[发明专利]一种热电直接转换及自点火的微型发动机

说明书

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种热电直接转换及自点火的微型发动机。

背景技术

实际应用中，传统的大尺寸发动机正常工作时，其燃烧室内产生较多的热量；同时，由于气缸壁的热传导作用，燃烧室内的一部分热量又会被散热损失掉。相比较于燃烧室内产生的总燃烧热，通过气缸壁的这部分散热损失是很少的，故传统大尺寸发动机的热效率是很高的。对于微型发动机而言，微型发动机燃烧室的表面积与体积之比（或称为燃烧室面容比）至少比常规发动机大两个数量级，使得与常规发动机及小型发动机有着本质的区别，且通过气缸壁的散热损失在微燃烧室内产生的总燃烧热中所占比例也比较大。另外，在微型发动机中，由于燃料在微燃烧室内停留时间比较短，燃料的燃烧周期通常为0.0x～0.y毫秒，这里，x、y均为自然数，故微燃烧室内的温度与化学反应速率均比较低，燃料燃烧不充分。目前，各种类型的微型发动机普遍存在燃烧不充分、燃烧效率较低以及火焰稳定性差等问题，此外微型发动机点火极其困难，添加点火装置会显著增加发动机微型化的难度。

微型发动机与常规发动机和小型发动机不同，微型发动机燃烧室的表面积与体积之比（或称为燃烧室面容比）至少比常规发动机大两个数量级，使得微型发动机在传热传质、化学反应等方面与常规发动机及小型发动机有着本质的区别。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种热电直接转换及自点火的微型发动机，其具有尺寸极其微小、热电直接转换、自点火、燃烧效率高、燃烧稳定、有效利用率高、节约能源等优点。

本发明采用的技术方案为：一种热电直接转换及自点火的微型发动机，其燃烧室尺寸为亚毫米级别（< 1 mm）；所述微型发动机包括能实现热电直接转换的温差发电装置、温差发电控制器、能实现自点火的火花塞、气缸盖、气缸体、活塞、连杆、进气道、排气道、进气门、排气门、由气缸盖与气缸体所围成的燃烧室；所述的气缸盖上设置有能实现自点火的火花塞、进气道和排气道，所述的进气道与排气道分别设置在火花塞两侧，进气门设置在进气道内靠近气缸盖处，排气门设置在排气道内靠近气缸盖处，所述的火花塞、进气道和排气道与燃烧室连通；活塞设置于燃烧室内，连杆上端通过活塞销固定于活塞背向燃烧室一侧；所述的活塞和气缸盖由蓄热材料制成，在气缸体的外侧设有能实现热电直接转换的温差发电装置；所述的温差发电装置与温差发电控制器相连，所述的温差发电控制器与火花塞相连，从而实现自点火。

进一步，所述的燃烧室为半球形，活塞顶部呈凹坑状。

进一步，在气缸盖朝向燃烧室一侧、活塞朝向燃烧室一侧均镀有一层催化剂；所述的催化剂为含稀土元素的负载型贵金属催化剂，此类催化剂具有极高的催化活性、机械强度及热稳定性，并且不易结焦，其他类型的催化燃烧催化剂无法实现在超短燃烧时间和超小燃烧空间内燃料的高效转化。

进一步，所述的活塞采用含有氧化铝、碳化硅和/或氧化锆的极高机械强度及热稳定性的陶瓷蓄热材料。

本发明产生的有益效果是：本发明在做功过程中，由蓄热材料制成的活塞吸收油气与空气混合物在燃烧室燃烧时产生的热量，有效的缓解了热量损失。由蓄热材料制成的气缸盖外部吸收油气与空气混合物在燃烧室燃烧时产生的热量，有效缓解热量损失；在发动机的排气过程中，由蓄热材料制成的活塞释放能量，可以有效提高燃烧室内混合气体的温度，从而可以使得混合气体燃烧稳定且反应速率较快。由蓄热材料制成的气缸盖外部释放能量，可以加热进气，提高进气温度，同时释放的能量可以进一步提高燃烧室内温度；在气缸体外壁设置的能实现热电直接转换的温差发电装置，利用气缸壁上下端温差直接将热量转换成电能来实现火花塞自点火，从而显著降低发动机尺寸及重量。

本发明采用半球形燃烧室，由于半球形燃烧室的结构最为紧凑，散热面积小，火花塞布置在燃烧室中央，火焰传播距离较短，故热效率高且有利于排气净化。

综上所述，本发明具有尺寸极其微小、热电直接转换、自点火、燃烧效率高、燃烧稳定、有效利用率高、节约能源等优点。

附图说明

图1为本发明微型发动机的结构示意图；

图2为含有温差发电装置的气缸体剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。