CN102748077A

CN102748077A - 小余隙容积爆排发动机

Info

Publication number: CN102748077A
Application number: CN2012102107517A
Authority: CN
Inventors: 靳北彪
Original assignee: Molecule Power Beijing Technology Co Ltd
Current assignee: Xuzhou Yongteng Building Materials Co ltd
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: CN202745945U; CN102748077B

Abstract

本发明公开了一种小余隙容积爆排发动机，包括高压气源和爆排活塞做功机构，所述高压气源经充气门与所述爆排活塞做功机构的气缸连通，所述气缸经排气门与排气道连通，所述爆排活塞做功机构的活塞设置在所述气缸内，所述活塞处于上止点时的所述活塞的上方容积与所述活塞的截面积之比小于5mm。本发明所述的小余隙容积爆排发动机具有扭矩大、效率高的特点，具有广阔的应用前景。

Description

小余隙容积爆排发动机

技术领域

本发明涉及内燃机领域，尤其是一种爆排发动机。

背景技术

传统内燃机中，由于其结构和循环方式的限制，活塞处于上止点时，活塞上方容积（即余隙容积）较大，这使曲轴转角增大，活塞下行时，活塞上方容积进一步增大形成在活塞对曲轴有可观力矩时，活塞上方气体压力明显下降，因此发动机的扭矩和效率受限。因此，需要发明一种新型发动机。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种小余隙容积爆排发动机，包括高压气源和爆排活塞做功机构，所述高压气源经充气门与所述爆排活塞做功机构的气缸连通，所述气缸经排气门与排气道连通，所述爆排活塞做功机构的活塞设置在所述气缸内，处于上止点时的所述活塞的上方容积与所述活塞的截面积之比小于5mm。

选择性地，上述活塞处于上止点时的所述活塞的上方容积（V）与所述活塞的截面积（S）之比（即V/S）还可以小于4.8mm 、4.6mm 、4.4mm 、4.2mm 、4.0mm 、3.8mm 、3.6mm 、3.4mm 、3.2mm 、3.0mm 、2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.4mm、1.2mm、1.0mm、0.8mm、0.6mm、0.4mm或小于0.2mm。

一种小余隙容积爆排发动机，包括高压气源和爆排活塞做功机构，所述高压气源经充气门与所述爆排活塞做功机构的气缸连通，所述气缸经排气门与排气道连通，所述爆排活塞做功机构的活塞设置在所述气缸内，处于上止点时的所述活塞的上方容积与所述活塞的截面积和所述活塞的直径的乘积之比小于5：100。

选择性地，上述活塞处于上止点时的所述活塞的上方容积（V）与所述活塞的截面积（S）和所述活塞的直径（D）的乘积之比（即V/（S×D））还可以小于4.8:100、4.6:100、4.4:100、4.2:100、4.0:100、3.8:100、3.6:100、3.4:100、3.2:100、3.0:100、2.8:100、2.6:100、2.4:100、2.2:100、2.0:100、1.8:100、1.6:100、1.4:100、1.2:100、1.0:100、0.8:100、0.6:100、0.4:100或小于0.2:100。

选择性地，所述高压气源设为连续燃烧室、外燃工质发生器、高压气体源或气体液化物高压供气系统。

进一步地，在所述气缸上设燃料入口。

进一步地，在所述气缸上设点火装置。

选择性地，所述充气门设为外开充气门。

进一步地，在所述排气道上设叶轮动力机构。

选择性地，所述高压气源设为连续燃烧室，所述连续燃烧室的空气过量系数小于1.95。

选择性地，所述高压气源设为连续燃烧室，所述连续燃烧室的承压能力大于5MPa。

选择性地，在所述气缸上设有燃料入口和/或点火装置的结构中，所述充气门可设为缸内高压充气门。

本发明的原理是：尽可能减少所述活塞处于上止点时的上方容积，使曲轴转角增大，所述活塞下行到一定程度时，在所述活塞上方形成一定容积供高压气源内的气体冲入或为燃烧化学反应提供空间，这样使所述活塞处于对曲轴有一定力矩的位置时，所述气缸内保持气体的高压状态，进而提高发动机的扭矩和效率。

