CN1865675A - 废气热能动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发动机废气热能动力装置，更确切地说是一种利用内燃发动机工作时，所排出废气的热能，通过设在排气管道上的煮水装置，将水加热至沸腾蒸发，产生高压蒸汽，推动蒸汽机或汽轮机旋转做功而产生动力，并将所产生的动力作为一个附加的动力，通过合力器传动装置，与发动机输出的原动力合并，共同输出动力，同时不影响发动机原动力的输出以及传动装置的工作状态，当附加的动力加入工作时，输出的功率得到提高，可以使发动机在降低转速做功时，并能达到原所需的功效，从而可以节约能源，本装置适合于内燃发动机车辆和内燃发动机动力装置的应用。

Description

废气热能动力装置

技术领域：

本发明涉及一种利用内燃发动机排出废气的热能做功，产生和获得另外一组动力，并将该动力与发动机输出的原动力合并后，共同输出动力的装置，属于机械构造原理和机动车发动机应用的技术领域。

背景技术：

内燃发动机给各种机械设备的动力需求带来巨大的动能，但是内燃发动机在工作过程也需要消耗巨大的能源，在实际使用中，需要付出很大的使用成本，因此，一直以来，人们通过许多技术性的改进，尽可能减少其能源的消耗，并在许多领域方面获得较好的成果，但是以往多只是在改进发动机机械结构，提高燃烧效率等方面进行研究和改进，而发动机在工作时，会排出大量的高温废气，这一热能却没有被转化为动力利用过，因此在现今的机动车辆发动机上，尚未检索到有关这方面的应用例子，所以一直以来，这一巨大的热能只能被排往大气而被浪费掉。

发明内容：

本发明的内容是，在现有的使用内燃发动机的机动车辆上，提供一种新的节能途径，即在原有的发动机上，设置一种可以利用其所排出的高温废气的热能进行做功，使其产生和获得另外一组动力，并能与发动机输出的原动力合并以后，将动力共同输出的装置。

本发明可以从下述技术方案得以实现，通过设在排气(支)管上的煮水装置，将水煮热至沸腾后产生高压蒸汽，利用高压蒸汽的气体，推动蒸汽机或汽轮机旋转做功，产生动力，将产生的动力作为一组附加的动力，通过一个合力器装置，与发动机输出的原动力合并，能够与发动机共同输出动力，传给驱动机构，当这组附加的动力参与做功时，即成为了两组动力输出，功率得到提高，这样就可以相应减少发动机的做功，而在相应减少发动机做功以后，也能够获得所需的功效，通过实施本发明获得的有益效果是：

1.将原本排掉的废气热能，将其重新加以利用，是一个变废为宝的工程，使废气热能做功转化作动能，从而可以达到节约能源的目的；

2.通过利用废气的热能做功，从而获得了另外一组动力，将这组动力与发动机原动力合并输出时，即可以相应减少发动机的做功，发动机减少做功后，也就减少了整个发动机的损耗，继而减少了机件的保养时机和保养费用，延长了机械的使用寿命；

