一種高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器及其做功方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，在內(nèi)燃機(jī)缸蓋上的排氣道上設(shè)置氣化器，氣化器是在平行氣流方向設(shè)置氣化片，氣化片上設(shè)置氣孔，氣化器底部設(shè)有工質(zhì)入口，所述氣化片間隙分布，所述氣孔陣列分布在所述氣化片上，儲(chǔ)能腔設(shè)置在缸蓋上，氣化器連接儲(chǔ)能腔，儲(chǔ)能腔連接高壓氣閥，高壓氣閥設(shè)置在缸蓋上，處于氣缸體上方，所述儲(chǔ)能腔的體積比內(nèi)燃機(jī)氣缸體積為1：1-3。增加的做功行程使得氣缸體溫度得到降溫壓縮比高；因經(jīng)過冷卻器和儲(chǔ)液罐的過濾，排出的尾氣比現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)保；氣缸體溫度得到降溫后排出的尾氣經(jīng)過冷卻器和儲(chǔ)液罐過濾無噪音；增加了一次做功行程，熱能利用率提高20-95%；直接在排氣道上進(jìn)行熱能利用不需要散熱水箱。
【專利說明】-種高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器及其做功方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于熱能儲(chǔ)能動(dòng)力設(shè)備領(lǐng)域，尤其是儲(chǔ)存內(nèi)燃機(jī)本身做功高壓氣體熱能的 熱能動(dòng)力設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)工作循環(huán)是由進(jìn)氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程組成， 而四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)要完成一個(gè)工作循環(huán)，活塞在氣缸內(nèi)需要往返4個(gè)行程(即曲軸轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn))。四 沖程發(fā)動(dòng)機(jī)又分為四沖程氣油機(jī)和四沖程柴油機(jī)，兩者的主要區(qū)別是點(diǎn)火方式不同。氣油 機(jī)是火花塞點(diǎn)火，而柴油機(jī)是壓燃。
[0003] 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)屬于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，根據(jù)所用燃料種類的不同，分為氣油機(jī)、柴 油機(jī)和氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)三類。以氣油或柴油為燃料的活塞式內(nèi)燃機(jī)分別稱作氣油機(jī)或柴油 機(jī)。使用天然氣、液化石油氣和其他氣體燃料的活塞式內(nèi)燃機(jī)稱作氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。氣油 和柴油都是石油制品，是氣車發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)燃料。非石油燃料稱作代用燃料。燃用代用燃 料的發(fā)動(dòng)機(jī)稱作代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，如乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)、氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)、甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)等。
[0004] 從目前氣車所用發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡來看，用于動(dòng)力輸出的功率一般只占燃油燃燒總 熱量的30%-45%(柴油機(jī)）或20%-30%(氣油機(jī)）。以余熱形式排出車外的能量占燃燒總能 量的55%-70% (柴油機(jī)）或80%-70% (氣油機(jī)），主要包括循環(huán)冷卻水帶走的熱量和尾氣帶走 的熱量。下表為內(nèi)燃機(jī)的熱平衡表 l^F衡各分項(xiàng)％ I氣油機(jī)I高速柴油機(jī)I中速柴油機(jī) 熱平衡有效功的熱量 2(Γ30 30~40 35~45 務(wù)卻液帶走的熱量 20~25 ^1(Γ20 ^ 廢氣帶走的熱量 35~40 ^30~40 ^ 萁他熱損失 丨5~10丨5~10 |l(Tl5 一 氣油機(jī)是將空氣與氣油以一定的比例混合成良好的混合氣，在進(jìn)氣行程被吸入氣缸， 混合氣經(jīng)壓縮點(diǎn)火燃燒而產(chǎn)生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動(dòng)活塞作往復(fù)直 線運(yùn)動(dòng)，通過連桿、曲軸飛輪機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。四沖程氣油機(jī)在進(jìn)氣行程、壓縮行程、做 功行程和排氣行程內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)。
