一种新型移缸喷水做功的氢内燃机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种以氢气为燃料，并且做功循环中有喷水做功、移缸等功能的内燃机；新型氢内燃机包括热缸、冷缸、热缸曲轴、冷缸曲轴以及相关配套设备；冷缸主要作用是将氢气和氧气进行充分预混，然后经过进一步压缩处理后进入热缸，防止混合气喷射入热缸后发生回火和早燃现象；热缸顶部设置有火花塞和喷水器，点火后混合气开始燃烧做功，并且循环中加设水气化膨胀做功环节；新型内燃机通过控制齿轮传动，两缸曲轴相对偏差角和配套的控制装置来实现内燃机正常做功；氢燃料内燃机相较于传统内燃机更清洁环保，并能够有效降低燃烧中回火现象发生的可能性，改善氢气与氧气混合的均匀程度，提升燃料利用率。

A new type of hydrogen combustion engine with water jet work

The utility model discloses an internal combustion engine which uses hydrogen as fuel and has the function of water jet and cylinder in the work cycle. The new hydrogen internal combustion engine includes a hot cylinder, a cold cylinder, a hot cylinder crankshaft, a cold cylinder crankshaft, and related supporting equipment. The main function of the cold cylinder is to premix fully hydrogen and oxygen, and then pass through further. After compression, it enters the hot cylinder to prevent the mixed gas jet from firing into the hot cylinder after the ignition and the early ignition. The top of the heat cylinder is set with a spark plug and a sprinkler. After the ignition, the mixture begins to burn and works, and the hydrated expansion work is added in the cycle. The new internal combustion engine is controlled by the gear transmission and the relative deviation angle of the two cylinder crankshaft. Compared with the traditional internal combustion engine, the hydrogen fuel internal combustion engine is more clean and environmental, and can effectively reduce the possibility of combustion in the combustion, improve the uniformity of hydrogen and oxygen mixing, and improve the utilization of fuel.

【技术实现步骤摘要】
一种新型移缸喷水做功的氢内燃机
