專利名稱：低溫工質(zhì)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫工質(zhì)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，屬于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)一般都是通過熱源釋放熱能，然后通過機(jī)械裝置將部分熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出。根據(jù)以往許多學(xué)者的研究顯示，提高熱力發(fā)動(dòng)機(jī)效率的途徑主要從以下三方面著手(1)提高燃料燃燒效率以保證其釋放盡可能多的能量；(2)改善機(jī)械裝置，盡可能地減少工作條件下的機(jī)械能損失；(3)改善工質(zhì)及其工作條件，使其在系統(tǒng)的環(huán)境下將熱能盡可能多的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
熱力學(xué)第二定律告訴我們，系統(tǒng)與環(huán)境間的一切實(shí)際過程的進(jìn)行是因?yàn)檫@些過程存在著不可逆因素。在熱力系統(tǒng)中，這些不可逆條件反應(yīng)在于工質(zhì)在過程前后熵的變化。熱變功的根本途徑是依靠工質(zhì)的體積變化，但是熱不可能完全轉(zhuǎn)化為功，總要有一部分被工質(zhì)吸收變?yōu)楣べ|(zhì)的熱動(dòng)能。不同的物質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)不同，它們的熱力性質(zhì)也不相同。歸納以上觀點(diǎn)得出，提高熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的熱——功轉(zhuǎn)換的效率，我們必須做到(1)盡量提高工質(zhì)在系統(tǒng)循環(huán)過程前后的熵變；(2)盡量減少工質(zhì)本身的熱動(dòng)能；(3)盡量采用綜合熱力性質(zhì)最好的工質(zhì)。
本發(fā)明的目的是突破現(xiàn)有熱力發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)原理，提出一種全新的設(shè)計(jì)。該方法克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的一些不足之處，提供一種熱變功效率高，工作平穩(wěn)，噪聲小，排污少，且易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、扭矩及功率控制的低溫工質(zhì)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所指的發(fā)動(dòng)機(jī)是由氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)和機(jī)械能輸出裝置所組成。兩部分功相互獨(dú)立，前者使燃料充充燃燒并將燃燒產(chǎn)生的大部分熱能以氣體工質(zhì)的勢(shì)能形式儲(chǔ)存起來，后者將氣體工質(zhì)的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ男问捷敵?。氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)通過高壓工質(zhì)導(dǎo)管與機(jī)械能輸出裝置相連，高壓工質(zhì)導(dǎo)管中間裝有工質(zhì)濾清器。
熱變功的機(jī)械裝置可以是氣動(dòng)馬達(dá)，可以是由氣缸、活塞、曲軸、連桿等曲柄連桿機(jī)構(gòu)，還可以是類似氣輪機(jī)的透平裝置。
本熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)可分為氣體燃料供應(yīng)系統(tǒng)與液體燃料供應(yīng)系統(tǒng)兩種類型。其相同之處在于都由燃燒系統(tǒng)和為燃燒系統(tǒng)供油和氣、水的裝置組成。燃燒系統(tǒng)由外部的低溫工質(zhì)室，中部的空氣預(yù)熱室和內(nèi)部的燃燒室構(gòu)成，燃燒室底部裝有火花塞和燃料噴嘴以及高壓空氣導(dǎo)筒，低溫工質(zhì)室上裝有冷卻水噴嘴。燃燒均在燃燒室內(nèi)燃燒生成高溫高壓的燃?xì)猓細(xì)庠趶娜紵页鰜砗笤诘蜏毓べ|(zhì)室中遭遇冷卻水噴嘴噴出的水霧，并使其瞬間完成相變，進(jìn)而混合生成低溫高壓的高品質(zhì)氣態(tài)工質(zhì)。低溫工質(zhì)室內(nèi)正常工作時(shí)溫度應(yīng)保持在130℃到200℃之間，最高溫度不大于230℃，否則將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的低下。
本發(fā)明熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的供油、供水和供氣系統(tǒng)采用，初級(jí)泵(電動(dòng)泵)——二級(jí)泵(高壓泵)——高壓存儲(chǔ)器——電子控制噴嘴的形式。
氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)工作時(shí)的燃料供給量與冷卻水供給量由電腦芯片根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)精確控制。
由于本發(fā)明動(dòng)機(jī)由低溫工質(zhì)室出來的工質(zhì)氣體溫度較低，因此可以使用工程塑料、樹脂及復(fù)合材料等低溫輕材料來制作發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞、氣缸、透平轉(zhuǎn)子等元件，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的自重比下降。由于絕緣材料的使用還可以在元件內(nèi)部設(shè)計(jì)工作電路，使得外部接線減少，發(fā)動(dòng)機(jī)外型更美觀。
本發(fā)明熱力發(fā)動(dòng)機(jī)低溫工質(zhì)室、工質(zhì)濾清器、高壓工質(zhì)導(dǎo)管以及氣缸、缸蓋等散熱面積較大部分應(yīng)由絕熱材料制成或外表覆蓋絕熱材料以減少熱能損失，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。


