專利名稱：一種新型的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，屬于熱能動(dòng)力領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)里面包括有常規(guī)的內(nèi)燃式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)以及外燃式的斯特林(Stirling)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。其中斯特林循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)是利用外部熱源加熱的閉式循環(huán)。采用斯特林循環(huán)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)一般由兩個(gè)活塞氣缸、一個(gè)加熱器、一個(gè)冷卻器和一個(gè)回?zé)崞鹘M成。在氣缸里面充有一定量的工質(zhì)(如氫氣、氦氣或氮?dú)獾?由于活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工質(zhì)在熱氣室和冷氣室之間來(lái)回流動(dòng)，完成以下四個(gè)過程定溫壓縮過程、定容吸熱過程、定溫膨脹過程和定容放熱過程，從而構(gòu)成了一個(gè)完整的循環(huán)。
在各個(gè)過程均為理想的情況下，斯特林循環(huán)即為概括性卡諾循環(huán)，它的熱效率為η=1-TLTH---(1)]]>式中TH、TL為循環(huán)過程的兩個(gè)溫度上下限。
但是在實(shí)際過程中，為了防止工質(zhì)在運(yùn)行過程中的泄漏，所以一方面要求活塞和缸壁之間的密封應(yīng)該很好，但這對(duì)減小摩擦不利；另一方面也限制了其循環(huán)過程中的最高工作壓力，這對(duì)其功率將產(chǎn)生不利影響；由于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是利用外部熱源在熱氣室內(nèi)對(duì)工質(zhì)進(jìn)行加熱，所以加熱過程的不可逆性也會(huì)影響它的效率；相對(duì)于空氣，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)工質(zhì)也要昂貴許多；此外，為了協(xié)調(diào)兩個(gè)活塞的運(yùn)動(dòng)，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。
正是由于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)含量高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高昂，所以常用的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)很少有采用斯特林循環(huán)的，一般所采用是以空氣為循環(huán)工質(zhì)的開式定壓加熱(Diesel)循環(huán)、定容加熱(Otto)循環(huán)以及混合加熱循環(huán)。相比較斯特林循環(huán)，這三種循環(huán)的最高工作壓力與溫度要高得多。但限于目前活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，一般放熱過程都是定容放熱，這會(huì)造成一定的效率損失，為了避免這種損失，有的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)后面還加裝了一個(gè)尾氣渦輪，以進(jìn)一步將排氣中的機(jī)械能予以回收，但這又增大了活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的成本，因此只在功率較大的時(shí)候使用。
為此，可以結(jié)合斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)以及綜合現(xiàn)有的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)高工作壓力以及高溫度范圍的特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，使其采用以空氣為循環(huán)工質(zhì)的開式循環(huán)，從而進(jìn)一步提高它的效率。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，解決更充分的提高活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的效率及降低成本的問題，本實(shí)用新型發(fā)動(dòng)機(jī)將原來(lái)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的閉式循環(huán)改變?yōu)槔每諝鉃檠h(huán)工質(zhì)的開式循環(huán)，同時(shí)對(duì)其結(jié)構(gòu)也做了改進(jìn)。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是將原來(lái)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的閉式循環(huán)改變?yōu)閼?yīng)用空氣為工質(zhì)的開式循環(huán)，去掉其加熱器，加熱過程改為燃燒加熱方式；同時(shí)采用大小不同的雙缸系統(tǒng)。之所以改成大小不同的氣缸/活塞結(jié)構(gòu)，主要原因是在大氣缸中高溫高壓的氣體能夠更充分的膨脹，以便提高系統(tǒng)熱效率，同時(shí)避免安裝尾氣渦輪，以減少系統(tǒng)造價(jià)。
