專利名稱：熱壓縮發(fā)動機的制作方法
熱壓縮發(fā)動機說明書以往的開式循環(huán)進程(如柴油機進程，奧托(Otto)進程，焦耳(Joule)進程(汽輪機進程))的發(fā)動機具有功率密度大和效率較高，因為工作介質由外界環(huán)境吸收進來，因此，根據(jù)卡諾定理外部的低溫得到了很好的利用。熱力發(fā)動機，加熱系統(tǒng)和相關的閥門控制系統(tǒng)已被公開，例如DE 27 06 726 Al，DE 29 26 970 Al,DE 10 2007 023 295 Al,US 5，899， 177,DE 10 2007 0622 93 Al,DE 25282 45 A1,DE 41 34 404 A1,DE 24 05 033 A1,DE 102 39 403 A1,DE 100 83 635 A1,DE2035605 Al，DE 3429727 Al，DE 4024558 Al，DE 4302087 Al，DE 4340872 Al，DE 4418286Al, EP 1053393 Al, EP 1126153 A2, EP 1979601 Al, WO 1985001988 Al, WO 1993008390Al, WO 1996019649 Al, WO 2003046347 Al 以及 WO 2005003542 A8。熱量由內部燃燒提供。因此，原則上不需要熱量交換。但是，由于許多機械方面的原因，發(fā)動機需要冷卻，汽缸壁需要潤滑。缺點是開放式循環(huán)過程中廢氣的溫度相對較高，且大部分通過排氣裝置或者煙道無用的排出，造成熱量損失。如果是封閉式循環(huán)進程，熱交換機是必要的，熱交換機對溫度差起作用，具有限定的尺寸和較高的溫度的要求以及高品質的材料的要求，這些都是高效率的先決條件。因此，在一些熱循環(huán)進程中，如斯特林(Stirling)進程或者蘭金(Rankine)進程,或者各自的蒸汽發(fā)電工序，效率往往受熱交換機的材料的限制，熱交換機的材料通常為鋼制品。開放式熱循環(huán)中另外一個缺點是為了產(chǎn)生高壓，需要承擔大量的機械耗資。如果有外部的熱供應或者封閉進程，為了分別提供或者排出交換機內部的熱量，必須承擔就工藝設備方面相對較高的花費。然而，最后相對較高的效率還是能夠實現(xiàn)的。DE 2209791 A公開了一種往復雙活塞機式的熱力發(fā)動機，其包括氣缸，所述氣缸被活塞分成上下兩個腔體，新鮮的空氣經(jīng)下部腔體吸收并被預壓縮，同時，上部腔體作為含氧氣的熱氣體膨脹的空間。通過一個設置在氣缸外面的閥控制爐管，下部腔體和上部腔體相連通。在下部腔體，預壓縮氣體通過外部的熱源帶往爐管的高壓處，然后以循環(huán)的方式進入上部腔體。外部的燃燒器內連續(xù)的燃燒提供熱源。膨脹后，從上部腔體排出的氣體然后進入燃燒器中作為燃燒氣體，由此看來，DE 22 09 791 A中公開的熱力發(fā)動機實際上是利用外部燃燒來工作。此外，US 4333424 A公開了一種具有可逆壓縮機的內燃機。來自壓縮機的預壓縮空氣通過熱交換機，并且在熱交換機中被內燃機的燃燒的氣體加熱。為了燃燒在能量循環(huán)過程中提供的燃料，預壓縮的、且被加熱的空氣隨后進入氣缸-活塞單元的燃燒室內。汽缸-活塞單元中的廢氣在先于進入環(huán)境之前，經(jīng)過熱交換機。本發(fā)明的目的是將開式循環(huán)進程系統(tǒng)中的優(yōu)點和封閉循環(huán)進程中相對簡單的熱力發(fā)動機利用機器內部廢熱的優(yōu)點結合在一起。這個目的可以通過具有權利要求I所述的特征的熱壓縮發(fā)動機來實現(xiàn)。本發(fā)明中所述的熱壓縮發(fā)動機包括氣缸；活塞，所述的活塞可往復活動的設置在氣缸中，且將氣缸分為第一腔體和第二腔體；熱交換機，所述熱交換機至少具有一個連接第一腔體和第二腔體的風道；以及至少一個廢氣通道，所述的廢氣通道將第二腔體與外部環(huán)境相連接，其中，至少一個風道和至少一個廢氣通道相互之間具有熱交換；進氣裝置，通過所述的進氣裝置將第一空間和外部環(huán)境相連接；以及閥裝置，控制氣缸腔體和熱交換機通道的流入和流出。