专利名称：智能高效发动机及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机，尤其涉及一种热能转化效率高、噪音小且能够自动控制转速的智能高效发动机及控制方法。
背景技术：
现有的内燃机通常是传统的活塞式发动机，因为其固有结构和原理限制，在效率、 能源和环境等问题上存在先天的不足。例如由活塞式发动机汽缸排出高温高压的气体，对内能是巨大的损失；活塞式发动机的曲柄连杆机构的剧烈振动，并引起噪声，再通过车厢内部的传播，这一系列的噪声污染引起驾乘人员的不适；由于燃烧条件的限制，燃油燃烧不充分，再加上其中燃料污染物的影响，燃烧产物中存在大量的氢氧化物和硫化物，这些物质对清洁排放和环境保护是致命的；活塞式发动机的结构复杂，制造和维修成本大；由于结构的缺陷，刹车时，活塞式发动机会发生熄火现象；而且传统的活塞式发动机只能使用单一的燃料，更换不同标号的燃料，对活塞式发动机的性能都会产生影响。另外，现有的内燃机没有智能调节油量功能，不易将转速控制在合理范围内；现有的内燃机没有利用热交换技术， 大量热量散失。发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种热能转化效率高、噪音小且能够自动控制转速的智能高效发动机及控制方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的
本发明所述智能高效发动机包括壳体、火花塞、喷油嘴、涡轮风扇、加压叶轮、永磁体、感应线圈、感应仪器、主轴、可控加油电泵、控制器，所述壳体内包括燃烧室、加压腔体和永磁体腔体，所述火花塞和所述喷油嘴设置于所述燃烧室的腔壁上，所述喷油嘴与所述可控加油电泵连接，所述可控加油电泵的控制输入端与所述控制器的加油信号输出端连接， 所述涡轮风扇安装于所述燃烧室内并位于所述火花塞和所述喷油嘴的下方，所述加压叶轮安装于所述加压腔体内，所述加压腔体上设置有空气进气口，所述永磁体安装于所述永磁体腔体内，所述永磁体的外周安装有所述感应线圈，所述感应线圈的两端与所述感应仪器的输入端连接，所述感应仪器的输出端与所述控制器的信号输入端连接，所述涡轮风扇、所述加压叶轮和所述永磁体均安装在所述主轴上。
涡轮风扇在运转过程中噪音极小，保证整个发动机的低噪音效果。由于涡轮风扇、 加压叶轮和永磁体均安装在同一主轴上，其转速都相同，感应线圈可以将永磁体的转速信号转化为电流频率信号或电压信号，经感应仪器处理后传递给控制器，控制器便能够获取涡轮风扇的转速信息，也就是发动机的转速信息。控制器在经过计算比较后，根据需要控制可控加油电泵的电压或频率，从而控制喷油嘴的喷油量，达到控制涡轮风扇转速的目的。所以，整个系统通过实时监测发动机转速并实时控制发动机转速，实现了对发动机转速的自动控制。
作为优选技术方案，所述涡轮风扇的中部设置有空心柱状排气口，所述空心柱状排气口穿过所述壳体并位于所述壳体外面，与所述空心柱状排气口相对应的位置设置有热交换器；所述热交换器包括排气通道和进气通道，所述排气通道与所述壳体连接并与所述空心柱状排气口相对应，所述进气通道与所述空气进气口连接。
进一步，所述发动机还包括交直流转换器和蓄电池，所述交直流转换器的交流电源端与所述感应线圈的两端连接，所述交直流转换器的直流电源端与所述蓄电池连接，所述蓄电池还与所述控制器的信号输入端对应连接，所述交直流转换器的控制开关的信号线与所述控制器信号输入端对应连接。
为便于安装，所述感应线圈内嵌安装于所述壳体内壁。
具体地，所述感应仪器为频率计数器或电压表。
作为优选，所述加压叶轮为涡轮。
为减少热量损失，所述壳体的表面设有保温层。
