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1、10申请公布号CN102777213A43申请公布日20121114CN102777213ACN102777213A21申请号201110120682622申请日20110511F01B25/02200601F02B23/10200601F02D15/02200601F02D13/02200601F01B23/08200601F02B63/04200601F02B61/0620060171申请人陈刚地址571100海南省海口市龙华区南海大道1号汇宇金城3706室72发明人陈刚54发明名称一种发动机的进气配气装置及其构成的发动机57摘要一种气驱发动机进气配气装置及其构成的发动机，气驱发动机进气配。
2、气装置结构是进气管道7通过进气控制阀门5与配气室8相通，配气室8通过放气控制阀门10与发动机气缸27相通；进气控制阀门5和放气控制阀门10由阀门驱动机构驱动；进气配气装置上设有燃料喷嘴9、火花塞6或配气室容积调节活塞11三种装置中一种或多种装置的，其燃料喷嘴9、火花塞6和配气室容积调节活塞11都设置在配气室8上。由该进气配气装置构成的带配气室容积调节活塞11的气驱发动机可以实现膨胀比可调。由该进气配气装置构成的内燃发动机可以提高燃料的热效率，可以实现压缩比可调；带配气室容积调节活塞的还可以同时实现膨胀比可调。51INTCL权利要求书2页说明书9页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明。
3、专利申请权利要求书2页说明书9页附图4页1/2页21一种气驱发动机的进气配气装置包括进气管道7、进气控制阀门5、配气室8、放气控制阀门10、阀门驱动机构；其特征是进气管道7通过进气控制阀门5与配气室8相通，配气室8通过放气控制阀门10与发动机气缸27相通，进气控制阀门5和放气控制阀门10的开启和关闭由阀门驱动机构控制。2一种气驱自燃式内燃发动机的进气配气装置，其特征是在权利要求1所述的发动机的进气配气装置的配气室8上设置燃料喷嘴9。3一种气驱点燃式内燃发动机的进气配气装置，其特征是在权利要求2所述的进气配气装置的配气室8上设置火花塞6。4一种气驱膨胀比可调的内燃式或非内燃式发动机的进气配气装置。
4、，包括配气室容积调节活塞11，容积调节活塞的调节装置和权利要求1、2或3所述的进气配气装置；其特征是在权利要求1、2或3所述的进气配气装置的配气室8上设置容积调节活塞11，容积调节活塞11的位移由容积调节活塞的调节装置调控。5如权利要求4所述的发动机的进气配气装置，其容积调节活塞11的调节装置包括设置在容积调节活塞上的齿条26、允许容积调节活塞11左行的左行棘爪22、允许容积调节活塞11右行的右行棘爪25、棘爪拨杆18、容积活塞驱动弹簧16、控制参数输入装置、反馈调节活塞位置参数或/和发动机转速参数的反馈装置；其特征是齿条26设置在容积调节活塞11上，左行棘爪22和右行棘爪25直接地或间接地与。
5、齿条26相互作用使调节活塞11双向移动受控；由控制输入装置和反馈装置的输入参数对比后控制棘爪拨杆18转动并拨动左行棘爪22或右行棘爪25，使左行棘爪22或右行棘爪25与齿条26的相互作用处于失效或复位状态；棘爪失效时容积调节活塞11在配气室8气压和容积活塞驱动弹簧16的合力的作用下向左或向右单向移动改变容积调节活塞11的位置，同时也改变反馈装置的输入和输出参数直到失效棘爪复位。6一种气驱发动机，包括排气配气装置12、13，权利要求1、2或3所述的发动机的进气配气装置以及不带有进排气配气装置和燃烧加热装置的转子式或活塞式内燃发动机；其特征是由排气配气装置12、13和权利要求1、2或3所述的发动机。