本發(fā)明所述的閥裝置通過特定的方法控制，下列循環(huán)連續(xù)進行，即 在第一個工作循環(huán)中，即熱壓縮循環(huán)中，第一腔體的體積被壓縮的過程中，第一腔體和第二腔體之間由至少一個風道連接，由此，第一腔體的氣體被擠壓到熱交換機，熱交換機中的熱氣體運送入第二腔體，經(jīng)過進氣裝置進入第一腔體的入流(inflow)和從第二腔體進入至少一個廢氣通道的出流(outflow)被阻斷。隨后，第二個循環(huán)，在第一腔體體積被壓縮的過程中，至少一個風道與第二腔體之間的連接是關閉的，被引進的燃料在第二腔體內燃燒，其中，第一空間的入流仍然被阻斷。第三個循環(huán)中，在第一腔體隨后的體積增大的過程中，第二腔體與廢氣通道的連接是打開的，以及第四個循環(huán)中，在第一腔體的體積進一步增大的過程中，經(jīng)過進氣裝置的入流空間的進氣管路是打開的，連接第一腔體和第二腔體的空氣管路是關閉的。這樣，就能得到很高的效率，在最大熱交換機溫度1000°C和內部最高溫度1700°C的情況下的模擬計算中，效率近似為70%。本發(fā)明的具體的優(yōu)選方案在從屬權利要求中詳細說明。對閥裝置進行控制，以至于活塞的每次往復運動中完成一個動力循環(huán)，燃料在第二腔體中燃燒。然后，還可能在第一循環(huán)和第二循環(huán)之間插入壓縮循環(huán)，活塞的往返運動的壓縮循環(huán)中，所有的閥都是保持關閉狀態(tài)的，第二腔體中燃料的燃燒開始于活塞的止點之后。這樣動力循環(huán)在活塞的往復的運動中實現(xiàn)，然而，由于第二腔體中的燃燒很快開始，較長的行程在動力循環(huán)中是可獲得的，例如，在活塞止點稍微之前或者之后，即第一腔體的最大體積和第二腔體的最小體積時。優(yōu)選，在第一腔體最小體積，在活塞止點位置時，第一腔體仍然保留有一定的剩余空間，這樣壓縮空氣作為氣體彈簧。根據(jù)更優(yōu)選的實施例，控制閥裝置，使得在第二個循環(huán)到第三個循環(huán)的過渡時，第二腔體到至少一個廢氣通道的連接在止點或者止點(第一腔體的最小體積時)之后打開，此時，第二腔體的壓力和經(jīng)熱交換機廢氣通道后的壓力相等。氣體排出時壓力損失保持的很低。根據(jù)更優(yōu)選的實施例，控制閥裝置，在第四個循環(huán)時，在氣缸中的活塞處于的某個特定的位置，第一腔體的壓力和相應的閥裝置前面的壓力是相等時，與進氣裝置的連接打開，氣體交換中的損失就避免了。閥裝置可以通過任意的設計實現(xiàn)控制，具體的，閥受軸或者凸輪的控制，進一步的，使用單獨控制磁力閥，根據(jù)優(yōu)選的實施例，使用滑閥。在具體的變形實施例中，第一滑閥控制第一腔體的氣流流入和流出，和/或第二滑閥控制第二腔體的氣流的流入和流出，這樣，結構就會很簡單。在進一步優(yōu)選的實施例，熱交換機固定連接到至少一個滑閥，熱交換機是可以沿氣缸可旋轉的設置。本例中，通過氣缸壁上和/或氣缸底部和/或氣缸蓋的相應開口的氣體交換受控于熱交換機相對于氣缸的旋轉位置。
根據(jù)本發(fā)明的進一步的優(yōu)選實施例，微處理器根據(jù)排出溫度的變化因素測量提供的燃料的量，即從第二腔體向熱交換機的至少一個廢氣通道排放時，廢氣的溫度。這樣可以進一步提聞效率。熱交換發(fā)生在廢氣一側。另外，熱交換機的由于過熱等造成的損壞就可以避免?？刂七M氣裝置的微處理器(amicroprocessor-controlled intake device)根據(jù)周圍恒壓的變化因素測量進入第一腔體的新鮮空氣的量，使得膨脹后的燃燒氣體與經(jīng)熱交換機后的具有相同的壓力。這樣，效率可以進一步提高，尤其是，廢氣的壓力得到了很好的利用，還有，運行中的噪音降到最低。根據(jù)本發(fā)明的進一步的優(yōu)選實施例，活塞連接活塞桿，冷卻通道貫通活塞和活塞桿，其中，冷卻通道從第一腔體區(qū)域內的開口延伸至第二腔體區(qū)域內的至少一個開口。另夕卜，冷卻通道上設置逆止閥，設置逆止閥防止從第二腔體回流到第一腔體。