活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，具體說(shuō)是一種活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)及其工作方法。包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中的活塞、安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的缸蓋和排氣管，所述活塞通過(guò)活塞桿與曲軸連接，所述缸蓋上設(shè)有燃燒室，所述燃燒室中安裝有噴油嘴，所述燃燒室中還安裝有霧化水噴嘴，所述霧化水噴嘴通過(guò)噴水控制器連接高壓水泵的輸出端，所述高壓水泵的輸入端通過(guò)管道連接水箱。該活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度低、效率高、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、節(jié)能降耗效果顯著。
【專利說(shuō)明】活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，具體說(shuō)是一種活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)及其工作方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]發(fā)動(dòng)機(jī)各種新技術(shù)從出不窮，日新月異。發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)已成為一個(gè)國(guó)家技術(shù)水平的標(biāo)志。高端科技、專利權(quán)幾乎都被跨國(guó)公司所包攬。我國(guó)有自主產(chǎn)權(quán)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)屈指可數(shù)。能源是全人類關(guān)心的問(wèn)題，也是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重中之重。燃油、燃?xì)鈨r(jià)格日益攀升在一定程度上制約了汽車(chē)業(yè)、飛機(jī)的發(fā)展。發(fā)動(dòng)機(jī)效率一直困擾著發(fā)動(dòng)機(jī)專家，更困擾著環(huán)保人士，同時(shí)已經(jīng)造成無(wú)可挽回的毀滅性污染。能源不是取之不盡的，據(jù)專家預(yù)測(cè)2050年石油資源將會(huì)開(kāi)采殆盡，能源危機(jī)將席卷全球，而替代能源尚未問(wèn)世。傳統(tǒng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)利用燃油或者燃?xì)猱a(chǎn)生的爆發(fā)力推動(dòng)活塞做功，會(huì)產(chǎn)生大量不做功的熱量，而所有熱量均產(chǎn)自燃油，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法全部利用燃油、燃?xì)獾哪芰浚瑸楸ＷC發(fā)動(dòng)機(jī)安全溫度還必須采取強(qiáng)制冷卻措施，這必然要造成大部分燃油的浪費(fèi)。
[0003]現(xiàn)代科學(xué)常識(shí)告訴我們，N重量80°C的水加熱至300 °C所需熱量為4200J/(KG° C) X (300-80) XN=924N (J)
N重量的汽油燃燒產(chǎn)生的熱量是4.6X 10~7J/KGXN=4600N (J)
N重量的柴油燃燒產(chǎn)生的熱量是3.3X10~7J/KGXN=3300N (J)
N重量的天然氣燃燒產(chǎn)生的熱量是4.5 X10~7J/KGXN=4500N (J)
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算公式:P= (NVP)/30t (N:轉(zhuǎn)速rpm;V:排量L;P:缸內(nèi)平均壓力MPa ；t:發(fā)動(dòng)機(jī)沖程；四沖程=4 ;二沖程=2)證明相同重量燃油或者天然氣完全燃燒產(chǎn)生的熱量大于同等重量水升溫至300°所需熱量的4倍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種工作溫度低、效率高、節(jié)能降耗的活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)及其工作方法。利用發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中燃燒燃料產(chǎn)生的熱量加熱霧化水，再利用蒸汽膨脹推動(dòng)活塞做功，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)效率，降低了燃油消耗和尾氣排放。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中的活塞、安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的缸蓋和排氣管，所述活塞通過(guò)活塞桿與曲軸連接，所述缸蓋上設(shè)有燃燒室，所述燃燒室中安裝有噴油嘴，所述燃燒室中還安裝有霧化水噴嘴，所述霧化水噴嘴通過(guò)噴水控制器連接高壓水泵的輸出端，所述高壓水泵的輸入端通過(guò)管道連接水箱。
[0006]所述排氣管上設(shè)有水套，所述水套串聯(lián)在水箱與噴水控制器之間的管路中。