6、的进气配气装置替代现有的转子式内燃发动机或活塞式内燃发动机的进排气配气装置和燃烧加热装置。7一种气驱膨胀比可调式发动机，包括排气配气装置12、13，权利要求4所述的发动机的进气配气装置以及不带有进排气配气装置和燃烧加热装置的转子式或活塞式内燃发动机；其特征是由排气配气装置12、13和权利要求4所述的发动机的进气配气装置替代现有的转子式内燃发动机或活塞式内燃发动机的进排气配气装置和燃烧加热装置。8一种能量回收式发动机，包括压缩机、离合器和权利要求6所述的气驱发动机；其特征是在压缩机输入轴，气驱发动机输出轴和主输出轴之间设置离合器；正常工作时气驱发动机输出轴与主输出轴通过离合器相连；能量回收时，离。
7、合器断开气驱发动机输出轴与主输出轴的连接，并保持主输出轴与压缩机输入轴的连接，使能量通过主输出轴输入压缩机，并以压缩气的方式储存能量。9一种压缩比可调式发动机，包括压缩机、多极或无极变速器以及权利要求6所述的气驱发动机；其特征是在气驱发动机的输出轴和压缩机输入轴之间设置多极或无极变速器，使发动机的压缩比即气驱发动机的供气压力可以通过调节发动机输出轴与压缩机输入权利要求书CN102777213A2/2页3轴的转速比来改变。10一种压缩比、膨胀比双可调的能量回收式发动机，包括压缩机、离合器、多极或无极变速器以及权利要求7所述的气驱发动机；其特征是在气驱发动机的输出轴、变速器的输入轴和主输出轴之间设。
8、置离合器，变速器输出轴与压缩机输入轴相连，正常工作时气驱发动机输出轴与主输出轴通过离合器相连；能量回收时，离合器断开气驱发动机输出轴与主输出轴的连接，并使主输出轴与变速器的输入轴保持连接，使主输出轴的能量通过变速器输入压缩机，以压缩气的方式储存能量。权利要求书CN102777213A1/9页4一种发动机的进气配气装置及其构成的发动机技术领域0001本发明涉及膨胀机、气驱发动机的进气配气方式以及内燃发动机的进气配气方式和燃烧加热方式。背景技术0002气驱发动机、容积式膨胀机的进气配气方式通常是压缩气通过进气控制阀门直接进入气缸，发动机或膨胀机进气量的改变是通过调节进气压力，调节进气阀的开启时间的。
9、长短或改变进气阀开启相位角来实现的。其特点是，调节进气量时能量损失大或实现进气量的调节较为困难或实现其进气量调节的机构复杂，成本高，不能实现膨胀比可调。0003内燃发动机的进气配气方式和燃烧加热方式通常是空气通过进气门进入气缸，在气缸内压缩完成进气配气过程，同时在进气过程中或压缩过程中供给燃料，并点火加热，完成燃烧加热过程。气体的压缩和膨胀做功都在同一气缸内进行，发动机的压缩比和膨胀比是不可以调节的。少量压缩比可调的发动机由于机构较为复杂、成本高，发动机重量增加、燃烧室的性能不佳或不利于排放等原因基本上没有正式投入使用，仅作为研究或展示样机使用。0004发明的内容0005本发明要解决的技术问题。
10、00061使气驱发动机的膨胀比调节简单容易，减少膨胀比调节的能量损失。00072使内燃发动机的压缩比调节简单化，实用化，压缩终了温度可控；使发动机的膨胀比可调，并且可以实现能量回收；提高发动机的压缩比和膨胀比；提高发动机燃料的效率。0008本发明的技术方案0009本发明采用的方法是将发动机单个做功冲程所需的压缩气输入一个封闭的配气室并在配气室内完成燃料供给以及燃烧加热过程，然后再将配气室内的高温高压气体输入发动机气缸膨胀做功，配气室上可以设置容积调节活塞。配气室上设置有容积调节活塞的可以通过改变容积调节活塞的位置调节配气室的有效容积大小从而改变单个做功冲程的压缩气的体积，以此调节发动机的膨胀比。
11、。发动机的压缩比则可以通过改变进入配气室内的压缩气的压力来调节。当用于膨胀机或气驱发动机时则不需要在配气室内完成燃料供给以及燃烧加热过程，而是直接将配气室内的气体输入发动机气缸膨胀做功。同样也可以在配气室上设置容积调节活塞调节发动机的膨胀比或通过改变压缩气的供气压力来改变膨胀机或气驱发动机的压缩比。0010本发明包括以下发动机的进气配气装置和由本发明的进气配气装置构成的发动机。由于膨胀机属于气驱发动机中的一种特殊用途的发动机，权利要求书和本说明书中的气驱发动机包括膨胀机。气驱内燃发动机也属气驱发动机中的一种。0011一关于发动机的进气配气装置的技术方案0012见附图说明书CN102777213。
