CN104061071A - 具有气体分离装置的无压缩行程内燃机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有气体分离装置的无压缩行程内燃机，包括：一本体及一输入单元。该本体具有至少一汽缸。该输入单元连接该汽缸，用以输入高压燃料至该汽缸，使该汽缸内具有一设定压力，该输入单元包括至少一增压装置及至少一气体分离装置，该至少一增压装置用以产生高压空气至该至少一气体分离装置，该至少一气体分离装置用以将高压空气分离得到的高压氧气，输入至该汽缸。利用气体分离装置分离得高压氧气，使本发所述明具有气体分离装置的无压缩行程内燃机可降低压缩比，增加输出功率及相对地缩小尺寸。
Description
技术领域
本发明涉本一种无压缩行程内燃机，具体是一种具有气体分离装置的无压缩行程内燃机。
背景技术
一般最常使用的是往复式活塞引擎，其已被非常广泛地应用，例如：各种型式的交通工具，该往复式活塞引擎大致区分为2行程及4行程二种。然而，于往复式活塞引擎中，不论是2行程或4行程引擎，都需经过进气、压缩、燃烧及排气步骤，而活塞必须停止并反转方向，故于4行程中的每次输出轴反转4次，于2行程中的每次输出轴反转2次。该2行程及4行程引擎需要非常复杂的阀门系统，以在适当时间输入燃料、压缩增压、点火燃烧及排除废气。
现有的2行程或4行程引擎，因每次输出需经历1次或2次反转，所以引擎的运转较不顺畅且引擎转速非常难以提高。
因此，有必要提供一且富有创造性的具有气体分离装置的无压缩行程内燃机，以解决上述问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种具有气体分离装置的无压缩行程内燃机，该具有气体分离装置的无压缩行程内燃机可以利用气体分离装置分离得高压氧气，使本发所述明具有气体分离装置的无压缩行程内燃机可降低压缩比，增加输出功率及相对地缩小尺寸。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种具有气体分离装置的无压缩行程内燃机，包括：一本体及一输入单元，该本体具有至少一汽缸，该输入单元连接该汽缸，用以输入高压燃料至该汽缸，使该汽缸内具有一设定压力，该输入单元包括至少一增压装置及至少一气体分离装置，该至少一增压装置用以产生高压空气至该至少一气体分离装置，该至少一气体分离装置用以将高压空气分离得高压氧气，输入至该汽缸。
本发明的有益效果是：本发明所述具有气体分离装置的无压缩行程内燃机，是利用气体分离装置分离得高压氧气，并输入至该汽缸，以直接使该汽缸内具有该设定压力，因此本发明具有气体分离装置的无压缩行程内燃机可降低压缩比，增加输出功率及相对地缩小尺寸。
附图说明
下面结合附图对本发明所述的具有气体分离装置的无压缩行程内燃机进行详细说明。
图1是本发明所述具有气体分离装置的无压缩行程内燃机的模块示意图。
图2是本发明所述具有气体分离装置的无压缩行程内燃机的第一实施例的示意图。
图3是本发明所述具有气体分离装置的无压缩行程内燃机的第二实施例的示意图。
主要元件符号说明
1.具有气体分离装置的无压缩行程内燃机
2.本体
3.输入单元
10.第一种具有气体分离装置的无压缩行程内燃机
11.本体
12.输入单元
13.点火单元
14.输出单元
15.排气单元
16.正时单元
20.第二种具有气体分离装置的无压缩行程内燃机
21.本体
22.输入单元
23.点火单元
24.输出单元
25.排气单元
26.正时单元
31.增压装置
32.气体分离装置
111.汽缸
112.进口通道
113.出口通道
121.输入歧管
122.第一增压装置
123.第二增压装置
124.高压喷嘴
125.气体分离装置
126.第一活动阀
141.活塞
142.连杆
143.曲轴
151.输出歧管
152.第二活动阀
161.凸轮轴
162.控制装置
163、164.凸轮结构
200.汽缸