[0007]所述噴水控制器包括串聯(lián)在霧化水噴嘴與高壓水泵之間的電磁閥、連接在電磁閥控制端的脈寬調(diào)整電路、連接在脈寬調(diào)整電路輸入端的噴水控制電路，所述脈寬調(diào)整電路包括單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制器、連接在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制器信號(hào)輸入端的溫度傳感器、連接在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制器信號(hào)輸出端的放大電路，所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制器的觸發(fā)端連接噴水控制電路的信號(hào)輸出端，所述噴水控制電路包括與門(mén)電路、連接在與門(mén)電路輸入端的曲軸位置傳感器和做功缸信號(hào)發(fā)生器。
[0008]高壓水泵將水箱中的水泵送到噴水控制器的輸入端，噴水控制器通過(guò)曲軸位置傳感器檢測(cè)曲軸位置并通過(guò)做功缸信號(hào)發(fā)生器檢測(cè)是否為做功缸；如果做功缸曲軸位置處于15度——60度之間，則噴水控制器發(fā)出噴水脈沖信號(hào)并依據(jù)溫度傳感器檢測(cè)的溫度值確定噴水脈沖信號(hào)的脈寬，所述噴水脈沖信號(hào)控制電磁閥打開(kāi)，向做功缸內(nèi)噴入霧化水；如果做功缸和曲軸位置處于15度一60度之間至少其中一個(gè)條件不滿足，則噴水控制器發(fā)出不噴水信號(hào)。
[0009]采用上述技術(shù)方案后，水箱中的水經(jīng)過(guò)排氣管換熱器預(yù)熱至80°C以上，廢氣熱量再次利用，通過(guò)高壓水泵噴入氣缸，產(chǎn)生300°C以上高溫蒸汽，其體積迅速膨脹至1800倍左右。根據(jù)水蒸氣焓熵圖查得300°C的對(duì)應(yīng)壓力為9MPa，已超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低約20%，功率提高約10%，扭矩提高約30%。如果將水溫在提高至360°C，水蒸氣焓熵圖的對(duì)應(yīng)壓力為20MPa，功率將按比例升高，水蒸氣壓力取決于噴油量和噴水量比例。這樣就可以大幅度降低燃油消耗，同時(shí)還可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度，有利于節(jié)能環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0011]圖2是噴水控制器的電原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖1所示，本發(fā)明所述的活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體8、設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體8中的活塞7、安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體8上的缸蓋5和排氣管，所述活塞7通過(guò)活塞桿與曲軸連接，所述缸蓋5上設(shè)有燃燒室6，所述燃燒室6中安裝有噴油嘴9，所述燃燒室6中還安裝有霧化水噴嘴6，所述霧化水噴嘴6通過(guò)噴水控制器3連接高壓水泵2的輸出端，所述高壓水泵2的輸入端通過(guò)管道連接水箱I。
[0013]所述排氣管上設(shè)有水套11，所述水套11串聯(lián)在水箱I與噴水控制器3之間的管路中。利用排氣管的熱量將水套11中的水加熱以后送到噴水控制器3，用以提高噴入燃燒室6的霧化水的溫度。
[0014]如圖2所示，所述噴水控制器3包括串聯(lián)在霧化水噴嘴6與高壓水泵2之間的電磁閥31、連接在電磁閥31控制端的脈寬調(diào)整電路32、連接在脈寬調(diào)整電路32輸入端的噴水控制電路33，所述脈寬調(diào)整電路32包括單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制器1C、連接在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制器IC信號(hào)輸入端的溫度傳感器RT、連接在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制器IC信號(hào)輸出端的放大電路；所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制器IC的觸發(fā)端連接噴水控制電路33的信號(hào)輸出端，所述噴水控制電路
(33)包括與門(mén)電路(IC2)、連接在與門(mén)電路(IC2)輸入端的曲軸位置傳感器(SI)和做功缸信號(hào)發(fā)生器(S2)。所述噴水控制電路33包括與門(mén)電路IC2、連接在與門(mén)電路IC2輸入端的曲軸位置傳感器SI和做功缸信號(hào)發(fā)生器S2。曲軸位置傳感器SI和做功缸信號(hào)發(fā)生器S2均為現(xiàn)有技術(shù)，曲軸位置傳感器SI產(chǎn)生曲軸位置信號(hào)，做功缸信號(hào)發(fā)生器S2產(chǎn)生做功缸信號(hào)。曲軸位置傳感器SI通常采用霍爾元件或者光電元件檢測(cè)曲軸旋轉(zhuǎn)的角度位置，做功缸信號(hào)發(fā)生器S2可以采用獨(dú)立的傳感器產(chǎn)生做功缸信號(hào)，也可以利用多個(gè)曲軸位置傳感器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)電路轉(zhuǎn)換或計(jì)算得到做功缸信號(hào)。
