深度膨脹內(nèi)燃機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱能與動(dòng)力領(lǐng)域，尤其涉及一種深度膨脹內(nèi)燃機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣缸活塞機(jī)構(gòu)式內(nèi)燃機(jī)，例如往復(fù)活塞式汽油機(jī)、柴油機(jī)以及旋轉(zhuǎn)活塞式汽油機(jī)、柴油機(jī)等都具有壓縮過程中的容積變化量和燃燒爆炸沖程(即膨脹過程)中的容積變化量相同的基本屬性。這一屬性不可避免的造成了膨脹終了的缸內(nèi)壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壓縮沖程開始時(shí)的缸內(nèi)壓力，這種工況實(shí)質(zhì)上使膨脹不徹底，進(jìn)而嚴(yán)重影響這類發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。因此，如果能夠發(fā)明一種發(fā)動(dòng)機(jī)，使膨脹過程的最大容積大于壓縮過程開始時(shí)的容積，就可以大幅度地提高這類發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下:
[0004]方案1:一種深度膨脹內(nèi)燃機(jī)，包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)和容積型膨脹機(jī)構(gòu)，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸內(nèi)設(shè)置燃燒室，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)按照吸氣沖程-壓縮沖程-爆炸做功沖程-排氣沖程四沖程模式工作或按照進(jìn)氣掃氣壓縮沖程和爆炸做功沖程二沖程模式工作，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的排氣口與所述容積型膨脹機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通。
[0005]方案2:在方案I的基礎(chǔ)上，使所述容積型膨脹機(jī)構(gòu)的動(dòng)力軸與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的動(dòng)力軸共軸設(shè)置或聯(lián)動(dòng)設(shè)置。
[0006]方案3:在方案I的基礎(chǔ)上，所述深度膨脹內(nèi)燃機(jī)還包括容積型壓縮機(jī)構(gòu)，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣口與所述容積型壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口連通。
[0007]方案4:在方案3的基礎(chǔ)上，所述容積型膨脹機(jī)構(gòu)和所述容積型壓縮機(jī)構(gòu)共軸設(shè)置或聯(lián)動(dòng)設(shè)置。
[0008]方案5:在方案3的基礎(chǔ)上，所述容積型壓縮機(jī)構(gòu)與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)共軸設(shè)置或聯(lián)動(dòng)設(shè)置。
[0009]方案6:在方案I至5中任一方案的基礎(chǔ)上，所述容積型膨脹機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口的體積流量與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的排量之比在I和3之間。
[0010]方案7:在方案I至6中任一方案的基礎(chǔ)上，所述容積型膨脹機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口與速度型膨脹機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通。
[0011]方案8:在方案I至7中任一方案的基礎(chǔ)上，所述容積型膨脹機(jī)構(gòu)設(shè)為往復(fù)活塞機(jī)構(gòu)、滑片式膨脹機(jī)、偏心轉(zhuǎn)子膨脹機(jī)、液環(huán)式膨脹機(jī)、羅茨式膨脹機(jī)、螺桿式膨脹機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式膨脹機(jī)、滾動(dòng)活塞式膨脹機(jī)、擺動(dòng)轉(zhuǎn)子式膨脹機(jī)、單工作腔滑片式膨脹機(jī)、雙工作腔滑片式膨脹機(jī)、貫穿滑片式膨脹機(jī)、齒輪膨脹機(jī)或設(shè)為轉(zhuǎn)缸滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)。
[0012]方案9:在方案I至8中任一方案的基礎(chǔ)上，所述容積型膨脹機(jī)構(gòu)設(shè)為多級(jí)容積型膨脹機(jī)構(gòu)。
[0013]方案10:—種深度膨脹內(nèi)燃機(jī)，包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)和變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸內(nèi)設(shè)置燃燒室，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)按照吸氣沖程-壓縮沖程-爆炸做功沖程-排氣沖程四沖程模式工作或按照進(jìn)氣掃氣壓縮沖程和爆炸做功沖程二沖程模式工作，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的排氣口與所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通。
