專利名稱：分離式高溫燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動力領(lǐng)域，特別是動力領(lǐng)域中發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)的燃燒室。
背景技術(shù)：
在發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)等動力領(lǐng)域的汽缸活塞式發(fā)動機(jī)，由于其材料在高溫下的工作性能差等原因， 一般需要有冷卻系統(tǒng)來保證其正常工作。
然而，在發(fā)動機(jī)工作時，冷卻系統(tǒng)帶走了大量的熱能，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的效率降低。如果冷卻系統(tǒng)不能滿足發(fā)動機(jī)的散熱要求，過冷的情況下，會導(dǎo)致燃料產(chǎn)生的熱量散發(fā)過快，熱效率降低；過熱的情況下，會導(dǎo)致汽缸和活塞變形過大，汽缸和活塞之間潤滑油膜被破壞，摩擦力變大，同樣會使其輸出功率降低，發(fā)動機(jī)本身也會受到嚴(yán)重的損害。
發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)本身也是一個有一定重量的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也會發(fā)生故障。在有的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中，冷卻系統(tǒng)的故障要占到20%左右。
在汽缸活塞式發(fā)動機(jī)中，燃燒室是由汽缸和活塞組成的封閉腔體構(gòu)成的。因此，汽缸既是燃燒室的腔體，又是活塞運(yùn)動的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得對發(fā)動機(jī)汽缸和活塞材料的要求變得很高，如耐磨性，耐高溫性等。在發(fā)動機(jī)大修時，維修費(fèi)用也比較高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到上述問題提出本發(fā)明，其目的是提供一種可以降低冷卻系統(tǒng)所帶走的熱量，提高熱效率的燃燒室。同時，降低大修成本，改善發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境，減小摩擦功率損耗。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供根據(jù)本發(fā)明的高溫燃燒室，該燃燒室包括燃燒腔體，封閉腔體，工質(zhì)交換裝置；其特征在于，燃燒腔體和封閉腔體相連接；封閉腔體是可變形的，封閉腔體的固定端固定在發(fā)動機(jī)的機(jī)架上，封閉腔體的活動端可沿著固定的幾何軌跡范圍進(jìn)行靠近或遠(yuǎn)離固定端的相對移動；當(dāng)活動端靠近固定端時，封閉腔體的內(nèi)部容積變??；當(dāng)活動端遠(yuǎn)離固定端時，封閉腔體的內(nèi)部容積變大；封閉腔體的活動端與發(fā)動機(jī)的傳動子系統(tǒng)相連接；封閉腔體的活動端在力的作用下進(jìn)行靠近或遠(yuǎn)離固定端的移動；與燃燒腔體和/或封閉腔體上的工質(zhì)交換裝置相連接的發(fā)動機(jī)助燃工質(zhì)供給子系統(tǒng)和燃料工質(zhì)供給子系統(tǒng)將助燃工質(zhì)和燃料工質(zhì)送入燃燒腔體；燃料工質(zhì)在燃燒腔體內(nèi)部進(jìn)行燃燒，燃燒腔體內(nèi)的工質(zhì)發(fā)生膨脹，膨脹后的工質(zhì)進(jìn)入與其相連接的封閉腔體，推動封閉腔體的活動端進(jìn)行遠(yuǎn)離固定端的移動來完成發(fā)動機(jī)的對外做功行程；燃燒產(chǎn)生的廢工質(zhì)通過燃燒腔體或/和封閉腔體上的工質(zhì)交換裝置和與其相連接的廢棄工質(zhì)排出子系統(tǒng)從燃燒腔體和封閉腔體中排出；通過發(fā)動機(jī)的傳動子系統(tǒng)對活動端的作用和發(fā)動機(jī)其它子系統(tǒng)的相應(yīng)配合動作來完成發(fā)動機(jī)的輔助行程，發(fā)動機(jī)進(jìn)入下一個工作循環(huán)。
