CN102985664A - 热压缩发动机 - Google Patents

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Abstract

一种热压缩发动机包括气缸(1)，将气缸(1)分成第一腔体(5)和第二腔体(6)的活塞(7)，包括至少一个联通第一腔体(5)和第二腔体(6)的风道(13a)和至少一个联通第二腔体(6)和外部环境的废通道(13b)的热交换机(13)，联通第一腔体(5)和外部环境的进气装置(22)，在风道(13a)和废气通道(13b)控制第一腔体(5)和第二腔体(6)的气流的流入流出的阀装置(3，3a，3b)，第一循环中，热压缩过程中，第一腔体(5)和第二腔体(6)通过风道(13a)连接，第一腔体(5)内的气体被挤压到风道(13a)，热交换机(13)中的热空气被挤压到第二腔体(6)。第二循环中，进入第二腔体(6)的燃料燃烧。第三循环中，第一腔体(5)的体积逐渐增大，只有第二腔体(6)和废气通道(13b)之间的连接打开。第四循环中，第一腔体(5)的体积进一步增大，新鲜的空气被吸进第一腔体(5)，第一腔体(5)和第二腔体(6)之间通过风道(13a)的连接被阻断。这样，具有高效率的热力发动机便产生了。

Description

热压缩发动机
说明书
以往的开式循环进程(如：柴油机进程，奥托(Otto)进程，焦耳(Joule)进程(汽轮机进程))的发动机具有功率密度大和效率较高，因为工作介质由外界环境吸收进来，因此，根据卡诺定理外部的低温得到了很好的利用。
热力发动机，加热系统和相关的阀门控制系统已被公开，例如：DE 27 06 726 A1，DE 29 26 970 A1，DE 10 2007 023 295 A1，US 5,899,177，DE 10 2007 0622 93 A1，DE25 282 45 A1，DE 41 34 404 A1，DE 24 05 033 A1，DE 102 39 403 A1，DE 100 83 635A1，DE 2035605 A1，DE 3429727 A1，DE 4024558 A1，DE 4302087 A1，DE 4340872 A1，DE 4418286 A1，EP 1053393 A1，EP 1126153 A2，EP 1979601 A1，WO 1985001988 A1，WO 1993008390 A1，WO 1996019649 A1，WO 2003046347 A1以及WO 2005003542A8。
热量由内部燃烧提供。因此，原则上不需要热量交换。但是，由于许多机械方面的原因，发动机需要冷却，汽缸壁需要润滑。缺点是开放式循环过程中废气的温度相对较高，且大部分通过排气装置或者烟道无用的排出，造成热量损失。
如果是封闭式循环进程，热交换机是必要的，热交换机对温度差起作用，具有限定的尺寸和较高的温度的要求以及高品质的材料的要求，这些都是高效率的先决条件。因此，在一些热循环进程中，如：斯特林(Stirling)进程或者兰金(Rankine)进程，或者各自的蒸汽发电工序，效率往往受热交换机的材料的限制，热交换机的材料通常为钢制品。
开放式热循环中另外一个缺点是：为了产生高压，需要承担大量的机械耗资。如果有外部的热供应或者封闭进程，为了分别提供或者排出交换机内部的热量，必须承担就工艺设备方面相对较高的花费。然而，最后相对较高的效率还是能够实现的。
