng)180°。壓縮行程時(shí)，氣動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)、排氣門同時(shí)關(guān)閉，隨著活塞逐漸上移，其內(nèi)的氣體受壓后溫度將逐漸上升。做功行程時(shí)，進(jìn)氣門、排氣門均關(guān)閉，接近上止點(diǎn)時(shí)噴氣嘴注入高壓的氣體，與缸體內(nèi)高溫氣體充分混合后膨脹，空間內(nèi)壓力瞬時(shí)增加，高溫高壓氣體推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。排氣行程時(shí)，排氣門開啟、進(jìn)氣門關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)完成作功后的氣體排出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案提供的混合動(dòng)力裝置可應(yīng)用液態(tài)氣體作為“燃料”，與使用傳統(tǒng)燃料的內(nèi)燃機(jī)氣缸形成有機(jī)的結(jié)合，可大大降低傳統(tǒng)燃料的使用量，從而大大降低顆粒物排放導(dǎo)致的環(huán)境污染。
[0030]在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用該動(dòng)力裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于存儲(chǔ)液態(tài)氣體的絕熱儲(chǔ)液箱，其中的低溫液態(tài)氣體經(jīng)由熱源高壓汽化器受熱汽化后，存儲(chǔ)于高壓儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)。工作時(shí)，高壓氣體經(jīng)預(yù)熱后注入氣動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)，具體通過換熱預(yù)熱器的熱源支路實(shí)現(xiàn)該預(yù)熱，該熱源支路與動(dòng)力裝置的冷卻回路連通，從而利用待排放的熱量完成氣體預(yù)熱；同時(shí)，該氣動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣由其自身的排氣岐管引入，并同樣經(jīng)換熱預(yù)熱器預(yù)熱后被吸入氣缸體。如此設(shè)置，與傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)相比具有以下有益效率:
[0031]首先，本方案提供的混合動(dòng)力系統(tǒng)在獲得同樣動(dòng)力性能的前提下可以減小燃料使用量，可降低污染。
[0032]其次，該系統(tǒng)可以充分利用燃料燃燒過程中釋放的熱能，實(shí)現(xiàn)氣體的預(yù)膨脹，以及在氣缸體內(nèi)膨脹過程的熱量提供，進(jìn)而可最大限度的提高燃料利用效率，克服了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的熱損失問題。
[0033]第三，本方案中氣動(dòng)機(jī)氣缸排出的氣體，部分用于氣缸的進(jìn)氣，與傳統(tǒng)技術(shù)吸入環(huán)境大氣相比，由于該封閉系統(tǒng)的排氣沒有污染，氣缸內(nèi)具有較為優(yōu)質(zhì)的環(huán)境，一方面，進(jìn)一步利用具有一定排氣溫度的熱量，另外對(duì)于氣缸作動(dòng)性能提供了可靠的保障。各種液化的氣體，不可能包含冰或干冰等物質(zhì)，氣化為氣體后，成為較為純凈的進(jìn)氣無(wú)雜質(zhì)，可完全規(guī)避結(jié)冰現(xiàn)象。
[0034]第四，本發(fā)明有效利用了液態(tài)氣體的沸點(diǎn)較低，且溫度變化膨脹率較高的特點(diǎn)，SP便是在極寒天氣也能可靠應(yīng)用；此外，液態(tài)體積小，與壓縮空氣作為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)的技術(shù)相比，液態(tài)氣體的存儲(chǔ)體積相差2-3倍，且儲(chǔ)存能量大。本方案一次充加液態(tài)氣體可供較長(zhǎng)時(shí)間的使用，且液態(tài)氣體保溫可靠即可，特別地，水、空氣、土壤均為熱的不良導(dǎo)體，實(shí)際使用時(shí)具有安全性高的特點(diǎn)。
