專利名稱：引擎的熱能回收裝置及其應(yīng)用的二行程引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是有關(guān)于一種熱能回收裝置，特別是關(guān)于一種引擎的熱能回收 裝置及其應(yīng)用的二行程引擎。
背景技術(shù)：
對(duì)現(xiàn)今才支術(shù)而言，內(nèi)燃才幾(internal combustion engine )已成為 一種發(fā)展多 年成熟技術(shù)，同時(shí)更依據(jù)其基本的原理而進(jìn)一步發(fā)展出各式不同的技術(shù)，其 中最為廣泛應(yīng)用的技術(shù)為四行程引擎以及二行程引擎在這兩種引擎中，相對(duì) 于二行程引擎來說，四行程引擎不但穩(wěn)定性高，同時(shí)也兼具有省油及環(huán)保的 特性，不過卻因?yàn)槠鋬?nèi)部的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，容積效率只有目前二行程引擎的 一半，因此，相對(duì)應(yīng)地提高了元件、才幾械設(shè)計(jì)以及油4毛的成本。另外，在實(shí) 際應(yīng)用上，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)的整體效率低落，僅有20~30%,其70%以上能量均 以熱能形式散發(fā)于大氣中。而在頻繁起步及停止的情況下，煞車將動(dòng)能轉(zhuǎn)換 為熱能，致使效率更低，效率低落必須燃燒更多的燃油，導(dǎo)致排放更多的二 氧化碳及氮氧化物，進(jìn)而加劇地球的暖化，同時(shí)也間接的增加燃油的需求， 在石油供給有疑慮情況下，幾年內(nèi)燃油成本已經(jīng)上升300% 。
為了解決上述問題，在現(xiàn)行的汽車研究中多半采用油電混合動(dòng)力，也就 是搭配使用電池動(dòng)力或是燃料電池。但是，這樣的作法存在許多困難，成本 增加，而造成普及不易。
二行程引擎具有較低的重量及尺寸較小的優(yōu)點(diǎn)，但是其燃油效率較低， 原因是油氣會(huì)溢散至排氣管中，進(jìn)氣在曲軸箱中壓縮時(shí)產(chǎn)生機(jī)械損失，空氣 進(jìn)入曲軸箱被加熱，降低了進(jìn)氣效率，同時(shí)每二個(gè)行程便燃燒一次，熱負(fù)載 大，冷卻損失大，汽缸溫度高及活塞由于散熱困難容易產(chǎn)生高溫，在高壓縮 比時(shí)容易震爆而不易提高壓縮比。二行程引擎的排氣是由進(jìn)氣推出汽缸外的, 在低負(fù)載時(shí)，由于進(jìn)氣量很小，大量高溫廢氣并未排出，殘留于汽缸內(nèi)部和新的燃油混合，在高壓縮比時(shí)，壓縮之后容易因產(chǎn)生高溫自燃而產(chǎn)生爆震，此二 行程特有的低負(fù)載爆震也造成提高壓縮比的因難。
因此，本實(shí)用新型基于上述的缺失，提供一種可減少油耗，提升內(nèi)燃機(jī) 效率的引擎的熱能回收裝置及其應(yīng)用的二行程引擎，來解決現(xiàn)有的缺失。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型是提供一種引擎的熱能回收裝置及其應(yīng)用的二行程引擎，以 解決現(xiàn)有技術(shù)中燃油效率較低、低負(fù)載爆震也造成提高壓縮比的因難和產(chǎn)生 的廢氣污染環(huán)境等問題。
本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種引擎的熱能回收裝置及其應(yīng)用的二 行程引擎，其將使用油料進(jìn)行爆炸燃燒的行程，以回收熱能后的高壓高溫?zé)?水取代，來產(chǎn)生動(dòng)力，進(jìn)而達(dá)到提升整體引擎燃油效率的效果。