這樣活塞冷卻用簡單的方式獲得。優(yōu)選的，進入第二腔體的冷卻通道的至少一個開口朝向氣缸的內壁上，這樣氣缸也可以被冷卻。根據(jù)本發(fā)明的進一步的優(yōu)選實施例，為了冷卻氣缸，氣缸冷卻器以通道貫穿氣缸的護套的形式設置，這些冷卻通道連接第一腔體和第二腔體，在第一個工作循環(huán)中一部分氣流通過所述通道。優(yōu)選，氣流由閥裝置控制分配到至少一個風道。這樣可以達到顯著的冷卻效果，并且，廢熱在熱壓縮中被利用，這樣，效率可以進一步提高?；蛘?，貫穿氣缸的護套通道串聯(lián)形成至少一個風道，這樣，第一腔體流出的所有氣流通過氣缸冷卻器，氣流通過閥裝置控制分配到至少一個風道。因此，冷卻效果和廢熱的利用率進一步提聞。根據(jù)本發(fā)明的進一步的優(yōu)選實施例，，閥裝置和熱交換機設置在氣缸外周圍的徑向環(huán)形區(qū)域。這樣可以增加發(fā)動機的緊湊性。下面，借助附圖具體實例對本發(fā)明做更詳細的解釋說明，附圖如下圖I :本發(fā)明中最優(yōu)選的發(fā)動機的截面圖，圖2 :本發(fā)明中第一工作循環(huán)開始的示意圖，圖3 :本發(fā)明中第一工作循環(huán)結束的示意圖，圖4 :本發(fā)明中第二工作循環(huán)開始的示意圖，圖5 :本發(fā)明中第二工作循環(huán)結束的示意圖，圖6 :本發(fā)明中第三工作循環(huán)的示意圖，圖7 :本發(fā)明中第四工作循環(huán)的示意圖，圖8 :本發(fā)明中機軸在一個360度旋轉中閥的狀態(tài)，圖9 :本發(fā)明中活塞和氣缸表面的冷卻器的不意圖，

圖10 :本發(fā)明中第二腔體的壓力-體積關系圖，圖11 :本發(fā)明中第二腔體中第二腔體相對于第一腔體的壓力差-體積圖，圖12 :本發(fā)明中旋轉滑閥示意圖，圖13 :本發(fā)明中另一優(yōu)選的發(fā)動機的截面圖，圖14 :本發(fā)明中第一循環(huán)開始的示意圖，圖15 :本發(fā)明中第一循環(huán)結束的示意圖，
圖16 :本發(fā)明中壓縮循環(huán)開始的示意圖，圖17 :本發(fā)明中壓縮循環(huán)過程中的示意圖，圖18 :本發(fā)明中第二循環(huán)的示意圖，圖19 :本發(fā)明中第二循環(huán)結束的示意圖，圖20 :本發(fā)明中第三循環(huán)的示意圖，圖21 :本發(fā)明中第四循環(huán)的示意圖，圖22 :本發(fā)明中機軸在720度的旋轉中閥的狀態(tài)。如圖I所示的是本發(fā)明最優(yōu)選的實施例，熱壓縮發(fā)動機主要包括具有活塞7的氣缸1，活塞7在氣缸I中上下往復運動，活塞7朝向頂部的一端為隔熱的，帶有曲柄9的機軸2，機軸通過結合處與連桿8連接?；钊?通過活塞桿和十字頭10以及十字頭導軌11的引導做直線運動。氣缸I由上蓋14封閉，上蓋14的內部端是隔熱的，氣缸I由下蓋17封閉?；钊?將氣缸I的內部腔體分成第一腔體5和第二腔體6。這兩個腔體的體積隨著活塞的位置的移動發(fā)生變化。空氣進入第一腔體，在圖I中的氣缸下部腔體5、和空氣由第一腔體5移置于第二腔體，在圖I中的氣缸的上部腔體6，是由閥裝置控制。在第一實施例中，為達到上述目的，設置了較低的第一滑閥3a，具體的細節(jié)如圖12所示。第一滑閥3受機軸2的驅動。氣缸I的上部第二腔體6中廢氣的排出和接受來自熱交換機13的預加熱氣體由另外的閥裝置控制，在第一實施例中設置上部第二滑閥3b或者廢氣滑閥?；y3a和滑閥3b通過齒條、鏈條、傳動桿和齒輪的方式由機軸2驅動。適當?shù)尿寗邮枪?。機軸的旋轉并不一定是完全的滑閥旋轉。熱交換機13設置在滑閥3a和滑閥3b之間。熱交換機13的廢氣一側至少設置有一個連接第二腔體6和外部環(huán)境的廢氣通道13a，熱交換機13的空氣一側至少設置有一個連接第一腔體5和第二腔體6風道13b。為避免熱張力，熱交換機13并不是固定的連接在氣缸壁上，這樣還可以進一步防止滑閥3a和滑閥3b由于熱膨脹而“堵塞”(jammed)。