[0035]第五，采用液態(tài)氣體作為氣動(dòng)機(jī)的作功基礎(chǔ)源，其制備過程中將產(chǎn)生大量集中熱，例如制備液氮，可以將該集中熱收集并加以有效利用，作為供暖等需暖系統(tǒng)的熱源，由此確保整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)能得以優(yōu)化。
[0036]最后，基于本方案對(duì)于動(dòng)力裝置冷卻回路的熱量回收利用，可以簡(jiǎn)化冷卻系系統(tǒng)，例如，對(duì)于坦克等大型內(nèi)燃機(jī)的散熱設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，可進(jìn)一步降低制造成本?！緦＠綀D】
【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1示出了【具體實(shí)施方式】所述采用燃料和液態(tài)氣體的實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力輸出的構(gòu)建方法的原理框圖；
[0038]圖2為第一實(shí)施例所述米用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力系統(tǒng)原理圖；
[0039]圖3為【具體實(shí)施方式】所述內(nèi)燃機(jī)氣缸的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖4為【具體實(shí)施方式】所述氣動(dòng)機(jī)氣缸的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖5為第二實(shí)施例所述米用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力系統(tǒng)原理圖。
[0042]圖1-圖 5 中:
[0043]噴氣控制器1、控制線2、氣動(dòng)機(jī)氣缸3、噴氣嘴4、進(jìn)氣管5、冷卻液入口 6、去排氣管7、排氣岐管8、冷卻液入口 9、超低溫高壓液泵10、超低溫低壓管路11、超低溫低壓液泵12、加液口 13、絕熱儲(chǔ)液箱、14、冷卻液出口 15、熱源高壓汽化器16、高壓儲(chǔ)氣瓶17、換熱預(yù)熱器18、冷卻液出口 19、內(nèi)燃機(jī)排氣入口 20、內(nèi)燃機(jī)排氣出口 21、回氣氣化輸出端口 22、混合器23 ；
[0044]進(jìn)氣門31、火花塞32、噴油嘴33、排氣門34、活塞35、連桿36 ；
[0045]進(jìn)氣門41、連桿42、噴氣嘴4、排氣門44、活塞45。
【具體實(shí)施方式】
[0046]本發(fā)明的核心是提供一種采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力輸出構(gòu)建方法，以及應(yīng)用該構(gòu)思的采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力系統(tǒng)。應(yīng)用本發(fā)明能夠在節(jié)能減排的基礎(chǔ)上，充分提高能源利用率。下面結(jié)合說(shuō)明書附圖具體說(shuō)明本實(shí)施方式。
[0047]請(qǐng)參見圖1，該圖示出本實(shí)施方式所述采用燃料和液態(tài)氣體的實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力輸出的構(gòu)建方法的原理框圖。
[0048]如圖所不，該米用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力輸出構(gòu)建方法，以液態(tài)氣體和燃料作為形成驅(qū)動(dòng)力的基礎(chǔ)源，其中，液態(tài)氣體預(yù)熱后進(jìn)一步受熱膨脹作功形成的壓力，與燃料燃燒作功形成的壓力，共同作為動(dòng)力輸出的驅(qū)動(dòng)力，并利用液態(tài)氣體作功后排放的氣體作為進(jìn)一步受熱膨脹的預(yù)壓縮氣源。優(yōu)選地，受熱熱源來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)的排放熱量:冷卻回路的熱量和/或排氣管路的熱量。
