余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了若干種余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，它包括內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)和/空氣壓縮機(jī)，壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)利用內(nèi)燃機(jī)的余熱和/空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣，高溫的壓縮空氣在壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中膨脹做功，產(chǎn)生動(dòng)力并附加在曲軸上，使曲軸的動(dòng)力輸出增加；而高溫壓縮空氣在氣缸中膨脹做功產(chǎn)生的動(dòng)力大于空氣壓縮機(jī)消耗的動(dòng)力。在同等輸出功率的情況下，本發(fā)明所用的內(nèi)燃?xì)飧讛?shù)量比常規(guī)內(nèi)燃機(jī)少，因此污染物及噪音相應(yīng)減少。內(nèi)燃機(jī)總效率可達(dá)40～60%，油耗節(jié)省30～50%左右，廢氣污染物排放相應(yīng)減少。適合于常規(guī)內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用范圍，如汽車(chē)、輪船、發(fā)電等領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是內(nèi)燃機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前已公知的內(nèi)燃機(jī)主要由氣缸體氣缸套、活塞、活塞環(huán)、連桿、曲軸、進(jìn)排氣配氣機(jī)構(gòu)等部件組成。其中，活塞與曲軸之間由連桿連接；活塞與缸套之間的縫隙靠活塞環(huán)密封，活塞環(huán)與缸套之間有潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。內(nèi)燃機(jī)的冷卻主要分為風(fēng)冷和水冷，氣缸體的外側(cè)周?chē)鸀樗鋼Q熱通道或風(fēng)冷散熱翅片。內(nèi)燃機(jī)的余熱主要包括從廢氣排出的余熱、氣缸壁和氣缸蓋通過(guò)風(fēng)冷或水冷帶走的余熱。冷卻水帶走的余熱由風(fēng)扇冷卻。還有少量的潤(rùn)滑油冷卻器帶走的熱量。經(jīng)相關(guān)研究結(jié)果表明，內(nèi)燃機(jī)用于作功的熱效率一般僅為20?40%，其中汽油機(jī)一般為20?30%，柴油機(jī)一般為30?40%。廢氣排氣熱損失約占總熱量的30?40%、氣缸壁和氣缸蓋的散熱損失約占總熱量的20%。因此余熱占總熱量的50?60%。廢氣排氣溫度一般達(dá)到500?1000°C。目前內(nèi)燃機(jī)余熱僅用于取暖等輔助系統(tǒng)，還未能有效利用內(nèi)燃機(jī)的余熱用于提高內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力。
[0003]現(xiàn)有另一種發(fā)動(dòng)機(jī)是熱氣機(jī)，屬于一種外燃機(jī)，如斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，它是一種由外部供熱使氣體在不同溫度下作周期性壓縮和膨脹的閉式循環(huán)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0004]目前還有一種發(fā)動(dòng)機(jī)是壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī),是利用壓縮空氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。該氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)主要包括壓縮空氣貯存罐及氣動(dòng)馬達(dá)組成,氣動(dòng)馬達(dá)主要有往復(fù)活塞式氣動(dòng)馬達(dá)和葉片式氣動(dòng)馬達(dá)。
[0005]充分利用余熱來(lái)提升內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力和熱效率、減少燃料消耗、廢氣排放物和噪音是發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能充分利用內(nèi)燃機(jī)余熱提升動(dòng)力和節(jié)能降耗、減少污染的余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。
[0007]為達(dá)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，它包括含氣缸、活塞、連桿和曲軸的內(nèi)燃機(jī)及壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:
還包括
