CN104121094A - 蒸汽机原理的燃气发动机 - Google Patents

Abstract

蒸汽机因为动力装置的笨重与庞大被内燃机所淘汰，但内燃机的运转性能与蒸汽机相比却是相差遥远，发明蒸汽机原理燃气发动机的目的就是要把蒸汽机优良的运转性能与内燃机先进的燃烧方式综合为一体，克服内燃机不能自行启动、超载灭火、不能自行调整输出扭矩，低转速性能差等六大不可克服的致命弱点，提高内燃机的综合性能。蒸汽机原理燃气发动机的动力系统是参照内燃机的燃烧原理发明的新型燃烧装置，该装置的功能就是将燃油转化为燃气、为发动机提供动力。蒸汽机原理燃气发动机本身是按照蒸汽机的工作原理、燃气自身的压力、温度参数为基础而设计的发动机。用蒸汽机原理设计的燃气发动机自然具备蒸汽机的运转性能，这是毫无疑问的。

Description

蒸汽机原理的燃气发动机

技术领域

本发明属于发动机技术领域，并涉及一种基于蒸汽机原理的燃气发动机系统。

背景技术

发动机的运转性能决定于驱动发动机运转外力的工作质量，由于内燃机活塞工作的严重不连续性，现行内燃机存在以下6项不可克服的致命弱点：

1)内燃机不能自行启动，必须在空载状态下、在外力(电动机)的带动下才能启动，当运转速度达到额定转数以后才能连接负载，因此使用内燃机必须配备离合器；

2)内燃机在启动转速以下不能运转，在低转速区的运转性能也是非常不稳定，不能正常工作；

3)内燃机遇到超载现象就会产生灭火；

4)内燃机不具备适应负载变化自行调整输出扭矩的功能，必须配合变矩器、减速箱才能正常作业；

5)内燃机存在剧烈的机械传动的震动与噪音；

6)内燃机只有一个旋转方向。

发明内容

1、将蒸汽发动机的蒸汽动力改为燃气，即能克服蒸汽机动力系统笨重、庞大的致命弱点，又能发扬蒸汽机优良的运转性能，拟补内燃机致命的性能缺陷。

2、该燃气发动机是按照蒸汽机运转原理、和以燃气做动力进行设计的，兼顾两者的性能。

3、该发动机燃烧装置是由化油器、燃烧室，稳压气室三部分组成，化油器为燃烧室提供汽油混合气，燃烧室与稳压气室互相配合确保稳压气室的工作压力控制在额定的范围之内。

4、燃烧室是由气缸、活塞机构组成，燃烧过程不需要发动机进行驱动，是能够进行独立工作的燃烧装置。

5、该燃烧装置不仅适用于本发动机，也可做为其它设备的动力源。

6、燃烧装置体积微小与燃气发动机组合为一体，从外观上可视为燃气发动机的一个组成部分。

7、燃烧装置的燃料可以是汽油、柴油、石油液化气、天然气等。

本发明是按以下技术方案实现的：

蒸汽机原理燃气发动机的运转系统由燃烧装置与发动机两部分组成。

一、该运转系统的燃烧装置是参照内燃机的燃烧原理发明的新型燃烧装置，该装置的功能就是将燃油转化为燃烧气体、为发动机提供动力。

该装置的特点是独立的燃烧机构，燃烧过程与发动机的运转无关，活塞运动的动力来自燃油燃烧产生的爆发力与能量的储存于转化，其作用相当于蒸汽机运转系统的锅炉。

二、燃气发动机本身是按照蒸汽机的工作原理、燃气自身的压力、温度参数为依据而设计的发动机，所以其运转性能自然是蒸汽机的运转性能。

有益效果：

1、彻底解决了内燃机不能自行启动，超载灭火的问题。

2、彻底消除了内燃机机械传动的震动与噪音。

3、彻底解决了内燃机不能低速运行的问题。

4、具备了适应负载变化自行调整输出扭矩的功能。