[0005] 進(jìn)氣行程活塞在曲軸的帶動(dòng)下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時(shí)進(jìn)氣門開啟，排氣門 關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°。在活塞移動(dòng)過程中，氣缸容積逐漸增大，氣缸內(nèi)氣體壓力從pr逐漸 降低到pa，氣缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和氣油的混合氣通過進(jìn)氣門被吸入氣缸，并在 氣缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在阻力，進(jìn)氣終點(diǎn)氣缸內(nèi)氣體壓力小 于大氣壓力0 P，即pa= (0.80?0.90) 0 p。進(jìn)入氣缸內(nèi)的可燃混合氣的溫度，由于進(jìn) 氣管、氣缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到 340 ?400K。
[0006] 壓縮行程壓縮行程時(shí)，進(jìn)、排氣門同時(shí)關(guān)閉?；钊麖南轮裹c(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸 轉(zhuǎn)動(dòng)180°?；钊弦茣r(shí)，工作容積逐漸縮小，缸內(nèi)混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到 達(dá)壓縮終點(diǎn)時(shí)，其壓力pc可達(dá)800?2 OOOkPa，溫度達(dá)600?750K。
[0007] 做功行程當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，由火花塞點(diǎn)燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出 大量的熱能，使氣缸內(nèi)氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力PZ達(dá)3 000?6 OOOkPa， 溫度TZ達(dá)2 200?2 800K。高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過曲柄 連桿機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。隨著活塞下移，氣缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達(dá) b點(diǎn)時(shí)，其壓力降至300?500kPa，溫度降至1 200?1 500K。在做功行程，進(jìn)氣門、排氣 門均關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°。
[0008] 排氣行程排氣行程時(shí)，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn) 動(dòng)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°。排氣門開啟時(shí)，燃燒后的廢氣一方面在氣缸內(nèi)外壓差作用下向缸外排 出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統(tǒng)的阻力作用，排氣終點(diǎn)r點(diǎn)的 壓力稍高于大氣壓力，即pr=(l. 05?1. 20)p0。排氣終點(diǎn)溫度Tr=900?1100K。活塞運(yùn)動(dòng) 到上止點(diǎn)時(shí)，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。
[0009] 四沖程柴油機(jī)和氣油機(jī)一樣，每個(gè)工作循環(huán)也是由進(jìn)氣行程、壓縮行程、做功行程 和排氣行程組成。由于柴油機(jī)以柴油作燃料，與氣油相比，柴油自燃溫度低、黏度大不易蒸 發(fā)，因而柴油機(jī)采用壓縮終點(diǎn)自燃著火，其工作過程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與氣油機(jī)有所不同. 進(jìn)氣行程進(jìn)入氣缸的工質(zhì)是純空氣。由于柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)阻力較小，進(jìn)氣終點(diǎn)壓力 pa= (0. 85?0. 95)p0,比氣油機(jī)高。進(jìn)氣終點(diǎn)溫度Ta=300?340K，比氣油機(jī)低。
[0010] 壓縮行程由于壓縮的工質(zhì)是純空氣，因此柴油機(jī)的壓縮比比氣油機(jī)高(一般為 ε=16?22)。壓縮終點(diǎn)的壓力為3 000?5 OOOkPa，壓縮終點(diǎn)的溫度為750?1 000K，大 大超過柴油的自燃溫度(約520K)。