在此，熱交換機13與滑閥3a和滑閥3b固定連接，且可旋轉的圍繞氣缸I設置。根據(jù)熱交換機13相對于氣缸I的旋轉的位置，氣體交換通過氣缸壁上適當?shù)拈_口 22控制，如果可以，還可以是氣缸I的底部17的或者上蓋14的開口 22。如圖9所不，活塞7連接活塞桿，冷卻通道19貫通活塞7和活塞桿，冷卻通道19從第一腔體5區(qū)域的開口 25延伸至第二腔體6區(qū)域的至少一個開口 26。并且，冷卻通道19上安裝有逆止閥18，逆止閥可以防止從第二腔體6倒流到第一腔體5。這樣，活塞7可以被冷卻。冷卻通道19上進入第二腔體6的的開口 26最好朝向氣缸7的內壁，這樣既可以冷卻氣缸I以及活塞7的引導區(qū)域。氣缸冷卻器4設置在氣缸I的周圍，氣缸I可以通過常用方法利用冷卻液進行冷卻，還可以利用在第一循環(huán)中從氣缸I的下部第一腔體5移走的部分或者全部空氣流進行冷卻。第一實施例的插圖中，氣缸的冷卻器4是由通道形成，所述通道通過氣缸I的護套、并連接第一腔體5和第二腔體6，在第一個循環(huán)中，從第一腔體5流出的一部分空氣流經(jīng)冷卻器4的通道，其中，冷卻通道的氣流通過閥裝置來控制流入到至少一個的風道13a。
或者，氣缸I護套的氣缸冷卻器的通道還可以構成熱交換機13的風道13a，或者，這些通道依次連接，便于第一腔體5的總空氣流被引導到氣缸冷卻器4，本發(fā)明的氣流通過閥裝置控制流入到至少一個風道13a。為看到緊湊的結構設計，這些閥裝置，或者本發(fā)明中的滑閥3a和3b和熱交換機13設置于氣缸外圓周的徑向環(huán)形空間內。如圖11所示的循環(huán)圖，圖中壓力差為Y-軸(上部第二腔體6與下部第一腔體5的壓力差)，下部第一腔體5的體積變量。如圖10所示，氣缸I的上部第二腔體6的壓力隨著上部第二腔體的體積變化圖?？刂茪飧譏的腔體5和6的入流和出流的閥裝置和熱交換機13的通道13a和13b上的閥裝置或者，滑閥3a和滑閥3b被控制，如此，在下面循環(huán)中連續(xù)執(zhí)行發(fā)動機的第一個循環(huán)從圖2開始到圖3不久結束；圖11中的點1—2?；钊?位于上部止點將要向下運動。上部的滑閥3b向熱交換機13的空氣一側(即至少一個風道13a)是打開的。下部的的滑閥3b向熱交換機13的空氣一側(即至少一個風道13a)是打開的?；钊?向下運動的過程中，在冷的較低空間的冷空氣，即第一腔體5被移走并推進熱交換機中。進而，熱的上部空間，即第二腔體6中的體積逐漸變大，熱交換機13中的熱空氣進入熱的上部空間，即第二腔體6。由于氣體被加熱，上部空間和下部空間，即第一腔體5和第二腔體6的壓力逐漸上升。當?shù)谝磺惑w5和第二腔體6的壓力相等時，在此循環(huán)中，機軸2不需要做功或者對機軸2做功，此過程只是克服摩擦力做功。這個循環(huán)也叫做熱壓縮循環(huán)，壓力的升高主要是因為溫度的升高，并不是因為體積的減小。循環(huán)中，燃料引入熱交換機的前方、熱交換機后或者進入燃燒室，要保證燃料不能自燃。第二個循環(huán)從圖4開始到圖5不久結束，即圖11中點2-3。在機軸轉過大概40度到90度以后，上部的空氣滑閥3b和下部的滑閥3a是關閉的。如果第一個循環(huán)中沒有引入燃料，引入燃料，。并且，燃料需由適當?shù)狞c火裝置(如火花塞，同奧托發(fā)動機的預噴射)點燃，或者燃料能夠自燃(如柴油發(fā)動機)。于是，由于活塞7向下運動，上部空間的熱氣體，即氣缸I的第二腔體6膨脹，下部空間的冷氣體，即氣缸I的第一腔體5被壓縮。當上部第二腔體6的壓力比下部第一腔體5的壓力非常大的時候，內部做功傳達給機軸。機軸轉到特定角度時，上部空間，即第二腔體6的壓力和下部空間，即第一腔體的壓力相等(圖11中的2b點)，從曲柄的這個角度開始，機軸要對外做功。然而壓縮功在第三個循環(huán)中又恢復。當?shù)竭_下止點時，下部空間，即氣缸I的第一腔體仍有剩余空間，剩余空間的大小由機械方面和熱力學方面決定。當上部空間，即第二腔體6的壓力等于熱交換機13和活塞過了下止點后或者活塞7在下止點是的壓力，上部的廢氣滑閥3b被控制、并朝著熱交換機13的廢氣一側打開。熱交換機13的廢氣一側，即至少一個廢氣通道13b的末端21向外界環(huán)境打開，或者，連接到廢氣收集器或者渦輪增壓器中。第三個循環(huán)，從圖5開始到圖6，即圖11中的點3-4。
