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CN106837612A - 一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机 - Google Patents

一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机 Download PDF

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CN106837612A CN201710165248.7A CN201710165248A CN106837612A CN 106837612 A CN106837612 A CN 106837612A CN 201710165248 A CN201710165248 A CN 201710165248A CN 106837612 A CN106837612 A CN 106837612A
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Abstract

本发明涉及一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，包括发动机本体、冷却水系统和进气燃烧系统，冷却水系统包括含有纯净水罐、供水泵和喷嘴的喷水系统和含有排气阀、多功能室、回收水泵、水过滤器、高位进水箱和水处理系统的冷却水回收系统，多功能室内设膨胀、消音、冷凝装置，水处理系统内置AO膜；其中供水泵的供水量可通过齿条进行调节，喷嘴可对缸体和缸盖进行区分化冷却。本发明所述的汽油机的温度低于普通汽油机的缸壁温度，此降低了膨胀终了和排气的温度；同时本发明所述的进气燃烧系统，使燃烧时的最高温度和压力均高于普通发动机，因此本发明研制的汽油机可获得比普通汽油机更高的热效率。

Description

一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机。
背景技术
目前国家广泛推广新能源电动汽车。但电动汽车均需要充电，油电混合动力的电动汽车所用增程动力汽油机也只能起到增加部份行驶距离而已，充电所需充电粧则是目前这类新能源车推广的主要障碍。
公路面广，其难以普遍装配充电粧，而对于城市高层建筑，汽车都停在地下车库和室外停车场也难以普遍装配充电粧。所以混合动力电动车虽然可以解决增长部份行驶距离，但却解决不了及时充电的的难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，其能解决油电混合动力汽车或电动汽车的随时充电问题，同时冷却效果佳，热效率高，燃油消耗低。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，包括发动机本体、冷却水系统和进气燃烧系统，所述发动机本体包括气缸、活塞、缸套和气缸盖，所述冷却水系统包括喷水系统和冷却水回收系统，所述喷水系统包括依次管道连接的纯净水罐、供水泵和喷嘴；所述冷却水回收系统包括依次管道连接的排气阀、多功能室、回收水泵、水过滤器、高位进水箱、水处理系统组成；
其中，排气阀通过排气管与多功能室连通，回收水泵通过回收水管与水过滤器连通；其中，所述多功能室内部设置膨胀、消音、冷凝装置，所述水处理系统内部设置AO膜。
为了进一步优化上述技术方案，本发明所采取的技术措施还包括：
优选地，所述水处理系统设置一开口，其与多功能室管道连接。
优选地，所述供水泵的供水量通过齿条进行调节，所述齿条由电脑根据温度传感器传输的缸壁温度信号和湿度传感器传输的缸壁湿度信号进行控制。
优选地，所述供水泵的供水量为燃油耗量的0～3倍。
优选地，所述供水泵的启停由凸轮轴控制，在膨胀过程的下半段燃烧基本结束时通过喷嘴向气缸内活塞顶部的耐热镶块的燃烧室中喷水直到膨胀终了时结束。
优选地，所述供水泵为变量柱塞泵。
优选地，所述喷嘴为多孔喷嘴，其由10％面积的圆周分布的多个小孔和90％面积的中心大孔组成，小孔出水用于冷却缸盖，大孔出水用于冷却气缸。
优选地，在所述气缸内，在所述活塞的顶部设置耐热镶块，在所述活塞和耐热镶块之间设置绝热层，所述耐热镶块的中央为燃烧室。
