CN1017740B

CN1017740B - 一种六冲程绝热发动机装置

Info

Publication number: CN1017740B
Application number: CN87102463A
Authority: CN
Inventors: 陈国华
Original assignee: Huazhong College Of Technology
Current assignee: Huazhong College Of Technology
Priority date: 1987-03-30
Filing date: 1987-03-30
Publication date: 1992-08-05
Also published as: CN87102463A

Abstract

本发明公开一种六冲程复合循环绝热发动机。该发动机的燃烧室即是高温燃油——空气循环的燃烧室，又是朗肯循环蒸汽膨胀作功的气缸，它是一种耐热合金——空气间隙式的绝热燃烧室，装置还包括废热锅炉、涡轮及涡轮增压器等主要部件。本发明最显著的效果是可以明显降低燃烧室温度。

Description

本发明属内燃机。

现有的内燃机如柴油机、汽油机均为四冲程或两冲程发动机，其有效热效率较低，一般为35%左右，60%以上的热量由冷却水和排出的废气带走。联合循环绝热发动机是现代热效率较高而又可以燃用多种燃料的联合动力装置（汽车工程师协会论文集《绝热发动机的过去、现在和将来的发展》《THE ADIABATIC ENGINE：PAST，PRESENT AND FUTURE DEVELOPMENTS》，SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS，INC，1985）。上述联合动力装置主要由一个四冲程柴油增压机和一燃气轮机（动力涡轮）或一朗肯循环蒸汽轮机组成。在柴油机的燃烧室内表面喷镀一层

块，以阻止燃气向燃烧室外散热，冷却水系统，柴油机

排出的高温度气

1000℃以上，带走大部分热量。这部分能量由废气通过燃气轮机或朗肯循环蒸汽轮机组做功而被部分回收。因而使得联合循环陶瓷绝热发动机装置的有效热效率高达48%以上。同时，由于采用陶瓷材料绝热后燃烧室室温提高，可以在同一燃烧室内燃用不同的燃料，但这种复合循环绝热发动机由于陶瓷材料的脆性，使其燃烧室零件难以承受长期高温冲击负荷和热疲劳负荷，并导致燃烧室壁的高温给气缸壁的润滑带来严重困难，因而至目前为止，绝热发动机的可靠性和寿命均成为世界上难以解决的问题。现有的复合循环绝热发动机联合动力装置的另一个突出问题是它同时需要两个动力装置配套，结构太复杂且陶瓷发动机造价昂贵，基于现有复合循环绝热发动机装置可靠性差、寿命短和造价高等问题，目前难以得到推广应用。美国1983年专利4367700《确保六冲程燃烧发动机完全燃烧的装置》（APPARATUS FOR INSURING THE COMPLETE BURNING CF FUEL IN A SIX CYCLE COMBUSTION ENGINE）利用第

冲程引入的热空气提高发动机机交和气缸内壁的表面温度以促进燃烧更完善地燃烧达到该目的而采取的技术措施是通过一个带热换器的六冲程发动机，由热交换器在第5冲程向缸提供加热空气以进一步加热，在第六冲程排显然，该发明的目的旨在利用热空气加热发动机机头和气缸以提高内燃机的燃烧效果，然而它的缺点在加热空气在气缸内只起加热作用而不作功。

本发明的目的是提供一种六冲程复合循环绝热发动机装置，即提供一种六冲程发动机的绝热燃烧室既是高温燃油-空气循环的燃烧室，同时又是朗肯循环中蒸汽膨胀作功的汽缸这样一种复合循环绝热发动机的装置。