含空氣壓縮氣缸、空氣壓縮氣缸活塞、空氣壓縮連桿和空氣壓縮曲軸的空氣壓縮機(jī)；串接在空氣壓縮機(jī)氣缸進(jìn)氣口與壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸出氣口之間的回?zé)釗Q熱器和冷卻器；
通過(guò)廢氣凈化器和管道與內(nèi)燃?xì)飧着艢饪谶B接的廢氣氣氣換熱器；
通過(guò)管道一端與廢氣氣氣換熱器，另一端與空氣壓縮機(jī)排氣口連接的壓縮空氣貯存
te ；
所述內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)及空氣壓縮機(jī)的連桿均與同一曲軸連接，傳輸動(dòng)力。[0008]一種余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，它包括含氣缸、活塞、連桿和曲軸的內(nèi)燃機(jī)及壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:
還包括
含空氣壓縮氣缸、空氣壓縮氣缸活塞、空氣壓縮連桿和空氣壓縮曲軸的空氣壓縮機(jī)；串接在空氣壓縮機(jī)氣缸進(jìn)氣口與壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸出氣口之間的回?zé)釗Q熱器和冷卻器；
通過(guò)管道一端與廢氣氣氣換熱器連接，另一端與回?zé)釗Q熱器連接的氣冷夾套；
所述內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)及空氣壓縮機(jī)的連桿均與同一曲軸連接，傳輸動(dòng)力；所述的內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)的氣缸和活塞，比常規(guī)或現(xiàn)有技術(shù)的長(zhǎng)度增加，且增加的長(zhǎng)度等于或大于活塞的常規(guī)行程。
[0009]一種余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，它包括含氣缸、活塞、連桿和曲軸的內(nèi)燃機(jī)及壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:
在壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸上，還設(shè)有空氣壓縮氣缸進(jìn)氣管和空氣壓縮氣缸出氣管； 所述內(nèi)燃機(jī)和壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿均與同一曲軸連接，傳輸動(dòng)力；
還包括
串接在空氣壓縮氣缸進(jìn)氣管和空氣壓縮氣缸出氣管之間的回?zé)釗Q熱器和冷卻器；
通過(guò)廢氣凈化器和管道與內(nèi)燃?xì)飧着艢饪谶B接的廢氣氣氣換熱器；
通過(guò)管道一端與廢氣氣氣換熱器，另一端與空氣壓縮機(jī)排氣口連接的壓縮空氣貯存罐。
[0010]一種余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，它包括含氣缸、活塞、連桿和曲軸的內(nèi)燃機(jī)及壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:
還包括
含空氣壓縮氣缸、空氣壓縮氣缸活塞、空氣壓縮連桿和空氣壓縮曲軸的空氣壓縮機(jī)；串接在空氣壓縮機(jī)氣缸進(jìn)氣口與壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸出氣口之間的回?zé)釗Q熱器和冷卻器；
所述內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)及空氣壓縮機(jī)的連桿均與同一曲軸連接，傳輸動(dòng)力；所述的內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)的氣缸和活塞，比常規(guī)或現(xiàn)有技術(shù)的長(zhǎng)度增加，且增加的長(zhǎng)度等于或大于活塞的常規(guī)行程；
內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞加長(zhǎng)段和氣缸內(nèi)的缸套材料采用耐高溫材料的耐熱合金鋼、陶瓷制造。
[0011]一種余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，它包括含氣缸、活塞、連桿和曲軸的內(nèi)燃機(jī)及壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:
還包括
含空氣壓縮氣缸、空氣壓縮氣缸活塞、空氣壓縮連桿和空氣壓縮曲軸的空氣壓縮機(jī)； 通過(guò)管道一端與廢氣氣氣換熱器連接，另一端與氣冷夾套出口管連接；
所述內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)及空氣壓縮機(jī)的連桿均與同一曲軸連接，傳輸動(dòng)力；所述的內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)的氣缸和活塞，比常規(guī)或現(xiàn)有技術(shù)的長(zhǎng)度增加，且增加的長(zhǎng)度等于或大于活塞的常規(guī)行程。
