CN103161613A - 一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机，特别是一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机。众所周知，目前社会上广泛使用的内燃机是以柴油为燃料的柴油机和以汽油为燃料的汽油机。由于这两种发动机对石化燃料的单纯依赖以及尾气排放的严重污染，因此加剧了当今社会日益突出的能源与保环——两大社会问题。本发明通过利用临沸水注入的方法，使得其工作效率大幅度的提升，同时降低排放污染，特别要说明的是本发明能够应用多种燃料，几乎囊括所有的液体和气体燃料——包括高能气体燃料氢、乙炔和常用的石化类燃油、天然气，以及洒精、地沟油之类的高启燃点生物脂类再生燃料；还能辅助应用电热能或单一应用电热能来运行，真正实现高效节能，清洁环保的多重目的。

Description

一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机，特别是一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机。

背景技术

现有的广泛使用的内燃机通常是柴油机和汽油机两种(以下我将其统称为传统内燃机)。由于传统内燃机是直接简单地利用燃料在燃烧缸内燃烧产生的高温高压的燃气来推动活塞做功。因此高温也就成为传统内燃机利弊依存的矛盾囚笼——一方面追求卓越的机械效能而竭力提高燃烧缸内的温度，另一方面为了维持机器持续正常工作而设法控制其温度限止在机器的承受极限之下。在矛盾的双面作用下，局限了传统内燃机热效的长足的发展。

发明内容

本发明利用注入临沸水(即接近100℃的水)到燃烧缸内，使其与缸内燃烧产生的高温燃气进行热交换，从而有效控制缸内过高的温度；同时，临沸水受高温燃气的激发即刻汽化，产生大量的高压适温的水蒸汽，从而进一步促进活塞做功。化有害高温为有利适温，既不要象传统内燃机那样人为放弃大量热量的水冷或风冷来散热，又可利用临沸水受高温激发剧烈汽化而大幅度提高缸内的工作气压，达到高效、节能的目的；另外，本发明还应用了电热棒在缸内进行辅助性地提供热量，达到一机多用的有效目的。由于本发明利用水注入缸内，所以水汽化产生的水蒸汽即对燃烧产生的一些氮氧化合物(NOx)等有害气体进行过滤和沉降，起到清洁环保的另一目的，并且还可以利用排出的热废气中残存的基础热量来加热预备注入缸的水，实现热能我多级应用。本发明除了上述高效节能、清洁环保的优点外，特别要说明的是本发明还突破传统内燃机对一些高能清洁燃料如乙炔、氢气等气体燃料的有效应用，以及对一些启燃点较高的可再生燃料如生物脂类(地沟油之类)的缺失应用或低效应用，从而为今后社会对新型能源的开发奠定坚实的基础。

附图说明

图1是第(1)实施例之吸气冲程的纵剖面图

图2是第(1)实施例之压缩冲程的纵剖面图

图3是第(1)实施例之做功冲程的纵剖面图

图4是第(1)实施例之排气冲程的纵剖面图

图5是图6A-A位的横截面图

图6是第(2)实施例之吸气冲程的纵剖面图

图7是图6B-B位的横截面图

图8是图9A-A位的横截面图

图9是第(2)实施例之压缩冲程的纵剖面图

图10是图9B-B位的横截面图

图11是图12A-A位的横截面图

图12是第(2)实施例之做功冲程的纵剖面图

图13是图12B-B位的横截面图

图14是图15A-A位的横截面图

图15是第(2)实施例之排气冲程的纵剖面图

图16是图15B-B位的横截面图

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施例作详细的说明。这里所举实施例各组合部件涉及到名称、尺寸比例、相对位置等仅仅是为了方便绘图表达和文字叙述，而不应该把它看成是对本发明范围的限制。(除了有特别注明)

图1、图2、图3、图4是表示本发明的第(1)实施例的一个工作循环示图：

如附图所示，一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，由燃烧缸(1)、活塞(2)、进空气门(3)、喷油嘴(5)、电热棒(7)、注水嘴(10)、蒸汽涡轮(11)、排气门(12)和隔热套(14)构成。