第三個循環(huán)在下止點開始，或者是從活塞7的止點后開始。上部的廢氣滑閥3b向熱交換機13的廢氣一側是打開的，隨著活塞7向上運動，廢氣通過熱交換機13被排除。下部的滑閥3a是關閉的。下部空間的壓縮空氣，即氣缸第一腔體5中的壓縮空氣膨脹、且對機軸2做功。第四個循環(huán)，從圖7開始到圖2結束，即圖11中的點4-1。機軸轉過280度到320度時，氣缸下部的壓力等于外部環(huán)境的壓力或者入口處的壓力時，下部的滑閥3a朝向外部環(huán)境打開，并且從外部環(huán)境中吸入新鮮的空氣，即通過進氣裝置22，例如進氣口，直到到達上止點。同奧托(Otto)發(fā)動機和柴油發(fā)動機相類似，不必有確切的上止點。上部的廢氣滑閥3b仍然是向著熱交換機13的廢氣一側，即向至少一個廢氣通道13b打開。如圖8所示，為滑閥3a和3b的狀態(tài)。給出來的角度是機軸對應活塞7的位置的旋轉角度的近似值。這些角度可以通過熱力學和流體力學的計算優(yōu)化。在上述實施例中，每次機軸轉360度(2周)為一個動力循環(huán)。另一方面，下面參考另一種實施例進行解釋，在動力循環(huán)中，第一個循環(huán)后增加了壓縮的循環(huán)過程，即上述第二個循環(huán)緊隨其后。本發(fā)明在壓縮循環(huán)后，第二個循環(huán)可能會在機軸轉過180度后進行。在另一實施例中同樣的組件認為具有同樣的參比特征(reference characters)。如圖13所不,熱壓縮發(fā)動機的另一個實施例,包括氣缸I,氣缸I內的活塞7被引導著滑動運動?；钊?做往復運動，將氣缸I內的空間分為第一腔體5和第二腔體6。發(fā)動機還進一步包括至少連接一個風道13a和至少一個廢氣通道13b的熱交換機13。風道13a連接第一腔體5和第二腔體6。廢氣通道13b連接第二腔體6和外部環(huán)境。本發(fā)明的至少一個風道13a和至少一個廢氣通道13b交互分布，這樣可以實現(xiàn)熱量交換。本例中的插圖是反向流動的結構。反向流動和同向流動都是可以的，只是反向流動的效率是最聞的。另夕卜，設置進氣裝置22，通過進氣裝置連接第一腔體5和外界環(huán)境，來吸收新鮮空氣。熱壓縮發(fā)動機還包括閥裝置，用于控制氣缸腔體5和腔體6以及熱交換機13通道13a和3b的氣流的流入和流出的閥裝置以常規(guī)方式由參比特性(reference character) 3設置。在第一實施例中閥裝置3具體為滑閥。但是，其他類型的閥也是可以應用的，如機軸控制的推桿，或者單獨控制的電磁閥。圖14到圖21，閥裝置3被控制連續(xù)進行循環(huán)。閥裝置的各自的狀態(tài)如圖22所示。第一個工作循環(huán)中，即熱壓縮循環(huán)(如圖14、圖15)，第一腔體5的體積減小的過程中，第一腔體5和第二腔體6通過熱交換機13的至少一個風道13a連接。同時，新鮮空氣從進氣裝置22進入第一腔體5，從第二腔體6進入至少一個廢氣通道13b外流被阻斷。由于活塞的運動，第一腔體5內的氣體進入熱交換機13的至少一個風道13a。并且，被廢氣通道13b加熱的氣體從至少一個風道13a進入第二腔體6。風道13a的體積有足夠的尺寸，以便于為了熱壓縮有足夠熱量。在第一實施例中，第一循環(huán)完了后緊接著第二循環(huán)。本實施例中，插入了壓縮循環(huán)(參見圖16、圖17)，在此循環(huán)中活塞7做前后往復運動，所有的閥裝置3都是關閉的。動力循環(huán)的第二循環(huán)(參見圖18、圖19)緊隨而至，其中，當活塞I在止點之前一點或者止點稍微靠后一點燃料被點燃。開始燃燒可以發(fā)生在止點之前的大于10°至最大30°的范圍到止點之后的大于10°至最大40°的范圍。在第二腔體6膨脹過程中，即第一腔體5體積減小的過程中，至少一個風道13a到第二腔體6的連接是關閉的，第一腔體5的氣流的進入也被阻斷。