DE 2209791 A公开了一种往复双活塞机式的热力发动机，其包括气缸，所述气缸被活塞分成上下两个腔体，新鲜的空气经下部腔体吸收并被预压缩，同时，上部腔体作为含氧气的热气体膨胀的空间。通过一个设置在气缸外面的阀控制炉管，下部腔体和上部腔体相连通。在下部腔体，预压缩气体通过外部的热源带往炉管的高压处，然后以循环的方式进入上部腔体。外部的燃烧器内连续的燃烧提供热源。膨胀后，从上部腔体排出的气体然后进入燃烧器中作为燃烧气体，由此看来，DE 22 09791 A中公开的热力发动机实际上是利用外部燃烧来工作。
此外，US 4333424 A公开了一种具有可逆压缩机的内燃机。来自压缩机的预压缩空气通过热交换机，并且在热交换机中被内燃机的燃烧的气体加热。为了燃烧在能量循环过程中提供的燃料，预压缩的、且被加热的空气随后进入气缸-活塞单元的燃烧室内。汽缸-活塞单元中的废气在先于进入环境之前，经过热交换机。
本发明的目的是将开式循环进程系统中的优点和封闭循环进程中相对简单的热力发动机利用机器内部废热的优点结合在一起。
这个目的可以通过具有权利要求1所述的特征的热压缩发动机来实现。本发明中所述的热压缩发动机包括：气缸；活塞，所述的活塞可往复活动的设置在气缸中，且将气缸分为第一腔体和第二腔体；热交换机，所述热交换机至少具有一个连接第一腔体和第二腔体的风道；以及至少一个废气通道，所述的废气通道将第二腔体与外部环境相连接，其中，至少一个风道和至少一个废气通道相互之间具有热交换；进气装置，通过所述的进气装置将第一空间和外部环境相连接；以及阀装置，控制气缸腔体和热交换机通道的流入和流出。本发明所述的阀装置通过特定的方法控制，下列循环连续进行，即：
在第一个工作循环中，即热压缩循环中，第一腔体的体积被压缩的过程中，第一腔体和第二腔体之间由至少一个风道连接，由此，第一腔体的气体被挤压到热交换机，热交换机中的热气体运送入第二腔体，经过进气装置进入第一腔体的入流(inflow)和从第二腔体进入至少一个废气通道的出流(outflow)被阻断。
随后，第二个循环，在第一腔体体积被压缩的过程中，至少一个风道与第二腔体之间的连接是关闭的，被引进的燃料在第二腔体内燃烧，其中，第一空间的入流仍然被阻断。
第三个循环中，在第一腔体随后的体积增大的过程中，第二腔体与废气通道的连接是打开的，以及
第四个循环中，在第一腔体的体积进一步增大的过程中，经过进气装置的入流空间的进气管路是打开的，连接第一腔体和第二腔体的空气管路是关闭的。
这样，就能得到很高的效率，在最大热交换机温度1000℃和内部最高温度1700℃的情况下的模拟计算中，效率近似为70％。
本发明的具体的优选方案在从属权利要求中详细说明。
对阀装置进行控制，以至于活塞的每次往复运动中完成一个动力循环，燃料在第二腔体中燃烧。然后，还可能在第一循环和第二循环之间插入压缩循环，活塞的往返运动的压缩循环中，所有的阀都是保持关闭状态的，第二腔体中燃料的燃烧开始于活塞的止点之后。这样动力循环在活塞的往复的运动中实现，然而，由于第二腔体中的燃烧很快开始，较长的行程在动力循环中是可获得的，例如，在活塞止点稍微之前或者之后，即第一腔体的最大体积和第二腔体的最小体积时。
优选，在第一腔体最小体积，在活塞止点位置时，第一腔体仍然保留有一定的剩余空间，这样压缩空气作为气体弹簧。
根据更优选的实施例，控制阀装置，使得在第二个循环到第三个循环的过渡时，第二腔体到至少一个废气通道的连接在止点或者止点(第一腔体的最小体积时)之后打开，此时，第二腔体的压力和经热交换机废气通道后的压力相等。气体排出时压力损失保持的很低。
根据更优选的实施例，控制阀装置，在第四个循环时，在气缸中的活塞处于的某个特定的位置，第一腔体的压力和相应的阀装置前面的压力是相等时，与进气装置的连接打开，气体交换中的损失就避免了。
