[实用新型]低熵混燃发动机

说明书

技术领域

本实用新型涉及发动机领域，尤其是一种低熵混燃的发动机。

技术背景

众所周知，传统发动机通过冷却系统和排放系统排出的热量约占发动机燃料能量的三分之二，而且发动机冷却系统和排放系统约各占一半，也就是说，发动机冷却系统排放的热量约占燃料能量的三分之一。长期以来，对发动机余热的利用一直是提高发动机效率的焦点。但是，由于传统发动机的结构特点，其冷却系统中尤其是气缸套、气缸盖等部件中的冷却介质通道的承压能力一般小于0.3MPa，在该承压能力下，冷却介质通道中的冷却水难以直接转化为高温高压的蒸汽，更无法达到临界、超临界、超超临界状态。发动机冷却系统所能获得的余热均是品位相当低的热量，难以加以有效利用，这是制约发动机余热利用，也就是制约发动机效率提高的最大问题。

国际专利公布号为：WO 99/37904的专利，虽然设置了锅炉从气缸、冷却系统以及从发动机的废气中提取热量产生蒸汽，但它仅仅是把发动机的冷却液等当作锅炉的热源，要用双工质即发动机的冷却液和产生蒸汽的水。双工质的采用会产生温差损失，影响对余热回收的效率，且结构复杂。

本人申请的申请号为200710117829.X的发明专利，虽然一定程度上解决了上述冷却系统余热的有效回收利用的问题，但由于现有发动机结构的限制，燃烧室外壁要求冷却的强度大，冷却介质温度低，导致热量的品位低，从冷却系统回收余热得到的依然是热品质不高的热量，可转换为高品质的机械功的量也是很有限的。

综合分析，我们可以得出两条结论：第一，如果能很好地解决发动机余热的利用，发动机的效率就可以大幅度的提高；第二，如果要想有效地利用发动机的余热，就必须解决如何少产生余热，如何产生高品位余热的问题。而从发动机的历史来看，至今人类做了两件事情。现在，为了理解方便，我们以锅炉做个比喻，进行形象说明。人类做的第一件事情是让锅炉管道里的水蒸气作为作功工质，推动相应的机构对外作功，也就是外燃机，这种系统中大量燃烧产物不作功而白白扔掉，故效率不高；人类做的第二件事情是让锅炉里的水不作为工质而是作为冷却介质冷却锅炉内壁以达到维持其强度及相应功能(如密封、润滑)的要求，而让炉膛内的燃烧产物作为作功工质，推动相应的机构对外作功，也就是内燃机，这种系统中的冷却介质带走了大量的热量，故效率也不高。特别是由于内燃机缸套、活塞等部件对于密封和润滑的要求较高，相当于使得对锅炉冷却强度要求比较高，即冷却介质的温度较低，所以只能得到低品位的余热。我们不难看出，不论是外燃机还是内燃机，利用热转化为功的过程都存在很大的缺陷，也就是说，如果我们能够在让锅炉燃烧室内燃烧产物作功的同时，也能让锅炉保持原有功能，即锅炉里的水作为工质对外高效地作功，这样就必将大幅度提高发动机的效率。

在让锅炉燃烧室内燃烧产物作功的同时，也让锅炉内的冷却介质(即管道中的工质)高效地作功可以用两种方式来实现：第一是燃烧室内燃烧产物和冷却介质分别作功，第二是将燃烧室内燃烧产物和冷却介质混合后共同作功。无论采用哪种方式，都可称为混燃过程，也就是即不是外燃机也不是内燃机，而是融合了两种作功机器的优势的混燃发动机。关于所谓的混燃发动机过去虽然有类似的尝试，如国际专利WO 99/37904，但是真正有意义的没有，究其原因就在于如上所述的燃烧室外壁冷却介质的温度低，热量品位太低，换句话说，就是由于现有内燃机的结构所限，燃烧室外壁要求冷却的强度大，冷却介质温度低，导致热量的品位低。