本发明所述智能高效发动机的控制方法，首先在控制器中设定额定转速范围，所述额定转速范围的设定满足如下要求通过加压叶轮送到燃烧室的空气略大于额定功率所需的空气；外界负荷增大，涡轮风扇的转速降低，控制器通过感应仪器检测到主轴转速降低，这时控制器向可控加油电泵发送指令，升高可控加油电泵的电压或增加可控加油电泵的频率，从而增加喷油嘴的喷油量，提高涡轮风扇的转速，直至达到设定的额定转速范围； 外界负荷减小，涡轮风扇的转速升高，控制器通过感应仪器检测到主轴转速升高，这时控制器向可控加油电泵发送指令，降低可控加油电泵的电压或减小可控加油电泵的频率，从而减少喷油嘴的喷油量，降低涡轮风扇的转速，直至达到设定的额定转速范围。
进一步，所述控制器检测蓄电池的状态，在蓄电池欠压状态时，通过控制交直流转换器切换，使感应线圈为蓄电池充电；在蓄电池正常电压状态时，如果可控加油电泵的升压控制失灵，则通过控制交直流转换器切换，使蓄电池给感应线圈加电。必要时可以手动控制使蓄电池给感应线圈加电。
本发明的有益效果在于
1、通过采用涡轮风扇、设置热交换器并在壳体表层设置保温层，本发明使燃料的内能最大限度地转化成了机械能，大大提高了能量转换效率；
2、通过采用涡轮风扇和涡轮加压叶轮的设计，使本发明中的发动机具有良好的平衡性，减弱了机械振动和噪声；
3、通过控制器、可控加油电泵、永磁体、感应线圈和感应仪器的配合作用，本发明中的发动机增加了智能加油功能，能够根据负荷的大小自动控制加油量，用在汽车等交通工具上，在方向盘上安装一个电子调档控制器，驾驶员的脚下将只需要一个刹车，而不需要油门、离合即可操纵，为驾驶带来了极大的方便；
4、控制器根据采集到的信息，自动控制蓄电池的充放电，又一次提高了燃油使用效率；
5、不需要散热装置，同时结构简单，生产成本低，维修方便；
6、可以使用任何液体燃料，对发动机性能不产生影响；
7、通过感应线圈还可以输出频率和电压稳定的交流电，当发电机使用。
附图是本发明的剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明
如附图所示，本发明所述智能高效发动机包括壳体9、火花塞8、喷油嘴6、涡轮风扇10、加压叶轮17、永磁体15、感应线圈16、频率计数器2、主轴14、可控加油电泵5、控制器4，壳体9内包括燃烧室7、加压腔体20和永磁体腔体21，火花塞8和喷油嘴6设置于燃烧室7的腔壁上，喷油嘴6与可控加油电泵5连接，可控加油电泵5的控制输入端与控制器 4的加油信号输出端连接，涡轮风扇10安装于燃烧室7内并位于火花塞8和喷油嘴6的下方，加压叶轮17安装于加压腔体20内，加压腔体20上设置有空气进气口 18，永磁体15安装于永磁体腔体21内，永磁体15的外周安装有感应线圈16，感应线圈16的两端与频率计数器2的输入端连接，感应线圈16内嵌安装于壳体9内壁，频率计数器2的输出端与控制器4的信号输入端连接，涡轮风扇10、加压叶轮17和永磁体15均安装在主轴14上。加压叶轮17为涡轮。频率计数器2也可以是电压表，其信号能够与感应线圈16的输出信号相对应就可以。壳体9的表面设有保温层(图中未示出)。
涡轮风扇10的中部设置有空心柱状排气口 12，空心柱状排气口 12穿过壳体9并位于壳体9外面，与空心柱状排气口 12相对应的位置设置有热交换器11 ；热交换器11包括排气通道13和进气通道19，排气通道13与壳体9连接并与空心柱状排气口 12相对应， 进气通道19与空气进气口 18连接。
如附图所示，本发明所述发动机还包括交直流转换器3和蓄电池1，交直流转换器 3的交流电源端与感应线圈16的两端连接，交直流转换器3的直流电源端与蓄电池1连接， 蓄电池1还与控制器2的信号输入端对应连接，所述交直流转换器的控制开关的信号线与所述控制器信号输入端对应连接(这个结构由于非本发明中发动机的必要结构，实际应用中也可以不连接，所以图中为示出连接结构)。