12、A2/9页50013方案1一种气驱发动机的进气配气装置包括进气管7，进气控制阀门5，配气室8，放气控制阀门10，阀门驱动机构。0014方案2一种气驱自燃式内燃发动机的进气配气装置，其特征是在方案1所述的发动机的进气配气装置的配气室8上设置燃料喷嘴9。0015方案3一种气驱点燃式内燃发动机的进气配气装置，其特征是在方案2所述的进气配气装置的配气室8上设置火花塞6。0016方案4一种气驱膨胀比可调的内燃式或非内燃式发动机的进气配气装置，包括配气室容积调节活塞11，容积调节活塞的调节装置以及方案1或方案2或方案3所述的进气配气装置；其配气室容积调节活塞11设置在方案1或方案2或方案3所述的进气配气装。
13、置的配气室8上，容积调节活塞11的位置由容积调节活塞的调节装置调控。0017以上几种方案的气驱内燃式或非内燃式发动机的进气配气装置的结构是0018进气管道7通过进气控制阀门5与配气室8相通，配气室8通过放气控制阀门10与发动机气缸27相通。进气控制阀门5和放气控制阀门10由阀门驱动机构驱动。进气配气装置上设有燃料喷嘴9、火花塞6和配气室容积调节活塞11三种装置中的一种或几种装置的，其燃料喷嘴9、火花塞6和配气室容积调节活塞11都设置在配气室8上。0019由以上几种方案的进气配气装置构成的气驱发动机的配气装置的工作方式是0020如图1、图2、图5所示0021气驱发动机排气冲程过程中，排气门13打。
14、开，放气控制阀门10处于关闭状态，阀门驱动机构控制进气控制阀门5打开，压缩气通过进气控制阀门5进入配气室8，配气室8充满压缩气后，阀门驱动机构控制进气控制阀门5关闭。发动机排气门13关闭后排气行程结束，发动机进入余气压缩过程直到阀门驱动机构打开放气控制阀门10，发动机做功冲程开始，此时发动机气缸27容积在最小位附近。放气控制阀门10开启后，压缩气进入气缸27并在气缸27内膨胀做功，直到排气门13打开，做功行程结束。阀门驱动机构在发动机做功行程临近结束之前或在做功行程结束之后控制放气控制阀门10关闭。排气冲程开始时，发动机气缸27容积接近最大。排气冲程开始后，阀门驱动机构控制进气控制阀门5打开，。
15、配气室又开始新一轮的充气工作。膨胀比可调式发动机的配气室容积调节机构包括配气室容积调节活塞11和容积调节活塞调节装置。配气室容积调节机构在发动机工作过程中根据负荷要求调节配气室8有效容积的大小，达到调节发动机的膨胀比的目的，同时通过改变配气室8有效容积的大小也可以调节发动机的功率和调节进入发动机的压缩气进气量。0022由以上几种方案的进气配气装置构成的气驱内燃发动机的配气装置的工作方式是如图3、图4、图5所示0023发动机排气冲程过程中，排气门13打开，放气控制阀门10处于关闭状态，阀门驱动机构控制进气控制阀门5打开，压缩气通过进气控制阀门5进入配气室8，配气室8充满压缩气后，阀门驱动机构控制。
16、进气控制阀门5关闭。在放气控制阀门10关闭之后打开之前，燃料喷嘴9完成燃料喷射，点燃式发动机通过火花塞6完成点火程序，自燃式发动机则通过燃料自燃方式完成点火，并在配气室8内完成压缩气和燃料的燃烧加热过程。燃料喷嘴9可以根据燃料特性需求或设计要求在放气控制阀门10关闭之后打开之前的任意时段完成燃料喷射如自燃式发动机则应在进气控制阀门5关闭之后放气控制阀门10打开之前完成燃料喷射；甚至可以在放气控制阀门10关闭之后进气控制阀门5打开之前的时间说明书CN102777213A3/9页6段完成喷射燃料，使燃料喷射可以在较低的喷射压力下完成。自燃式发动机的喷射燃料时间和点燃式发动机的火花塞6点火时间应在进。
17、气控制阀门5关闭之后，放气控制阀门10打开之前完成，并保证在放气控制阀门10打开之前燃料在配气室8内有足够的燃烧时间。0024发动机排气门13关闭后排气行程结束，发动机进入余气压缩过程，直到阀门驱动机构打开放气控制阀门10，发动机做功冲程开始，此时发动机气缸27容积在最小位附近。放气控制阀门10开启后，配气室8内的高温压缩气进入发动机气缸27并在气缸27内膨胀做功，直到排气门13打开，做功行程结束，排气冲程开始。阀门驱动机构可以在发动机做功行程临近结束之前或结束之后控制放气控制阀门10关闭。排气冲程开始时，发动机气缸容积27接近最大。排气冲程开始后，阀门控制机构控制进气阀门5打开，配气室8内又。