阀装置可以通过任意的设计实现控制，具体的，阀受轴或者凸轮的控制，进一步的，使用单独控制磁力阀，根据优选的实施例，使用滑阀。在具体的变形实施例中，第一滑阀控制第一腔体的气流流入和流出，和/或第二滑阀控制第二腔体的气流的流入和流出，这样，结构就会很简单。
在进一步优选的实施例，热交换机固定连接到至少一个滑阀，热交换机是可以沿气缸可旋转的设置。本例中，通过气缸壁上和/或气缸底部和/或气缸盖的相应开口的气体交换受控于热交换机相对于气缸的旋转位置。
根据本发明的进一步的优选实施例，微处理器根据排出温度的变化因素测量提供的燃料的量，即从第二腔体向热交换机的至少一个废气通道排放时，废气的温度。这样可以进一步提高效率。热交换发生在废气一侧。另外，热交换机的由于过热等造成的损坏就可以避免。
控制进气装置的微处理器(a microprocessor-controlled intake device)根据周围恒压的变化因素测量进入第一腔体的新鲜空气的量，使得膨胀后的燃烧气体与经热交换机后的具有相同的压力。这样，效率可以进一步提高，尤其是，废气的压力得到了很好的利用，还有，运行中的噪音降到最低。
根据本发明的进一步的优选实施例，活塞连接活塞杆，冷却通道贯通活塞和活塞杆，其中，冷却通道从第一腔体区域内的开口延伸至第二腔体区域内的至少一个开口。另外，冷却通道上设置逆止阀，设置逆止阀防止从第二腔体回流到第一腔体。这样活塞冷却用简单的方式获得。
优选的，进入第二腔体的冷却通道的至少一个开口朝向气缸的内壁上，这样气缸也可以被冷却。
根据本发明的进一步的优选实施例，为了冷却气缸，气缸冷却器以通道贯穿气缸的护套的形式设置，这些冷却通道连接第一腔体和第二腔体，在第一个工作循环中一部分气流通过所述通道。优选，气流由阀装置控制分配到至少一个风道。这样可以达到显著的冷却效果，并且，废热在热压缩中被利用，这样，效率可以进一步提高。
或者，贯穿气缸的护套通道串联形成至少一个风道，这样，第一腔体流出的所有气流通过气缸冷却器，气流通过阀装置控制分配到至少一个风道。因此，冷却效果和废热的利用率进一步提高。
根据本发明的进一步的优选实施例，，阀装置和热交换机设置在气缸外周围的径向环形区域。这样可以增加发动机的紧凑性。
下面，借助附图具体实例对本发明做更详细的解释说明，附图如下：
图1：本发明中最优选的发动机的截面图，
图2：本发明中第一工作循环开始的示意图，
图3：本发明中第一工作循环结束的示意图，
图4：本发明中第二工作循环开始的示意图，
图5：本发明中第二工作循环结束的示意图，
图6：本发明中第三工作循环的示意图，
图7：本发明中第四工作循环的示意图，
图8：本发明中机轴在一个360度旋转中阀的状态，
图9：本发明中活塞和气缸表面的冷却器的示意图，
图10：本发明中第二腔体的压力-体积关系图，
图11：本发明中第二腔体中第二腔体相对于第一腔体的压力差-体积图，
图12：本发明中旋转滑阀示意图，
图13：本发明中另一优选的发动机的截面图，
图14：本发明中第一循环开始的示意图，
图15：本发明中第一循环结束的示意图，
图16：本发明中压缩循环开始的示意图，
图17：本发明中压缩循环过程中的示意图，
图18：本发明中第二循环的示意图，
图19：本发明中第二循环结束的示意图，
图20：本发明中第三循环的示意图，
图21：本发明中第四循环的示意图，
图22：本发明中机轴在720度的旋转中阀的状态。
如图1所示的是本发明最优选的实施例，热压缩发动机主要包括具有活塞7的气缸1，活塞7在气缸1中上下往复运动，活塞7朝向顶部的一端为隔热的，带有曲柄9的机轴2，机轴通过结合处与连杆8连接。活塞7通过活塞杆和十字头10以及十字头导轨11的引导做直线运动。
