【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于發(fā)動(dòng)機(jī)及混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及制造。
技術(shù)介紹
1、隨著新能源汽車的發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)逐漸被電機(jī)替代，其重要原因之一就是內(nèi)燃機(jī)熱效率太低，其中很大一部分能量是以熱量的形式喪失而無法回收，而為了確保發(fā)動(dòng)機(jī)的正常有效工作，還必須增加冷卻系統(tǒng)來把部分熱量及時(shí)帶走，這樣又增加一套復(fù)雜的散熱系統(tǒng)，盡管現(xiàn)在已經(jīng)采取了一系列的技術(shù)措施來提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，但發(fā)動(dòng)機(jī)的總體能量利用率仍然較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法與電機(jī)媲美。如何進(jìn)一步提高熱效率呢？如果僅僅從熱-機(jī)轉(zhuǎn)換效率角度優(yōu)化，因熱機(jī)工作原理理論先天所限現(xiàn)在指標(biāo)已接近天花板，很難有突破性進(jìn)展，但從回收余熱角度出發(fā)仍是一可行有效途徑，比如現(xiàn)在的廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，就是一很好的余熱能量回收利用案例，也有工程師提出利用廢氣渦輪直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電，也是很好的節(jié)能增效方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)是把發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)馕崔D(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱量余熱最大限度回收利用，包括傳導(dǎo)給各部件的熱量盡可能通過熱傳導(dǎo)介質(zhì)吸收，并讓該導(dǎo)熱介質(zhì)充分吸收熱量并發(fā)生“物態(tài)變化”(本文一般指液態(tài)變氣態(tài)或等離子態(tài))之后以高溫高壓氣體膨脹做功的形式轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能或進(jìn)入等離子態(tài)以“磁流體發(fā)電、等離子體發(fā)電”方式轉(zhuǎn)化為電能；其高溫高壓氣態(tài)導(dǎo)熱介質(zhì)的能量回收轉(zhuǎn)化方式可以是：進(jìn)入外部蒸汽機(jī)、蒸汽輪機(jī)方式或進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓器的渦輪或直接進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸將回收的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，此混合雙模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)為同時(shí)兼具燃?xì)饽Ｊ郊罢羝Ｊ阶龉Φ幕旌蟿?dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，這正是本文所述混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的特有功能，即：該發(fā)動(dòng)
2、本專利技術(shù)的具體實(shí)施方案分為三類：
3、a(最簡潔方案)、把發(fā)動(dòng)機(jī)散熱水套(散熱水套是一種統(tǒng)稱：包括散熱水箱、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套、水管及所有冷卻液循環(huán)系統(tǒng)總?cè)莘e，注：這里的“水”是包括水在內(nèi)的所有冷卻液的統(tǒng)稱)的總?cè)莘e減少，以便讓冷卻水或冷卻液或其他熱傳導(dǎo)介質(zhì)(下文統(tǒng)稱為水)可以快速達(dá)到沸騰，通俗點(diǎn)講：等于減少冷卻液量以便讓其快速“開鍋”；沸騰氣化之后的水蒸氣或其他高溫高壓氣體(下文統(tǒng)稱為水蒸氣)通過進(jìn)入蒸汽機(jī)或蒸汽輪機(jī)方式完成熱能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，以機(jī)械能直接輸出或通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能輸出；或者其高溫高壓氣體(或等離子體)通過磁流體發(fā)電方式或燃料電池方式轉(zhuǎn)化為電能。
4、其中，用于把水蒸氣熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的蒸汽機(jī)或蒸汽輪機(jī)可以是專門為實(shí)現(xiàn)此功能設(shè)計(jì)設(shè)置的專用蒸汽機(jī)或蒸汽輪機(jī)；或者，其蒸汽輪機(jī)也可以是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣渦輪系統(tǒng)，此時(shí)進(jìn)入該渦輪的高溫高壓氣流可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣或散熱水箱汽化的水蒸氣，此廢氣渦輪輸出的機(jī)械能可以用于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道氣體進(jìn)行壓縮增壓，也可以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；或者，讓高溫高壓水蒸氣直接進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸膨脹做功輸出機(jī)械能，此時(shí)的內(nèi)燃機(jī)充當(dāng)蒸汽機(jī)功能。