3.废气的热能被吸收以后，温度进一步下降，所排出的气体得到进一步冷却和收缩，压力减低，从而可以降低噪音和减少振动。

附图说明：

图1是本发明装置的实施结构示意图；

图2是本发明装置水汽路的实施控制图；

图3是本发明装置合力器的结构原理剖视图。

图中：1.发动机2.曲轴飞轮3.减速器4.减速器固定架5.传动链6.合力器7.合力器飞轮8.飞轮壳9.离合器10.汽轮机11.输气管12.真空控制开关13.煮水器外壳14.排气管15.煮水器16.水位控制器17.进水管18.高压水泵19.储水箱20.回水管21.主轴连接盘22.主轴23.前油封24.前油封托盘25.链轮26.油壳27.行星齿轮28.后油封托盘29.后油封30.合力器飞轮连接盘31.螺母32.螺母33.油塞34.管形轴35.后锥形齿轮36.行星齿轮37.行星齿轮轴38.前锥形齿轮。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明装置的实施例及工作原理作进一步具体的描述，图1和图2示出了本发明废气热能动力装置的实施和控制的原理，该装置是在原有的车辆发动机上增设的一套附加动力设备，大体由煮水控制部分，动力产生和动力合并部分所构成。煮水器15是一个用于煮水的压力容器，由煮水器外壳13、排气管14构成一个密封罐，在煮水器外壳13和排气管14之间的空腔里装有水，由高压水泵18抽取储水箱19的水，通过进水管17和水位控制器16，把水送入煮水器15内，并由水位控制器16控制煮水器15水的容量和水面的高度，为了减少热能的损失，煮水器外壳13和输汽管11采用保温材料包裹，并在煮水器外壳13上面安装一个限压阀，当煮水器15内压力过高时，能自动排泄压力。为了增加水的吸热面积，排气管14的管筒还可以制成折皱的形状或制成多管道的形式。发动机1在工作时，通过排气管14向外排放出高温废气，这种废气的温度通常可以达到600-900℃，使排气管14的温度升高，煮水器15内的水不断吸收排气管14的热能，当水温升高达到沸腾以后产生蒸汽，在蒸汽气体压力升高以后，通过输气管11和真空控制开关12，向汽轮机10输送高压蒸汽，推动汽轮机10旋转做功，在汽轮机10旋转做功后，通过传动链5，将动力传给合力器6，在汽轮机10与储水箱19之间，有一条回水管20，能将汽轮机10做功后所排出的蒸汽被进一步冷却后变成水，流回储水箱19内，这样可以得到一部分水重新利用而减少水的携带量。在有空调器的车辆上应用本装置，还可以收取空调蒸发器排出的水进入储水箱19，使储水箱19内的水还可以得到更多的补充。

合力器6是一个将汽轮机10传来的动力，与发动机1输出的原动力合并，将两组动力共同输出，并能够在动力合并过程不影响发动机1原动力输出的传动装置。其结构和工作原理是：在主轴22上有主轴连接盘21，主轴22的一端通过轴承的支承，安装前锥形齿轮38，中间部分是花键，通过花键安装行星齿轮轴37，另一端通过轴承的支承，安装后锥形齿轮35，由螺母32调整固定，行星齿轮轴37的中间部分有花键，安装在主轴22的花键上，与主轴22形成十字轴的形式，行星齿轮轴37的两端，通过轴承安装行星齿轮36和行星齿轮27，行星齿轮36和行星齿轮27的两端的轮齿，分别与前锥形齿轮38和后锥形齿轮35的轮齿啮合。管形轴34与后锥形齿轮35连成一体，其外圆面有一节光滑面和一节花键和螺纹，光滑面部分与后油封29之间结合，花键部分套入安装合力器飞轮连接盘30，由螺母31紧固并有锁片锁紧。合力器飞轮连接盘30通过花键固定在管形轴34的一端，在其侧面同定安装合力器飞轮7，也可以将合力器飞轮7与合力器飞轮连接盘30制成是个一体的机件，离合器9即安装在合力器飞轮7的上面，将动力输出，传给变速器装置。在管形轴34的内孔处，安装一个油塞33，油塞33上有密封圈密封，其作用是将管形轴34的内孔封闭，以阻止润滑油从此处流出，同时可以使变速器的第一轴的前端和轴承，套入油塞33的内孔。链轮25的作用是通过传动链5接过汽轮机10传来的动力，链轮25的内经和侧面部位与前锥形齿轮38的背面，通过焊接或其它方式固定成一体，将汽轮机10传来的动力传给前锥形齿轮38，同时与油壳26、前油封托盘24、和前油封23，后油封托盘28、后油封29构成一个封闭的油罐，里面装有润滑油润滑齿轮和轴承，可以在油壳26上面设一个螺口，以便加注和补充润滑油，前油封23与主轴22之间转动密封，后油封29与管形轴34之间转动密封。

