专利名称：绝热发动机、能再利用排出能量的发动机和高压喷射组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种绝热发动机、能再度使用排出能量的发动机和高压喷射组件。更具体地讲，本发明涉及一种具有由陶瓷材料所形成的、环绕发动机的燃烧缸体的燃烧腔的诸绝热件、以使燃烧腔中的热量损失最小、从而使燃烧效率最大的绝热发动机，能再度使用否则将被浪费的排出气体、以便加大发动机功率的发动机，以及将这些发动机用作为喷射组件的驱动发动机的高压喷射组件。
背景技术：
目前，已开发出了一种涡轮复合发动机，它将具有高阻热特性的陶瓷用作为构成装入活塞和缸体之类的汽油发动机的燃烧腔的材料，以使发动机可在不经冷却的情况下运行。在这种发动机中，减少了燃烧腔中的热量损失，从而增加了排出能量，并且高温的排出气体中的能量不仅用于驱动增压器，而且还返回到发动机中，以便加大发动机的功率。
如上所述，当发动机在不经冷却的情况下运行时，无须用于驱动冷却发动机用的风扇和泵的功率，从而提高了发动机的热效。然而，在发动机的个别元件中存在着这样一个致命的缺陷，即活塞和缸体均被加热至高温，这样会使发动机几乎不能润滑。
同时，在普通发动机的情况下，由发动机的运行所形成的排出气体不能再度使用而被大部分排放到大气中，这样就浪费了能量。此外，排出气体中所含的碳化物和氮化物会污染大气，从而造成环境污染。
另外，本申请人已提出了题为“高速压缩推进系统”的、申请号为09/621,282的美国专利申请。在该美国专利申请的系统中，驱动发动机的排放段部的内部空间藉由从驱动发动机中排出的废弃热量保持在高温大气中，以便从吸气口高速传递至排气口的外界空气通过高温大气而额外膨胀。其后，膨胀空气以高压通过其直径小于吸气口直径的排气口排出，从而可获得强大的推进功率。
然而，在该美国专利申请的系统中，当驱动发动机运行时，系统的内部温度极高，这样就会使驱动发动机几乎不能经得住高温。
发明概述因此，本发明已解决了已有技术中所存在的上述问题，本发明的一个目的在于提供一种绝热发动机，其中具有高阻热特性的陶瓷材料被设置在一同构成绝热发动机的燃烧腔的缸体的内侧表面、活塞的顶表面和圆筒形侧表面、以及缸头和阀座的底表面上，以避免燃烧腔中的热量被引到外部。
本发明的另一个目的在于提供一种绝热发动机，其中陶瓷材料被设置在构成绝热发动机的燃烧腔的诸元件的内表面上，以避免燃烧腔中的热量被引到外部，从而使该发动机尽可能少、或者通过一种空气冷却方式来冷却。
本发明的又一个目的在于提供一种发动机，它具有由通过发动机的排气口排出的燃烧气体所运行的辅助缸体，以便该发动机可再度使用排出能量。
本发明的再一个目的在于提供一种绝热发动机，其中从该发动机中排出的气体的温度和压力被增加并被再度使用，以便能尽可能多地再度使用该排出能量。
本发明还有一个目的在于提供一种绝热发动机，它具有附加的辅助缸体，以使燃烧气体停留在发动机中的时间延长为传统发动机的两倍，从而减少了空气污染。
本发明还有另一个目的在于提供一种高压喷射组件，它将绝热发动机用作为高压喷射组件的驱动发动机，以便该驱动发动机可耐高温，从而提高了高压喷射组件的性能。
为了实现此目的，提供了一种绝热发动机，它具有环绕该绝热发动机的燃烧腔的至少一个绝热件，该绝热发动机包括具有一内侧表面的至少一个缸体，绝热件形成在缸体的内侧表面上、延伸超出至少一个冲程距离；具有一底表面的至少一个缸头，绝热件形成在缸头的底表面上；分别具有一底表面的至少一个吸气阀和至少一个排气阀，绝热件形成在吸气阀和排气阀的底表面上；以及具有一顶表面和一外侧表面的至少一个活塞，绝热件分别形成在活塞的顶表面和外侧表面上，形成在活塞的外侧表面上的绝热件的垂直长度大于至少一个冲程距离，活塞具有环绕活塞的外周表面安装在活塞的外侧表面上的绝热件之下的密封装置。
