一种分置式大膨胀比发动机制造技术

本发明专利技术公开了一种分置式大膨胀比发动机及调控方法，属于发动机领域，包括气体压缩装置、高压管路、高压气罐、膨胀做功装置、控制单元；气体压缩装置通过高压管路向高压气罐提供高压气体，高压气罐能恒压、减少气压脉动并向膨胀做功装置提供高压气体，管路上可串接散热单元对压缩气体控温，控制单元能控制压缩气体温度，能平衡泵气量和膨胀做功装置的需气量并使罐内气压、压缩比恒定在预设值，改变压缩比和压缩气体的温度可使发动机使用不同燃料，降低压缩气体温度还可以提高压缩比。通过一定的技术方案和调控方法，使得本发动机在各种工况下均能轻松地、低成本实现膨胀比大于压缩比，尤其在小油门工况下实现超大膨胀比，从而大幅降低油耗。

A separated engine with large expansion ratio

【技术实现步骤摘要】
一种分置式大膨胀比发动机
本专利技术涉及发动机领域，尤其涉及一种分置式大膨胀比发动机。
技术介绍
在常规的奥拓循环内燃发动机中，在每次循环中四个冲程：进气冲程、压缩冲程、动力冲程和排气冲程均在一个气缸中完成，活塞的压缩行程和做功行程相等且小于气缸长度，压缩比和膨胀比相等且固定。结果1，活塞做功行程结束，缸内气体仍有较高的剩余气压，高温燃气未能充分膨胀做功，造成能量浪费，这点在大油门工况下表现尤甚；在普通四冲程发动机万有特征曲线图中也可看出，相同转速下，扭矩(油门)在中高值以上时，扭矩(油门)越大，燃料效率则急剧降低。结果2，小油门工况下，汽油机节气风门开度减小，每循环进气量显著减少，但是压缩终了时气体体积和大油门时一致，但密度减小了，这就造成点火燃烧时，缸内燃气温度、密度和气压均大幅减少，进而造成燃料效率低下；在普通四冲程发动机万有特征曲线图中也可看出，相同转速下，扭矩(油门)在中高值以下，扭矩(油门)越小燃料效率越低；柴油机也是如此，原因是空燃比改变。结果3，由于压缩过程也在做功气缸内进行，压缩过程产生的高温无法有效降温，这就造成汽油机压缩比只能采用较低值，否则会造成爆震破坏，而低压缩比意味着低燃油效率。结果4，排气行程结束时仍有剩余容积，容积利用率低，并造成废气难以排空，进而造成一系列问题。结果5，为实现曲轴旋转一周完成一个动力冲程，要求配置两个内燃气缸。事实上，市面上的汽车发动机属奥拓循环内燃机，而且汽油机居多，大部分发动机大部分时段运行在非中高扭矩(油门)这个工况下，故综合燃油效率很低，汽油机尤甚，甚至达不到15％。如能显著提高现有发动机的燃油效率，特别是提高中小油门工况下的燃油效率，对实现节能减排，意义重大。其他类似现有技术阿特金森循环发动机：和奥拓循环发动机类似，属于四冲程，能实现膨胀比大于压缩比，但吸气和压缩行程减少，牺牲一定的动力性能，机械结构复杂，可靠性差，压缩比不可变，压缩气体无法有效降温，用于汽油机时压缩比较低，燃油效率提高有限；米勒循环发动机：与阿特金森差不多，都是属于四冲程，膨胀比大于压缩比，只不过采用的是气门早关实现，在进气行程结束前，提前关闭气门。缺点是高负荷是会导致发动机功率不足，低油门工况下压缩比降低较多，需要复杂的配气机构，压缩气体无法有效降温，用于汽油机时压缩比较低，燃油效率提高有限；中国专利CN102472152A公开一种具有点火和充气模式的分开式循环空气混合动力发动机：属于分置式，即压缩和做功发生在不同气缸；其配气机构及配气调控相当复杂，压缩比不固定、不稳定，不利于发动机正常工作，且燃油效率提高有限；中国专利CN107407190A公开一种分置循环发动机：属于分置式，其整体结构复杂，配气机构及配气调控相当复杂，压缩比不固定、不稳定，不利于发动机正常工作，燃油效率提高不多。中国专利CN101608569A公开一种缸外压缩可变冲程发动机属于分置式，可以通过工作在多种冲程状态输出不同功率，压缩比恒定、可预设，可以使用不同燃料，但功率输出调节麻烦，不能显著实现膨胀比大于压缩比，燃油效率提高有限。中国专利CN208153149U公开一种偏心圆转子发动机属于分置式转子发动机，结构简单，加工、组装、组合方便，生产成本降低。但圆弧形吸气压缩活片不太合理，可靠性、密封性难保证，总体设计不太合理和清晰，不能显著实现膨胀比大于压缩比，燃油效率提高有限。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题在于提出一种分置式大膨胀比发动机，将压缩和膨胀做功分开进行，通过一定的技术手段，使得在各种工况下均能低成本实现膨胀比大于压缩比，尤其是能实现小油门工况下压缩比不变膨胀比远大于压缩比，从而大幅降低油耗。