CN108150304B - 一种内燃发动机及其高温废气的利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃发动机及其高温废气的利用方法：是将一个在内部设置有两个可封闭空间的新汽缸盖，取代了内燃发动机的旧汽缸盖，新汽缸盖在紧靠汽缸一侧的空间为燃烧室，第二个空间是蒸汽发生室，活塞位于汽缸内，并分别在汽缸与燃烧室、燃烧室与蒸汽发生室之间、依次设有燃烧室进气门、燃烧室废气排气门；在蒸汽发生室设有高压蒸汽喷出口气门，在新汽缸盖接近汽缸的侧壁上设有汽缸进气门，燃烧室的喷油嘴或火花塞，从新汽缸的外侧做插入设置，蒸汽发生室和燃烧室分别设有高压喷水嘴；用蒸汽发生室和燃烧室产生的高压蒸汽，驱动涡轮机或涡扇机带动发电机发电，并将发电机发出的电，经整流器输入蓄电池备用，从而实现废气的转换利用。

Description

一种内燃发动机及其高温废气的利用方法

技术领域：

本发明涉及内燃发动机，尤其是涉及内燃发动机的缸盖，本发明还涉及内燃发动机高温废气的利用方法。

背景技术：

由于现有技术的内燃发动机，在燃烧做功后的高温废气直接排空，导致能量转换利用率低，即浪费大量燃油，又造成环境污染，虽然有六冲程发动机和八冲程发动机的发明问世，但都是采用向气缸内喷水，会造成汽缸腐蚀，严重影响使用寿命；还有人主张采用陶瓷汽缸或向汽缸内喷甲烷的废气回收利用技术方案，但都会带来成本的大幅提高，因此，不利推广。

发明内容：

本发明就是要提供一种既可以实现内燃发动机的废热再利用，也不用陶瓷汽缸，又不用喷甲烷，就可以避免汽缸腐蚀的技术方案，其主要思路是：在现有技术的内燃发动机基础上，更换一种全新设计的汽缸盖，其汽缸盖内部轴向地排列有两个空间，在紧靠汽缸一侧的空间为燃烧室，第二空间是蒸汽发生室，活塞位于气缸内，并分别在所述的汽缸与燃烧室、燃烧室与蒸汽发生室之间，依次设有燃烧室进气门、燃烧室废气排气门。另外，在蒸汽发生室设有联通涡轮机或涡扇机带动发电机的高压蒸汽喷出口气门，在汽缸盖接近汽缸的侧壁上设有汽缸进气门，所述燃烧室的喷油嘴或火花塞，从所述汽缸盖的外侧插入，所述蒸汽发生室和燃烧室分别设有高压喷水嘴。所述内燃发动机的工作机制是：当活塞处于下止点位置，向上止点方向运动进入压缩冲程；压缩开始时，燃烧室进气门打开、燃烧室废气排气门关闭，汽缸进气门关闭，当压缩冲程结束，活塞处于上止点位置，继而向下止点方向运动进入爆发冲程；爆发开始时，喷油嘴或火花塞开始工作点火爆发，爆发结束，活塞处于下止点位置，在旋转飞轮的作用下，继而向上止点方向运动，进入排气冲程；排气开始时，燃烧室废气排气门打开，同时将联通涡轮机或涡扇机带动发电机的蒸气发生室高压蒸气喷出口气门关闭，排气结束，活塞处于上止点位置，继而向下止点方向运动，进入吸气冲程；吸气开始时，汽缸进气门打开，燃烧室进气门关闭，随后，高压喷水嘴工作，喷出被预热的水，在燃烧室和蒸汽发生室产生高压蒸汽，同时将联通涡轮机或涡扇机带动发电机的蒸气发生室高压蒸气喷出口气门打开；高压蒸汽气流驱动涡轮机或涡扇机带动发电机发电，并将发出的电经整流器输入蓄电池，实现废气转换利用；同时，活塞也在旋转飞轮的作用下，到达下止点位置，完成吸气冲程；继而向上止点方向运动，开始四冲程内燃发动机的第二循环缩冲程，周而复始，以此类推。