5、此方案的發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱水套的容量比較小，目的就是為了讓水能快速汽化沸騰，以實(shí)現(xiàn)熱能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)化輸出，同時(shí)為了確保散熱水套容量減小仍能保證對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)足夠的冷卻效果，冷卻介質(zhì)的使用具體方案有：
6、冷卻介質(zhì)使用方案a：散熱水套中的水是一次性單向使用，而不是循環(huán)使用，水吸熱汽化后的水蒸氣進(jìn)入蒸汽機(jī)或蒸汽輪機(jī)做功后則直接排入大氣中，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套的水始終是溫度較低的冷水而不是循環(huán)用水，其工作過程為：吸熱-汽化-做功-排出；
7、分析：水套容積減小目的是為了快速汽化為水蒸氣，工作介質(zhì)水只有發(fā)生物態(tài)變化方能通過蒸汽機(jī)或蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(顯見：此方式相當(dāng)于將相等的熱量給了質(zhì)量較小的水，以讓其足以發(fā)生物態(tài)變化方能通過熱機(jī)原理轉(zhuǎn)化為機(jī)械能)，雖然水套減小了但由于是單向使用冷卻介質(zhì)，仍然可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常冷卻，即：發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)過熱，因?yàn)檫@種非循環(huán)單向工作介質(zhì)能量傳遞方式仍然可以做到讓發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱部件溫度維持在原有水平。
8、即：相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套就是蒸汽機(jī)的蒸汽發(fā)生室，而氣缸在蒸汽模式下則充當(dāng)蒸汽機(jī)的氣缸，即：用發(fā)動(dòng)機(jī)本身的余熱加熱水套中水沸騰汽化后再進(jìn)入氣缸膨脹做功輸出機(jī)械能。
9、冷卻介質(zhì)使用方案b：為了節(jié)約用水，也可以加冷凝器對(duì)做功后的水蒸氣進(jìn)行冷凝液化循環(huán)利用，為了節(jié)能環(huán)保，此冷凝器一般是自然冷凝器(可以是空冷或二次水冷方式，注：二次水冷方式是指：為一級(jí)能量回收導(dǎo)熱介質(zhì)水的冷凝液化循環(huán)利用過程再增加一套熱交換冷卻系統(tǒng))，即：讓高溫高壓水蒸氣進(jìn)入蒸汽機(jī)或蒸汽輪機(jī)做功后再進(jìn)入冷凝器，此冷凝器可以是現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)散熱水箱，也可以是專門設(shè)置的冷凝器。
10、顯見：現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水是從發(fā)動(dòng)機(jī)水套吸熱后則馬上進(jìn)入散熱器進(jìn)行散熱冷卻，之后再進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)水套吸熱，其工作循環(huán)為：吸熱-散熱-吸熱。
11、而本實(shí)施例則是：冷卻水從發(fā)動(dòng)機(jī)水套吸熱后汽化成水蒸氣，進(jìn)入蒸汽機(jī)或蒸汽輪機(jī)做功輸出機(jī)械能后再進(jìn)入散熱器進(jìn)行散熱冷卻，之后再進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)水套吸熱汽化，其工作循環(huán)為：吸熱汽化-做功-冷凝液化-吸熱汽化，顯見，此方案是存在循環(huán)熱交換系統(tǒng)的，此時(shí)的總循環(huán)系統(tǒng)的容積并不會(huì)比現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)小，其先進(jìn)之處就在于增加了機(jī)械能輸出環(huán)節(jié)，這就是本專利技術(shù)設(shè)計(jì)初衷。即：傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水僅僅是為了冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，而本方案則是讓冷卻水吸熱汽化后輸出機(jī)械能或進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電能，即：利用發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庥酂岫无D(zhuǎn)化為機(jī)械能，提升能量利用率。
12、方案b、方案c的實(shí)施過程較為復(fù)雜，下面結(jié)合說明書附圖進(jìn)一步闡述。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸、氣缸蓋、活塞、配氣系統(tǒng)等，其特征是：是把發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)馕崔D(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱量余熱最大限度回收利用，包括傳導(dǎo)給各部件的熱量盡可能通過熱傳導(dǎo)介質(zhì)吸收，并讓該導(dǎo)熱介質(zhì)充分吸收熱量并發(fā)生“物態(tài)變化”之后以高溫高壓氣體膨脹做功的形式轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能；其高溫高壓氣態(tài)導(dǎo)熱介質(zhì)的能量回收轉(zhuǎn)化方式可以是：進(jìn)入外部蒸汽機(jī)、蒸汽輪機(jī)方式或進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓器的渦輪或直接進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸將回收的