18、开始新一轮的充气、燃料供给以及燃烧加热过程。0025膨胀比可调式内燃发动机的配气室容积调节机构由配气室容积调节活塞11和容积调节活塞调节装置构成。配气室容积调节机构在发动机工作过程中根据负荷要求调节配气室8有效容积的大小，从而调节发动机的膨胀比。燃料则由发动机控制器如ECU根据配气室8的压力、有效容积、气体温度按最佳空燃比通过燃料喷嘴9供给。发动机的转速或功率可以通过调节发动机的膨胀比间接调节进气量和燃料供给量来实现。0026配气室8不带容积调节活塞11的膨胀比不可调的内燃发动机的转速或功率可以通过调节进气压力以改变发动机的压缩比并结合调节燃料供给量或直接调节燃料供给量来实现。0027气驱内燃。
19、发动机也可以在不供给燃料的情况下作为气驱发动机或膨胀机使用。0028气驱内燃式或非内燃式发动机可以通过改变压缩气的进气压力来调节发动机的压缩比。此外如图5所示的配气相位图中的燃烧加热过程仅适用于气驱内燃式发动机，对非内燃式气驱发动机则该过程仅为配气室处于封闭态，未进行燃烧加热。0029气驱发动机的供气相位图如图5所示，配气相位各角度的开启和关闭要求如下0030排气门13早开角。排气门13通常在气缸容积到达最大位之前开启。0031进气控制阀门5开启角。进气控制阀门5应在放气控制阀门10关闭之后开启。0032进气控制阀门5关闭提前角。进气控制阀门5通常在气缸27容积到达最小位之前关闭。对于内燃式发。
20、动机应确保发动机在设计最高转速下进气控制阀门5关闭到放气控制阀门10打开的时间段足够配气室内的气体和燃料完成燃烧加热过程。0033放气控制阀门10关闭角。放气控制阀门10关闭可以在气缸27容积到达最大位之前或之后，甚至可以提前到排气门13打开之前关闭放气控制阀门10。0034排气门13早关角。排气门13通常在气缸27容积到达最小位之前的一定角度关闭，让气缸27内的余气到达最小位之前受压，使余气在放气阀门打开之前在气缸27的余隙内产生适当的压力。0035放气控制阀门10开启角。放气控制阀门打开角通常设在气缸容积最小位附近。0036阀门驱动机构0037阀门驱动机构包括以下几类0038A机械式阀门驱。
21、动机构，其中包括与发动机主轴同轴的凸轮以及挺杆，摇臂等说明书CN102777213A4/9页7构成的阀门驱动机构；与发动机主轴通过齿轮，皮带，链条等联动的凸轮轴以及摇臂等构成的阀门驱动机构；例如发动机常用的顶置凸轮轴或侧置凸轮轴驱动方式；0039B电磁阀门驱动机构；0040C电气阀门驱动机构；0041D电液阀门驱动机构；0042E其它的组合式阀门驱动机构。0043容积调节活塞的调节装置0044容积调节活塞的调节装置结构功能如下0045A容积调节活塞调节装置的构成及运行方式0046容积调节活塞调节装置可以分为带反馈装置的闭环控制式调节装置和直接调节装置。0047直接调节装置可以采用手动螺杆驱动式。
22、，电磁作动式，电液作动式，电气作动式等可以直接驱动容积调节活塞位移的控制或传动方式。0048带反馈装置的闭环控制式调节装置包括反馈容积调节活塞位置参数或/和发动机转速参数的反馈装置，控制参数输入装置，参数对比器，容积调节活塞位移作动器。其特征是控制参数输入装置输入控制参数到参数对比器与反馈装置输入到参数对比器的容积调节活塞位置参数或/和发动机转速参数进行比较并控制容积调节活塞位移作动器，以此形成闭环控制，使容积调节活塞的位置或发动机的转速参数与输入装置给定参数相符。0049反馈装置0050反馈容积调节活塞位置参数或发动机转速参数的反馈装置是将容积调节活塞的位置或发动机的转速反馈到参数对比器。容。
