一種集束管外燃發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可利用多種熱能做功的發(fā)動(dòng)機(jī)，屬于發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)屬于一種很成熟的技術(shù)。通常主要包括機(jī)體，氣缸，活塞，曲軸，連桿，氣門機(jī)構(gòu)，燃油系統(tǒng)等。燃油經(jīng)噴嘴噴入氣缸內(nèi)，與經(jīng)過壓縮的空氣混合燃燒后產(chǎn)生熱氣，氣體膨脹推動(dòng)活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)作功，并通過連桿、曲軸對(duì)外輸出動(dòng)力。由于不同燃料的燃燒條件不同，這種發(fā)動(dòng)機(jī)通常只能對(duì)應(yīng)一種氣體或液體燃料才能最好地工作，這就對(duì)所使用的燃料要求苛刻，不能在同一發(fā)動(dòng)機(jī)中使用多種燃料。另一方面，氣缸頭及燃燒室的溫度比外界高出約2000度左右(燃燒時(shí))，導(dǎo)致熱量大量流失(氣缸頭內(nèi)和燃燒室的外圍都有冷卻物質(zhì)，將廢熱帶走)，從而使得熱能利用效率有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種熱能利用率高、可以同一發(fā)動(dòng)機(jī)上使用多種燃料的高效節(jié)能的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0004]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種集束管外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括燃燒系統(tǒng)及動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，所述燃燒系統(tǒng)包括燃燒室、連接在所述燃燒室上的燃料管、進(jìn)氣管、點(diǎn)火器、排氣道、連接在所述燃料管末端的噴油器；所述動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置包括氣缸、設(shè)置在所述氣缸內(nèi)的活塞、連接在所述活塞下端部的曲軸，所述燃燒室下端部與所述氣缸上端部相連接，所述燃燒室與所述氣缸間設(shè)有隔離壁，所述燃燒室內(nèi)設(shè)置有集束管，所述集束管位于燃燒室內(nèi)的一端密封、另一端設(shè)有開口，所述集束管開口與所述氣缸連通，所述氣缸上端部一側(cè)設(shè)置有水噴頭、另一側(cè)設(shè)置有排氣門。
[0005]上述技術(shù)方案中，活塞將低溫、低壓的空氣和水汽全部強(qiáng)行壓入集束管內(nèi)，燃燒室內(nèi)燃料燃燒后，空氣和水汽在集束管內(nèi)吸收熱量升溫、升壓，當(dāng)活塞上升過上止點(diǎn)時(shí)，升壓的空氣和水汽從集束管內(nèi)反噴出來，進(jìn)入氣缸上部，膨脹并推動(dòng)活塞在氣缸中向下運(yùn)動(dòng)做功。由于燃料在氣缸外部燃燒，并使用集束管采集熱量，所以可使用多種燃料。
[0006]排氣門除了排除氣缸內(nèi)多余的氣體的功能外，另一個(gè)功能是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)且完全冷卻后，氣缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)利用大氣壓力自動(dòng)打開。使空氣進(jìn)入缸內(nèi)，以便啟動(dòng)時(shí)氣缸內(nèi)有可用來工作的工質(zhì)氣體。
[0007]水噴頭的作用是向氣缸內(nèi)噴射水霧，降低壓縮沖程時(shí)氣缸內(nèi)氣體的溫度和壓力，以便能從集束管中吸收更多的熱量，從而提升有效功率，做更多有用功。噴水量得根據(jù)燃燒室內(nèi)的溫度增加后減少，達(dá)到用量適中，以避免在氣缸內(nèi)形成積水。
[0008]噴油器的作用是向燃燒室內(nèi)噴射燃油，通過調(diào)節(jié)噴油器噴入量的多少就可控制燃燒室和集束管的溫度高低，從而調(diào)整此發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的大小。溫度高輸出功率則變大，溫度低則功率變小?？捎秒娍?，氣動(dòng)或機(jī)械對(duì)其進(jìn)行調(diào)控。
[0009]集束管是指一組或多組并行布置的管構(gòu)成的管束，可以是豎直設(shè)置在燃燒室底部的直管束，例如一端封閉的細(xì)鋼管或毛細(xì)管，也可以是其它形狀的管束，例如一端封閉的u形管束、環(huán)狀，矩形，三角形等，只要同時(shí)具有小的空間，大的表面積，能夠快速吸熱，傳熱的均可。集束管是本發(fā)明的核心部件，可使用2520#、3103#不銹鋼無(wú)縫鋼管。它的作用是進(jìn)行熱交換，把從外界(如燃燒室)吸收到的熱量傳遞給集束管內(nèi)部的壓縮氣體或水汽混合物，使壓縮氣體迅速吸熱，升溫升壓后推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)并做功。溫度越高則壓力越高，推力就越大，從而做的功就越多。集束管的數(shù)量可從幾根至幾千根(根據(jù)缸徑?jīng)Q定)。
[0010]此外，集束管還可以為帶單向閥的，管的兩頭都與氣缸連通，但一頭只允許進(jìn)而另一頭只允許出氣。還可以把細(xì)管子的兩端集中在一起，只需要設(shè)置一個(gè)進(jìn)氣閥和一個(gè)出氣閥就。管內(nèi)空間與氣缸容積比大約在1:5?1:30。還可將集束管做成可變空間的形式，主要針對(duì)雙向集束管，可將管子的尾端全部連通并把尾端彎向下方，再將流動(dòng)金屬錫壓入或排除就可以改變集束管空間大小了。
