專利名稱：氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱動(dòng)力領(lǐng)域，尤其是一種斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)為一種外燃機(jī)，因此其功率密度和單機(jī)功率都嚴(yán)重受限，而且負(fù)荷響應(yīng)差，為了解決這一問(wèn)題，本發(fā)明人提出了內(nèi)燃熱氣機(jī)即內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)方案，但在這些技術(shù)方案中，要么需要用商業(yè)氧源(即由儲(chǔ)罐提供的氧源或空氣氧源等)，要么利用內(nèi)燃機(jī)做功完了后的工質(zhì)作為內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱缸工質(zhì)，前者需要商業(yè)氧源就不可避免地影響發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)動(dòng)性，后者會(huì)使斯特林循環(huán)中的工質(zhì)的壓力受限。因此，需要發(fā)明一種更新型的內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下:方案1.一種氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)A、氣缸活塞機(jī)構(gòu)B、氣缸活塞機(jī)構(gòu)C和回?zé)崞?在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A的氣缸上設(shè)置進(jìn)氣口、排氣口和供氣口，在所述進(jìn)氣口、所述排氣口和所述供氣口處各設(shè)置對(duì)應(yīng)的氣門；在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的氣缸上設(shè)置充氣口和往復(fù)流通口 ；在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的氣缸上設(shè)置往復(fù)流通口 ；所述供氣口與所述充氣口連通，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B上的所述往復(fù)流通口經(jīng)所述回?zé)崞髋c所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C上的所述往復(fù)流通口連通，在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的氣缸上和/或在所述回?zé)崞髋c所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C上的所述往復(fù)流通口之間通道上設(shè)置冷卻器；在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A的氣缸內(nèi)、在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的氣缸內(nèi)以及在所述供氣口和所述充氣口之間的連通通道內(nèi)的至少一處設(shè)置內(nèi)燃燃燒室。方案2.在方案I的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的氣缸上、在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的氣缸上、在所述供氣口和所述充氣口之間的連通通道上、在連通所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的氣缸與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的氣缸的通道上的至少一處設(shè)置乏氣導(dǎo)出口及其對(duì)應(yīng)的乏氣門。方案3.在方案I的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述內(nèi)燃燃燒室設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的氣缸內(nèi)和/或設(shè)置在所述供氣口和所述充氣口之間的連通通道內(nèi)，所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的控制機(jī)構(gòu)設(shè)為使所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A按照吸氣沖程-壓氣供氣沖程-余隙氣體做功沖程排氣沖程的循環(huán)模式工作的控制機(jī)構(gòu)。方案4.在方案I的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述內(nèi)燃燃燒室設(shè)在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A的氣缸內(nèi)，同時(shí)，還設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的氣缸內(nèi)和所述供氣口和所述充氣口之間的連通通道內(nèi)的至少一處上，所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的控制機(jī)構(gòu)設(shè)為使所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A按照吸氣沖程-壓氣供氣沖程-余隙氣體燃燒做功沖程-排氣沖程的循環(huán)模式工作的控制機(jī)構(gòu)。方案5.在方案I的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述內(nèi)燃燃燒室設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的氣缸內(nèi)和/或所述供氣口和所述充氣口之間的連通通道內(nèi)，所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的控制機(jī)構(gòu)設(shè)為使所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A按照吸氣沖程-壓氣供氣后排氣沖程的循環(huán)模式工作的控制機(jī)構(gòu)。方案6.在方案I的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述內(nèi)燃燃燒室設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A的氣缸內(nèi)，所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的控制機(jī)構(gòu)設(shè)為使所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A按照吸氣沖程-壓縮沖程-燃燒供氣后剩余高溫氣體做功沖程-排氣沖程的循環(huán)模式工作的控制機(jī)構(gòu)。方案7.在方案2的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A的氣缸上設(shè)置回充口及對(duì)應(yīng)的氣門；所述乏氣導(dǎo)出口與所述回充口連通。方案8.在方案2的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在所述供氣口和所述充氣口之間的連通通道上設(shè)置單向閥，所述乏氣導(dǎo)出口與所述供氣口和所述單向閥之間的連通通道連通。