本技术属于内燃机
，具体涉及一种以氢为燃料、移缸和喷水做功的新型氢内燃机。
技术介绍
传统内燃机是一种将化石燃料的能量通过燃烧做功的方式转化为动能的机械装置。目前，内燃机的工作效率已经很难有大幅度的提升，燃油能量中只有35％左右是被汽车使用的，而真正用于汽车驱动和加速只有25％。但是排气中却携带了20％～50％的能量，这些能量全部以热量的形式被消散。而且，传统化石燃料的使用带来了一系列的环境污染和能源短缺等难题。在应对全球气候异常、环境质量下降和能源短缺的诸多问题中，“低碳”或“脱碳”是当前国际上能源利用的主要方向。氢气以其燃烧速度快、热效率高、清洁无污染等优势，被认为是最具发展前景的车辆发动机燃料之一，是受到高度关注的一种新能源。由于氢燃料具有完全不同于传统内燃机燃料(如汽油、柴油等)的燃烧特性，若沿用传统内燃机结构，采用缸外预混进气管式低压喷氢系统开展氢气燃烧的能源利用过程，组织过程中极易发生早燃和回火等异常燃烧现象，这直接影响到氢燃料内燃机的动力性、经济性以及氮氧化物的排放特性。针对上述问题，新型移缸喷水做功氢燃料内燃机可以有效解决传统内燃机的工作效率低、污染严重以及氢气燃烧过程中异常燃烧等问题。
技术实现思路
基于此，针对上述问题，提供一种新型喷水做功的氢内燃机。为解决上述问题，本技术采用如下技术方案：内燃机中，每个工作单元为一大一小两个汽缸组成，小缸为冷缸，大缸为热缸。冷缸与冷缸进气道相连，二者之间设置有冷缸进气阀，冷缸进气道内距冷缸进气阀一段距离上开有氢气进气孔，冷缸进气道与外界大气相连通。氢气进气孔设置有氢气阀，氢气阀经管道与氢气减压器相连接，再由管道与高压储氢罐相连接。冷缸与热缸相通，之间设置有冷缸排气阀。冷缸活塞通过冷缸连杆与冷缸曲轴相连接。热缸内冷缸排气阀附近开有喷水口，喷水口设置有喷水器，喷水器经管道与热缸排气道上的换热器连通，换热器再经由管道与过滤器相连，经过滤器通过管道与水泵相连，水泵经由管道与汽车水箱相连通，水箱的出水口设置有粗滤装置。热缸上方中心处设置有火花塞，以热缸中心轴为对称中心，冷缸排气阀相对对称中心的位置开有热缸排气孔，排气孔设置热缸排气阀。热缸活塞通过热缸连杆与热缸曲轴相连接。热缸曲轴与冷缸曲轴之间通过一大一小两个齿轮相连接，大齿轮为冷缸齿轮，小齿轮为热缸齿轮，热缸曲轴靠近冷缸一端安装热缸齿轮，冷缸曲轴靠近热缸一端安装冷缸齿轮，两齿轮齿数比为2：1，模数根据具体需要来确定。废气从热缸排出后，经热缸排气道进入换热器，废气从换热器出来后，经管道再通入氮氧化物处理装置，废气经氮氧化物处理装置处理后排入大气。热缸排气道上的换热器内大体分为三个部分，第一个部分是经由热缸排出的炙热废气的高温部分；第二个部分是喷水装置预热部分；第三个部分是废气中水的冷凝回收部分。第三部分中将废气中的水冷凝之后经管道与冷凝水过滤器相连接，再将其循环回水箱再利用。相较于传统内燃机，新型内燃机每个做功单元由一个冷缸和一个热缸构成，还新增了喷水做功的功能，并且燃料由燃油改为了氢气，于是，新型内燃机的做功循环也相较于传统内燃机有较大改变。新型内燃机的单个做功单元的工作循环可大致概括为8个过程，第8个过程结束后再次从过程1开始。1.冷缸活塞上升到将近最高点时热缸活塞也运动到将近最高点，但是相较于冷缸活塞会低一点；此时冷缸排气阀打开，将压缩后的氢气氧气混合物压进热缸，将热缸剩余的废气经热缸排气道挤出。2.冷缸进气阀打开，冷缸进气道内氢气阀打开，喷射氢气，氢气与空气混合进入冷缸，冷缸活塞开始下移；热缸内废气被挤出后关闭热缸排气阀，冷缸内氢氧混合物最大程度挤入热缸后冷缸排气阀关闭，热缸内火花塞点燃混合气体推动热缸活塞下移。3.氢气阀继续喷射氢气，冷缸活塞继续下移继续从冷缸进气道抽吸混合气体，此时冷缸活塞运动到接近全部向下行程的二分之一；热缸内混合气体燃烧膨胀推动热缸活塞下移做功，此时热缸活塞运行到最低点。4.