[发明专利]一种内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及热力发动机技术，属机械工程领域。

背景技术

热力循环在热物理学和动力工程发展史上占有重要位置，是发动机技术发 展的理论基础和能源动力系统的核心，也是热物理学科开拓发展的推动力与理 论基础之一。历史证明，每一次新的热力循环及其热机的发展应用，都将带动 能源利用技术的飞跃，有力推动了社会进步和生产力发展。

本文设定的一种热力循环由二个定压回热过程和二个多变过程组成(如图1 所示)，这里先称之为H开式循环。二个定压回热过程由一套回热器(气---气 换热器)实现(如图2所示)。

二个多变过程分别是一个多变压缩过程和一个多变膨胀过程，严格地说是 升温压缩过程和升温膨胀过程。

发明内容

一种内燃机，它有四个主要部件：①膨胀机、②压缩机、③回热器、④循 环工质，膨胀机是内燃型膨胀机，压缩机是冷却型压缩机，回热器是气--气逆 流换热器，循环工质是空气。热机在高温热源和低温冷却源之间工作，高温热 源是指给膨胀机加热的热源，即燃烧气体，低温冷却源是指对压缩机和排出机 外的废气冷却的冷却源，主要是指环境。循环工质—空气在热机内的工作流程 是：

①环境中的空气进入压缩机内被压缩，同时空气透过压缩机机体向低温冷 却源散热，形成高压状态。

②高压状态的空气进入回热器，在回热器内空气被迎向而来的高温低压废 气加热升温，形成高温高压状态。

③高温高压状态的空气进入膨胀机，在膨胀机内膨胀作功，膨胀同时也与 喷入膨胀机内的燃料混合燃烧，最后形成高温低压状态，也是废气，这 一过程是一个多变膨胀过程。

④从膨胀机出来的高温低压状态的废气进入回热器，在回热器内废气与从 压缩机出来的高压气流换热、降温，废气再排入环境中。

上述①②③④构成一个工作循环，这个工作循环是H开式循环。

为实现H开式循环中的多变膨胀过程，本发明设计了一种实现多变膨胀过 程的内燃多变膨胀机组，给内燃多变膨胀机组供热的供热方式是燃料喷入膨胀 机内，燃料与膨胀气流混合燃烧。

内燃多变膨胀机组的进出口和压缩机出进口连接组合为一个执行H开式循 环的热机，简称一种内燃机。

附图说明

图1为H开式热力循环的温熵图，箭头指向为循环过程方向，图中1→2 为内冷压缩过程，2→3为定压升温过程(回热升温)，3→4为多变膨胀过程(内 加热膨胀过程)，4→0→1是定压降温过程，其中4→0为定压降温过程(回热降 温)，0→1为排入环境过程。

图2为回热器示意图，冷热气体分别由相反箭头指向流入流出回热器进行 热交换，回热器是逆流型换热器。

图3为内燃膨胀机示意图，高压气体由下方箭头指向进入膨胀机内，膨胀 后由下方箭头指向离开膨胀机，驱动叶轮转动轴，对外作功，同时与上方喷入 膨胀机内的燃料(如：燃油)混合燃烧，吸热。

图4为活塞式内燃膨胀机示意图，燃料与进入膨胀机内的气体混合燃烧， 直接加热膨胀气流，驱动活塞，对外作功。

图5为压缩机示意图，低压气体由下方箭头指向进入压缩机内，被压缩后 由下方箭头指向离开压缩机，外力驱动叶轮转动轴，对气体进行压缩，同时气 体向上方流入压缩机壳体的冷却介质排热Q(放热)。

图6为图3与图2的连合体，为内燃型多变膨胀机组示意图。

图7为图4与图2的连合体，为活塞式内燃型多变膨胀机组示意图。

图8为三段型回热器示意图，是三个在不同温度段工作的回热器之串联体。 冷热气体分别由相反箭头指向流入流出回热器进行热交换，回热器是逆流型换 热器。

图9为内燃机示意图，为图6与图5的组合。膨胀机通过叶轮轴对外作的 功分为两部分：一部分驱动压缩机，另一部分为净输出功。

具体技术实施方案

一内燃膨胀机：

A)廻转式内燃膨胀机：如图3所示，廻转式内燃膨胀机是指类似①离心式、 ②轴流式、③螺杆式、④罗茨式、⑤滑片式等膨胀机，燃料喷入，雾化燃烧在 气流膨胀通道上，可采用多点性喷入布置，确保膨胀过程气流温度平稳升高， 这个过程也是多变膨胀过程。