CN100535427C - 一种多功能多冲程动力机装置 - Google Patents

Abstract

一种多功能多冲程动力机装置及其用途，在现有6冲程内燃机内增设氢气发生转化器，高温蒸气通过金属置换、催化反应的化学反应过程或电解过程、贮氢剂释放过程的多种物理化学过程来得到氢气新能源；并使6冲程增加喷入氢气的燃爆冲程，以及压缩氢气燃后的水汽排出冲程，达到8冲程；通过改进气缸缸体，设置光学电池结构，依靠燃油、氢气等燃爆光学效应，产生光电转换，补充电能源供应。用途包括用于汽油内燃机、柴油内燃机及多能源燃料内燃机，特别是曲轴驱动凸轮开关气门的内燃机或者消除曲轴与凸轮轴机械装置为阀门提供独立电动电控系统的新型内燃机。

Description

一种多功能多冲程动力机装置

涉及领域  本发明涉及内燃机技术领域，确切而言为一种多功能多冲程动力机装置及其用途，是对现有内燃机技术的显著改进。

背景技术

能源技术及其动力机技术，是人类发展史上始终持续始终重视的科技领域，当前，面临后石油时代，改进现有的内燃机技术，使之适应新时代的多能源来源、多功能要求和节能环保的高新标准，更是发明创造的重大课题。

中国专利申请CN200510044165.X，公开了一种六冲程节油内燃发动机，涉及现有内燃发动机的高压油油泵、喷油咀、冷却循环管路、活塞、活塞缸，其特征在于在缸盖上设两个喷咀，一个喷油咀、一个喷水咀，在发动机一边安装一个高压水泵，喷油咀的进油管接高压油泵出口，喷水咀的进水管接高压水泵的出口，高压水泵进水管接水箱的出口，改变油咀的喷油角度，改变排气角度，增加喷水角度，使活塞产生六个冲程，即三个冲程后增加一个气门开放排气冲程，增加一个喷水汽化作功冲程，增加一个排汽冲程排汽。

美国人Bruce Crower的最新研究成果与此类似，也是一台6冲程发动机，比普通的4冲程发动机多出两个冲程。普通的四冲程发动机把3/4的能量以热能的形式散发掉了。Crower的发动机则利用了部分散发的热能去制造蒸汽以回收部分本来会损失的能量。在普通四冲程发动机的“进气-压缩-燃烧做功-排气”四个冲程之后，第五个冲程开始的时候，把水喷进炽热的气缸里面，水马上就变成了温度高达816度的蒸汽，体积急剧膨胀1600倍，同时气缸内压强急剧增大，推动活塞再次做功——如此一来，每6个冲程中就出现2个做功冲程，而消耗的燃油却没有变化。到了第6个冲程，发动机把水蒸气排放到一个冷却器，水蒸气在那里重新变成水。根据Bruce Crower的计算，这台Steam-o-Lene发动机能比传统的四冲程发动机效率提高40％。如果是柴油机的话，还可以再提高5％。

发明内容

本发明是对上述六冲程内燃机的进一步改进。

本发明的特点之一，首先在于为上述六冲程内燃机增加了新的能源来源之一，即氢气能源，这种氢气能源是依靠本发明增设的氢气发生转化器及贮氢器来实现的，是通过第6冲程排出的高温蒸气进入氢气发生转化器通过化学反应或电解等物化过程来得到。

本发明的另一特点，在于为上述6冲程内燃机增加了新的2个冲程，即喷入氢气的燃爆膨胀做功冲程以及活塞压缩氢气燃后水汽排出冷凝的冲程。即使本发明动力机达到8冲程。氢气燃烧或爆炸的做功功能及燃后只产出水的环保功能都是十分突出的。理论上水-氢-水过程是质量平衡的，实际上只要少量补水即可。

本发明的再一特点，在于为上述6冲程内燃机增加了又一种新的能源来源，即光学发电功能。是对现有内燃机功能的重要改进，使之附加上光电转换功能，通过改进气缸缸体，在缸体内壁上设置光学电池结构，再在光学电池结构之上，附加隔热耐高温透明的玻璃类保护层，依靠燃油、氢气等在缸体的燃爆光学效应，使光学电池产生光电转换，产出的电流可引入发电蓄电结构，补充能源供应来源，如供给电解产氢过程。