方案9.在方案2的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在所述供氣口和所述充氣口的連通通道上設(shè)置渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)，所述乏氣導(dǎo)出口經(jīng)葉輪壓氣機(jī)與所述供氣口和所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道連通，所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)對(duì)所述葉輪壓氣機(jī)輸出動(dòng)力。方案10.在方案I至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A、所述供氣口與所述充氣口之間的連通通道、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B上的所述往復(fù)流通口與所述回?zé)崞髦g的連通通道以及所述回?zé)崞髦械牟糠只蛉吭O(shè)為絕熱式。方案11.在方案I至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C為V型設(shè)置,所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的活塞和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的活塞與同一曲軸的同一連桿軸頸連接。方案12.在方案I至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的活塞和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的活塞與同一曲軸的不同一連桿軸頸連接，且此兩個(gè)所述連桿軸頸的相位差小于180度。方案13.在方案I至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將多個(gè)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A與一個(gè)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B連通。方案14.在方案I至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C共軸設(shè)置。方案15.在方案I的基礎(chǔ)上，所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)還包括八個(gè)氣缸活塞機(jī)構(gòu)，且此八個(gè)氣缸活塞機(jī)構(gòu)按90度V型八缸內(nèi)燃機(jī)的氣缸活塞機(jī)構(gòu)的布置方式布置,其中，一缸、四缸、五缸和八缸分別設(shè)為所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A,六缸和三缸分別設(shè)為所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B, 二缸和七缸分別設(shè)為所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C,兩個(gè)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A與一個(gè)鄰近的所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B連通。方案16.在方案I的基礎(chǔ)上，所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)還包括八個(gè)氣缸活塞機(jī)構(gòu)，且此八個(gè)氣缸活塞機(jī)構(gòu)按90度V型八缸內(nèi)燃機(jī)的氣缸活塞機(jī)構(gòu)的布置方式布置,其中，二缸、三缸、六缸和七缸分別設(shè)為所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A,四缸和五缸分別設(shè)為所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B, —缸和八缸分別設(shè)為所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C,兩個(gè)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A與一個(gè)鄰近的所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B連通。方案17.在方案I至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A設(shè)為對(duì)置活塞氣缸機(jī)構(gòu)。方案18.在方案I至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上，所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步還包括低溫冷源，所述低溫冷源用于提供低溫物質(zhì)，所述低溫物質(zhì)用于冷卻所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C中和/或即將進(jìn)入所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的工質(zhì)。方案19.在方案2至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上，所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步還包括附屬渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)和附屬葉輪壓氣機(jī)，所述乏氣導(dǎo)出口與所述附屬渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述附屬渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)附屬冷卻器與所述附屬葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)入口連通，所述附屬葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)出口與工質(zhì)閉合回路連通；在所述附屬渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口與所述附屬葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)入口之間的通道上設(shè)置附屬工質(zhì)導(dǎo)出口。方案20.在方案I至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)的質(zhì)量流量大于從工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)的質(zhì)量流量。方案21.