减速器3是一个齿轮减速的传动装置，其作用是，将发动机1输出的动力传给合力器6，并使传动比减速一倍，以使合力器6以后输出的转速适应原车设计的传动比，减速器3的输入端，通过突缘与曲轴飞轮2连接，输出端通过突缘与合力器6的主轴连接盘21连接，减速器3的壳体用螺栓固定在减速器固定架4上面。在汽轮机10的轴上，设置一个单向啮合器，以使汽轮机10只能作单向转动，同时还通过汽轮机10的轴，带动一个油压泵，其作用是，汽轮机10在正常的运转时，同时带动油压泵一起转动，油压泵压送油液经过一个量孔作循环流动，不会产生阻力现象，当汽轮机10有时被驱动转速过高时，油液经过量孔时会遇到阻力，这样可以利用油液的阻力限制汽轮机10转速过高。

本发明装置的工作原理是这样的，由于煮水器15里的水从吸热到沸腾需要一定的时间，工作时机相对滞后，在汽轮机10做功产生动力以前，只由发动机1输出动力驱动传动机件工作，发动机1的动力经曲轴飞轮2，减速器3，传给合力器6的主轴连接盘21和主轴22，带动行星齿轮轴37，使行星齿轮36和行星齿轮27作公转运动，行星齿轮36和行星齿轮27在公转的方式驱动前锥形齿轮38和后锥形齿轮35，由于汽轮机10内的单向啮合器的作用，依靠传动链5，限制着链轮25和前锥形齿轮38使其不能转动，行星齿轮36和行星齿轮27则在公转和自转的方式，只使后锥形齿轮35和管形轴34转动，经合力器飞轮连接盘30、合力器飞轮7使离合器9随之转动，使动力输出，由于行星齿轮36和行星齿轮27是在公转和自转的两种转动方式驱动后锥形齿轮35，这样可以使输出的转速恢复到减速器3减速以前与发动机1相同的转速。

当煮水器15内的水达到沸腾，蒸发气体而达到推动汽轮机10工作时，汽轮机10即转动做功，输出动力，经传动链5传给合力器6的链轮25，带动前锥形齿轮38以主轴22相反的转动力，使行星齿轮36和行星齿轮27的自转速度加快，使后锥形齿轮35等的传动机件的转速提高，这样就使汽轮机10产生的动力与发动机1的原动力合并，使输出的功率得到提高。

发动机1是车辆行使主要的动力来源，但是在车辆行驶当中，发动机1往往还需要作制动作用牵制车辆行驶的惯性，由于汽轮机10能够起的牵制力比发动机1要小，当车辆在行使中收起油门减速，发动机进入怠速运转时，车辆的惯性通过车轮和传动机件，使后锥形齿轮35推动行星齿轮36和行星齿轮27，由于行星齿轮轴37和主轴22受发动机1较大的牵制力的限制，两个行星齿轮会增加自转速度推动前锥形齿轮38，使链轮25经传动链5，推动牵制力较小的汽轮机10高速旋转，为防止此现象的产生，前面所述的汽轮机10的轴带动油压泵所起的阻力作用，作限制其转速过快的限速装置，使发动机1和汽轮机10能同时牵制车辆行使的惯性力。

汽轮机10的扭矩力和链轮25直经的大小，可决定输入合力器6的传动比和扭矩力，通常只要使汽轮机10输入的扭矩力略大于发动机1的扭矩力即可。

在本发明装置的结构中，传动链5如果损坏，也会影响发动机1原动力的输出，为使机件工作更加可靠，可将传动链5设为两条或多条，也可以将汽轮机10的动力由齿轮传动的方式向合力器6传递。

本发明装置是在原有内燃发动机车辆或内燃机发动机动力装置的传动机构中，增设了减速器3和合力器6，使得原部分传动机构的位置和距离被相应改变，飞轮壳8也需要相应的加长，并增设了减速器固定架4，以适应传动机件的安装位置。