本发明首先涉及一种多功能多冲程动力机装置，涉及现有的汽缸内喷水产汽做功的六冲程节油内燃发动机，其特征在于：

一、增设氢气发生转化器及贮氢罐，通过第6冲程排出的高温蒸气进入氢气发生转化器或贮氢罐，通过金属置换、催化反应的化学反应过程或电解过程、贮氢剂释放过程得到氢气新能源；并使6冲程内燃机增加喷入氢气的燃爆膨胀做功冲程，以及活塞压缩氢气燃后的水汽排出产氢冷凝的冲程，即使动力机达到8冲程；或通过将氢气及燃油同时喷入气缸燃爆做功而维持六冲程；

二、改进内燃机功能，附加光电转换功能，增加新的电能源；通过在缸体内壁上设置由无机耐高温绝缘透明材料封装的光学电池结构，再在光学电池结构之上，附加一层或多层隔热耐高温高强度高透明的玻璃类保护层，依靠燃油、氢气在缸体的燃爆光学效应，使光学电池产生光电转换，产出的电流引出缸体引入附设的曲轴传动发电机及蓄电结构，或补充电能源供应，或供给电解产氢过程；

三、装置主体结构构成包括：

喷油嘴1、喷水嘴2、氢气喷嘴3、气门4、缸盖5、排气管6、缸体7、热蒸汽管8、氢气发生转化器9、缸体光电转换结构10、氢气管11、冷凝水管12、活塞13、曲轴14、曲轴传动发电机及蓄电结构15、水箱16、贮氢罐17、曲轴传动或电传动的高压氢气泵18、曲轴传动或电传动的高压水泵19、曲轴传动或电传动的高压油泵20。

其中：缸盖5上的喷油嘴1与高压油泵20通过油路管道相连接，喷水嘴2与高压水泵19通过水路管道相连接，氢气喷嘴3与高压氢气泵18通过氢气管道相连接，缸盖5上有两个气门4，排气管6在缸体7的一侧，热蒸汽管8上部与缸体7排气出口及排气管6相连接；下部与氢气发生转化器9相连接，氢气发生转化器9上部是氢气产出出口，通过氢气管11与贮氢罐17、高压氢气泵18相连接；下部是冷凝水出口通过冷凝水管12与水箱16、高压水泵19相连接，缸体7之内是光电转换结构10，缸体7之内还有活塞13、曲轴14，光电转换结构10的光电输出端引出缸体7，与曲轴传动发电机及蓄电结构15相连接。

按照本发明所述的装置，其优选特征在于；

本装置8冲程工作过程为：

1、进气；2、压缩；3、喷油燃烧作功；4、排气压缩；5、喷水汽化作功；6、排汽压缩-产氢；7、喷氢燃爆作功；8、排汽压缩-产氢；完成8个冲程，实现三个作功冲程，两个高温蒸汽的排汽产氢过程；

本装置6冲程工作过程为：

1、进气；2、压缩；3、喷氢喷油燃爆作功；4、排气压缩；5、喷水汽化作功；6、排汽压缩-产氢；

完成6个冲程，实现二个作功冲程，一个高温蒸汽的排汽产氢过程。

按照本发明所述的装置，其优选特征在于；

氢气发生转化器的主体结构包括；

氢气发生转化器9-1、氢气管出口9-2、过滤段层9-3、贮氢剂释氢段层9-4、置换或催化反应发生氢气段层9-5、电解水产氢气段层9-6、电解氧气管出口9-7，电解电源9-8、冷凝水电解器9-9、电解电极9-10、冷凝水管出口9-11、电解氢气管路9-12、热蒸汽管进口9-13；