在方案I至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上,所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)還進(jìn)一步包括氧化劑源、氧化劑傳感器和氧化劑控制裝置，所述氧化劑傳感器設(shè)在由所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C及它們之間的通道連通構(gòu)成的工質(zhì)閉合回路內(nèi)，所述氧化劑傳感器對(duì)所述氧化劑控制裝置提供信號(hào)，所述氧化劑源經(jīng)氧化劑控制閥與所述工質(zhì)閉合回路連通，所述氧化劑控制裝置控制所述氧化劑控制閥。方案22.在方案I至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A和/或所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B和/或所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C設(shè)為活塞液體機(jī)構(gòu)，所述活塞液體機(jī)構(gòu)包括氣液缸和氣液隔離結(jié)構(gòu)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)設(shè)在所述氣液缸內(nèi)。方案23.在方案22的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對(duì)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力設(shè)為大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和。方案24.在方案I至方案3中任一方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述乏氣導(dǎo)出口及其對(duì)應(yīng)的乏氣門設(shè)在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的氣缸上,且在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C上的所述往復(fù)流通口處設(shè)往復(fù)流通控制門。方案25.—種氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī),其特征在于:包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)A、氣缸活塞機(jī)構(gòu)B和氣缸活塞機(jī)構(gòu)C,在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A的氣缸上設(shè)置進(jìn)氣口、排氣口和供氣口，在所述進(jìn)氣口、所述排氣口和所述供氣口處各設(shè)置對(duì)應(yīng)的氣門；在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的氣缸上各設(shè)往復(fù)流通口 ；所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C各經(jīng)其上的所述往復(fù)流通口相互連通，所述供氣口與兩個(gè)所述往復(fù)流通口之間的連通通道連通，且該連通位置靠近所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的所述往復(fù)流通口處；在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的氣缸上和/或在靠近所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的兩個(gè)所述往復(fù)流通口的連通通道上設(shè)置冷卻器；在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A的氣缸內(nèi)、在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的氣缸內(nèi)以及在所述供氣口與兩個(gè)所述往復(fù)流通口之間的連通通道連通的連通通道內(nèi)的至少一處置設(shè)燃燒室。方案26.如權(quán)利要求方案25所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的連通通道上設(shè)置回?zé)崞?；所述供氣口與所述回?zé)崞骱退鰵飧谆钊麢C(jī)構(gòu)B的所述往復(fù)流通口之間的連通通道連通。
方案27.在方案25或方案26的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C或它們之間的連通通道的承壓能力設(shè)為2MPa 20MPa。方案28.在方案25或方案26的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的氣缸上、在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的氣缸上、在所述供氣口與兩個(gè)所述往復(fù)流通口之間的連通通道連通的連通通道上、在連通所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的連通通道上的至少一處設(shè)置乏氣導(dǎo)出口及其對(duì)應(yīng)的乏氣門。方案29.在方案28的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A的氣缸上設(shè)置回充口及對(duì)應(yīng)的氣門；所述乏氣導(dǎo)出口與所述回充口連通。本發(fā)明的原理是:利用一個(gè)或多個(gè)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A產(chǎn)生的高壓或高溫高壓工質(zhì)，提供給由所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C構(gòu)成的按斯特林循環(huán)工作的動(dòng)力單元，使該動(dòng)力單元得以工作。在由所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A向該動(dòng)力單元提供高壓空氣的結(jié)構(gòu)中，需要在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B內(nèi)和/或在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A的連通通道內(nèi)設(shè)置內(nèi)燃燃燒室；所述乏氣導(dǎo)出口設(shè)置的目的是當(dāng)由所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A向該動(dòng)力單元的工質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)入工質(zhì)的壓力達(dá)到一定程度時(shí)，將多余工質(zhì)放出。本發(fā)明中，所謂的按斯特林循環(huán)工作包括按理論斯特林循環(huán)工作和按實(shí)際斯特林循環(huán)工作。本發(fā)明中，所謂的往復(fù)流通口是指工質(zhì)可以往復(fù)通過(guò)的配氣口。 本發(fā)明中，所謂的供氣口是指高壓空氣或高溫高壓工質(zhì)流出的配氣口。本發(fā)明中，所謂的充氣口是指高壓空氣或高溫高壓工質(zhì)進(jìn)入所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B的配氣口。本發(fā)明中，所謂的乏氣導(dǎo)出口是指將經(jīng)過(guò)斯特林循環(huán)后的氣體導(dǎo)出本氣缸內(nèi)然斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣口。