优选地，所述燃烧室为一球面凹腔。
优选地，所述气缸盖上设置微孔耐热金属陶瓷的覆面层。
优选地，所述覆面层是精密铸造而成的，其厚度为20～35mm，更优选为27mm，用以冷却气缸盖并储存水分产生表面蒸气覆面层。
优选地，所述多功能室中的未凝气通过排气过滤器排至大气中，多功能室中的未回收利用的污水定期排放至污水坑填埋。
优选地，所述缸套为微孔陶瓷缸套以实现水的润滑；更优选微孔氧化铝陶瓷缸套。
优选地，所述缸套内壁上设置佈水环。
优选地，所述发动机本体还设置保温绝热的发动机外壳，其用于保持缸壁的温度接近普通汽油机，并使喷入的水在排气终了时能完全蒸干。
优选地，所述进气燃烧系统包括依次管道连接的油箱、汽化器、预热器，所述预热器的出口与进气管连通，所述进气管的端部设置进气阀以将油气输送至所述气缸，所述气缸盖上设置多个高能火花塞以点燃所述气缸内的油气。
优选地，所述进气管为螺旋形进气管以形成均匀的螺旋形气流，用于扫清燃烧室的球面凹腔内所有的残气以利于燃烧。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种汽油机，其内冷却系统通过冷却水对缸体和缸盖进行区分化冷却，以使得常规运行中的内燃机的温度落在预定的温度范围内，且低于普通汽油机的缸壁温度，而采用的冷却水用量在燃油耗量的3倍以下；同时本发明所述的进气燃烧系统，使得燃烧时的最高温度和压力均高于普通发动机，加上本发明所述的喷水降温降低了膨胀终了和排气的温度，因此本发明研制的汽油机可获得比普通汽油机更高的热效率；
本发明研制的汽油机为一种应用于油电混合动力电动汽车的完全清洁、高效、节能、环保型汽油机。由于其排放的尾气几乎完全无污染，甚至二氧化碳的放量也极低，适于安装在地下车库和其它停车场，供油电混合动力汽车/电动汽车充电用，而且本发明研制的汽油机体积小重量轻也易于在车内布置，在存在汽油的情况下，可以24小时不停地工作。当电池电量少于30％即开始工作，直至充电充满为止，其可以利用汽车的停车时间，如红绿灯、堵车、司机生理需要的休息时间等加以充电。理论上在含有汽油的情况下，可以行驶无限距离，而且所需功率远小于普通烧油汽车。
本发明所述的内冷却汽油机将解决目前新能源电动车推广的困难，使之得到广泛应用，甚至将来可以取代单纯烧油的汽车。
附图说明
图1是本发明所述一实施例中的完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机的系统示意图；
图2是图1所示的气缸盖的仰视图；
图中的附图标记为：
1、高位进水箱；2、水处理系统；3、纯净水罐；4、供水泵；5、齿条；6、电脑；7、温度传感器；8、湿度传感器；9、喷嘴；10、排气管；11、多功能室；12、排气过滤器；13、回收水泵；14、回收水管；15、水过滤器；16、凸轮轴；17、排气阀；18、油箱；19、汽化器；20、进气管；21、进气阀；22、燃烧室；23、耐热镶块；24、绝热层；25、活塞；26、缸套；27、气缸盖；28、高能火花塞；29、预热器；30、佈水环；31、发动机外壳；32、气缸。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
本发明所指的内燃发动机(汽油机)是指用油作燃料在气缸内燃烧作功，用轴动力输出。热力学定律指出任何热机燃料的热能只能三分之一作功、三分之一传给冷却系、三分之一传给排气。汽油的发热量约一万多大卡/每公斤，而水的蒸发潜热为800多大卡/每公斤，再加上由饱和蒸汽加热到4～500度，又需约4～500大卡/每公斤，因此实现汽油机的完全内冷却的所需水量约为燃料量的2～3倍。
如图1和图2所示，本发明所述的汽油发动机，其冷却系统包括含有纯净水罐3、供水泵4和喷嘴9的喷水系统和含有排气阀17、排气管10、多功能室11、回收水泵13、回收水管14、水过滤器15、高位进水箱1和水处理系统2的冷却水回收系统。
供水泵4的类型为变量柱塞泵。供水泵4由温度传感器7和湿度传感器8分别将缸壁温度信号和湿度信号传送至电脑6进行处理从而带动齿条5来进行供水量的变量控制。温度传惑器7测量气缸内壁的平均温度，湿度传感器8测量在达到接近普通发动机壁面平均温度时的气缸内壁温度，并测量在排气过程结束时汽缸内壁是否被完全蒸发干，根据上述测量信号从而决定供水量由0到燃料供应量的3倍之间进行调节。