[0014]方案11:在方案10的基礎(chǔ)上，使所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)的動(dòng)力軸與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的動(dòng)力軸共軸設(shè)置或聯(lián)動(dòng)設(shè)置。
[0015]方案12:在方案10的基礎(chǔ)上，使所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)對(duì)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)經(jīng)變速機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)設(shè)置。
[0016]方案13:在方案10的基礎(chǔ)上，所述深度膨脹內(nèi)燃機(jī)還包括容積型壓縮機(jī)構(gòu)，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣口與所述容積型壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口連通。
[0017]方案14:在方案13的基礎(chǔ)上，使所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)和所述容積型壓縮機(jī)構(gòu)共軸設(shè)置或聯(lián)動(dòng)設(shè)置。
[0018]方案15:在方案13的基礎(chǔ)上，使所述容積型壓縮機(jī)構(gòu)與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)共軸設(shè)置或聯(lián)動(dòng)設(shè)置。
[0019]方案16:在方案10至方案15中任一方案的基礎(chǔ)上，使所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口的體積流量與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的排量之比在I和3之間、在I和2.9之間、在I和2.8之間、在I和2.7之間、在I和2.6之間、在I和2.5之間、在I和2.4之間、在I和2.3之間、在I和2.2之間、在I和2.1之間、在I和2.0之間、在I和1.9之間、在I和1.8之間、在I和1.7之間、在I和1.6之間、在I和1.5之間、在I和1.4之間、在I和1.3之間、在I和1.2之間或在I和1.1之間。
[0020]方案17:在方案10至方案15中任一方案的基礎(chǔ)上，使所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口的體積流量與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的體積流量之比在I和3之間、在I和2.9之間、在I和2.8之間、在I和2.7之間、在I和2.6之間、在I和2.5之間、在I和2.4之間、在I和2.3之間、在I和2.2之間、在I和2.1之間、在I和2.0之間、在I和1.9之間、在I和1.8之間、在I和1.7之間、在I和1.6之間、在I和1.5之間、在I和1.4之間、在I和
1.3之間、在I和1.2之間或在I和1.1之間。
[0021]方案18:在方案10至方案17中任一方案的基礎(chǔ)上，調(diào)整所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)的體積流量，使所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的排氣口與所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口的連通通道內(nèi)的氣體壓力大于所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣道內(nèi)的氣體壓力的1.5倍以上、1.6倍以上、1.7倍以上、1.8倍以上、1.9倍以上、2.0倍以上、2.1倍以上、2.2倍以上、2.3倍以上、
2.4倍以上、2.5倍以上、2.6倍以上、2.7倍以上、2.8倍以上、2.9倍以上或3.0倍以上。
[0022]方案19:在方案10至方案18中任一方案的基礎(chǔ)上，使所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口與速度型膨脹機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通。
[0023]方案20:在方案10至方案19中任一方案的基礎(chǔ)上，使所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)設(shè)為滑片式膨脹機(jī)、偏心轉(zhuǎn)子膨脹機(jī)、液環(huán)式膨脹機(jī)、羅茨式膨脹機(jī)、螺桿式膨脹機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式膨脹機(jī)、滾動(dòng)活塞式膨脹機(jī)、擺動(dòng)轉(zhuǎn)子式膨脹機(jī)、單工作腔滑片式膨脹機(jī)、雙工作腔滑片式膨脹機(jī)、貫穿滑片式膨脹機(jī)、齒輪膨脹機(jī)或設(shè)為轉(zhuǎn)缸滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)。