[0012]廢氣氣氣換熱器還通過(guò)管道和壓縮空氣電磁控制閥Vl與空氣壓縮機(jī)排氣口連接；通過(guò)回?zé)釗Q熱器冷卻空氣出氣管和與回?zé)釗Q熱器連接。
[0013]在空氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣口上設(shè)有空氣電磁控制閥V2。
[0014]本發(fā)明是內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)和/空氣壓縮機(jī)組合的混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)利用內(nèi)燃機(jī)的余熱和/空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣，高溫的壓縮空氣在壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中膨脹做功,產(chǎn)生動(dòng)力并附加在曲軸上,使曲軸的動(dòng)力輸出增加。而高溫壓縮空氣在氣缸中膨脹做功產(chǎn)生的動(dòng)力大于空氣壓縮機(jī)消耗的動(dòng)力。實(shí)現(xiàn)利用內(nèi)燃機(jī)的余熱提聞動(dòng)力，達(dá)到節(jié)能降耗、減少污染的目的。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:
1、本發(fā)明利用內(nèi)燃機(jī)的排放余熱有效轉(zhuǎn)化成動(dòng)力，與常規(guī)內(nèi)燃機(jī)相比，在動(dòng)力不變情況下，外形尺寸相差不大，熱機(jī)總效率提高10?15%，油耗節(jié)省30?50%左右，廢氣污染物排放相應(yīng)減少；
2、在同等輸出功率的情況下，本發(fā)明所用的內(nèi)燃?xì)飧讛?shù)量比常規(guī)內(nèi)燃機(jī)少，因此污染物及噪音相應(yīng)減少；
3、本發(fā)明設(shè)置有壓縮空氣貯存罐，具有貯能功能。用于車(chē)輛時(shí)能回收剎車(chē)能量及進(jìn)行內(nèi)燃?xì)飧讱鈩?dòng)起動(dòng)。內(nèi)燃?xì)飧卓梢圆恍璧∷龠\(yùn)轉(zhuǎn)，減少內(nèi)燃?xì)飧椎托蔬\(yùn)轉(zhuǎn)的能耗。因此綜合油耗低；
4、本發(fā)明實(shí)用性強(qiáng)，通過(guò)更換活塞、氣缸蓋等方法，易于對(duì)現(xiàn)存的各種內(nèi)燃機(jī)改造成本發(fā)明余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)；
5、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形與常規(guī)內(nèi)燃機(jī)相似，因此適合于常規(guī)內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用范圍，如汽車(chē)、輪船、發(fā)電等領(lǐng)域。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明之一的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明之二的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明之三的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明之四的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明之五的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明中氣缸體與活塞體比常規(guī)氣缸長(zhǎng)度增加的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是圖6中I的放大結(jié)構(gòu)示意圖；
在圖中，曲軸1、內(nèi)燃?xì)飧?、氣缸水冷夾套3、內(nèi)燃?xì)飧谆钊?、內(nèi)燃?xì)飧走M(jìn)氣管5、內(nèi)燃?xì)飧着艢夤?、廢氣凈化器7、壓縮空氣加力氣缸進(jìn)氣管8、廢氣氣氣換熱器9、壓縮空氣貯存罐10、回?zé)釗Q熱器冷卻空氣出氣管11、廢氣排氣管消音器12、回?zé)釗Q熱器13、廢氣排出管
14、空氣壓縮氣缸出氣管15、壓縮空氣加力氣缸排氣管16、冷卻器17、回?zé)釗Q熱器冷卻空氣進(jìn)氣管18、壓縮空氣加力氣缸19、空氣壓縮氣缸進(jìn)氣管20、空氣壓縮氣缸21、飛輪22、空氣壓縮氣缸活塞23、壓縮空氣加力氣缸活塞24、氣冷夾套25、內(nèi)燃機(jī)氣缸活塞加長(zhǎng)段26、氣冷夾套出氣管27、壓縮空氣加力氣缸活塞加長(zhǎng)段28、空氣壓縮氣缸活塞加長(zhǎng)段29、活塞環(huán)30、壓縮空氣電磁控制閥V1、空氣電磁控制閥V2。
【具體實(shí)施方式】[0017]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]發(fā)明原理:
根據(jù)理想氣態(tài)方程式:PV=MRT, P為壓力、V為體積、M為質(zhì)量、R為系數(shù)、T為溫度。由此公式可知，氣體在壓力不變的情況下，經(jīng)過(guò)加熱后，溫度升高，體積發(fā)生膨脹?；驓怏w在體積不變的情況下，氣體經(jīng)過(guò)加熱后，溫度升高，壓力升高。大約溫度每升高273°C，壓力或體積增加約I倍。又根據(jù)熱機(jī)效率Fl- (TQ/Tb)可知,其中TO為排氣溫度、Tb氣體初始溫度。熱機(jī)排氣溫度越低、初始溫度越高，熱效率越高。本發(fā)明的原理是內(nèi)燃?xì)飧谆钊?jīng)過(guò)一次常規(guī)做功后，利用其廢氣和/或氣缸壁、和/或氣缸蓋傳導(dǎo)散發(fā)的余熱加熱壓縮空氣，在壓縮空氣加力氣缸膨脹做功，出力大于壓縮空氣加力氣缸、和/或空氣壓縮氣缸消耗的動(dòng)力。相當(dāng)于一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)與利用其余熱加力的壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)組成混合動(dòng)力裝置，其總功率大于單一的內(nèi)燃機(jī)。
[0019]空氣壓縮氣缸出來(lái)的壓縮空氣一部分進(jìn)入氣氣換熱器與內(nèi)燃機(jī)排出來(lái)的廢氣進(jìn)行換熱，另一部分壓縮空氣進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)氣缸、壓縮空氣加力氣缸風(fēng)冷夾套與缸壁換熱。換熱后的壓縮空氣被加熱，溫度升高，成為350?800°C的高溫壓縮空氣，然后進(jìn)入壓縮空氣加力氣缸膨脹做功。完成做功后，從壓縮空氣加力氣缸排出的溫度約為200?300°C的中溫空氣，再用空氣壓縮氣缸來(lái)的約100°C低溫壓縮空氣進(jìn)行換熱，回收熱量。中溫空氣被冷卻至150°C左右，再經(jīng)冷卻器進(jìn)一步冷卻至100°C以下，然后回到空氣壓縮氣缸進(jìn)氣口，進(jìn)行下一個(gè)做功循環(huán)。
[0020]根據(jù)上述原理，本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】如下:
圖1所示，是本發(fā)明之一的結(jié)構(gòu)示意圖，即單純廢氣余熱利用的技術(shù)方案。在圖1中，內(nèi)燃?xì)飧?、壓縮空氣加力氣缸19和空氣壓縮氣缸21的活塞4、24和23都通過(guò)連桿與曲軸I同軸聯(lián)動(dòng)并傳輸動(dòng)力。與常規(guī)內(nèi)燃機(jī)采用水冷氣缸套結(jié)構(gòu)相同，內(nèi)燃?xì)飧?和壓縮空氣加力氣缸19由外側(cè)的氣缸水冷夾套3冷卻。各氣缸水冷夾套3通過(guò)管道相通，在圖中為簡(jiǎn)潔沒(méi)畫(huà)出相通的管道，氣缸水冷夾套3對(duì)相對(duì)應(yīng)內(nèi)側(cè)的缸壁進(jìn)行冷卻。包括曲軸1、內(nèi)燃?xì)飧?、內(nèi)燃?xì)飧谆钊?和內(nèi)燃?xì)飧走M(jìn)氣管5的內(nèi)燃機(jī)工作與現(xiàn)有技術(shù)的相同。內(nèi)燃?xì)飧?在工作過(guò)程中從內(nèi)燃?xì)飧着艢夤?排出的高溫廢氣，一般經(jīng)過(guò)廢氣凈化器7進(jìn)行凈化處理，然后進(jìn)入廢氣氣氣換熱器9，與空氣壓縮氣缸21排出的低溫壓縮空氣進(jìn)行逆流或其它流動(dòng)方式的熱交換。飛輪22固定在曲軸I的一端，有慣性助力的作用。
[0021]包括壓縮空氣加力氣缸19、壓縮空氣加力氣缸活塞24和曲軸I的壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)與包括空氣壓縮氣缸21、空氣壓縮氣缸活塞23和曲軸I的空氣壓縮機(jī)的工作過(guò)程為:曲軸I在內(nèi)燃機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也帶動(dòng)壓縮空氣加力氣缸活塞24和空氣壓縮氣缸活塞23運(yùn)動(dòng)，使空氣壓縮氣缸活塞23對(duì)進(jìn)入空氣壓縮氣缸21中的空氣進(jìn)行壓縮?？諝鈮嚎s機(jī)通過(guò)空氣電磁控制閥V2進(jìn)氣，并對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行壓縮，空氣壓縮氣缸21及其活塞23在工作中排出的低溫壓縮空氣，經(jīng)回?zé)釗Q熱器冷卻空氣進(jìn)氣管18和回?zé)釗Q熱器13升溫后，由回?zé)釗Q熱器冷卻空氣出氣管11進(jìn)入廢氣氣氣換熱器9的。在廢氣氣氣換熱器9中，低溫壓縮空氣變?yōu)楦邷貕嚎s空氣，高溫廢氣被冷卻至150°C以下，被冷卻的廢氣經(jīng)廢氣排氣管消音器12消音后從廢氣排出管14排出；而高溫壓縮空氣則從壓縮空氣加力氣缸進(jìn)氣管8和壓縮空氣電磁控制閥Vl進(jìn)入壓縮空氣加力氣缸19，以熱力驅(qū)動(dòng)壓縮空氣加力氣缸活塞24和曲軸I做功，在內(nèi)燃?xì)飧谆钊?對(duì)曲軸I做功的基礎(chǔ)上，又添加了壓縮空氣加力氣缸活塞24對(duì)曲軸I做功，增加了動(dòng)力。壓縮空氣加力氣缸19排出的氣體通過(guò)壓縮空氣加力氣缸排氣管16進(jìn)入回?zé)釗Q熱器13，并被空氣壓縮氣缸21來(lái)的部分低溫壓縮空氣冷卻，再經(jīng)冷卻器17進(jìn)一步冷卻后，通過(guò)空氣壓縮氣缸進(jìn)氣管20回到空氣壓縮氣缸21，完成一個(gè)工作循環(huán)，再進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。
