一种带有热量动态平衡换热系统的发动机技术方案

本发明专利技术公开了一种带有热量动态平衡换热系统的发动机，包括机壳、曲轴组、活塞组件和配气组件，发动机还包括副缸体，机壳内一端设置曲轴组、一端设置配气组件，活塞组件与曲轴组连接并沿机壳内壁滑动，机壳内，活塞组件与配气组件之间的区域为工作腔，副缸体也设置在机壳内，副缸体壁面与工作腔内的工作气体进行换热，机壳在配气组件端设置进气口和出气口，配气组件控制进气口和出气口启闭；副缸体内介质与工作腔是分开的，可以通过壁面进行换热，工作腔的压缩膨胀与副缸体内的压缩膨胀过程相反，压缩过程的变化曲线平坦一些，压缩比更大。在工作腔膨胀做功时，副缸体内的热量被吐出，让工作腔内气体的热量获得多一条途径。让工作腔内气体的热量获得多一条途径。让工作腔内气体的热量获得多一条途径。

【技术实现步骤摘要】
一种带有热量动态平衡换热系统的发动机


[0001]本专利技术涉及发动机领域，具体是一种带有热量动态平衡换热系统的发动机。

技术介绍

[0002]发动机是工业常用的原动机，是很多场合的主动旋转结构。发动机经历几百年的发展，从最开始的外燃发展到现在常见的内燃，在各个领域均有应用。
[0003]现有技术中，发动机只有一个工作腔，多缸发动机只是叠加将活塞、缸体等作为一个整体进行叠加并联，单一考虑每个发动机杠体时，最常用的是四冲程热力循环，由于热量释放、膨胀做功在单个行程内，所以，膨胀做功的起始阶段，温度很高，为了排解高温，发动机常常需要配备可靠的散热结构，从整体上分析，燃油燃烧释放的能量，需要减去尾气热量、散热排出的热量以及相关的机械损失才是做功能量，尾气温度高、散热热量多，意味着整机效率较低，如何提高发动机效率，是一个具有极强经济性的技术问题。
[0004]卡诺循环限定了内燃机的热力循环效率最高值，但是，是可以通过机械与辅助手段来改造热力循环曲线的，以此为指导，进行提高发动机效率的研发。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种带有热量动态平衡换热系统的发动机，以解决现有技术中的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种带有热量动态平衡换热系统的发动机，包括机壳、曲轴组、活塞组件和配气组件，发动机还包括副缸体，机壳内一端设置曲轴组、一端设置配气组件，活塞组件与曲轴组连接并沿机壳内壁滑动，机壳内，活塞组件与配气组件之间的区域为工作腔，副缸体也设置在机壳内，副缸体壁面与工作腔内的工作气体进行换热，机壳在配气组件端设置进气口和出气口，配气组件控制进气口和出气口启闭；原先发动机的机壳内，只有单单一个活塞与缸体壁面进行滑动，构造容积变化的腔室，标准四冲程发动机中，经历吸气-压缩-燃烧膨胀做功-排气四个步骤，而第二个与第三个步骤里，介质总量不变，基本符合理想气体方程，而本申请中，加入了副缸体，副缸体内介质与工作腔是分开的，但是可以通过壁面进行换热，在工作腔压缩时，吸走工作腔内的一部分热量，让其压力不会提高太多，即：压缩过程的变化曲线平坦一些，与之对应的，对于工作腔进行压缩所需要输入的功更少，压缩行程的尾段可以具备更小的体积，即压缩比更大，在热机循环内，压缩比越大，意味着单周期所能输出的功越多，换热还发生在工作腔膨胀做功行程，在工作腔膨胀做功时，副缸体内容积减小，在上一周期吸入副缸体内的热量被“吐出”，通过缸体壁面传递给工作腔内，让工作腔内气体的热量获得多一条途径，减小单周期的燃油消耗量，而副缸体的热量是随着活塞组件做功而不断释放的，并不是如同燃烧一样短时间快速完成，从而，燃油单次喷入的少，单周期燃烧热量输入少，换为相对缓慢的副缸体热量释放，以此达到机壳内最高温度降低的目的，整个发动机的最高温度发生在燃烧膨胀做
功起始时，本专利技术也不例外，但是，由于存在膨胀做功过程时有另外途径的热量持续输入，所以，本专利技术整个发动机的最高温度可以得到降低。
[0007]进一步的，活塞组件包括主活塞、主塞连杆、副活塞、副塞撑杆、副塞连杆，主活塞中心位置设置过缸孔，主活塞朝向曲轴组的端面向外伸出主塞连杆，主塞连杆的端面设置铰接点，铰接点与曲轴组连接，副活塞朝向曲轴组的一端往外伸出副塞撑杆，副塞撑杆末端的中间位置设置朝向主活塞的副塞连杆，副塞连杆穿过过缸孔并在端部设置副活塞；副缸体朝向配气组件的一端敞开，副缸体在靠近配气组件的端部通过副缸支撑板与机壳内壁固定，副缸支撑板表面设置若干过气孔，副缸体外圆柱面与过缸孔成孔轴滑动配合，副活塞置于副缸体内，副塞连杆穿过副缸体远离配气组件的一端端面；这是副缸体内腔体利用的一种具体结构形式，副缸体的一端因为与机壳固定，所以，副缸体在运行过程中是不移动的，移动的是活塞组件，主活塞与副活塞一同进行沿机壳轴线的移动，主活塞朝向配气组件运动时，工作腔被压缩，而此时，由于副缸体内封闭空间是副活塞与副缸体上靠近曲轴组的一端端面，所以，在工作腔压缩时，副缸体内是在拉伸膨胀的，所以此时，副缸体内的组分是压力降低而吸收热量，具体的，为了让副缸体内的组分在被拉伸膨胀而吸收更多的热量，可以在内部置于一些带有状态变化的物质，例如，在被拉伸膨胀时汽化，被压缩时液化，从而在单位体积内，可以“储存与释放”更多的热量，因为，物质在单一状态内的比热容大大小于状态变化时的潜热，在副缸体内存留水或油液等等，常压沸点在100~400摄氏度的液体都可用于注入副缸体内，选择时，选择汽化热越大的越能发挥结构效果。
