往復蓄熱式內(nèi)燃的制造方法
【專利摘要】該往復蓄熱式內(nèi)燃機包括壓縮氣缸、蓄熱體、連通管、燃燒室和膨脹氣缸，其結(jié)構(gòu)要點在于所述蓄熱體位于連接壓縮氣缸和膨脹氣缸的連通管的通道中?；竟ぷ髟硎钱攭嚎s氣缸活塞從上止點向下運動時，壓縮氣缸上的進氣門打開，空氣從外界吸入，當壓縮氣缸壓縮空氣時，進氣門關(guān)閉，經(jīng)過壓縮的空氣流過蓄熱體加熱，進入燃燒室，隨著燃料噴入與高溫壓縮空氣燃燒，進入膨脹氣缸，膨脹氣缸的活塞從上止點下行，燃氣膨脹做功。當膨脹氣缸活塞上行時，排氣門打開，做功后的燃氣從膨脹氣缸出來，反向路過燃燒器以及蓄熱體，加熱蓄熱體并降低自身燃氣溫度，從蓄熱體流出后從排氣門排出，完成了一個動力循環(huán)。
【專利說明】往復蓄熱式內(nèi)燃機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機，是一種往復蓄熱式內(nèi)燃機。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機一般指的是熱機，是一種將燃料或者其他能源轉(zhuǎn)化為發(fā)動機內(nèi)部工質(zhì)的熱能，并進一步轉(zhuǎn)化為機械能的動力裝置。內(nèi)燃機是一種傳統(tǒng)的，利用非常廣泛的發(fā)動機，在工業(yè)，交通運輸?shù)刃袠I(yè)領(lǐng)域有著重要應用。顧名思義，內(nèi)燃機是一種燃料在氣缸內(nèi)部燃燒做功，最常見的是汽油機和柴油機。由于燃料燃燒是在短時間、間歇式等限制條件下進行的，造成燃料燃燒不充分，尾氣污染嚴重，變工況效率差，發(fā)動機磨損，維護成本高，對燃料質(zhì)量要求高，爆燃以及噪音振動等許多缺點。內(nèi)燃機目前是一種相對成熟的技術(shù)，但其發(fā)展由于受到上述缺點影響而受到一定限制。
[0003]常見的汽油機和柴油機都是四沖程發(fā)動機，一個動力循環(huán)經(jīng)過進氣，壓縮，膨脹做功和排氣四個過程。兩者最大區(qū)別在于汽油機是點燃式發(fā)動機，柴油機是壓燃式發(fā)動機。汽油機比較輕巧，高的功率密度以及轉(zhuǎn)速高等優(yōu)點，但由于是點燃式，使得發(fā)動機壓縮比不能過高，壓縮過程中有爆燃的可能性，對燃料的辛烷值要求高，而且汽油機的效率相對于柴油機較低。柴油機是壓燃式的，壓縮沖程使得壓縮空氣的溫度足夠高，能夠點燃噴入的燃料，高的壓縮比使得發(fā)動機整體比較笨重。并且柴油機的燃燒過程以擴散燃燒為主，燃燒并不充分，有較多碳顆粒排放，對大氣污染較重。
[0004]設(shè)計一種輕巧、高效率、低污染發(fā)動機在能源緊缺的時代有著重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服汽油機效率低，柴油機笨重以及內(nèi)燃機普遍的污染嚴重，變工況效率低，噪聲振動嚴重等問題，本發(fā)明提出了一種往復蓄熱式內(nèi)燃機。
[0006]該往復蓄熱式內(nèi)燃機包括壓縮氣缸、連通管、蓄熱體、燃燒室和膨脹氣缸，其結(jié)構(gòu)要點在于壓縮氣缸排氣口通過連通管與膨脹氣缸相連。所述連通管與膨脹氣缸相連的接口同時作為膨脹氣缸的進氣口和排氣口，此處稱為膨脹氣缸的進排氣口，即當膨脹氣缸活塞向下止點運動時，工質(zhì)氣體從所述進排氣口進入，當膨脹氣缸活塞向上止點運動排氣時，工質(zhì)氣體從所述進排氣口流出。所述的蓄熱體為具有多孔通道的蓄熱介質(zhì)，能夠?qū)α鹘?jīng)其多孔通道中的熱氣進行往復間歇的吸熱、放熱。蓄熱體直接放置在所述的連通管中。蓄熱體與膨脹氣缸之間的連通管中設(shè)置燃燒器，并有相應的燃料噴嘴和火花塞。此外還可以利用膨脹氣缸的氣缸腔體作為燃燒室，并有相應的燃料噴嘴和火花塞。所述兩種燃燒室也可以同時布置。所述的壓縮氣缸設(shè)置進氣門，可以從外界吸入氣體工質(zhì)。所述壓縮氣缸與蓄熱體之間的連通管上設(shè)置有排氣門，排出燃燒膨脹做功后的工質(zhì)。