这种六冲程复合循环绝热发动机装置，包括发动机与发动机连的废气回收装置和水蒸汽供给装置;所述发动机包括至少一个气缸及装于气缸之中并可运动的活塞，和装于气缸上的气缸盖，所述气缸盖上设有进排气道及装于其中的进排气阀，喷油器设于气缸盖上并将燃料喷入气缸，使发动机完成进气、压缩、膨胀及排气各过程;其特征在于所述活塞上设有绝热燃烧室，所述缸盖上设有水蒸汽进排汽阀;所述废气收装置包括废气排气管、废气涡轮增压及废气蜗炉，所述水蒸汽供给装置包括供水泵、预热器、蒸发器及过热器和蒸汽进汽管;所述废气排气管与排气连通，并与涡轮增压器及废气锅炉连接，从而将一部分废气送入涡轮内作功后再输入废气锅炉，另一部分废气直接送入废气锅炉;该两股废气在锅炉中加热由供水泵送到的水，所述加热的水通过预热器、蒸发器及过热器形成高压过热水蒸汽，所述过热器通过水蒸汽进汽管与缸盖上的水蒸汽进气阀连接，从而将高压过热水蒸汽导入缸内，使发动机再一次进行膨胀冲程，随之再一次进行排气冲程，将水蒸汽从水蒸汽排气阀排出。

下面是本发明六冲程复合循环绝热发动机的工作过程：

第一冲程：附图1及2a指出，新鲜空气先经增压器（1）后经空气冷却器（2）进入空气进气管（4），空气进气伐（19）被打开后，活塞（17）由上止点向下运动，空气进入缸内完成进气冲程。

第二冲程：由附图2b可知，活塞由下止点向上止点运动，空气进气伐（19）关闭，当活塞运动到接近上止点附近，喷油器（20）喷射燃烧，完成压缩冲程。

第三种程：燃油燃烧，燃气推动活塞由上止点向下止点作功，完成了图2c所示的膨胀冲程。

第四冲程：图2d所示，燃气排出伐（21）打开，活塞由下止点向上止点运动，排出高温废气物，完成第四种程。

第五冲程：图3a所示，高压蒸汽进汽伐（24）打开，高压蒸汽进入缸内，推动活塞由上止点向下运动，当活塞运动到某一位置时（图3b），蒸汽进汽伐关闭，高压蒸汽膨胀，继续推动活塞向下运动作功，完成蒸汽进汽、膨胀冲程。

第六冲程：图3c所示，当活塞接近下止点时，废蒸汽排出伐（25）打开，活塞越过下止点向上运动排出废蒸汽，完成蒸汽排出冲程。排出的废蒸汽被导入冷凝器（15）（图1），经冷却净化后由供水泵（14）送往废热锅炉（10），上述第五、第六冲程是朗肯循环，构成本发明的第二级热力循环。当活塞运动到上止点附近，空气进气伐再次打开，蒸汽排汽伐关闭，开始新的六冲程热力循环过程，上述工作过程中，当发动机的曲轴旋转三转时，高温燃气和蒸汽各膨胀作功一次，本发明的结构保证在第一冲程和第五冲程开始时，有一个扫气（汽）过程。第一冲程开始时，利用空气进气伐和蒸汽排汽伐同时开启，重叠一段时间将缸内残留的废蒸汽扫净;在第五冲程开始时，利用蒸汽进汽伐和废气排气伐同时开启重叠一段时间，将缸内的残余废气扫除。

本发明突出的优点在于，由度

锅炉产生的蒸汽压力为29公斤/厘米²，由于高压蒸汽在缸内膨胀作功时缸壁温度一直高于蒸汽温度，因而进入汽缸的蒸汽不需要过高的过热度。由于第二级循环中蒸汽的温度在整个循环过程中远低于

度，蒸汽可以从燃烧室壁吸收热量而提高第二级循环的热效率，同时使高温的燃烧室另件也得到较大幅度的冷却，从而可采用普通耐热合金材料代替制造燃烧室另件，也因燃烧室温度较原来大为降低而提高了可靠性和寿命。由于缸壁温度下降，绝热燃烧室的高温润滑问题也得到很大改善。本发明由于利用蒸汽在绝热燃烧室内膨胀作功直接回收废热能量，加之朗肯循环热效率高，从而使整机有效热效率可达45-50%以上，由于本发明采用在同一个发动机燃烧室内先后连续进行两个不同的热力循环，而不需要两个热机联合组成，因此结构比目前的联合循环绝热发动机动力装置简单，造价低。由于绝热后燃烧室壁温度仍比普通内燃机高，所以在同一个发动机内可燃用不同的燃料如柴油、汽油、动、植物油及至固体燃料如煤粉等。此外可向废热锅炉喷入不同燃料，实现复合燃料发动机;也可短时间向废热锅炉喷入燃料以获得短时间内提高发动机功率的特殊用途。由于废热锅炉的作用，可使原内燃机的有害排放物和噪音均为下降。