在根據(jù)本發(fā)明的高溫燃燒室中，將汽缸活塞式發(fā)動機(jī)中汽缸的兩個功能(燃燒室功能和活塞的導(dǎo)向功能)分離開來，燃燒室只完成由燃料燃燒到推動燃燒室活動端作遠(yuǎn)離固定端移動以便向外做功的功能，燃燒室活動端的導(dǎo)向功能則用和活動端相連接的發(fā)動機(jī)的另外一個子系統(tǒng)來完成。同時將燃燒室分為燃燒區(qū)域和膨脹區(qū)域，工質(zhì)的燃燒在燃燒區(qū)域即燃燒腔體中完成，而工質(zhì)的膨脹則主要在膨脹區(qū)域即封閉腔體中進(jìn)行。由于活動端是燃燒室的一部分，因此，在不考慮與活動端相連接的另外的子系統(tǒng)時，燃燒室對外做功時是無摩擦的。由于封閉腔體的活動端和另外的子系統(tǒng)之間的機(jī)械連接可以使用一個絕熱材料的裝置進(jìn)行熱傳導(dǎo)的隔離，因此可近似認(rèn)為將它們不存在熱的傳導(dǎo)。所以，本發(fā)明提供的高溫燃燒室在工作中不存在高溫區(qū)域的摩擦現(xiàn)象。因此，本發(fā)明提供的燃燒室在高溫的情況下也可以正常工作，從而提高友動機(jī)的熱效率。
將本發(fā)明的高溫燃燒室的活動端，曲柄及所需的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組合在一起即可實(shí)現(xiàn)和汽缸活塞式發(fā)動機(jī)同樣的對外輸出動力的功能。
」本發(fā)明的高溫燃燒室的燃燒腔體沒有移動部件，對其材料的主要要求是可抵抗燃燒時的燃
氣咼溫。
本發(fā)明的高溫燃燒室的封閉腔體中，由于沒有象汽缸活塞之間的配合精度要求，因此，本發(fā)明的高溫燃燒室的封閉腔體只要滿足下面三項(xiàng)要求即可
1. 對氣體的密封性
2. 可抵抗工質(zhì)膨脹時的高溫；
3. 在氣體膨脹時封閉腔體能不受到破壞的強(qiáng)度；
而對本發(fā)明的燃燒室的這三種要求，可以在封閉腔體的制造過程中同時使用不同的材料來分別加以實(shí)現(xiàn)，也可以使用一種材料來滿足這三種要求。因此其加工精度要求不高，加工成本低。
在本發(fā)明的高溫燃燒室的封閉腔體中，其固定端和活動端之間的相對運(yùn)動軌跡是被限制在一個固定的范圍內(nèi)，這個范圍大于活塞在汽缸中的運(yùn)動軌跡范圍，因此，本發(fā)明的燃燒室的安裝精度要求低，容易進(jìn)行更換維修。
在本發(fā)明的高溫燃燒室中，其固定端和活動端之間的相對運(yùn)動軌跡可以是直線，也可以是圓弧或其它曲線。
本發(fā)明的高溫燃燒室的特征還在于所述封閉腔體，在該封閉腔體殼體的內(nèi)表面或外表面上任意畫一條不與封閉腔體上的工質(zhì)交換裝置相交的曲線；如果該曲線在燃燒室的一個工作狀態(tài)下是連續(xù)的，則該曲線在燃燒室工作時的任何狀態(tài)下都是連續(xù)的。
這里所述的封閉腔體殼體是一個幾何意義上的曲面，即只有形狀的概念，而沒有厚度的概念。對于彈性材料，這里所使用的連續(xù)概念是指如果彈性材料的殼體曲面上的一條曲線在彈性變形前是連續(xù)的，則在其進(jìn)行了彈性變形以后也認(rèn)為該條曲線是連續(xù)的。也就是說，本發(fā)明的燃燒室是一個一體化的結(jié)構(gòu)，而不是象汽缸活塞式發(fā)動機(jī)的燃燒室那樣是由汽缸和活塞兩個中間有間隙的主體部件組成的。這樣就避免的高溫工作區(qū)域的摩擦運(yùn)動。


圖1是燃燒室和滑桿曲軸機(jī)構(gòu)結(jié)合的發(fā)動機(jī)；圖2是多層材料的封閉腔體結(jié)構(gòu)；