[0022]在空氣壓縮氣缸出氣管15的一端上設(shè)置有低溫壓縮空氣貯存罐10，低溫壓縮空氣忙存罐10的另一端通過(guò)管道、廢氣氣氣換熱器9和壓縮空氣電磁控制閥Vl和壓縮空氣加力氣缸19進(jìn)氣口連通，通過(guò)對(duì)壓縮空氣電磁控制閥V1、空氣電磁控制閥V2的控制，增加本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的操控性和開(kāi)停機(jī)、負(fù)荷變化時(shí)能量貯存、回收。例如，需要回收能量時(shí)，如汽車(chē)需要制動(dòng)或減速時(shí)，關(guān)閉壓縮空氣電磁控制閥VI，打開(kāi)空氣電磁控制閥V2，使壓縮空氣加力氣缸19停止做功，將汽車(chē)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣勢(shì)能，貯存于壓縮空氣貯存罐10。又如，汽車(chē)起動(dòng)時(shí)，不需電起動(dòng)。利用壓縮空氣貯存罐10的壓縮空氣動(dòng)力起步，然后啟動(dòng)內(nèi)燃?xì)飧?實(shí)現(xiàn)汽車(chē)起步和啟動(dòng)。由于汽車(chē)可以利用壓縮空氣起步及啟動(dòng)內(nèi)燃?xì)飧?，因此汽車(chē)可以不需怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，減少內(nèi)燃?xì)飧椎托蔬\(yùn)轉(zhuǎn)的能耗。因此綜合油耗低。
[0023]本方案是在常規(guī)水冷內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上，僅利用了廢氣余熱提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，內(nèi)燃?xì)飧妆诘纳l(fā)的余熱未能利用，因此發(fā)動(dòng)機(jī)效率提升受到限制。
[0024]圖2所示，是本發(fā)明之二的結(jié)構(gòu)示意圖，即廢氣、氣缸風(fēng)冷余熱同時(shí)利用的技術(shù)方案。從圖中可知，它在圖1的結(jié)構(gòu)和原理的基礎(chǔ)上，使壓縮空氣加力氣缸19、空氣壓縮氣缸21和內(nèi)燃?xì)飧?及其活塞24、23和4比常規(guī)或現(xiàn)有技術(shù)的長(zhǎng)度有所增加，且增加的長(zhǎng)度等于或大于活塞的常規(guī)行程。即在空氣壓縮氣缸活塞23、壓縮空氣加力氣缸活塞24和內(nèi)燃?xì)飧谆钊?的上端分別相應(yīng)增加活塞加長(zhǎng)段28、29和26。空氣壓縮氣缸活塞23、壓縮空氣加力氣缸活塞24、內(nèi)燃?xì)飧谆钊?分別與其活塞加長(zhǎng)段28、29、26同為一體結(jié)構(gòu)或分段連接結(jié)構(gòu)。各活塞環(huán)30的結(jié)構(gòu)基本相同，分別設(shè)置在各活塞4、23和24上，參見(jiàn)圖6和圖
7。三個(gè)活塞的加長(zhǎng)段28、29、26與對(duì)應(yīng)配套的缸套之間的縫隙盡量小，在活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中以不接觸缸套，避免產(chǎn)生摩擦損失為宜。其作用是把油潤(rùn)滑密封的活塞環(huán)行程區(qū)段與高溫氣體直接接觸的缸壁段隔開(kāi)。處在活塞加長(zhǎng)段29和26的壓縮空氣加力氣缸19和內(nèi)燃?xì)飧?外側(cè)分別設(shè)有氣冷夾套25，各氣冷夾套25通過(guò)管道相通，在圖中為簡(jiǎn)潔沒(méi)畫(huà)出相通的管道，氣冷夾套25對(duì)相對(duì)應(yīng)的內(nèi)側(cè)缸壁進(jìn)行冷卻。在空氣壓縮氣缸21中產(chǎn)生的低溫壓縮空氣從空氣壓縮氣缸出氣管15出來(lái)后，一部分通過(guò)壓縮空氣貯存罐10進(jìn)入廢氣氣氣換熱器9，被高溫廢氣加熱成為高溫壓縮空氣；另一部分由回?zé)釗Q熱器冷卻空氣進(jìn)氣管18經(jīng)回?zé)釗Q熱器13加熱后，通過(guò)回?zé)釗Q熱器冷卻空氣出氣管11進(jìn)入氣冷夾套25內(nèi)，對(duì)其內(nèi)側(cè)的壓縮空氣加力氣缸19和內(nèi)燃?xì)飧?進(jìn)行冷卻。而進(jìn)入氣冷夾套25內(nèi)的低溫壓縮空氣被壓縮空氣加力氣缸22、內(nèi)燃?xì)飧?外壁加熱為高溫壓縮空氣，再?gòu)臍饫鋳A套出氣管27出來(lái)，通過(guò)廢氣氣氣換熱器9進(jìn)一步升溫后，成為高溫壓縮空氣。上述兩部分高溫壓縮空氣經(jīng)壓縮空氣電磁控制閥Vl進(jìn)入壓縮空氣加力氣缸19，驅(qū)動(dòng)活塞24和活塞加長(zhǎng)段29及曲軸I做功，對(duì)于曲軸I來(lái)說(shuō)，在內(nèi)燃機(jī)對(duì)其做功的基礎(chǔ)上，增加了出力。
