專利名稱：冷卻式絕熱發動機的工作方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發動機屬于節能發動機系統技術背景 自發動機誕生之日起，提高效率，降低能耗就成為發動機追求技術進步的主要目標之一，隨之產生了不少節能降耗的技術，絕熱復合發動機便是其中一種。因理論效率非常高，因而自提出此設想后倍受發動機界關注，但由于材料、工藝、壽命等方面的原因至今無法實用。關于其情況可參考由北京理工大學出版社出版，1996年7月第一版的《發動機的浪漫》中的相關章節，其作者為鈴木孝，由趙淑琴翻譯，許興堯審校。
發明內容
本發明主要解決提高普通發動機效率的問題。
主要技術方案為采用與保溫瓶相同原理的真空加反射鍍層結構或采用隔熱好的材料使氣缸、排氣管、增壓渦輪渦殼，動力回收渦輪渦殼等不需要散熱的部分全部與外界絕熱，然后使用冷卻介質兼余熱吸收工質使發動機各部分工作于正常溫度范圍內，并通過動力回收渦輪或其它裝置將余熱轉變為動力輸出。
與現有絕熱發動機相比，本發明的主要優點有1、不依靠耐高溫材料及對其加工的高難工藝，加工容易，成本低；2、工作溫度低，容易潤滑，工作壽命長；3、采用真空加反射鍍層不僅絕熱，而且隔音，發動機工作安靜；4、熱能利用率高，排氣溫度低，因而排氣噪聲小；5、工作溫度低，與普通發動機接近，對普通發動機的工作規律影響小；6、可對現有改裝，以實現普通發動機的紅外絕熱工作方式，而不必大規模換裝發動機和改造發動機生產線，節約成本。
具體實施例方式
首先將發動機各個不需要散熱的部位利用真空加反射鍍層或隔熱材料絕熱，然后使冷卻介質兼余熱吸收工質依次流過溫度由低到高的各個有余熱的部位，最后將冷卻介質兼余熱吸收工質通過渦輪等轉化為動力輸出。
以四沖程渦輪增壓柴油機為例來說明本發動機的工作過程。首先將些油機的氣缸、排氣管、增壓渦輪殼，動力回收渦輪殼，排氣管熱交提器外壁等采用真空加反射鍍層或外包隔熱材料進行絕熱處理。然后加裝一個冷卻介質兼余熱吸收工質儲存箱(以下簡稱儲存箱)，其中的冷卻介質兼余熱吸收工質通常為高純度蒸餾水(以下簡稱水)，一個將吸收余熱的水噴入氣缸或排氣管的噴水泵及噴水嘴；一個使水循環利用的冷凝器，一個凝水回流泵，一個油水分離器，一個廢油儲存瓶。那么有兩種方式或供水利用吸收余熱。
第一種水的流程為儲水箱→水→氣缸水套→中冷器→排氣管熱交換器→噴水泵→噴水嘴→排出燃氣的排氣管中→燃氣蒸汽混合氣→增壓渦輪→動力回收渦輪→排氣管熱交換器→冷凝器→水→油水分離器→回流泵→儲水箱。
第二種水的流程為儲水箱→水→中冷器→排氣管熱交換器→噴水泵→噴水嘴→做排氣沖程的氣缸中→燃氣蒸汽混合氣→增壓渦輪→動力回收渦輪→排氣管熱交換器→冷凝器→水→油水分離器→回流泵→儲水箱。
以上兩種循環中儲水箱、送水管、噴水泵、回流泵、油水分離器、回水管等各部分也應采用絕熱處理。在所有的絕熱部位中，都應根據成本工藝等實際情況合理選用絕熱方式。冷凝器的主要作用是將做功后的燃氣蒸汽混合氣中的水蒸汽凝結為水，并且起到一定的散熱作用。在蒸汽凝為水時，燃氣中的顆粒也凝于其中，使發動機中的顆粒物排放得到凈化，通過回流泵把熱交換器、冷凝器和消音器三者底部的積水槽中的凝水吸入油水分離器中，分離出的水泵回儲水箱，分離出的油送入廢油儲存瓶中。在冷凝器后，帶有少量水蒸汽的燃氣經消音器排出。熱交換器的主要作用是利用做功后的燃氣蒸汽混合中的余熱加熱從儲水箱送入噴水泵的水，并使混合氣中的蒸汽少量凝結。噴水泵和噴水嘴是將吸收余熱后的水噴入做排氣沖程的氣缸或排燃氣的排氣管中，它們的結構和功能與柴油機的噴油泵和噴油嘴相同，只不過要用不銹鋼等耐水材料制成，且工作壓力較低。
在兩種循環中，第二種是省去了冷套，直接把吸收余熱的水噴入絕熱的做排氣沖程的氣缸中，也可提前到做功沖程后期噴入，不但使氣缸內各部位冷卻均勻，冷卻效果好，而且余熱利用率高，特別是對于存在局部過熱的超高增壓二沖程柴油機，超高增壓的三極三分區分體式旋轉活塞內燃機(申請號200410058514.9)等高功率密度，高熱負荷的發動機的普遍使用，消除了影響其可靠性和壽命方面的障礙。這種循環方式可稱為“內冷卻式絕熱復合發動機”。由于有適當的冷卻使發動工作于正常溫度之間，因而其氣缸、排氣管、增壓渦殼、動力回收渦殼、熱交換器外壁及它們的連接管道可使用近100％的絕熱措施，而不會影響其工作規律及壽命。在以這種方式工作的發動機中，除部分燃料能量直接轉變為動力外，其余的熱量在排出熱交換器之前都將在增壓渦輪和動力回收渦輪中轉變為有用功輸出，這種功可用發電機回收，也可直接與曲軸連接輸出，其效率高于普通絕熱發動機。
