CN86104529A

CN86104529A - 纯定容燃烧发动机

Info

Publication number: CN86104529A
Application number: CN198686104529A
Authority: CN
Inventors: 楚兆鼎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-07-15
Filing date: 1986-07-15
Publication date: 1988-01-27
Also published as: CN86104529B

Abstract

一种完全按照理想燃烧过程(纯定容燃烧)工作的发动机。现有任何一种内燃机结构原理方案，不管采用何种燃料，都不可能实现真正的定容燃烧。本发明由燃烧气缸和回热汽缸两部分组成，当曲轴等速旋转时，燃烧活塞于上止点位置，约在80°—90°曲轴转角范围内静止不动，以保证定容燃烧过程的进行；回热活塞进一步吸收废气余热做功，故热效率高，比功率大，用途同普通内燃机。

Description

本发明是一种完全按照理想燃烧过程-燃料在容积不变的情况下实现“纯定容燃烧”的发动机。

在现有各种内燃机理想循环中，压缩比相等时，以定容加热循环的理论热效率为最高。但是，所有各种内燃机结构原理方案，不管往复式、旋转式、摆动式，也不管它们采用何种燃料，均不能进行真正地定容燃烧，这降低了膨胀行程有效功收益;为了能使燃料尽量在上止点附近燃烧完，不得不提前点火或喷油，这又增加了压缩行程的功率消耗，故现有内燃机结构原理，使功率和热效率的提高受到很大影响。

本发明的任务是制造一种能够克服上述缺点，按照理想状态进行纯定容燃烧加热的高效内燃机。

上述任务是通过如下技术方案实现的（参见图1及其说明）：将传统往复式内燃机的连杆5从大头端延长并开孔，然后连接一小连杆4，曲轴旋转时小连杆即可带动导向杆3往复运动，导向杆再联接两只带柄活塞2，该活塞便在各自的气缸1中实现“纯定容燃烧”，从而拉动曲轴9旋转做功;原传统气缸7活塞6用作余热回收。该回热汽缸的工质是以燃烧气缸1的排气为热源的水蒸汽。若为汽油机，可引少量过热水蒸汽到燃烧室，以提高压缩比和热效率，并减少排污。还可直接将燃烧废气引入回热汽缸的办法来回收排气能量。

本发明主要由下列基本零部件组成（参见图3）：燃烧气缸11，回热汽缸14，燃烧（带柄）活塞9，回热活塞1，燃烧气缸盖12，回热汽缸盖15，大连杆3，小连杆6，导向杆8，曲轴5，机身13，换热器（锅炉）18，冷凝器16，储汽箱17，2、4、7为联接肖。燃烧气缸的配气机构与普通四冲程或二冲程发动机相似;回热汽缸的配气机构大致与一般蒸汽机相同;各系统的结构原理也基本与一般内燃机一样。

本发明的基本工作原理如下（参见图4）：当回热活塞1的大连杆2与曲轴3一起运转时，连结小连杆4的大连杆孔中心G的运动规迹的一部分G₁G₂为一园弧，小连杆长度恰为该园弧半径。因而，传动带柄活塞5的小连杆的一端，在沿G₁G₂弧运动时，带柄活塞与缸盖的相对位置（燃烧室容积）保持不变，该活塞静止时间约占80°-90°CA（曲轴转角），而传统往复内燃机燃料持续燃烧时间，不计着火落后（延迟）期，从急燃期开始，到后燃期结束，汽油机约为40°-45°CA，柴油机约为45°-50°CA，所以本发明不管是以汽油还是以柴油为燃料均可完全实现“纯定容燃烧”;而且还可以使点火（或喷油）提前角大大缩小，以减少压缩行程的压缩功消耗。回热汽缸则可通过回收排气热量进一步提高发动机热效率，实际上它是一种以排气为热源的蒸汽机。

