CN115875128A - 内燃回热低压发动机 - Google Patents

Abstract

一种内燃回热低压发动机，其基本结构为：进气缸为封闭的缸体，进气缸的活塞将进气缸分为两部分：常温室、高温室。排气缸为封闭的缸体，排气缸的活塞将排气缸分为两部分：高压室、低压室。进气缸的常温室、高温室通过回热器连通。排气缸的高压室、低压室也通过回热器连通。一对汽缸的高温室与另一对汽缸的高压室连通。各部件连通管路中间安装控制阀。其工作循环过程为：等容加热——等温加热——绝热膨胀——等容放热——绝热压缩——等压放热。

Description

内燃回热低压发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域。

背景技术

斯特林发动机的热效率并不是特别高。原因1是一部分热量随燃烧废气排放掉了。2是等容加热、放热过程中工质体积变化较大。3是工质压强高，体积小，使得回热器及管道内的无效体积相对于汽缸体积较大。如果借用回热原理，并改进以上缺点，可以设计一款热效率更高的发动机。

发明内容

本发明的目的是提供可以利用多种燃料、且热效率高的发动机。其工作循环过程为：等容加热——等温加热——绝热膨胀——等容放热——绝热压缩——等压放热.

本发明内燃回热低压发动机基本结构为：4个进气缸、4个排气缸、4个回热器分为2组，对称放置；每组2个进气缸、2个排气缸、2个回热器。每组分为2对，每对1个进气缸、1个排气缸，共用1个回热器。

进气缸为封闭的缸体，进气缸的活塞将进气缸分为两部分：常温室、高温室。排气缸为封闭的缸体，排气缸的活塞将排气缸分为两部分：高压室、低压室。每个进气缸的常温室通过回热器与本进气缸的高温室连通。每个排气缸的低压室通过回热器与本排气缸的高压室连通。

每对的进气缸的高温室与同组的另一对的排气缸的高压室连通。

每个常温室底部安装进气阀，每个低压室底部安装排气阀。每个高压室的顶部安装喷嘴和火花塞。各部件连通管路中间安装控制阀。

进气缸的常温室吸入空气，然后排出，经回热器加热进入本进气缸的高温室，做等容加热。然后从高温室进入同组另一对的排气缸的高压室，做等温加热、绝热膨胀。然后从高压室又经过回热器放热进入本排气缸的低压室，做等容放热。进入低压室的废气做绝热压缩，此时低压室内的废气温度较低，压强低于环境压强且处于封闭状态，将排气活塞向下吸引，绝热压缩过程并不消耗功率，反而输出功率。直到废气的压强与环境压强相等，再将废气排出，完成一个热力循环。

两组汽缸的活塞通过菱形连杆与曲轴连接。

附图说明

图1～图4为本发明的内燃回热低压发动机的各汽缸连接的示意图。

图5为本发明的内燃回热低压发动机的各汽缸摆放及传动结构的俯视示意图。

图6为本发明的内燃回热低压发动机的各汽缸摆放及传动结构的侧视示意图。

图7、图8为本发明的内燃回热低压发动机的各汽缸摆放及传动结构的正视示意图。

图例中，1-1为进气缸、1-2为进气活塞、1-3为高温室、1-4为常温室、1-5为进气阀、1-6为控制阀、1-7为控制阀、1-8为控制阀、1-9为回热器、2-1为排气缸、2-2为排气活塞、2-3为高压室、2-4为低压室、2-5为排气阀、2-6为控制阀、2-7为控制阀、2-8为火花塞、2-9为喷嘴、3-1为进气缸、3-2为进气活塞、3-3为高温室、3-4为常温室、3-5为进气阀、3-6为控制阀、3-7为控制阀、3-8为控制阀、3-9为回热器、4-1为排气缸、4-2为排气活塞、4-3为高压室、4-4为低压室、4-5为排气阀、4-6为控制阀、4-7为控制阀、4-8为火花塞、4-9为喷嘴、5-1为进气缸、5-2为进气活塞、6-1为进气缸、6-2为进气活塞、7-1为进气缸、9-1为菱形连杆、9-2为菱形连杆、10-1为曲轴连杆、10-2为曲轴连杆、11-1为曲轴、11-2为曲轴、12-1为横杠、12-2为横杠。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例说明。