其中，热蒸汽自热蒸汽管进口9-13进入氢气发生转化器9-1的电解水产氢气段层9-6，通过电解水产氢气段层9-6上部的筛孔板先进入置换催化反应发生氢气段层9-5，经金属的置换或催化剂的催化反应产生氢气，同余下的热蒸汽上升至贮氢剂释氢段层9-4，经加热贮氢剂，使其释出氢气，经置换或催化反应产生的氢气及经加热贮氢剂释出的氢气一同上升至过滤段层9-3进行过滤净化，而各段层冷凝析出的冷凝水，均经过电解水产氢气段层9-6上部的筛孔板而进入冷凝水电解器9-9中，通过本装置发电机及蓄电结构提供的电解电源9-8连接电解电极9-10进行水的电解，电解的氧气通过电解氧气管出口9-7输往本装置配气系统增加进气供氧以优化燃料燃烧，或排空；电解的氢气则通过电解氢气管路9-12也进入过滤段层9-3进行过滤净化，最后，三部分过滤后氢气汇合通过氢气管出口9-2输往本装置贮氢罐及或高压氢气泵，作为本装置的氢气燃料来源输往氢气喷嘴。

按照本发明所述的装置，其优选特征在于；

本装置缸体光电转换结构主体构成包括：

缸体光电转换结构10：在缸体7内壁上设置无机耐高温绝缘透明封装材料10-2，无机耐高温绝缘透明封装材料10-2内部是封装的光电池膜板构件10-3及与光电池膜板构件10-3相互连接的金属导电栅极10-4，无机耐高温绝缘透明封装材料10-2外壁附加一层或多层隔热耐高温高强度高透明玻璃类保护层10-5，光电输出端子10-6穿过无机耐高温绝缘透明封装材料10-2连接金属导电栅极10-4并引出缸体7引入发电机及蓄电结构15。

作为本发明的优选特征之一，是不增加2个新的冲程——即喷入氢气的燃爆膨胀做功冲程，以及活塞压缩氢气燃后的水汽排出冷凝的冲程；依然维持原有的六个冲程，只是把第六冲程后产生的氢气与燃油同时混合喷入汽缸作为第三冲程，然后燃爆；这样，在维持六冲程的条件下，依然可以提高动力功率，或达到原有功率时可降低燃油消耗。

气门配气相位和气门升程电子控制系统、可变气门驱动技术和均质充量压缩燃烧技术等技术的开发推广，使得新型内燃机它们的进气口和排气阀不再由与活塞相连接的机械装置来驱动。在现有的内燃机里，活塞带动机轴以驱动与之相连的凸轮轴打开和关闭阀门，从而使空气和废气顺利进入和排出汽缸。新技术消除了机轴与凸轮轴相连的机械装置，它为阀门提供了一套独立的控制系统。由于阀门的计时不再受到活塞运动的限制，它们可以使柴油、汽油以及可替代燃料(如氢气和乙醇等生物燃料)的燃烧变得更有效率。

本发明装置的特点还在于，既可以是针对现有的活塞带动曲轴以驱动与之相连的凸轮轴打开和关闭气体阀门的内燃机改进类型的多功能多冲程动力机装置，也可以是适应于消除了曲轴与凸轮轴相连的机械装置为阀门提供独立电传动电子控制系统的新型内燃机类型的多功能多冲程动力机装置。

本发明还涉及一种多功能多冲程动力机装置的用途；特征在于包括用于汽油内燃机、柴油内燃机及多能源燃料内燃机，特别是曲轴驱动凸轮开关气门的内燃机或者消除曲轴与凸轮轴机械装置为阀门提供独立电动电控系统的新型内燃机；汽车、火车及舰船用动力机，以及发电、排灌等各种传动、传质、传能的工业、农业、商业、军民两用动力机装置。

附图的说明

附图1为本发明一种多功能多冲程动力机装置的总体结构示意图；

1喷油嘴、2喷水嘴、3喷氢气嘴、4气门、5缸盖、6排气管、7缸体、8热蒸汽管、9氢气发生转化器、10光电转换结构、11氢气管、12冷凝水管、13活塞、14曲轴、15曲轴传动发电机及蓄电结构、16水箱、17贮氢罐、18曲轴或电传动高压氢气泵、19曲轴或电传动高压水泵、20曲轴或电传动高压油泵。

附图2为本发明装置8冲程的冲程流程示意图；

本发明装置8冲程工作过程为：

1、进气；2、压缩；3、喷油燃烧作功；4、排气压缩；5、喷水汽化作功；6、排汽压缩-产氢；7、喷氢燃爆作功；8、排汽压缩-产氢。完成8个冲程，实现三个作功冲程，两个高温蒸汽的排汽产氢过程。