[0007]該往復蓄熱式內(nèi)燃機的基本工作原理是當壓縮氣缸活塞從上止點向下運動時，此時排氣門關(guān)閉，壓縮氣缸上的進氣門打開，空氣從外界吸入，當壓縮氣缸活塞上行，壓縮空氣時，進氣門關(guān)閉，經(jīng)過壓縮的空氣從壓縮氣缸的排氣口流出，進入連通管道，流入蓄熱體?？諝饬鹘?jīng)蓄熱體的多孔通道同時，與蓄熱體發(fā)生熱交換。在正常工況下，蓄熱體溫度比從壓縮氣缸出來的空氣高，此時蓄熱體將向壓縮空氣傳遞熱量，表現(xiàn)為壓縮空氣溫度上升，蓄熱體本身溫度下降。從蓄熱體流出的空氣進入燃燒室，與噴嘴出來的燃料混合燃燒成為高溫燃氣，高溫燃氣通過膨脹氣缸的進排氣口進入。膨脹氣缸活塞向下止點運動，高溫燃氣膨脹做功。當膨脹氣缸活塞向上止點運動時，排氣門打開，即膨脹后的燃氣從膨脹氣缸的進排氣口排出，反向經(jīng)過燃燒室，此時的燃燒室已經(jīng)停止了噴射燃料。燃氣進而再反向流經(jīng)蓄熱體，此時燃氣的溫度高于蓄熱體介質(zhì)的溫度。當燃氣流經(jīng)蓄熱體多孔通道時，與蓄熱體介質(zhì)發(fā)生熱交換，熱量從燃氣傳遞給蓄熱體介質(zhì)，表現(xiàn)為燃氣溫度降低，蓄熱體溫度升高。從蓄熱體反向流出的燃氣從排氣門排放到外界環(huán)境中，完成了一個動力循環(huán)。
[0008]所述的蓄熱體的蓄熱體介質(zhì)通常為多孔陶瓷，金屬波紋板以及金屬絲網(wǎng)等，具有蓄熱溫度高，蓄熱效果好，價格較低等優(yōu)點。
[0009]蓄熱體與連通管管壁之間放置一定的絕熱體，以減小蓄熱體對外界的傳熱損失。
[0010]改進方案:在壓縮氣缸出口與蓄熱體之間連接一個冷卻器。當壓縮氣缸壓縮空氣時，會產(chǎn)生較多的熱量，用冷卻器可以及時冷卻，減少壓縮機消耗的壓縮功，并且可以隔絕溫度較高的蓄熱體對壓縮氣缸的影響。
[0011]采用蓄熱體后，提高了進入燃燒室的空氣溫度，降低了發(fā)動機排出燃氣的溫度，因此大幅度提高了該往復蓄熱式內(nèi)燃機的熱效率。此外，當發(fā)動機正常工作時，流出蓄熱體的空氣溫度達到了燃料的著火點，噴入的燃料直接燃燒，不存在爆燃現(xiàn)象，發(fā)動機振動和噪聲小，而且燃燒起始溫度高，利于燃料的完全燃燒，減少污染。若在發(fā)動機啟動階段可以由火花塞點燃。發(fā)動機壓比較小，整體重量輕。壓縮氣缸和膨脹氣缸分開，使得膨脹過程更充分，提聞了做功能力。
[0012]從整體結(jié)構(gòu)上看，該往復蓄熱內(nèi)燃機溫度最高的膨脹氣缸部分沒有氣門等運動部件，降低了氣體流動過程中的節(jié)流損失，提高了結(jié)構(gòu)的可靠性和使用壽命，同時也大幅降低了制造成本。
[0013]該往復蓄熱式內(nèi)燃機采用的蓄熱體的介質(zhì)具有很大的比表面積，可以在蓄熱載體表面附著一些催化劑，比如一般內(nèi)燃機常用的尾氣處理的三元催化劑，當燃氣從膨脹氣缸排出經(jīng)過蓄熱體時，由于催化劑的作用使得碳氫化合物，一氧化碳以及氮氧化物等污染物濃度大大降低。
[0014]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點是；
[0015]有較高的熱力循環(huán)效率以及功率密度；無爆燃現(xiàn)象，燃料適應性較好；結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好；由于燃燒完全，并且方便內(nèi)置催化劑，使得污染物排放降低；空氣壓比較小，發(fā)動機燃燒平穩(wěn)，使得振動和噪聲??；發(fā)動機的功率調(diào)節(jié)可以由燃料噴入量直接調(diào)節(jié)，避免了汽油機節(jié)氣門的節(jié)氣損失。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施方案的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0017]圖2是本發(fā)明改進方案的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0018]圖3是壓縮氣缸、膨脹氣缸與連通管連接示意圖。