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供的一种分置式大膨胀比发动机，包括气体压缩装置、高压气罐和膨胀做功装置；气体压缩装置向高压气罐提供压缩气体，高压气罐能储存压缩气体、恒压、减少气压脉动，并向膨胀做功装置提供压缩气体，所述高压气罐还包含具有相同功能的管路气腔或其它气腔；所述膨胀做功装置包括定子、转子和进气机构、排气机构和供油机构；转子置于定子内，定子和转子之间形成密闭工作气腔，定子上装有进气机构和排气机构用于周期性进气和排气，供油机构与进气机构同步供应燃料；所述定子为圆筒形，由缸体、上缸盖、下缸盖组成，所述转子为圆形，置于定子内，其上装有一片或多片活动刮片，该转子直径比缸体内径小，其圆心与定子圆心不重合，转子以自身圆心为转轴，旋转时其外圆始终和定子缸体内壁紧密接触，该触面和刮片之间、刮片与刮片之间形成两个或若干个密闭的工作气腔，所述进气机构为相控进气阀，装在紧邻触面的定子缸体上，所述排气机构即排气孔置于紧邻触面的另一侧，进气机构和供油机构共同工作，在工作气腔刚开始变大时注入一定量的压缩气体，喷入一定比例的燃料，点火后高压燃气膨胀，推动转子向外做功，排气孔和收缩的工作气腔相通，使工作气腔收缩时从排气孔排出废气；所述定子的内壁上在所述触面至工作气腔最大处之间开有气腔连通槽，使工作气腔收缩时能向排气孔顺利排气，并有利于防止燃气做负功。本专利技术优选地技术方案在于，所述膨胀做功装置包括定子、转子、进气机构、排气机构和供油机构；转子置于定子内，定子和转子之间形成密闭工作气腔，定子上装有进气机构和排气机构用于周期性进气和排气，供油机构与进气机构同步供应燃料；所述定子为圆筒形，由缸体、上缸盖、下缸盖组成，在该缸体上装有一活动刮片，所述转子直径比缸体内径小，置于定子内，该转子以定子的圆心为转轴轴心，转子的圆心与轴心不重合，旋转时其远心点始终和缸体内壁紧密接触，该触面和刮片之间形成两个密闭的工作气腔；所述活动刮片置于刮片槽盒内，可自由伸出，所述进气机构为相控进气阀，装在紧邻刮片的缸体上，所述排气机构即排气孔，置于紧邻刮片的另一侧，进气机构和供油机构共同工作，在工作气腔刚开始变大时注入一定量的压缩气体，并喷入一定比例的燃料，点火后高压燃气膨胀，推动转子向外做功，排气孔和收缩的工作气腔始终相通，使工作气腔收缩时从排气孔排出废气。本专利技术优选地技术方案在于，还包括控制单元；所述控制单元能平衡气体压缩装置的泵气量和膨胀做功装置的需气量，并使罐内气压、压缩比恒定在预设范围；所述膨胀做功装置包括缸体、缸盖、活塞、连杆、曲轴、相控进气阀、排气阀、供油机构，属活塞式；曲轴旋转通过连杆带动活塞在缸内往复运动，相控进气阀和排气阀置缸盖上，相控进气阀和供油机构共同工作，在工作气腔刚开始变大时注入一定量的压缩气体，并喷入一定比例的燃料，点火后高压燃气膨胀，推动活塞向外做功，工作气腔收缩时排气阀打开排出废气；所述相控进气阀关闭角可变，使每周进气量可调，压缩气体在工作气腔刚开始变大时注入，通过改变膨胀做功装置的每周进气量使扭力和功率输出改变，并将工作气腔的最小容积尽可能设置得最小，使膨胀做功装置在小油门时能小进气量运行，最终使小油门工况下压缩比基本不变膨胀比远大于压缩比；所述工作气腔最小容积指活塞到达上止点时工作气腔容积和；所述的小进气量指每周进气量很小其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分置式大膨胀比发动机，其特征在于，包括气体压缩装置、高压气罐和膨胀做功装置；气体压缩装置向高压气罐提供压缩气体，高压气罐用于储存压缩气体、恒压、减少气压脉动，并向膨胀做功装置提供压缩气体，所述高压气罐还包含具有相同功能的管路气腔或其它气腔；/n所述膨胀做功装置包括定子、转子和进气机构、排气机构和供油机构；转子置于定子内，定子和转子之间形成密闭工作气腔，定子上装有进气机构和排气机构用于周期性进气和排气，供油机构与进气机构同步供应燃料；/n所述定子包括圆筒形、缸体、上缸盖、下缸盖，所述转子为圆形，置于定子内，其上装有一片或多片活动刮片，该转子直径比缸体内径小，其圆心与定子圆心不重合，转子以自身圆心为转轴，旋转时其外圆始终和定子缸体内壁紧密接触，该触面和刮片之间、刮片与刮片之间形成两个或若干个密闭的工作气腔，所述进气机构为相控进气阀，装在紧邻触面的定子缸体上，所述排气机构即排气孔置于紧邻触面的另一侧，进气机构和供油机构共同工作，在工作气腔刚开始变大时注入一定量的压缩气体，喷入一定比例的燃料，点火后高压燃气膨胀，推动转子向外做功，排气孔和收缩的工作气腔相通，使工作气腔收缩时从排气孔排出废气；/n所述定子的内壁上在所述触面至工作气腔最大处之间开有气腔连通槽，使工作气腔收缩时能向排气孔顺利排气。/n...