附图3为本发明装置6冲程的冲程流程示意图；

本发明装置6冲程工作过程为：

1、进气；2、压缩；3、喷氢喷油燃爆作功；4、排气压缩；5、喷水汽化作功；6、排汽压缩-产氢。

完成6个冲程，实现二个作功冲程，一个高温蒸汽的排汽产氢过程。

附图4为本发明装置中氢气发生转化器的主体结构示意图；

9-1氢气发生转化器、9-2氢气管出口、9-3过滤段层、9-4贮氢剂释氢段层、9-5置换或催化反应发生氢气段层、9-6电解水产氢气段层、9-7电解氧气管出口，9-8电解电源、9-9冷凝水电解器、9-10电解电极、9-11冷凝水管出口、9-12电解氢气管路、9-13热蒸汽管进口。

其中，第六冲程水汽化产生的热蒸汽自热蒸汽管进口9-13进入氢气发生转化器9-1的电解水产氢气段层9-6，通过9-6上部的筛孔板先进入置换催化反应发生氢气段层9-5，经金属等的置换或氧化铝加镓等催化剂的催化反应产生氢气，同余下的热蒸汽上升至贮氢剂释氢段层9-4，经加热硼氢化锂等贮氢剂，使其释出氢气，经置换或催化反应产生的氢气及经加热贮氢剂释出的氢气一同上升至过滤段层9-3进行过滤净化，而各段层冷凝析出的冷凝水，均经过电解水产氢气段层9-6上部的筛孔板而进入冷凝水电解器9-9中，通过本装置发电或蓄电结构提供的电解电源9-8连接电极9-10进行水的电解，电解的氧气通过电解氧气管出口9-7可输往本装置配气系统增加进气供氧以优化燃料燃烧，或排空；电解的氢气则通过电解氢气管路9-12也进入过滤段层9-3进行过滤净化，最后，三部分过滤后氢气汇合通过氢气管出口9-2输往本装置贮氢罐及或高压氢气泵，作为本装置的氢气燃料来源输往氢气喷嘴。

附图5，为本发明装置缸体光电转换结构主体示意图：

本装置缸体光电转换结构主体构成包括：

10缸体光电转换结构、10-1活塞、10-2无机耐高温绝缘透明封装材料、10-3光电池膜板构件、10-4金属导电栅极、10-5一层或多层隔热耐高温高强度高透明玻璃类保护层、10-6光电输出端子。

具体实施方式

实施例1

结合附图2；附图3；附图4；附图5，以附图1为主，对本发明装置的结构构成、连接关系及8冲程等工作过程作实施方式说明：

首先缸盖5上的喷油嘴1与高压油泵20通过油路管道相连接，喷水嘴2与高压水泵19通过水路管道相连接，本发明增设的氢气喷嘴3与增设的高压氢气泵18通过氢气管道相连接，然后是两个气门4，排气管6在缸体7的一侧，热蒸汽管8上部与缸体7排气出口及排气管6相连接；下部与氢气发生转化器9相连接，氢气发生转化器9内采用电解水产氢气段层、氧化铝加镓等催化剂催化反应发生氢气段层、硼氢化锂等贮氢剂释氢段层三段式并用模式，氢气发生转化器9上部是氢气产出出口，通过氢气管11与贮氢罐17、高压氢气泵18相连接；下部是冷凝水出口通过冷凝水管12与水箱16、高压水泵19相连接，缸体7之内是增设的光电转换结构10，其中光电池膜板构件采用单晶硅构件，封装材料为水玻璃高温固化透明材料，附加2层隔热耐高温高强度高透明的氧化硅玻璃类保护层；缸体7之内还有活塞13、曲轴14，光电转换结构10的光电输出端引出缸体7，与附设的曲轴传动发电机及蓄电结构15相连接。

本发明装置8冲程工作过程为：

1、进气；2、压缩；3、喷油燃烧作功；4、排气压缩；5、喷水汽化作功；6、排汽压缩-产氢；7、喷氢燃爆作功；8、排汽压缩-产氢。完成8个冲程，实现三个作功冲程，两个高温蒸汽的排汽产氢过程。