[0011] 做功行程當(dāng)壓縮行程接近終了時(shí)，在高壓油泵作用下，將柴油以l〇MPa左右的 高壓通過噴油器噴入氣缸燃燒室中，在很短的時(shí)間內(nèi)與空氣混合后立即自行發(fā)火燃燒。氣 缸內(nèi)氣體的壓力急速上升，最高達(dá)5000?9000kPa，最高溫度達(dá)1800?2000K。由于柴油 機(jī)是靠壓縮自行著火燃燒，故稱柴油機(jī)為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0012] 排氣行程柴油機(jī)的排氣與氣油機(jī)基本相同，只是排氣溫度比氣油機(jī)低。一般 Tr=700?900K。對(duì)于單缸發(fā)動(dòng)機(jī)來說，其轉(zhuǎn)速不均勻，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不平穩(wěn)，振動(dòng)大。這是因 為四個(gè)行程中只有一個(gè)行程是做功的，其他三個(gè)行程是消耗動(dòng)力為做功做準(zhǔn)備的行程。為 了解決這個(gè)問題，飛輪必須具有足夠大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這樣又會(huì)導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和尺寸 增加。采用多缸發(fā)動(dòng)機(jī)可以彌補(bǔ)上述不足。現(xiàn)代氣車用多采用四缸、六缸和八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0013] 上述內(nèi)燃機(jī)的氣缸在做功后氣缸內(nèi)溫度高達(dá)1000K以上高溫，高溫氣體通過排氣 門排出，造成熱能的直接浪費(fèi)，氣缸內(nèi)壁、活塞頂、氣缸蓋、氣門燈部位的溫度較高，會(huì)影響 壓縮沖程的效率，故現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸上均設(shè)有冷卻散熱系統(tǒng)。
[0014] 發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的利用，目前發(fā)動(dòng)機(jī)有渦輪增壓，增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)候的壓力和 溫度都大大升高，因此發(fā)動(dòng)機(jī)壽命會(huì)比同樣排量沒有經(jīng)過增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)要短，而且機(jī)械性 能、潤滑性能都會(huì)受到影響，這樣也在一定程度上限制了渦輪增壓技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。
[0015] 尾氣余熱利用比較低；能量回收裝置要抗震動(dòng)和沖擊；尾氣余熱回收裝置不能影 響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作性能。目前關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱利用方式主要有以下幾種：廢氣渦輪 增壓就是借助廢氣中的一部分能量來提高內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣壓力進(jìn)而增加充氣量，以改善發(fā)動(dòng) 機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。目前相當(dāng)多的氣車發(fā)動(dòng)機(jī)都采用渦輪增壓的方式。但是這種方式只 能應(yīng)用廢氣中的部分能量，而且存在很難與發(fā)動(dòng)機(jī)的全工況進(jìn)行匹配等一些問題。 發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱利用發(fā)電主要有三種方法，即溫差發(fā)電、廢氣渦輪發(fā)電以及氟龍透平 發(fā)電。溫差發(fā)電主要是利用溫差發(fā)電材料進(jìn)行發(fā)電，但是由于熱電材料的能量轉(zhuǎn)換率較低 因而需要開發(fā)出轉(zhuǎn)換率較高的熱電轉(zhuǎn)換材料。廢氣渦輪發(fā)電就是利用廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪從而帶 動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，這種發(fā)電方式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有一定的影響要進(jìn)一步研究。 目前利用發(fā)電機(jī)尾氣余熱制冷主要是吸收式制冷和吸附式制冷。吸收式制冷原理是以 熱能為動(dòng)力來完成制冷循環(huán)的；吸附式制冷是利用某些固體物質(zhì)在一定溫度、壓力下能吸 附某種氣體或水蒸氣，在另一種溫度及壓力下又能把它釋放出來的特性來實(shí)現(xiàn)制冷。根 據(jù)目前國內(nèi)外關(guān)于發(fā)電機(jī)尾氣余熱利用的現(xiàn)狀，提出了 一種利用發(fā)電機(jī)尾氣余熱制暖以及 發(fā)電的思路。