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：把發(fā)動(dòng)機(jī)散熱水套的總?cè)莘e減少，以便讓冷卻水或冷卻液或其他熱傳導(dǎo)介質(zhì)可以快速達(dá)到沸騰，沸騰氣化之后的水蒸氣或其他高溫高壓氣體通過進(jìn)入蒸汽機(jī)或蒸汽輪機(jī)方式完成熱能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，以機(jī)械能直接輸出或通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能輸出；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：該發(fā)動(dòng)機(jī)包括：含有蒸汽通道的氣缸內(nèi)壁、活塞或空腔活塞、上活塞環(huán)A、下活塞環(huán)B、蒸汽通道、噴水嘴或噴霧嘴、可適時(shí)通斷的閥門，其中：由氣缸內(nèi)壁、活塞或空腔活塞、上活塞環(huán)A、下活塞環(huán)B構(gòu)造蒸汽發(fā)生室，通過
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：對(duì)內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力的蒸汽模式與燃?xì)饽Ｊ竭M(jìn)行有效適時(shí)恰到好處的精準(zhǔn)及時(shí)切換管理，
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：在進(jìn)入蒸汽模式時(shí)，進(jìn)氣道也可以吸入空氣，但不再噴射燃油或只噴射少量燃油，實(shí)現(xiàn)類似的“夾氣噴射”，即：進(jìn)入燃燒室的混合氣體將包括空氣、燃?xì)狻⑺魵獾幕旌蠚怏w，此方式如果配比合理且充分均勻混合，實(shí)現(xiàn)油分子包裹水分子的“油包水”的特殊效果，可在合適溫度下發(fā)生高效率的燃燒，提高總體熱效率；另外，水蒸氣的高溫汽化還可以分解出氫氣、氧氣，并在燃燒室氫氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)二次還原成水，燃燒或輔助促進(jìn)燃燒，實(shí)現(xiàn)“氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)”功能，提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率；或者，在內(nèi)部的高溫高壓環(huán)境下夾雜燃?xì)狻⒄羝錃狻⒀鯕獾幕旌先紵龍鼍跋拢梢詫?shí)現(xiàn)部分電離或加入引發(fā)催化器實(shí)現(xiàn)電離進(jìn)入等離子態(tài)，實(shí)現(xiàn)磁流體發(fā)電，直接以電能形式輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：在沒有增加獨(dú)立氣道控制功能前提下，可以讓蒸汽模式工作循環(huán)盡量去適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)固有的燃?xì)饽Ｊ焦ぷ餮h(huán)步調(diào)，則：可以為：一般情況下，一個(gè)完整的發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)燃?xì)饽Ｊ焦ぷ餮h(huán)即為一個(gè)完整的蒸汽工作循環(huán)，即：在吸氣沖程由噴水嘴向進(jìn)氣道或燃燒室噴入水或水霧、也可以混合空氣甚至燃油，然后進(jìn)入壓縮沖程，由于此方式為內(nèi)冷換熱，熱交換效率高，僅僅通過吸氣、壓縮兩個(gè)沖程即可使得水或水霧沸騰汽化，所以當(dāng)進(jìn)入做功沖程時(shí)，蒸汽就開始做功輸出機(jī)械能，進(jìn)入排氣沖程時(shí)，則直接通過排氣道排出進(jìn)入廢氣渦輪或進(jìn)入外部蒸汽機(jī)或蒸汽輪機(jī)，或者，二次循環(huán)再導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道進(jìn)入下一個(gè)吸氣壓縮沖程，可視情況增加蒸汽緩沖空間，或者采用多個(gè)蒸汽模式氣缸相互導(dǎo)通來獲得空間恒定實(shí)現(xiàn)“等容吸熱”；或者，為了確保發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定冷卻及蒸汽的穩(wěn)定輸出，可以對(duì)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的不同缸體在同一時(shí)間采用不同工作模式，即，一部分缸體為燃?xì)饽Ｊ剑徊糠指左w為蒸汽模式交替進(jìn)行，以便獲得穩(wěn)定工作狀態(tài)，，即：蒸汽模式吸熱冷卻與燃?xì)庾龉δＪ浇惶婊パa(bǔ)，以四缸機(jī)為例分析：按照各缸做功沖程的排列次序，盡量確保間隔均勻的減少相應(yīng)燃?xì)庾龉_程，并均勻融入蒸汽做功沖程，以盡可能確保發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率扭矩轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，獲得經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性的和諧平衡；為了盡可能減少機(jī)械摩擦損耗，在蒸汽模式或混合動(dòng)力模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)一般建議維持在低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：對(duì)于新能源汽車，噴入混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的水或水霧的路徑也可以先經(jīng)過電池及電機(jī)及電機(jī)控制器等需要冷卻的發(fā)熱工作器件，再進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)則更有利于快速沸騰，這樣，等效于將電池及電機(jī)及電機(jī)控制器等部件的熱量也回收利用了，同時(shí)起到冷卻作用；另外，發(fā)...
