CN101387223B - 一种燃油蒸汽混合动力发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃油蒸汽混合动力发动机，主要是将燃油和蒸汽分开在各自的气缸内做功，蒸汽缸安装了水雾化喷嘴、高压水泵及其驱动机构，还有控制燃油缸和蒸汽缸启动/停止的控制系统，该控制系统包括依次连接的温度分析模块、综合控制模块和电磁阀控制模块，温度分析模块与蒸汽缸之间通过用于测量蒸汽缸内温度的温度传感器连接，综合控制模块与燃油缸的电喷系统连接，由于本发明燃油蒸汽混合动力发动机的燃油和蒸汽是通过各自的气缸来完成动力的混合输出，所以不会出现由于喷水的原因导致发动机熄火的问题，不仅提高了发动机输出动力的稳定性，延长了发动机的使用寿命，尤其在保证发动机动力输出的同时节约了燃油，减少了废气的排放量。

Description

一种燃油蒸汽混合动力发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术，特别涉及一种燃油蒸汽混合动力发动机。

背景技术

众所周知，石油产品在燃烧时所产生的能量主要有两部分：一是燃烧分解产生气体导致空间膨胀产生的动能，二是燃烧释放产生的热能。

目前，多数内燃机一般只利用了石油产品燃烧分解产生气体导致空间膨胀产生的动能，而石油产品燃烧所产生的热能基本没有作用，因此，为了防止燃烧石油所产生的热能导致发动机机体过热的问题，还要在内燃机的外部添加专门的冷却系统，这样一来，发动机燃烧石油所产生的热能反而成为内燃机的负担。

随着车辆的日益增多，石油的需求量也随之增大，这已经引发了世界范围内能源危机的问题，不仅如此，由于内燃机燃烧石油后所产生的废气需要排入大气中，又造成了环境污染的问题，由此可见，如何能将内燃机燃烧石油所产生的热能转化成内燃机的动能，达到节约能源消耗的同时又减少废气排放的目的，这成为人们一直以来渴望解决的问题。

为了解决这些问题，全世界的人都在寻找各种方法，为此人们研制出了一种内燃蒸气发动机，它是在内燃发动机的燃烧缸内增加水雾化喷嘴，在燃油燃烧膨胀的一瞬间喷水并产生水雾，这时燃油燃烧所产生的热量被水雾吸收，对水雾进行加热，使其变成高温蒸气，高温蒸汽产生膨胀并做功，发动机在燃油和蒸汽共同做功的作用下推动活塞使发动机输出动力更大的动力，但是由于燃油和喷水的时间基本是同步进行，这样容易导致发动机在运转过程中突然熄火并停止运转，导致发动机工作不稳定、还会增加发动机出现机械故障的概率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种输出动力连续，运行稳定并能够有效节约燃油的燃油蒸汽混合动力发动机。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种燃油蒸汽混合动力发动机，包括燃油缸、蒸汽缸、水箱，所述燃油缸、蒸汽缸分别通过曲柄连杆机构与所述燃油蒸汽混合动力发动机的主轴连接，所述燃油蒸汽混合动力发动机还包括燃油缸和蒸汽缸的控制系统，所述燃油缸包括套在燃油缸缸体外的冷却水循环套和设置在缸体的缸盖上的废气排出口，所述蒸汽缸缸体的缸盖上设置有废气排出口，所述蒸汽缸还设置有高压水泵和高压水泵的驱动机构，所述驱动机构与所述燃油蒸汽混合动力发动机的主轴连接，所述高压水泵设有低压水进入口和高压水排出口，所述低压水进入口设置有当高压水泵抽水时打开、当高压水泵排水时关闭的阀门，所述高压水排出口设置有当高压水泵抽取水时关闭、当高压水泵排出水时打开的阀门，所述蒸汽缸缸体的缸盖上还设置有水雾化喷嘴，水雾化喷嘴的一部分通过缸盖伸入蒸汽缸的缸体内，水雾化喷嘴上设置有控制其开/关的电磁阀，所述水雾化喷嘴通过管道与高压水泵的高压水排出口连通，所述高压水泵的低压水进入口通过管道与水箱连通，所述蒸汽缸的缸体外部还套设有废气循环套，所述废气循环套的一侧设有高温废气进入口，另一侧设有冷却废气排出口，所述高温废气进入口通过管道与燃油缸的高温废气排出口连通，所述控制系统包括依次信号连接的温度分析模块、综合控制模块和电磁阀控制模块，所述温度分析模块与蒸汽缸之间还设置有用于测量蒸汽缸内温度的温度传感器，所述综合控制模块与所述燃油缸的电喷系统连接。