本发明基于同一构思可有不同方案，其特征和定义如下：

纯定容（纯等容）燃烧发动机，亦可称准理想发动机，它是一种以燃烧气缸进行纯定容燃烧。回热汽缸用燃烧废气为热源用蒸汽当工质为特征的发动机。

当燃烧室和活塞等高温部件利用绝热材料制造时称为纯定容燃烧绝热发动机。

当在排气系统中增设涡轮增压器时称为纯定容燃烧增压发动机。

当回热汽缸兼作增压气缸时称为纯定容燃烧兼增压发动机（例如图6）。

当回热汽缸只用作燃烧气缸的空气增压时称纯定容燃烧纯增压发动机（例如图7）。

当回热汽缸以燃烧废气为工质时称为纯定容燃烧直接回热发动机。

当回热汽缸简化为导向机构时称纯定容燃烧非回热发动机（例如图2）。

本发明的附图说明如下：

图1为一种单拐卧式纯定容燃烧发动机示意图。它具有两个燃烧气缸1，带柄活塞2，T字形导向杆2，小连杆4，大连杆5，回热活塞6，回热汽缸7，机身8，曲轴9，换热器（锅炉）10，储汽箱11和冷凝器12。可燃混合气在燃烧气缸进行纯定容燃烧，通过燃烧活塞、导向杆、小连杆和大连杆“拉动曲轴”旋转做功，所排废气经换热器将余热传给水，然后进入大气，水接受热量后变为过热水蒸汽，经储汽箱进入回热汽缸，通过回热活塞和大连杆“推动曲轴”旋转做功。水蒸汽自汽缸排出后进入冷凝器，冷凝器的高温水再进入换热器形成循环。若为汽油机，可自换热器经导管13引一部分过热水蒸汽到燃烧室，以提高压缩比和改进工作特性。

图2为一单拐立式纯定容燃烧非回热发动机，回热活塞简化为导向滚轮1，回热汽缸变为导向壁面2，3为大连杆，4为小连杆，5为具有导向作用的活塞柄，6为与活塞柄连接并带有肖轴7的横架，8为曲轴，9为燃烧活塞，10为喷油器，11为配气机构。该机-拐带动4个燃烧活塞（见图10），每两个气缸同时喷油工作，以保持横架6受力均衡。

图3为纯定容燃烧发动机基本型的主要组成零部件，已于前面说明。

图4为纯定容燃烧发动机基本原理图（参见上文说明），大连杆2的摆角β₁，小连杆4的摆角为θ₁，它们共同对应着曲轴3的转角α₁，大连杆孔中心G的轨迹近似为一椭园，其中G₁G₂段为园弧，该园弧半径恰为小连杆的长度，故曲轴转过2α₁角时，小连杆对应转过2θ₁角，此刻，导向杆6和燃烧活塞5静止不动，以实现纯定容燃烧，回热活塞1的运动情况同普通发动机。

图5为一纯定容燃烧绝热增压发动机方案。空气经压气机进入中冷器，然后进入燃烧气缸形成可燃混合气燃烧膨胀做功，排出的废气经增压涡轮再到换热器，然后排入大气。中冷器中的高温水进入换热器，进一步吸收排气余热变为过热水蒸汽，经储汽箱到回热汽缸膨胀做功。作为工质空气的循环路线是：空气-压气机1-中冷器2-燃烧气缸3-增压涡轮4-换热器5-大气。作为工质水蒸汽的循环路线是：水-冷却水箱6-水泵7-中冷器2-换热器5-储汽箱8-回热汽缸9-冷却水箱6。燃烧系统、润滑系统和配气（汽）机构等未示出，它们的结构原理同一般内燃机和蒸汽机。

图6为回热汽缸的一种设计方案。回热汽缸下端封闭，活塞将它隔为两部分：以水蒸汽为工质的回热汽缸2和供燃烧气缸用气的压缩气缸3，活塞柄4由外表面带弧形结构的滚轮5导向，活塞柄和大连杆由关节6转接，压缩气缸的进出气阀7、8同一般压气机，回热汽缸的进出汽阀9、10同一般蒸汽机。