较佳地，绝热件采用层状形式、且由陶瓷材料所形成。
较佳地，陶瓷材料由陶瓷烧结体、陶瓷涂层及其组合所形成。
绝热发动机可使用在两冲程循环发动机和四冲程循环发动机中。
在该绝热发动机中，设于缸体的内侧表面的绝热件离开设于活塞的外侧表面的绝热件一段预定距离，这样即使活塞往复运动，缸体和活塞也不会相互接触，但均由金属所制成的设于活塞的外周表面的活塞环和缸体的内侧表面会相互接触。
在上述绝热发动机中，燃烧腔由诸绝热件所环绕，这样燃烧热量就不会传递到相互接触的缸体和活塞，从而获得充分的绝热效果。因此，即使发动机不会受到独立的强制性冷却或最小的冷却，也不会因高温的热量而给发动机的润滑带来任何不便。
根据本发明的另一个方面，提供了一种能再度使用排出能量的发动机，该发动机包括第一活塞；其中安装有第一活塞的第一缸体；第二活塞；其中安装有第二活塞的第二缸体；邻近第一缸体和第二缸体设置的辅助缸体；安装在辅助缸体中的辅助活塞；曲轴，第一活塞、第二活塞和辅助活塞通过连杆连接在曲轴上；以及缸头，其中第一缸体的排气口和第二缸体的排气口分别与辅助缸体的吸气口相连接，缸头具有分别置于第一缸体、第二缸体和辅助缸体的吸气口和排气口的吸气阀和排气阀。
在上述能再度使用排出能量的发动机中，构成燃烧腔的诸元件设有附着于诸元件的腔侧表面的绝热件。
较佳地，辅助缸体的截面积大于第一和第二缸体的截面积。
较佳地，当辅助活塞位于其底死点中心时，第一和第二活塞位于它们的顶死点中心。
发动机可包括至少一组两个主要缸体和一个辅助缸体。
在该发动机中，第一和第二缸体的排气阀各自通过一共用轴与辅助缸体的吸气阀相连接。
在上述发动机中，首先在第一和第二缸体中燃烧的排出气体被交替地引入到辅助缸体中、并在该缸体中再一次膨胀，这样就能再度使用否则将被浪费的能量，并且燃烧气体停留在燃烧腔中的时间是传统发动机的两倍，这样就能使燃烧气体充分地燃烧，从而减少排出污染。另外，由于排出气体以低压排放，因而可显著降低因排气所带来的排气噪声。
根据本发明的再一个方面，提供了一种高压喷射组件，包括壳体，它包括相互成一整体的运行段部和排气段部，运行段部呈直筒形，排气段部呈直径递减的锥筒形；沿着排气段部的中心延伸的绝热发动机，绝热发动机由支架所支承，绝热发动机具有环绕绝热发动机的燃烧腔的绝热件；绝热发动机的驱动轴，驱动轴延伸穿过运行段部，驱动轴的直径朝着排气段部递增；与驱动轴装配在一起的多个推进器，推进器等距离间隔；以及安装在各推进器之前和之后的固定叶片，固定叶片沿壳体的径向方向延伸。
如上所述，由于高压喷射组件将绝热发动机用作为其驱动发动机，因而高压喷射组件的驱动发动机可耐高温。
附图简介通过以下结合附图的详细描述中，本发明的上述及其它目的、特点和优点将更加一目了然，在这些附图中
图1是本发明一种发动机的局部纵剖图，该发动机具有环绕发动机的燃烧腔设置的绝热件；图2是本发明的一种能利用排出气体的四冲程循环发动机的局部剖视图；以及图3是本发明一种高压喷射组件的剖视图。
实施例的详述下面将结合附图来描述本发明的较佳实施例，以使本技术领域中的那些技术人员能很容易地实现本发明。
图1是本发明一种发动机的局部纵剖图，该发动机具有环绕发动机的燃烧腔设置的绝热件，图2是本发明一种能利用排出气体的四冲程循环发动机的局部剖视图，以及图3是本发明一种高压喷射组件的剖视图。
虽然为了便于本发明的说明和图示，图1仅仅示出了使用在本发明发动机中的一个缸体，但发动机也可具有两个、四个、六个或多个缸体，并呈缸块状。另外，虽然本发明的下列描述主要是以四冲程循环发动机为基础的，但本发明还可应用在两冲程循环发动机上。
