二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构.pdf

本发明涉及二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构。包括主缸，主缸内设有由主缸活塞、主缸连杆和主缸曲轴构成的活塞运动机构，主缸的上方设有喷油嘴、喷氧嘴、主缸气门及与主缸气门连通的主缸排气歧管，所述的主缸排气歧管与废气膨胀机构相连，废气膨胀机构的排气口与大气连通。由上述技术方案可知，本发明通过在主缸排气歧管后面设置废气膨胀机构，该废气膨胀机构可以对发动机气缸排出的废气进一步膨胀做功，回收废气带走的能量，提高发动机整机的热效率。

权利要求书
1.  一种二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构，包括主缸（1），主缸（1）内设有由主缸活塞（11）、主缸连杆（12）和主缸曲轴（13）构成的活塞运动机构，主缸（1）的上方设有喷油嘴（14）、喷氧嘴（15）、主缸气门（16）及与主缸气门（16）连通的主缸排气歧管（17），其特征在于：所述的主缸排气歧管（17）与废气膨胀机构相连，废气膨胀机构的排气口与大气连通。

2.  根据权利要求1所述的二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构，其特征在于：所述的废气膨胀机构包括分别设置在涡轮轴（21）两端的第一、第二涡轮机（22、23），第一涡轮机（22）的进气口通过第一管道（24）与主缸排气歧管（17）相连，第一涡轮机（22）的排气口通过第二管道（25）与第二涡轮机（23）的进气口连通，第二涡轮机（23）的排气口与大气连通。

3.  根据权利要求2所述的二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构，其特征在于：所述涡轮轴（21）的中间位置同轴设有齿轮（26），齿轮（26）通过减速器（27）与主缸曲轴（13）的齿轮相连。

4.  根据权利要求2所述的二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构，其特征在于：所述的主缸（1）并列设置两个，两个主缸排气歧管（17）分别与第一管道（24）相连。

5.  根据权利要求4所述的二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构，其特征在于：所述的两个主缸（1）对称设置，两个主缸（1）上的主缸气门（16）靠近设置。

6.  根据权利要求1所述的二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构，其特征在于：所述的废气膨胀机构包括副缸（3），副缸（3）内设有由副缸活塞（31）、副缸连杆（32）和副缸曲轴（33）构成的活塞运动机构，副缸（3）的上方设有副缸气门（34）及与副缸气门（34）连通的副缸排气歧管（35），所述副缸（3）的气缸容积大于主缸（1），主缸排气歧管（17）与副缸（3）的顶部连通，所述的副缸排气歧管（35）的排气口与大气连通，所述的主缸曲轴（13）与副缸曲轴（33）一体设置，主缸连杆（12）通过第一曲柄与主缸曲轴（13）相连，副缸连杆（32）通过第二曲柄与副缸曲轴（33）相连，所述的第一曲柄与第二曲柄相互错开180度，主缸活塞（11）处于上止点位置时副缸活塞（31）处于下止点位置。

7.  根据权利要求5所述的二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构，其特征在于：所述的主缸（1）与副缸（3）为一体结构。

说明书二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构

技术领域
本发明涉及一种二冲程纯氧发动机，具体涉及一种二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构。

背景技术
目前，一般的汽车发动机多使用汽油或柴油发动机。不管是汽油发动机还是柴油发动机，都存在热效率低、碳排放量高的缺点，所以一种二冲程纯氧发动机应运而生，二冲程纯氧发动机利用纯氧作为催化剂，可以大幅提高发动机的热效率，减低碳排放量，具体结构及原理可参见ZL201120413605.5，公开号CN202391561U。但是二冲程纯氧发动机在使用过程中，虽然膨胀比高于现有的汽油和柴油发动机，但是受到功率和机械效率的限制,膨胀比不能设计得很大，这就使得废气在排出气缸时仍有很高的压力和温度，废气带走的能量比值大，导致发动机的热效率变小。