[0016] 單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，它由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣缸蓋、機(jī)體、凸輪軸、進(jìn)氣 門、排氣門、氣門彈簧、曲軸齒形帶輪等組成，往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的工作腔稱作氣缸，氣缸內(nèi) 表面為圓柱形。在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端 則與曲軸相連，構(gòu)成曲柄連桿機(jī)構(gòu)?；钊跉飧變?nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，連桿推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，或者 相反。同時(shí)，氣缸的容積在不斷的由小變大，再由大變小，如此循環(huán)不已。氣缸的頂端用氣 缸蓋封閉。氣缸蓋上裝有進(jìn)氣門和排氣門。通過進(jìn)、排氣門的開閉實(shí)現(xiàn)向氣缸內(nèi)充氣和向 氣缸外排氣。進(jìn)、排氣門的開閉由凸輪軸驅(qū)動(dòng)。凸輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪驅(qū)動(dòng)。構(gòu) 成氣缸的零件稱作氣缸體，曲軸在曲軸箱內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017] 外燃機(jī)由于工質(zhì)不燃燒，外燃機(jī)避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的震爆做功問題，從而實(shí)現(xiàn)了 高效率、低噪音、低污染和低運(yùn)行成本。只要熱腔達(dá)到700°c，設(shè)備即可做功運(yùn)行，環(huán)境溫度 越低，發(fā)電效率越高。外燃機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是出力和效率不受海拔高度影響，非常適合于高海 拔地區(qū)使用。
[0018] 同時(shí)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)尚存在的主要問題和缺點(diǎn)是：制造成本較高，工質(zhì)密封技術(shù)較 難，密封件的可靠性和壽命還存在問題，材料成本高，功率調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)較復(fù)雜，機(jī)器較為 笨重；膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等的成本高，熱量損失是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的2-3 倍等。
[0019] 有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括泵、蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器等。集熱器吸收太陽輻 照，集熱器內(nèi)換熱介質(zhì)溫度升高，換熱介質(zhì)通過蒸發(fā)器把熱量傳給有機(jī)工質(zhì)。有機(jī)工質(zhì)在蒸 發(fā)器中定壓加熱，高壓的氣態(tài)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；膨脹機(jī)尾部 排出的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入冷凝器中定壓冷凝，冷凝器出口的有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過泵加壓后進(jìn)入蒸發(fā)器 完成一次發(fā)電循環(huán)。
[0020] 有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)存在轉(zhuǎn)換效率不高，體積大，需要借助結(jié)構(gòu)復(fù)雜的膨脹機(jī)做功。
[0021] 現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)噪音大，尤其是多缸大排量發(fā)動(dòng)機(jī)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 上述【背景技術(shù)】中的現(xiàn)有技術(shù)對(duì)尾氣的利用均是在氣缸的外面，需要配置完整的循 環(huán)系統(tǒng)，尾氣余熱利用比較低；能量回收裝置要抗震動(dòng)和沖擊；尾氣余熱回收裝置不能影 響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作性能；目前關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱利用方式主要有以下幾種：廢氣渦輪 增壓就是借助廢氣中的一部分能量來提高內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣壓力進(jìn)而增加充氣量，以改善發(fā)動(dòng) 機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；目前相當(dāng)多的氣車發(fā)動(dòng)機(jī)都采用渦輪增壓的方式；但是這種方式只 能應(yīng)用廢氣中的部分能量，而且存在很難與發(fā)動(dòng)機(jī)的全工況進(jìn)行匹配等一些問題。