内燃回热低压发动机的结构，见图1。

进气缸(1-1)为封闭的缸体，进气缸(1-1)内的进气活塞(1-2)将进气缸(1-1)分为两部分：高温室(1-3)、常温室(1-4)。常温室(1-4)的底部安装进气阀(1-5)。

排气缸(2-1)为封闭的缸体，排气缸(2-1)内的排气活塞(2-2)将排气缸(2-1)分为两部分：高压室(2-3)、低压室(2-4)。低压室(2-4)的底部安装排气阀(2-5)。高压室(2-3)的顶部安装火花塞(2-8)、喷嘴(2-9)。

进气缸(1-1)的常温室(1-4)与回热器(1-9)的一端连通，中间安装一个控制阀(1-6)。进气缸(1-1)的高温室(1-3)与回热器(1-9)的另一端连通，中间安装一个控制阀(1-7)。

排气缸(2-1)的低压室(2-4)与回热器(1-9)的一端连通，中间安装一个控制阀(2-6)。排气缸(2-1)的高压室(2-3)与回热器(1-9)的另一端连通，中间安装一个控制阀(2-7)。

进气缸(1-1)的高温室(1-3)与排气缸(4-1)的高压室(4-3)连通，中间安装一个控制阀(1-8)。

进气缸(3-1)为封闭的缸体，进气缸(3-1)内的进气活塞(3-2)将进气缸(3-1)分为两部分：高温室(3-3)、常温室(3-4)。常温室(3-4)的底部安装进气阀(3-5)。

排气缸(4-1)为封闭的缸体，排气缸(4-1)内的排气活塞(4-2)将排气缸(4-1)分为两部分：高压室(4-3)、低压室(4-4)。低压室(4-4)的底部安装排气阀(4-5)。高压室(4-3)的顶部安装火花塞(4-8)、喷嘴(4-9)。

进气缸(3-1)的常温室(3-4)与回热器(3-9)的一端连通，中间安装一个控制阀(3-6)。进气缸(3-1)的高温室(3-3)与回热器(3-9)的另一端连通，中间安装一个控制阀(3-7)。

排气缸(4-1)的低压室(4-4)与回热器(3-9)的一端连通，中间安装一个控制阀(4-6)。排气缸(4-1)的高压室(4-3)与回热器(3-9)的另一端连通，中间安装一个控制阀(4-7)。

进气缸(3-1)的高温室(3-3)与排气缸(2-1)的高压室(2-3)连通，中间安装一个控制阀(3-8)。

排气缸(2-1)、排气缸(4-1)内有效体积为进气缸(1-1)、进气缸(3-1)内有效体积的1.5至3.5倍。

进气活塞(1-2)、进气活塞(3-2)、排气活塞(2-2)、排气活塞(4-2)的行程相等。

另一组的结构与上相同。

内燃回热低压发动机工作流程见图1～图4。

为方便说明，将个汽缸的进、排气阀的一端定义为底部，活塞运行至此为下止点。

图1，进气活塞(1-2)从下止点向上运动，进气阀(1-5)打开，控制阀(1-6)、控制阀(1-7)关闭，控制阀(1-8)打开。空气从进气阀(1-5)进入常温室(1-4)。高温室(1-3)内的高温、高压空气经控制阀(1-8)进入高压室(4-3)。同时，排气活塞(2-2)从下止点向上运动，排气阀(2-5)关闭，控制阀(2-6)、控制阀(2-7)打开，控制阀(3-8)关闭。高压室(2-3)内的高温废气经控制阀(2-7)、回热器(1-9)、控制阀(2-6)进入低压室(2-4)，废气将热量传递给回热器(1-9)，做等容放热，废气温度、压强降低。