其调节过程如下：在汽车刚启动时，供水量为0；随着汽车的行驶，缸壁温度逐渐升高，通过温度传感器将缸壁温度信号传送至电脑，然后电脑对此温度信号做出响应以进行齿条位置的调节，从而控制供水量，使其逐渐增多，在此过程中，湿度传感器检测的缸壁湿度均未表明汽缸内壁水分已完全蒸发干；而当湿度传感器检测的缸壁湿度表明汽缸内壁已基本完全蒸发干时，此时缸套内表面只留下沾水的内表面和由此产生的蒸气覆面层，该覆面层减少了缸套与气缸内部的传热，此时电脑控制齿条的位置以逐步减少供水量，直至排气结束。
供水泵4由凸轮轴16驱动，在膨胀过程后半部燃烧基本结束时用多孔喷嘴9(其由10％面积的圆周分布的多个小孔和90％面积的中心大孔组成，该面积比例可根据实际工况进行调整)进行喷水。在喷水时，10％的水通过小孔喷向气缸盖27上的微孔耐热金属陶瓷的覆面层中，由微孔向四周扩散以冷却气缸盖27的表面，而其余90％的水通过中心大孔喷向缸内：其中约30％的水被高温汽化，约30％的水喷向缸套26，约30％喷向在位于活塞顶部的耐热镶块23中的燃烧室22(燃烧室的形状为一球面凹腔)中。喷在缸套26上的水作为水润滑剂，缸套26是多个微孔陶瓷制成的内套，缸套26上还可设置对称布置的佈水环30，以便于实现水润滑。由于高温的耐热镶块23，喷在燃烧室22中的30％的水迅速蒸发，此时的燃烧室22相当于蒸发器，其所产生的饱和蒸气急速向外扩散到内壁面，逐渐被加热成为过热蒸气。由于膨胀过程尚未结束，所以这部份蒸汽还进行了膨胀作功，增加了膨胀过程终了时的压力，使示功图的尾部略见丰满，但温度却低于普通汽油机的相应温度。
为保持缸壁温度略低于普通汽油发动机的缸壁温度，和使喷入的水在排气过程终了时能全部蒸干。本发明所述的发动机设置一个保温绝热的外壳31，其也使本发明所述的发动机没有热污染。即使在炎热的夏天，汽车罩壳下的发动机几乎没有对外的热传递。在排气过程中由于蒸气热焓的携出，尽管温度低于普通汽油机，但燃料传给排气的热量却大于三分之一，达到35～40％左右，而分给冷却系统的热量却小于三分之一，大约为25～30％。因而供水泵4的供水量小于燃料汽油量的3倍。
上述冷却过程中所排出的带有大量蒸气的气体经由排气阀17通过排气管10进入膨胀、消音、冷凝的多功能室11。若发动机装在汽车上，则多功能室11可放在汽车的底部，由汽车行驶所产生的的风来冷却、冷凝，冷凝后的水由回收水泵13经由水回收管14通过水过滤器15回收送进高位进水箱1，然后再经过装有AO膜的水处理系统2进入纯净水罐3，进行再利用。未冷凝的排气经排气过滤器12送至机外排到环境中去。这时的排气非常清洁，固体颗粒(PM2.5等)和其它溶于水的有害物质如二氧化碳等均大幅度减少，此使得本发明所述的内燃机成为高度清洁环保型的内燃机。多功能室11中未回收的污水将定期清理排至污水坑填埋。
实施例二
热力学定律还规定热机的热效率取决于高温热源的最高绝对值和与低温冷源温度的差值，这两种值越高则热效率越高。本发明通过机内喷水已成功减低了膨胀终了和排气的温度，则如果再获得和普通内燃机一样的高温热源温度，则本机的热效率一定可以高于普通汽油机。高温热源的温度由本发明所述汽油机的进气燃烧系统决定。
如图1和图2所示，汽油机的进气由油箱18输油并经汽化器19与进入的空气相混合，在进气过程中进入装有预热器29的螺旋形进气管20经进气阀21进入气缸32内。螺旋形进气管20所产生的旋转气流扫清了活塞顶部作为燃烧室22的球面凹腔中残留的残气(球面凹腔位于活塞顶部由耐热材料制成的镶块中，镶块与活塞顶部用良好的绝热层24进行绝热相连)。油气混合物进一步被球面凹腔中的余热加热及在压缩过程产生温升，在压缩过程接近上限点时，用多个高能火花塞28点燃，这产生了温度压力急剧上升的燃烧以推动活塞25的运动进行做功。由于油气的良好混合及多个高能火花塞28的点燃缩短了燃烧的路程，加快了燃烧过程的进行，以致到膨胀过程中途便燃烧终止。这使本发明所述的内燃机燃烧时最高温度及压力均高于普通发动机，再加上喷水己降低排气的温度，从而使得本发明所述的汽油机将获得比普通汽油机更高的热效率，成为一种高效、节能环保型的汽油机。