發(fā)動(dòng)機(jī) 尾氣余熱利用發(fā)電主要有三種方法，即溫差發(fā)電、廢氣渦輪發(fā)電以及氟龍透平發(fā)電。溫差發(fā) 電主要是利用溫差發(fā)電材料進(jìn)行發(fā)電，但是由于熱電材料的能量轉(zhuǎn)換率較低因而需要開發(fā) 出轉(zhuǎn)換率較高的熱電轉(zhuǎn)換材料。廢氣渦輪發(fā)電就是利用廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā) 電，這種發(fā)電方式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有一定的影響； 目前利用發(fā)電機(jī)尾氣余熱制冷主要是吸收式制冷和吸附式制冷。吸收式制冷原理是以 熱能為動(dòng)力來完成制冷循環(huán)的；吸附式制冷是利用某些固體物質(zhì)在一定溫度、壓力下能吸 附某種氣體或水蒸氣，在另一種溫度及壓力下又能把它釋放出來的特性來實(shí)現(xiàn)制冷；根據(jù) 目前國內(nèi)外關(guān)于發(fā)電機(jī)尾氣余熱利用的現(xiàn)狀，提出了一種利用發(fā)電機(jī)尾氣余熱制暖以及發(fā) 電的思路。
[0023] 本發(fā)明有效利用了內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)本身具有高溫高壓，氣缸需要散熱和排氣的技術(shù) 特點(diǎn)，充分利用內(nèi)燃機(jī)本身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱量利用，使做功產(chǎn)生的熱能二次被利用產(chǎn)生機(jī)械 能；克服了外燃機(jī)存在的膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等的成本高，熱量損失是 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的2-3倍等問題；克服了有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)需要膨脹機(jī)或氣輪機(jī)，制造成本高 的技術(shù)難題；克服了內(nèi)燃機(jī)本身熱能利用率低的問題。
[0024] 本發(fā)明提供了一種熱能轉(zhuǎn)換效率高、工質(zhì)能循環(huán)使用、氣缸內(nèi)做功產(chǎn)生的熱能能 再次轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、尾氣環(huán)保的高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器。
[0025] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，其特征是：在內(nèi)燃機(jī)缸 蓋上的排氣道上設(shè)置氣化器，氣化器是在平行氣流方向設(shè)置氣化片，氣化片上設(shè)置氣孔，氣 化器底部設(shè)有工質(zhì)入口，所述氣化片間隙分布，所述氣孔陣列分布在所述氣化片上，儲(chǔ)能腔 設(shè)置在缸蓋上，氣化器連接儲(chǔ)能腔，儲(chǔ)能腔連接高壓氣閥，高壓氣閥設(shè)置在缸蓋上，處于氣 缸體上方；所述儲(chǔ)能腔的體積比內(nèi)燃機(jī)氣缸體積為1 :1_3,儲(chǔ)能腔內(nèi)的壓力是做功時(shí)產(chǎn)生 的壓力大小；氣化器長L比氣化器寬W比排氣道直徑R為3:3:1 ;內(nèi)燃機(jī)外層包裹保溫層。
[0026] 進(jìn)一步，所述氣化器設(shè)有至少一層氣化片。
[0027] 進(jìn)一步，所述間隙分布的氣化片間隙距離為1.2-6mm。
[0028] 進(jìn)一步，所述氣化片上下兩層氣化片的氣孔在同一軸線上。
[0029] 進(jìn)一步，所述氣化器設(shè)有三層間隙分布的氣化片。
[0030] 進(jìn)一步，所述三層間隙分布的氣化片間隙距離為1. 5-3. 5mm。
[0031] 進(jìn)一步，所述氣孔大小設(shè)置是，上一層氣化片上的氣孔是相鄰下一層氣化片上的 氣孔直徑一倍。
[0032] 進(jìn)一步，所述第一層氣化片上的氣孔是第二層氣化片上的氣孔直徑一倍；第二層 氣化片上的氣孔是第三層氣化片上的氣孔直徑一倍。
[0033] 進(jìn)一步，所述第一層氣化片上的氣孔直徑為0. 8_14mm ;所述第二層氣化片上的氣 孔直徑為〇. 4-7mm ;所述第三層氣化片上的氣孔直徑為0. 2-3. 5mm。
[0034] 進(jìn)一步，所述氣化片的厚度為〇· 2_6mm。
