CN104100375A - 热回收负压动力发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热回收负压动力发动机，包括曲柄，曲柄通过连杆连接有至少一个活塞，其特征在于，与每个活塞配合有一个动力缸，与每个动力缸连通有各自的作为燃烧室的燃烧缸，每个燃烧缸上连通有可控通断的进排气管，还包括在燃烧室内产生高温气体的供热装置；燃烧缸、动力缸外设有冷却系统；与现有技术相比，本发明能够大幅提高热利用率，并能够实现反转以及转速控制。

Description

热回收负压动力发动机

技术领域

本发明涉及一种热回收负压动力发动机。

背景技术

1.当动力活塞与燃烧室共处一腔时，燃烧会对活塞和缸壁等带来一系列不良影响，对燃料的要求较高。

2.在没有热交换器的情况下，废热直接排入环境，致使发动机热效率低下，大量的余热被浪费掉并对环境产生不良影响。

3.发动机没有反牵制力，不宜安装在汽车等移动物体上使用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种热回收负压动力发动机，与现有技术相比，本发明能够大幅提高热利用率，并能够实现反转以及转速控制。

为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种热回收负压动力发动机，包括曲柄，曲柄通过连杆连接有至少一个活塞，与每个活塞配合有一个动力缸，与每个动力缸连通有各自的作为燃烧室的燃烧缸，每个燃烧缸上连通有可控通断的进排气管，在燃烧室内产生高温气体的供热装置；燃烧缸、动力缸外设有冷却系统。

进一步的，所述的供热装置包括有喷油嘴、火花塞以及与燃烧缸连通的可燃混合气腔；所述的火花塞位于燃烧缸内，喷油嘴位于燃烧缸或者可燃混合气腔内；可燃混合气腔的出口与燃烧缸连通，入口为与高压气体连通的气体入口，发动机整体形成内燃机。

当喷油嘴位于燃烧缸内时，可燃混合气缸可以缩小形成一个冷风入管，进排气管可以一个总管或者两个独立分分管。

进一步的，所述供热装置为对进排气管内空气进行加热的加热装置，本发动机形成外燃机。

进一步的，所述的供热装置包括有喷油嘴、火花塞；所述的火花塞、喷油嘴位于燃烧缸内，进排气管为两个独立的进气管道和排气管道，每个管道上设有可控阀，发动机整体形成内燃机。

进一步的，每套连通的动力缸与燃烧缸之间的通道上设有阻断阀以及控制系统，控制系统可至少单独控制其中一阻断阀的通断。

进一步的，还包括混气腔，混气腔上设有两个通孔，一个通孔通过可控阀与燃烧室连通，另一个通孔与外界空气连通。

进一步的，进气口连通进气管道，排气口连通有排气管道，进、排气管道形成热交换器。

进一步的，所述的热交换器包括为以下结构：包括位于外部的真空管，真空管内侧沿真空管延伸方向并列依次间隔设有至少一组进气管道和排气管道；进、排气管的两端设有可控通断的断热阀。

一种热回收负压动力内燃发动机工作方法，动力缸内活塞运动到上止点后，活塞开始向下止点运动，进气管道处于导通状态，排气管道处于关闭状态；在活塞到达下止点前，进气管道关闭，排气管道导通，燃料进入燃烧缸，火花塞点火燃料燃烧，燃烧终了时排气管道关闭，燃烧缸以及动力缸形成封闭空间；此时活塞刚好越过下止点开始向上止点运动，燃烧缸以及动力缸内的气体温度下降，相对于外界压力动力缸以及燃烧缸内形成负压，大气压推动活塞向上止点运动，到达上止点前，进气管道导通，然后活塞越过上止点，进入下一循环；多缸交替运动。

一种热回收负压动力外燃发动机工作方法，动力缸内活塞运动到上止点后，活塞开始向下止点运动，进气管道处于导通状态，排气管道处于关闭状态；热空气进入到燃烧缸以及动力缸内，活塞到达下止点前，进气管道关闭，燃烧缸以及动力缸形成封闭空间，活塞越过下止点向上止点运动时，燃烧缸以及动力缸内的气体温度下降，相对于外界压力动力缸以及燃烧缸内形成负压，大气压推动活塞向上止点运动，到达上止点前，进气管道导通，然后活塞越过上止点，进入下一循环；多缸交替运动。

一种热回收负压动力发动机反牵制方法，活塞运动过程中，部分活塞达到上止点、部分活塞位于下止点，此时关闭活塞位于上止点、对应动力缸与燃烧缸间的阻断阀，与处于关闭状态的阻断阀连接的对应动力缸形成封闭空间，剩余动力缸为非密封空间；位于上止点的活塞开始向下止点运动，此时在密封空间内活塞外拉形成反牵制力；外拉形成反牵制的活塞到达下止点时，对应动力缸为打开形成非密封空间，此时另一部分活塞达到上止点，重复以上运动。