进气活塞(3-2)从上止点向下运动，进气阀(3-5)关闭，控制阀(3-6)、控制阀(3-7)打开，控制阀(3-8)关闭。常温室(3-4)内的空气经控制阀(3-6)、回热器(3-9)、控制阀(3-7)进入高温室(3-3)，空气吸收回热器(3-9)的热量，做等容加热，温度、压强上升。同时，排气活塞(4-2)从上止点向下运动，控制阀(4-6)、控制阀(4-7)关闭，控制阀(1-8)打开。高温室(1-3)内的高温、高压空气经控制阀(1-8)进入高压室(4-3)，喷嘴(4-9)喷燃料，火花塞(4-8)点火，做等温加热。此时低压室(4-4)内的废气处于低温、低压状态，而排气阀(4-5)关闭，废气做绝热压缩。由于废气压强低于环境压强，将排气活塞(4-2)向下吸引，绝热压缩过程并不消耗功率，反而输出功率。

图2，排气活塞(4-2)继续向下运动，当低压室(4-4)内废气的压强等于环境压强，将排气阀(4-5)打开，废气排入环境，做等压放热。喷嘴(4-9)关闭，高压室(4-3)内的高温、高压燃气做绝热膨胀，温度、压强降低。此后排气活塞(4-2)继续向下运动，到达下止点。

图3，当进气活塞(1-2)到达上止点，高温室(1-3)内的高温、高压空气排尽，控制阀(1-8)关闭，控制阀(1-6)、控制阀(1-7)打开，进气阀(1-5)关闭。进气活塞(1-2)从上止点向下运动，常温室(1-4)内的空气经控制阀(1-6)、回热器(1-9)、控制阀(1-7)进入高温室(1-3)，空气吸收回热器(1-9)的热量，做等容加热，温度、压强上升。同时，当排气活塞(2-2)到达上止点，高压室(2-3)内的高温、高压废气排尽，控制阀(2-6)、控制阀(2-7)关闭，控制阀(3-8)打开。排气活塞(2-2)从上止点向下运动，高温室(3-3)内的高温、高压空气经控制阀(3-8)进入高压室(2-3)。此时低压室(2-4)内的废气处于低温、低压状态，而排气阀(2-5)继续关闭，废气做绝热压缩。由于废气压强低于环境压强，将排气活塞(2-2)向下吸引，绝热压缩过程并不消耗功率，反而输出功率。

进气活塞(3-2)从下止点向上运动，进气阀(3-5)打开，控制阀(3-6)、控制阀(3-7)关闭，控制阀(3-8)打开。空气从进气阀(3-5)进入常温室(1-4)。高温室(3-3)内的高温、高压空气经控制阀(3-8)进入高压室(2-3)。同时，排气活塞(4-2)从下止点向上运动，排气阀(4-5)关闭，控制阀(4-6)、控制阀(4-7)打开，控制阀(1-8)关闭。高压室(4-3)内的高温废气经控制阀(4-7)、回热器(3-9)、控制阀(4-6)进入低压室(4-4)，废气将热量传递给回热器(3-9)，做等容放热，废气温度、压强降低。

图4，排气活塞(2-2)继续向下运动，当低压室(2-4)内废气的压强等于环境压强，将排气阀(2-5)打开，废气排入环境，做等压放热。喷嘴(2-9)关闭，高压室(2-3)内的高温、高压燃气做绝热膨胀，温度、压强降低。此后排气活塞(2-2)继续向下运动，到达下止点。

如上往复循环。

内燃回热低压发动机的各汽缸摆放及传动结构见图5～图8。

8个汽缸分两层，进气缸(1-1)、排气缸(2-1)、进气缸(5-1)、排气缸(6-1)放在上层。

进气缸(1-1)、排气缸(2-1)并排放置，进气活塞(1-2)、排气活塞(2-2)的杆固定在横杠(12-1)上。进气缸(5-1)、排气缸(6-1)并排放置，进气活塞(5-2)、排气活塞(6-2)的杆固定在横杠(12-2)上。横杠(12-1)、横杠(12-2)的中部分别与菱形连杆(9-1)的两个水平顶点连接。