本发明所公开的小余隙容积爆排发动机的工作过程是：所述高压气体源内的高压气体工质在所述充气门的控制下，当所述活塞开始离开上止点下行时，开始充入所述气缸内，所述高压气体工质充入所述气缸达到设定量时，所述充气门关闭，此时被充入所述气缸内的所述高压气体工质直接膨胀推动所述活塞做功或与燃料发生燃烧化学反应后膨胀推动所述活塞做功，做功后的工质通过所述排气门排入所述排气道，当排气完成时所述排气门关闭，所述小余隙容积爆排发动机进入下一个循环过程。

本发明中，在设有连续燃烧室的结构中，可使所述连续燃烧室内的空气过量系数小于1.90、1.85、1.80、1.75、1.70、1.65、1.60、1.55、1.50、1.45、1.40、1.35、1.30、1.25、1.20、1.15、1.10或小于1.05，或等于1。

本发明所公开的某些技术方案中，由于采用了连续燃烧室，故可以大幅度减小空气过量系数，空气过量系数的减小会使柴油发动机的体积和重量大幅度降低，进而降低造价，提高车辆等运载系统的效率。

本发明中，可使所述连续燃烧室的承压能力大于5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa或大于30MPa。

本发明中，所谓的爆排发动机是指没有压缩冲程，利用充入气缸的一定量高压气体工质直接膨胀做功或利用充入气缸的一定量高压气体工质与燃料在气缸内发生燃烧化学反应后进行膨胀做功，再将膨胀做功后的气体工质经排气门排出气缸的气缸活塞机构。

本发明中，所谓的连续燃烧室是指其内能连续发生燃烧放热化学反应的燃烧室。

本发明中，所谓的上方容积是指由所述活塞上表面、所述气缸内表面和气缸盖下表面所构成的空间的容积。

本发明中，“处于上止点时的所述活塞的上方容积”是指所述活塞处于上止点时由所述活塞上表面、所述气缸内表面和气缸盖下表面所构成的空间的容积。

本发明中，所谓的气体液化物高压供气系统是指由气体液化物储罐、气体液化物高压泵和气体液化物气化器构成的可以提供高压气体的系统。

本发明中，所谓高压是指压力高于2MPa的压力。

本发明中，所谓的压力是指压强。

本发明中，所谓的缸内高压充气门是指在所述气缸内的压力高于所述高压气源内的压力的情况下，所述充气门仍然能够保持关闭状态的充气门。

本发明中，应根据公知技术在必要的地方设部件、单元和系统，例如在所述连续燃烧室上应设置燃料入口（或燃料喷射器）、氧化剂入口（或含氧气体）、在必要时应设火花塞等。

本发明的有益效果如下:

本发明所公开的小余隙容积爆排发动机效率高、扭矩大。

附图说明

图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；

图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；

图3所示的是本发明实施例3的结构示意图，

图中：

1高压气源、2爆排活塞做功机构、3气缸、4活塞、5连续燃烧室、7高压气体源、9燃料入口、10点火装置、11充气门、12排气门、13排气道、14外开充气门、15缸内高压充气门、16叶轮动力机构。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的小余隙容积爆排发动机，包括高压气源1和爆排活塞做功机构2，所述高压气源1经充气门11与所述爆排活塞做功机构2的气缸3连通，所述气缸3经排气门12与排气道13连通，所述爆排活塞做功机构2的活塞4设置在所述气缸3内，所述活塞4处于上止点时的所述活塞4的上方容积与所述活塞4的截面积之比为3.0mm。

具体实施时，所述活塞4处于上止点时的所述活塞4的上方容积与所述活塞4的截面积之比还可设置成小于4.8mm、4.6mm、4.4mm、4.2mm、4.0mm、3.8mm、3.6mm、3.4mm、3.2mm、3.0mm、2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.4mm、1.2mm、1.0mm、0.8mm、0.6mm、0.4mm或小于0.2mm的值。