气缸1由上盖14封闭，上盖14的内部端是隔热的，气缸1由下盖17封闭。
活塞7将气缸1的内部腔体分成第一腔体5和第二腔体6。这两个腔体的体积随着活塞的位置的移动发生变化。空气进入第一腔体，在图1中的气缸下部腔体5、和空气由第一腔体5移置于第二腔体，在图1中的气缸的上部腔体6，是由阀装置控制。在第一实施例中，为达到上述目的，设置了较低的第一滑阀3a，具体的细节如图12所示。第一滑阀3受机轴2的驱动。
气缸1的上部第二腔体6中废气的排出和接受来自热交换机13的预加热气体由另外的阀装置控制，在第一实施例中设置上部第二滑阀3b或者废气滑阀。
滑阀3a和滑阀3b通过齿条、链条、传动杆和齿轮的方式由机轴2驱动。适当的驱动是公知的。机轴的旋转并不一定是完全的滑阀旋转。
热交换机13设置在滑阀3a和滑阀3b之间。热交换机13的废气一侧至少设置有一个连接第二腔体6和外部环境的废气通道13a，热交换机13的空气一侧至少设置有一个连接第一腔体5和第二腔体6风道13b。为避免热张力，热交换机13并不是固定的连接在气缸壁上，这样还可以进一步防止滑阀3a和滑阀3b由于热膨胀而“堵塞”(jammed)。
在此，热交换机13与滑阀3a和滑阀3b固定连接，且可旋转的围绕气缸1设置。根据热交换机13相对于气缸1的旋转的位置，气体交换通过气缸壁上适当的开口22控制，如果可以，还可以是气缸1的底部17的或者上盖14的开口22。
如图9所示，活塞7连接活塞杆，冷却通道19贯通活塞7和活塞杆，冷却通道19从第一腔体5区域的开口25延伸至第二腔体6区域的至少一个开口26。并且，冷却通道19上安装有逆止阀18，逆止阀可以防止从第二腔体6倒流到第一腔体5。这样，活塞7可以被冷却。冷却通道19上进入第二腔体6的的开口26最好朝向气缸7的内壁，这样既可以冷却气缸1以及活塞7的引导区域。
气缸冷却器4设置在气缸1的周围，气缸1可以通过常用方法利用冷却液进行冷却，还可以利用在第一循环中从气缸1的下部第一腔体5移走的部分或者全部空气流进行冷却。
第一实施例的插图中，气缸的冷却器4是由通道形成，所述通道通过气缸1的护套、并连接第一腔体5和第二腔体6，在第一个循环中，从第一腔体5流出的一部分空气流经冷却器4的通道，其中，冷却通道的气流通过阀装置来控制流入到至少一个的风道13a。
或者，气缸1护套的气缸冷却器的通道还可以构成热交换机13的风道13a，或者，这些通道依次连接，便于第一腔体5的总空气流被引导到气缸冷却器4，本发明的气流通过阀装置控制流入到至少一个风道13a。
为看到紧凑的结构设计，这些阀装置，或者本发明中的滑阀3a和3b和热交换机13设置于气缸外圆周的径向环形空间内。
如图11所示的循环图，图中压力差为Y-轴(上部第二腔体6与下部第一腔体5的压力差)，下部第一腔体5的体积变量。
如图10所示，气缸1的上部第二腔体6的压力随着上部第二腔体的体积变化图。
控制气缸1的腔体5和6的入流和出流的阀装置和热交换机13的通道13a和13b上的阀装置或者，滑阀3a和滑阀3b被控制，如此，在下面循环中连续执行：
发动机的第一个循环：从图2开始到图3不久结束；图11中的点1--2。
活塞7位于上部止点将要向下运动。上部的滑阀3b向热交换机13的空气一侧(即至少一个风道13a)是打开的。下部的的滑阀3b向热交换机13的空气一侧(即至少一个风道13a)是打开的。活塞7向下运动的过程中，在冷的较低空间的冷空气，即第一腔体5被移走并推进热交换机中。进而，热的上部空间，即第二腔体6中的体积逐渐变大，热交换机13中的热空气进入热的上部空间，即第二腔体6。由于气体被加热，上部空间和下部空间，即第一腔体5和第二腔体6的压力逐渐上升。当第一腔体5和第二腔体6的压力相等时，在此循环中，机轴2不需要做功或者对机轴2做功，此过程只是克服摩擦力做功。