本發(fā)明中，所謂的回充口是指由所述乏氣導(dǎo)出口排出的氣體工質(zhì)送回至所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A中的配氣口。本發(fā)明中，所謂的壓氣供氣沖程是指活塞從下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)，且只有所述供氣門打開的過(guò)程。本發(fā)明中，所謂的余隙氣體做功沖程是指在所述壓氣供氣沖程后，此時(shí)活塞處于上止點(diǎn)附近，關(guān)閉所有配氣門，利用壓氣供氣沖程后存留在氣缸內(nèi)的余隙氣體推動(dòng)活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。本發(fā)明中，所謂的余隙氣體燃燒做功沖程是指在所述壓氣供氣沖程后，此時(shí)活塞處于上止點(diǎn)附近，關(guān)閉所有配氣門，使壓氣供氣沖程后存留在氣缸內(nèi)的余隙氣體燃燒爆炸后推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)的過(guò)程。本發(fā)明中，所謂的壓氣供氣后排氣沖程是指在壓氣供氣過(guò)程后，供氣門關(guān)閉，在活塞處于上止點(diǎn)附近將排氣門打開使存留在余隙容積內(nèi)的氣體導(dǎo)出氣缸的過(guò)程。本發(fā)明中，所謂的燃燒供氣后剩余高溫氣體做功沖程是指在壓縮沖程后，活塞處于上止點(diǎn)附近時(shí)，使氣缸內(nèi)發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)，將此燃燒化學(xué)反應(yīng)形成的高溫氣體的一部分或大部分經(jīng)所述供氣門導(dǎo)出后再將所述供氣門關(guān)閉，利用剩余在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A內(nèi)的剩余高溫氣體推動(dòng)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A的活塞下行對(duì)外做功的過(guò)程。
本發(fā)明中，通過(guò)調(diào)整工質(zhì)閉合回路的工作壓力以及熱端機(jī)構(gòu)的排量，以控制熱端機(jī)構(gòu)的質(zhì)量排量，使所述內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)的質(zhì)量流量M2大于從所述工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)的質(zhì)量流量M1，也就是說(shuō)除了從所述工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)外，還有一部分物質(zhì)是從所述工質(zhì)閉合回路中導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的，由于所述內(nèi)燃燃燒室是設(shè)置在所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的，所以也就是說(shuō)從所述內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)至少有一部分流回所述內(nèi)燃燃燒室，即實(shí)現(xiàn)了工質(zhì)在熱端機(jī)構(gòu)和冷端機(jī)構(gòu)之間有往復(fù)流動(dòng)。從所述工質(zhì)閉合回路外向所述內(nèi)燃燃燒室導(dǎo)入的物質(zhì)可以是氧化劑、還原劑、壓縮氣體或高溫燃?xì)獾取?本發(fā)明中，所述熱端機(jī)構(gòu)是指所述內(nèi)燃燃燒室設(shè)在其中，或者所述內(nèi)燃燃燒室中發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的工質(zhì)首先進(jìn)入其中的配氣機(jī)構(gòu)或做功機(jī)構(gòu)，例如所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B。本發(fā)明中，所述冷端機(jī)構(gòu)是指工質(zhì)從所述熱端機(jī)構(gòu)流出后進(jìn)入的氣體做功機(jī)構(gòu)或氣體壓縮機(jī)構(gòu)，例如所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C或羅茨式壓氣機(jī)等機(jī)構(gòu)。本發(fā)明中，所述工質(zhì)閉合回路是指由所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C及它們之間的連通通道構(gòu)成的工質(zhì)可循環(huán)流動(dòng)的空間。本發(fā)明中，所述氣液缸是指可以容納氣體工質(zhì)和/或液體，并能承受一定壓力的容器，所述氣液缸被所述氣液隔離結(jié)構(gòu)分隔成氣體端和液體端，所述氣液缸的氣體端設(shè)置氣體工質(zhì)流通口，所述氣體工質(zhì)流通口用于與所述工質(zhì)閉合回路中的其他裝置或機(jī)構(gòu)連通；所述氣液缸的液體端設(shè)置液體流通口，所述液體流通口用于與液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)和/或液體工質(zhì)回送系統(tǒng)連通。本發(fā)明中，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)是指可以在所述氣液缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)體，如隔離板、隔離膜、活塞等，其作用是隔離所述氣液缸中的氣體工質(zhì)和液體，優(yōu)選地，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)和所述氣液缸密封滑動(dòng)配合。在所述活塞液體機(jī)構(gòu)工作過(guò)程中，根據(jù)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)處于所述氣液缸內(nèi)的不同位置，所述氣液缸內(nèi)可能全部是氣體工質(zhì)，也可能全部是液體，或者氣體工質(zhì)和液體同時(shí)存在。本發(fā)明中，所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的活塞連桿機(jī)構(gòu)不同，傳統(tǒng)的活塞連桿機(jī)構(gòu)中的活塞可受連桿的推力或拉力停下，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞行程的限制，而在所述氣液缸中，當(dāng)所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)做正功時(shí)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)受壓力向下止點(diǎn)方向移動(dòng)，將液體以高壓形式排出所述氣液缸并推動(dòng)液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)(例如液體馬達(dá))對(duì)外做功，當(dāng)液體即將排盡時(shí)，改變液體馬達(dá)工作模式或啟動(dòng)液體工質(zhì)回送系統(tǒng)，使所述氣液缸內(nèi)的液體不再減少，此時(shí)液體會(huì)對(duì)所述氣液缸內(nèi)的所述氣液隔離結(jié)構(gòu)施加制動(dòng)力，使其停止，以防止其撞擊氣液缸的液體端底部的壁；當(dāng)不斷向所述氣液缸內(nèi)輸入液體時(shí)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)會(huì)不斷向上止點(diǎn)方向移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)上止點(diǎn)附近時(shí)，停止向所述氣液缸內(nèi)輸入液體或者使所述氣液缸內(nèi)的液體減少(流出)，盡管如此，所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)仍然會(huì)由于慣性向上止點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，如果所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)的壓力不夠高，則會(huì)導(dǎo)致所述氣液隔離結(jié)構(gòu)繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)而撞擊氣液缸頂部的壁，為了避免這種撞擊，需要使氣液缸內(nèi)氣體工質(zhì)的壓力足夠高，使其對(duì)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和。本發(fā)明中，在所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程中所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和是變化的，因此在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)保證在任何工作時(shí)刻都滿足“所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對(duì)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和”的條件，例如通過(guò)調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路中的工作壓力、調(diào)整氣液隔離結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、調(diào)整液體密度或調(diào)整液體深度等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，所述液體深度是指液體在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向上的液體的深度。本發(fā)明中，所謂的“調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路中的工作壓力”是通過(guò)調(diào)整流入和/或流出所述工質(zhì)閉合回路的氣體工質(zhì)的體積流量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，例如可以通過(guò)調(diào)整所述乏氣導(dǎo)出口的開關(guān)間隔、每次開啟的時(shí)間和/或所述乏氣導(dǎo)出口處控制閥的開口大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明中，可以通過(guò)調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路中的壓力(例如可以通過(guò)調(diào)整所述乏氣導(dǎo)出口的開啟壓力或者開關(guān)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn))，使所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對(duì)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的總慣性力，從而防止所述氣液隔離結(jié)構(gòu)與所述氣液缸碰撞。本發(fā)明中，所述低溫冷源是指能提供溫度在0°C以下的低溫物質(zhì)的裝置、機(jī)構(gòu)或儲(chǔ)罐，例如采用商業(yè)購(gòu)買方式獲得的儲(chǔ)存有低溫物質(zhì)的儲(chǔ)罐，所述低溫物質(zhì)可以是液氮、液氧、液氦或液化空氣等。當(dāng)本發(fā)明中氧化劑為液氧時(shí)，液氧可直接作為所述低溫物質(zhì)。本發(fā)明中，所述低溫冷源以直接與所述工質(zhì)閉合回路連通使所述低溫物質(zhì)與所述
工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)混合的方式，或者以經(jīng)換熱裝置使所述低溫物質(zhì)與所述工質(zhì)閉合回
路內(nèi)的工質(zhì)換熱的方式，對(duì)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C中或即將進(jìn)入所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C的工質(zhì)
進(jìn)行冷卻處理。熱氣機(jī)是一種工作循環(huán)接近卡諾循環(huán)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，其熱效率的計(jì)算可以參
考卡諾循環(huán)熱效率計(jì)算公式
權(quán)利要求
1.一種氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)A (I)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)B (2)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)C (3)和回?zé)崞?4),在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A (I)的氣缸上設(shè)置進(jìn)氣口(5 )、排氣口( 6 )和供氣口( 7 )，在所述進(jìn)氣口( 5 )、所述排氣口( 6 )和所述供氣口( 7 )處各設(shè)置對(duì)應(yīng)的氣門；在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B (2)的氣缸上設(shè)置充氣口(8)和往復(fù)流通口(9);在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C (3)的氣缸上設(shè)置往復(fù)流通口(9)； 所述供氣口(7)與所述充氣口(8)連通，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B (2)上的所述往復(fù)流通口(9 )經(jīng)所述回?zé)崞?4 )與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C (3 )上的所述往復(fù)流通口( 9 )連通，在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C (3)的氣缸上和/或在所述回?zé)崞?4)與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C (3)上的所述往復(fù)流通口(9)之間通道上設(shè)置冷卻器(13)； 在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A (I)的氣缸內(nèi)、在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B (2)的氣缸內(nèi)以及在所述供氣口(7)和所述充氣口(8)之間的連通通道內(nèi)的至少一處設(shè)置內(nèi)燃燃燒室(10)。