实施例2

如图2所示的小余隙容积爆排发动机，其与实施例1的区别在于：所述高压气源1设为高压气体源7，所述气缸3上设有燃料入口9和点火装置10，所述充气门11设为缸内高压充气门15，所述活塞4处于上止点时的所述活塞4的上方容积与所述活塞4的截面积和所述活塞4的直径的乘积之比为3：100。

具体实施时，所述高压气源1还可设为外燃工质发生器、气体液化物高压供气系统等能产生高压气体的装置或系统；所述活塞4处于上止点时的所述活塞4的上方容积与所述活塞4的截面积和所述活塞4的直径的乘积之比还可设置成小于4.8:100、4.6:100、4.4:100、4.2:100、4.0:100、3.8:100、3.6:100、3.4:100、3.2:100、2.8:100、2.6:100、2.4:100、2.2:100、2.0:100、1.8:100、1.6:100、1.4:100、1.2:100、1.0:100、0.8:100、0.6:100、0.4:100或小于0.2:100的值。

实施例3

如图3所示的小余隙容积爆排发动机，其与实施例1的区别在于：所述高压气源1设为连续燃烧室5，所述连续燃烧室5上设有所述燃料入口9，所述充气门11设为外开进气门14，所述排气道13上设有叶轮动力机构16，其中，所述连续燃烧室5的承压能力为20MPa，所述连续燃烧室5内的空气过量系数设为1.8。

选择性地，具体实施时还可使所述连续燃烧室内的空气过量系数小于1.95、1.90、1.85、1.75、1.70、1.65、1.60、1.55、1.50、1.45、1.40、1.35、1.30、1.25、1.20、1.15、1.10或小于1.05，或等于1。

选择性地，具体实施时还可使所述连续燃烧室的承压能力设为5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa或大于30MPa。

显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种小余隙容积爆排发动机，包括高压气源（1）和爆排活塞做功机构（2），所述高压气源（1）经充气门（11）与所述爆排活塞做功机构（2）的气缸（3）连通，所述气缸（3）经排气门（12）与排气道（13）连通，所述爆排活塞做功机构（2）的活塞（4）设置在所述气缸（3）内，其特征在于：处于上止点时的所述活塞（4）的上方容积与所述活塞（4）的截面积之比小于5mm。

2.一种小余隙容积爆排发动机，包括高压气源（1）和爆排活塞做功机构（2），所述高压气源（1）经充气门（11）与所述爆排活塞做功机构（2）的气缸（3）连通，所述气缸（3）经排气门（12）与排气道（13）连通，所述爆排活塞做功机构（2）的活塞（4）设置在所述气缸（3）内，其特征在于：处于上止点时的所述活塞（4）的上方容积与所述活塞（4）的截面积和所述活塞（4）的直径的乘积之比小于5：100。

3.如权利要求1或2所述小余隙容积爆排发动机，其特征在于：所述高压气源（1）设为连续燃烧室（5）、外燃工质发生器、高压气体源（7）或气体液化物高压供气系统。

4.如权利要求1或2所述小余隙容积爆排发动机，其特征在于：在所述气缸（3）上设燃料入口（9）。

5.如权利要求1或2所述小余隙容积爆排发动机，其特征在于：在所述气缸（3）上设点火装置（10）。

6.如权利要求1或2所述小余隙容积爆排发动机，其特征在于：所述充气门（11）设为外开充气门（14）。

7.如权利要求1或2所述小余隙容积爆排发动机，其特征在于：在所述排气道（13）上设叶轮动力机构（16）。

8.如权利要求1或2所述小余隙容积爆排发动机，其特征在于：所述高压气源（1）设为连续燃烧室（5），所述连续燃烧室（5）的空气过量系数小于1.95。

9.如权利要求1或2所述小余隙容积爆排发动机，其特征在于：所述高压气源（1）设为连续燃烧室（5），所述连续燃烧室（5）的承压能力大于5MPa。

10.如权利要求4所述小余隙容积爆排发动机，其特征在于：所述充气门（11）设为缸内高压充气门（15）。