以下結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)做詳細(xì)說明圖1為本發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為冷卻水供應(yīng)原理圖；圖3為燃料供應(yīng)原理圖；圖4為空氣供應(yīng)原理圖。
實(shí)施方式實(shí)施例參見圖1，本發(fā)動(dòng)機(jī)由氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)和機(jī)械能輸出裝置兩部分，氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)包括燃燒系統(tǒng)和為燃燒室系統(tǒng)供油和氣、水的裝置。燃燒系統(tǒng)由外部的低溫工質(zhì)室9，中部的空氣預(yù)熱室10和內(nèi)部的燃燒室構(gòu)成11，燃燒室底部裝有火花塞12和燃料噴嘴13以及高壓空氣導(dǎo)筒14，低溫工質(zhì)室9上裝有冷卻水噴嘴17。氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)的低溫工質(zhì)室9頂部接有高壓工質(zhì)導(dǎo)管8，與機(jī)械能輸出裝置相連，高壓工質(zhì)導(dǎo)管8中間裝有工質(zhì)濾清器15。
機(jī)械能輸出裝置是由曲軸1、曲軸箱2、連桿3、活塞4和汽缸跑道5組成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，高壓工質(zhì)導(dǎo)管8接通汽缸跑道5，并設(shè)進(jìn)、排氣管6、7，在進(jìn)、排氣管6、7之間裝有電磁控制閥16。
參見圖2，氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)的冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)由一水箱18管道依次連接濾清器19、初級(jí)水泵20，再并聯(lián)溢流閥21后連通二級(jí)水泵22，再通過高壓存儲(chǔ)器23，并聯(lián)卸荷閥24后通過電磁控制閥25接進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)26。
參見圖3，氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)的氣體燃料供應(yīng)系統(tǒng)由儲(chǔ)氣鋼瓶27管道依次連接初級(jí)燃油泵28、二級(jí)燃油泵29、高壓存儲(chǔ)器30后并聯(lián)卸荷閥24，再通過電磁控制閥25接進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)26。
參見圖4，氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)的空氣供應(yīng)系統(tǒng)由空氣濾清器31管道依次連通初級(jí)空氣泵32、二級(jí)空氣泵33和高壓存儲(chǔ)器30，最后接進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)26。
連桿曲柄發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)通過(1)低溫工質(zhì)室出來的高壓氣體工質(zhì)通過管路輸送及進(jìn)氣閥門的氣缸推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。(2)進(jìn)氣閥門打開，工質(zhì)推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)直至最低點(diǎn)，此時(shí)排氣閥門一直關(guān)閉。(3)進(jìn)氣閥在活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)提前關(guān)閉。(4)活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)排氣閥開，發(fā)動(dòng)機(jī)依靠自身慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞向上運(yùn)動(dòng)將氣排出。(5)活塞經(jīng)過上止點(diǎn)后，排氣閥門關(guān)閉，同時(shí)進(jìn)氣閥門打開，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入下一工作循環(huán)。
此發(fā)動(dòng)機(jī)不同于以往發(fā)動(dòng)機(jī)之處在于(1)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣閥的打開閉合依靠電腦芯片通過電磁裝置控制，有利于閥門動(dòng)作的迅速實(shí)現(xiàn)，并減少了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)閥門控制在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械能損失。(2)氣體工質(zhì)通過管路傳送中經(jīng)過工質(zhì)濾清器濾去雜質(zhì)，然后進(jìn)入氣缸內(nèi)工作，這減少了對(duì)活塞及氣缸內(nèi)磨擦表面損傷。(3)氣體工質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的低溫工質(zhì)室生成并蓄能，這樣做降低了發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)和噪聲，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壽命。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)功力的產(chǎn)生是燃料與空氣混合后的混料氣體在氣缸內(nèi)迅速燃燒瞬間產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功?；烊?xì)怏w燃燒時(shí)產(chǎn)生大量沖擊波，因此發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)及噪聲較大。這些沖擊波直接作用于活塞及氣缸表面及內(nèi)部引起其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)從而降低了其工作性能及壽命。(4)燃料進(jìn)入燃燒室的噴射量與冷卻水進(jìn)入低溫工質(zhì)室的噴射量由電腦芯片精確控制，保證低溫工質(zhì)室內(nèi)氣體工質(zhì)有足夠的壓力。