真空控制开关12，通过真空管道与发动机的进气管道连接，利用发动机进气管的真空低压控制其打开和关闭，其目的是当发动机熄火后，真空控制开关12也被随之关闭使汽轮机10随发动机一起停止做功，也可设个手动开关，在不需要汽轮机做功时，将其手动关闭。

本发明的合力器6，是个整体运动的传动机件，因此不能够在其外部设置通气阀，可以在主轴22的中心设一条油道，减速器3的轴心也设一条油道，主轴连接盘21与减速器3的突缘在连接时，加好衬垫以防止润滑油渗漏。减速器3的外壳是固定件，可以在其外部设一个通气阀，合力器6和减速器3共用一个通气阀，使内部的压力与外部大气得到平衡。

Claims (9)

1.一种发动机的废气热能动力装置，是利用内燃发动机工作时排出废气的热能来进行做功，产生和获得的一组动力，它主要包括煮水器(15)，汽轮机(10)，减速器(3)以及合力器(6)所构成，其特征在于：煮水器(15)内的水是吸收排气管(14)上的热能而沸腾，蒸发成高压蒸汽，并由高压蒸汽推动汽轮机(10)旋转而做功的。

2.根据权力要求1所述的废气热能动力装置，其特征在于：将获得的一组动力是通过一个合力器(6)的传动装置与发动机输出的原动力合并，合力器(6)能够在动力合并过程不影响发动机原动力的输出和各传动机件的原工作状态。

3.根据权力要求2所述的合力器，是个行星齿轮机构，其特征在于：由主轴(22)同时支承前锥形齿轮(38)、后锥形齿轮(35)和行星齿轮轴(37)，由行星齿轮轴(37)两端安装行星齿轮(36)和行星齿轮(27)，使其与前锥形齿轮(38)和后锥形齿轮(35)啮合，使发动机的原动力从主轴(22)输入，带动行星齿轮轴(37)使两个行星齿轮能够在公转和自转的方式驱动后锥形齿轮(35)输出动力。

4.根据权力要求2所述的合力器，其特征在于：链轮(25)与前锥形齿轮(38)固定成一体，汽轮机(10)输出动力时是由链轮(25)和前锥形齿轮(38)传入，与主轴(22)旋转的反向驱动行星齿轮(36)和行星齿轮(27)使两行星齿轮在自转速度增加的形式与发动机原动力合并，链轮(25)和前锥形齿轮(38)同时还作为被控制作单向转动功能的机件。

5.根据权力要求2所述的合力器，其特征在于：后锥形齿轮(35)与管形轴(34)连成一体，行星齿轮(36)和行星齿轮(27)由自转和公转方式驱动后锥形齿轮(35)，使动力由管形轴(34)输出。

6.根据权力要求2所述的合力器，其特征在于：在管形轴(34)的内孔安装油塞(33)，以阻止润滑油从管形轴(34)的内孔流出，同时又可以使变速器的第一轴的前端和轴承，套入油塞(33)的内孔。

7.根据权力要求2所述的合力器，其特征在于：油壳(26)是固定在链轮(25)侧面的，并靠链轮(25)支撑固定，同时使油壳(26)、链轮(25)、前油封托盘(24)、后油封托盘(28)之间构成一个密封油罐，使其能够装入润滑油，并使两个油封能够在主轴(22)和管形轴(34)之间转动密封。

8.根据权力要求2所述的合力器，其特征在于：合力器飞轮连接盘(30)，是通过花键套入固定在管形轴(34)上的，合力器飞轮(7)安装固定在合力器飞轮连接盘(30)上，或是将合力器飞轮(7)与合力器飞轮连接盘(30)制成是个一体的机件，直接固定在管形轴(34)上面，动力经合力器飞轮(7)传给离合器(9)将动力输出的。

9.根据权力要求1所述的废气热能动力装置，其特征在于：离合器(9)是安装固定在合力器飞轮(7)上面的。

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