23、积调节活塞位置参数反馈装置可以采用弹簧以作用力的方式反馈容积调节活塞的位移；也可以采用位移传感器等。发动机转速参数的反馈装置可以采用离心作用力式；也可以采用测速传感器等。0051控制参数输入装置0052控制参数输入装置的作用是通过脚踏板或控制手柄输入一个控制量到参数对比器，以此控制发动机维持一定的转速或转矩。控制参数输入装置的作用与汽车上的发动机的油门踏板或柴油机上的油门控制手柄相同，其主要作用是将期望控制量输入到参数对比器。0053参数对比器0054参数对比器是将控制参数输入装置输入的信号与反馈容积调节活塞位置参数或/和发动机转速参数的反馈装置的输入信号进行处理和对比并输出控制信号到容积调节。
24、活塞位移作动器。0055容积调节活塞位移作动器0056容积调节活塞位移作动器的作用是接收参数对比器的控制信号，并控制容积调节活塞位移，改变配气室的有效容积。容积调节活塞位移作动器可以是电控电磁作动器、电控液压作动器、机械式作动器等能驱动容积调节活塞位移的传动机构。0057B一种机械式配气室容积调节活塞的调节装置0058如图6所示0059一种机械式配气室容积调节活塞的调节装置包括设置在容积调节活塞上的齿条说明书CN102777213A5/9页826，允许容积调节活塞左行的左行棘爪22，允许容积调节活塞右行的右行棘爪25，棘爪拨杆18，容积调节活塞驱动弹簧16，控制参数输入装置，容积调节活塞位置参。
25、数或发动机转速参数反馈装置。0060其特征是齿条26设置在容积调节活塞11上，左行棘爪22和右行棘爪25直接地与齿条啮合或左行棘爪22和右行棘爪25与棘轮啮合并通过棘轮上设置齿轮与齿条26啮合使调节活塞11双向移动受控，由控制输入装置和反馈装置的输入参数对比后控制棘爪拨杆18，使左行棘爪22或右行棘爪25对齿条的作用处于失效或复位状态，棘爪失效时容积调节活塞11在配气室8气压和容积调节活塞驱动弹簧16的合力的作用下向左或向右单向移动改变反馈装置的输入和输出参数直到失效棘爪复位。棘爪复位是指单个棘爪恢复正常单向控制功能，使部件只能按单个棘爪允许的运动方向单向运动。棘爪失效是指单个棘爪不起作用，不。
26、能限制部件运动。0061二由以上发动机的进气配气装置构成的发动机技术方案0062方案A一种气驱内燃式或非内燃式发动机，由排气配气装置和以上所述的几种方案中的任意一种发动机的进气配气装置替代现有的气驱发动机的进排气配气装置或现有的活塞式内燃发动机或转子式内燃发动机的进排气配气装置和燃烧加热装置后构成的发动机。0063气驱内燃式或非内燃式发动机的排气配气装置的结构与现有的气驱发动机的排气配气装置或现有的四冲程活塞式内燃发动机或转子式内燃发动机的排气配气装置的结构相同，主要由排气门，气门驱动机构和排气管道等构成。气驱内燃式或非内燃式发动机的排气配气装置的配气相位如图5所示，特点是排气门在每一个气缸容。
27、积由大变小的冲程中长时间处于打开状态。0064现有的活塞式内燃发动机或转子式内燃发动机的燃烧加热装置指设置在发动机缸盖上的燃料喷嘴、火花塞、以及预留的燃烧室等利于燃烧加热的辅助装置。0065方案B一种适应多种燃料的发动机，包括压缩机和方案A所述的气驱发动机；气驱发动机运行所需的的压缩气由压缩机提供，压缩机可以是与气驱发动机同轴或联动的压缩机，也可以是其它内燃发动机或电动机驱动的压缩机。压缩机可以采用单级或多级压缩机，采用多级压缩的级间可以增加冷却装置以减少压缩时的能量损失，同时控制级间冷却温度，以便控制压缩终了温度；采用单级压缩的可以直接冷却压缩终了的压缩气以控制工作温度；使压缩气的压缩终了的。
28、温度可以按不同的燃料要求调节，以利于内燃发动机的点火和燃烧加热。0066方案C一种提高燃料效率的内燃发动机，包括储气瓶和方案A所述的气驱发动机，气驱发动机运行所需的压缩气由储气瓶提供，在储气瓶给气驱发动机供气的压缩气连接管上增加热交换器，并将发动机膨胀做功后排出的热气通过热交换器与从储气瓶出来的压缩气换热，使压缩气吸收发动机排出的气体的热能升温后再供给气驱发动机，一方面提高发动的燃烧加热性能，另一方面也可以提高燃料的效率。0067方案D一种能量回收式发动机，包括压缩机，离合器和方案A述的气驱发动机；其特征是在压缩机输入轴，气驱发动机输出轴和主输出轴之间设置离合器；正常工作时气驱发动机输出轴与主。