第(1)实施例在开始吸气冲程时，如图1所示，进空气门(3)开启，排气门(12)关闭，电热棒(7)通电工作，活塞(2)处下行状态。在活塞(2)下行的过程中，燃烧缸(1)通过进空气门(3)吸入相应的空气，一直到活塞(2)下行到下止位，吸气冲程结束进入压缩冲程。如图2所示，进空气门(3)即刻关闭，排气门(12)关闭，电热棒(7)通电工作，活塞(2)行径变更为上行状态。在活塞(2)上行的过程中，燃烧缸(1)内的空气受到电热棒(7)的加热和活塞(2)的压缩而使其温度抬升，一直到活塞(2)上行到上止位，压缩冲程结束进入做功冲程。如图3所示，喷油嘴(5)喷入雾化的燃油，进空气门(3)关闭，排气门(12)关闭，电热棒(7)通电工作，活塞(2)行径变更为下行状态。雾化的燃油与灼热的空气充分混触后立即启燃，产生高温高压的燃气，推动活塞(2)做功。在略滞后于喷油嘴(5)喷油的时刻，注水嘴(10)启动注入适量的临沸的水，临沸水在高温燃气的热激发下，即刻汔化产生大量的水蒸汽。同时燃烧缸(1)内因燃料燃烧产生的有害超高温燃气在与水和水蒸汽的热交换中释放出了大量的热使其温度由原来的有害高温或超高温变为无害的适度高温高压的混合气。这里需要说明的是所述临沸水是在机器热工作状态下，目的是减少水由常温抬升到沸点过程中吸收的基础热，从而起到节能的目的。而对于新启动的冷机状态下注入常温的水依然有效，因此不应构成对本发明的限制。在整个循环中燃烧缸(1)外覆裹的隔热套(14)能够充分阻隔热量的散失，起到节能的效果。在活塞(2)下行到下止位，做功冲程结束进入排气冲程。如图4所示，排气门(12)开启，进空气门(3)关闭，电热棒(7)通电工作，活塞(2)行径变更为上行状态。随着排气门(12)即刻开启，活塞(2)上行，燃烧缸(1)内的燃气通过排气门(12)排出，并冲击蒸汽涡轮(11)，实现热能的二次利用，达到提高热效的效果。直到活塞(2)上行到上止位，整个循环完成。

这里经过二次做功(推动活塞做功和推动蒸汽涡轮做功)的热蒸汽在通过废气管道排放到储水罐中，与液态水进行热交换，使液态水的温度抬升；同时，大量的水蒸汽在热交换的过程凝溜为水，滞留在储水罐中，实现水和热的多次循环利用。另外，废气通过水的过程中绝大部分残存的燃烧不全的悬混状燃油和因燃烧产生氮氧化合物(NOx)在水中被过滤和沉降，既减少有害气的排放，又能让那些沉降在水中的悬混状燃油通过水的注入带回到燃烧缸内参与燃烧反应，实现节能环保的多重效果。

这里需要特别说明的是，在整个循环的工作中，电热棒(7)一直处在通电工作状态并不是本发明工作的必须要求，而是作为本发明辅助性参与提供热量的一种方式。这种电热能供热的方法不仅能辅助内燃机工作，而且它还能够独立以电热能提供热量的模式来运行空载或怠速运转的机器。(这里的空载或怠速运转的说法只因为电热能供热的方式相对多重能量相辅提供热量的功率降低而已，并不够对本发明范围的限止)。

下面详细说明本发明以单一电热能提供热量的模式来运行的工作过程：

当本发明选择到单一电热能运转时，机器则以二冲程的工作方式进行工作。可以参照图3和图4来加以说明。第一冲程开始时，如图3所示，电热棒(7)处于通电工作状态，进空气门(3)关闭，排气门(12)关闭，喷油嘴(5)关闭，活塞(2)行径处于下行状态。在活塞(2)运行至上止位变更为下行状态的瞬间，注水嘴(10)注入临沸水，这种临沸水受到电热棒(7)产生的热量的激发迅速汽化膨胀，推动活塞(2)做功，当活塞(2)下行至下止位，第一冲程结束进入第二冲程。如图4所示，电热棒(7)处于通电工作状态，进空气门(3)关闭，排气门(12)开启，活塞(2)行径变更为上行状态。随着排气门(12)开启，活塞(2)上行，将高压的蒸汽通过排气门(12)排出冲击蒸汽涡轮(11)做功，直到活塞(2)上行到上止位，排气门(12)关闭，进入下一个工作循环。

实施例1选择应用单一电热能供热时的工作过程，其工作只是要求，进空气门(3)以及喷油嘴(5)处于加锁关闭状态，电热棒(7)保持一直通电工作。实施例2选择电热能单一供热的工作过程基本相同(可以参照图11、图12、图13、图14、图15、图16)，也是要求进空气门(3)、进燃气门(6)以及喷油嘴(5)均处于加锁关闭状态，内缸隔离门(4)保持一直开通，电热棒(7)保持一直通电工作，其它工作过程与上述二冲程的工作过程完全一致。

图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16是表示本发明第(2)实施例的一个工作循环示图：

如附图所示，一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，由燃烧缸(1)、活塞(2)、进空气门(3)、内缸隔离门(4)、喷油嘴(5)、进燃气门(6)、电热棒(7)、滑旋柄(8)、滑旋控制杆(9)、注水嘴(10)、蒸汽涡轮(11)、排气门(12)、连杆(13)和隔热套(14)构成。

