CN1594853A - 内燃蒸气发动机 - Google Patents

Abstract

发动机热效率低是世界汽车工业一直没有解决的难题，我们通过分析发动机压力与做功角变化的规律将汽油、柴油、蒸气三种发动机的优点进行有机的组合后设计的内燃蒸气发动机，在内燃蒸气发动机中，水可以作为发动机燃料补充剂加以利用，使水作为发动机燃料添加剂的幻想成为现实，水补充剂会使发动机做功区的做功压力提高1－1.5倍，输出功率、热效率、动力也都提高1倍以上。

Description

内燃蒸气发动机

本发明涉及一种内燃蒸气发动机，是活塞式发动机，以汽油、柴油、酒精为燃料的发动机。

目前国内外常用的发动机，如汽油机、柴油机等活塞发动机，都是活塞运行到上止点位置点火，产生高温高压，这时，发动机内的空间体积单位最小，只有燃烧室的空间，此时发动机内部拥有最大的压力和压强，而我们都知道，只有压力和压强才是做功的主要因素。可发动机拥有最大压力时，曲轴与连杆是处于垂直状态的位置上，此时，由于没有力矩，也就缺少将压力转换成动力的条件，压力只能正面传递到曲轴架上，增加曲轴的压力负荷，而不会产生动力输出。随着发动机飞轮的惯性作用，活塞也随之向下运动，曲轴与活塞连杆之间才会逐步产生了输出动力的夹角和力矩，但当曲轴运行到能将压力有效的转换成输出动力位置时，活塞已向下运行位移了一段距离，发动机气缸内部也由于活塞的下移增加了空间，用于做功的压力变小。由于压力与压强的特性是在温度不变的前提下，体积增加一倍，压力下降一半，现在使用的汽油发动机的压缩比在1∶9左右，柴油发动机的压缩比是1∶16～22，也就是说，当发动机活塞向下运行九分之一时，压力就会比点火时下降了一半多，(以汽油发动机的压缩比进行分析)，不足点火50％的压力，发动机活塞继续向下运行九分之三，缸内的压力仅剩点火压力25％，而在此时才能达到将90％以上的压力转换成发动机的动力，在作功冲程中能使压力转换成动力的最佳区域内，最大也不会高于点火压力的25％。由此可分析出，压力的变化才是发动机热效率低的主要原因。

发动机点火时除了产生做功的压力，还产生有2000℃至2500℃的高温，在内燃机中我们所利用的只是压力，而对温度，一直就没有得到有效的利用，如果能将这部分高温热能加以利用，就会使发动机的输出动力有所提高。当发动机的做功行程点火后，有近2000℃的高温热能被憋在密封的气缸内，发动机汽缸就如同被炉火烧干烧红的小锅炉。即如同锅炉，就可以利用蒸气发动机的工作原理，蒸气发动机就是在锅炉的外边点火燃烧加热锅炉内的水，而内燃机点火完成燃烧后，气缸内就可视为有近2000℃高温的超小型空锅炉，若在此时用高压喷嘴将水喷入，必然立即气化并产生高压蒸气，体积在瞬间会扩大数倍。此时每一个气缸都如同蒸气火车一个发挥效率的做功气缸，只是蒸气火车是先将水烧成汽，再将汽送入做功气缸，而我们是将水直接喷入做功气缸，利用气缸内的高温在气缸内气化并保持做功压力。

通过这样的设计，发动机的工作程序分两步完成，可燃气加压、点火、升温由内燃机的工作系统完成，保持做功压力与推动活塞做功的工作程序由蒸气机工作系统完成，也就构成完整的“内燃蒸气发动机”工作原理，使锅炉和做功气缸一体化。而进入气缸的水在气缸内气化产生的高压蒸气不仅仅是占据活塞下行让出的空间，还会增加气缸内的压力，水在气缸内气化所用的时间与活塞的运行的时间只要基本保持同步，就保持了气缸内做功压力不变的目的，发动机的输出动力随发动机做功区的压力增加而必然增加，热能被水二次利用，热效率必然有所提高。通过数据分析，发动机在做功角函数最大值的位置上，做功压力提高4倍有余，输出功率也会增加3至4倍。最后的结果是，发动机用的燃料不增加，通过加水的方法使发动机输出动力大幅度的提升。

本发明的目的，就是在于提供一种通过加水补充剂的办法使发动机保持最大压力到发动机活塞运行到九分之三至九分之四的行程位置，使之在发动机做功区的做功压力、输出功率及热效率都得到数倍的提高，热效率从25％提高到80％以上。在不增加燃料用量的前提下，使发动机的动力提高。通用的小型发动机具备大中型发动机的机械功能。

本发明的目的可通过以下措施来实现：

本发明的设计包括高压水泵、水箱、水加热管道和高压高温喷嘴，在发动机上新加设一个供发动机气缸专用水的水箱，水箱与发动机冷却系统相连通，高压水泵抽取的是冷却系统中的循环水，目的是为保证取水时取得拥有一定温度的水源。高压水泵在提取带有较高温度的发动机的冷却循环水并与以加压，加压后的高压水通过输水管道流经发动机的排气口，输水管道在排气口的设计呈环形，环形的中心直径比排气口略小。它套装在发动机排气口的外侧，发动机的高温废气从环形管道的中心通过，输水管道吸收利用发动机排出的高温废气将水加热到100℃左右的高温，再由高压高温喷嘴将高压高温水喷入气缸内。为保证水在进入气缸后的雾化程度，采用的是多点喷射方案。喷嘴开始喷水的位置设计在上止点后25度，喷水的过程延续15度，也就是喷射区域为15度。它位于发动机完全燃烧后的小做功区域内。这样，在喷水完成时，先进入气缸的水已经气化，给发动机增加了压力，后进入发动机气缸的水的气化又恰好补充了活塞下行让出的空间，使发动机气缸内部长久保持了做功的压力和压强。