5、全部冲程都是工作冲程并且燃烧过程不消耗发动机的能量，输出功率可超过现行内燃机的四倍以上。

6、因燃烧过程独立，燃烧时间、空气过量系数不受约束，燃烧效果更彻底；发动机取消了怠速运行，因此节省了大量燃料。

7、因发动机性能的提高取消了启动电机、取消了与发动机配合使用的减速箱、变矩器等机构因而大大降低了制造成本。

附图说明

图1为本发明蒸汽机原理燃气发动机系统的结构原理图；

图2为本发明蒸汽机原理燃气发动机系统的燃烧装置结构原理图。

具体实施方式

1、蒸汽机原理燃气发动机运转系统的组成

该燃气发动机运转系统是由燃烧装置和燃气发动机两部分组成，见图1。

(1)燃烧装置是由燃烧室、化油器、稳压气室组成，见图2。

(1、1)燃烧室是由气缸活塞机构组成，活塞位于气缸的中部将汽缸分成两个结构相同的燃烧气室，燃烧气室内各有一个火花塞，见图2。

(1、2)化油器是借用内燃机的部件，其作用是向燃烧室提供汽油混合气。

(1、3)稳压气室的作用是将燃烧气室输出的燃气压力控制在额定的压力范围之内。

(2)燃气发动机是按照蒸汽机运转原理、和以燃气做动力进行设计的发动机，它适应燃气的温度与压力、具备蒸汽机的运转性能。

(2、1)蒸汽机的结构各种各样，但工作原理是不会变的，它的全部冲程都是工作冲程也是不可改变的，这是蒸汽机运转性能优越于内燃机的关键条件。

(2、2)蒸汽机的原理图就是燃气发动机的原理图，蒸汽与燃气相比压力、温度相差悬殊，但不会影响工作原理，图1中所示燃气发动机的原理图是203型蒸汽起重机蒸汽机的结构原理图，它只不过是燃气发动机结构的一个代表，蒸汽机的结构随客观条件的需要而变化，永远不变的是蒸汽机的原理与性能。

2、蒸汽机原理燃气发动机的应用

(1)燃烧装置的工作过程

图2所示：当左侧燃烧气室内充满汽油混合气时(首次启动时燃烧汽室内没有汽油混合气，可用手动等方式完成)，点燃火花塞，燃油爆发燃烧，爆发的燃气使左侧燃烧气室内气压迅速上升，由于通往稳压气室单向阀的通径与活塞直径相比相差悬殊，所以在气压升高的过程中可以同时完成两个程序：一是燃烧气体通过单向阀进入稳压气室；二是爆发产生的压力克服右侧燃烧气室弹簧阻力，推动活塞运动到行程的终点，将右侧燃烧气室内的气体全部压入稳压气室；随着时间的延长，左侧燃烧气室内的燃气逐步进入稳压气室，右侧燃烧气室中被压缩的弹簧开始复位，右侧燃烧气室逐渐变为真空，并将化油器内的汽油混合气通过单向阀被吸入右侧燃烧气室，之后右侧燃烧气室的火花塞点火，开始下一个燃烧循环。

燃烧室的循环燃烧使燃烧气体不断进入稳压气室，使稳压气室内压力不断升高，当压力升到最高额定压力时发出信号，使火花塞停止工作，当稳压气室的工作压力低于最低额定压力时火花塞恢复工作。

燃烧装置的职责就是按时按量输出标准压力的高压燃气，为燃气发动机提供动力。

(2)蒸汽机原理燃气发动机的运行状况

燃烧装置将符合标准压力的燃烧气体输送给燃气发动机，燃气发动机就会按照蒸汽机的运转性能进行运行。

运行速度由单位时间内的气体流量所决定，气缸工作压力由负载所决定，并随负载的变化而变化，这就是自动调节输出扭矩的功能。

燃气发动机没有工作转速死角，可在0～最高转速之间做带载无级调速运行，运行平稳无噪音，不存在内燃机的6大弊病，它的全部冲程都是工作冲程，它的工作效率可以达到四冲程内燃机的四倍以上。