[0025]本方案把三個(gè)活塞及缸體加長(zhǎng)后，實(shí)現(xiàn)活塞環(huán)密封潤(rùn)滑位置處在高溫區(qū)之外，排除燒機(jī)油及氣缸積碳故障。因此高溫區(qū)段氣缸可采用風(fēng)冷結(jié)構(gòu)形式。因此本方案除了利用廢氣余熱外，還充分利用氣缸壁散發(fā)的余熱。所以熱效率更高。
[0026]圖3所示，是本發(fā)明之三的結(jié)構(gòu)示意圖，即空氣壓縮氣缸和壓縮空氣加力氣缸合為一體的技術(shù)方案。在圖中，本技術(shù)方案是在圖1技術(shù)方案之一的基礎(chǔ)上，將壓縮空氣加力氣缸19和空氣壓縮氣缸21的功能合二為一，即取消圖1中的空氣壓縮氣缸21，在壓縮空氣加力氣缸19上增設(shè)空氣壓縮氣缸進(jìn)氣管20和空氣壓縮氣缸出氣管15，工作過(guò)程和原理與圖1的基本相同，只空氣壓縮氣缸21由壓縮空氣加力氣缸19代替，進(jìn)氣和排氣仍由空氣壓縮氣缸進(jìn)氣管20和空氣壓縮氣缸出氣管15執(zhí)行。利用相應(yīng)的配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行配氣，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣四沖程。
[0027]空氣壓縮氣缸和壓縮空氣加力氣缸合為一體后，本方案在內(nèi)燃?xì)飧纵^少的情況下，可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減輕重量和減少成本。
[0028]圖4所示，是本發(fā)明之四的結(jié)構(gòu)示意圖，即取消氣缸氣冷裝置，采用絕熱狀態(tài)下運(yùn)行的技術(shù)方案。從圖4中可知，本技術(shù)方案是在圖2的基礎(chǔ)上取消氣冷夾套25，活塞加長(zhǎng)段26、29和氣缸2、19內(nèi)的缸套材料采用耐高溫材料制造，如耐熱合金鋼、陶瓷等。內(nèi)燃機(jī)在保溫、絕熱狀態(tài)下運(yùn)行，內(nèi)燃?xì)飧妆跓崃坎簧l(fā)，廢氣溫度比常規(guī)內(nèi)燃機(jī)高。余熱集中由內(nèi)燃?xì)飧着艢夤?、廢氣凈化器7、廢氣氣氣換熱器9和廢氣排氣管消音器12及廢氣排出管14排出。本方案處在高溫區(qū)的活塞加長(zhǎng)段26、29與氣缸2、19內(nèi)的缸套沒(méi)有接觸摩擦，所以，內(nèi)燃?xì)飧?能在絕熱狀態(tài)下工作，內(nèi)燃?xì)飧?熱效率高于常規(guī)內(nèi)燃機(jī)。同時(shí)，回收余熱更簡(jiǎn)便，綜合熱效率更高。取消氣冷夾套25后，空氣壓縮氣缸21排出的壓縮空氣經(jīng)空氣壓縮氣缸出氣管15，全部進(jìn)入廢氣氣氣換熱器9，得到更高溫度的壓縮空氣，因此可以獲得更高的熱效率。工作過(guò)程和原理與圖2的相同。
[0029]圖5是本發(fā)明之五的結(jié)構(gòu)示意圖，即壓縮空氣不循環(huán)技術(shù)方案。如圖5所示，本方案是在方案一、二、三、四的基礎(chǔ)上取消回?zé)釗Q熱器13和冷卻器17，壓縮空氣加力氣缸排氣管16與廢氣排出管14連通，空氣壓縮氣缸進(jìn)氣管20與大氣連通，即壓縮空氣不循環(huán)。此方案設(shè)備少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但壓縮空氣加力氣缸19排出來(lái)的的空氣還有較高的余壓和溫度，其能量不能充分回收利用。因此熱效率有所下降。其工作過(guò)程為大氣中的空氣進(jìn)入空氣壓縮氣缸進(jìn)氣管20，經(jīng)空氣壓縮氣缸21產(chǎn)生壓縮空氣。壓縮空氣加力氣缸19排出來(lái)的的空氣進(jìn)入廢氣排出管14后排入大氣，其余的工作過(guò)程和原理與圖1?5的相同。
[0030]圖6所示，是本發(fā)明中氣缸體與活塞體比常規(guī)氣缸長(zhǎng)度增加的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是圖6中I的放大結(jié)構(gòu)示意圖，由于各氣缸和活塞的結(jié)構(gòu)大同小異，所以以內(nèi)燃?xì)飧?及其活塞4來(lái)舉例說(shuō)明。圖6和圖7兩圖一起來(lái)看，處于內(nèi)燃?xì)飧?的活塞4通過(guò)連桿與曲軸I連接，活塞4的中部外側(cè)的活塞槽中嵌有活塞環(huán)30。在活塞4的上面連接有活塞加長(zhǎng)段26，在活塞加長(zhǎng)段26上方的缸頭上設(shè)有內(nèi)燃?xì)飧走M(jìn)氣管5和內(nèi)燃?xì)飧着艢夤?。
[0031]本發(fā)明的構(gòu)成主要為常規(guī)氣缸結(jié)構(gòu)和活塞體與活塞體加長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，常規(guī)氣缸結(jié)構(gòu)，即氣缸體和活塞體較短，活塞環(huán)的安裝位置距活塞體頂部很近?；钊c活塞環(huán)的行程經(jīng)過(guò)內(nèi)燃機(jī)氣缸的高溫區(qū)。如圖1、3所示。