[0049]為了進(jìn)一步提高其工作可靠性，其中液態(tài)氣體的預(yù)熱過程可以由液態(tài)經(jīng)兩次受熱膨脹階段，從而通過拉長(zhǎng)整個(gè)相變過程，液態(tài)氣體有時(shí)間充分氣化膨脹，達(dá)到盡可能高的溫度，確保能夠穩(wěn)定可靠的提供氣動(dòng)機(jī)用噴入氣源。
[0050]這里，“液態(tài)氣體”可以為液壓空氣、液氮等具有沸點(diǎn)低、受熱體積膨脹率高的特點(diǎn)的氣體，具體可以實(shí)際車型等應(yīng)用場(chǎng)合的需要進(jìn)行選擇；也可以為液態(tài)混合氣體，實(shí)際原料的加工可來(lái)自于工業(yè)生產(chǎn)制備高純度氣體后的所剩余的殘液，可進(jìn)一步提高液態(tài)氣體制備產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)能?！叭剂稀笨梢詾槠汀⒉裼?、液化石油氣、氫氣、沼氣、頁(yè)巖氣、生物柴油或天然氣等傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)燃料，只要能夠與本發(fā)明的氣動(dòng)機(jī)作功形成有效配合均可。
[0051]不失一般性，本實(shí)施方式以液氮作為氣動(dòng)缸的基礎(chǔ)氣源進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，該氣源并不構(gòu)成對(duì)本方案實(shí)質(zhì)內(nèi)容的限制。
[0052]實(shí)施例1:
[0053]請(qǐng)參見圖2,該圖不出了第一實(shí)施例所述米用液態(tài)氣體的混合動(dòng)力系統(tǒng)原理圖。[0054]需要說(shuō)明的是，該混合動(dòng)力系統(tǒng)所應(yīng)用的動(dòng)力裝置以液態(tài)氣體和傳統(tǒng)燃料為作功基礎(chǔ)源，具體由內(nèi)燃機(jī)氣缸和氣動(dòng)機(jī)氣缸兩個(gè)主要部分構(gòu)成；其中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)四沖程的內(nèi)燃機(jī)氣缸部分，故為了更加清晰示出本申請(qǐng)的核心設(shè)計(jì)所在，圖中僅針對(duì)該混合動(dòng)力系統(tǒng)的氣動(dòng)機(jī)部分作出詳細(xì)示明。
[0055]如圖2所示，該混合動(dòng)力系統(tǒng)的絕熱儲(chǔ)液箱14用于存儲(chǔ)液態(tài)氮，以充加提供氮?dú)庾鳛闅鈩?dòng)機(jī)的“燃料”，具體可以通過絕熱儲(chǔ)液箱14上開設(shè)的加液口 13實(shí)現(xiàn)加注。當(dāng)然，其作功過程為受熱膨脹釋放壓力，并非傳統(tǒng)概念上的燃燒。存儲(chǔ)在絕熱儲(chǔ)液箱14中的液氮可以通過可保溫傳輸?shù)某蜏氐蛪汗苈?1進(jìn)入熱源高壓汽化器16，通過換熱實(shí)現(xiàn)第一次預(yù)熱后汽化，壓力增高后的高壓汽化氮?dú)膺M(jìn)入高壓儲(chǔ)氣瓶17內(nèi)存儲(chǔ)；其中，熱源高壓汽化器16其熱源支路用于與動(dòng)力裝置(內(nèi)燃機(jī)部分)的冷卻回路連通，即其冷卻液入口 9和冷卻液出口 15連通于內(nèi)燃機(jī)的冷卻回路，充分利用內(nèi)燃機(jī)待排放的熱量。換熱預(yù)熱器18的第一熱源支路同樣與動(dòng)力裝置(內(nèi)燃機(jī)部分)的冷卻回路連通，即其冷卻液入口 6和冷卻液出口 19連通于內(nèi)燃機(jī)的冷卻回路，并具有兩路預(yù)熱支路:其第一預(yù)熱支路連通高壓儲(chǔ)氣瓶17和氣動(dòng)機(jī)氣缸3的噴氣嘴4，用于噴入氮?dú)獾诙晤A(yù)熱；其第二預(yù)熱支路連通氣動(dòng)機(jī)氣缸3的排氣岐管8和進(jìn)氣門，具體通過進(jìn)氣管5連通進(jìn)氣門，由此，該氣動(dòng)機(jī)氣缸3的進(jìn)氣由其自身的排氣岐管8引入，并同樣經(jīng)換熱預(yù)熱器18預(yù)熱后被吸入氣缸體，從而攜帶熱量進(jìn)入氣缸工作。經(jīng)換熱預(yù)熱器18后，溫度可達(dá)到-40°C?90°C (異常時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)開鍋可以達(dá)到IlO0O0當(dāng)然，排氣岐管8另一分支連通去排氣管7。