内燃机、燃气发动机，它们都是以燃烧气体为动力的发动机，为什么运转性能存在如此大的差别？其根本原因就是外界为它们提供的动力形式不同。

外界为燃气发动机提供的是燃气，是驱动发动机运转的直接外力，是直接用来食用的“食品”；外界为内燃机提供的是燃油，不是外力；是“粮食”，不是“食品”。内燃机需要拿出四分之三的精力将燃油转化为外力，将“粮食”加工成“食品”。

驱动发动机运转的外力是直接外力、还是间接外力是决定发动机运转性能的决定性因素。

Claims (8)

1.本发明所涉及的蒸汽机原理燃气发动机(以下简称燃气发动机)是将蒸汽机的优越运转性能和内燃机先进的燃烧方式结合在一起所形成的一种新型发动机，它优越于蒸汽机也优越于内燃机。

(1)该燃气发动机与蒸汽机相比它的燃烧装置特别微小，无论是体积还是重量与蒸汽机相比微小到可以忽略不计，可以称之为没有锅炉、煤水箱的蒸汽机。

(2)燃气发动机的燃烧方法来自内燃机但其性能高于内燃机。

内燃机的活塞做一次功点一次火，因此点火开始时间点，燃烧所用时间长短，燃油数量，空气过量系数、燃烧室容积这些参数必须服从于活塞的做功质量。

燃气发动机的燃烧装置是独立的燃烧装置，与发动机的运转无关，它的工作标准就是燃烧质量和燃气数量。

燃油燃烧所用时间长短不受约束使燃烧更彻底，各项参数不受约束使一次点火产生的燃气数量可供活塞工作若干次。

内燃机的燃烧方式属于“单件加工，自给自足”，燃气发动机的点火方式属于“批量生产，对外供应”，单件加工与批量生产的质量与成本都是无法相比的。

(3)该燃气发动机与内燃机相比外界为它们提供的动力形式不同，外界为内燃机提供的是燃油，燃油不是动力，它需要发动机自身经过燃烧将燃油转化为燃气以后才能成为外力，属于间接外力；外界为燃气发动机提供的是燃气，是直接动力，发动机不承担燃烧工作，因此它的运转性能要比内燃机好得多。

(4)该燃气发动机它的全部冲程都是工作冲程，不存在内燃机诸多不可克服的弊病，工作效率可以达到内燃机的四倍以上。

2.该燃气发动机是按照蒸汽机运转原理、和以燃气做动力进行设计的，所以兼顾两者的性能，即输入动力为燃气，获得蒸汽机的运转性能。

3.该燃气发动机具备逆转功能，即消耗机械能可以获得压缩空气(空气压缩机功能)，利用此功能可实现发动机的能量反馈制动。

4.该发动机燃烧装置是由化油器、燃烧室，稳压气室三部分组成，化油器为燃烧室提供汽油混合气；燃烧室何时进入工作状态由稳压气室的工作压力决定，燃烧室与稳压气室互相配合确保稳压气室的工作压力控制在额定的范围之内。

5.该燃烧装置燃烧室是由气缸活塞机构组成，活塞位于气缸的中部，将气缸分成两个结构相同的燃烧气室，活塞两端各安装一个复位弹簧，两个燃烧气室内各有一个火花塞(或喷油嘴)，其燃烧过程仍然是由活塞的运动来完成的，但活塞运动的动力不是来自发动机，而是来自燃油燃烧的爆发力和能量的储存与转化。

6.燃烧装置体积微小与燃气发动机组合为一体，从外观上可视为燃气发动机的一个组成部分。

7.该燃烧装置是独立的燃烧机构，不仅适用于本发动机，也可做为其它设备的动力源。

8.该燃烧装置的燃料可以是汽油、柴油、石油液化气、天然气等。