[0032]活塞體與活塞體加長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，其增加的長(zhǎng)度為大于或等于活塞的行程，其活塞環(huán)安裝的位置與常規(guī)氣缸相當(dāng)，即在氣缸的高溫區(qū)之下，活塞環(huán)的行程不經(jīng)過(guò)內(nèi)燃機(jī)氣缸的高溫區(qū)。其目的是使內(nèi)燃機(jī)氣缸的冷卻適用于風(fēng)冷或絕熱下運(yùn)行，減少熱量損失。同時(shí)在保證充分濕潤(rùn)的情況下，避免燒機(jī)油和氣缸積碳。如圖2、4、5、6和7所示。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和原理配置的不同方案遠(yuǎn)不止上述幾種。本發(fā)明的上述幾種方案的不同部分之間的不同組合，及其與現(xiàn)行公知的各種技術(shù)、設(shè)備、系統(tǒng)配套的不同結(jié)合組成的不同組合方案應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0034]本發(fā)明根據(jù)功率不同，內(nèi)燃機(jī)燃燒氣缸配置一個(gè)或一個(gè)以上的內(nèi)燃?xì)飧?。和一個(gè)或一個(gè)以上空氣壓縮氣缸和一個(gè)或一個(gè)以上壓縮空氣加力氣缸。
[0035]為了提高余熱利用率，本發(fā)明余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)有余熱散發(fā)損失的機(jī)體表面，都應(yīng)進(jìn)行保溫設(shè)置。
[0036]本發(fā)明根據(jù)動(dòng)力的用途不同，可設(shè)置為內(nèi)燃?xì)飧住⒖諝鈮嚎s氣缸、壓縮空氣加力氣缸不同曲軸。
[0037]本發(fā)明根據(jù)動(dòng)力需要，內(nèi)燃?xì)飧椎倪M(jìn)氣管上可配置蝸輪增壓器，增加動(dòng)力性能。
[0038]本發(fā)明配置的氣氣換熱器采用換熱效率較高的換熱器和采用逆流換熱的方式，可提高壓縮空氣加熱溫度和熱效率。
[0039]本發(fā)明與常規(guī)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)、外形相似，因此適合于常規(guī)內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用范圍，如汽車(chē)、輪船、發(fā)電等領(lǐng)域。
[0040]本發(fā)明的廢氣排氣一般達(dá)到500?1000°C，壓縮空氣從90°C左右提升到350?SOO0C，總熱效率可達(dá)到40?60%。在動(dòng)力不變情況下，外形尺寸相差不大，但油耗節(jié)省30?50%左右，廢氣污染物和噪音相應(yīng)減少。
【權(quán)利要求】
1.一種余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，它包括含氣缸、活塞、連桿和曲軸的內(nèi)燃機(jī)及壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于: 還包括 含空氣壓縮氣缸、空氣壓縮氣缸活塞、空氣壓縮連桿和空氣壓縮曲軸的空氣壓縮機(jī)；串接在空氣壓縮機(jī)氣缸進(jìn)氣口與壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸出氣口之間的回?zé)釗Q熱器和冷卻器； 通過(guò)廢氣凈化器和管道與內(nèi)燃?xì)飧着艢饪谶B接的廢氣氣氣換熱器； 通過(guò)管道一端與廢氣氣氣換熱器連接，另一端與空氣壓縮機(jī)排氣口連接的壓縮空氣貯存罐； 所述內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)及空氣壓縮機(jī)的連桿均與同一曲軸連接，傳輸動(dòng)力。
2.一種余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī),它包括含氣缸、活塞、連桿和曲軸的內(nèi)燃機(jī)及壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于: 還包括 含空氣壓縮氣缸、空氣壓縮氣缸活塞、空氣壓縮連桿和空氣壓縮曲軸的空氣壓縮機(jī)；串接在空氣壓縮機(jī)氣缸進(jìn)氣口與壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸出氣口之間的回?zé)釗Q熱器和冷卻器； 通過(guò)管道一端與廢氣氣氣換熱器連接，另一端與回?zé)釗Q熱器連接的氣冷夾套； 所述內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng) 機(jī)及空氣壓縮機(jī)的連桿均與同一曲軸連接，傳輸動(dòng)力；所述的內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)的氣缸和活塞，比常規(guī)或現(xiàn)有技術(shù)的長(zhǎng)度增加，且增加的長(zhǎng)度等于或大于活塞的常規(guī)行程。