29、输出轴通过离合器相连；能量回收时，离合器断开气驱发动机输出轴与主输出轴的连接，并使保持主输出轴与压缩机输入轴的连接，使主输出轴的能量输入说明书CN102777213A6/9页9压缩机，以压缩气的方式储存。0068方案E一种压缩比可调式发动机，包括压缩机，多极或无极变速器以及方案A所述的气驱发动机中不带配气室容积调节机构的发动机；其特征是在气驱发动机的输出轴和压缩机输入输之间设置多极或无极变速器，使发动机的压缩比即气驱发动机的供气压力可以通过调节发动机输出轴与压缩机输入轴的转速比来改变。0069方案F一种压缩压缩比、膨胀比双可调的能量回收式发动机，包括压缩机、离合器、多极或无极变速器以及方案A述。
30、的气驱发动机中带配气室容积调节机构的发动机；其特征是在膨胀比可调的气驱发动机的输出轴，变速器的输入轴和主输出轴之间设置离合器，变速器输出轴与压缩机输入轴相连；正常工作时气驱发动机输出轴与主输出轴通过离合器相连；能量回收时，离合器断开气驱发动机输出轴与主输出轴的连接，并保持主输出轴与变速器的输入轴的连接，使主输出轴的能量通过变速器输入压缩机，以压缩气的方式储存。0070本发明的有益效果00711改变发动机的膨胀比方便简洁0072由于发动机的膨胀比的改变可以通过改变配气室有效容积的大小来实现，使发动机的膨胀比调节方便简洁，并且可以实现连续可调。00732可以实现压缩比可调0074由于发动机的气体的。
31、压缩和膨胀在不同气缸中进行，而且压缩气缸和膨胀气缸可以以不同的转速运行，甚至压缩过程和膨胀过程可以在互不相关的两个设备中完成，因此实现压缩比调节简单且方便。00753可以采用多极压缩，可以控制压缩终了温度0076由于发动机的气体的压缩和膨胀可以在不同的气缸中进行，因此可以采用多极压缩，压缩过程可以采取中冷，压缩终了温度可以根据燃料的特性需求进行控制。00774可以大幅提高发动机的压缩比，提高发动机的燃料效率0078由于发动机的燃烧加热过程在配气室内完成，是定容加热过程，发动机抗爆震能力强；此外压缩终了温度可控，发动机受燃料爆震特性的影响小或甚至不受其影响，因此可以大幅提高压缩比，提高发动机的燃。
32、料效率。00795可以实现能量回收0080由于发动机的压缩和膨胀在不同气缸中进行，可以通过压缩机吸收能量以压缩气的方式储存。如用于车载发动机时，刹车能可以通过变速箱传给压缩机输入轴驱动压缩机工作以实现刹车能量回收。00816同一发动机可以适应不同种类的燃料0082由于压缩比和压缩终了温度可以实现可控，可以根据不同燃料的特性来调控发动机的压缩比和压缩终了温度，以适应不同种类的燃料。00837可以使发动机在较宽的功率输出范围内以最佳空燃比或接近最佳空燃比的状态工作由于发动机可以根据配气室的有效容积、压缩气温度、压缩气压力等参数以最佳空燃比控制燃料供给量，同时发动机可以通过调节配气室有效容积大小的方。
33、式来调节发动机的功率，因此发动机可以在较宽的范围内以最佳空燃比的工作方式满足各种功率的工况要求。说明书CN102777213A7/9页10附图说明0084图1由本发明的气驱发动机的进气配气装置构成的气驱发动机示意图0085图2由本发明的气驱发动机的进气配气装置构成的气驱发动机立体剖视图0086图3由本发明的气驱发动机的进气配气装置构成的气驱内燃发动机示意图0087图4由本发明的气驱发动机的进气配气装置构成的气驱内燃发动机立体剖视图0088图5由本发明的气驱发动机进气配气装置构成的各种气驱发动机通用配气相位图0089图6由本发明的一种带反馈装置的容积调节活塞调节装置的进气配气装置构成的气驱发动机。
34、的立体剖视图0090图示编号名称00911排气门摇臂2放气控制阀门摇臂3凸轮轴00924进气控制阀门摇臂5进气控制阀门6火花塞00937进气管道8配气室9燃料喷嘴009410放气控制阀门11容积调节活塞12排气管道009513排气门14气缸缸体15活塞009616容积调节活塞驱动弹簧17控制作动器连接杆18棘爪拨杆009719棘爪拨杆转轴20棘爪加载弹簧21活塞位置反馈弹簧009822左行棘爪23棘爪转轴24支撑架009925右行棘爪26齿条27气缸0100图5所示发动机配气相位图各个角度符号说明0101排气门早开角进气控制阀门开启角0102进气控制阀门关闭提前角放气控制阀门关闭角0103排气。