211、212.进口通道
213.汽缸
214.出口通道
221.输气元件
222.输油元件
223.第一增压装置
224.第二增压装置
225.气体分离装置
261.凸轮结构
262.控制装置
具体实施方式
参考图1，其显示本发明所述具有气体分离装置的无压缩行程内燃机的模块示意图。本发明所述具有气体分离装置的无压缩行程内燃机1包括：一本体2及一输入单元3。该本体2具有至少一汽缸200。该输入单元3连接该汽缸200，用以输入高压燃料至该汽缸200，使该汽缸200内具有一设定压力，该输入单元3包括至少一增压装置31及至少一气体分离装置32，该至少一增压装置31用以产生高压空气至该至少一气体分离装置32，该至少一气体分离装置32用以将高压空气分离得高压氧气，输入至该汽缸200。
利用该气体分离装置输出高压氧气，可以使本发明的无压缩行程内燃机的压缩比降低；且相较于无气体分离装置的无压缩行程内燃机，在相同的体积下，本发明具有气体分离装置的无压缩行程内燃机可增加输出功率。同样地，在相同的输出功率下，相较于无气体分离装置的无压缩行程内燃机，本发明所述具有气体分离装置的无压缩行程内燃机可缩小尺寸。
参考图2，其显示本发明所述具有气体分离装置的无压缩行程内燃机的第一实施例的示意图。在本实施例中，第一种具有气体分离装置的无压缩行程内燃机10包括：一本体11、一输入单元12、一点火单元13、一输出单元14、一排气单元15及一正时单元16。
该本体11具有至少一汽缸111、一进口通道112及一出口通道113。该输入单元12具有一输入歧管121、至少一增压装置122、123、一高压喷嘴124、至少一气体分离装置125及一第一活动阀126。该输入单元12连接该汽缸111，用以输入高压燃料至该汽缸111，使该汽缸111内具有一设定压力。
在本实施例中，第一种具有气体分离装置的无压缩行程内燃机10包括二增压装置122、123，分别连接该输入歧管121及该高压喷嘴124。该第一增压装置122用以增压空气，以产生高压空气，并再利用该气体分离装置125将高压空气分离得到高压氧气，经由该输入歧管121进入该汽缸111。该第二增压装置123则用以增压石油以雾化喷入该输入歧管121，以与该高压氧气混合为高压燃料并随之进入该汽缸111。
该等增压装置122、123可为压缩机。该气体分离装置125可为分子筛，利用独特的单一孔径及多孔性微结构，以及气体分子尺寸大小的特性，进行气体分离，在本实施例中，该气体分离装置125用以分离氮气及氧气，以取得纯氧。
因此，利用该气体分离装置125输出高压氧气，可以使本发明的无压缩行程内燃机的压缩比降低；且相较于无气体分离装置的无压缩行程内燃机，在相同的体积下，本发明具有气体分离装置的无压缩行程内燃机可增加输出功率。同样地，在相同的输出功率下，相较于无气体分离装置的无压缩行程内燃机，本发明具有气体分离装置的无压缩行程内燃机可缩小尺寸。
在本实施例中，该进口通道112及该出口通道113连通该汽缸111，该输入歧管121连接该进口通道112，该第一活动阀126用以通启或封闭该进口通道112。其中，在该第一活动阀126通启该进口通道112时，该高压燃料经该输入歧管121输入该汽缸111。
较佳地，该高压燃料为石油燃料、天然气或生质燃料，且根据不同的应用，该石油燃料可为汽油、柴油或石油/空气混合燃料。
该点火单元13固设于该本体11，且该点火单元13的一端延伸至该汽缸111中，用以在适当时间点燃该高压燃料。其中，该点火单元13为一火星塞。在本实施例中，该输出单元14连接该汽缸111，其具有一活塞141、一连杆142及一曲轴143，用以输出该高压燃料燃烧产生的动力。其中，该活塞141收装于该汽缸111内，该连杆142连接该活塞141，该曲轴143连接该连杆142。要注意的是，在其他应用中，根据使用高压燃料的特性，具有气体分离装置的无压缩行程内燃机1也可不包括该点火单元13，例如：高压燃料为柴油。