圖3是封閉腔體的活動端靠近固定端時的狀態(tài)示意圖；圖4是封閉腔體的活動端遠(yuǎn)離固定端時的狀態(tài)示意圖；圖5是封閉腔體材料結(jié)構(gòu)的另外實(shí)例示意圖；圖6是燃燒室和滑塊曲軸機(jī)構(gòu)結(jié)合的發(fā)動機(jī)。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖更具體地描述本發(fā)明的實(shí)施方式。然而，應(yīng)理解下列實(shí)施方式中所述的構(gòu)成部件的個數(shù)，尺寸，材料，結(jié)構(gòu)，相對布置等不得看作以任何方式限制本發(fā)明的范圍，除非特別指定的。
實(shí)施例1
在圖1中闡明了使用本發(fā)明的高溫燃燒室一個實(shí)施例的發(fā)動機(jī)的示意性結(jié)構(gòu)。發(fā)動機(jī)1
4是這樣一柙友動機(jī)，其中封閉腔體2的活動端4和滑桿3相連接，滑桿3的運(yùn)動受到導(dǎo)向孔7的約束。在滑桿3沿著導(dǎo)向孔7進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動時，和滑桿3相連接的連桿5會帶動曲軸6進(jìn)行轉(zhuǎn)動。燃燒腔體9的燃料燃燒后，膨脹的工質(zhì)進(jìn)入封閉腔體2推動封閉腔體活動端4運(yùn)動，從而帶動滑桿3，連桿5和曲軸6運(yùn)動。圖1中闡明的是一個燃燒室的運(yùn)動示意圖，其工作原理等同于汽缸活塞發(fā)動機(jī)的一個汽缸。為了使本發(fā)明的高溫燃燒室達(dá)到最佳狀態(tài)，和汽缸活塞發(fā)動機(jī)一樣，通過曲軸6將復(fù)數(shù)個同樣結(jié)構(gòu)的燃燒室2，滑桿3，連桿5，導(dǎo)向孔7等結(jié)合在一起，從而完成所需的燃燒，排氣，進(jìn)氣，壓縮等發(fā)動機(jī)的行程。燃料可以采用點(diǎn)燃和壓燃等方法。具體的實(shí)現(xiàn)方法可參見多缸結(jié)構(gòu)的汽缸活塞發(fā)動機(jī)。
圖2給出了本發(fā)明中的高溫燃燒室的封閉腔體的一個實(shí)施例。燃燒室的封閉腔體使用了三種材料最里層的耐火纖維材料1可以用來抵御燃?xì)飧邷?；中間層的密封材料2用來防止氣體的外泄；最外層的金屬套3用來保證封閉腔體的強(qiáng)度。選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的耐火纖維材料1 (如含鋯的陶瓷纖維氈)可以降低對密封材料2和金屬套3的耐高溫要求。這三種材料都是可柔性變形的(例如陶瓷纖維氈，耐火纖維紙，彈性金屬材料)，因此，燃燒室的活動端可以做相對于固定端的運(yùn)動。為了更好的適用這種運(yùn)動，封閉腔體可以做成圖2所示的波浪外形，使其有一個良好的受力狀態(tài)。
圖3和圖4給出了本發(fā)明中的燃燒室的封閉腔體的兩個運(yùn)動狀態(tài)，說明活動端的運(yùn)動可以是直線往復(fù)運(yùn)動。
圖5給出了本發(fā)明中的封閉腔體的另外兩種實(shí)施方法，根據(jù)材料性質(zhì)的不同，封閉腔體也可以使用一種材料制成。
由于本發(fā)明中的燃燒腔體中沒有類似汽缸活塞之間的精度配合要求，故可采用耐高溫的陶瓷材料制成。
實(shí)施例2
在圖6中闡明了本發(fā)明另外一個實(shí)施例的發(fā)動機(jī)的示意性結(jié)構(gòu)。其導(dǎo)向滑槽6在約束了滑塊2的運(yùn)動軌跡的同時，也對燃燒室的封閉腔體的運(yùn)動軌跡也進(jìn)行了約束。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機(jī)的燃燒室，包括燃燒腔體，封閉腔體，工質(zhì)交換裝置；其特征在于，燃燒腔體和封閉腔體相連接；封閉腔體是可變形的，封閉腔體的固定端固定在發(fā)動機(jī)的機(jī)架上，封閉腔體的活動端可沿著固定的幾何軌跡范圍進(jìn)行靠近或遠(yuǎn)離固定端的相對移動；當(dāng)活動端靠近固定端時，封閉腔體的內(nèi)部容積變??