【技术特征摘要】
20190123 CN 20191006063911.一种分置式大膨胀比发动机，其特征在于，包括气体压缩装置、高压气罐和膨胀做功装置；气体压缩装置向高压气罐提供压缩气体，高压气罐用于储存压缩气体、恒压、减少气压脉动，并向膨胀做功装置提供压缩气体，所述高压气罐还包含具有相同功能的管路气腔或其它气腔；
所述膨胀做功装置包括定子、转子和进气机构、排气机构和供油机构；转子置于定子内，定子和转子之间形成密闭工作气腔，定子上装有进气机构和排气机构用于周期性进气和排气，供油机构与进气机构同步供应燃料；
所述定子包括圆筒形、缸体、上缸盖、下缸盖，所述转子为圆形，置于定子内，其上装有一片或多片活动刮片，该转子直径比缸体内径小，其圆心与定子圆心不重合，转子以自身圆心为转轴，旋转时其外圆始终和定子缸体内壁紧密接触，该触面和刮片之间、刮片与刮片之间形成两个或若干个密闭的工作气腔，所述进气机构为相控进气阀，装在紧邻触面的定子缸体上，所述排气机构即排气孔置于紧邻触面的另一侧，进气机构和供油机构共同工作，在工作气腔刚开始变大时注入一定量的压缩气体，喷入一定比例的燃料，点火后高压燃气膨胀，推动转子向外做功，排气孔和收缩的工作气腔相通，使工作气腔收缩时从排气孔排出废气；
所述定子的内壁上在所述触面至工作气腔最大处之间开有气腔连通槽，使工作气腔收缩时能向排气孔顺利排气。


2.根据权利要求1所述的分置式大膨胀比发动机，其特征在于：
所述膨胀做功装置包括定子、转子、进气机构、排气机构和供油机构；转子置于定子内，定子和转子之间形成密闭工作气腔，定子上装有进气机构和排气机构用于周期性进气和排气，供油机构与进气机构同步供应燃料；
所述定子包括缸体、上缸盖、下缸盖，在该缸体上装有一活动刮片，所述转子直径比缸体内径小，置于定子内，该转子以定子的圆心为转轴轴心，转子的圆心与轴心不重合，旋转时其远心点始终和缸体内壁紧密接触，该触面和刮片之间形成两个密闭的工作气腔；
所述活动刮片置于刮片槽盒内，可自由伸出，所述进气机构为相控进气阀，装在紧邻刮片的缸体上，所述排气机构即排气孔，置于紧邻刮片的另一侧，进气机构和供油机构共同工作，在工作气腔刚开始变大时注入一定量的压缩气体，并喷入一定比例的燃料，点火后高压燃气膨胀，推动转子向外做功，排气孔和收缩的工作气腔始终相通，使工作气腔收缩时从排气孔排出废气。


3.根据权利要求1所述的分置式大膨胀比发动机，其特征在于：
还包括控制单元；以平衡气体压缩装置的泵气量和膨胀做功装置的需气量，并使罐内气压、压缩比恒定在预设范围；
所述膨胀做功装置包括缸体、缸盖、活塞、连杆、曲轴、相控进气阀、排气阀、供油机构；曲轴旋转通过连杆带动活塞在缸内往复运动，相控进气阀和排气阀置缸盖上，相控进气阀和供油机构共同工作，在工作气腔刚开始变大时注入一定量的压缩气体，并喷入一定比例的燃料，点火后高压燃气膨胀，推动活塞向外做功，工作气腔收缩时排气阀打开排出废气；
所述相控进气阀关闭角可变，使每周进气量可调，压缩气体在工作气腔刚开始变大时注入，通过改变膨胀做功装置的每...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢炳炎，谢劲松，
申请(专利权)人：谢劲松，
类型：发明
国别省市：福建;35