該發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于(1)工作平穩(wěn)，噪聲??；(2)排氣污染??；(3)易于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，扭矩控制及功率控制。由電腦芯片根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制氣缸進(jìn)氣閥門的開關(guān)頻率可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制；電腦芯片根據(jù)氣缸內(nèi)氣體的壓力控制氣缸進(jìn)氣閥門的開關(guān)，可現(xiàn)扭矩控制；由電腦芯片根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及輸出扭矩控制進(jìn)氣閥的開關(guān)可實(shí)現(xiàn)功率控制。
權(quán)利要求
1.一種低溫工質(zhì)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于包括氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)和機(jī)械能輸出裝置兩部分，氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)通過高壓工質(zhì)導(dǎo)管與機(jī)械能輸出裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫工質(zhì)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)與機(jī)械能輸出裝置連通的高壓工質(zhì)導(dǎo)管中間裝有工質(zhì)濾清器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低溫工質(zhì)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)包括燃燒系統(tǒng)和為燃燒系統(tǒng)供油和氣、水的裝置；機(jī)械能輸出裝置是由汽缸、活塞、曲柄、連桿組成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，高壓工質(zhì)導(dǎo)管接通汽缸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低溫工質(zhì)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于機(jī)械能輸出裝置是氣動(dòng)馬達(dá)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低溫工質(zhì)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于機(jī)械能輸出裝置是類似氣輪機(jī)的透平裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低溫工質(zhì)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于燃燒系統(tǒng)由外部的低溫工質(zhì)室，中部的空氣預(yù)熱室和內(nèi)部的燃燒室構(gòu)成，燃燒室底部裝有火花塞和燃料噴嘴以及高壓空氣導(dǎo)筒，低溫工質(zhì)室上裝有冷卻水噴嘴。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低溫工質(zhì)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)的供油和供氣、供水采用初級(jí)泵、二級(jí)泵、通過高壓存儲(chǔ)器后，再由電子控制噴嘴的形式共同構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種低溫工質(zhì)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)的燃料供給量與冷卻水供給量由電腦芯片根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)精確控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低溫工質(zhì)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，由氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)和機(jī)械能輸出裝置所組成。兩部分功能相互獨(dú)立，前者使燃料充分燃燒并將燃燒產(chǎn)生的大部分熱能以氣體工質(zhì)的勢(shì)能形式儲(chǔ)存起來，后者將氣體工質(zhì)的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ男问捷敵?。氣體工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)通過高壓工質(zhì)導(dǎo)管與機(jī)械能輸出裝置相連，高壓工質(zhì)導(dǎo)管中間裝有工質(zhì)濾清器。本發(fā)明熱變功效率高，工作平穩(wěn)，噪聲小，排污少，且易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、扭矩及功率控制。
文檔編號(hào)F02B75/00GK1396377SQ02101920
公開日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2002年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月9日
發(fā)明者何海龍 申請(qǐng)人:何海龍