[发明专利]吸热式干冰发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机，具体来说是涉及一种利用干冰遇热体积膨胀推动活塞做功的发动机。

背景技术

目前，汽车已经是我们生活当中不可或缺的载物及代步工具，需要发动机动力的大型机械及工厂遍布生活生产中的各个方面，日益上升的石油价格抬高了汽车消费成本，也抬高了工农业生产及日常生活的成本,但是常用发动机在燃烧燃油做功的过程当中只有30％～40％被利用，其余均以热量的形式散失。很早以前人们就开发利用这部分余热，有空调制冷、车内采暖、涡轮增压、预热燃料等，目前新能源发动机的发展方向主要是纯电动、混合动力、氢燃料电池、太阳能、液化气、生物燃料等，虽然有很好的前景，但是技术不够成熟。本发明是一种既能利用发动机余热又自成一系的全新技术，和以上所列都不相同。

普通发动机就是通过内部燃烧汽油等油料，把化学能转化为机械能的过程，以汽车四冲程发动机为例，分为进气、压缩、燃烧、排气四个过程，同时发动机曲轴转动2圈完成一个工作周期。

在压缩燃烧做功的过程当中，气缸里的温度可达到1900～2500℃，排气过程中，出口废气的温度是600～900℃。燃料在发动机内通过燃烧之后,其化学能转化为热能,其中一部分通过内燃机循环变成有用功,驱动汽车运动,其余部分以发动机冷却余热和尾气余热形式排放到大气中。经研究燃料化学能的大体流向如附图5所示：

①实际有用功1/3(强)

②排气带走的余热1/3

③冷却液散失的热量1/3（弱）

由此可见，发动机燃烧过程中的大部分能量随着排气和散热系统白白损失掉了，现在有关人员也在研究排出的能量高效利用，但一直未研究出更好的方式。

发明内容

经过对很多种物质的对比，最终选择干冰做为本发明的原料，即利用干冰遇热升华膨胀推动活塞做功的发动机。

干冰是二氧化碳的固体形态，它受热后不经液化而直接升华为无毒、无味的，比固体体积大600倍以上的二氧化碳气体，无任何残留，不助燃，不可燃，有灭菌作用，所以平时干冰不能储存于密封性能好、体积较小的容器中，否则很容易爆炸。

本发明就是基于干冰受热易升华的独有特性，把它作为一种新型发动机的“燃料”。具体方法为：在一个气缸中吸收高温废气进行压缩，在活塞抵达顶点位置附近温度变为最高时喷入干冰，干冰遇热吸收热量升华膨胀，体积瞬间增大600～800倍，推动活塞做功，之后排出冷却气体，整个工作周期也是四个冲程。与汽油燃烧放出大量爆发能量气体，膨胀推动活塞做功化学能转化为机械能和热能相反，干冰受高温吸收热量急剧升华，体积膨胀600倍以上推动活塞做功热能转化为机械能和化学能，而这种新型的发动机称为吸热式干冰发动机。

在此以常见的四冲程汽油发动机为发明主例，不论柴油发动机或其他各类型提供热源的发动机，统统代称为热气缸，实际应用中，热气缸也可以是其它各类热源及其他能够提供高温能量的能量体。本发明所示吸热式干冰发动机，代称为冷气缸。

本发明中提供热能的热源是以四冲程汽油发动机为例，目前使用柴油、汽油等石化燃料的发动机在燃烧上不够完全，在排气中含有大量对空气和人类有害的气体。所以在以此为热源的情况下，由于汽油等石化燃料在气缸不充分燃烧，产生大量对人体有害的HC、CO及NOx气体，就需要触媒转换器转换为无害的H₂O，CO₂，N₂和O₂。而为了过滤有毒气体，在热气缸的排气管上接一个触媒转换器，有毒的废气经过过滤，然后再接入冷气缸的进气管。如果热气缸燃料完全燃烧，废气中没有需要处理的有毒物质，可省去触媒转换器，出来的高温能量气体直接接到冷气缸里即可。其他形式的热源及能量体，在输入时只要符合排放条件，可靠，安全，无毒的情况下均可直接接入冷气缸。

冷气缸做功时由于干冰剧烈膨胀使其排气量也远大于进气量，所以在其排气管上接一个涡轮增压器，利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入热气缸。热气缸增加了空气充入量，使燃油更充分燃烧，由于燃烧完全，机械效率提高，降低了燃油的消耗，改善了废气生成，提升了热缸发动机的功率输出。