【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于发动机及混合动力发动机设计及制造。
技术介绍
1、随着新能源汽车的发展，内燃机逐渐被电机替代，其重要原因之一就是内燃机热效率太低，其中很大一部分能量是以热量的形式丧失而无法回收，而为了确保发动机的正常有效工作，还必须增加冷却系统来把部分热量及时带走，这样又增加一套复杂的散热系统，尽管现在已经采取了一系列的技术措施来提升发动机热效率，但发动机的总体能量利用率仍然较低，远远无法与电机媲美。如何进一步提高热效率呢？如果仅仅从热-机转换效率角度优化，因热机工作原理理论先天所限现在指标已接近天花板，很难有突破性进展，但从回收余热角度出发仍是一可行有效途径，比如现在的废气涡轮增压系统，就是一很好的余热能量回收利用案例，也有工程师提出利用废气涡轮直接驱动电机发电，也是很好的节能增效方案。
技术实现思路
1、本专利技术的创新点是把发动机燃气未转化为机械能的热量余热最大限度回收利用，包括传导给各部件的热量尽可能通过热传导介质吸收，并让该导热介质充分吸收热量并发生“物态变化”(本文一般指液态变气态或等离子态)之后以高温高压气体膨胀做功的形式转化为机械能或电能或进入等离子态以“磁流体发电、等离子体发电”方式转化为电能；其高温高压气态导热介质的能量回收转化方式可以是：进入外部蒸汽机、蒸汽轮机方式或进入发动机废气涡轮增压器的涡轮或直接进入发动机气缸将回收的热能转化为机械能，此混合双模式下，发动机为同时兼具燃气模式及蒸汽模式做功的混合动力发动机，这正是本文所述混合动力发动机的特有功能，即：该发动
2、本专利技术的具体实施方案分为三类：
3、a(最简洁方案)、把发动机散热水套(散热水套是一种统称：包括散热水箱、发动机冷却水套、水管及所有冷却液循环系统总容积，注：这里的“水”是包括水在内的所有冷却液的统称)的总容积减少，以便让冷却水或冷却液或其他热传导介质(下文统称为水)可以快速达到沸腾，通俗点讲：等于减少冷却液量以便让其快速“开锅”；沸腾气化之后的水蒸气或其他高温高压气体(下文统称为水蒸气)通过进入蒸汽机或蒸汽轮机方式完成热能-机械能的转换，以机械能直接输出或通过发电机转化为电能输出；或者其高温高压气体(或等离子体)通过磁流体发电方式或燃料电池方式转化为电能。
4、其中，用于把水蒸气热能转化为机械能的蒸汽机或蒸汽轮机可以是专门为实现此功能设计设置的专用蒸汽机或蒸汽轮机；或者，其蒸汽轮机也可以是利用发动机的废气涡轮系统，此时进入该涡轮的高温高压气流可以包括发动机排出的废气或散热水箱汽化的水蒸气，此废气涡轮输出的机械能可以用于对发动机进气道气体进行压缩增压，也可以驱动发电机发电；或者，让高温高压水蒸气直接进入发动机气缸膨胀做功输出机械能，此时的内燃机充当蒸汽机功能。
5、此方案的发动机的散热水套的容量比较小，目的就是为了让水能快速汽化沸腾，以实现热能-机械能的转化输出，同时为了确保散热水套容量减小仍能保证对发动机实现足够的冷却效果，冷却介质的使用具体方案有：
6、冷却介质使用方案a：散热水套中的水是一次性单向使用，而不是循环使用，水吸热汽化后的水蒸气进入蒸汽机或蒸汽轮机做功后则直接排入大气中，进入发动机冷却水套的水始终是温度较低的冷水而不是循环用水，其工作过程为：吸热-汽化-做功-排出；
7、分析：水套容积减小目的是为了快速汽化为水蒸气，工作介质水只有发生物态变化方能通过蒸汽机或蒸汽轮机转化为机械能(显见：此方式相当于将相等的热量给了质量较小的水，以让其足以发生物态变化方能通过热机原理转化为机械能)，虽然水套减小了但由于是单向使用冷却介质，仍然可以保证发动机的正常冷却，即：发动机不会过热，因为这种非循环单向工作介质能量传递方式仍然可以做到让发动机发热部件温度维持在原有水平。
8、即：相当于发动机冷却水套就是蒸汽机的蒸汽发生室，而气缸在蒸汽模式下则充当蒸汽机的气缸，即：用发动机本身的余热加热水套中水沸腾汽化后再进入气缸膨胀做功输出机械能。
9、冷却介质使用方案b：为了节约用水，也可以加冷凝器对做功后的水蒸气进行冷凝液化循环利用，为了节能环保，此冷凝器一般是自然冷凝器(可以是空冷或二次水冷方式，注：二次水冷方式是指：为一级能量回收导热介质水的冷凝液化循环利用过程再增加一套热交换冷却系统)，即：让高温高压水蒸气进入蒸汽机或蒸汽轮机做功后再进入冷凝器，此冷凝器可以是现有发动机散热水箱，也可以是专门设置的冷凝器。