[0024]方案21:在方案10至方案20中任一方案的基礎(chǔ)上，使所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)設(shè)為多級(jí)變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)。
[0025]方案22:在方案I至方案20中任一方案的基礎(chǔ)上，使所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)設(shè)為多級(jí)變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)，調(diào)整相鄰兩個(gè)所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)之間的相位使此兩個(gè)相鄰所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)中在任一時(shí)刻至少有一個(gè)所述變界容積型膨脹機(jī)構(gòu)的流體入口和流體出口處于非連通狀態(tài)。
[0026]方案23:—種深度膨脹內(nèi)燃機(jī)，包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)和速度型膨脹機(jī)構(gòu)，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸內(nèi)設(shè)置燃燒室，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)按照吸氣沖程-壓縮沖程-爆炸做功沖程-排氣沖程四沖程模式工作或按照進(jìn)氣掃氣壓縮沖程和爆炸做功沖程二沖程模式工作，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣體入口與葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)出口連通，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口與透平的工質(zhì)入口連通，所述速度型膨脹機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述透平的工質(zhì)入口之間。
[0027]方案24:在方案23的基礎(chǔ)上，使所述速度型膨脹機(jī)構(gòu)的動(dòng)力軸與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的動(dòng)力軸共軸設(shè)置或聯(lián)動(dòng)設(shè)置。
[0028]方案25:在方案24的基礎(chǔ)上，使所述速度型膨脹機(jī)構(gòu)對(duì)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)經(jīng)變速機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)設(shè)置。
[0029]本發(fā)明人認(rèn)為渦輪增壓技術(shù)或機(jī)械增壓技術(shù)僅僅是解決了氣缸活塞機(jī)構(gòu)工質(zhì)循環(huán)量的問題，即渦輪增壓技術(shù)和機(jī)械增壓技術(shù)提高了氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)循環(huán)量，即空氣循環(huán)量，這樣可大幅度地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的體積功率，進(jìn)而也間接地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，但是由于渦輪增壓系統(tǒng)除了提高進(jìn)氣壓力外，并不對(duì)外輸出功率，因此，渦輪增壓系統(tǒng)并不能解決氣缸活塞機(jī)構(gòu)式發(fā)動(dòng)機(jī)所存在的膨脹不足的問題。在很多情況下，帶渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)都將連通氣缸活塞機(jī)構(gòu)排氣口和渦輪工質(zhì)入口之間的連通通道的壓力降低到大幅度低于燃燒爆炸沖程完了時(shí)氣缸內(nèi)的工質(zhì)的壓力，進(jìn)而試圖通過減少氣缸排氣過程的負(fù)功達(dá)到提高效率的目的，但是，本發(fā)明人經(jīng)過詳細(xì)分析認(rèn)為這種降低排氣壓力的做法嚴(yán)重浪費(fèi)了做功沖程完了后具有相當(dāng)壓力(一般三到五個(gè)大氣壓，甚至更高)的缸內(nèi)氣體工質(zhì)的做功能力也就嚴(yán)重降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率(假設(shè)燃燒爆炸沖程終了時(shí)的缸內(nèi)氣體的壓力為P，體積為V，溫度為T，這一部分氣體膨脹到一個(gè)大氣壓時(shí)的做功能力與T成正比，而在發(fā)動(dòng)機(jī)中，T 一般為1000K左右，因此，具有相當(dāng)?shù)淖龉δ芰Α缀跛腥硕颊J(rèn)為如果我們將內(nèi)燃機(jī)的排氣道的壓力(在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中也稱之為渦前壓力)降低會(huì)減少排氣沖程的負(fù)功，然而，這是完全錯(cuò)誤的。減壓會(huì)完全犧牲壓力為P，體積為V，溫度為T的工質(zhì)的做功能力，不減壓在排氣過程中雖然確有負(fù)功產(chǎn)生，但是壓力為P，體積為V，溫度為T的工質(zhì)的做功能力不僅是其本身的做功能力，而且還要額外增加相當(dāng)于以壓力P放出體積V的液體的功。換句話說，在維持燃燒爆炸沖程終了時(shí)的缸內(nèi)壓力為P的氣體的壓力下排氣所需要的負(fù)功不僅完