[0035] 進(jìn)一步，所述內(nèi)燃機(jī)氣缸體與氣化片均是金屬導(dǎo)熱材料制成。
[0036] 進(jìn)一步，所述內(nèi)燃機(jī)氣缸體包裹保溫層不設(shè)冷卻循環(huán)裝置。
[0037] 上述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器做功方法是：在現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)做功或排氣步驟后，增加 由氣化器和儲(chǔ)能腔構(gòu)成的噴高壓氣體工質(zhì)做功行程和排氣行程；現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后，高溫 高壓氣體經(jīng)過設(shè)置在排氣道的氣化器，壓力泵把做功工質(zhì)注入到氣化器底部的工質(zhì)入口， 工質(zhì)瞬間被氣化產(chǎn)生高壓氣體流入到儲(chǔ)能腔，待活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，高壓氣閥打開，儲(chǔ)能腔 內(nèi)的高壓氣體噴射高壓氣體工質(zhì)，推動(dòng)活塞再次做功，再次做功后關(guān)閉高壓氣閥，做功工質(zhì) 通過排氣道排出，排出的做功工質(zhì)經(jīng)過冷卻器冷卻后流入儲(chǔ)液罐，剩余尾氣經(jīng)過儲(chǔ)液罐上 的排氣口排出。
[0038] 如上述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器六沖程的做功方法是：六沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)工作循環(huán) 是由進(jìn)氣行程、壓縮行程、做功行程、排氣行程、噴氣做功行程和排氣行程組成，六沖程發(fā)動(dòng) 機(jī)要完成一個(gè)工作循環(huán)，活塞在氣缸內(nèi)需要往返六個(gè)行程，即曲軸轉(zhuǎn)三轉(zhuǎn)。
[0039] 如上述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器做功方法中的內(nèi)燃機(jī)可以是氣油機(jī)、柴油機(jī)或代用 燃料發(fā)動(dòng)機(jī)；可以是二沖程、四沖程、六沖程及其他沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)增加噴氣做功行程。
[0040] 現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)是燃料壓縮膨脹做功，大量燃燒產(chǎn)生的熱能通過尾氣排出，本發(fā)明內(nèi) 燃機(jī)做功后排出的氣體經(jīng)過氣化器上的氣化片，氣化片吸收尾氣45%-99%的熱能加熱做功 工質(zhì)，尾氣熱能被吸收后，尾氣溫度得到降低，內(nèi)燃機(jī)包裹保溫層使溫度恒定，有效利用了 熱能，同時(shí)不影響內(nèi)燃機(jī)本身工作的情況下，增加了一次做功行程。
[0041] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：增加的做功行程使得氣缸體溫度得到降溫，壓縮比高；因經(jīng)過 冷卻器和儲(chǔ)液罐的過濾，排出的尾氣比現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)保；氣缸體溫度得到降溫后排出的尾 氣經(jīng)過冷卻器和儲(chǔ)液罐過濾無噪音；增加了一次做功行程，熱能利用率提高20-95% ;直接 在排氣道上進(jìn)行熱能利用，不需要散熱水箱。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042] 圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是本發(fā)明氣化器剖視圖，箭頭表示尾氣流向 圖3是本發(fā)明氣化片示意圖a 圖4是本發(fā)明氣化片示意圖b 圖5是本發(fā)明氣化片示意圖c 圖6是本發(fā)明實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖 圖中1-氣缸體2-活塞3-活塞環(huán)4-連桿5-曲軸6-進(jìn)氣道7-進(jìn)氣門8-排氣道 9_氣化器10-儲(chǔ)能腔11-冷卻器12-儲(chǔ)液罐13-排氣口 14-工質(zhì)入口 15-做功工質(zhì) 16-壓力泵17-管道18-缸蓋19-高壓氣閥20-排氣門21-燃燒室22-氣化片23-氣 孔。

【具體實(shí)施方式】