[0015]該活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)的其余部分結(jié)構(gòu)和工作原理采用現(xiàn)有技術(shù)，在此補(bǔ)再詳述。
[0016]上述的活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方法，其步驟如下:高壓水泵2將水箱I中的水泵送到噴水控制器3的輸入端，噴水控制器3通過(guò)曲軸位置傳感器SI檢測(cè)曲軸位置，同時(shí)通過(guò)做功缸信號(hào)發(fā)生器S2判斷是否為做功缸，如果做功缸的曲軸位置處于15度——20度之間，則噴水控制器3發(fā)出噴水脈沖信號(hào)并依據(jù)溫度傳感器RT檢測(cè)的溫度值確定噴水脈沖信號(hào)的脈寬，噴水脈沖信號(hào)控制電磁閥31打開(kāi)，向做功缸內(nèi)噴入霧化水；水溫越高噴水脈沖信號(hào)的脈沖寬度越大，最寬寬度受控于限寬電阻，最大脈寬限制在IOms以內(nèi)，這樣就可以根據(jù)傳感器反饋信號(hào)對(duì)供油量、供水量噴射比例進(jìn)行自動(dòng)即時(shí)修正，確保動(dòng)力穩(wěn)定，同時(shí)也保證了發(fā)動(dòng)機(jī)的安全溫度。如果曲軸位置處于15度一20度之間以及做功沖程至少其中一個(gè)條件不滿足，則噴水控制器3發(fā)出不噴水信號(hào)。
[0017]該活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)的其他工作步驟如進(jìn)氣、壓縮、噴油、燃燒、膨脹做功、排氣，均與現(xiàn)有技術(shù)相通，在此不再詳述。
[0018]普通發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的時(shí)候曲軸均處于15度之前，也就是說(shuō)在燃油點(diǎn)火燃燒開(kāi)始做功以后、做功結(jié)束之前，霧化水噴嘴6向燃燒室噴入霧化水，這樣既不會(huì)影響點(diǎn)火燃燒還可以利用燃燒后的余熱將霧化水迅速加熱膨脹，膨脹后的水蒸氣又會(huì)推動(dòng)活塞做功，提高工作效率。
【權(quán)利要求】
1.活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體(8)、設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體(8)中的活塞(7)、安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體(8)上的缸蓋(5)和排氣管，所述活塞(7)通過(guò)活塞桿與曲軸連接，所述缸蓋(5)上設(shè)有燃燒室(6)，所述燃燒室(6)中安裝有噴油嘴(9)，其特征在于:所述燃燒室(6)中還安裝有霧化水噴嘴(6 )，所述霧化水噴嘴(6 )通過(guò)噴水控制器(3 )連接高壓水泵(2 )的輸出端，所述高壓水泵(2 )的輸入端通過(guò)管道連接水箱(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述排氣管上設(shè)有水套(11)，所述水套(11)串聯(lián)在水箱(I)與噴水控制器(3 )之間的管路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述噴水控制器(3)包括串聯(lián)在霧化水噴嘴(6)與高壓水泵(2)之間的電磁閥(31)、連接在電磁閥(31)控制端的脈寬調(diào)整電路(32)、連接在脈寬調(diào)整電路(32)輸入端的噴水控制電路(33)，所述脈寬調(diào)整電路(32)包括單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制器(1C)、連接在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制器(IC)信號(hào)輸入端的溫度傳感器(RT)、連接在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制器(IC)信號(hào)輸出端的放大電路，所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制器(IC)的觸發(fā)端連接噴水控制電路(33)的信號(hào)輸出端，所述噴水控制電路(33)包括與門(mén)電路(IC2)、連接在與門(mén)電路(IC2)輸入端的曲軸位置傳感器(SI)和做功缸信號(hào)發(fā)生器(S2)。
4.如權(quán)利要求1——3任意一項(xiàng)所述的活塞式燃水發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方法，其特征在于步驟如下:高壓水泵(2 )將水箱(I)中的水泵送到噴水控制器(3 )的輸入端，噴水控制器(3 )通過(guò)曲軸位置傳感器(SI)檢測(cè)曲軸位置并通過(guò)做功缸信號(hào)發(fā)生器(S2)檢測(cè)是否為做功缸；如果做功缸曲軸位置處于15度——60度之間，則噴水控制器(3)發(fā)出噴水脈沖信號(hào)并依據(jù)溫度傳感器(RT)檢測(cè)的溫度值確定噴水脈沖信號(hào)的脈寬，所述噴水脈沖信號(hào)控制電磁閥(31)打開(kāi)，向做功缸內(nèi)噴入霧化水；如果做功缸和曲軸位置處于15度——60度之間至少其中一個(gè)條件不滿足，則噴水控制器(3)發(fā)出不噴水信號(hào)。
【文檔編號(hào)】F02B47/02GK103742257SQ201410012888
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】曲日, 曲超 申請(qǐng)人:曲日