第一腔體5被設置，這樣當活塞7到止點時，第一腔體5的體積最小時，如圖13，在下止點，還有一定的剩余空間，這里面的壓縮空氣可作為氣體彈簧。第二循環(huán)向第三循環(huán)轉換時，第二腔體6和廢氣通道13b的連接是打開的。優(yōu)選的，當活塞7到止點時，第一腔體的體積最小，即在圖13中，在下止點時，或者當?shù)诙惑w6的壓力等于熱交換機13后的壓力，且活塞7在下止點或下止點后。如圖20所示，在第三循環(huán)中，第一腔體5的體積連續(xù)增大過程中，只有第二腔體6和和廢氣通道13b之間連接是打開的。向第四循環(huán)轉換時，第一腔體5的壓力等于控制流入第一腔體5的閥裝置之前的壓力時，或者當活塞到達氣缸的某個特定位置時，新鮮的空氣被吸收進來。為了這個目的進氣裝置22的連接是打開的。第四循環(huán)中(參考圖21)，第一腔體5的體積進一步增大，新鮮的空氣被吸收到第一腔體5中。此時，第一腔體5和第二腔體6通過至少一個風道13連接的連接被阻斷。除此以外，第二實施例中的發(fā)動機可以根據(jù)第一實施例設置。在這兩個實施例中，為了提高效率，同時保護熱交換機免受高溫的損壞，通過燃料進入裝置進入的燃料的量由微處理器根據(jù)控制排出氣體的溫度控制。排出氣體的溫度例如可以在廢氣從第二腔體6流入熱交換機13的至少一個廢氣通道13b時通過傳感元件27測量。同時，通過由微處理器控制的進氣裝置22檢測進入第一腔體的新鮮空氣，以達到周圍恒定壓力的目的。即，例如膨脹后的燃燒氣體與熱交換機13以后的壓力具有同樣的壓力。上述熱壓縮發(fā)動機的效率比常規(guī)的開式循環(huán)過程發(fā)動機的效率提高了，因為廢氣的熱量得到了有效的利用。由于助燃空氣是通過熱交換機13首先沒有壓縮的推進，這樣在熱交換機13入口時，助燃空氣是冷的，所以很大的溫度梯度可以利用。冷空氣通過時只有很小的熱壓縮。由于熱交換機13冷的一側進入的是冷空氣，即至少一個風道13a，廢氣可以很大程度的冷卻。大量的廢熱的利用提高了效率。同這相比，汽輪機中使用回熱器，壓縮的熱空氣從回熱器通過，效率是較低的。發(fā)動機能夠處理工作介質，即可以將上部空間，即氣缸的第二腔體6中的熱空氣的壓力變?yōu)榕c外部環(huán)境的壓力一樣。在柴油發(fā)動機或者奧托循環(huán)發(fā)動機全負荷時，廢氣開始排出氣缸時的壓力比周圍環(huán)境中的壓力大很多。這些多出的壓力部分在渦輪增壓器中得到利用。在柴油發(fā)動機或者奧托循環(huán)發(fā)動機中沒有設置渦輪增壓器，這些能量就浪費了。名稱清單I、活塞2、機軸3a、入 口滑閥3b、出 口滑閥4、氣缸冷卻器5、第一腔體，即氣缸下部空間
6、第二腔體，即氣缸上部空間7、活塞8、連桿9、曲柄10、十字頭11、十字頭導軌13、熱交換機13a、風道 13b、廢氣通道14、絕緣上蓋15、點火裝置(假如活化點火發(fā)動機的燃料)16、燃料進入裝置17、底部18、逆止閥19、冷卻通道20、密封條/滑動條/活塞環(huán)21、從上部氣缸到熱交換機的熱側面的廢氣排出口22、從外部進入空氣的進氣裝置23、汽缸壁上的開孔24、從下部氣缸進去熱交換機冷側面的冷空氣25、圓孔或長孔26、朝向汽缸壁的開口，開口位于密封條/滑動條/活塞環(huán)上部27、傳感元件A、上止點B、上、下側滑閥關閉，燃料在頂部加入，S卩，點燃C、上部最大壓力差D、上部、下部壓力相等E、下止點F、氣缸下部空間空氣從外部、氣缸上部空間進入，燃氣排出，活塞向上運動G、冷空氣通過熱交換機從下部進入上部，上下部壓力相等H、點 HI、由于上部壓力大于下部壓力，活塞向下運動對機軸做功，做功區(qū)域B-C-D-BJ、由于下部壓力大于上部壓力，活塞向下運動，機軸對外做功，做工區(qū)域D-E-H-DK、由于下部壓力大于上部壓力，活塞向下運動，機軸對外做功，恢復壓縮，做功的區(qū)域F-H-E-F
權利要求