35、门早关角放气控制阀门开启角具体实施方式0104优选方案1气驱发动机0105如图1和图2所示发动机进气管道7通过进气控制阀门5与配气室8相通，配气室8通过放气控制阀门10与发动机气缸27相通，气缸27通过排气门13与排气管道12相通，图2的凸轮轴3直接驱动进气控制阀门摇臂4、放气控制阀门摇臂2和排气门摇臂1从而控制进气控制阀门5、放气控制阀门10和排气门13的开闭。0106本方案气驱发动机的运行过程配气相位图如图5所示排气过程中，活塞15上行，排气门13处于开位，放气控制阀门10关闭，进气控制阀门5打开，压缩气通过进气管道7进入配气室8，直到进气控制阀门5和排气门13都关闭，排气行程和压缩气进气。
36、过程结束。排气行程结束后，活塞15继续上行，进行余气压缩，直到活塞15行到上止点，余气压缩过程结束。当活塞15行至的上止点附近时，放气控制阀门10打开，进入膨胀做功过程。做功过程中，压缩气通过放气控制阀门10进入气缸27，并在气缸27内膨胀，推动活塞15下行做功，直到排气门13打开，做功过程结束，进入排气过程。至此，气驱发动机完成一次循环。图5相位图中的燃烧加热过程在本方案中只是配气室8处于封闭态，未进行燃烧加热过程。气说明书CN102777213A108/9页11缸27容积最小位在活塞式发动机中指活塞15的上止点，气缸27容积最大位在活塞式发动机中指活塞15的下止点。发动机的膨胀比即气缸27。
37、的最大容积与配气室8的有效容积之比可以设计成1030之间的任意数值，也可以将膨胀比设计得比前述的值更大或更小。0107优选方案2膨胀比可调式气驱内燃发动机0108如图3和图4所示发动机进气管道7通过进气控制阀门5与配气室8相通，配气室8通过放气控制阀门10与发动机气缸27相通，气缸27通过排气门13与排气管道12相通，图4的凸轮轴3直接驱动进气控制阀门摇臂4、放气控制阀门摇臂2和排气门摇臂1从而控制进气控制阀门5、放气控制阀10和排气门13的开闭。配气室8上还设有燃料喷嘴9、火花塞6和配气室容积调节活塞11。0109本方案的运行过程配气相位图如图5所示排气过程中，活塞15上行，排气门13处于开。
38、位，放气控制阀门10关闭，进气控制阀门5打开，压缩气通过进气管道7进入配气室8，直到进气控制阀门5和排气门13都关闭，排气行程和压缩气进气过程结束。燃料喷嘴9可以在放气控制阀门10关闭之后，火花塞6点火之前的任意时段进行燃料喷射，如果燃料喷射时间选择在进气控制阀门5打开之前的时间段即图5所示的封闭态配气室进行，则可以在较低的压力下进行燃料喷射。火花塞6应在进气控制阀门5关闭之后放气控制阀门10打开之前进行点火，以防止高温压缩气返回压缩气供气管。排气行程结束后，活塞15继续上行，进行余气压缩，直到活塞15行到上止点，余气压缩过程结束。当活塞15行至的上止点附近时，放气控制阀门10打开，进入膨胀做。
39、功过程。做功过程中，经过燃烧加热后的压缩气通过放气控制阀门10进入气缸27，并在气缸27内膨胀，推动活塞15下行做功，直到排气门13打开，进入排气过程。至此，气驱内燃发动机完成一次循环。容积调节活塞11可以根据发动机的运行需求调节发动机配气室8的有效容积大小，以调节发动的转速或输出功率。容积调节活塞11的位移由容积调节活塞调节装置控制。膨胀比可变式发动机的最大膨胀比即气缸27的最大容积与可变配气室8的最小有效容积之比可以取1260之间的任意数值；最小膨胀比即气缸27的最大容积与可变配气室8的最大有效容积可以取615之间的任意数值，也可以将最大膨胀比和最小膨胀比设计得比前述的取值范围更大或更小。。