[0043] 參照附圖，更詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0044] 實(shí)施例1 一種高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，包括氣缸體1、活塞2、活塞環(huán)3、連桿4、曲軸5、進(jìn)氣道6、 進(jìn)氣門7、排氣道8、缸蓋18、排氣門20和燃燒室21 ;氣缸體1內(nèi)設(shè)有燃燒室21和活塞2， 活塞2上設(shè)有活塞環(huán)3,活塞2活動(dòng)連接連桿4,連桿4連接曲軸5,氣缸體1上部設(shè)有缸蓋 18,缸蓋18上設(shè)有進(jìn)氣道6、排氣道8,進(jìn)氣道6設(shè)有進(jìn)氣門7,排氣道8設(shè)有排氣門20 ;還 包括氣化器9、儲(chǔ)能腔10、冷卻器11、儲(chǔ)液罐12、排氣口 13、工質(zhì)入口 14、做功工質(zhì)15、壓力 泵16、管道17和高壓氣閥19,氣化器9由氣化片22和設(shè)置在氣化片22上氣孔23組成；在 內(nèi)燃機(jī)缸蓋18上的排氣道8上設(shè)置氣化器9,氣化器9是在平行氣流方向設(shè)置氣化片22， 氣化片22上設(shè)置氣孔23,氣化器9底部設(shè)有工質(zhì)入口 14,所述氣化片22間隙分布，所述氣 孔23陣列分布在所述氣化片22上，儲(chǔ)能腔10設(shè)置在缸蓋18上，氣化器9連接儲(chǔ)能腔10， 儲(chǔ)能腔10連接高壓氣閥19,高壓氣閥19設(shè)置在缸蓋18上，處于氣缸體1上方；排氣道8通 過管道17連接冷卻器11，冷卻器13通過管道17連接的儲(chǔ)液罐12,儲(chǔ)液罐12通過管道17 連接的壓力泵16,壓力泵16通過管道17連接工質(zhì)入口 14,儲(chǔ)液罐12上設(shè)有排氣口 13,做 功工質(zhì)15至于儲(chǔ)液罐12內(nèi)，儲(chǔ)液罐12內(nèi)的管道17延伸至底部；所述儲(chǔ)能腔10的體積比 內(nèi)燃機(jī)氣缸體積為1 :1. 3,優(yōu)選所述儲(chǔ)能腔10的體積比內(nèi)燃機(jī)氣缸體積為1 :1. 5,再優(yōu)選 所述儲(chǔ)能腔10的體積比內(nèi)燃機(jī)氣缸體積為1 :2,更優(yōu)選所述儲(chǔ)能腔10的體積比內(nèi)燃機(jī)氣 缸體積為1 :3,儲(chǔ)能腔10內(nèi)的壓力是做功時(shí)產(chǎn)生的壓力大?。粴饣鏖L比氣化器寬比排氣 道直徑為3:3:1。
[0045] 實(shí)施例2 如實(shí)施例1中的高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，在氣缸體1位置增加排氣閥24,排氣閥24連 接冷卻器13,高壓氣閥19噴氣做功后，開啟排氣閥24排氣；氣化片導(dǎo)熱系數(shù)大于300 W/ m · K ;高壓氣閥19和排氣閥24由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制或氣車電子控制器（ECU)進(jìn)行控制。
[0046] 實(shí)施例3 上述實(shí)施例1或2中所述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，所述氣化片22的間隙距離根據(jù)氣化 片的層數(shù)和厚度決定；氣化片22設(shè)置的間隙距離越大，氣化片22的厚度設(shè)置越厚，氣孔23 設(shè)置的直徑越大，氣化片22設(shè)置的層數(shù)越少；氣化片22設(shè)置的間隙距離越小，氣化片22的 厚度設(shè)置越薄，氣孔23設(shè)置的直徑越小，氣化片22設(shè)置的層數(shù)越多；所述間隙分布的氣化 片22與氣化片22上的氣孔23交錯(cuò)分布；優(yōu)選所述內(nèi)燃機(jī)氣缸上止點(diǎn)設(shè)有三層間隙分布的 氣化片22 ;所述三層間隙分布的氣化片22間隙距離為1. 5mm或1. 8mm或2mm或2. 5mm或 2. 8mm或3mm或3. 6mm或3. 5mm ;所述氣孔大小設(shè)置是，下一層氣化片上的氣孔是相鄰上一 層氣化片上的氣孔直徑一半；所述第二層氣化片上的氣孔是第一層氣化片上的氣孔直徑一 半；第三層氣化片上的氣孔是第二層氣化片上的氣孔直徑一半；更優(yōu)選所述第一層氣化片 上的氣孔直徑為〇. 8mm或1. 2mm或1. 6mm或2mm或3. 2mm或4mm或4. 8mm或6mm或7. 2mm 或8mm或10mm或12mm或14mm ;所述第二層氣化片上的氣孔直徑為0· 4mm或0· 6mm或0· 8mm 或1mm或1. 6mm或2mm或2. 4mm或3mm或3. 6mm或4mm或5mm或6mm或7mm ;所述第三層氣 化片上的氣孔直徑為〇. 2mm或0. 3mm或0. 4mm或0. 5mm或0. 8mm或1mm或1. 2mm或1. 5mm 或1. 8mm或2mm或2. 5mm或3mm或3. 5mm ;所述氣化片的厚度為0· 4mm或0· 6mm或0· 8mm或 1mm或1. 6mm或2mm或2. 4mm或3mm或3. 6mm或4mm或5mm或6mm ;所述內(nèi)燃機(jī)氣缸與氣化 片均是金屬導(dǎo)熱材料制成，其導(dǎo)熱系數(shù)大于300 W/m · K，優(yōu)選金、銀、銅制成的合金。
[0047] 實(shí)施例4 如實(shí)施例1或2或3中所述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，能制造成單缸、兩缸、多缸發(fā)動(dòng)機(jī)， 做功工質(zhì)不同，熱能利用效率不同，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能根據(jù)需要設(shè)計(jì)在汽油機(jī)、柴油機(jī)、替代 燃?xì)鈾C(jī)中使用。
【權(quán)利要求】