如附图所示，涡轮风扇10的作用是，将燃烧室7内高温高压气体的内能转化为高速旋转的动能。空心柱状排气口 12的作用是将做功后的废气排到热交换器11中。加压叶轮17的作用是，将流经热交换器11的进气通道19的空气增压，并将增压后的气体送至燃烧室7。燃烧室7的壳体9上装有喷油嘴6和火花塞8，作用是喷油和点火，产生高温高压气体，推动涡轮扇叶10。永磁体15和感应线圈16共同构成发电机(或用作电动机)，其作用是，将外界闲置的动能转化为电能储存，也可以将储存的电能转化为动能以增加发动机功率。感应线圈16输出有两路，一路输送至交直流转换器3，交直流转换器3的作用是将感应线圈16中产生的交流电转化为直流储存到蓄电池1，或者将蓄电池1的直流转化为交流输送至感应线圈16，使永磁体15获得动能，增加发动机的功率。感应线圈16的另一路输出送至频率计数器2，频率计数器2的作用是测量感应线圈16中交流电的频率，即永磁体15 的转速，也就是涡轮风扇10的转速。频率计数器2将测得的涡轮风扇10的转速送至控制器4，控制器4的作用是通过可控加油电泵5控制喷油嘴6的喷油量，从而控制输出功率。
如附图所示，本发明中的发动机的工作过程如下可控加油电泵5通过喷油嘴6向燃烧室7内喷油，火花塞8点火，燃烧室7内产生高温高压气体，高温高压气体推动涡轮风扇10高速旋转。涡轮风扇10通过主轴14带动加压叶轮17和永磁体15高速旋转，同时从涡轮风扇10的空心柱状排气口 12将废气排到热交换器11的排气通道13。在热交换器11 中，没有转化为动能的热能对进气通道19的空气加热，然后排到大气。高速旋转的加压叶轮17将热交换器11的进气通道19中被加热的空气导出并增压，增温增压的空气被送进燃烧室7。永磁体15和感应线圈16 —起构成了发电/电动机，高速旋转的永磁体15使得感应线圈16中产生交流电流，交流电流通过交直流转换器3，将电能储存在蓄电池1，同时，频率计数器2对交流电流频率(即涡轮风扇10的转速)进行测量，将测量到的数据送至控制器4，控制器4根据涡轮风扇10的转速调节可控加油电泵5的加油量，这样将涡轮风扇10 的转速控制在合理的范围内。
结合附图，本发明所述智能高效发动机的控制方法，其具体流程是首先在控制器 4中设定额定转速范围，所述额定转速范围的设定满足如下要求通过加压叶轮17送到燃烧室7的空气略大于额定功率所需的空气；外界负荷增大，涡轮风扇10的转速降低，控制器 4通过频率计数器2检测到主轴14的转速降低，这时控制器4向可控加油电泵5发送指令， 升高可控加油电泵5的电压或增加可控加油电泵5的频率，从而增加喷油嘴6的喷油量，提高涡轮风扇10的转速，直至达到设定的额定转速范围；外界负荷减小，涡轮风扇10的转速升高，控制器4通过频率计数器2检测到主轴14的转速升高，这时控制器4向可控加油电泵5发送指令，降低可控加油电泵5的电压或减小可控加油电泵5的频率，从而减少喷油嘴 6的喷油量，降低涡轮风扇10的转速，直至达到设定的额定转速范围。上述方法可以通过控制器的程序功能实现。控制器4的转速范围也可以手动设置，这样可以在最大输出功率范围内输出任意功率。控制器4还可以检测蓄电池1的状态，在蓄电池1处于欠压状态，通过控制交直流转换器3切换，给蓄电池1充电；在蓄电池1处于正常电压状态下，控制器4根据其它反馈信息，决定是否需要给感应线圈16加电，比如，如果可控加油电泵5的升压控制失灵，则通过控制交直流转换器3切换，使蓄电池1给感应线圈16加电。必要时可以手动控制使蓄电池1给感应线圈16加电。
权利要求