10、显见：现有发动机的冷却水是从发动机水套吸热后则马上进入散热器进行散热冷却，之后再进入发动机水套吸热，其工作循环为：吸热-散热-吸热。
11、而本实施例则是：冷却水从发动机水套吸热后汽化成水蒸气，进入蒸汽机或蒸汽轮机做功输出机械能后再进入散热器进行散热冷却，之后再进入发动机水套吸热汽化，其工作循环为：吸热汽化-做功-冷凝液化-吸热汽化，显见，此方案是存在循环热交换系统的，此时的总循环系统的容积并不会比现有发动机散热系统小，其先进之处就在于增加了机械能输出环节，这就是本专利技术设计初衷。即：传统发动机的冷却水仅仅是为了冷却发动机，而本方案则是让冷却水吸热汽化后输出机械能或进一步转化为电能，即：利用发动机燃气余热二次转化为机械能，提升能量利用率。
12、方案b、方案c的实施过程较为复杂，下面结合说明书附图进一步阐述。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.内冷换热混合动力发动机，包括发动机气缸、气缸盖、活塞、配气系统等，其特征是：是把发动机燃气未转化为机械能的热量余热最大限度回收利用，包括传导给各部件的热量尽可能通过热传导介质吸收，并让该导热介质充分吸收热量并发生“物态变化”之后以高温高压气体膨胀做功的形式转化为机械能或电能；其高温高压气态导热介质的能量回收转化方式可以是：进入外部蒸汽机、蒸汽轮机方式或进入发动机废气涡轮增压器的涡轮或直接进入发动机气缸将回收的热能转化为机械能。
2.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：把发动机散热水套的总容积减少，以便让冷却水或冷却液或其他热传导介质可以快速达到沸腾，沸腾气化之后的水蒸气或其他高温高压气体通过进入蒸汽机或蒸汽轮机方式完成热能-机械能的转换，以机械能直接输出或通过发电机转化为电能输出；
3.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：该发动机包括：含有蒸汽通道的气缸内壁、活塞或空腔活塞、上活塞环A、下活塞环B、蒸汽通道、喷水嘴或喷雾嘴、可适时通断的阀门，其中：由气缸内壁、活塞或空腔活塞、上活塞环A、下活塞环B构造蒸汽发生室，通过
4.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：
5.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：
6.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：对内冷换热混合动力的蒸汽模式与燃气模式进行有效适时恰到好处的精准及时切换管理，
7.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：在进入蒸汽模式时，进气道也可以吸入空气，但不再喷射燃油或只喷射少量燃油，实现类似的“夹气喷射”，即：进入燃烧室的混合气体将包括空气、燃气、水蒸气的混合气体，此方式如果配比合理且充分均匀混合，实现油分子包裹水分子的“油包水”的特殊效果，可在合适温度下发生高效率的燃烧，提高总体热效率；另外，水蒸气的高温汽化还可以分解出氢气、氧气，并在燃烧室氢氧发生化学反应二次还原成水，燃烧或辅助促进燃烧，实现“氢燃料发动机”功能，提升发动机热效率；或者，在内部的高温高压环境下夹杂燃气、蒸汽、氢气、氧气的混合燃烧场景下，可以实现部分电离或加入引发催化器实现电离进入等离子态，实现磁流体发电，直接以电能形式输出。
8.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：在没有增加独立气道控制功能前提下，可以让蒸汽模式工作循环尽量去适应发动机固有的燃气模式工作循环步调，则：可以为：一般情况下，一个完整的发动机常规燃气模式工作循环即为一个完整的蒸汽工作循环，即：在吸气冲程由喷水嘴向进气道或燃烧室喷入水或水雾、也可以混合空气甚至燃油，然后进入压缩冲程，由于此方式为内冷换热，热交换效率高，仅仅通过吸气、压缩两个冲程即可使得水或水雾沸腾汽化，所以当进入做功冲程时，蒸汽就开始做功输出机械能，进入排气冲程时，则直接通过排气道排出进入废气涡轮或进入外部蒸汽机或蒸汽轮