发明内容
本发明的目的在于提供一种二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构，该废气膨胀机构可以对发动机气缸排出的废气进一步膨胀做功，回收废气带走的能量，提高发动机整机的热效率。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括主缸，主缸内设有由主缸活塞、主缸连杆和主缸曲轴构成的活塞运动机构，主缸的上方设有喷油嘴、喷氧嘴、主缸气门及与主缸气门连通的主缸排气歧管，所述的主缸排气歧管与废气膨胀机构相连，废气膨胀机构的排气口与大气连通。
所述的废气膨胀机构包括分别设置在涡轮轴两端的第一、第二涡轮机，第一涡轮机的进气口通过第一管道与主缸排气歧管相连，第一涡轮机的排气口通过第二管道与第二涡轮机的进气口连通，第二涡轮机的排气口与大气连通。
所述涡轮轴的中间位置同轴设有齿轮，齿轮通过减速器与主缸曲轴的齿轮相连。
所述的主缸并列设置两个，两个主缸排气歧管分别与第一管道相连。
所述的两个主缸对称设置，两个主缸上的主缸气门靠近设置。
所述的废气膨胀机构包括副缸，副缸内设有由副缸活塞、副缸连杆和副缸曲轴构成的活塞运动机构，副缸的上方设有副缸气门及与副缸气门连通的副缸排气歧管，所述副缸的气缸容积大于主缸，主缸排气歧管与副缸的顶部连通，所述的副缸排气歧管的排气口与大气连通，所述的主缸曲轴与副缸曲轴一体设置，主缸连杆通过第一曲柄与主缸曲轴相连，副缸连杆通过第二曲柄与副缸曲轴相连，所述的第一曲柄与第二曲柄相互错开180度，主缸活塞处于上止点位置时副缸活塞处于下止点位置。
所述的主缸与副缸为一体结构。
由上述技术方案可知，本发明通过在主缸排气歧管后面设置废气膨胀机构，该废气膨胀机构可以对发动机气缸排出的废气进一步膨胀做功，回收废气带走的能量，提高发动机整机的热效率。 

附图说明
图1是二冲程纯氧发动机的结构示意图；
图2是图1的A－A剖视图；
图3是本发明实施例一的结构示意图；
图4是本发明实施例一的原理图；
图5是本发明实施例一优选方案的结构示意图；
图6是本发明实施例二的结构示意图；
图7是本发明实施例二优选方案的结构示意图。