這種新型的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，由大氣缸、大活塞、小氣缸、小活塞、冷卻器、回?zé)崞?、以及相關(guān)的閥門構(gòu)成，通過閥門回?zé)崞鞑贾迷诖髿飧着c小氣缸之間，其特征是大氣缸和小氣缸依次通過閥門、回?zé)崞饕约伴y門相連接，冷卻器布置在小氣缸內(nèi)，小氣缸的頭部還安裝有進(jìn)氣閥門，而大氣缸頭部通過排氣閥門和回?zé)崞鬟B接。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)為大小雙缸系統(tǒng)，利用空氣為循環(huán)工質(zhì)，所以是一開式循環(huán)，避免了外熱源加熱時(shí)的溫差損失，也避免了加熱器的流動(dòng)阻力；而且不必?fù)?dān)心系統(tǒng)的泄漏問題，所以在活塞的潤(rùn)滑方面更為方便，造價(jià)也更低，同時(shí)其熱效率也有了很大的提高。


圖1是一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
在圖1的實(shí)施例中，大氣缸2和小氣缸9依次通過閥門4、回?zé)崞?以及閥門6相連接。冷卻器8布置在小氣缸9內(nèi)，小氣缸9的頭部還安裝有進(jìn)氣閥門7，而大氣缸2頭部通過排氣閥門3和回?zé)崞?連接。
系統(tǒng)的工作過程是這樣的大活塞1與小活塞10同步運(yùn)行，即當(dāng)大活塞1向下運(yùn)行的時(shí)候，小活塞10也同樣向下運(yùn)行，此時(shí)閥門7和閥門4打開而閥門6和閥門3關(guān)閉，在小氣缸9中進(jìn)行的熱力過程是吸氣過程而在大氣缸2中進(jìn)行的是燃燒和做功過程；當(dāng)大活塞1和小活塞10開始向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，閥門6和閥門3打開而閥門4與閥門7關(guān)閉，此時(shí)在小氣缸9中進(jìn)行的是氣體壓縮過程而在大氣缸2中進(jìn)行的是排氣過程，壓縮后的氣體以及從大氣缸2中出來(lái)的乏氣進(jìn)入回?zé)崞?中進(jìn)行熱交換，回?zé)岷蟮姆馀湃氪髿?，而受到加熱后的高壓氣體則在下一循環(huán)中進(jìn)入大氣缸2中進(jìn)一步受熱并膨脹做功。
當(dāng)假定冷卻器8的冷卻效率為100％，那么可以認(rèn)為壓縮過程是一個(gè)定溫過程；同時(shí)如果對(duì)燃料噴入大氣缸2的過程加以精心的控制以盡可能保證大氣缸2內(nèi)的溫度基本不變，于是，這是一個(gè)定溫膨脹過程。當(dāng)回?zé)崞?的回?zé)崧室策_(dá)到100％時(shí)，這樣，系統(tǒng)的循環(huán)過程就是一個(gè)概括性卡諾循環(huán)過程，其熱效率表達(dá)式同1式。
當(dāng)假定膨脹過程充分進(jìn)行的時(shí)候，可以近似求出大氣缸2和小氣缸9的有效容積比為 但由于在實(shí)際的工作過程中大活塞1與大氣缸2之間存在摩擦，所以大氣缸2的實(shí)際有效容積將小于上面計(jì)算值，它有一最佳值。
在圖2的實(shí)施例中，與圖1中實(shí)施例的區(qū)別就是冷卻器8不再布置在小氣缸9里面。因?yàn)槔鋮s器8布置在小氣缸9的外面，所以小氣缸9的余隙容積將會(huì)有所減少，對(duì)于增加系統(tǒng)的吸氣量有利。
權(quán)利要求1.一種新型的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，由大氣缸、大活塞、小氣缸、小活塞、冷卻器、回?zé)崞?、以及相關(guān)的閥門構(gòu)成，通過閥門回?zé)崞鞑贾迷诖髿飧着c小氣缸之間，其特征是大氣缸和小氣缸依次通過閥門、回?zé)崞饕约伴y門相連接，冷卻器布置在小氣缸內(nèi)，小氣缸的頭部還安裝有進(jìn)氣閥門，而大氣缸頭部通過排氣閥門和回?zé)崞鬟B接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是冷卻器布置在小汽缸外面。
專利摘要一種新型的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，由大氣缸、大活塞、小氣缸、小活塞、冷卻器、回?zé)崞鳌⒁约跋嚓P(guān)的閥門構(gòu)成，通過閥門回?zé)崞鞑贾迷诖髿飧着c小氣缸之間，其特征是大氣缸和小氣缸依次通過閥門、回?zé)崞饕约伴y門相連接，冷卻器布置在小氣缸內(nèi)，小氣缸的頭部還安裝有進(jìn)氣閥門，而大氣缸頭部通過排氣閥門和回?zé)崞鬟B接。本實(shí)用新型避免了外熱源加熱時(shí)的溫差損失，也避免了加熱器的流動(dòng)阻力；而且不必?fù)?dān)心系統(tǒng)的泄漏問題，所以在活塞的潤(rùn)滑方面更為方便，造價(jià)也更低，同時(shí)其熱效率也有了很大的提高。
文檔編號(hào)F02G1/00GK2881124SQ20052013030
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月31日
發(fā)明者李建鋒 申請(qǐng)人:李建鋒