本发明的工作原理以及有益效果表现在：

本发明创造将两个缸体进行分开，此时动力缸配合有活塞，而燃烧缸作为燃烧室用，有效减少了燃烧过程中产生的高温气体对活塞以及动力缸润滑管路的影响，延长了发动机保养周期和发动机的使用寿命。

因为动力缸与燃烧缸是通过管路连通的，因此，本发明创造可以将动力缸与燃烧缸设计成为以下方式：

1、动力缸的有效工作体积小于燃烧缸的有效负压产生的工作体积；在动，燃烧缸产生负压后，动力缸的活塞运动到上止点时，此时燃烧缸还存在部分负压，此时打开进气管可实现气体在负压的作用下吸入到燃烧缸内；

2、动力缸的有效工作面积大于燃烧缸的有效负压产生的工作面积；在动，燃烧缸产生负压后，动力缸的活塞运动到上止点时，此时燃烧缸负压消除，此时打开进气管可实现活塞反方向运动将气体吸入到燃烧缸内。

采用热交换器后，有效的将排气管排出的高温废气与需要进入到燃烧缸内的气体进行热交换。

本交换器的真空管形成保温层，进气管以及排气管位于真空管内，然后在真空管内进行热交换，向外散热少，热交换效率高；同时，设有断热阀，可以在发动机停车时，将断热阀关闭，保持内部温度。

根据是否需要在燃烧室内，本发明创造有两种燃烧形式：

内燃机：所述的内燃机包括喷油嘴、火花塞。

作为内燃机时，本内燃机也有两种形式：

一：燃烧室内设有火花塞以及喷油嘴。

   本方式又有两种方式：

1、      普通方式： 

本方式中，将火花塞和喷油嘴至于燃烧室中，通过分隔的进气管道和排气管道实现进排气。

工作过程如下：动力缸内活塞运动到上止点后，活塞开始向下止点运动，进气管道处于导通状态，排气管道处于关闭状态；在活塞到达下止点前，进气管道关闭，排气管道导通，燃料进入燃烧缸，火花塞点火燃料燃烧，燃烧终了时排气管道关闭，燃烧缸以及动力缸形成封闭空间；此时活塞刚好越过下止点开始向上止点运动，燃烧缸以及动力缸内的气体温度下降，相对于外界压力动力缸以及燃烧缸内形成负压（形成动力），大气压推动活塞向上止点运动，到达上止点前，进气管道导通，然后活塞越过上止点，进入下一循环；多缸交替运动。

2、      混合方式：

本方式中，本方式中，增设了可燃混合气腔，目的是解决发动机位于高温时，燃烧室内的气体稀薄而引起的点燃困难的问题。

将火花塞置于燃烧室中，而喷油嘴可以置于燃烧室中也可以置于可燃混合气腔内，通过进排气管道实现进排气。本方式的进排气管道可以采用一个总管，也可以采用分隔的两个进气管道和排气管道。

工作过程如下：动力缸内活塞运动到上止点后，活塞开始向下止点运动，进气管道处于导通状态，排气管道处于关闭状态；在活塞到达下止点前，进气管道关闭，排气管道导通，燃料进入燃烧缸（如果喷油嘴位于可燃混合气腔内，则经过可燃混合气腔进入到燃烧室内；如果喷油嘴位于燃烧室内，则燃料直接喷入可燃混合气腔内），火花塞点火燃料燃烧，燃烧终了时排气管道关闭，燃烧缸以及动力缸形成封闭空间；此时活塞刚好越过下止点开始向上止点运动，燃烧缸以及动力缸内的气体温度下降，相对于外界压力动力缸以及燃烧缸内形成负压，大气压推动活塞向上止点运动，到达上止点前，进气管道导通，然后活塞越过上止点，进入下一循环；多缸交替运动。

外燃机：本方式中，没有了火花塞以及喷油嘴，进排气管道可以采用一个总管，也可以采用两个独立的管道，但将排气管道处于常闭状态。

本工作方式中，增设了混气腔，本混气腔的主要作用是补入外界低温气体，通过补入低温气体后将发动机的转速降低，从而起到控制发动机转速的目的。

工作方式：动力缸内活塞运动到上止点后，活塞开始向下止点运动，进气管道处于导通状态，排气管道处于关闭状态；热空气进入到燃烧缸以及动力缸内，活塞到达下止点前，进气管道关闭，燃烧缸以及动力缸形成封闭空间，活塞越过下止点向上止点运动时，燃烧缸以及动力缸内的气体温度下降，相对于外界压力动力缸以及燃烧缸内形成负压，大气压推动活塞向上止点运动，到达上止点前，进气管道导通，然后活塞越过上止点，进入下一循环；多缸交替运动。