与现有技术相比，本发明所述的内冷却系统在排气过程终了、进气过程开始时，使得缸内壁面的水基本蒸干，只留下沾水的内表面和由此产生的蒸气覆面层，同时使得气缸的缸壁温度略低于普通汽油发动机的缸壁温度，此为进气和燃烧创造了良好的环境条件，因此本发明所述的汽油机可24小时长时间运转，不存在发动机过热的问题；本发明所述的进气燃烧系统扫清了在燃烧室球面凹腔内所有的残气并经耐热镶块的预热和压缩过程的加压，其温度和压力上升及可燃性均非常良好，经多个高能火花塞点燃，使燃烧很快猛烈进行，从而获得很高的温度和压力，因而获得了高的热效率，并且消除了后燃的现象，使燃烧过程很快结束，其为膨胀过程后半部开始的喷水冷却创造了有利时机，因此本发明研制的汽油机可获得比普通汽油机更高的热效率；且本发明研制的汽油机其排放的尾气几乎完全无污染，甚至二氧化碳的放量也极低，是一种完全清洁、高效、节能、环保型汽油机，极适用于油电混合动力电动汽车。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，包括发动机本体、冷却水系统和进气燃烧系统，所述发动机本体包括气缸(32)、活塞(25)、缸套(26)和气缸盖(27)，其特征在于，所述冷却水系统包括喷水系统和冷却水回收系统，所述喷水系统包括依次管道连接的纯净水罐(3)、供水泵(4)和喷嘴(9)；所述冷却水回收系统包括依次管道连接的排气阀(17)、多功能室(11)、回收水泵(13)、水过滤器(15)、高位进水箱(1)、水处理系统(2)；
其中，所述多功能室(11)内部设置膨胀、消音、冷凝装置，所述水处理系统(2)内部设置AO膜。
2.根据权利要求1所述的一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，其特征在于，所述供水泵(4)的供水量通过齿条(5)进行调节，所述齿条(5)由电脑(6)根据温度传感器(7)传输的缸壁温度信号和湿度传感器(8)传输的缸壁湿度信号进行控制。
3.根据权利要求1所述的一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，其特征在于，所述供水泵(4)的启停由凸轮轴(16)控制。
4.根据权利要求1所述的一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，其特征在于，所述喷嘴(9)为多孔喷嘴，其由10％面积的圆周分布的多个小孔和90％面积的中心大孔组成。
5.根据权利要求1所述的一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，其特征在于，在所述气缸(32)内，在所述活塞(25)的顶部设置耐热镶块(23)，在所述活塞(25)和耐热镶块(23)之间设置绝热层(24)，所述耐热镶块(23)的中央为燃烧室(22)。
6.根据权利要求1所述的一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，其特征在于，所述气缸盖(27)上设置微孔耐热金属陶瓷的覆面层。
7.根据权利要求1所述的一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，其特征在于，所述缸套(26)为微孔陶瓷缸套。
8.根据权利要求1所述的一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，其特征在于，所述发动机本体还设置保温绝热的发动机外壳(31)。
9.根据权利要求1所述的一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，其特征在于，所述进气燃烧系统包括依次由管道连接的油箱(18)、汽化器(19)、预热器(29)，所述预热器(29)的出口与进气管(20)连通，所述进气管(20)的端部设置进气阀(21)以将油气输送至所述气缸(32)，所述气缸盖(27)上设置多个高能火花塞(28)以点燃所述气缸(32)内的油气。
10.根据权利要求9所述的一种完全内冷却油电混合动力电动汽车用汽油机，其特征在于，所述进气管(20)为螺旋形进气管。
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