一种热电直接转换及自点火的微型发动机制造技术

本发明专利技术公开了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，包括温差发电装置、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，并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能实现自点火的火花塞相连；本发明专利技术具有尺寸极其微小、重量极轻、组件极少、热电直接转换、自点火、能量有效利用率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种热电直接转换及自点火的微型发动机
本专利技术属于发动机
，具体涉及一种热电直接转换及自点火的微型发动机。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术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。本专利技术采用的技术方案为：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（<1mm）；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。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术在做功过程中，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。本专利技术采用半球形燃烧室，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，本专利技术具有尺寸极其微小、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为本专利技术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专利技术作进一步的说明。如图1和图2所示，本专利技术是一种热电直接转换及自点火的微型发动机，包括气缸盖1、燃烧室2、气缸体3、活塞4、活塞销5、连杆6、能实现热电直接转换的温差发电装置8、温差发电控制器9、进气道11、进气门12、排气道13、排气门14、能实现自点火的火花塞15和设置在进气道11内的喷油嘴，在气缸盖1顶面以下以及气缸壁所围成的半球形燃烧室2，活塞4是以氧化铝、碳化硅、和/或氧化锆为主要材料设计的具有极高机械强度及热稳定性的蓄热陶瓷活塞，该材料具有储热密度大、抗震性能好、导热系数高、强度高、耐高温、耐腐蚀等优点。气缸盖1朝向燃烧室2一侧和活塞4朝向燃烧室2一侧均镀有一层催化剂10，该催化剂为含稀土元素且具有极高活性及热稳定性的负载型贵金属催化剂。镀有催化剂9的气缸盖1上设置有能实现自点火的火花塞15，火花塞15连接温差发电控制器9，温差发电控制器9与气缸体3外侧的能实现热电直接转换的温差发电装置8相连。进气道11和排气道13分别装设于气缸盖1外侧的蓄热材料内，进气道11与排气道13分别设置在火花塞15的两侧，进气门12设置在进气道11内靠近气缸盖1处，排气门14设置在排气道13内靠近气缸盖1处，火花塞15、进气道11、排气道13与燃烧室2连通；活塞4设置于燃烧室2内，连杆6上端通过活塞销5固定于活塞4背向燃烧室2一侧，连杆6下端与曲轴固定连接。总之，本专利技术在正常工作状态下，进气道11内的喷油嘴喷出的油气与进气道11内进来的空气在进气门12的控制下进入燃烧室2，当活塞4从下止点向上止点运动时，燃烧室2内的油气与空气混合物受到挤压，当混合物被压缩到一定压力时，能实现自点火的火花塞15进行点火；燃烧室2内被压缩的油气与空气混合物在催化剂10的作用下进行高效燃烧，推动活塞4向下止点运动，完成做功。曲轴通过连杆6带动活塞4由下止点向上止点运动时，膨胀后的燃烧气体在其自身剩余压力与活塞4的推动下，并在排气门12的控制下由排气道13排出，完成排气过程。在发动机连续循环的进行上述进气、压缩、做功与排气的过程中，由蓄热材料制成的活塞4吸收油气与空气混合物在燃烧室2燃烧时产生的热量，同时有效的缓解了热量损失；由蓄热材料制成的气缸盖1外部吸收油气与空气混合物在燃烧室2燃烧时产生的热量，有效缓解热量损失；在排气过程中，由蓄热材料制成的活塞4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1的外部释放能量，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2内温度。在气缸体3的外壁上安装的能实现热电直接转换的温差发电装置8，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15点火用电。本专利技术利用气缸壁散热损失以及气缸壁上下端的温差实现热能向电能的直接转换，所转换的电能实现火花塞自点火，是一种能量直接转换且实现自身点火的转换方式，此法提高了微型发动机的利用效率，实现了微型发动机自点火，且显著的降低了微型发动机尺寸及重量，显著减少了微型发动机的部件，坚固耐用，无运动部件，无噪音，使用寿命长。本专利技术的燃烧室2本文档来自技高网...

【技术保护点】
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），使得与常规发动机及小型发动机有着本质的区别；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。

【技术特征摘要】
1.一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（&lt;1mm），使得与常规发动机及小型发动机有着本质的区别；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊杰，韩劼成，李林珂，文静，杨城，刘保芳，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41