所述高压水泵的驱动机构包括凸轮、相互啮合的驱动齿轮和传动齿轮，所述凸轮设置在传动齿轮的中部，所述驱动齿轮与发动机的主轴连接。

当蒸汽缸开始工作时，通过发动机的主轴带动水泵的驱动机构，高压水泵通过其低压水入口与水箱连接的管道抽取水箱中的冷却水，然后，水泵又通过其高压水出口与水雾化喷嘴连接的管道将抽取的冷却水排出到水雾化喷嘴并喷入蒸汽缸内。具体说，水泵的本体内设置有活塞杆，水泵抽取冷却水的动作是靠凸轮的转动，使水泵内的活塞杆往复运动，活塞杆与水泵本体之间液密封配合，水泵本体内活塞杆端部的上方安装有弹簧，通过弹簧的张力使活塞杆在没有受到凸轮推动的时候，向水泵本体外运行。水泵的工作原理类似于手动打气筒的工作原理。也就是说，水泵抽水时是靠其内安装的弹簧产生张力，使活塞杆往回拉的同时使设置在高压水出口的阀门自动关闭、使设置在低压水入口的阀门自动打开，在真空原理的作用下，水箱的水通过管道被吸进水泵本体内，当活塞杆完成回拉的行程后，又通过凸轮推动活塞杆向水泵本体内推动，使高压水泵开始往外排水，水泵本体内的空间受到挤压，这时在活塞杆推力的作用下，使设置在高压水出口的阀门自动打开、使设置在低压水入口的阀门自动关闭，从而将水箱中的冷却水通过水雾化喷嘴喷入蒸汽缸内。

所述废气循环套的作用是：由于从燃油气缸排出的废气是燃油经燃烧做功后产生的高温气体，该高温气体经过管道、并通过套在蒸汽缸外面的废气循环套的高温废气进入口，进入废气循环套内对蒸汽缸进行加热，使其升温。

本发明燃油蒸汽混合动力发动机的工作过程：

启动发动机，开始时是四个燃油缸工作，燃油缸在燃烧燃油后产生的高温废气通过高温废气排出口经过管道传输至套在蒸汽缸外面的废气循环套的高温废气进入口，进入废气循环套的腔室内，对两个蒸汽缸进行高温加热，使其升温；这时控制系统的温度分析模块通过温度传感器对这两个蒸汽缸的温度进行时时测量，当测量得出这两个蒸汽缸内的温度高于200度时，通过综合分析模块同步向电喷系统发出停止两个燃油缸工作的指令和向电磁阀控制模块发出打开水雾化喷嘴电磁阀向两个蒸汽缸内喷射雾化水的指令；这时，通过两个燃油缸内燃烧的燃油和两个蒸汽缸喷射的雾化水产生空间膨胀做功，在燃油和蒸汽的共同作用下推动活塞使发动机输出动力；

当温度分析模块通过温度传感器测量得出两个蒸汽缸内的温度低于200度的温度信息时，并将该信息传递给综合控制模块，这时综合控制模块又向电喷系统和电磁阀控制模块发出指令，其中向电喷系统发出的是启动上述两个停止工作的燃油缸重新启动的工作指令，向电磁阀控制模块发出的是关闭水雾化喷嘴电磁阀以停止向两个蒸汽缸内喷射雾化水的指令，这时两个蒸汽缸停止工作，发动机又恢复到开始时的四个燃油缸工作。

通过以上工作过程的反复循环，以推动活塞使发动机输出动力。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：现有的燃油蒸气发动机是在燃烧燃油产生气体膨胀的同时向缸体内喷水，这样燃油和喷水的时间基本是同步进行的，这时发动机的二冲程或者四冲程还未完全结束，容易导致发动机熄火，而本发明燃油蒸汽混合动力发动机的燃油和蒸汽是通过各自的气缸来完成动力的混合输出，所以不会出现由于喷水的原因导致发动机熄火的问题，这样一来不仅提高了发动机输出动力的稳定性，而且延长了发动机的使用寿命，减少了发动机出现故障的概率等。