[0056]此外，該混合動(dòng)力系統(tǒng)利用嗔氣控制器I輸出控制指令，以控制嗔氣嘴4的啟動(dòng)和停止時(shí)刻，如圖所示，噴氣控制器I通過控制線2將控制指令傳遞至噴氣嘴4的控制端口，具體可由軟件自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)。
[0057]其中的，內(nèi)燃機(jī)氣缸的主體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參見圖3所示，圖中所示以汽油機(jī)氣缸作為示例性說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，除點(diǎn)燃內(nèi)燃機(jī)外，本方案還適用于壓燃內(nèi)燃機(jī)。該內(nèi)燃機(jī)氣缸的活塞35內(nèi)置于缸體內(nèi)，通過連桿36與曲柄連桿機(jī)構(gòu)相連，具體可以采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，故本文不再贅述。同樣地，其氣缸蓋上設(shè)置有進(jìn)氣門31、排氣門34、火花塞32以及噴油嘴33，通過進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程四個(gè)階段構(gòu)成一封閉工作過程，以汽油作為燃料燃燒作功推動(dòng)活塞下移實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。
[0058]其中的，氣動(dòng)機(jī)氣缸的主體結(jié)構(gòu)與內(nèi)燃機(jī)氣缸相同，請(qǐng)一并參見圖4,該圖為氣動(dòng)機(jī)氣缸的整體結(jié)構(gòu)不意圖。其活塞45內(nèi)置于缸體中，其缸蓋與缸體及活塞45圍合形成氣源工作腔室，該缸蓋上設(shè)置有進(jìn)氣門41、排氣門44和伸入氣源工作腔的噴氣嘴4 ;這里，氣動(dòng)機(jī)氣缸的活塞45通過連桿42與曲柄連桿機(jī)構(gòu)相連，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出，同樣為四沖程:進(jìn)氣、壓縮、做功及排氣四個(gè)工作過程。該氣動(dòng)機(jī)氣缸的活塞45與內(nèi)燃機(jī)氣缸的活塞35通過連桿機(jī)構(gòu)相連，以各自在相應(yīng)的缸體內(nèi)交替滑動(dòng)。此外，氣動(dòng)機(jī)氣缸的缸體與內(nèi)燃機(jī)氣缸的缸體一體成形，當(dāng)然，兩者之間也可以為分體式設(shè)計(jì)，相比較而言一體成形具有較好的工藝性，故為最優(yōu)方案。
[0059]下面簡(jiǎn)要說(shuō)明其工程過程:
[0060]進(jìn)氣行程時(shí)，進(jìn)氣門41開啟、排氣門44關(guān)閉，氣動(dòng)機(jī)氣缸的活塞45可在連桿機(jī)構(gòu)42的帶動(dòng)下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)，整個(gè)過程中曲軸將轉(zhuǎn)動(dòng)180°。
[0061]壓縮行程時(shí)，進(jìn)氣門41、排氣門44同時(shí)關(guān)閉，隨著活塞45逐漸上移，其內(nèi)的氣體受壓后溫度將逐漸上升；根據(jù)進(jìn)氣溫度和壓縮比，溫度可以在100°c?800°C直接甚至更高。
[0062]做功行程時(shí)，進(jìn)氣門41、排氣門44均關(guān)閉，接近上止點(diǎn)時(shí)噴氣嘴4注入高壓的氣體，此時(shí)自噴氣嘴4噴入的氣體壓力可達(dá)到80-300大氣壓，溫度為_40°C?90°C;與缸體內(nèi)高溫氣體充分混合后膨脹，空間內(nèi)壓力瞬時(shí)增加，高溫高壓氣體推動(dòng)活塞45從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。具體地，噴氣控制器I根據(jù)混合動(dòng)力裝置的轉(zhuǎn)速輸出控制指令，對(duì)噴氣嘴4的啟動(dòng)時(shí)機(jī)及時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整控制。
[0063]排氣行程時(shí)，排氣門44開啟、進(jìn)氣門41關(guān)閉，活塞45從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)完成作功后的氣體排出。