本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種引擎的熱能回收裝置及其應(yīng)用的二 行程引擎，其可有效減少油耗量并且實(shí)現(xiàn)高壓縮比的二行程引擎。
本實(shí)用新型的又一目的在于提供一種引擎的熱能回收裝置及其應(yīng)用的二 行程引擎，其引擎不需要散熱裝置，更能有效減少?gòu)U氣的產(chǎn)生，以減少環(huán)境 污染。
為達(dá)以上目的，本實(shí)用新型提供一種引擎熱能回收裝置，其包含有一冷
凝器； 一排氣裝置，排氣裝置的一端承接引擎的排氣，而另一端連接至冷凝
器； 一水箱，其用以回收由冷凝器與排氣裝置中所凝結(jié)的水份以及提供注入
水； 一高壓水幫浦，其連接至水箱； 一注液管路，其一端連接至高壓水幫浦， 以利用高壓水幫浦將注液管路內(nèi)的水份加壓；以及一高壓水噴射器，其連接 至注液管路另一端，高壓水噴射器將水噴射至引擎的汽缸，以進(jìn)行水動(dòng)力行 程。
本實(shí)用新型還提供一種具有引擎熱能回收裝置的二行程引擎，其包含有 一二行程引擎，其包含有至少一汽缸，其具有至少一排氣口與至少一燃油噴 射器；以及一引擎熱能回收裝置，其包含有一冷凝器； 一排氣裝置，其一端 連接至排氣口，而另一端連接至冷凝器； 一水箱，其用以回收由冷凝器與排氣裝置中所凝結(jié)的水份以及供注入水分； 一高壓水幫浦，其連接至水箱；一 注液管路，其一端連接至高壓水幫浦，以利用高壓水幫浦將注液管路內(nèi)的水 份加壓；以及一高壓水噴射器，其位于汽缸內(nèi)，高壓水噴射器連接至注液管 路另一端，高壓水噴射器將水噴射至引擎的汽缸，以進(jìn)行水動(dòng)力行程。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)
本實(shí)用新型提供了 一種引擎的熱能回收裝置及其應(yīng)用的二行程引擎，其 優(yōu)點(diǎn)在于，本實(shí)用新型回收廢氣及散熱系統(tǒng)的熱能以產(chǎn)生動(dòng)力，并使二行程 引擎得以提高壓縮比，可減少油耗，提升內(nèi)燃機(jī)效率。


圖1為本實(shí)用新型的引擎熱能回收裝置的示意圖； 圖2為使用本實(shí)用新型的引擎熱能回收裝置的二行程引擎的示意圖； 圖3~圖4為使用本實(shí)用新型的引擎熱能回收裝置的二行程引擎進(jìn)行油動(dòng) 力行程的示意圖5~圖8為使用本實(shí)用新型的引擎熱能回收裝置的二行程引擎進(jìn)行水動(dòng) 力行程的示意圖。
主要元件符號(hào)說明如下
10引擎熱能回收裝置12冷凝器
14排氣裝置16引擎
17汽缸18排氣口
20水箱22高壓水幫浦
24注液管路26高壓水噴射器
28控制電腦30溫度偵測(cè)器
31燃油噴射器32活塞
34進(jìn)氣裝置36曲軸箱
38曲軸40活塞連桿
具體實(shí)施方式
首先，請(qǐng)一并參閱圖1與圖2，其為本實(shí)用新型的引擎熱能回收裝置的示 意圖。如圖所示，本實(shí)用新型的引擎熱能回收裝置10包含有一冷凝器12; — 具有熱交換器(圖中未示)的排氣裝置14，其一端用以連接至一引擎16的排 氣口 18，而另一端連接至冷凝器12; —水箱20,其用以回收由冷凝器12與 排氣裝置14中所凝結(jié)的水份與供補(bǔ)充注水； 一高壓水幫浦22; —注液管路 24; —位于引擎16的汽缸17內(nèi)的高壓水噴射器26，其與供液管路24相連接， 以接收經(jīng)高壓水幫補(bǔ)加壓至100Kg/cn^以上后的水噴射至引擎16的汽缸17; 以及一控制電腦28,其控制高壓水噴射器26噴射水的時(shí)間點(diǎn)與噴水量等等。