请参阅图1，缸体10如普通发动机那样呈中空圆筒形。绝热件12设置在缸体10的内侧表面上、延伸超出至少一个冲程距离L。该绝热件12还设置在置于缸体10的顶部的缸头14的整个底表面上。另外，该绝热件12设置在分别用于打开和关闭吸气口16和排气口18的吸气阀20和排气阀22的底表面上。
置于缸体10的内部的活塞24具有拉长的头部，绝热件12设置在活塞24的头部的顶表面和外侧表面上。形成在活塞头部的外侧表面上的绝热件的垂直长度大于冲程距离L。活塞环26环绕活塞24的外周表面安装在活塞的绝热件12之下。该活塞环26系用于密封缸体的内部空间或燃烧腔、同时与缸体相接触的装置。连杆28藉由销轴30与活塞24装配在一起。
各绝热件12采用连接在由金属所制成的、发动机的诸元件的内外表面上的层状形式。
绝热件12由陶瓷材料所形成，较佳地是，根据必要的绝热效果来适当地确定它们的厚度。
同样较佳地是，该陶瓷材料由陶瓷烧结体、陶瓷涂层及其组合所形成。
火花塞或喷嘴置于燃烧腔的顶部。虽然上述具有绝热件的发动机可使用在汽油发动机和柴油发动机中，但绝热件更适用于柴油发动机。
设于缸体10的内侧表面的绝热件12离开设于活塞24的外侧表面的绝热件12一段预定的距离，以便在两个绝热件12之间形成一空间。结果，即使在活塞24往复运动时，缸体10和活塞24也不会相互接触，但均由金属所制成的、设于活塞24的外周表面的活塞环26和缸体10的内侧表面会相互接触。
如上所述，燃烧腔的整个表面覆有绝热件，这样几乎没有燃烧热量会排放到外部。因此，尽可能地避免了燃烧腔中的热量损失，从而提高了发动机的热效。此外，燃烧热量不会传递到介于活塞24与缸体10之间的摩擦部分，这样就不会给活塞24与缸体10的摩擦部分的润滑带来任何问题，从而克服了由陶瓷所制成的发动机的基本问题。
图2示出了一种能再度使用排出的燃烧气体供发动机功率之用的发动机。
如图所示的本发明的四冲程循环发动机包括第一活塞40；其中安装有第一活塞40的第一缸体42；第二活塞44；其中安装有第二活塞44的第二缸体46；邻近第一缸体42和第二缸体46设置的辅助缸体48；安装在辅助缸体48中的辅助活塞50；曲轴54，第一活塞40、第二活塞44和辅助活塞50通过连杆52连接在该曲轴上；以及，缸头70，其中第一缸体42的排气口56和第二缸体46的排气口58分别与辅助缸体48的吸气口60相连接，该缸头70具有分别置于第一缸体42、第二缸体46和辅助缸体48的吸气口和排气口的吸气阀62和排气阀64。
请参阅图2，当第一缸体42已几乎完成排气冲程、且第二缸体46已几乎完成压缩冲程时，第二缸体46的吸气和排气阀64和62、以及与第二缸体46相通的辅助缸体48的吸气阀62关闭，同时第一缸体42的排气阀64和辅助缸体48的吸气阀62打开。因此，在第一缸体42中膨胀之后从第一缸体42中排出的排出气体或燃烧气体被引入到辅助缸体48中，接着在该缸体中再度膨胀。即，来自第一缸体的排出气体被再度用于加大发动机的功率。
相反，当第一缸体42执行压缩冲程、且第二缸体46执行排气冲程时，来自第二缸体46的排出气体被引入到辅助缸体48中，接着如上所述被再度供发动机的功率之用。另外，当第一缸体42已完成吸气冲程、且第二缸体46已完成爆发冲程时，辅助缸体48的排气阀64打开，已再度膨胀而具有低压和低温的排出气体被排放到外部。因此，在本发明的发动机中，不仅可降低噪声，而且燃烧气体可充分地燃烧，同时长时间地停留在缸体中，这样也就能减少因不完全燃烧而引起的空气污染。
在上述发动机中，第一和第二缸体42和46、辅助缸体48、第一和第二活塞40和44、辅助活塞50以及吸气和排气阀62和64均为绝热元件，即，位于燃烧腔侧方的诸元件的表面均覆有绝热件。当采用绝热件时，燃烧腔的整个表面覆有绝热件，这样就几乎没有燃烧热量会排放到外部。因此，排出气体膨胀两次，同时尽可能地避免了燃烧腔中的热量损失，从而可加大发动机的功率。