1.熱壓縮發(fā)動機，包括 氣缸⑴； 活塞(7)，所述的活塞可往復活動的設置在氣缸(I)內，并且將氣缸分成第一腔體(5)和第二腔體(6)； 熱交換機(13)，所述熱交換機(13)包括至少一個連接第一腔體(5)和第二腔體(6)的風道(13a)、至少一個連接第二腔體(6)和外部環(huán)境的廢氣通道(13b)，其中，至少一個風道(13a)和廢氣通道(13b)交互分布，能夠進行熱量交換； 進氣裝置(22)，通過進氣裝置連接第一腔體(5)和外界環(huán)境； 閥裝置(3，3a，3b)，所述閥裝置控制氣缸(I)腔體(5，6)、熱交換機(13)通道(13a，13b)的流入和流出，其中，在所述閥的控制下，下面的循環(huán)連續(xù)進行，即 第一循環(huán)中，即熱壓縮循環(huán)，在第一腔體(5)體積減小的過程中，第一腔體和第二腔體(6)通過至少一個風道(13a)連接，由此第一腔體(5)出來的氣體被排放到熱交換機(13)，熱交換機(13)出來的熱氣體被輸入到第二腔體(6)中，從進氣裝置(22)流入第一腔體(5)的入流和從第二腔體(6)流入至少一個廢氣通道(13b)的出流被阻斷， 接下來的第二循環(huán)中，在第一腔體(5)體積減小的過程中，至少一個風道(13a)和第二腔體(6)之間的連接是關閉的，引入的燃料在第二腔體(6)燃燒，其中第一腔體(5)的入流仍然被阻斷， 第三個循環(huán)中，在第一腔體(5)體積隨后增大過程中，只有第二腔體(6)和廢氣通道(13b)之間的連接是打開的， 第四個循環(huán)中，在第一腔體(5)體積進一步增大的過程中，通過進氣裝置(22)進入第一腔體的入流是打開的，同時，第一、二腔體(5，6)通過至少一個風道(13a)的連接被阻斷。
2.根據(jù)權利要求I所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于在第一循環(huán)和第二循環(huán)之間插入壓縮循環(huán)，在壓縮循環(huán)中，活塞(7)往復運動，所有的閥裝置(3，3a，3b)是保持關閉，燃燒發(fā)生在活塞止點或者止點前不久或者止點后不久。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于在活塞(7)的止點，第一腔體(5)體積最小時，第一腔體(5)仍有剩余的空間。
4.根據(jù)權利要求1-3任一所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于所述閥裝置(3，3a，3b)被控制，以至于在第二循環(huán)向第三循環(huán)轉換時，在止點或者止點之后，第一腔體(5)體積最小時，第二腔體(6)和至少一個廢氣通道(13b)之間的連接是打開的，第二腔體￠)的壓力等于熱交換機廢氣通道(13b)后的壓力。
5.根據(jù)權利要求1-4任一所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于所述閥裝置(3，3a，3b)被控制，使得第四循環(huán)中，當?shù)谝磺惑w(5)的壓力等于進氣裝置(22)前面的壓力時，與進氣裝置(22)連接開通。
6.根據(jù)權利要求1-5任一所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于所述閥裝置中至少有一組閥為滑閥(3a，3b)。
7.根據(jù)權利要求6所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于設置的第一滑閥(3a)控制第一腔體(5)的氣流的流入和流出，設置的第二滑閥(3b)控制第二腔體(6)的氣流的流入和流出。
8.根據(jù)權利要求7所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于熱交換機(13)和至少一個滑閥(3a, 3b)固定連接，且圍繞氣缸(I)旋轉的設置，通過氣缸壁上和/或氣缸底部和/或氣缸蓋的相應開口(22)的氣體交換受控于熱交換機(13)相對于氣缸(I)的旋轉位置。
9.根據(jù)權利要求1-8任一項所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于還包括微處理控制器，所述微處理器根據(jù)排出溫度的變化因素測量提供的燃料的量，即從第二腔體￠)向熱交換機(13)的至少一個廢氣通道(13b)排放時，廢氣的溫度。