因?yàn)榕艢庋b置14與引擎16的排氣口 18連接處所吸收的廢氣高熱到達(dá) 500~800°C，因此可將注液管路24環(huán)設(shè)于排氣裝置14周緣或內(nèi)部，以將注 液管路24內(nèi)的水加熱至才聶氏450。C以上。
再者，本實(shí)用新型的引擎熱能回收裝置更包含有一用以偵測(cè)汽缸17溫度， 以供控制電腦28參考的溫度偵測(cè)器30。
冷凝器12的設(shè)置主要是因?yàn)槿加腿紵蟮膹U氣及水動(dòng)力行程后的排氣主 要成分為水和二氧化碳，利用水蒸氣在低于100。C以下便會(huì)凝結(jié)成液態(tài)特性， 來回收水供水動(dòng)力行程使用，以減少水箱內(nèi)所需填充入的水量或者減少補(bǔ)充 水的頻率。
在第2圖圖中所示的二行程引擎包含有一汽缸17，其內(nèi)設(shè)置有一燃油噴 射器31、 一活塞32、 一進(jìn)氣裝置34; —位于汽缸17下方且與汽缸17互相連 接并保持氣密的曲軸箱36,其內(nèi)設(shè)置有一曲軸38;其中活塞32是通過一活 塞連桿40與曲軸38連接。
接續(xù)，請(qǐng)一并參閱圖l-圖8，其是一二行程引擎利用本實(shí)用新型的引擎 熱能回收裝置，而產(chǎn)生油、水動(dòng)力行程運(yùn)作示意圖。首先請(qǐng)參閱圖3與圖4， 其為使用本實(shí)用新型的引擎熱能回收裝置的二行程引擎進(jìn)行油動(dòng)力行程的示 意圖。燃油噴射器31所噴出的油料與汽缸內(nèi)的氣體混合，形成含燃料氣體， 已壓縮的含燃料氣體在點(diǎn)火進(jìn)行爆炸的瞬間，活塞32受到壓力變化的影響向 下運(yùn)動(dòng)，并且連帶驅(qū)動(dòng)了活塞連桿40,以使曲軸38開始轉(zhuǎn)動(dòng)，而此時(shí)活塞 38接近在上死點(diǎn)，故此時(shí)汽缸、曲軸箱皆無氣體流入，而呈現(xiàn)出完全封閉的狀態(tài)；接續(xù)，因?yàn)槠?7中油料持續(xù)燃燒，因而在燃燒后產(chǎn)生的氣體系推擠 活塞32以使自上死點(diǎn)處持續(xù)向下往下死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并使的進(jìn)氣裝置34開始對(duì) 汽缸進(jìn)氣，此時(shí)，排氣口 18開啟，使經(jīng)高壓燃燒后的氣體，因壓力高于大氣 壓力開始經(jīng)由排氣口 18排出，而流入排氣裝置14。
接續(xù)，活塞由下死點(diǎn)持續(xù)往上死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)將由控制電腦28偵測(cè)是否 引擎16具有足夠的熱能執(zhí)行水動(dòng)力行程，若是引擎已經(jīng)有足夠的熱能，則如 圖~圖8所示開始進(jìn)行水動(dòng)力行程，其首先先停止二行程引擎正常噴油的步 驟，而改在爆炸行程開始前透過高壓水噴射器26將加壓后的水噴射至汽缸17 中，此一經(jīng)加壓后的水吸收了先前步驟中經(jīng)高壓燃燒后氣體的熱能而具有高 溫，此高溫高壓的水進(jìn)入汽缸17中因?yàn)閴毫Φ娘柡蜏囟鹊陀谒疁?，因而產(chǎn)生 瞬間氣化對(duì)活塞產(chǎn)生壓力，而推動(dòng)活塞32向下往下死點(diǎn)位置作動(dòng)，并開啟排 氣口18與進(jìn)氣裝置34,以將水蒸氣排出至排氣裝置14，以完成水動(dòng)力行程。 在高溫高壓的水氣化進(jìn)行動(dòng)力行程的同時(shí)，汽缸內(nèi)的氣體由于膨脹而產(chǎn)生降 溫，溫度會(huì)低于汽缸溫度，而與汽缸壁產(chǎn)生熱交換，而進(jìn)一步回收汽缸的熱 能，因此減少了裝置散熱系統(tǒng)的需求。