另外，在這兩種循環方式中，發動機起動階段不能向氣缸或排氣管中噴水，待發動機工作穩定后才能噴水，且噴水量要根據發動機工作情況而定。在低溫環境中，由于采用絕熱對發動機系統進行處理，其中的能量被保存在水中，因而在其停機后的相當長的時間內都不會處于太低的溫度，冷起動容易。
第一種循環方式由于水在氣缸外的排水管處噴射，冷卻效果及熱效率相對于第二種較差，其它各部位均與第二種相同，可稱為“外冷卻或絕熱復合發動機”。
由于冷卻介質兼余熱吸收工質循環時與大氣相通，上面兩種循環可統稱為“開環冷卻式絕熱發動機”，它的冷卻介質兼余熱吸收工質——水要進入水冷套和中冷器外，其它結構與余熱利用基本蒸汽循環，大體相同，但整個系統除凝汽器(即冷凝器)和除汽器外，都要采取與外界絕熱的措施。這里凝汽器械中的水可用來調節氣缸套中的水溫，并且水冷套、排氣管、增壓器渦殼等部位也與外界絕熱。其水循環流程為凝汽器(即冷凝器)→水→水冷套→中冷器→→經濟器(即熱交換器)→蒸發器→蒸汽→汽鍋→過熱器→過熱蒸汽→蒸汽輪機→凝汽器。
以上三種循環中，第二種最為簡單高效，冷卻效果好，可解決高增壓發動機的過熱問題，而且可直接把柴油機的水冷卻套改為真空絕熱結構。但由于是開式循環，會消耗部分蒸餾水，所以冷凝器應盡量把混合氣中的蒸汽多凝成水回收來提高經濟性。由于以上原因，因而它可應用于各種車輛、船舶、發電機組等動力的節能改裝。
以上是以四沖程增壓柴油機為例來說明“冷卻式絕熱發動機的工作方法及裝置”的。原則上所有其它發動機都可按本方法工作，如汽油機、燃氣輪機、動力鍋爐等，只不過不同的發動機需要根據其特點采取相應的措施，但以本方法工作的發動機高效，環保、安靜的工作。
權利要求
1.冷卻式絕熱發動機的工作方法及裝置。其與現有絕熱發動機的共有技術特征是發動機的都以絕熱的方式工作，并將余熱轉換為功輸以提高發動機效率。本發明與現有絕熱發動機的區別如下，其特征是采用與保溫瓶相同原理的真空加反射鍍層的結構或外包隔熱好的材料，使發動機各個不需要散熱的部分與外界絕熱，然后使用冷卻介質兼余熱吸收工質使發動機工作在正常的溫度范圍內，并將冷卻介質兼余熱吸收工質吸收的溫度從低到高的余熱通過動力回收渦輪或其它裝置轉變為動力輸出；本方法可通過改裝使現有發動機以絕熱方式工作；本方法可使發動機安靜工作，在“開環”方式下可去除排氣中的顆粒物；在“開環”方式下將余熱轉變為動力的工質是燃氣蒸汽混合氣，并有一套供冷卻介質兼余熱吸收工質循環的裝置，其中除冷凝器外，其它部分與外界采用絕熱處理；在“閉環”方式下，其循環與柴油機的余熱利用基本蒸汽循環結構大體相同，只不過循環中多了水冷套與中冷器流程，并且發動機和余熱利用系統中除凝汽器和除汽器外，都與外界絕熱。
2.根據權利要求1，冷卻介質兼余熱吸收工質的循環裝置由冷卻介質兼余熱吸收工質儲存箱、噴液泵、噴液嘴依次用管道連接，液體經噴嘴進入氣缸或排氣管后變為蒸汽并與燃氣經熱交換器、冷凝器、消音器重新凝為液體，并經油水分離器和回流泵回到儲液箱，各部分之間用管道連接，除冷凝器外，其它部分與外界絕熱。
全文摘要
本發明的名稱是冷卻式絕熱發動機的工作方法及裝置，屬于節能發動機領域。它主要解決絕熱發動機的正常工作問題，并使它高效、安靜，環保的工作。其方法為用與保溫瓶原理相同的真空加反射鍍層或隔熱材料，使發動機及余熱利用裝置各部分不需散熱部位與外界絕熱，并用蒸餾水將排氣中的余熱吸收后噴入氣缸，形成的燃氣蒸汽混合氣使動力回收渦把余熱轉變為動力輸出，這樣既使發動機絕熱，又不致使發動機過熱而影響其正常工作，效率大幅提高。且真空絕熱可產生隔音效果，使其安靜工作。主要用于車輛、船舶、發電機組等各種需要節能動力的方面。
文檔編號F01N5/02GK1908414SQ200610106669
公開日2007年2月7日 申請日期2006年7月19日 優先權日2006年7月19日
發明者夏賢 申請人:夏賢