1. 一種高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，其特征是：在內(nèi)燃機(jī)缸蓋上的排氣道上設(shè)置氣化器， 氣化器是在平行氣流方向設(shè)置氣化片，氣化片上設(shè)置氣孔，氣化器底部設(shè)有工質(zhì)入口，所述 氣化片間隙分布，所述氣孔陣列分布在所述氣化片上，儲(chǔ)能腔設(shè)置在缸蓋上，氣化器連接儲(chǔ) 能腔，儲(chǔ)能腔連接高壓氣閥，高壓氣閥設(shè)置在缸蓋上，處于氣缸體上方；所述儲(chǔ)能腔的體積 比內(nèi)燃機(jī)氣缸體積為1 :1_3,儲(chǔ)能腔內(nèi)的壓力是做功時(shí)產(chǎn)生的壓力大小；氣化器長L比氣化 器寬W比排氣道直徑R為3:3:1 ;內(nèi)燃機(jī)外層包裹保溫層。
2. 如權(quán)利要求1所述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，其特征是：所述儲(chǔ)能腔的體積大小是內(nèi) 燃機(jī)氣缸體積的1-3倍，儲(chǔ)能腔內(nèi)的壓力是做功時(shí)產(chǎn)生的壓力大小。
3. 如權(quán)利要求1所述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，其特征是：所述氣化器設(shè)有至少一層氣 化片。
4. 如權(quán)利要求1所述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，其特征是：所述間隙分布的氣化片間隙 距離為1. 2-6mm。
5. 如權(quán)利要求1所述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，其特征是：所述氣化片上下兩層氣化片 的氣孔在同一軸線上；所述氣化器設(shè)有三層間隙分布的氣化片；所述三層間隙分布的氣化 片間隙距離為1. 5-3. 5mm。
6. 如權(quán)利要求1所述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，其特征是：所述氣孔大小設(shè)置是，上一 層氣化片上的氣孔是相鄰下一層氣化片上的氣孔直徑一倍；所述第一層氣化片上的氣孔是 第二層氣化片上的氣孔直徑一倍；第二層氣化片上的氣孔是第三層氣化片上的氣孔直徑一 倍。
7. 如權(quán)利要求1所述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器，其特征是：所述第一層氣化片上的氣孔 直徑為0. 8-14mm ;所述第二層氣化片上的氣孔直徑為0. 4-7mm ;所述第三層氣化片上的氣 孔直徑為〇. 2-3. 5mm ;所述氣化片的厚度為0. 2-6mm ;所述內(nèi)燃機(jī)氣缸體與氣化片均是金屬 導(dǎo)熱材料制成；所述內(nèi)燃機(jī)氣缸體包裹保溫層不設(shè)冷卻循環(huán)裝置。
8. 如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器做功方法是：在現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)做功 或排氣步驟后，增加由氣化器和儲(chǔ)能腔構(gòu)成的噴高壓氣體工質(zhì)做功行程和排氣行程；現(xiàn)有 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后，高溫高壓氣體經(jīng)過設(shè)置在排氣道的氣化器，壓力泵把做功工質(zhì)注入到氣化 器底部的工質(zhì)入口，工質(zhì)瞬間被氣化產(chǎn)生高壓氣體流入到儲(chǔ)能腔，待活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，高 壓氣閥打開，儲(chǔ)能腔內(nèi)的高壓氣體噴射高壓氣體工質(zhì)，推動(dòng)活塞再次做功，再次做功后關(guān)閉 高壓氣閥，做功工質(zhì)通過排氣道排出，排出的做功工質(zhì)經(jīng)過冷卻器冷卻后流入儲(chǔ)液罐，剩余 尾氣經(jīng)過儲(chǔ)液罐上的排氣口排出。
9. 如權(quán)利要求8所述高壓儲(chǔ)能熱能動(dòng)力機(jī)器做功方法，其特征是：六沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè) 工作循環(huán)是由進(jìn)氣行程、壓縮行程、做功行程、排氣行程、噴氣做功行程和排氣行程組成，六 沖程發(fā)動(dòng)機(jī)要完成一個(gè)工作循環(huán)，活塞在氣缸內(nèi)需要往返六個(gè)行程，即曲軸轉(zhuǎn)三轉(zhuǎn)；所述做 功方法中的內(nèi)燃機(jī)可以是氣油機(jī)、柴油機(jī)或代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)；可以是二沖程、四沖程、六沖 程及其他沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)增加噴氣做功行程。
【文檔編號(hào)】F02B41/02GK104100365SQ201410314051
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】郭遠(yuǎn)軍 申請(qǐng)人:郭遠(yuǎn)軍