燃烧缸与动力缸分离，并设有阻断阀：

1、      当燃烧缸作为燃烧室使用时，可以实现燃烧室与动力缸的分离，不会产生耗损润滑油的现象，从而延长发动机的使用寿命。

2、      两缸之间设有阻断阀，当连接设备需要紧急停车时，阻断阀关闭，从而让发动机产生一个较强的反牵制力：

活塞运动过程中，部分活塞达到上止点、部分活塞位于下止点，此时关闭活塞位于上止点、对应动力缸与燃烧缸间的阻断阀，与处于关闭状态的阻断阀连接的对应动力缸形成封闭空间，剩余动力缸为非密封空间（比如电脑控制各阀门的关闭或者直接在动力室上开设一个与之相通的受控的电磁阀）；位于上止点的活塞开始向下止点运动，此时在密封空间内活塞外拉形成反牵制力；外拉形成反牵制的活塞到达下止点时，对应动力缸为打开形成非密封空间，此时另一部分活塞达到上止点，重复以上运动。比如当用于车辆行驶时，可以有效的缩短刹车的距离。

3、      当完全关闭阻断阀后，曲轴在惯性力的作用下继续沿着原来的转动方向进行转动，并压缩动力缸内的气体，压缩到一定程度后，曲轴开始反转，此时，打开阻断阀，并配合排气口、进气口的打开或者关闭，并通过放置反作用驱动力完全可以实现发动机的反转。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为本发明的结构示意图；

图2为带有可燃混合气腔、喷油嘴位于可燃混合气腔结构示意图；

图3为带有可燃混合气腔、喷油嘴位于燃烧室结构示意图；

图4为带有混气腔结构示意图。

具体实施方式

下面未述及的相关技术内容均可采用或借鉴现有技术。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图所示，一种热回收负压发动机，包括曲柄1，曲柄1上连接至少一个连杆2，本实施例连杆设有两个，曲轴端部设有飞轮3；当然也不能排除设有多个连杆以及活塞、活塞缸的方式，此时可以根据情况将飞轮省去。

每个连杆的另一端连接有活塞，与每个活塞配合有一个动力缸4。

每个动力缸4的另一端连通有一个燃烧缸5，本实施例中动力缸4与燃烧缸5通过连接管连接。

本实施例连接管的直径小于动力缸以及燃烧缸的直径，连接管仅起到连通的作用，且在管道上设有阻断阀6。

本实施例中，将动力缸的有效工作体积小于燃烧缸的有效负压产生的工作体积；在动燃烧缸、动力缸产生负压后，动力缸的活塞运动到上止点时，此时负压并未完全消除，此时打开进气管道可在负压以及活塞反方向作用下，将气体吸入到燃烧缸内。

本实施例中设有热交换器，并在进排气管道的两端设有隔热阀，在发动机处于停车状态时，可以将进排气管内的气体进行保温。

在燃烧缸、动力缸外设有冷却装置（比如风冷或者水冷），以便快速使得缸内气体下降，形成温差以及负压。

热交换器可以采用多种方式：

比如方式一：

包括位于最外层的真空管道，位于真空管内的排气管以及进气管，排气管与进气管间隔分布。

根据是否需要在燃烧室内燃烧，本发动机可以作为两种方式：内燃机以及外燃机。

作为内燃机使用时：

方式一，此为基本方式，图1所示：

在燃烧室5内设有喷油嘴7以及火花塞8，与燃烧室5相通设有独立的、分隔的进气管道以及排气管道。

本实施例的进气管道、排气管道可以采用现有的气门的形式，并通过曲轴进行转动控制；喷油嘴、火花塞也可以同步控制（以下的方式二以及外燃机都可以采用这种方式）。

工作过程如下：

通过起动机进行启动。

动力缸内活塞运动到上止点后，活塞开始向下止点运动，将进气管道导通，排气管道处于关闭状态；在活塞到达下止点前刹那，进气管道关闭，排气管道导通，燃料由喷油管喷入燃烧缸，火花塞点燃燃料燃烧，燃烧终了时排气管道关闭（此时进气管道一直处于关闭状态），燃烧缸以及动力缸形成封闭空间；此时活塞刚好越过下止点开始向上止点运动，此后燃烧缸以及动力缸内的气体温度下降，相对于外界压力动力缸以及燃烧缸内形成负压（形成动力），大气压推动活塞向上止点运动，到达上止点前，进气管道导通，然后活塞越过上止点，进入下一循环；多缸交替运动。