在本发明当中，所述燃烧室进气门、燃烧室废气排气门、高压蒸汽喷出口气门、汽缸进气门均采用的是‘插装式圆锥芯型回转阀门’，所述锥芯型回转阀门的阀芯，是由前部的锥斜面和后部的圆柱体构成，并在所述阀芯的锥斜面上开出气体过流槽口。并使所述阀门受缸体和缸盖外部设置的机械机构或电磁机构控制与驱动，实现与所述活塞的协调工作。

在本发明当中，所述锥芯型回转阀门的阀芯在安装时，应当在后端加设预压弹簧，以增加该阀芯的磨损补偿密封作用。

在本发明当中，所述的预热水来源于对汽缸或汽缸外部的热量吸收，使喷入蒸汽发生室的水提前预热，以增加蒸汽喷水量和提高废气热能的利用率。

在本发明当中，为了优化结构，可将所述活塞的受力端端面显示为凸球面状，所述缸盖制成凹球面与活塞的受力端端面相适应；以利于气体流动；还可以将燃烧室和蒸汽发生室设计成‘蛋状’椭圆形，以提高向外型的内压承受力。 (汽缸盖的制作，可制作成二层或三层的组装型缸盖。也可以用其它方法制作)。

在本发明当中，还可以将所述涡轮机或涡扇机排放的尾气经过冷凝器，将蒸汽中水分回收利用。

在本发明当中，还可以将所述的蒸汽发生室，不在汽缸盖内设计，根据所述涡轮机或涡扇机需要在所述内燃发动机上安装的位置及方向，设计成外接型的蒸汽发生室。

在本发明当中，为了使本发明的技术具备完整性还可以：(一)在所述内燃发动机曲轴上或在能够带动内燃发动机飞轮转动的地方增设直流电动机，使所述发电机发出的电，经整流器输入蓄电池，再由蓄电池供电，驱动直流电动机转动，带动所述内燃发动机的曲轴或飞轮一起工作；而且在直流电动机前面配置设有手动把柄的直流电调节器，使直流电调节器上的手动把柄与内燃发动机上的油门控制器匹配连接，实现所述的内燃发动机在环境影响下，需要输出功率大小变化时，电与油的供给量同步增加或减少，使所述的电动机与内燃发动机工作状况协同一致，向外输出动力；(二)也可以将涡轮机或涡扇机高速运转的动能通过减速机减速后，再用链条装置带动曲轴工作，向外输出动力；本发明当中：在所述内燃发动机上安装排量相匹配的涡轮机或涡扇机的体积，只是该发动机的几十分之一，占用空间很小，因此，本发明的内燃发动机，很适用于在现有行走类的机械上应用，包括汽车、飞机、轮船、拖拉机等行走类机械；也适用于对现有行走类机械的发动机进行改造或改装；(三)还可以将所述的蓄电池增大容量并加装外接充电器，在行走类机械的变速箱后边安装可以分离的、单独能驱动行走机械运动的直流电动机，使行走类机械即可以单独用油，又可以单独用电，将行走类机械所需的能源多样化，并且也更为经济和环保。对于亟待解决的现有行走类机械尾气排放的严重污染问题，具有很大的良好的帮助作用。

本发明的内燃发动机及其高温废气的利用方法相对于现有技术来说。具有结构简，体积小、效率高和汽缸免腐蚀的有益效果；所采用的工作介质成本低廉，来源广泛，纯净水，自来水，蒸馏水都可使用，既提高了发动机的工作效率，又减少了污染，有益于环境保护，市场前景广阔。