40、0110气缸27容积最小位在活塞式发动机中指活塞15的上止点，气缸27容积最大位在活塞式发动机中指活塞15的下止点。0111优选方案3带调节装置的膨胀比可调式气驱内燃发动机0112如图6所示发动机进气管道7通过进气控制阀门5与配气室8相通，配气室8通过放气控制阀门10与发动机气缸27相通，气缸27通过排气门13与排气管道12相通，凸轮轴3直接驱动进气控制阀门摇臂4、放气控制阀门摇臂2和排气门摇臂1从而控制进气控制阀门5、放气控制阀门10和排气门13的开闭。配气室8上还设有燃料喷嘴9、火花塞6和配气室容积调节活塞11；配气室容积调节活塞11上设有齿条26，允许容积调节活塞11左行的左行棘爪22，。
41、允许容积调节活塞右行的右行棘爪25；左行棘爪22和右行棘爪25与齿条26啮合，左行棘爪22和右行棘爪25由棘爪拨杆18拨动；棘爪拨杆18由反馈弹簧21和控制作动器连接杆17的作用力共同控制；反馈弹簧21的一端连接到容积调节活塞的齿条26上，另一端连接到棘爪拨杆18上，控制作动器连接杆17的作用力直接加载在棘爪拨杆18上。容积调节活塞驱动弹簧16的作用力使容积调节活塞11向配气室8容积减小的说明书CN102777213A119/9页12方向移动，作用力的大小可以取容积调节活塞11受配气室8内压缩气的最大作用力的1/2左右。当控制作动器连接杆17的作用力小于反馈弹簧21的作用力时，棘爪拨杆18拨动。
42、右行棘爪25，使右行棘爪25脱离啮合状态，左行棘爪22保持啮合状态，容积调节活塞11在配气室8内气压和容积调节活塞驱动弹簧16的合力的作用下，只可以向左移动，使配气室8的有效容积变小，同时反馈弹簧21的作用力也逐步变小，直到控制作动器连接杆17的作用力与反馈弹簧21的作用力平衡，棘爪拨杆18处于中位，左行棘爪22和右行棘爪25都保持啮合状态，容积调节活塞11的位置不再移动。控制作动器连接杆17的作用力大于反馈弹簧21力的作用力时，棘爪拨杆18拨动左行棘爪22，使左行棘爪22脱离啮合状态，右行棘爪25保持啮合状态，容积调节活塞11在配气室8内压缩气给活塞的作用力和活塞驱动弹簧16给活塞的作用力的。
43、合力的作用下，只可以向右移动，使配气室8的有效容积变大，同时反馈弹簧21的作用力也逐步变大，直到控制作动器连接杆17的作用力与反馈弹簧21的作用力平衡，棘爪拨杆18处于中位，左行棘爪22和右行棘爪25都保持啮合状态，容积调节活塞11位置不再移动。配气室8有效容积的大小由控制作动器连接杆17作用在棘爪拨杆18上的力的大小来调节。控制作动器的作用是受用户控制直接或间接地给棘手拨杆18适当的操控力。控制作动器是将操控者的需求转换成控制信号的设备例如发动机油门控制踏板或油门控制手柄，其作用是按控操控者的要求将供油量需求转换成位移大小或拉力大小来控制供油设备单位时间给发动机的供油量。本实施例的控制作动器。
44、可以是通过人工操控弹簧力的大小来调节作用在控制作动器连接杆17上的力的大小从而调节配气室8的有效容积大小，其方法之一是将发动机油门控制踏板与弹簧的一端相连，弹簧的另一端连到控制作动器连接杆17上；当脚踩油门控制踏板时，踏板位移使弹簧受拉力，并通过控制作动器连接杆17作用在棘手拨杆18上。控制作动器还可以是人工操控的气动作动器或液压作动器以及人工操控的电磁作动器等。0113本实施例中由于配气室8内的气体压力在发动机排气时压力低，压缩气进入配气室8和压缩气在配气室8内燃烧加热时气体压力较高，使得配气室8内的压缩气作用在容积调节活塞11上的压力时高时低呈周期性变化；容积调节活塞驱动弹簧16加载在容积。
45、调节活塞11上的弹簧力大于处于膨胀末期和排气过程中配气室8内的气体压力作用在容积调节活塞11上的力，小于配气室8进气过程和燃烧加热过程中配气室8内压缩气给容积调节活塞11的作用力，使得配气室8内压缩气给容积调节活塞11的作用力和容积调节活塞驱动弹簧16给容积调节活塞11的作用力的合力呈正负周期性的变化，从而控制容积调节活塞11在不受棘爪限制时有足够的力量可以驱动容积调节活塞11双向移动。说明书CN102777213A121/4页13图1图2说明书附图CN102777213A132/4页14图3图4说明书附图CN102777213A143/4页15图5说明书附图CN102777213A154/4页16图6说明书附图CN102777213A16。