[发明专利]极端初态内燃加热内敛放热大功高效热力循环及其机构

说明书

本发明公开了极端初态内燃加热内敛放热大功高效热力循环及其机构，其以气体工质极端高初态(指温、压、密态)内燃加热和极端低初态(指温、压、密态)内敛放热为基本特征，其在循环温限300K～3000K内、饱和加热(空燃比＝1)为2965.517kJ/kg和不人为冷却机腔体条件下实现了：有效功(仍计扣了自然漏热量)为2397.535kJ/kg，热效率为80.85％以及升功率为221.292kw/l的多面一体活塞多变容腔式热机循环。于是就可据其循环特征和性能也达极致而简称之为极环及机。极环机适用于各种有一次能源动力需求的场合。

技术领域

本发明简称为极环及机，涉及气体工作物质为空燃气的热力循环及气缸与活塞组成变容工作腔式内燃发动机。

背景技术

为了公平比较不同环及机，应该在同等的温限条件，比如T₁＝300K～T₃＝3000K和饱和加热(空燃比＝1)条件比如q₂₃＝2965.517kJ/kg下进行，于是各不同环及机就具有相同的关键节点编号1、2、3、4间的环节：1→2绝热压缩、2→3内燃加热、3→4绝热膨胀、4→1外敛或内敛放热。只是这些环节(或过程)的程度不同和加放热的具体方式不同而已。

目前环及机主要有以下四种：

1、奥·狄环及机：以低初态2内燃定容+定压、升温加热至终态3、以高初态4(往往会是T₄＞T₂)外敛定大气容、降压、降温放热至终态1和单腔吸压与膨排等行程为基本特征的所谓奥托·狄塞尔循环及机。该环机主因机简而成为现代最为普遍实用的环及机，然而，其存有三大弊端：其一是有很低的加热初温T₂，加进等量热q₂₃过程形成的熵差(S₃-S₂)就很大，也就致放热熵差(S₄-S₁＝S₃-S₂)也大，使放热初态4温T₄的放热就多q₄₁＝0.3q₂₃；其二是因机腔内壁采用的是需人为冷却强度才足够的金属材料，这就会有几乎会漏掉与放热量相当的热量q_l＝q₄₁。所以奥狄环及机的比功就少至l₀＝q₂₃-q₄₁-q_l＝0.4q₂₃＝1186.207kJ/kg，热效就为热效很低，造成浪费多半(60％)的燃料；其三是它的曲轴连杆机构会使得气缸内壁与活塞外壁之间产生压力从而产生摩擦和失圆磨损，因此其不利于提升曲轴转速以提升动力性或不提速就延长气缸与活塞等重要滑动副部件的寿命。

2、阿·米环及机：1→2环节和2→3环节都与奥·狄环及机相同，只是对3→4环节和4→1环节作了降4态的改造：设膨排最大功能腔容＞吸压最大功能腔容，放热初态4温压降低减少外敛放热量为基本特征的所谓阿特金森(膨排行程＞吸压行程，V₄＞V₁)循环及机或所谓米勒(膨排行程＝吸气行程＞压气行程，V₄＞V₁)循环及机。该类环及机与奥·狄环及机相比，加进同样的q₂₃下的放热量q₄₁因初态4(T₄、P₄、ρ₄)有所降低而有小幅减少(因放热初压P₄仍然高于大气压P1，放热过程仍是降压的，故比功和热效就只有小幅增加，即它只小幅改善了奥·狄环及机的“放热很多”弊端。而对“冷机漏热”和“缸塞互磨”这两大弊端一点也没有改善。而且还新增了阿环及机须变行程使“机构复杂且不可靠”的弊端或米环机“吸了又吐，做了无用功，白费空间、空气”的弊端，这其就是阿·米环及机几乎没有得到实用的根本原因。