10.根據(jù)權利要求1-9任一所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于還包括控制進氣裝置(22)的微處理器(a microprocessor-controlled intake device),所述微處理器根據(jù)周圍恒壓的變化因素測量進入第一腔體(5)的新鮮空氣的量，其中，進行測量，使得膨脹后的燃燒氣體與經(jīng)熱交換機(13)后的具有相同的壓力。
11.根據(jù)權利要求1-10任一項所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于所述的活塞(7)連接到活塞桿，冷卻通道(19)貫穿活塞(7)和活塞桿，其中，冷卻通道(19)從第一腔體(5)區(qū)域內的開口(25)延伸至第二腔體(6)區(qū)域內的至少一個開口(26)，冷卻通道(19)上設置逆止閥(18)，設置逆止閥(18)防止從第二腔體￠)回流到第一腔體(5)。
12.根據(jù)權利要求11所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于所述冷卻通道(19)進入第二腔體(6)至少一個開口(26)指向氣缸⑴的內壁。
13.根據(jù)權利要求1-12任一所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于氣缸冷卻器(4)以通道貫穿氣缸(I)的護套的形式設置，所述通道連接第一腔體(5)和第二腔體￠)，第一循環(huán)中第一腔體(5)中的一部分氣流通過所述通道，其中，氣流由閥裝置控制分配到至少一個風道(13a) ο
14.根據(jù)權利要求1-12任一所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于氣缸冷卻器(4)以通道貫穿氣缸(I)的護套的形式設置，所述通道連接第一腔體(5)和熱交換機(13)的風道(13a)，或者形成風道(13a)，其中，第一腔體(5)流出的所有氣流通過氣缸冷卻器(4)，氣流通過閥裝置控制分配到至少一個風道(13a)。
15.根據(jù)權利要求I所述的熱壓縮發(fā)動機，其特征在于所述的閥裝置(3，3a，3b)和熱交換機(13)設置在氣缸(I)外周圍的徑向環(huán)形區(qū)域。
全文摘要
一種熱壓縮發(fā)動機包括氣缸(1)，將氣缸(1)分成第一腔體(5)和第二腔體(6)的活塞(7)，包括至少一個聯(lián)通第一腔體(5)和第二腔體(6)的風道(13a)和至少一個聯(lián)通第二腔體(6)和外部環(huán)境的廢通道(13b)的熱交換機(13)，聯(lián)通第一腔體(5)和外部環(huán)境的進氣裝置(22)，在風道(13a)和廢氣通道(13b)控制第一腔體(5)和第二腔體(6)的氣流的流入流出的閥裝置(3，3a，3b)，第一循環(huán)中，熱壓縮過程中，第一腔體(5)和第二腔體(6)通過風道(13a)連接，第一腔體(5)內的氣體被擠壓到風道(13a)，熱交換機(13)中的熱空氣被擠壓到第二腔體(6)。第二循環(huán)中，進入第二腔體(6)的燃料燃燒。第三循環(huán)中，第一腔體(5)的體積逐漸增大，只有第二腔體(6)和廢氣通道(13b)之間的連接打開。第四循環(huán)中，第一腔體(5)的體積進一步增大，新鮮的空氣被吸進第一腔體(5)，第一腔體(5)和第二腔體(6)之間通過風道(13a)的連接被阻斷。這樣，具有高效率的熱力發(fā)動機便產(chǎn)生了。
文檔編號F02B75/00GK102985664SQ201180023787
公開日2013年3月20日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權日2010年5月12日
發(fā)明者克里斯汀·多伊布勒·馮·艾克海恩 申請人:克里斯汀·多伊布勒·馮·艾克海恩