下层的4个汽缸也如上放置，两个横杠分别与菱形连杆(9-2)的两个水平顶点连接。

菱形连杆(9-1)的上、下两个顶点通过曲轴连杆(10-1)分别与曲轴(11-1)的两端连接。菱形连杆(9-2)的上、下两个顶点通过曲轴连杆(10-2)分别与曲轴(11-2)的两端连接。菱形连杆(9-1)的下顶点与菱形连杆(9-2)的上顶点连接。

曲轴(11-1)、曲轴(11-2)同速转动，相位差180°，带动各汽缸的活塞做水平往复运动。

Claims (7)

1.一种内燃回热低压发动机，其特征在于：包括：4个进气缸、4个排气缸、4个回热器、20个控制阀、2个菱形连杆、2个曲轴；所述进气缸(1-1)为封闭的缸体，进气缸(1-1)内的进气活塞(1-2)将进气缸(1-1)分为两部分：高温室(1-3)、常温室(1-4)，常温室(1-4)的底部安装进气阀(1-5)；所述排气缸(2-1)为封闭的缸体，排气缸(2-1)内的排气活塞(2-2)将排气缸(2-1)分为两部分：高压室(2-3)、低压室(2-4)，低压室(2-4)的底部安装排气阀(2-5)。

2.根据权利要求1所述的内燃回热低压发动机，其特征在于：所述进气缸(1-1)的常温室(1-4)与回热器(1-9)的一端连通，中间安装一个控制阀(1-6)；所述进气缸(1-1)的高温室(1-3)与回热器(1-9)的另一端连通，中间安装一个控制阀(1-7)；所述排气缸(2-1)的低压室(2-4)与回热器(1-9)的一端连通，中间安装一个控制阀(2-6)；所述排气缸(2-1)的高压室(2-3)与回热器(1-9)的另一端连通，中间安装一个控制阀(2-7)；所述进气缸(1-1)的高温室(1-3)与排气缸(4-1)的高压室(4-3)连通，中间安装一个控制阀(1-8)：所述进气缸(3-1)的高温室(3-3)与排气缸(2-1)的高压室(2-3)连通，中间安装一个控制阀(3-8)。

3.根据权利要求1所述的内燃回热低压发动机，其特征在于：曲轴通过菱形连杆与活塞连接，带动各汽缸的活塞做水平往复运动；所述菱形连杆(9-1)的上、下两个顶点通过曲轴连杆(10-1)分别与曲轴(11-1)的两端连接，所述菱形连杆(9-2)的上、下两个顶点通过曲轴连杆(10-2)分别与曲轴(11-2)的两端连接，所述菱形连杆(9-1)、菱形连杆(9-2)的两个水平顶点通过横杠，与各汽缸的活塞连接，曲轴(11-1)、曲轴(11-2)同速转动，相位差180°。

4.根据权利要求1所述的内燃回热低压发动机，其特征在于：工作循环过程为：等容加热——等温加热——绝热膨胀——等容放热——绝热压缩——等压放热。

5.根据权利要求4所述的内燃回热低压发动机，其特征在于：所述等容放热过程的实现方式及结构为：排气缸(2-1)的高压室(2-3)内的燃气完成做功后变成废气但不直接排放，而是经回热器(1-9)进入低压室(2-4)，将废气的热量传递给回热器(1-9)。

6.根据权利要求4所述的内燃回热低压发动机，其特征在于：所述绝热压缩过程并不消耗功率，反而输出功率，其实现方式为：废气进入低压室(2-4)后，温度、压强大幅降低，低压室(2-4)内废气压强低于环境压强且处于封闭状态，将排气活塞(2-2)向下吸引。

7.根据权利要求4所述的内燃回热低压发动机，其特征在于：所述等容加热过程的实现方式及结构为：所述进气缸(1-1)的常温室(1-4)内的空气经回热器(1-9)进入高温室(1-3)，将回热器(1-9)的热量吸收。

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