这个循环也叫做热压缩循环，压力的升高主要是因为温度的升高，并不是因为体积的减小。
循环中，燃料引入热交换机的前方、热交换机后或者进入燃烧室，要保证燃料不能自燃。
第二个循环：从图4开始到图5不久结束，即图11中点2-3。
在机轴转过大概40度到90度以后，上部的空气滑阀3b和下部的滑阀3a是关闭的。如果第一个循环中没有引入燃料，引入燃料，。并且，燃料需由适当的点火装置(如火花塞，同奥托发动机的预喷射)点燃，或者燃料能够自燃(如柴油发动机)。
于是，由于活塞7向下运动，上部空间的热气体，即气缸1的第二腔体6膨胀，下部空间的冷气体，即气缸1的第一腔体5被压缩。
当上部第二腔体6的压力比下部第一腔体5的压力非常大的时候，内部做功传达给机轴。
机轴转到特定角度时，上部空间，即第二腔体6的压力和下部空间，即第一腔体的压力相等(图11中的2b点)，从曲柄的这个角度开始，机轴要对外做功。然而压缩功在第三个循环中又恢复。当到达下止点时，下部空间，即气缸1的第一腔体仍有剩余空间，剩余空间的大小由机械方面和热力学方面决定。
当上部空间，即第二腔体6的压力等于热交换机13和活塞过了下止点后或者活塞7在下止点是的压力，上部的废气滑阀3b被控制、并朝着热交换机13的废气一侧打开。热交换机13的废气一侧，即至少一个废气通道13b的末端21向外界环境打开，或者，连接到废气收集器或者涡轮增压器中。
第三个循环，从图5开始到图6，即图11中的点3-4。
第三个循环在下止点开始，或者是从活塞7的止点后开始。上部的废气滑阀3b向热交换机13的废气一侧是打开的，随着活塞7向上运动，废气通过热交换机13被排除。下部的滑阀3a是关闭的。下部空间的压缩空气，即气缸第一腔体5中的压缩空气膨胀、且对机轴2做功。
第四个循环，从图7开始到图2结束，即图11中的点4-1。
机轴转过280度到320度时，气缸下部的压力等于外部环境的压力或者入口处的压力时，下部的滑阀3a朝向外部环境打开，并且从外部环境中吸入新鲜的空气，即通过进气装置22，例如进气口，直到到达上止点。同奥托(Otto)发动机和柴油发动机相类似，不必有确切的上止点。上部的废气滑阀3b仍然是向着热交换机13的废气一侧，即向至少一个废气通道13b打开。
如图8所示，为滑阀3a和3b的状态。给出来的角度是机轴对应活塞7的位置的旋转角度的近似值。这些角度可以通过热力学和流体力学的计算优化。
在上述实施例中，每次机轴转360度(2周)为一个动力循环。另一方面，下面参考另一种实施例进行解释，在动力循环中，第一个循环后增加了压缩的循环过程，即上述第二个循环紧随其后。本发明在压缩循环后，第二个循环可能会在机轴转过180度后进行。在另一实施例中同样的组件认为具有同样的参比特征(referencecharacters)。
如图13所示，热压缩发动机的另一个实施例，包括气缸1，气缸1内的活塞7被引导着滑动运动。活塞7做往复运动，将气缸1内的空间分为第一腔体5和第二腔体6。发动机还进一步包括至少连接一个风道13a和至少一个废气通道13b的热交换机13。风道13a连接第一腔体5和第二腔体6。废气通道13b连接第二腔体6和外部环境。本发明的至少一个风道13a和至少一个废气通道13b交互分布，这样可以实现热量交换。本例中的插图是反向流动的结构。反向流动和同向流动都是可以的，只是反向流动的效率是最高的。另外，设置进气装置22，通过进气装置连接第一腔体5和外界环境，来吸收新鲜空气。