3.一種余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī),它包括含氣缸、活塞、連桿和曲軸的內(nèi)燃機(jī)及壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于: 在壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸上，還設(shè)有空氣壓縮氣缸進(jìn)氣管和空氣壓縮氣缸出氣管； 所述內(nèi)燃機(jī)和壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿均與同一曲軸連接，傳輸動(dòng)力； 還包括 串接在空氣壓縮氣缸進(jìn)氣管和空氣壓縮氣缸出氣管之間的回?zé)釗Q熱器和冷卻器； 通過(guò)廢氣凈化器和管道與內(nèi)燃?xì)飧着艢饪谶B接的廢氣氣氣換熱器； 通過(guò)管道一端與廢氣氣氣換熱器連接，另一端與空氣壓縮機(jī)排氣口連接的壓縮空氣貯存罐。
4.一種余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī),它包括含氣缸、活塞、連桿和曲軸的內(nèi)燃機(jī)及壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于: 還包括 含空氣壓縮氣缸、空氣壓縮氣缸活塞、空氣壓縮連桿和空氣壓縮曲軸的空氣壓縮機(jī)；串接在空氣壓縮機(jī)氣缸進(jìn)氣口與壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸出氣口之間的回?zé)釗Q熱器和冷卻器； 所述內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)及空氣壓縮機(jī)的連桿均與同一曲軸連接，傳輸動(dòng)力；所述的內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)的氣缸和活塞，比常規(guī)或現(xiàn)有技術(shù)的長(zhǎng)度增加，且增加的長(zhǎng)度等于或大于活塞的常規(guī)行程； 內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞加長(zhǎng)段和氣缸內(nèi)的缸套材料采用耐高溫材料的耐熱合金鋼、陶瓷制造。
5.一種余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī),它包括含氣缸、活塞、連桿和曲軸的內(nèi)燃機(jī)及壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于: 還包括 含空氣壓縮氣缸、空氣壓縮氣缸活塞、空氣壓縮連桿和空氣壓縮曲軸的空氣壓縮機(jī)； 通過(guò)管道一端與廢氣氣氣換熱器連接，另一端與氣冷夾套出口管連接； 所述內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)及空氣壓縮機(jī)的連桿均與同一曲軸連接，傳輸動(dòng)力；所述的內(nèi)燃機(jī)、壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)的氣缸和活塞，比常規(guī)或現(xiàn)有技術(shù)的長(zhǎng)度增加，且增加的長(zhǎng)度等于或大于活塞的常規(guī)行程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~4之一的余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，其特征在于: 廢氣氣氣換熱器還通過(guò)管道和壓縮空氣電磁控制閥Vl與空氣壓縮機(jī)排氣口連接；通過(guò)回?zé)釗Q熱器冷卻空氣出氣管和與回?zé)釗Q熱器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~4之一的余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，其特征在于: 在空氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣口上設(shè)有空氣電磁控制閥V2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~5之一的余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī),其特征在于: 根據(jù)功率不同，余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)配置一個(gè)或一個(gè)以上的內(nèi)燃?xì)飧?，一個(gè)或一個(gè)以上空氣壓縮氣缸和一個(gè)或一個(gè)以上壓縮空氣加力氣缸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~5的余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，其特征在于: 余熱加力氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)各部分之間的不同組合，及其與現(xiàn)行公知的各種技術(shù)、設(shè)備、系統(tǒng)配套的不同結(jié)合組成的不同組合方案。
【文檔編號(hào)】F02F1/00GK103644026SQ201310672942
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】李春崇 申請(qǐng)人:李春崇