因本實(shí)用新型利用引擎熱能加熱由高壓水噴射器26所噴出的水，因此可 在引擎16外周緣可包覆一層隔熱材(圖中未示)，以減少熱量的散逸。
為驗(yàn)證本實(shí)用新型的引擎熱能回收裝置所能達(dá)到的實(shí)際功效，以具體實(shí) 施例進(jìn)行說明
首先假設(shè)大氣溫度為攝氏25度(98度絕對(duì)溫度)大氣壓力為1Bar、 1公 升空氣重量約為l公克。
空氣熱容<直(at capacity ratio ) r為1.4, 空氣t匕熱(pecific heat capacity) 0.241Cal/ (gxK。)，水蒸氣比熱約為0.49Cal/ (gxK。)、 1公升空氣為 0.0448mole、 1公克水為0.0555 mole。
依據(jù)理想氣體公式PV=nRT,其中P-壓力、V-容積、n-莫耳數(shù)、R—示 準(zhǔn)氣體常數(shù)、T-絕對(duì)溫度。
壓縮溫升公式Tc-TaxRc0^，其中Tc-壓縮后溫度、Ta-起始溫度、Rc= 壓縮比。
8壓縮壓力公式Pc=PaxRc 其中Pc-壓縮后壓力、Pa:起始?jí)毫Αc= 壓縮比。
設(shè)一壓縮比為IO的引擎，
當(dāng)容積由l公升，壓縮至0.1公升時(shí)，其變化為 壓縮后溫度Tc=( 273+25) x 10(""^748.54。 K( 475.54°C) Delta T= 475.54-25=450.54 壓縮后壓力Pc=l x 10 14=25.11 Bar。
壓縮后，瞬間注入0.9公克、748° K(475.54。C )的熱水，因水在25.11Bar 的飽和溫度遠(yuǎn)低于748°K，其吸收氣缸內(nèi)的高溫氣體熱能及本身的熱能而進(jìn)行 汽化。
水的汽化熱為539卡/克，水及空氣質(zhì)量約為1.9克，因而汽化后溫度 大約變?yōu)?br> (748 +748- ( 539 x 0.9 )) /1.9=532° K ( 259°C ) 由于水的力口入，熱容值(heat capacity ratio ) r約為1.35。 壓力因?yàn)橄喈?dāng)于在0.1公升內(nèi)加入0.9倍氣體，壓縮比為1.9。 Pc=25.11 x 1.9 135=60Bar 使壓力變成大約60bar。
此壓力為因?yàn)樗a(chǎn)生，而溫度則逐步下降，直到水的飽和溫度和 壓力平衡為止，60Bar時(shí)水的飽和溫度接近532°K,故大部份水將可汽化。
引擎作功為W=P x delta V，由0.1公升膨脹至1公升，其壓力變化結(jié)果， 作功總和如下
Pp-力p入熱源后壓力 Po二未加入熱源前壓力。 60Bar遠(yuǎn)大于原本壓縮空氣產(chǎn)生的25.11Bar。 其^L功總和約略計(jì)算，此一循環(huán)共產(chǎn)生860焦耳(joule)動(dòng)能。另外，此膨脹過程中，若不考慮汽缸溫度，水氣在活塞向下運(yùn)動(dòng)完成膨
脹后，溫度將降至約237° K (-36。C)。事實(shí)上，汽缸內(nèi)水氣在膨脹至0.2 公升時(shí)，溫度便會(huì)低于飽和溫度而開始凝結(jié)，并因而降低壓力，這對(duì)做功有 害。所幸汽缸本身在燃油行程中，由于約30%的熱能是由汽缸、活塞和高溫 氣體接觸的裝置所吸收，若完全不由散熱器散發(fā)熱，可在極短時(shí)間內(nèi)提高至 攝氏一千度以上，考慮引擎燃油的目的，必須控制其表面溫度在攝氏二百度 左右。 