1.一种智能高效发动机，其特征在于包括壳体、火花塞、喷油嘴、涡轮风扇、加压叶轮、永磁体、感应线圈、感应仪器、主轴、可控加油电泵、控制器，所述壳体内包括燃烧室、加压腔体和永磁体腔体，所述火花塞和所述喷油嘴设置于所述燃烧室的腔壁上，所述喷油嘴与所述可控加油电泵连接，所述可控加油电泵的控制输入端与所述控制器的加油信号输出端连接，所述涡轮风扇安装于所述燃烧室内并位于所述火花塞和所述喷油嘴的下方，所述加压叶轮安装于所述加压腔体内，所述加压腔体上设置有空气进气口，所述永磁体安装于所述永磁体腔体内，所述永磁体的外周安装有所述感应线圈，所述感应线圈的两端与所述感应仪器的输入端连接，所述感应仪器的输出端与所述控制器的信号输入端连接，所述涡轮风扇、所述加压叶轮和所述永磁体均安装在所述主轴上。
2.根据权利要求1所述的智能高效发动机，其特征在于所述涡轮风扇的中部设置有空心柱状排气口，所述空心柱状排气口穿过所述壳体并位于所述壳体外面，与所述空心柱状排气口相对应的位置设置有热交换器。
3.根据权利要求2所述的智能高效发动机，其特征在于所述热交换器包括排气通道和进气通道，所述排气通道与所述壳体连接并与所述空心柱状排气口相对应，所述进气通道与所述空气进气口连接。
4.根据权利要求1所述的智能高效发动机，其特征在于所述发动机还包括交直流转换器和蓄电池，所述交直流转换器的交流电源端与所述感应线圈的两端连接，所述交直流转换器的直流电源端与所述蓄电池连接，所述蓄电池还与所述控制器的信号输入端对应连接，所述交直流转换器的控制开关的信号线与所述控制器信号输入端对应连接。
5.根据权利要求1或4所述的智能高效发动机，其特征在于所述感应线圈内嵌安装于所述壳体内壁。
6.根据权利要求1所述的智能高效发动机，其特征在于所述感应仪器为频率计数器或电压表。
7.根据权利要求1所述的智能高效发动机，其特征在于所述加压叶轮为涡轮。
8.根据权利要求1所述的智能高效发动机，其特征在于所述壳体的表面设有保温层。
9.一种如权利要求1所述的智能高效发动机的控制方法，其特征在于首先在控制器中设定额定转速范围，所述额定转速范围的设定满足如下要求通过加压叶轮送到燃烧室的空气略大于额定功率所需的空气；外界负荷增大，涡轮风扇的转速降低，控制器通过感应仪器检测到主轴转速降低，这时控制器向可控加油电泵发送指令，升高可控加油电泵的电压或增加可控加油电泵的频率，从而增加喷油嘴的喷油量，提高涡轮风扇的转速，直至达到设定的额定转速范围；外界负荷减小，涡轮风扇的转速升高，控制器通过感应仪器检测到主轴转速升高，这时控制器向可控加油电泵发送指令，降低可控加油电泵的电压或减小可控加油电泵的频率，从而减少喷油嘴的喷油量，降低涡轮风扇的转速，直至达到设定的额定转速范围。
10.一种如权利要求1所述的智能高效发动机的控制方法，其特征在于所述控制器检测蓄电池的状态，在蓄电池欠压状态时，通过控制交直流转换器切换，使感应线圈为蓄电池充电；在蓄电池正常电压状态时，如果可控加油电泵的升压或增频控制失灵，则通过控制交直流转换器切换，使蓄电池给感应线圈加电。
全文摘要
本发明公开了一种智能高效发动机，其壳体内包括燃烧室、加压腔体和永磁体腔体，火花塞和喷油嘴设置于燃烧室的腔壁上，喷油嘴与可控加油电泵连接，可控加油电泵与控制器的加油信号输出端连接，涡轮风扇安装于燃烧室内，加压叶轮安装于加压腔体内，加压腔体上设置有空气进气口，永磁体安装于永磁体腔体内，永磁体的外周安装有感应线圈，感应线圈的两端与感应仪器连接，感应仪器还与控制器的信号输入端连接，涡轮风扇、加压叶轮和永磁体均安装在主轴上。本发明还公开了一种智能高效发动机的控制方法，通过控制器感应主轴的转速并实时调整可控加油电泵电压或频率将涡轮风扇转速自动保持在设定范围。通过本发明可自动控制转速，发动机效率高、噪音小。
文档编号F02B63/04GK102493868SQ201110446109
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者韩小余 申请人:韩小余