热压缩发动机还包括阀装置，用于控制气缸腔体5和腔体6以及热交换机13通道13a和3b的气流的流入和流出的阀装置以常规方式由参比特性(referencecharacter)3设置。在第一实施例中阀装置3具体为滑阀。但是，其他类型的阀也是可以应用的，如：机轴控制的推杆，或者单独控制的电磁阀。图14到图21，阀装置3被控制连续进行循环。阀装置的各自的状态如图22所示。
第一个工作循环中，即热压缩循环(如图14、图15)，第一腔体5的体积减小的过程中，第一腔体5和第二腔体6通过热交换机13的至少一个风道13a连接。同时，新鲜空气从进气装置22进入第一腔体5，从第二腔体6进入至少一个废气通道13b外流被阻断。由于活塞的运动，第一腔体5内的气体进入热交换机13的至少一个风道13a。并且，被废气通道13b加热的气体从至少一个风道13a进入第二腔体6。风道13a的体积有足够的尺寸，以便于为了热压缩有足够热量。
在第一实施例中，第一循环完了后紧接着第二循环。本实施例中，插入了压缩循环(参见图16、图17)，在此循环中活塞7做前后往复运动，所有的阀装置3都是关闭的。
动力循环的第二循环(参见图18、图19)紧随而至，其中，当活塞1在止点之前一点或者止点稍微靠后一点燃料被点燃。开始燃烧可以发生在止点之前的大于10°至最大30°的范围到止点之后的大于10°至最大40°的范围。在第二腔体6膨胀过程中，即第一腔体5体积减小的过程中，至少一个风道13a到第二腔体6的连接是关闭的，第一腔体5的气流的进入也被阻断。
第一腔体5被设置，这样当活塞7到止点时，第一腔体5的体积最小时，如图13，在下止点，还有一定的剩余空间，这里面的压缩空气可作为气体弹簧。
第二循环向第三循环转换时，第二腔体6和废气通道13b的连接是打开的。优选的，当活塞7到止点时，第一腔体的体积最小，即在图13中，在下止点时，或者当第二腔体6的压力等于热交换机13后的压力，且活塞7在下止点或下止点后。
如图20所示，在第三循环中，第一腔体5的体积连续增大过程中，只有第二腔体6和和废气通道13b之间连接是打开的。
向第四循环转换时，第一腔体5的压力等于控制流入第一腔体5的阀装置之前的压力时，或者当活塞到达气缸的某个特定位置时，新鲜的空气被吸收进来。为了这个目的进气装置22的连接是打开的。第四循环中(参考图21)，第一腔体5的体积进一步增大，新鲜的空气被吸收到第一腔体5中。此时，第一腔体5和第二腔体6通过至少一个风道13连接的连接被阻断。
除此以外，第二实施例中的发动机可以根据第一实施例设置。
在这两个实施例中，为了提高效率，同时保护热交换机免受高温的损坏，通过燃料进入装置进入的燃料的量由微处理器根据控制排出气体的温度控制。排出气体的温度例如可以在废气从第二腔体6流入热交换机13的至少一个废气通道13b时通过传感元件27测量。
同时，通过由微处理器控制的进气装置22检测进入第一腔体的新鲜空气，以达到周围恒定压力的目的。即，例如膨胀后的燃烧气体与热交换机13以后的压力具有同样的压力。
上述热压缩发动机的效率比常规的开式循环过程发动机的效率提高了，因为废气的热量得到了有效的利用。由于助燃空气是通过热交换机13首先没有压缩的推进，这样在热交换机13入口时，助燃空气是冷的，所以很大的温度梯度可以利用。冷空气通过时只有很小的热压缩。由于热交换机13冷的一侧进入的是冷空气，即至少一个风道13a，废气可以很大程度的冷却。大量的废热的利用提高了效率。同这相比，汽轮机中使用回热器，压缩的热空气从回热器通过，效率是较低的。