[0019]圖4是壓縮過程中氣體流動方向示意圖。[0020]圖5是排氣過程中氣體流動方向示意圖。
[0021]圖中序號名稱為:1、進氣門，2、連通管,3、排氣門,4、壓縮氣缸,5、壓縮氣缸活塞，
6、蓄熱體，7、燃燒室，8、燃料噴嘴，9、膨脹氣缸活塞，10、膨脹氣缸，11冷卻器。
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)結(jié)合附圖，以具體實施為例對本發(fā)明做進一步說明。
[0023]如圖1所示，該往復蓄熱式內(nèi)燃機主要包括壓縮氣缸4、連通管2、蓄熱體6、燃燒室7和膨脹氣缸10。壓縮氣缸4、連通管2與膨脹氣缸的連接方式如圖3所示。壓縮氣缸4排氣口與連通管2 —端連接，連通管2另一端與膨脹氣缸10的連接。連通管2與膨脹氣缸10的連接口為膨脹氣缸10的進排氣口，即膨脹氣缸10的氣體進入和排出都通過此連接口。壓縮氣缸4上設(shè)置有進氣門I。壓縮氣缸4排氣口與連通管2相連，連通管2的另一端連接膨脹氣缸10的進排氣口。連通管道2從靠近壓縮氣缸4 一側(cè)到靠近膨脹氣缸10 —偵U，依次設(shè)置有排氣門3，蓄熱體6，燃燒室7，包括燃燒室7上的燃料噴嘴8。蓄熱體6為具有多孔通道的蓄熱介質(zhì)，在熱力循環(huán)過程中有著間歇性的吸熱放熱作用。蓄熱體6放在在連通管道2的管中間。
[0024]工作過程為壓縮氣缸活塞5下行，進氣門I打開，排氣門3關(guān)閉，新鮮空氣進入壓縮氣缸4。進氣過程結(jié)束時，進氣門I關(guān)閉，壓縮氣缸活塞5上行壓縮空氣，壓縮空氣從壓縮氣缸排出進入連通管2，再流入蓄熱體2中的多孔通道中，與蓄熱體2的介質(zhì)發(fā)生熱交換，空氣溫度升高，蓄熱體2的介質(zhì)溫度降低，壓縮過程的氣體流動方向如圖4所示。經(jīng)過加熱后的壓縮空氣再進入燃燒室7，同時燃料通過燃料噴嘴8進入燃燒室，空氣和燃料反應燃燒成為高溫燃氣，高溫燃氣通過膨脹氣缸的進排氣口進入膨脹氣缸9，膨脹氣缸活塞9下行，高溫燃氣膨脹做功。做功過程完成后，膨脹氣缸活塞9上行，同時排氣門3打開，溫度較高的燃氣通過膨脹氣缸10的進排氣口流出，反向通過燃燒室7，此時燃料噴嘴8已經(jīng)關(guān)閉，燃氣再反向進入蓄熱體6的多孔通道中，加熱蓄熱體的介質(zhì)，同時使得燃氣自身溫度冷卻，最后燃氣從排氣門3中排向外界。排氣過程氣體流動方向如圖5所示。
[0025]蓄熱體6的蓄熱載體表面可以附著催化劑，當燃氣從膨脹氣缸10排出的時候，經(jīng)過蓄熱體6冷卻的同時，由于催化劑的作用使得燃氣中的未燃盡的碳氫化合物和一氧化碳，以及燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物等污染物降低，才通過排氣門3排出。
[0026]壓縮氣缸活塞5和膨脹氣缸活塞9的直線運動可以通過傳統(tǒng)內(nèi)燃機的曲柄連桿機構(gòu)或者斜盤結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動輸出。發(fā)動機的功率調(diào)節(jié)可以直接根據(jù)需要調(diào)節(jié)燃料噴入量。