方式二：

本方式中，除火花塞7、喷油嘴8外，增设了可燃混合气腔11，目的是解决发动机位于高温时，因燃烧室内的气体稀薄而可能引起的点燃困难的问题。

燃烧室5与可燃混合气腔相通的管道作为补气管，向燃烧室内供高压气体。此高压气体可以为外界低温气体，也可以是经过加热后的高温气体。

本方式中，火花塞7也置于燃烧室中。

喷油嘴有两种位置方式：a、可以置于燃烧室中，图2所示；b、也可以置于可燃混合气腔内，图3所示。

本实施例的进排气管道可以采用一个总管，当然也可以采用分隔的两个进气管道和排气管道。

采用一个总的进排气管道时：此时，燃烧室与可燃混合气腔相通的管道为补气管，向内补入高压气体。

采用两个分隔的进气管道和排气管道时，此种方式下，可燃混合气腔的进气管与进气管道同步关闭或者开启即可。

工作过程如下：

动力缸内活塞运动到上止点后，活塞开始向下止点运动，进排气管道处于导通状态；在活塞到达下止点前，进排气管道一直处于导通，高压气体、燃料进入燃烧缸，火花塞点火燃料燃烧，燃烧终了时，进排气管道、进气管关闭，燃烧缸以及动力缸形成封闭空间；此时活塞刚好越过下止点开始向上止点运动，燃烧缸以及动力缸内的气体温度下降，相对于外界压力动力缸以及燃烧缸内形成负压，大气压推动活塞向上止点运动，到达上止点前，进排气管道导通，然后活塞越过上止点，进入下一循环；多缸交替运动

本实施例的高压气体可以通过曲轴带动一个新的气缸实现，气缸的出口形成高压气体。

当喷油嘴位于燃烧缸内时，可燃混合气缸可以缩小形成与补气管一体的结构。

上述的两种方式中：在燃烧缸进入温度达到燃料的自然温度时，点火控制系统可自动停止工作。

作为外燃机使用时：

通过外部热源对进排气管道内的气体进行加热，使其内的温度一直处于较高的状态。

本加热装置可以为直接对进排气管进行加热的热源，比如明火或聚光后的太阳能，甚至其他热源，形成热交换器。

本方式中，没有了火花塞以及喷油嘴，进排气管道可以采用一个总管，也可以采用两个独立的管道，但将排气管道处于常闭状态；本实施例采用第一种情况。

本工作方式中，增设混气腔，本混气腔的主要作用是补入外界低温气体，通过补入低温气体后将发动机的转速降低，从而起到控制发动机转速的目的。

混气的方式有两种等同方式：

一是高温气体和低温气体先进入混气腔进行混合，类似于太阳能混水阀，然后再进入到燃烧室。

二是高温气体、低温气体分别单独各自通过自己的管道进入到燃烧室，图4所示，910为进排气管道，12为补气管。

工作方式：动力缸内活塞运动到上止点后，活塞开始向下止点运动，进排气管道处于导通状态；热空气进入到燃烧缸以及动力缸内，活塞到达下止点前，进气管道关闭，燃烧缸以及动力缸形成封闭空间，活塞越过下止点向上止点运动时，燃烧缸以及动力缸内的气体温度下降，相对于外界压力动力缸以及燃烧缸内形成负压，大气压推动活塞向上止点运动，到达上止点前，进排气管道导通，然后活塞越过上止点，进入下一循环；多缸交替运动。

设置的阻断阀后，一是可以实现停车，二是实现反牵制，三是配合反向驱动后可以实现反转。

其中反牵制方法：

活塞运动过程中，部分活塞达到上止点、部分活塞位于下止点，此时关闭活塞位于上止点、对应动力缸与燃烧缸间的阻断阀，与处于关闭状态的阻断阀连接的对应动力缸形成封闭空间，剩余动力缸为非密封空间（比如电脑控制各阀门的关闭或者直接在动力室上开设一个与之相通的受控的电磁阀）；位于上止点的活塞开始向下止点运动，此时在密封空间内活塞外拉形成反牵制力；外拉形成反牵制的活塞到达下止点时，对应动力缸为打开形成非密封空间，此时另一部分活塞达到上止点，重复以上运动。比如当用于车辆行驶时，可以有效的缩短刹车的距离。