[0064]需要說(shuō)明的是，除做功行程外，該氣動(dòng)機(jī)氣缸的活塞動(dòng)作可基于單缸慣性或者多缸帶動(dòng)進(jìn)行，具體可以根據(jù)額定參量的實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，內(nèi)燃機(jī)氣缸和所述氣動(dòng)機(jī)氣缸可以均為三個(gè)，且依次間隔排布，形成六缸動(dòng)力裝置。顯然，該混合動(dòng)力裝置還可以為四缸、八缸、十二缸等其他復(fù)數(shù)個(gè)，只要應(yīng)用本方案的核心設(shè)計(jì)構(gòu)思均在本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0065]特別地，氣動(dòng)機(jī)氣缸和內(nèi)燃機(jī)氣缸不局限于前述數(shù)量相同的設(shè)置，兩者數(shù)量完全可以不同。優(yōu)選地，內(nèi)燃機(jī)氣缸的數(shù)量小于氣動(dòng)機(jī)氣缸的數(shù)量，該設(shè)計(jì)可以用于環(huán)境溫度較高的工況，例如，赤道等，由于環(huán)境能源充足極易獲取能量，此工況下，可大部分或者全部采用氣動(dòng)機(jī)氣缸提供驅(qū)動(dòng)力的輸出。
[0066]通常情況下，內(nèi)燃機(jī)氣缸及氣動(dòng)機(jī)氣缸可以同步啟動(dòng)工作，實(shí)時(shí)同步輸出驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)然，為了避免低溫啟動(dòng)時(shí)氣動(dòng)部分的工作可靠性，可以在低溫啟動(dòng)時(shí)配置成:采用燃料作功的內(nèi)燃部分先啟動(dòng)，采用液態(tài)氣體作功的氣動(dòng)部分后啟動(dòng)。這樣，氣動(dòng)部分的預(yù)熱溫度，能夠基于內(nèi)燃部分燃燒發(fā)熱預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度后的冷卻回路得以保證。此外，低功耗情況下、環(huán)境高溫工況下配置成:減少所述內(nèi)燃機(jī)氣缸的燃油供給且提高氣動(dòng)機(jī)氣缸的氣體供給，或者內(nèi)燃機(jī)停止工作，即單純由氣動(dòng)機(jī)氣缸工作的模式。
[0067]另外，如圖2所示的混合動(dòng)力系統(tǒng)，還包括超低溫低壓液泵12，以自絕熱儲(chǔ)液箱14泵取液態(tài)氣體并輸送至超低溫低壓液管路11，壓力大致為3-5個(gè)大氣壓，以便實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離輸出提供至氣動(dòng)機(jī)氣缸的工作介質(zhì)；圖中所示，該超低溫低壓液泵12可選用浸入式液泵，由此可內(nèi)置于絕熱儲(chǔ)液箱14中。
[0068]此外，還包括超低溫高壓液泵10，設(shè)置在超低溫低壓液管路11和所述熱源高壓汽化器16的熱源支路之間，與超低溫低壓液泵12 —并確保氣動(dòng)機(jī)氣缸工作介質(zhì)的可靠供給。優(yōu)選地，該超低溫高壓液泵10具體自動(dòng)定壓?jiǎn)?dòng)泵，具體可以調(diào)定其啟動(dòng)壓力閾值，保證輸出端的壓力閾值，進(jìn)而通過熱源高壓汽化器16吸收熱量膨脹，并儲(chǔ)備于高壓儲(chǔ)氣瓶17，壓力可達(dá)300個(gè)大氣壓左右。
[0069]可以理解的是，當(dāng)液態(tài)氣體選擇空氣時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化或者取消，對(duì)空氣的需求量減少，可以潛水或者空氣稀薄的情況下應(yīng)用。
[0070]實(shí)施例2:
[0071]本實(shí)施例與第一實(shí)施例所述采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力系統(tǒng)主要構(gòu)成相同，并在第一實(shí)施例的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步優(yōu)化。請(qǐng)參見圖5，該圖示出了第二實(shí)施例所述采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力系統(tǒng)原理圖。為了清楚示明兩者的區(qū)別聯(lián)系，圖中相同功能元件以相同的標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)示。[0072]本方案與第一實(shí)施例相比作了兩個(gè)方面的改進(jìn)。首先，換熱預(yù)熱器18還具有第二熱源支路，該第二熱源支路與動(dòng)力裝置的內(nèi)燃機(jī)排氣管路并聯(lián)連通，即其內(nèi)燃機(jī)排氣入口20與內(nèi)燃機(jī)排氣出口 21連通于內(nèi)燃機(jī)排氣管路，由此進(jìn)一步利用內(nèi)燃機(jī)的排氣熱量，最大限度的降低熱損失。
[0073]另外，還包括混合器23，該換熱預(yù)熱器18還包括與第二預(yù)熱支路連通的回氣氣化輸出端口 22，也就是說(shuō)，經(jīng)排氣岐管8分流進(jìn)入換熱預(yù)熱器18的氣動(dòng)缸排氣，預(yù)熱后除一部分吸入氣動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)外，另一分支用于回輸至熱源高壓汽化器16。如圖所示，該混合器23配置成:其進(jìn)氣口與回氣氣化輸出端口 22連通，其進(jìn)液口與超低溫高壓液泵10的出液口連通，其出口與熱源高壓汽化器16的氣體進(jìn)口連通，用于將高壓液態(tài)氣體和回輸?shù)慕?jīng)過預(yù)熱后排氣分支混合，再通入熱源高壓汽化器16中，形成溫度升高的氣液混合物，降低后續(xù)汽化的難度，從而改善其汽化性能。
[0074]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力裝置，包括四沖程內(nèi)燃機(jī)氣缸，其特征在于，還包括氣動(dòng)機(jī)氣缸，所述氣動(dòng)機(jī)氣缸包括: 缸體； 活塞，內(nèi)置于所述缸體內(nèi)；和 缸蓋，與所述缸體及活塞圍合形成氣源工作腔室，所述缸蓋上設(shè)置有進(jìn)氣門、排氣門和伸入所述氣源工作腔的噴氣嘴；且 所述氣動(dòng)機(jī)氣缸的活塞與所述內(nèi)燃機(jī)氣缸的活塞通過連桿機(jī)構(gòu)相連，以在相應(yīng)的缸體內(nèi)交替滑動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力裝置，其特征在于，所述氣動(dòng)機(jī)氣缸的缸體與所述內(nèi)燃機(jī)氣缸的缸體一體成形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合動(dòng)力裝置，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)氣缸和所述氣動(dòng)機(jī)氣缸均為多個(gè)，且依次間隔排布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合動(dòng)力裝置，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)氣缸和所述氣動(dòng)機(jī)氣缸均為三個(gè)或者四個(gè)，形成六缸或者八缸動(dòng)力裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合動(dòng)力裝置，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)氣缸的數(shù)量小于所述氣動(dòng)機(jī)氣缸的數(shù)量。`
6.采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，包括: 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力裝置，還包括: 絕熱儲(chǔ)液箱，用于存儲(chǔ)液態(tài)氣體； 高壓儲(chǔ)氣瓶，用于存儲(chǔ)高壓汽化氣體； 熱源高壓汽化器，其熱源支路用于與動(dòng)力裝置的冷卻回路連通，其汽化支路連通所述高壓儲(chǔ)氣瓶和所述絕熱儲(chǔ)液箱； 換熱預(yù)熱器，其第一熱源支路用于與動(dòng)力裝置的冷卻回路連通，其第一預(yù)熱支路連通所述高壓儲(chǔ)氣瓶和所述氣動(dòng)機(jī)氣缸的所述噴氣嘴，其第二預(yù)熱支路連通所述氣動(dòng)機(jī)氣缸的排氣岐管和進(jìn)氣門；和 噴氣控制器，以輸出控制指令控制所述噴氣嘴的啟動(dòng)和停止時(shí)刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述噴氣控制器根據(jù)所述混合動(dòng)力裝置的轉(zhuǎn)速輸出所述控制指令。