[0011]燃燒室還可以用其它發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室外壁和尾氣來替代。只要有400度以上的溫度的任何熱源都可以使本發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。
[0012]集束管外燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料除了使用液體之外，還可以是氣體、固體、核能、太陽(yáng)光，并能提供一定溫度(400度)的都可以，只需要相對(duì)應(yīng)的另設(shè)燃燒及傳熱方式就可以了。其熱能傳遞方式可直接用燃?xì)饧訜峒?，也可以在燃?xì)夤艿琅c集束管之間用低熔點(diǎn)導(dǎo)熱快的金屬填充，利用低熔點(diǎn)金屬(如:錫，水銀，和銅，等)傳熱。
[0013]活塞的活塞面可以是適合于此種發(fā)動(dòng)機(jī)的任何形狀，如平面的，凹面的或凸起的坐寸。
[0014]做功工質(zhì)還可以使用其他的氣體或液體，如二氧化碳等。
[0015]集束管外燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以是封閉式的(沒有排氣門或有排氣門而不打開)，要保留負(fù)壓閥，但要在某條集束管上加裝安全閥防止壓力過高而導(dǎo)致無(wú)法正常工作，加裝儲(chǔ)水室用來補(bǔ)充缸內(nèi)的水分，此時(shí)散熱全依賴氣缸壁。
[0016]優(yōu)選的技術(shù)方案，所述進(jìn)氣管與所述排氣道平行且氣流方向相反。
[0017]優(yōu)選的技術(shù)方案，所述燃燒室內(nèi)設(shè)置有溫度感應(yīng)器。
[0018]優(yōu)選的技術(shù)方案，所述水噴頭上設(shè)置有霧化噴嘴。
[0019]優(yōu)選的技術(shù)方案，所述氣缸外壁設(shè)置有冷卻系統(tǒng)。
[0020]優(yōu)選的技術(shù)方案，所述燃燒室及所述排氣道外包覆有保溫層。
[0021]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明采用集束管吸熱使水汽和空氣的混合物膨脹來推動(dòng)活塞作功，燃燒室與氣缸隔離，從而同一發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用多種不同燃料；
2、本發(fā)明設(shè)置有溫度感應(yīng)器，可以探測(cè)燃燒室中的溫度，防止溫度超過集束管在此等高溫高壓下承受能力，以至集束管損壞；
3、本發(fā)明進(jìn)氣管與所述排氣道平行且氣流方向相反，冷空氣與燃料進(jìn)入燃燒室前可以吸收排氣道的熱量來提高冷空氣及燃料的溫度，從而降低熱能消耗，更加節(jié)能；
4、本發(fā)明的集束管使用2520#、3103#不銹鋼無(wú)縫鋼管，可在1100度的高溫下長(zhǎng)期工作而不被氧化，并且有較高的強(qiáng)度和硬度；
5、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，熱能利用率高，高效節(jié)能。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中:1、燃燒室；2、燃料管；3、進(jìn)氣管；4、點(diǎn)火器；5、排氣道；6、噴油器；7、氣缸；8、活塞；9、曲軸；10、集束管；11、水噴頭；12、排氣門；13、溫度感應(yīng)器；14、隔離壁。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
實(shí)施例一:
如圖1所示，一種集束管外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，具有燃燒系統(tǒng)及動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，燃燒系統(tǒng)包括燃燒室1、連接在燃燒室1上的燃料管2、進(jìn)氣管3、點(diǎn)火器4、排氣道5、連接在燃料管2末端的噴油器6，動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置包括氣缸7、設(shè)置在氣缸7內(nèi)的活塞8、連接在活塞8下端部的曲軸9，燃燒室1下端部與氣缸7上端部相連接，燃燒室1與氣缸7間設(shè)有隔離壁14，，集束管10頂部密封、底部開口，集束管10開口與氣缸7連通，氣缸7上端部一側(cè)設(shè)置有水噴頭11、另一側(cè)設(shè)置有排氣門12。
[0025]氣缸7直徑為90mm，活塞8行程為100mm，集束管10內(nèi)的空腔與氣缸7容積的比為1:20，集束管10使用3103#不銹鋼無(wú)縫鋼管。
[0026]冷空氣和燃料分別從進(jìn)氣管3和燃料管2進(jìn)入，從排氣道5回收余熱，冷空氣和燃料溫度逐步升高后，進(jìn)入燃燒室1，同時(shí)燃料由噴油器6噴出與噴入的空氣混合并由點(diǎn)火器4點(diǎn)燃產(chǎn)生高溫，加熱集束管10。
[0027]當(dāng)活塞8到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，空氣或水汽被強(qiáng)行壓入集束管10內(nèi)，并在其管壁上吸收熱量后升溫升壓。當(dāng)活塞8上升到上止點(diǎn)時(shí)，集束管10中經(jīng)過升壓后的氣體，從集束管10中反噴出來，進(jìn)去氣缸7頂部，膨脹推動(dòng)活塞8向下運(yùn)動(dòng)做功。