发动机能够处理工作介质，即可以将上部空间，即气缸的第二腔体6中的热空气的压力变为与外部环境的压力一样。在柴油发动机或者奥托循环发动机全负荷时，废气开始排出气缸时的压力比周围环境中的压力大很多。这些多出的压力部分在涡轮增压器中得到利用。在柴油发动机或者奥托循环发动机中没有设置涡轮增压器，这些能量就浪费了。
名称清单
1、活塞
2、机轴
3a、入口滑阀
3b、出口滑阀
4、气缸冷却器
5、第一腔体，即气缸下部空间
6、第二腔体，即气缸上部空间
7、活塞
8、连杆
9、曲柄
10、十字头
11、十字头导轨
13、热交换机
13a、风道
13b、废气通道
14、绝缘上盖
15、点火装置(假如活化点火发动机的燃料)
16、燃料进入装置
17、底部
18、逆止阀
19、冷却通道
20、密封条/滑动条/活塞环
21、从上部气缸到热交换机的热侧面的废气排出口
22、从外部进入空气的进气装置
23、汽缸壁上的开孔
24、从下部气缸进去热交换机冷侧面的冷空气
25、圆孔或长孔
26、朝向汽缸壁的开口，开口位于密封条/滑动条/活塞环上部
27、传感元件
A、上止点
B、上、下侧滑阀关闭，燃料在顶部加入，即，点燃
C、上部最大压力差
D、上部、下部压力相等
E、下止点
F、气缸下部空间：空气从外部、气缸上部空间进入，燃气排出，活塞向上运动
G、冷空气通过热交换机从下部进入上部，上下部压力相等
H、点H
I、由于上部压力大于下部压力，活塞向下运动对机轴做功，做功区域：B-C-D-B
J、由于下部压力大于上部压力，活塞向下运动，机轴对外做功，做工区域：D-E-H-D
K、由于下部压力大于上部压力，活塞向下运动，机轴对外做功，恢复压缩，做功的区域：F-H-E-F

Claims (15)

1.热压缩发动机，包括：
气缸(1)；
活塞(7)，所述的活塞可往复活动的设置在气缸(1)内，并且将气缸分成第一腔体(5)和第二腔体(6)；
热交换机(13)，所述热交换机(13)包括至少一个连接第一腔体(5)和第二腔体(6)的风道(13a)、至少一个连接第二腔体(6)和外部环境的废气通道(13b)，其中，至少一个风道(13a)和废气通道(13b)交互分布，能够进行热量交换；
进气装置(22)，通过进气装置连接第一腔体(5)和外界环境；
阀装置(3，3a，3b)，所述阀装置控制气缸(1)腔体(5，6)、热交换机(13)通道(13a，13b)的流入和流出，其中，在所述阀的控制下，下面的循环连续进行，即：
第一循环中，即热压缩循环，在第一腔体(5)体积减小的过程中，第一腔体和第二腔体(6)通过至少一个风道(13a)连接，由此第一腔体(5)出来的气体被排放到热交换机(13)，热交换机(13)出来的热气体被输入到第二腔体(6)中，从进气装置(22)流入第一腔体(5)的入流和从第二腔体(6)流入至少一个废气通道(13b)的出流被阻断，
接下来的第二循环中，在第一腔体(5)体积减小的过程中，至少一个风道(13a)和第二腔体(6)之间的连接是关闭的，引入的燃料在第二腔体(6)燃烧，其中第一腔体(5)的入流仍然被阻断，
第三个循环中，在第一腔体(5)体积随后增大过程中，只有第二腔体(6)和废气通道(13b)之间的连接是打开的，
第四个循环中，在第一腔体(5)体积进一步增大的过程中，通过进气装置(22)进入第一腔体的入流是打开的，同时，第一、二腔体(5，6)通过至少一个风道(13a)的连接被阻断。
2.根据权利要求1所述的热压缩发动机，其特征在于：在第一循环和第二循环之间插入压缩循环，在压缩循环中，活塞(7)往复运动，所有的阀装置(3，3a，3b)是保持关闭，燃烧发生在活塞止点或者止点前不久或者止点后不久。