冷缸部分运动与过程三相同；热缸活塞经过最低点后开始向上运动，热缸排气阀打开，缸内混合气燃烧后产生废气在热缸活塞上移的作用下开始经热缸排气道排出热缸。5.冷缸活塞运行到最低点，氢气阀准备停止喷氢，冷缸进气阀准备关闭；热缸活塞上升到接近最高点，热缸排气阀准备关闭。6.冷缸进气阀关闭，氢气阀关闭，冷缸活塞经过最低点后准备上移；热缸排气阀在热缸活塞到达上止点之前关闭，在热缸内保留少量高温废气，热缸活塞达到上止点后准备下移时，喷水器喷出水雾，水在吸收热缸内废气的热量和热缸缸壁以及活塞的热量后气化膨胀，推动热缸活塞下移做功。7.冷缸活塞继续上移，压缩混合气体，此时冷缸活塞位置接近向上行程的二分之一的位置；热缸活塞在水蒸气的膨胀推动下达到最低点。8.冷缸运动与过程7相同；热缸活塞在经过最低点之后开始上移，热缸排气阀打开，热缸内废气在热缸活塞的推动下经热缸排气道排出。附图说明图1为新型移缸喷水做功的氢内燃机的汽缸结构图；图2为新型移缸喷水做功的氢内燃机的系统工作流程图；图2中：热缸排气阀1、热缸排气道2、热缸3、热缸活塞4、热缸连杆5、热缸曲轴6、热缸齿轮7、冷缸齿轮8、冷缸进气阀9、氢气阀10、冷缸进气道11、冷缸12、冷缸活塞13、冷缸连杆14、冷缸曲轴15、冷缸排气阀16、喷水器17、火花塞18、高压储氢罐19、氢气减压器20、大气21、水箱22、内燃机23、换热器24、过滤器25、水泵26、氮氧化物处理装置27、冷凝水过滤器28。图3为内燃机单个做功单元的阶段图；图3中：过程一29、过程二30、过程三31、过程四32、过程五33、过程六34、过程七34、过程八36。具体实施方式下面结合附图对本技术进一步说明。为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本技术进行进一步详细说明。应当理解在此所描述的具体实施仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。内燃机中，每个工作单元为一大一小两个汽缸组成，小缸为冷缸(12)，大缸为热缸(3)。冷缸(12)与冷缸进气道(11)相连，二者之间设置有冷缸进气活塞(9)，冷缸进气道(11)内距冷缸进气活塞(9)一段距离上开有氢气进气孔，冷缸进气道(11)与外界大气相连同。氢气进气孔设置有氢气阀(9)，氢气阀(9)经管道与氢气减压器(20)相连接，再由管道与高压储氢罐(19)相连接。冷缸(12)与热缸(3)相通，之间设置有冷缸排气阀(16)。冷缸活塞(13)通过冷缸连杆(14)与冷缸曲轴(15)相连接。热缸内冷缸排气阀(16)附近开有喷水口，喷水口设置有喷水器(17)，喷水器(17)经管道与热缸排气管道上的换热器(24)连通，换热器(24)再经由管道与过滤器(25)相连，经过滤器(25)通过管道与水泵(26)相连，水泵(26)经由管道与汽车水箱(22)相连通，水箱的出水口设置有粗滤装置。热缸(3)上方中心处设置有火花塞(18)，以热缸(3)中心轴为对称中心，冷缸排气阀(16)相对对称中心的位置开有热缸排气孔，排气孔设置热缸排气阀门(1)。热缸活塞(4)通过热缸连杆(5)与热缸曲轴(6)相连接。热缸曲轴(6)与冷缸曲轴(15)之间通过一大一小两个齿轮相连接，大齿轮为冷缸齿轮(8)，小齿轮为热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型移缸喷水做功的氢内燃机，所述移缸喷水做功的氢内燃机包括主要的做功单元和相关配套设施；单个做功单元由一个小的冷缸(12)和一个较大的热缸(3)组成，冷缸(12)内设置有冷缸活塞(13)经由冷缸连杆(14)与冷缸曲轴(15)相配合；热缸(3)内设置有热缸活塞(4)，热缸活塞(4)经由热缸连杆(5)同热缸曲轴(6)相连；冷缸曲轴(15)和热缸曲轴(6)经由分别与冷缸齿轮(8)和热缸齿轮(7)相连，冷缸齿轮(8)和热缸齿轮(7)相互配合，使冷缸曲轴(15)和热