第(2)实施例在开始吸气冲程时，如图5、图6、图7所示，进空气门(3)开启，排气门(12)关闭，进燃气门(6)开启，电热棒(7)通电工作，活塞(2)处下行状态，内缸隔离门(4)关闭(如图5所示，滑旋控制杆(9)控制滑旋柄(8)处于1点半-7点半位，图7所示内缸隔离门(4)关闭)。在活塞(2)下行的过程中，燃烧缸(1)通过进空气门(3)吸入相应的空气，进燃气门(6)吸入相应燃气分别由内缸隔离门(4)隔离在燃烧缸(1)。一直到活塞(2)下行到下止位，吸气冲程结束进入压缩冲程。如图8、图9、图10所示，进空气门(3)关闭，进燃气门(6)关闭，排气门(12)关闭，电热棒(7)通电工作，活塞(2)行径变更为上行状态，内缸隔离门(4)关闭(如图8所示，滑旋控制杆(9)控制滑旋柄(8)处于1点半-7点半位，图10所示内缸隔离门(4)关闭)。在活塞(2)上行的过程中，燃烧缸(1)内的空气和燃气在隔离中分别受到电热棒(7)的加热和活塞(2)的压缩而使其温度抬升，一直到活塞(2)上行到上止位，压缩冲程结束进入做功冲程。如图11、图12、图13所示，喷油嘴(5)喷入燃油，进空气门(3)关闭，排气门(12)关闭，电热棒(7)通电工作，活塞(2)行径变更为下行状态，内缸隔离门(4)开启(如图11所示，滑旋控制杆(9)控制滑旋柄(8)处于10点半-4点半位，图13所示内缸隔离门(4)开启)。随着内缸隔离门(4)的开启和喷油嘴(5)喷入燃油，喷入的燃油和压热的燃气与灼热的空气充分混触后立即启燃，产生高温高压的燃气，推动活塞(2)做功。在略滞后于喷油嘴(5)喷油和内缸隔离门(4)开启的时刻，注水嘴(10)启动注入适量的临沸的水，临沸水在高温燃气的热激发下，即刻汔化产生大量的水蒸汽。同时燃烧缸(1)内因燃料燃烧产生的有害高温或超高温燃气在与水和水蒸汽的热交换中释放出了大量的热使其温度由原来的有害高温或超高温变为无害的适度高温高压的混合气。这里需要说明的是所述临沸水实际也没有温度上的局限。在活塞(2)下行到下止位，做功冲程结束进入排气冲程。如图14、图15、图16所示，排气门(12)开启，进空气门(3)关闭，进燃气门(6)关闭，电热棒(7)通电工作，活塞(2)行径变更为上行状态，内缸隔离门(4)开启(如图14所示，滑旋控制杆(9)控制滑旋柄(8)处于10点半-4点半位，图16所示内缸隔离门(4)开启)。随着排气门(12)开启，在活塞(2)上行过程中，燃烧缸(1)内的燃气通过排气门(12)排出，并冲击蒸汽涡轮(11)，实现热能的二次利用，达到提高热效的效果。直到活塞(2)上行到上止位，至此整个循环完成。

这里需要说明第2实施例中叙述了三种同时供热方式来运行，当然它也可以在实时条件下选择其中任一方式或任二方式来运行，并不够造成对本发明范围的限止。

Claims (12)

1.一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，其大致由气门、燃烧缸、活塞、注水嘴、电热棒、隔热套、喷油嘴等构成。其特征是利用注水嘴在燃料启燃之后注入相应的液态水，使之与高温的燃气进行热交换，达到有效限控缸内过高的有害温度。

2.根据权利要求1所述的一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，其特征是利用隔热套来对缸内热量隔温保热，防止热的浪费损失。

3.根据权利要求1所述的一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，其特征是能够兼容应用电热能、液体燃料及所体燃料来提供热量。

4.根据权利要求1所述的一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，其特征是可以根据时况选择应用单一的气体燃料来运行。

5.根据权利要求1所述的一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，其特征是可以根据时况选择应用单一的液本燃料来运行。

6.根据权利要求1所述的一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，其特征是可以根据时况选择应用单一的电热能来运行。

7.根据权利要求1所述的一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，其特征是利用隔离内缸对吸入的空气和可燃气进行隔离压缩再通过隔离门的开启让其混合接触启燃。

8.根据权利要求1所述的一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，其特征是利用较高温度的废气流进储水罐，使之与罐内的水发生热交换，达到加热水的目的。

9.根据权利要求1所述的一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，其特征是让废气流入储水罐利用水来截留废气中未完全燃烧的燃油，然后采用注水嘴注水将混合在水中的燃油带回燃烧缸内参与燃烧反应。

10.根据权利要求1所述的一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，其特征是利用水和水蒸汽来沉降因燃烧产生的氮氧化合物(NOx)等有害气体。

11.根据权利要求1所述的一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，其特征是可以利用可燃气的易启燃性来引燃喷油嘴喷入的一些高启燃点的次级燃料(如地沟油等生物凝脂类)。

12.根据权利要求1所述的一种能够单一应用或辅助应用电热能的内燃机，其特征是利用排放出来的水蒸气流经储水罐，使之凝溜成水并滞留在储水罐中。

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