如图2所示，较佳地是，辅助缸体48的截面积大于第一和第二缸体42和46的截面积。在这种情况下，由于辅助缸体48的截面积大于第一和第二缸体42和46的截面积，因此已在第一缸体42或第二缸体46中一次膨胀而具有低压和大体积的排出气体可被充分引入到辅助缸体48中，从而可获得充分的输出功率。
另外，本发明的发动机具有这样一个结构特征，即，当辅助活塞50位于其底死点中心时，第一和第二活塞40和44位于它们的顶死点中心。
虽然图2中示出了一组缸体(包括两个主要缸体和一个辅助缸体)，但可成组地增加缸体，以便加大发动机的整个排气量。
较佳地，第一和第二缸体42和46的排气阀64各自通过图2中所示的同一根轴与辅助缸体48的吸气阀62相连接。
请参阅图3，本发明的高压喷射组件包括壳体80，它包括相互成一整体的运行段部82和排气段部84，其中运行段部82呈直筒形，而排气段部84则呈直径递减的锥筒形；沿着排气段部84的中心延伸的绝热发动机1，该绝热发动机由支架86所支承；绝热发动机1的驱动轴88，该驱动轴88延伸穿过运行段部82；与驱动轴88装配在一起的多个推进器90，这些推进器等距离间隔、并具有其尺寸朝排气段部84的方向递减的叶片；以及，设置在各推进器90之前和之后的固定叶片92，这些固定叶片92沿驱动轴88的径向方向延伸。
较佳地，绝热发动机1的排气口94朝排气段部84的出口取向，以便借助以高温从绝热发动机1中排出的排出气体来增加排气段部84的出口附近的压力。
在本发明的高压喷射组件中，多个径向推进器90固定在驱动轴88上，并且固定叶片92设置在各推进器90之前和之后。结果，固定叶片92可防止流过固定叶片92的空气中形成涡流，同时推进器90逐渐增大压力，以使加压的气流到达排气段部84。另外，流过排气段部84的加压气流的压力由设置在排气段部84中的绝热发动机1的多余热量进一步增大，接着上述加压的气流在因狭窄的出口而被进一步加压之后通过排气段部的后端处的出口喷射而出。
请参阅图3，使用在本发明高压喷射组件中的驱动发动机系图1中所示的绝热发动机，即一种具有环绕其燃烧缸体的燃烧腔的绝热件的发动机。因此，驱动发动机可经得住排气段部84中的高温，并可提高发动机的热效。
如上所述，本发明使用一种绝热发动机。因此，在本发明的发动机中，大部分的燃烧热量不会排放到燃烧腔外，但可用于加大发动机的功率，从而可显著地提高发动机的热效。
另外，在本发明的发动机中，发动机的燃烧热量不会被传导到燃烧腔的外部。因此，无须强制性地使发动机冷却，或者至少发动机可采用一种空气冷却方式，从而可简化发动机的冷却系统。
另外，本发明使用一种能再度使用排出能量的发动机。因此，在本发明的发动机中，否则将被浪费的排出气体的压力可被再一次利用，以便加大发动机的功率，并且燃烧气体停留在燃烧腔中的时间是传统发动机的两倍，以便燃烧气体可充分燃烧。结果，本发明的发动机具有提高的热效，并可减少因燃烧气体而引起的空气污染。另外，可减小排出气体的压力，以便显著地降低因排出气体而引起的噪声。
另外，本发明还揭示了一种使用绝热发动机的高压喷射组件。因此，高压喷射组件的驱动发动机可耐高温，由此排出气体可具有高温，这样高压喷射组件就能具有提高的热效。
虽然为举例的目的已描述了本发明的诸较佳实施例，但本技术领域中的那些熟练技术人员应意识到的是，在不脱离由附加的权利要求所限定的本发明的范围和精神实质的情况下，还可有多种变化形式、增加和替换。
权利要求