附附图说明如下：

图1、六冲程复合循环绝热发动机装置，

图2、图3为六冲程复合循环绝热发动机装置原理图，

图4、另一种冲程复合循环绝热发动机装置，

图5、机械增

冲程复合循环绝热发动机装置，

图6

程复合循环绝热发动机装置。

下面结合附图对本发明作进一步说明

本发明由发动机5及与它相连的废气回收装置和水蒸汽供给装置三大部分组成。发动机5包括至少一个气缸及装于气缸之中的可以作往复运动的活塞17，和装气缸上的气缸盖，气缸盖上设有空气进气道18，它与空气进气管4连通，并在进气道18内装有进气阀19气缸盖中心装有喷油器20，并将燃料喷入气缸，使发动机完成进气、压缩、胀及排气各过程。在气缸盖上还设有与燃气（废气）排气管6连通的燃气（废气）排出的22，其中装有燃气（废气）排出阀21，上述气缸盖上还装有高压蒸汽进气道23及装于其中的高压蒸汽进气阀24，并装有废蒸汽排汽道26及装于其中的废蒸汽排出阀25。废气回收装置包括废气排气管6、废气涡轮增压器16、1和废气锅炉10，由发动机排出的废气通过废气排气管6与涡轮增压器16的入口连通，并通过废气旁通阀9输入废热锅炉10加热其中的

11，由涡轮增压器16胀作功后的废气直接进入废热锅炉10内加热其中的过热器12。本蒸汽装置包括水泵14，预热器13、蒸发器11、过热器12、蒸汽进汽管7和蒸汽调节阀8，冷器15的入口管与发动机5的气缸盖废蒸汽排汽道26连通，冷凝器的出口与水泵14的入口连通，水泵14的出口与预热器13连通。在废气锅炉10内，预热器13内的水被废气加热后进入蒸发器11，继续被加热而汽化，然后进入过热器12被加热成过热蒸汽，然后经蒸汽调节阀8进入高压蒸汽进汽管7，从而经高压蒸汽进汽道23及其中的进汽阀24将高压过热蒸汽导入缸内，使发动机再一次进行膨胀冲程，随之再一次进行排汽冲程，将水蒸汽从废蒸汽排出阀25排出，经废蒸汽排汽管3进入冷凝器15，在冷凝器15内蒸汽被冷却成水供循环使用。冷凝器2的入口与增压器1连通，出口与空气进气管4连通。

Claims

1、一种六冲程复合循环绝热发动机装置，包括发动机及与发动机相连的废气回收装置和水蒸汽供给装置；所述发动机包括至少一个气缸及装于气缸之中并可运动的活塞，和装于气缸上的气缸盖，所述气缸盖上设有进排气道及装于其中的进排气阀，喷油器设于气缸盖上并将燃料喷入气缸，使发动机完成进气、压缩、膨胀及排气各过程；其特征在于所述活塞上设有绝热燃烧室，所述缸盖上设有水蒸汽进排汽阀；所述废气回收装置包括废气排气管、废气涡轮增压器及废气锅炉，所述水蒸汽供给装置包括供水泵、预热器、蒸发器及过热器和蒸汽进汽管；所述废气排气管与排气阀连通。并与涡轮增压器及废气锅炉连接，从而将一部分废气送入涡轮内作功后再输入废气锅炉，另一部分废气直接送入废气锅炉；该两股废气在锅炉中加热由供水泵送到的水，所述加热的水通过预热器、蒸发器及过热器形成高压过热水蒸汽、所述过热器通过水蒸汽进汽管与缸盖上的水蒸汽进气阀连接，从而将高压过热水蒸汽导入缸内，使发动机再一次进行膨胀冲程，随之再一次进行排气冲程，将水蒸汽从水蒸汽排气阀排出。