具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1、图2所示的二冲程纯氧发动机，包括主缸1，主缸1内设有由主缸活塞11、主缸连杆12和主缸曲轴13构成的活塞运动机构，主缸1的上方设有喷油嘴14、喷氧嘴15、主缸气门16及与主缸气门16连通的主缸排气歧管17。喷氧嘴15与氧气供给系统相连，氧气供给系统采用气体燃料缸内直喷发动机的气体燃料供给系统，气体燃料系统的供给原理是将高压储存或者液化储存的气体燃料先加压储存到压力储存器中，再通过电子喷射器将气体燃料直接喷入燃烧室做功。喷油嘴与燃油供给系统相连，燃油供给系统原理与现有柴油发动机燃油供给系统原理相同。该二冲程纯氧发动机的冷却系统、润滑系统的作用及组成均与现有汽车发动机相同。二冲程纯氧发动机的具体结构及原理参照现有技术，在此不再赘述。
主缸排气歧管17与废气膨胀机构相连，废气膨胀机构的排气口与大气连通。为了解决二冲程纯氧发动机在使用过程中膨胀比还较小，废气在排出气缸时仍有很高的压力和温度，废气带走的能量比值大的缺点，本发明在主缸排气歧管上连接了废气膨胀机构，对主缸排出的废气进一步膨胀做工，回收废气带走的能量，以提高二冲程纯氧发动机整机的热效率。
实施例一：
如图3、图4所示，废气膨胀机构包括分别设置在涡轮轴21两端的第一、第二涡轮机22、23，第一涡轮机22的进气口通过第一管道24与主缸排气歧管17相连，第一涡轮机22的排气口通过第二管道25与第二涡轮机23的进气口连通，第二涡轮机23的排气口与大气连通。
进一步的，涡轮轴21的中间位置同轴设有齿轮26，齿轮26通过减速器27与主缸曲轴13的齿轮相连。
优选的，如图5所示，主缸1并列设置两个，两个主缸排气歧管17分别与第一管道24相连。设置两个主缸的优点在于双缸可以向涡轮机构连续供气，涡轮效率相对较高，同时排气压力波不会对扫气后期产生干扰，不会产生废气倒流现象。更为优选的，两个主缸1对称设置，两个主缸1上的主缸气门16靠近设置。喷油嘴及喷氧嘴主缸气门的一侧，在选择双主缸结构时，二个主缸对称设置，即两个主缸气门相贴近设置，这样两个主缸气门之间的距离小，使得两个主缸排气歧管可以连通设置，两个主缸排气歧管可以共用一个第一管道与第一涡轮机的进气口相连，发动机的结构更紧凑。
实施例一的废气膨胀机构相当于一个涡轮式废气膨胀机构，其工作原理是：主缸排出的高温高压气体（废气）经过主缸气门、主缸排气歧管、第一管道进入第一涡轮机，并推动第一涡轮机的叶轮旋转，从第一涡轮机排出的气体仍有很高的温度和压力，再通过第二管道进入第二涡轮机，并推动第二涡轮机的叶轮旋转，第二涡轮机排出的气体直接进入大气；第一涡轮机的叶轮和第二涡轮机的叶轮所产生的动力通过齿轮、减速器、主缸曲轴的齿轮传递给发动机；第一、第二涡轮机优先使用现有汽车涡轮增压器中采用的径流式涡轮机。
实施例二：
如图6所示，废气膨胀机构包括副缸3，副缸3内设有由副缸活塞31、副缸连杆32和副缸曲轴33构成的活塞运动机构，副缸3的上方设有副缸气门34及与副缸气门34连通的副缸排气歧管35，副缸3的气缸容积大于主缸1，主缸排气歧管17与副缸3的顶部连通，副缸排气歧管35的排气口与大气连通，主缸曲轴13与副缸曲轴33一体设置，即主缸曲轴与副缸曲轴为同一根曲轴，主缸连杆12通过第一曲柄与主缸曲轴13相连，副缸连杆32通过第二曲柄与副缸曲轴33相连，第一曲柄与第二曲柄相互错开180度，主缸活塞11处于上止点位置时副缸活塞31处于下止点位置。需要注意的是，这里副缸3的气缸容积应远大于主缸1的气缸容积。
优选的，如图7所示，主缸1与副缸3为一体结构。设置成一体结构的优点在于可以减小排气歧管的容积，排气歧管的容积越小，废气在排气歧管中自由膨胀，导致废气压力下降的程度越小，废气做功的能力也就越大；一体化设计还可以使发动机的结构更加紧凑。
实施例二的废气膨胀机构相当于一个活塞式废气膨胀机构，其工作原理为：副缸活塞往复两个行程完成一个工作循环，副缸的两个行程为膨胀行程和排气行程。具体地，当副缸活塞处于上止点时，副缸气门已经关闭，此时主缸活塞处于下止点，主缸气门开启（主缸气门在副缸气门关闭之后才开启），主缸废气经主缸排气歧管进入副缸，使副缸内的压力升高。在高压废气的推动下副缸活塞从上止点向下止点运动，通过副缸连杆使副缸曲轴旋转并输出机械能，副缸活塞运动到下止点位置时，膨胀行程结束，此时副缸气门开启；
当副缸活塞在副缸曲轴的带动下由下止点移至上止点时，副缸废气在自身压力和副缸活塞的推动下经副缸气门、副缸排气歧管排出副缸，副缸活塞运动至上止点位置时，排气行程结束。
综上所述，本发明在主缸排气歧管后面设置废气膨胀机构，通过废气膨胀机构对发动机气缸排出的废气进一步膨胀做功，回收废气带走的能量，提高发动机整机的热效率。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。