该排气单元15连接该汽缸111，其具有一输出歧管151及一第二活动阀152，用以排除该高压燃料燃烧后产生的废气。该输出歧管151连接该出口通道113，该第二活动阀152用以通启或封闭该出口通道113。
其中，当该活塞141通过上止点且开始下降时，开始供气至该汽缸111，亦即该第一活动阀126在该汽缸111内的压力达到该设定压力前通启该进口通道112且该第二活动阀152封闭该出口通道113，即进气行程。
在该汽缸111内的压力达到该设定压力且当该活塞141下降至一设定位置时，该第一活动阀126封闭该进口通道112且该第二活动阀152封闭该出口通道113，完成进气行程。当该活塞141下降至该设定位置时，该点火单元13进行点火步骤，使该高压燃料燃烧产生燃烧即燃烧行程。上述进气或燃烧的时间可依据汽缸的容积或汽缸的压力进行调整，故本发明的无压缩行程内燃机可应用于不同汽缸的容积或汽缸的压力，且可达到可变容积或可变压力的功效。
该第二活动阀152在该高压燃料燃烧后通启该出口通道113且该第一活动阀126封闭该进口通道112，以将燃烧后产生的废气排出，即排气行程；在废气完全排除后，当该活塞141下降到另一设定位置时，再进行下一次的进气行程。
该高压燃料于该汽缸111中燃烧产生动力驱动该活塞141，该活塞141透过该连杆142驱动该曲轴143，以将动力传递至连接该曲轴143的其他构件或装置。另外，该活塞141通过下死点后反转向上运动，该高压燃料于该汽缸111中燃烧后产生的废气则于该出口通道113通启时，由向上运动的该活塞141推挤，经由该输出歧管151排出该汽缸111。
该正时单元16用以控制该第一活动阀126及该第二活动阀152封闭或通启该进口通道112及该出口通道113的时间。在本实施例中，该正时单元16具有一凸轮轴161及一控制装置162，该凸轮轴161具有至少二凸轮结构163、164，该等凸轮结构163、164分别接触该第一活动阀126及该第二活动阀152。该控制装置162用以控制该凸轮轴161的转动速度，以控制该第一活动阀126及该第二活动阀152封闭或通启该进口通道112及该出口通道113的时间，并且控制该高压喷嘴124将石油雾化喷入该输入歧管121的时间，以使该高压燃料在正确的时间进入该汽缸111。
参考图3，其显示本发明所述具有气体分离装置的无压缩行程内燃机的第二实施例的示意图。第二种具有气体分离装置的无压缩行程内燃机20包括：一本体21、一输入单元22、一点火单元23、一输出单元24、一排气单元25及一正时单元26。在该第二实施例中，该本体21包括二进口通道211、212，该输入单元22包括一输气元件221、一输油元件222、二增压装置223、224及一气体分离装置225，该正时单元26的凸轮轴仅具有一凸轮结构261。
该输气元件221及该输油元件222分别设置于该二进口通道211、212，该输入单元22的二增压装置223、224分别增压空气及燃料，其中第一增压装置223增压空气后，再利用该气体分离装置225用以将高压空气分离得高压氧气，高压氧气由该输气元件221及进口通道211导入汽缸213。第一增压装置223增压燃料，例如：石油后，高压石油至由该输油元件221及进口通道212导入汽缸213。因此，在本实施例中，高压氧气及高压石油于汽缸213中混合为高压燃料。较佳地，该输气元件221及该输油元件222为电磁阀高压喷嘴。
该正时单元26的一控制装置262用以控制该凸轮结构261封闭或通启该本体21的出口通道214，以控制该出口通道214的封闭或通启时间，并且也同时控制该输气元件221及该输油元件222中电磁阀，以调控该输气元件221及该输油元件222的封闭或通启时间。相同地，在其他应用中，根据使用高压燃料的特性，具有气体分离装置的无压缩行程内燃机1亦可不包括该点火单元23，例如：高压燃料为柴油，。该第二实施例中的其余构件与与上述图1的具有气体分离装置的无压缩行程内燃机1实质上相同，在此不再加以赘述。