2.如權(quán)利要求1所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B(2)的氣缸上、在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C (3)的氣缸上、在所述供氣口(7)和所述充氣口(8)之間的連通通道上、在連通所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B (2)的氣缸與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C (3)的氣缸的通道上的至少一處設(shè)置乏氣導(dǎo)出口( 11)及其對(duì)應(yīng)的乏氣門(12)。
3.如權(quán)利要求1所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述內(nèi)燃燃燒室(10)設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B (2)的氣缸內(nèi)和/或設(shè)置在所述供氣口(7)和所述充氣口(8)之間的連通通道內(nèi)，所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的控制機(jī)構(gòu)設(shè)為使所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A (I)按照吸氣沖程-壓氣供氣沖程-余隙氣體做功沖程-排氣沖程的循環(huán)模式工作的控制機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述內(nèi)燃燃燒室(10)設(shè)在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A (I)的氣缸內(nèi)，同時(shí),還設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B (2)的氣缸內(nèi)和所述供氣口(7)和所述充氣口(8)之間的連通通道內(nèi)的至少一處上，所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的控制機(jī)構(gòu)設(shè)為使所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A (I)按照吸氣沖程-壓氣供氣沖程-余隙氣體燃燒做功沖程-排氣沖程的循環(huán)模`式工作的控制機(jī)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述內(nèi)燃燃燒室(10)設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B (2)的氣缸內(nèi)和/或所述供氣口(7)和所述充氣口(8)之間的連通通道內(nèi)，所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的控制機(jī)構(gòu)設(shè)為使所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A (I)按照吸氣沖程-壓氣供氣后排氣沖程的循環(huán)模式工作的控制機(jī)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述內(nèi)燃燃燒室(10)設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A (I)的氣缸內(nèi)，所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的控制機(jī)構(gòu)設(shè)為使所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A (I)按照吸氣沖程-壓縮沖程-燃燒供氣后剩余高溫氣體做功沖程-排氣沖程的循環(huán)模式工作的控制機(jī)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求2所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A(I)的氣缸上設(shè)置回充口(60)及對(duì)應(yīng)的氣門；所述乏氣導(dǎo)出口(11)與所述回充口(60)連通。
8.如權(quán)利要求2所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:在所述供氣口(7)和所述充氣口( 8 )之間的連通通道上設(shè)置單向閥(72 )，所述乏氣導(dǎo)出口( 11)與所述供氣口( 7 )和所述單向閥(72 )之間的連通通道連通。
9.如權(quán)利要求2所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:在所述供氣口(7)和所述充氣口( 8 )的連通通道上設(shè)置渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)(102 )，所述乏氣導(dǎo)出口( 11)經(jīng)葉輪壓氣機(jī)(101)與所述供氣口(7)和所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)(102)的工質(zhì)入口之間的連通通道連通，所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)(102)對(duì)所述葉輪壓氣機(jī)(101)輸出動(dòng)力。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A (I)、所述供氣口(7)與所述充氣口(8)之間的連通通道、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B (2)、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B (2)上的所述往復(fù)流通口(9)與所述回?zé)崞?4)之間的連通通道以及所述回?zé)崞?4)中的部分 或全部設(shè)為絕熱式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣缸內(nèi)燃斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)A、氣缸活塞機(jī)構(gòu)B、氣缸活塞機(jī)構(gòu)C和回?zé)崞?，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)B與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)C構(gòu)成按斯特林循環(huán)工作的動(dòng)力單元，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)A為所述動(dòng)力單元提供壓縮氣體或高溫高壓燃?xì)?，使得所述?dòng)力單元得以工作。本發(fā)明熱效率高，有利于節(jié)約能源，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F02G1/053GK103104374SQ20131003207
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月2日
發(fā)明者靳北彪 申請(qǐng)人:摩爾動(dòng)力(北京)技術(shù)股份有限公司