机，或者，二次循环再导入发动机进气道进入下一个吸气压缩冲程，可视情况增加蒸汽缓冲空间，或者采用多个蒸汽模式气缸相互导通来获得空间恒定实现“等容吸热”；或者，为了确保发动机的稳定冷却及蒸汽的稳定输出，可以对多缸发动机的不同缸体在同一时间采用不同工作模式，即，一部分缸体为燃气模式，一部分缸体为蒸汽模式交替进行，以便获得稳定工作状态，，即：蒸汽模式吸热冷却与燃气做功模式交替互补，以四缸机为例分析：按照各缸做功冲程的排列次序，尽量确保间隔均匀的减少相应燃气做功冲程，并均匀融入蒸汽做功冲程，以尽可能确保发动机输出功率扭矩转速平稳，获得经济性、动力性的和谐平衡；为了尽可能减少机械摩擦损耗，在蒸汽模式或混合动力模式下，发动机一般建议维持在低速运转状态；
9.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：对于新能源汽车，喷入混合动力发动机的水或水雾的路径也可以先经过电池及电机及电机控制器等需要冷却的发热工作器件，再进入发动机则更有利于快速沸腾，这样，等效于将电池及电机及电机控制器等部件的热量也回收利用了，同时起到冷却作用；另外，发...
【技术特征摘要】
1.内冷换热混合动力发动机，包括发动机气缸、气缸盖、活塞、配气系统等，其特征是：是把发动机燃气未转化为机械能的热量余热最大限度回收利用，包括传导给各部件的热量尽可能通过热传导介质吸收，并让该导热介质充分吸收热量并发生“物态变化”之后以高温高压气体膨胀做功的形式转化为机械能或电能；其高温高压气态导热介质的能量回收转化方式可以是：进入外部蒸汽机、蒸汽轮机方式或进入发动机废气涡轮增压器的涡轮或直接进入发动机气缸将回收的热能转化为机械能。
2.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：把发动机散热水套的总容积减少，以便让冷却水或冷却液或其他热传导介质可以快速达到沸腾，沸腾气化之后的水蒸气或其他高温高压气体通过进入蒸汽机或蒸汽轮机方式完成热能-机械能的转换，以机械能直接输出或通过发电机转化为电能输出；
3.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：该发动机包括：含有蒸汽通道的气缸内壁、活塞或空腔活塞、上活塞环a、下活塞环b、蒸汽通道、喷水嘴或喷雾嘴、可适时通断的阀门，其中：由气缸内壁、活塞或空腔活塞、上活塞环a、下活塞环b构造蒸汽发生室，通过喷水嘴或喷雾嘴适时将一定量水或水雾或相对低温低压的水蒸气喷射到此蒸汽发生室，水或水雾直接与发动机内部高温零部件接触，由于发动机气缸内部温度远高于水的沸点，所以水或水雾可以在此空间迅速汽化成水蒸气完成水的物态变化，获得具备热能转化为机械能的物理特性，实现发动机热效率的进一步提升，即：通过“内冷换热”方式，实现高效冷却及高效能量回收利用转化效率的双高效目的，使得发动机同时兼具燃气做功模式及蒸汽做功模式的双做功混合动力输出特性；此方案实现了对发动机从内部冷却，大大提升冷却效果同时提高能量回收效率，本文定义为：“高效内冷换热”原理。
4.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：
5.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：
6.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：对内冷换热混合动力的蒸汽模式与燃气模式进行有效适时恰到好处的精准及时切换管理，
7.根据权利要求1所述的内冷换热混合动力发动机，其特征是：在进入蒸汽模式时，进气道也可以吸入空气，但不再喷射燃油或只喷射少量燃油，实现类似的“夹气喷射”，即：进入燃烧室的混合气体将包括空气、燃气、水蒸气的混合气体，此方式如果配比合理且充分均匀混合，实现油分子包裹水分子的“油包水”的特殊效果，可在合适温度下发生高效率的燃烧，提高总体热效率；另外，水蒸气的高温汽化还可以分解出氢气、氧气，并在燃烧室氢氧发生化学反应二次还原成水，燃烧或辅助促进燃烧，实现“氢燃料发动机”功能，提升发动机热效率；或者，在内部的高温高压环境下夹杂燃气、蒸汽、...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。