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱預(yù)熱器還具有第二熱源支路，所述第二熱源支路與動(dòng)力裝置的內(nèi)燃機(jī)排氣管路并聯(lián)連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，還包括超低溫低壓液泵，以自所述絕熱儲(chǔ)液箱泵取液態(tài)氣體并輸送至超低溫低壓液管路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，還包括超低溫高壓液泵，設(shè)置在所述超低溫低壓液管路和所述熱源高壓汽化器的熱源支路之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，還包括混合器，所述換熱預(yù)熱器還包括與所述第二預(yù)熱支路連通的回氣氣化輸出端口 ；所述混合器配置成:其進(jìn)氣口與所述回氣氣化輸出端口連通，其進(jìn)液口與所述超低溫高壓液泵的出液口連通，其出口與所述熱源高壓汽化器的氣體進(jìn)口連通。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述超低溫低壓液泵內(nèi)置于所述絕熱儲(chǔ)液箱中。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述超低溫高壓液泵具體自動(dòng)定壓?jiǎn)?dòng)泵。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述液態(tài)氣體具體為液態(tài)空氣、液態(tài)氮?dú)饣蛘咭簯B(tài)混合氣體。
15.采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力輸出構(gòu)建方法，其特征在于，采用液態(tài)氣體和燃料作為形成驅(qū)動(dòng)力的基礎(chǔ)源，其中，所述液態(tài)氣體預(yù)熱后進(jìn)一步受熱膨脹作功形成的壓力，與所述燃料燃燒作功形成的壓力，共同作為動(dòng)力輸出的驅(qū)動(dòng)力，并利用液態(tài)氣體作功后排放的氣體作為進(jìn)一步受熱膨脹的預(yù)壓縮氣源。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的混合動(dòng)力輸出構(gòu)建方法，其特征在于，所述液態(tài)氣體的預(yù)熱具體為由液態(tài)經(jīng)兩 次受熱膨脹的過程。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的混合動(dòng)力輸出構(gòu)建方法，其特征在于，應(yīng)用權(quán)利要求5至14中任一項(xiàng)所述的采用燃料和液態(tài)氣體的混合動(dòng)力系統(tǒng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的混合動(dòng)力輸出構(gòu)建方法，其特征在于，所述燃料具體為汽油、柴油、液化石油氣、氫氣、沼氣、頁(yè)巖氣、生物柴油或者天然氣。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的混合動(dòng)力輸出構(gòu)建方法，其特征在于，低溫啟動(dòng)時(shí)配置成:采用燃料作功的內(nèi)燃部分先啟動(dòng)，采用液態(tài)氣體作功的氣動(dòng)部分后啟動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的混合動(dòng)力輸出構(gòu)建方法，其特征在于，低功耗情況下、環(huán)境高溫工況下配置成:減少所述內(nèi)燃機(jī)氣缸的燃油供給且提高氣動(dòng)機(jī)氣缸的氣體供給，或者內(nèi)燃機(jī)停止工作。
【文檔編號(hào)】F04B41/02GK103711680SQ201410019410
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】茍仲武 申請(qǐng)人:茍仲武