附图说明：

图1是本发明内燃发动机缸体与缸盖的结构示意图，其中：1、活塞，2、汽缸进气门，3、喷油嘴或火花塞，4、汽缸盖，5、高压喷水嘴，6、高压蒸汽喷出口气门，7和5均为‘高压喷水嘴’，8、汽缸缸壁，9、燃烧室进气门，10、燃烧室废气排气门，11、蒸汽发生室，12、燃烧室，15、汽缸。

图2是所述锥芯型回转阀门的阀芯外形，其中：13是设置在锥斜面上的气体过流槽口，14是该阀芯后部的圆柱体部分。

具体实施方式：

下面将结合说明书附图对本发明做进一步的详细描述。

按照图1所示，本发明内燃发动机结构当中的汽缸盖4内部有轴向排列的两个空间11、12，在紧靠汽缸15一侧的空间为燃烧室12，所述燃烧室的容积是所述汽缸有效容积的十七分之一或十一分之一；所述第二空间是蒸汽发生室11，所述蒸汽发生室的容积是所述汽缸有效容积的三分之一或二分之一；活塞1位于气缸15内，并分别在所述的汽缸15、燃烧室12和蒸汽发生室11之间，设有燃烧室12的进气门9、燃烧室12的废气排气门10。另外，在蒸汽发生室11设有联通涡轮机或涡扇机带动发电机(未示)的高压蒸汽喷出口气门6，在缸盖4接近汽缸15的侧壁上设有汽缸进气门2，所述燃烧室12的喷油嘴或火花塞3，从所述缸盖4的外侧插入，所述蒸汽发生室11和燃烧室12分别设有高压喷水嘴7、5。所述内燃发动机的工作机制是：一、活塞1处于下止点位置，向上止点方向运动，进入压缩冲程；压缩开始时，燃烧室12废气排气门10关闭，汽缸15进气门2关闭。二、当压缩冲程结束，活塞1处于上止点位置，继而向下止点方向运动进入爆发冲程；爆发开始时，喷油嘴或火花塞3开始点火爆发。三、爆发结束，活塞1处于下止点位置，在外部旋转飞轮的作用下，继而又向上止点方向运动进入排气冲程；排气开始时，燃烧室12废气排气门10打开，同时使联通涡轮机或涡扇机带动发电机的蒸气发生室11的高压蒸气喷出口气门 6关闭。四、排气结束，活塞1处于上止点位置；继而向下止点方向运动，进入吸气冲程；吸气开始时，汽缸15的进气门2打开，燃烧室12进气门9关闭，随之，高压喷水嘴5、7工作，向燃烧室12和蒸汽发生室11内以雾状喷入被预热的水，水会瞬间蒸发，在燃烧室和蒸汽发生室产生高压蒸汽，同时，联通涡轮机或涡扇机带动发电机的高压蒸气喷出口气门6打开。高压蒸汽气流驱动涡轮机或涡扇机(未示)带动发电机(未示)发电，并将发出的电经整流器(未示)输入蓄电池(未示)，实现废气转换利用。同时，活塞1也在旋转飞轮的作用下，到达下止点，完成吸气冲程，继而向上止点方向运动，开始四冲程内燃发动机第二循环周期的压缩冲程，周而复始，以此类推。

以上具体实施方式，作为代表性案例展示了本发明精神的实质所在，本身不具有对本发明实施方式的限定作用，对于本领域的技术人员来说，可以通过阅读本文件，结合公知常识和惯用技术手段，获得更多变型实施方式，但是这种不需要付出创造性劳动所获显而易见的变型实施方式，均将落入本发明已经公开和权利要求所保护的范围当中。

Claims (6)