[0027]改進方案:如圖2，增加冷卻器11，用來冷卻壓縮氣缸4出來的壓縮空氣，同時隔絕溫度較高的蓄熱體6對壓縮氣缸4的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種往復蓄熱式內(nèi)燃機,其包括壓縮氣缸(4)、膨脹氣缸(10),壓縮氣缸(4)設(shè)有進氣門(I)，其特征在于所述壓縮氣缸⑷的排氣口與膨脹氣缸(10)之間通過連通管(2)連通，膨脹氣缸(10)與所述連通管(2)相連的接口作為膨脹氣缸的進排氣口，所述連通管(2)內(nèi)放置對流經(jīng)的氣體進行往復間歇吸熱、放熱的具有多孔流道的蓄熱體(6)，在蓄熱體(6)與膨脹氣缸(10)之間的連通管(2)中和/或膨脹氣缸(10)中設(shè)置燃燒室(7)，燃燒室(7)設(shè)有相應的燃料噴嘴(8)和火花塞，在蓄熱體(6)與所述壓縮氣缸(4)之間的連通管(2)上設(shè)置有排氣門(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復蓄熱式內(nèi)燃機，其特征在于所述的蓄熱體(6)的蓄熱介質(zhì)表面附著降低碳氫化合物，一氧化碳以及氮氧化物的催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復蓄熱式內(nèi)燃機，其特征在于所述蓄熱體(6)與連通管(2)的管壁之間由絕熱層隔絕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任意一項所述的往復蓄熱式內(nèi)燃機，其特征在于連通管(2)與膨脹氣缸(10)的接口為所述膨脹氣缸(10)的進排氣口，即膨脹氣缸(10)的進氣和排氣都通過此接口，進氣和排氣過程的流道相同，氣流方向相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~3任意一項所述的往復蓄熱式內(nèi)燃機，其特征在于該往復蓄熱式內(nèi)燃機的功率通過燃料噴嘴(8)的燃料量進行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~3任意一項所述的往復蓄熱式內(nèi)燃機,其特征在于在壓縮氣缸(4)排氣口增設(shè)冷卻器(11)，冷卻器(11)的出口再連接連通管(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~3任意一項所述的往復蓄熱式內(nèi)燃機，其特征在于壓縮氣缸活塞(5)和膨脹氣缸活塞(9)的直線運動通過曲柄連桿機構(gòu)或者斜盤結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復蓄熱式內(nèi)燃機，其特征在于所述的蓄熱體(6)的蓄熱介質(zhì)為多孔陶瓷、金屬絲網(wǎng)或者波紋板。
9.一種如權(quán)利要求1所述的往復蓄熱式內(nèi)燃機的工作原理，其特征在于該往復蓄熱式內(nèi)燃機的工作原理為:壓縮氣缸活塞(5)下行，進氣門(I)打開，排氣門(3)關(guān)閉，空氣從外界進入壓縮氣缸，進氣過程結(jié)束時，進氣門(I)關(guān)閉，壓縮氣缸活塞(5)上行壓縮空氣，壓縮空氣進入連通 管道(2)，接著進入蓄熱體(6)的多孔流道中，蓄熱體(6)對壓縮空氣放熱，蓄熱體(6)溫度下降，壓縮空氣溫度升高，壓縮空氣再進入燃燒室(7)，同時燃料通過燃料噴嘴(8)噴入燃燒室(7)，空氣和燃料發(fā)生燃燒反應，高溫燃氣進入膨脹氣缸(10)，膨脹氣缸活塞(9)下行，高溫燃氣膨脹做功，做功過程完成后，膨脹氣缸活塞(9)上行，同時排氣門(3)打開，膨脹做功后的燃氣從膨脹氣缸(10)中流出，反向通過燃燒室(7)以及蓄熱體(6)，加熱蓄熱體(6)，同時使得燃氣自身溫度降低，最后通過排氣門(3)中排出。
【文檔編號】F02B41/04GK103993955SQ201410155227
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】楊浩仁 申請人:楊浩仁