[0008]进一步的，发动机还包括进气管、出气管和涡轮增压，进气管连接至进气口上，出气管从出气口引出，进气管和出气管均连接至涡轮增压上，涡轮增压利用发动机尾气而抽取外界大气送往进气口涡轮增压增大进气风量，让机壳内燃油燃烧更充分。
[0009]机壳侧壁内部还带有回热腔，出气管在出气口引出后分流成为直通支管与回热支管，直通支管直接连接至涡轮增压上，回热支管灌入回热腔并穿过连接至涡轮增压上，回热支管进入回热腔前的管路上设置一个由曲轴组控制启闭的配流阀，配流阀在工作腔的燃烧膨胀做功行程的起始时开启，热量回传其实算是一个余热保温措施，本专利技术因为单周期使用较少燃油，燃烧温度低，考虑整体热机效率，更低的排气温度，更少的冷却水温升，则体现为整体的热效率高，虽然进入回热腔内的尾气的温度低于工作腔内膨胀做功阶段末尾的温度，但是，尾气导入回热腔内，可以使得工作腔内的温度降低全部用于膨胀做功，而不是通过壁壳散发，更贴近绝热膨胀做功过程。此外，在压缩过程结束后，工作腔内的温度尚低，在此时已经可以往回热腔内注入尾气，还是对工作腔内的工作介质进行温升，进气管的进口处设置有阻力阀，进气管与出气管之间还通过换热器进行热连接，换热器位于阻力阀与增压涡轮之间。阻力阀的存在使得增压涡轮在抽气时，会在自身与阻力阀之间的进气管内创建一个低压区域，低压区域温度也低，通过换热器从尾气中获取更多热量，空气带着更多的热量进入工作腔内，在压缩过程传递给副缸体内的液体用于汽化，并不会因为自身带有高热量高压而影响压缩过程的实现，压缩比还是能够得到保证，进气口温度较高意味着膨胀做功过程用于膨胀的热量越多，减小了燃油耗量，虽然阻力阀的存在会减小同样功率的增压涡轮的抽气流量，但是，因为本申请专利技术中，是过量空气鼓入工作腔的，所以，燃油燃烧还是能够保证充分的。
[0010]主活塞与机壳接触面、过缸孔与副缸体接触面、副活塞与副缸体内壁接触面、副塞连杆与副缸体端面的穿过位置处接触面，四个滑动连接的接触面均设置活塞环密封。
[0011]副缸体内注入甘油。如前述，副缸体内注入的物质，是期望在副缸体压缩状态时处于液体状态，而拉伸膨胀状态时处于气体状态，充分利用汽化潜热来进行热量储存与释放，汽化热越大，所能储存与释放的量越多，还期望的一点就是，压力敏感而温度不敏感，反应在饱和蒸气压曲线上就是，在工作点附近随温度变化缓慢而随压力变化快速。越符合上述特性的物质，越能发挥压缩过程平坦从而消耗小的特性。
[0012]机壳轴线竖直，曲轴组在上、配气组件在下如此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有热量动态平衡换热系统的发动机，包括机壳（1）、曲轴组（2）、活塞组件（3）和配气组件（6），其特征在于：所述发动机还包括副缸体（4），所述机壳（1）内一端设置曲轴组（2）、一端设置配气组件（6），所述活塞组件（3）与曲轴组（2）连接并沿机壳（1）内壁滑动，机壳（1）内，活塞组件（3）与配气组件（6）之间的区域为工作腔（19），所述副缸体（4）也设置在机壳（1）内，副缸体（4）壁面与工作腔（19）内的工作气体进行换热，所述机壳（1）在配气组件（6）端设置进气口（11）和出气口（12），所述配气组件（6）控制进气口（11）和出气口（12）启闭。2.根据权利要求1所述的一种带有热量动态平衡换热系统的发动机，其特征在于：所述活塞组件（3）包括主活塞（31）、主塞连杆（32）、副活塞（34）、副塞撑杆（35）、副塞连杆（36），所述主活塞（31）中心位置设置过缸孔（311），主活塞（31）朝向曲轴组（2）的端面向外伸出主塞连杆（32），所述主塞连杆（32）的端面设置铰接点（33），铰接点（33）与曲轴组（2）连接，所述副活塞（34）朝向曲轴组（2）的一端往外伸出副塞撑杆（35），副塞撑杆（35）末端的中间位置设置朝向主活塞（31）的副塞连杆（36），所述副塞连杆（36）穿过过缸孔（311）并在端部设置副活塞（34）；所述副缸体（4）朝向配气组件（6）的一端敞开，副缸体（4）在靠近配气组件（6）的端部通过副缸支撑板（5）与机壳（1）内壁固定，所述副缸支撑板（5）表面设置若干过气孔（51），所述副缸体（4）外圆柱面与过缸孔（311）成孔轴滑动配合，所述副活塞（34）置于副缸体（4）内，所述副塞连杆（36）穿过副缸体（4）远离配气组件（6）的一端端面。3.根据权利要求2所述的一种带有热量动态平衡换热系统的发动机，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪，
申请(专利权)人：广州东谦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：