本实施例装置的用途，包括用于汽油内燃机、柴油内燃机及多能源燃料内燃机，特别是曲轴驱动凸轮开关气门的内燃机或者消除曲轴与凸轮轴机械装置为阀门提供独立电动电控系统的新型内燃机；汽车、火车及舰船用动力机，以及发电、排灌等各种传动、传质、传能的工业、农业、商业、军民两用动力机装置。

实施例2

结合附图4；附图5，以附图1、附图3为主，对本发明装置的结构构成连接关系及6冲程等工作过程作实施方式说明：

首先缸盖5上的喷油嘴1与高压油泵20相连接，喷水嘴2与高压水泵19相连接，喷氢气嘴3与高压氢气泵18相连接，然后是两个气门4，排气管6在缸体7的一侧，热蒸汽管8上部与缸体7排气出口及排气管6相连接；下部与氢气发生转化器9相连接，氢气发生转化器9内采用电解水产氢气段层、氧化铝加镓等催化剂催化反应发生氢气段层二段式并用模式，氢气发生转化器9上部是氢气产出出口，通过氢气管11与贮氢罐17高压氢气泵18相连接；下部是冷凝水出口通过冷凝水管12与水箱16高压水泵19相连接，缸体7之内是光电转换结构10，其中光电池膜板构件采用多晶硅构件，封装材料为水玻璃高温固化透明材料，附加2层隔热耐高温高强度高透明的氧化硅玻璃类保护层；缸体7内有活塞13、曲轴14，光电转换结构10的光电输出端与附设的曲轴传动发电机及蓄电结构15相连接。

本发明装置6冲程工作过程为：

1、进气；2、压缩；3、喷氢喷油燃爆作功；4、排气压缩；5、喷水汽化作功；6、排汽压缩-产氢。

完成6个冲程，实现二个作功冲程，一个高温蒸汽的排汽产氢过程。

本实施例装置的用途，包括用于汽油内燃机、柴油内燃机及多能源燃料内燃机，特别是曲轴驱动凸轮开关气门的内燃机或者消除曲轴与凸轮轴机械装置为阀门提供独立电动电控系统的新型内燃机；汽车、火车及舰船用动力机，以及发电、排灌等各种传动、传质、传能的工业、农业、商业、军民两用动力机装置。

Claims (3)

1、一种多功能多冲程动力机装置，涉及汽缸内喷水产汽做功的六冲程节油内燃发动机，其特征在于：

一、增设氢气发生转化器及贮氢器，通过第6冲程排出的高温蒸气进入氢气发生转化器或贮氢器，通过金属置换、催化反应的化学反应过程或电解过程、贮氢剂释放过程得到氢气新能源；并使6冲程内燃机增加喷入氢气的燃爆膨胀做功冲程，以及活塞压缩氢气燃后的水汽排出产氢冷凝的冲程，即使动力机达到8冲程，其工作过程为：

1、进气；2、压缩；3、喷油燃烧作功；4、排气压缩；5、喷水汽化作功；6、排汽压缩-产氢；7、喷氢燃爆作功；8、排汽压缩-产氢；完成8个冲程，实现三个作功冲程，两个高温蒸汽的排汽产氢过程；

或通过将氢气及燃油同时喷入气缸燃爆做功而维持六冲程，其工作过程为：

1、进气；2、压缩；3、喷氢喷油燃爆作功；4、排气压缩；5、喷水汽化作功；6、排汽压缩-产氢；完成6个冲程，实现二个作功冲程，一个高温蒸汽的排汽产氢过程；

二、改进内燃机功能，附加光电转换功能，增加新的电能源，通过增设缸体光电转换结构来实现；缸体光电转换结构包括：在缸体内壁上设置由无机耐高温绝缘透明材料封装的光学电池结构，再在光学电池结构之上，附加一层或多层隔热耐高温高强度高透明的玻璃类保护层，依靠燃油、氢气在缸体的燃爆光学效应，使光学电池产生光电转换，产出的电流引出缸体引入附设的曲轴传动发电机及蓄电结构，或补充电能源供应，或供给电解产氢过程；