1.一种内燃发动机高温废气的利用方法：它是将一个在内部设置有两个空间的汽缸盖，取代了现有内燃发动机的旧缸盖，所述汽缸盖在紧靠汽缸一侧的空间为燃烧室，另一个空间是蒸汽发生室，活塞位于汽缸内，并在所述的汽缸与燃烧室之间设有燃烧室进气门，在燃烧室与蒸汽发生室之间设有燃烧室废气排气门，另外，在蒸汽发生室设有连通带动发电机的涡轮机的高压蒸汽喷出口气门，在汽缸盖接近汽缸的侧壁上设有汽缸进气门，所述燃烧室的喷油嘴或火花塞，从所述汽缸盖的外侧做插入设置，所述蒸汽发生室和燃烧室分别设有高压喷水嘴；所述内燃发动机的工作机制是：当所述活塞处于下止点位置，向上止点方向运动进入压缩冲程；压缩开始时，燃烧室进气门打开，燃烧室废气排气门关闭，汽缸进气门关闭，当压缩冲程结束，活塞处于上止点位置，继而向下止点方向运动进入爆发冲程；爆发开始时，喷油嘴或火花塞开始点火爆发，爆发结束，活塞处于下止点位置，在旋转飞轮的作用下，继而向上止点方向运动进入排气冲程；排气开始时，燃烧室废气排气门打开，同时将连通带动发电机的涡轮机的蒸气发生室高压蒸气喷出口气门关闭；排气结束，活塞处于上止点位置，继而向下止点方向运动进入吸气冲程；吸气开始时，汽缸进气门打开，燃烧室进气门关闭，随后，蒸汽发生室和燃烧室的高压喷水嘴工作，喷出被预热的水，在燃烧室和蒸汽发生室产生高压蒸汽，同时将连通带动发电机的涡轮机的蒸汽发生室高压蒸汽喷出口气门打开；高压蒸汽气流驱动涡轮机带动发电机发电，并将所发出的电经整流器输入蓄电池，从而实现废气的转换利用；同时，活塞也在旋转飞轮的作用下，到达下止点位置，完成吸气冲程，继而活塞向上止点方向运动，开始四冲程内燃发动机的第二循环的压缩冲程，周而复始，以此类推；所述的燃烧室进气门、燃烧室废气排气门、高压蒸汽喷出口气门、汽缸进气门均采用插装式圆锥芯型回转阀门，所述插装式圆锥芯型回转阀门的阀芯外形，是由前部的锥斜部和后部的圆柱体所构成，并在所述阀芯的锥斜面上开出气体过流槽口，并在阀芯后端加设预压弹簧，以增加该阀芯的磨损补偿密封作用。

2.按照权利要求1所述的一种内燃发动机高温废气的利用方法，还在于：所述活塞的受力端端面显示为凸球面状，所述汽缸盖制成凹球面，与活塞的受力端端面构成凸凹匹配，以利于气体流动。

3.按照权利要求1所述的一种内燃发动机高温废气的利用方法，还在于：在所述内燃发动机曲轴上或在能够带动内燃发动机飞轮转动的地方，增设直流电动机，使所述发电机发出的电经整流器输入蓄电池，再由蓄电池供电，驱动直流电动机转动，带动所述内燃发动机的曲轴或飞轮一起工作，而且在直流电动机前面设有手动把柄的直流电调节器，使直流电调节器上的手动把柄与内燃发动机上的油门控制器匹配连接，实现所述的内燃发动机在环境影响下，需要输出功率大小变化时，电与油的供给量同步增加或减少，使电动机与所述的内燃发动机工作状况协同一致，向外输出动力。

4.按照权利要求1所述的一种内燃发动机高温废气的利用方法，还在于：将涡轮机高速运转的动能通过减速机减速后，用链条装置带动曲轴工作，向外输出动力。

5.按照权利要求1所述的一种内燃发动机高温废气的利用方法，还在于：将所述涡轮机排放的尾气经过冷凝器，将蒸汽中水分回收利用。

6.按照权利要求1所述的一种内燃发动机高温废气的利用方法，还在于：将所述的蓄电池增大容量，并加装外接充电器，在行走类机械的变速箱后边安装单独能驱动行走类机械运动的直流电动机，使行走类机械既能单独用油，又能单独用电；将行走类机械所需的能源多样化，并且也更为经济和环保；行走类机械包括汽车、飞机、轮船、拖拉机。

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