由于本发明采用的是内燃机和蒸气机优势互补的结合应用，工作原理较为复杂，而在实际应用上，只是在原发动机上，加设一套类似柴油机喷嘴的设计，它使得发动机气缸内约2000℃的热能得到充分的利用，作功结构就更为合理，达到节省了能源，减少环境污染的效果。

本发明的附图图面说明如下：

图1是本发明的主视图。

图2是本发明图1的俯视图。

图3是本发明中高温高压环形管在排气位置中的主视图。

图4是本发明中高温高压环形管在排气位置中的俯视图。

本发明以下结合附图和实施例作进一步详细地说明：

如图所示：本发明的设计包括高压水泵、水箱、水加热管道(40)和高压高温喷嘴(29)，在发动机上新加设一个供发动机气缸专用水的水箱，水箱与发动机冷却系统相连通，高压水泵抽取的是冷却系统中的循环水，目的是为保证取水时取得拥有一定温度的水源。高压水泵在提取带有较高温度的发动机的冷却循环水并与以加压，加压后的高压水通过输水管道(40)流经发动机的排气口(41)，输水管道(40)在排气口处的设计呈环形(38)，环形的中心直径比排气口略小。它套装在发动机排气口的外侧(图4)，发动机的高温废气从环形管道的中心通过，输水管道吸收利用发动机排出的高温废气将水加热到100℃左右的高温，再由高压高温喷嘴(29)将高压高温水喷入气缸(23)内。为保证水在进入气缸后的雾化程度，采用的是多点喷射方案。喷嘴开始喷水的位置设计在上止点后25度，喷水的过程延续15度，也就是喷射区域为15度。它位于发动机完全燃烧后的小做功区域(19)内。这样，在喷水完成时，先进入气缸的水已经气化，给发动机增加了压力，后进入发动机气缸的水的气化又恰好补充了活塞下行让出的空间，使发动机气缸内部长久保持了做功的压力和压强。

通过这套装置，水就可以作为发动机燃料的补充剂协助发动机做功，确保在发动机活塞下行时，一直保持着做功需要的压力和压强，在发动机做功的行程中，保持长时间把最大的压力有效的转化为动力输出，由此达到提高发动机热能利用率，使能源的热效率得到提高。

图纸序号表示

1火花塞  2燃烧室  3上止点活塞表面  4压力下降

活塞表面5压力下降 时连杆法线  6压力下降 活塞表面  7水完全气化时连杆法线  8压力下降

时连杆法线  9压力下降 时连杆法线  10喷嘴开始喷水连杆法线  11喷嘴结束喷水时连杆法线  12压力下降 曲轴位置法线  13压力下降

曲轴位置法线  14压力下降

曲轴位置法线15燃烧区夹角  16水完全气化时曲轴位置法线  17主做功区II18喷嘴结束喷水时曲轴位置法线  19主做功区I  20喷嘴开始喷水曲轴位置  21燃烧区  22缓冲区  23气缸  24气缸壁  25水完全气化时活塞表面  26喷嘴结束喷水时活塞表面  27喷嘴开始喷水时活塞表面  28燃烧室盖  29水补充剂喷嘴  30喷射水区域  31水气化区域  32进气  33排气  34发动机外壳  35高温高压水管进水口  36排气口壁  37排气内通道  38环形加热管  39高温高压水管出水口  40输水管道  41排气口

高温高压水管进水口接水泵，通过排气口将水加温后的高温高压热水从出水口送到喷嘴。

Claims (5)

1、一种内燃蒸气发动机，它包括高压水泵、水箱、水加热管道和高压高温喷嘴，其特征在于，在发动机上加设一个供发动机气缸专用水的水箱，通过高压水泵将水加压，加压的高压水通过输水管道流经发动机的排气口，吸收利用发动机排出的高温废气将水加热到100℃左右的高温，再由高压高温喷嘴将高压高温水喷入气缸内，喷嘴喷水的位置设计在发动机完全燃烧后的小做功区内。

2、根据权利要求1所述的内燃蒸气发动机，所述的高压水泵，其特征在于：抽取的是发动机的循环冷却水。

3、根据权利要求1所述的内燃蒸气发动机，所述的水箱，其特征在于：是安装在汽车内的新设备，它与循环水水箱相接，当发动机高压水泵将循环水提取用于做功时，补充循环用水。

4、根据权利要求1所述的内燃蒸气发动机，所述的水加热管道，其特征在于：它是由高压水泵供水，管道通过发动机的排气口，它在排气口处的形状呈环形，环形的中心直径比发动机排气口略小，它套装在发动机排气口处，发动机的高温废气是从环形中心通过。

5、根据权利要求1所述的内燃蒸气发动机，所述的高压高温喷嘴，其特征在于：它是多点喷射设计，喷射区域的夹角为15度，开始喷射的位置设在上止点后25度的做功做工区域内。

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