三、装置主体结构构成包括：

喷油嘴(1)、喷水嘴(2)、氢气喷嘴(3)、气门(4)、缸盖(5)、排气管(6)、缸体(7)、热蒸汽管(8)、氢气发生转化器(9)、缸体光电转换结构(10)、氢气管(11)、冷凝水管(12)、活塞(13)、曲轴(14)、曲轴传动发电机及蓄电结构(15)、水箱(16)、贮氢罐(17)、曲轴传动或电传动的高压氢气泵(18)、曲轴传动或电传动的高压水泵(19)、曲轴传动或电传动的高压油泵(20)；

其中：缸盖(5)上的喷油嘴(1)与高压油泵(20)通过油路管道相连接，喷水嘴(2)与高压水泵(19)通过水路管道相连接，氢气喷嘴(3)与高压氢气泵(18)通过氢气管道相连接，缸盖(5)上有两个气门(4)，排气管(6)在缸体(7)的一侧，热蒸汽管(8)上部与缸体(7)排气出口及排气管(6)相连接；热蒸汽管(8)下部与氢气发生转化器(9)相连接，氢气发生转化器(9)上部是氢气产出出口，通过氢气管(11)与贮氢罐(17)、高压氢气泵(18)相连接；氢气发生转化器(9)下部是冷凝水出口通过冷凝水管(12)与水箱(16)、高压水泵(19)相连接，缸体(7)之内是光电转换结构(10)，缸体(7)之内还有活塞(13)、曲轴(14)，光电转换结构(10)的光电输出端引出缸体(7)，与曲轴传动发电机及蓄电结构(15)相连接。

2、按照权利要求1所述的装置，其特征在于；

氢气发生转化器的主体结构包括；

氢气发生转化器(9-1)、氢气管出口(9-2)、过滤段层(9-3)、贮氢剂释氢段层(9-4)、置换或催化反应发生氢气段层(9-5)、电解水产氢气段层(9-6)、电解氧气管出口(9-7)，电解电源(9-8)、冷凝水电解器(9-9)、电解电极(9-10)、冷凝水管出口(9-11)、电解氢气管路(9-12)、热蒸汽管进口(9-13)；

其中，热蒸汽自热蒸汽管进口(9-13)进入氢气发生转化器(9-1)的电解水产氢气段层(9-6)，通过电解水产氢气段层(9-6)上部的筛孔板先进入置换催化反应发生氢气段层(9-5)，经金属的置换或催化剂的催化反应产生氢气，同余下的热蒸汽上升至贮氢剂释氢段层(9-4)，经加热贮氢剂，使其释出氢气，经置换或催化反应产生的氢气及经加热贮氢剂释出的氢气一同上升至过滤段层(9-3)进行过滤净化，而各段层冷凝析出的冷凝水，均经过电解水产氢气段层(9-6)上部的筛孔板而进入冷凝水电解器(9-9)中，通过本装置曲轴传动发电机及蓄电结构提供的电解电源(9-8)连接电解电极(9-10)进行水的电解，电解的氧气通过电解氧气管出口(9-7)输往本装置配气系统增加进气供氧以优化燃料燃烧，或排空；电解的氢气则通过电解氢气管路(9-12)也进入过滤段层(9-3)进行过滤净化，最后，三部分过滤后氢气汇合通过氢气管出口(9-2)输往本装置贮氢罐及或高压氢气泵，作为本装置的氢气燃料来源输往氢气喷嘴。

3、按照权利要求1所述的装置，其特征在于；

所述的缸体光电转换结构主体构成包括：

缸体光电转换结构(10)：在缸体(7)内壁上设置无机耐高温绝缘透明材料(10-2)，无机耐高温绝缘透明材料(10-2)内部是封装的光学电池结构(10-3)及与光学电池结构(10-3)相互连接的金属导电栅极(10-4)，无机耐高温绝缘透明材料(10-2)外壁附加一层或多层隔热耐高温高强度高透明玻璃类保护层(10-5)，光电输出端子(10-6)穿过无机耐高温绝缘透明材料(10-2)连接金属导电栅极(10-4)并引出缸体(7)引入曲轴传动发电机及蓄电结构(15)，所述光学电池结构是光电池模板构件。

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