一般解決方法為在汽缸上增加水通道流動(dòng)，并由散熱器將此熱能散發(fā) 到大氣中，但這個(gè)方法并無法有效降低汽缸內(nèi)部溫度，這是因?yàn)槠變?nèi)部表 面的熱，必須經(jīng)由汽缸壁傳遞到水再帶到散熱器中，但是這樣的熱流(heat convection)并不均勻，也就是說，部4分區(qū)域存在溫度過高，而同時(shí)部4分區(qū)域 存在溫度過低的情況。而導(dǎo)致在壓縮過程中，部份油氣和高溫區(qū)域接觸而在 壓縮后自燃，和點(diǎn)火后的氣體撞擊產(chǎn)生震爆，因而阻止設(shè)計(jì)者提高壓縮比以 提升引擎效率，尤其是活塞因?yàn)殡y以散熱而產(chǎn)生高溫，更加大提高壓縮比的 難度。
本實(shí)用新型中不使用水通道及散熱器，而是利用膨脹過程中，氣體溫度 低于汽缸溫度，汽缸及活塞將因此開始傳遞熱能給氣體，并降低本身溫度。 因此本實(shí)用新型中膨脹時(shí)，氣體會(huì)吸收汽缸及活塞熱能，且保持氣體狀態(tài)。 氣體所吸收的熱能是直接來自于汽缸內(nèi)部高溫，因而確保汽缸內(nèi)部包括活塞 溫度的穩(wěn)定。因此，便可以提高二行程引擎的壓縮比，進(jìn)一步提升燃油效率。
再者，本實(shí)用新型由于可由電腦決定何時(shí)停止供油，改以水動(dòng)力行程取 代，具有高度的自由性。因此，不受限于機(jī)械結(jié)構(gòu)而固定其比例，而可視引 擎溫度、負(fù)荷、油門、轉(zhuǎn)速及大氣溫度等參數(shù)，來決定何時(shí)加入水動(dòng)力行程。
一般汽車在定速巡航或者市區(qū)暫停時(shí)等低負(fù)載時(shí)，需求動(dòng)力較低，此時(shí) 增加水動(dòng)力行程，可有效利用回收熱能，也能大幅度減少油耗。在低負(fù)載時(shí) 加入水動(dòng)力行程也有助于消除高壓縮比二行程引擎特有的低負(fù)載爆震。
此外，由于引擎內(nèi)部溫度，尤其是活塞的溫度得以大幅度降低，進(jìn)而減 少爆震的產(chǎn)生，得以實(shí)現(xiàn)高壓縮比的二行程引擎。
以上公開的僅為本實(shí)用新型的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是，本實(shí)用新型并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思的的變化都應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍。
權(quán)利要求1、 一種引擎熱能回收裝置，其特征在于，包含有 一冷凝器；一排氣裝置，其一端承接引擎的排氣，而另一端連接至該冷凝器； 一水箱，其用以回收由該冷凝器與該排氣裝置中所凝結(jié)的水份； 一高壓水幫浦，其連接至該水箱；一注液管路，其一端連接至該高壓水幫浦，以利用該高壓水幫浦將該注 液管路中的水份加壓；以及一高壓水噴射器，其連接至該注液管路另一端，該高壓水噴射器將水噴 射至引擎的汽缸，以進(jìn)行水動(dòng)力行程。
2、 如權(quán)利要求1所述引擎熱能回收裝置，其特征在于，該高壓水噴射器 的噴射時(shí)間點(diǎn)是由 一控制電腦所控制。
3、 如權(quán)利要求2所述引擎熱能回收裝置，其特征在于，更包含有一溫度 偵測(cè)器，以偵測(cè)引擎汽缸溫度供該控制電腦參考。
4、 如權(quán)利要求l所述引擎熱能回收裝置，其特征在于，該引擎為二行程 引擎。
5、 如權(quán)利要求1所述引擎熱能回收裝置，其特征在于，該水箱可供補(bǔ)充 注入水。
6、 如權(quán)利要求2所述引擎熱能回收裝置，其特征在于，該控制電腦依據(jù) 引擎溫度、負(fù)荷、油門、轉(zhuǎn)速及大氣溫度等^lt進(jìn)行水動(dòng)力行程控制。