本发明具有气体分离装置的无压缩行程内燃机，其直接输入该高压燃料至该汽缸，以直接使该汽缸内具有该设定压力，接着进行燃烧行程，不需如习知引擎需经历进气、压缩、燃烧及排气等行程，因此本发明具有气体分离装置的无压缩行程内燃机每次输出仅需经历燃烧及排气行程，故引擎的运转较为顺畅且可将引擎转速提高至非常高的转速。
再者，利用该气体分离装置输出高压氧气，可以使本发明的无压缩行程内燃机的压缩比降低；且相较于无气体分离装置的无压缩行程内燃机，在相同的体积下，本发明具有气体分离装置的无压缩行程内燃机可增加输出功率。同样地，在相同的输出功率下，相较于无气体分离装置的无压缩行程内燃机，本发明具有气体分离装置的无压缩行程内燃机可缩小尺寸。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明。因此本领域的技术人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱离本发明的精神。本发明的权利范围应如前述的申请专利范围所列。
Claims (10)
1.一种具有气体分离装置的无压缩行程内燃机，其特征在于，包括：
一本体，具有至少一汽缸；及
一输入单元，连接该汽缸，该输入单元能够将高压燃料输入至该汽缸并使该汽缸内具有一设定压力，该输入单元包括至少一增压装置及至少一气体分离装置，该至少一增压装置能够将产生的高压空气输入至该至少一气体分离装置，该至少一气体分离装置能够将该高压空气分离得到的高压氧气输入至该汽缸。
2.如权利要求1所述的无压缩行程内燃机，其特征在于，该增压装置为一压缩机。
3.如权利要求1所述的无压缩行程内燃机，其特征在于，该气体分离装置为一分子筛。
4.如权利要求1所述的无压缩行程内燃机，其特征在于，还包括一输出单元及一排气单元，该输出单元连接该汽缸，该输出单元能够输出该高压燃料燃烧产生的动力；该排气单元连接该汽缸，该排气单元能够排除该高压燃料燃烧后产生的废气。
5.如权利要求4所述的无压缩行程内燃机，其特征在于，该本体还包括至少一进口通道及一出口通道，该进口通道连通该汽缸及该输入单元，该出口通道连通该汽缸及该排气单元。
6.如权利要求5所述的无压缩行程内燃机，其特征在于，该输入单元还包括一输入歧管，该排气单元还包括一输出歧管，该输入歧管连接该进口通道，该输出歧管连接该出口通道。
7.如权利要求6所述的无压缩行程内燃机，其特征在于，该输入单元还包括一第一活动阀，该排气单元还包括一第二活动阀，该第一活动阀在该汽缸内的压力达到该设定压力前通启该进口通道且该第二活动阀封闭该出口通道，该第一活动阀在该汽缸内的压力达到该设定压力时封闭该进口通道且该第二活动阀封闭该出口通道，该第二活动阀在该高压氧气燃烧后通启该出口通道且该第一活动阀封闭该进口通道。
8.如权利要求7所述的无压缩行程内燃机，其特征在于，还包括一正时单元，连接该第一活动阀及该第二活动阀，该正时单元能够控制该第一活动阀及该第二活动阀封闭或通启该进口通道及该出口通道的时间；该正时单元包括一凸轮轴及一控制装置，该凸轮轴具有至少二凸轮结构，该等凸轮结构接触该第一活动阀及该第二活动阀；该控制装置通过控制该凸轮轴的转动速度来控制该第一活动阀及该第二活动阀封闭或通启该进口通道及该出口通道的时间。
9.如权利要求1所述的无压缩行程内燃机，其特征在于，该本体还包括二进口通道及一出口通道，该输入单元还包括一输气元件及一输油元件，该输气元件及该输油元件分别设置于该二进口通道，该输气元件连接该气体分离装置，该输气元件能够输入高压氧气至该汽缸。
10.如权利要求9所述的无压缩行程内燃机，其特征在于，还包括一正时单元，该正时单元包括一凸轮轴及一控制装置，该凸轮轴具有一凸轮结构，该控制装置能够控制该凸轮结构封闭或通启该出口通道，该控制装置能够控制该输气元件及该输油元件的封闭或通启时间。
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