；當(dāng)活動端遠(yuǎn)離固定端時，封閉腔體的內(nèi)部容積變大；封閉腔體的活動端與發(fā)動機(jī)的傳動子系統(tǒng)相連接；封閉腔體的活動端在力的作用下進(jìn)行靠近或遠(yuǎn)離固定端的移動；與燃燒腔體和/或封閉腔體上的工質(zhì)交換裝置相連接的發(fā)動機(jī)助燃工質(zhì)供給子系統(tǒng)和燃料工質(zhì)供給子系統(tǒng)將助燃工質(zhì)和燃料工質(zhì)送入燃燒腔體；燃料工質(zhì)在燃燒腔體內(nèi)部進(jìn)行燃燒，燃燒腔體內(nèi)的工質(zhì)發(fā)生膨脹，膨脹后的工質(zhì)進(jìn)入與其相連接的封閉腔體，推動封閉腔體的活動端進(jìn)行遠(yuǎn)離固定端的移動來完成發(fā)動機(jī)的對外做功行程；燃燒產(chǎn)生的廢工質(zhì)通過燃燒腔體或/和封閉腔體上的工質(zhì)交換裝置和與其相連接的廢棄工質(zhì)排出子系統(tǒng)從燃燒腔體和封閉腔體中排出；通過發(fā)動機(jī)的傳動子系統(tǒng)對活動端的作用和發(fā)動機(jī)其它子系統(tǒng)的相應(yīng)配合動作來完成發(fā)動機(jī)的輔助行程，發(fā)動機(jī)進(jìn)入下一個工作循環(huán)。
2. —種根據(jù)權(quán)利要求l所述發(fā)動機(jī)的燃燒室，其特征在于權(quán)利要求1中所述封閉腔體，在該封閉腔體殼體的內(nèi)表面或外表面上任意畫一條不與封 閉腔體上的工質(zhì)交換裝置相交的曲線；如果該曲線在燃燒室的一個工作狀態(tài)下是連續(xù)的，則 該曲線在燃燒室工作時的任何狀態(tài)下都是連續(xù)的。
全文摘要
分離式高溫燃燒室，屬于動力領(lǐng)域，特別是動力領(lǐng)域中發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)的燃燒室。其特征在于，燃燒腔體和封閉腔體相連接；封閉腔體是可變形的，封閉腔體的固定端固定在發(fā)動機(jī)的機(jī)架上，封閉腔體的活動端可沿著固定的幾何軌跡范圍進(jìn)行靠近或遠(yuǎn)離固定端的相對移動；當(dāng)活動端靠近固定端時，封閉腔體的內(nèi)部容積變??；當(dāng)活動端遠(yuǎn)離固定端時，封閉腔體的內(nèi)部容積變大；封閉腔體的活動端與發(fā)動機(jī)的傳動子系統(tǒng)相連接；封閉腔體的活動端在力的作用下進(jìn)行靠近或遠(yuǎn)離固定端的移動；與燃燒腔體和/或封閉腔體上的工質(zhì)交換裝置相連接的發(fā)動機(jī)助燃工質(zhì)供給子系統(tǒng)和燃料工質(zhì)供給子系統(tǒng)將助燃工質(zhì)和燃料工質(zhì)送入燃燒腔體；燃料工質(zhì)在燃燒腔體內(nèi)部進(jìn)行燃燒，燃燒腔體內(nèi)的工質(zhì)發(fā)生膨脹，膨脹后的工質(zhì)進(jìn)入與其相連接的封閉腔體，推動封閉腔體的活動端進(jìn)行遠(yuǎn)離固定端的移動來完成發(fā)動機(jī)的對外做功行程；燃燒產(chǎn)生的廢工質(zhì)通過燃燒腔體或/和封閉腔體上的工質(zhì)交換裝置和與其相連接的廢棄工質(zhì)排出子系統(tǒng)從燃燒腔體和封閉腔體中排出；通過發(fā)動機(jī)的傳動子系統(tǒng)對活動端的作用和發(fā)動機(jī)其它子系統(tǒng)的相應(yīng)配合動作來完成發(fā)動機(jī)的輔助行程，發(fā)動機(jī)進(jìn)入下一個工作循環(huán)。
文檔編號F02B23/00GK101592068SQ20081011072
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者季若辰, 珩 王, 王堅(jiān)革, 王炬光 申請人:王 珩;季若辰