3.根据权利要求1或2所述的热压缩发动机，其特征在于：在活塞(7)的止点，第一腔体(5)体积最小时，第一腔体(5)仍有剩余的空间。
4.根据权利要求1-3任一所述的热压缩发动机，其特征在于：所述阀装置(3，3a，3b)被控制，以至于在第二循环向第三循环转换时，在止点或者止点之后，第一腔体(5)体积最小时，第二腔体(6)和至少一个废气通道(13b)之间的连接是打开的，第二腔体(6)的压力等于热交换机废气通道(13b)后的压力。
5.根据权利要求1-4任一所述的热压缩发动机，其特征在于：所述阀装置(3，3a，3b)被控制，使得第四循环中，当第一腔体(5)的压力等于进气装置(22)前面的压力时，与进气装置(22)连接开通。
6.根据权利要求1-5任一所述的热压缩发动机，其特征在于：所述阀装置中至少有一组阀为滑阀(3a，3b)。
7.根据权利要求6所述的热压缩发动机，其特征在于：设置的第一滑阀(3a)控制第一腔体(5)的气流的流入和流出，设置的第二滑阀(3b)控制第二腔体(6)的气流的流入和流出。
8.根据权利要求7所述的热压缩发动机，其特征在于：热交换机(13)和至少一个滑阀(3a，3b)固定连接，且围绕气缸(1)旋转的设置，通过气缸壁上和/或气缸底部和/或气缸盖的相应开口(22)的气体交换受控于热交换机(13)相对于气缸(1)的旋转位置。
9.根据权利要求1-8任一项所述的热压缩发动机，其特征在于：还包括微处理控制器，所述微处理器根据排出温度的变化因素测量提供的燃料的量，即从第二腔体(6)向热交换机(13)的至少一个废气通道(13b)排放时，废气的温度。
10.根据权利要求1-9任一所述的热压缩发动机，其特征在于：还包括控制进气装置(22)的微处理器(a microprocessor-controlled intake device)，所述微处理器根据周围恒压的变化因素测量进入第一腔体(5)的新鲜空气的量，其中，进行测量，使得膨胀后的燃烧气体与经热交换机(13)后的具有相同的压力。
11.根据权利要求1-10任一项所述的热压缩发动机，其特征在于：所述的活塞(7)连接到活塞杆，冷却通道(19)贯穿活塞(7)和活塞杆，其中，冷却通道(19)从第一腔体(5)区域内的开口(25)延伸至第二腔体(6)区域内的至少一个开口(26)，冷却通道(19)上设置逆止阀(18)，设置逆止阀(18)防止从第二腔体(6)回流到第一腔体(5)。
12.根据权利要求11所述的热压缩发动机，其特征在于：所述冷却通道(19)进入第二腔体(6)至少一个开口(26)指向气缸(1)的内壁。
13.根据权利要求1-12任一所述的热压缩发动机，其特征在于：气缸冷却器(4)以通道贯穿气缸(1)的护套的形式设置，所述通道连接第一腔体(5)和第二腔体(6)，第一循环中第一腔体(5)中的一部分气流通过所述通道，其中，气流由阀装置控制分配到至少一个风道(13a)。
14.根据权利要求1-12任一所述的热压缩发动机，其特征在于：气缸冷却器(4)以通道贯穿气缸(1)的护套的形式设置，所述通道连接第一腔体(5)和热交换机(13)的风道(13a)，或者形成风道(13a)，其中，第一腔体(5)流出的所有气流通过气缸冷却器(4)，气流通过阀装置控制分配到至少一个风道(13a)。
15.根据权利要求1所述的热压缩发动机，其特征在于：所述的阀装置(3，3a，3b)和热交换机(13)设置在气缸(1)外周围的径向环形区域。
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