7、 如權(quán)利要求1所述引擎熱能回收裝置，其特征在于，該排氣裝置上包 含有一熱交換器。
8、 如權(quán)利要求1所述引擎熱能回收裝置，其特征在于，該注液管路是環(huán) 設(shè)于該排氣裝置周緣或設(shè)置于該排氣裝置內(nèi)部，以利用該排氣裝置將該注液 管路內(nèi)的水加熱。
9、 一種具有引擎熱能回收裝置之二行程引擎，其特征在于，包含有 一二行程引擎，包含有至少一汽缸，其具有至少一排氣口、 一高壓水噴射器與至少一燃油噴射 器；以及一引擎熱能回收裝置，其包含有 一冷凝器；一排氣裝置，其一端連4妻至該排氣口，而另一端連接至該冷凝器； 一水箱，其用以回收由該冷凝器與該排氣裝置中所凝結(jié)的水份； 一高壓水幫浦，其連接至該水箱；一注液管路，其一端連接至該高壓水幫浦，以利用該高壓水幫浦將該注 液管路中的水份加壓；以及一高壓水噴射器，其位于該汽缸內(nèi)，該高壓水噴射器連接至該注液管路 另一端，該高壓水噴射器系將水噴射至該汽缸，以進(jìn)^f亍水動(dòng)力4亍程。
10、 如權(quán)利要求9所述具有引擎熱能回收裝置的二行程引擎，其特征在 于，該高壓水噴射器的噴射時(shí)間點(diǎn)是由一控制電腦所控制。
11、 如權(quán)利要求9所述具有引擎熱能回收裝置的二行程引擎，其特征在 于，該引擎的汽缸上更裝設(shè)有一溫度偵測(cè)器，其偵測(cè)引擎的汽缸溫度，以供 該控制電腦參考。
12、 如權(quán)利要求9所述具有引擎熱能回收裝置的二行程引擎，其特征在 于，該二行程引擎外周緣更包覆有一層隔熱材料。
13、 如權(quán)利要求9所述具有引擎熱能回收裝置的二行程引擎，其特征在 于，該水箱可供補(bǔ)充注入水。
14、 如權(quán)利要求ll所述具有引擎熱能回收裝置的二行程引擎，其特征在 于，該控制電腦是依據(jù)引擎溫度、負(fù)荷、油門、轉(zhuǎn)速及大氣溫度等參數(shù)進(jìn)行 水動(dòng)力行程控制。
15、 如權(quán)利要求9所述具有引擎熱能回收裝置的二行程引擎，其特征在 于，該排氣裝置上包含有一熱交換器。
16、 如權(quán)利要求9所述具有引擎熱能回收裝置的二行程引擎，其特征在 于，該注液管路環(huán)設(shè)于該排氣裝置周緣或設(shè)置于該排氣裝置內(nèi)部，以利用該 排氣裝置將該注液管路內(nèi)的水加熱。
專利摘要本實(shí)用新型揭露一種引擎熱能回收裝置及其應(yīng)用的二行程引擎，其利用回收二行程引擎的排氣熱能，再搭配上汽缸內(nèi)直接噴射高溫高壓熱水技術(shù)，在引擎燃油運(yùn)轉(zhuǎn)中適時(shí)停止正常供油，而改在爆炸行程開始或提前適時(shí)噴入高壓高溫的熱水，利用高壓高溫的水進(jìn)入汽缸中因壓力的飽和溫度遠(yuǎn)低于水的溫度產(chǎn)生瞬間汽化，而對(duì)活塞產(chǎn)生壓力，來進(jìn)行水動(dòng)力行程，并且動(dòng)力行程中汽缸內(nèi)氣體由于膨脹而降溫，溫度會(huì)低于汽缸溫度，經(jīng)由和汽缸壁熱交換，而進(jìn)一步回收汽缸的熱能，并因此而減少了裝置散熱系統(tǒng)的需求。本實(shí)用新型回收廢氣及散熱系統(tǒng)的熱能以產(chǎn)生動(dòng)力，并使二行程引擎得以提高壓縮比，可提升引擎燃油效率。
文檔編號(hào)F02M25/03GK201155385SQ200720309089
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2007年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月25日
發(fā)明者黃賴熙 申請(qǐng)人:黃賴熙