作为本方案的等同替换，也可以待活塞吸入气体后，然后将阻断阀进行关闭，使吸入气体后的气缸形成一个封闭的空间，来压缩缸内的气体达到反牵制的作用；本方案与上述方案没有实质区别，应视为两者是等同的技术方案。

反转方法：

当完全关闭阻断阀后，曲轴在惯性力的作用下继续沿着原来的转动方向进行转动，并压缩动力缸内的气体，压缩到一定程度后，曲轴开始反转，此时，打开阻断阀，并配合排气口、进气口的打开或者关闭，并通过放置反作用驱动力完全可以实现发动机的反转。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种热回收负压动力发动机，包括曲柄，曲柄通过连杆连接有至少一个活塞，其特征在于，与每个活塞配合有一个动力缸，与每个动力缸连通有各自的作为燃烧室的燃烧缸，每个燃烧缸上连通有可控通断的进排气管，还包括在燃烧室内产生高温气体的供热装置；燃烧缸、动力缸外设有冷却系统。

2.根据权利要求1所述的热回收负压动力发动机，其特征在于：所述的供热装置包括喷油嘴、火花塞以及与燃烧缸连通的可燃混合气腔；所述的火花塞位于燃烧缸内，喷油嘴位于燃烧缸或者可燃混合气腔内；可燃混合气腔的出口与燃烧缸连通，入口为与高压气体连通的气体入口，发动机整体形成内燃机。

3.根据权利要求1所述的热回收负压动力发动机，其特征在于：所述供热装置为对进排气管内空气进行加热的加热装置，本发动机形成外燃机。

4.根据权利要求1所述的热回收负压动力发动机，其特征在于：所述的供热装置包括有喷油嘴、火花塞；所述的火花塞、喷油嘴位于燃烧缸内，进排气管为两个独立的进气管道和排气管道，每个管道上设有可控阀，发动机整体形成内燃机。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的热回收负压动力发动机，其特征在于：每套连通的动力缸与燃烧缸之间的通道上设有阻断阀以及控制系统，控制系统可至少单独控制其中一阻断阀的通断。

6.根据权利要求3所述的热回收负压动力发动机，其特征在于：还包括混气腔，混气腔上设有两个通孔，一个通孔通过可控阀与燃烧室连通，另一个通孔与外界空气连通。

7.根据权利要求1所述的热回收负压动力发动机，其特征在于：进气口连通进气管道，排气口连通有排气管道，进、排气管道形成热交换器。

8.根据权利要求2所述的热回收负压动力发动机，其特征在于：所述的热交换器包括为以下结构：包括位于外部的真空管，真空管内侧沿真空管延伸方向并列依次间隔设有至少一组进气管道和排气管道；进、排气管的两端设有可控通断的断热阀。

9.一种热回收负压动力内燃发动机工作方法，其特征在于：动力缸内活塞运动到上止点后，活塞开始向下止点运动，进气管道处于导通状态，排气管道处于关闭状态；在活塞到达下止点前，进气管道关闭，排气管道导通，燃料进入燃烧缸，火花塞点火燃料燃烧，燃烧终了时排气管道关闭，燃烧缸以及动力缸形成封闭空间；此时活塞刚好越过下止点开始向上止点运动，燃烧缸以及动力缸内的气体温度下降，相对于外界压力动力缸以及燃烧缸内形成负压，大气压推动活塞向上止点运动，到达上止点前，进气管道导通，然后活塞越过上止点，进入下一循环；多缸交替运动。

10.一种热回收负压动力外燃发动机工作方法，其特征在于：动力缸内活塞运动到上止点后，活塞开始向下止点运动，进气管道处于导通状态，排气管道处于关闭状态；热空气进入到燃烧缸以及动力缸内，活塞到达下止点前，进气管道关闭，燃烧缸以及动力缸形成封闭空间，活塞越过下止点向上止点运动时，燃烧缸以及动力缸内的气体温度下降，相对于外界压力动力缸以及燃烧缸内形成负压，大气压推动活塞向上止点运动，到达上止点前，进气管道导通，然后活塞越过上止点，进入下一循环；多缸交替运动。

11.一种热回收负压动力发动机反牵制方法，其特征在于：活塞运动过程中，部分活塞达到上止点、部分活塞位于下止点，此时关闭活塞位于上止点、对应动力缸与燃烧缸间的阻断阀，与处于关闭状态的阻断阀连接的对应动力缸形成封闭空间，剩余动力缸为非密封空间；位于上止点的活塞开始向下止点运动，此时在密封空间内活塞外拉形成反牵制力；外拉形成反牵制的活塞到达下止点时，对应动力缸为打开形成非密封空间，此时另一部分活塞达到上止点，重复以上运动。