可见，本发明不仅能够将发动机燃烧石油所产生的热能有效的转化成了推动发动机运转的动能，提高了能源的利用效率，节约燃油，减少了废气的排放量，改善环境。

此外，本发明简单、经济实用，安装调试方便，便于市场推广。

附图说明

图1是本发明燃油蒸汽混合动力发动机的蒸汽缸的结构示意图。

图2是本发明燃油蒸汽混合动力发动机的燃油缸的结构示意图。

图3是本发明燃油蒸汽混合动力发动机控制系统及控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明的混合动力发动机是在现有六缸发动机中有两个气缸是蒸气缸，该蒸汽缸的结构除下述特征外与现有燃油缸的结构及其他连接方式相同。

如图1、图2、图3所示，本发明燃油蒸汽混合动力发动机，包括燃油缸、蒸汽缸、水箱，所述燃油缸、蒸汽缸分别通过曲柄连杆机构6、23与所述燃油蒸汽混合动力发动机的主轴(图中未示出)连接，本燃油蒸汽混合动力发动机还包括燃油缸和蒸汽缸的控制系统，所述燃油缸包括套在燃油缸缸体25外的冷却水循环套22和设置在缸体25的缸盖20上的废气排出口19以及进气口24，所述冷却水循环套22设置有接口21，接口21通过管道(图中未示出)与水箱17的接口16连通，所述蒸汽缸缸体3的缸盖2上设置有废气排出口1，所述蒸汽缸还设置有高压水泵9和高压水泵的驱动机构，所述驱动机构与所述燃油蒸汽混合动力发动机的主轴连接，所述高压水泵9设有低压水进入口10和高压水排出口11，所述低压水进入口10设置有当高压水泵9抽水时打开、当高压水泵9排水时关闭的阀门(图中未示出)，所述高压水排出口11设置有当高压水泵9抽取水时关闭、当高压水泵排出水时打开的阀门，所述蒸汽缸缸体的缸盖2上还设置有水雾化喷嘴14，水雾化喷嘴14的一部分通过缸盖2伸入蒸汽缸的缸体3内，水雾化喷嘴14上设置有控制其开/关的电磁阀15，所述水雾化喷嘴14通过管道12与高压水泵9的高压水排出口11连通，所述高压水泵9的低压水进入口10通过管道18与水箱17连通，所述蒸汽缸的缸体3外部还套设有废气循环套5，所述废气循环套5的一侧设有高温废气进入口4，另一侧设有冷却废气排出口13，所述高温废气进入口4通过管道(图中未示出)与燃油缸的高温废气排出口19连通，所述控制系统包括依次信号连接的温度分析模块、综合控制模块和电磁阀控制模块，所述温度分析模块与蒸汽缸之间还设置有用于测量蒸汽缸内温度的温度传感器，所述综合控制模块与所述燃油缸的电喷系统连接。

所述高压水泵9的驱动机构包括凸轮8、相互啮合的驱动齿轮7和传动齿轮71，所述凸轮8设置在传动齿轮71的中部，所述驱动齿轮7与燃油蒸汽混合动力发动机的主轴连接，当蒸汽缸开始工作时，通过发动机的主轴带动高压水泵9的驱动机构，高压水泵9通过其低压水入口10与水箱17连接的管道18抽取水箱17中的冷却水，然后，高压水泵9又通过其高压水排出口11与水雾化喷嘴14连接的管道12将抽取的冷却水输送到水雾化喷嘴14并喷入蒸汽缸内。具体说，高压水泵9的本体内设置有活塞杆(图中未示出)，高压水泵9抽取冷却水的动作是靠凸轮8的转动，使高压水泵9内的活塞杆往复运动，活塞杆与高压水泵9本体之间液密封配合，在伸入高压水泵9本体内活塞杆端部的上方安装有弹簧(图中未示出)，通过弹簧的张力使活塞杆在没有受到凸轮推动的时候，向高压水泵9本体外运行。高压水泵9的工作原理类似于手动打气筒的工作原理。也就是说，高压水泵9抽水时是靠其内安装的弹簧产生张力，将活塞杆往外推的同时使设置在高压水排出口11的阀门自动关闭、使设置在低压水进入口10的阀门自动打开，也就是在真空原理的作用下，水箱17的水通过管道18被吸进高压水泵9本体内，当活塞杆完成抽水行程后，又通过凸轮8推动活塞杆向高压水泵9本体内运行，使高压水泵9开始往外排水，高压水泵9本体内的空间受到挤压，这时在活塞杆的作用下使水产生推力，并使设置在高压水排出口11的阀门自动关闭、使设置在低压水进入口10的阀门自动打开，从而将水箱17中的冷却水通过水雾化喷嘴14喷入蒸汽缸内。