缸曲轴(6)可以在转速1：2的比率下旋转；冷缸(12)上表面开有冷缸进气口，通过冷缸进气阀(9)控制冷缸进气道(11)与冷缸(12)的联通与否；在冷缸进气道(11)靠近冷缸进气阀(9)的位置设置有氢气阀(10)，控制氢气的喷射量；冷缸(12)和热缸(3)之间开有联通口，通过冷缸排气阀(16)控制冷缸(12)和热缸(3)是否联通；热缸(3)上表面中心设置有火花塞(18)，靠近冷缸排气阀(16)附近设置有喷水器(17)，在热缸(3)上方相对于热缸活塞(4)轴心与冷缸排气阀(16)对称的位置处开有热缸排气口，通过热缸排气阀(1)控制热缸(3)与热缸排气道(2)的连接与否；相关配套设施中高压储氢罐(19)通过输氢管与氢气减压器(20)连接，通过氢气减压器(20)后的氢气通入氢气阀(10)，适时将氢气喷入做功单元；水箱(22)通过输水管与水泵(26)进水口连接，水泵(26)的出水口经输水管与过滤器(25)入口连接，过滤器(25)出口经输水管与换热器(24)冷流体入口连接，换热器(24)冷流体出口经输水管与喷水器(17)连接；热缸排气道(2)经输气管与换热器(24)高温废气管道入口连接，换热器(24)高温废气管道出口经输气管与氮氧化物处理装置(27)连接，氮氧化物处理装置(27)出口与大气连通；换热器(24)冷凝水出口经输水管与冷凝水过滤器(28)入口连接，冷凝水过滤器(28)出口经输水管与水箱(22)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种新型移缸喷水做功的氢内燃机，所述移缸喷水做功的氢内燃机包括主要的做功单元和相关配套设施；单个做功单元由一个小的冷缸(12)和一个较大的热缸(3)组成，冷缸(12)内设置有冷缸活塞(13)经由冷缸连杆(14)与冷缸曲轴(15)相配合；热缸(3)内设置有热缸活塞(4)，热缸活塞(4)经由热缸连杆(5)同热缸曲轴(6)相连；冷缸曲轴(15)和热缸曲轴(6)经由分别与冷缸齿轮(8)和热缸齿轮(7)相连，冷缸齿轮(8)和热缸齿轮(7)相互配合，使冷缸曲轴(15)和热缸曲轴(6)可以在转速1：2的比率下旋转；冷缸(12)上表面开有冷缸进气口，通过冷缸进气阀(9)控制冷缸进气道(11)与冷缸(12)的联通与否；在冷缸进气道(11)靠近冷缸进气阀(9)的位置设置有氢气阀(10)，控制氢气的喷射量；冷缸(12)和热缸(3)之间开有联通口，通过冷缸排气阀(16)控制冷缸(12)和热缸(3)是否联通；热缸(3)上表面中心设置有火花塞(18)，靠近冷缸排气阀(16)附近设置有喷水器(17)，在热缸(3)上方相对于热缸活塞(4)轴心与冷缸排气阀(16)对称的位置处开有热缸排气口，通过热缸排气阀(1)控制热缸(3)与热缸排气道(2)的连接与否；相关配套设施中高压储氢罐(19)通过输氢管与氢气减压器(20)连接，通过氢气减压器(20)后的氢气通入氢气阀(10)，适时将氢气喷入做功单元；水箱(22)通过输水管与水泵(26)进水口连接，水泵(26)的出水口经输水管与过滤器(25)入口连接，过滤器(25)出口经输水管与换热器(24)冷流体入口连接，换热器(24)冷流体出口经输水管与喷水器(17)连接；热缸排气道(2)经输气管与换热器(24)高温废气管道入口连接，换热器(24)高温废气管道出口经输气管与氮氧化物处理装置(27)连接，氮氧化物处理装置(27)出口与大气连通；换热器(24)冷凝水出口经输水管与冷凝水过滤器(28)入口连接，冷凝水过滤器(28)出口经输水管与水箱(22)连接。2.根据权利要求1所述一种新型移...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜婕妤，潘玮，娄斐，李景胤，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：新型
国别省市：山东,37