【技術(shù)特征摘要】
1.內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸、氣缸蓋、活塞、配氣系統(tǒng)等，其特征是：是把發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)馕崔D(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱量余熱最大限度回收利用，包括傳導(dǎo)給各部件的熱量盡可能通過熱傳導(dǎo)介質(zhì)吸收，并讓該導(dǎo)熱介質(zhì)充分吸收熱量并發(fā)生“物態(tài)變化”之后以高溫高壓氣體膨脹做功的形式轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能；其高溫高壓氣態(tài)導(dǎo)熱介質(zhì)的能量回收轉(zhuǎn)化方式可以是：進(jìn)入外部蒸汽機(jī)、蒸汽輪機(jī)方式或進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓器的渦輪或直接進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸將回收的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：把發(fā)動(dòng)機(jī)散熱水套的總?cè)莘e減少，以便讓冷卻水或冷卻液或其他熱傳導(dǎo)介質(zhì)可以快速達(dá)到沸騰，沸騰氣化之后的水蒸氣或其他高溫高壓氣體通過進(jìn)入蒸汽機(jī)或蒸汽輪機(jī)方式完成熱能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，以機(jī)械能直接輸出或通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能輸出；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：該發(fā)動(dòng)機(jī)包括：含有蒸汽通道的氣缸內(nèi)壁、活塞或空腔活塞、上活塞環(huán)a、下活塞環(huán)b、蒸汽通道、噴水嘴或噴霧嘴、可適時(shí)通斷的閥門，其中：由氣缸內(nèi)壁、活塞或空腔活塞、上活塞環(huán)a、下活塞環(huán)b構(gòu)造蒸汽發(fā)生室，通過噴水嘴或噴霧嘴適時(shí)將一定量水或水霧或相對(duì)低溫低壓的水蒸氣噴射到此蒸汽發(fā)生室，水或水霧直接與發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部高溫零部件接觸，由于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部溫度遠(yuǎn)高于水的沸點(diǎn)，所以水或水霧可以在此空間迅速汽化成水蒸氣完成水的物態(tài)變化，獲得具備熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的物理特性，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的進(jìn)一步提升，即：通過“內(nèi)冷換熱”方式，實(shí)現(xiàn)高效冷卻及高效能量回收利用轉(zhuǎn)化效率的雙高效目的，使得發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)兼具燃?xì)庾龉δＪ郊罢羝龉δＪ降碾p做功混合動(dòng)力輸出特性；此方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)從內(nèi)部冷卻，大大提升冷卻效果同時(shí)提高能量回收效率，本文定義為：“高效內(nèi)冷換熱”原理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：對(duì)內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力的蒸汽模式與燃?xì)饽Ｊ竭M(jìn)行有效適時(shí)恰到好處的精準(zhǔn)及時(shí)切換管理，
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是：在進(jìn)入蒸汽模式時(shí)，進(jìn)氣道也可以吸入空氣，但不再噴射燃油或只噴射少量燃油，實(shí)現(xiàn)類似的“夾氣噴射”，即：進(jìn)入燃燒室的混合氣體將包括空氣、燃?xì)狻⑺魵獾幕旌蠚怏w，此方式如果配比合理且充分均勻混合，實(shí)現(xiàn)油分子包裹水分子的“油包水”的特殊效果，可在合適溫度下發(fā)生高效率的燃燒，提高總體熱效率；另外，水蒸氣的高溫汽化還可以分解出氫氣、氧氣，并在燃燒室氫氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)二次還原成水，燃燒或輔助促進(jìn)燃燒，實(shí)現(xiàn)“氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)”功能，提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率；或者，在內(nèi)部的高溫高壓環(huán)境下夾雜燃?xì)狻⒄羝?..
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王國斌，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：王國斌，
類型：發(fā)明
國別省市：
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