图7为回热汽缸的另一种设计方案。该方案取消了回热系统，它仅是供燃烧气缸用压缩空气的压缩气缸，进出气阀7、8同一般压气机。

图8为燃烧气缸的一种布置方案，T字形导向杆1连结两个带柄活塞2，两个燃烧气缸可同时点火或同时喷油，导向杆由滑动套筒导向（亦可为滚轮导向）。

图9为燃烧气缸的另一种布置方案，曲轴每拐联接一只燃烧活塞1，导向杆为一方形框架2。

图10为燃烧气缸的又一种布置方案。曲轴每拐联接4只燃烧活塞，4只气缸可分两次点火，同号气缸（1-1，Ⅱ-Ⅱ）同时点火，导向杆3由导向轮4导向，5为小连杆，关节6布置在两组导向轮之间，导向轮固定在静止的导向架上，导向杆往复运动。

本发明的主要特点是热效率高，比功率大，因为：

①从对内燃机理想循环的分析可知，在压缩比相同时，以定容加热循环热效率为最高。本发明的结构原理保证了燃料纯定容燃烧过程的进行。

②与普通内燃机比较，实现定容燃烧可以提高燃气压力，减少后燃损失。同时还可缩小点火（喷油）提前角，以减少压缩功消耗。

③在纯定容燃烧过程中，燃气压力虽然不对活塞做功，但却对曲轴做功。因为作用在静止活塞上的燃气压力，通过活塞柄、导向杆、小连杆和大连杆作用到曲轴上，从而拉动曲轴旋转做功。这有利于热能的发挥。

④本发明的回热汽缸进一步回收了等容燃烧气缸排出的废气的余热。

本发明可以使用汽油、柴油、煤气和各种代用品为燃料。

本发明的用途同普通内燃机。

Claims

1、本发明是一种完全按照理想燃烧过程(纯定容燃烧)工作的发动机。现有任何一种结构形式的内燃机方案，不管它们使用何种燃料，均不能实现纯定容燃烧，热效率比较低。本发明的主要特征是，其曲柄连杆机构主要由大连杆、小连杆、导向杆、曲轴，以及燃烧气缸、燃烧活塞、回热汽缸、回热活塞等组成，大连杆上有三个孔，它们分别与回热活塞、曲轴的曲柄肖和小连杆的一端联接，小连杆的另一端与导向杆的内端联接，导向杆的外端固定着1至4只带柄的燃烧活塞(若燃烧活塞的柄兼具导向作用，则导向杆可变为转接小连杆和活塞柄的横架)，当曲轴等速旋转时，燃烧活塞在上止点位置长时间地(约占80°-90°曲轴转角)处于静止状态，以实现燃料(柴油、汽油、煤气等)的纯定容燃烧，回热汽缸通过回收排气余热，进一步提高发动机功率和热效率，回热活塞同时兼有导向作用。

2、根据权利要求1，一种纯定容燃烧发动机方案的主要特征为，回热活塞兼作空气增压活塞，此时，汽缸底部为封闭结构，活塞将气缸隔成回热汽缸和增压气缸两部分，该活塞的柄采用十字头或其他关节结构与大连杆联接，增压气缸装有进出气阀，回热气缸的工质为水蒸汽。

3、根据权利要求1，一种纯定容燃烧发动机方案的主要特征为，回热汽缸直接利用燃烧气缸的高温废气膨胀做功，这时，燃烧气缸至回热汽缸的废气通道应进行绝热处理（例如采用热管结构等）。

4、根据权利要求1，一种纯定容燃烧发动机方案的主要特征为，往复回热活塞简化为沿导向板滚动的滚轮，不再起回热作用。

5、根据权利要求1，一种纯定容燃烧发动机方案的主要特征为，燃烧室和活塞等高温部件采用陶瓷材料制造，空气经涡轮增压器压缩，再经中冷器冷却，然后进入燃烧气缸与燃料混合燃烧膨胀做功;排出的高温废气，经增压涡轮再进入换热器（锅炉），放出余热后排入大气;来自中冷器的高温水在换热器中被加热汽化，再经储汽箱进入回热汽缸，推动回热活塞膨胀做功;自回热汽缸排出的废汽经散热器冷凝冷却后再泵入中冷器。

6、根据权利要求5，一种纯定容燃烧发动机方案的主要特征为，高温部件采用通常材料制造，若为汽油机，可自换热器引部分过热水蒸汽到燃烧室，以提高发动机性能。