[0028]活塞8到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，排氣門12打開，排除多余氣體。同時(shí)水噴頭11向氣缸7內(nèi)噴射水霧，以降低氣缸7內(nèi)的氣體溫度，當(dāng)曲軸9轉(zhuǎn)過下止點(diǎn)角度時(shí)，帶動(dòng)活塞8向上運(yùn)動(dòng)，離開下止點(diǎn)以后，排氣門12關(guān)閉，活塞8向上運(yùn)動(dòng)對(duì)氣缸7內(nèi)氣體進(jìn)行壓縮，直至到達(dá)上止點(diǎn)，將氣缸7內(nèi)的氣體或水汽混合物全部壓入集束管10，到此一個(gè)工作周期完成。此發(fā)動(dòng)機(jī)為二沖程式發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞8向上運(yùn)動(dòng)時(shí)為壓縮沖程，向下運(yùn)動(dòng)時(shí)為做功沖程。
[0029]所述的集束管10外燃發(fā)動(dòng)機(jī)還有冷卻系統(tǒng)，主要對(duì)氣缸7外壁進(jìn)行冷卻，以及對(duì)缸中排除的氣體中的水分進(jìn)行冷凝回收。此外還有燃油，及水噴頭11用的水的加壓泵，以保障燃料管2和噴水的水噴嘴有一定的壓力。另外還有空氣泵，將空氣送入進(jìn)氣道內(nèi)，送入量的多少由噴射燃料的量決定，與其成正比。
[0030]在燃燒室1以及排氣道5外圍都有保溫層。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種集束管外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括燃燒系統(tǒng)及動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，所述燃燒系統(tǒng)包括燃燒室(I)、連接在所述燃燒室(1)上的燃料管(2)、進(jìn)氣管(3)、點(diǎn)火器(4)、排氣道(5)、連接在所述燃料管(2)末端的噴油器(6);所述動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置包括氣缸(7)、設(shè)置在所述氣缸(7)內(nèi)的活塞(8)、連接在所述活塞(8)下端部的曲軸(9)，所述燃燒室(1)下端部與所述氣缸(7)上端部相連接，其特征在于:所述燃燒室(1)與所述氣缸(7)間設(shè)有隔離壁(14)，所述燃燒室(1)內(nèi)設(shè)置有集束管(10)，所述集束管(10)位于燃燒室(1)內(nèi)的一端密封、另一端設(shè)有開口，所述集束管(10)開口與所述氣缸(7)連通，所述氣缸(7)上端部一側(cè)設(shè)置有水噴頭(II)、另一側(cè)設(shè)置有排氣門(12)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集束管外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述燃燒室(1)內(nèi)設(shè)置有溫度感應(yīng)器(13)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集束管外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述水噴頭(11)上設(shè)置有霧化噴嘴。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集束管外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述進(jìn)氣管(3)與所述排氣道(5 )平行布置且氣流方向相反。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集束管外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述氣缸(7)外壁設(shè)置有冷卻系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集束管外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述燃燒室(1)及所述排氣道(5)外包覆有保溫層。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集束管外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括燃燒系統(tǒng)及動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，所述燃燒系統(tǒng)包括燃燒室、連接在所述燃燒室上的燃料管、進(jìn)氣管、點(diǎn)火器、排氣道、連接在所述燃料管末端的噴油器；所述動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置包括氣缸、設(shè)置在所述氣缸內(nèi)的活塞、連接在所述活塞下端部的曲軸，所述燃燒室下端部與所述氣缸上端部相連接，所述燃燒室與所述氣缸間設(shè)有隔離壁，所述燃燒室內(nèi)設(shè)置有集束管，所述集束管位于燃燒室內(nèi)的一端密封、另一端設(shè)有開口，所述集束管開口與所述氣缸連通，所述氣缸上端部一側(cè)設(shè)置有水噴頭、另一側(cè)設(shè)置有排氣門。本發(fā)明能使用多種燃料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，熱能利用率高，高效節(jié)能。
【IPC分類】F02G3/02
【公開號(hào)】CN105370435
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410434597
【發(fā)明人】田家銘
【申請(qǐng)人】田家銘
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2014年8月29日