所述的高压水泵9上的阀门实际上也就是止回阀，止回阀又称单向阀或逆止阀，其作用是防止管路中的介质(水)倒流。

当然高压水泵9抽水和排水的动力来源也可通过另外设置电机来配合实现，这样便可省去高压水泵9的驱动机构。

所述蒸汽缸的废气循环套5的作用是：由于从燃油缸缸盖20上排出的废气是燃油经燃烧做功后产生的高温气体，该高温气体经过管道(图中未示出)、并通过套在蒸汽缸外面的废气循环套5的高温废气进入口4，进入废气循环套5的腔室内对蒸汽缸进行加热，使其升温，然后又通过设置在废气循环套5另一侧的冷却废气排出口13将对蒸汽缸进行加热后的废气排出。

图3示出了本发明的燃油蒸汽混合动力发动机的工作过程：

启动发动机，开始时是四个燃油缸工作，燃油缸在燃烧燃油后产生的高温废气通过高温废气排出口19经过管道(图中未示出)传输至套在蒸汽缸外面的废气循环套5的高温废气进入口4，进入废气循环套5的腔室内，对两个蒸汽缸(图中仅示出一个)进行高温加热，使其升温；这时控制系统的温度分析模块通过温度传感器对这两个蒸汽缸的温度进行时时测量，当测量得出这两个蒸汽缸内的温度高于200度时，通过综合分析模块同步向电喷系统发出停止两个燃油缸工作的指令和向电磁控制模块发出打开水雾化喷嘴电磁阀向两个蒸汽缸内喷射雾化水的指令；这时，通过两个燃油缸内燃烧的燃油和两个蒸汽缸喷射的雾化水产生空间膨胀做功，在燃油和蒸汽的共同作用下推动活塞使发动机输出动力；

当温度分析模块通过温度传感器测量得出两个蒸汽缸内的温度低于200度的温度信息时，并将该信息传递给综合控制模块，这时综合控制模块又向电喷系统和电磁阀控制模块发出指令，其中向电喷系统发出的是启动上述两个停止工作的燃油缸重新启动的工作指令，向电磁阀控制模块发出的是关闭水雾化喷嘴电磁阀以停止向两个蒸汽缸内喷射雾化水的指令，这时两个蒸汽缸停止工作，发动机又恢复到开始时的四个燃油缸工作。

通过以上工作过程的反复循环，以推动活塞使发动机输出动力。

如上所述，便可较好地实现本发明。上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种燃油蒸汽混合动力发动机，包括燃油缸、蒸汽缸、水箱，所述燃油缸、蒸汽缸分别通过曲柄连杆机构与所述燃油蒸汽混合动力发动机的主轴连接，所述燃油缸包括设置在缸体的缸盖上的废气排出口，所述蒸汽缸缸体的缸盖上设置有废气排出口，所述蒸汽缸还设置有高压水泵和高压水泵的驱动机构，所述蒸汽缸缸体的缸盖上还设置有水雾化喷嘴，其特征在于：还包括燃油缸和蒸汽缸的控制系统，所述燃油缸包括套在燃油缸缸体外的冷却水循环套，所述驱动机构与所述燃油蒸汽混合动力发动机的主轴连接，所述高压水泵设有低压水进入口和高压水排出口，所述低压水进入口设置有当高压水泵抽水时打开、当高压水泵排水时关闭的阀门，所述高压水排出口设置有当高压水泵抽取水时关闭、当高压水泵排出水时打开的阀门，水雾化喷嘴的一部分通过缸盖伸入蒸汽缸的缸体内，水雾化喷嘴上设置有控制其开/关的电磁阀，所述水雾化喷嘴通过管道与高压水泵的高压水排出口连通，所述高压水泵的低压水进入口通过管道与水箱连通，所述蒸汽缸的缸体外部还套设有废气循环套，所述废气循环套的一侧设有高温废气进入口，另一侧设有冷却废气排出口，所述高温废气进入口通过管道与燃油缸的高温废气排出口连通，所述控制系统包括依次信号连接的温度分析模块、综合控制模块和电磁阀控制模块，所述温度分析模块与蒸汽缸之间还设置有用于测量蒸汽缸内温度的温度传感器，所述综合控制模块与所述燃油缸的电喷系统连接。

2.根据权利要求1所述的燃油蒸汽混合动力发动机，其特征在于：所述高压水泵的驱动机构包括凸轮、相互啮合的驱动齿轮和传动齿轮，所述凸轮设置在传动齿轮的中部，所述驱动齿轮与燃油蒸汽混合动力发动机的主轴连接。

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