1.一种绝热发动机，它具有环绕所述绝热发动机的燃烧腔的至少一个绝热件，所述绝热发动机包括具有一内侧表面的至少一个缸体，所述绝热件形成在所述缸体的内侧表面上、延伸超出至少一个冲程距离；具有一底表面的至少一个缸头，所述绝热件形成在所述缸头的底表面上；分别具有一底表面的至少一个吸气阀和至少一个排气阀，所述绝热件形成在所述吸气阀和排气阀的底表面上；以及具有一顶表面和一外侧表面的至少一个活塞，所述绝热件分别形成在所述活塞的顶表面和外侧表面上，形成在活塞的外侧表面上的绝热件的垂直长度大于所述至少一个冲程距离，所述活塞具有环绕活塞的外周表面安装在活塞的外侧表面上的绝热件之下的密封装置。
2.如权利要求1所述的绝热发动机，其特征在于，所述绝热件采用层状形式。
3.如权利要求2所述的绝热发动机，其特征在于，所述绝热件由陶瓷材料所形成。
4.如权利要求3所述的绝热发动机，其特征在于，所述陶瓷材料由陶瓷烧结体、陶瓷涂层及其组合所形成。
5.如权利要求1所述的绝热发动机，其特征在于，所述绝热发动机可使用在两冲程循环发动机和四冲程循环发动机中。
6.如权利要求1所述的绝热发动机，其特征在于，设于所述缸体的内侧表面的绝热件离开设于所述活塞的外侧表面的绝热件一段预定距离，这样即使活塞往复运动，缸体和活塞也不会相互接触，但均由金属所制成的设于活塞的外周表面的活塞环和缸体的内侧表面会相互接触。
7.一种能再度使用排出能量的发动机，所述发动机包括第一活塞；其中安装有所述第一活塞的第一缸体；第二活塞；其中安装有所述第二活塞的第二缸体；邻近所述第一缸体和第二缸体设置的辅助缸体；安装在所述辅助缸体中的辅助活塞；曲轴，所述第一活塞、第二活塞和辅助活塞通过连杆连接在所述曲轴上；以及缸头，其中所述第一缸体的排气口和第二缸体的排气口分别与所述辅助缸体的吸气口相连接，所述缸头具有分别置于第一缸体、第二缸体和辅助缸体的吸气口和排气口的吸气阀和排气阀。
8.如权利要求7所述的能再度使用排出能量的发动机，其特征在于，所述第一和第二缸体、辅助缸体、第一和第二活塞、辅助活塞以及吸气和排气阀均为绝热元件，其位于燃烧腔侧方的诸元件的表面均覆有绝热件。
9.如权利要求8所述的能再度使用排出能量的发动机，其特征在于，所述辅助缸体的截面积大于所述第一和第二缸体的截面积。
10.如权利要求8所述的能再度使用排出能量的发动机，其特征在于，当所述辅助活塞位于其底死点中心时，所述第一和第二活塞位于它们的顶死点中心。
11.如权利要求7所述的能再度使用排出能量的发动机，其特征在于，所述发动机包括至少一组两个主要缸体和一个辅助缸体。
12.如权利要求7所述的能再度使用排出能量的发动机，其特征在于，所述第一和第二缸体的排气阀各自通过一共用轴与所述辅助缸体的吸气阀相连接。
13.一种高压喷射组件，包括壳体，它包括相互成一整体的运行段部和排气段部，所述运行段部呈直筒形，所述排气段部呈直径递减的锥筒形；沿着所述排气段部的中心延伸的绝热发动机，所述绝热发动机由支架所支承，所述绝热发动机具有环绕所述绝热发动机的燃烧腔的绝热件；所述绝热发动机的驱动轴，所述驱动轴延伸穿过所述运行段部，所述驱动轴的直径朝着所述排气段部递增；与所述驱动轴装配在一起的多个推进器，所述推进器等距离间隔；以及安装在各推进器之前和之后的固定叶片，所述固定叶片沿所述壳体的径向方向延伸。
14.如权利要求13所述的高压喷射组件，其特征在于，所述绝热发动机包括至少一组两个主要缸体和一个辅助缸体。
15.如权利要求13所述的高压喷射组件，其特征在于，所述绝热发动机具有朝着所述排气段部的出口取向的至少一个排气口。
全文摘要
本发明揭示了绝热发动机、能再度使用排出能量的发动机和高压喷射组件。该绝热发动机包括具有内侧表面的缸体，绝热件形成于其上、延伸超出至少一个冲程距离；具有底表面的缸头，绝热件形成于其上；分别具有底表面的吸气阀和排气阀，绝热件形成于其上；以及具有顶表面和外侧表面的活塞，绝热件分别形成于其上，形成在活塞的外侧表面上的绝热件的垂直长度大于至少一个冲程距离，活塞具有环绕活塞的外周表面安装在活塞的外侧表面上的绝热件之下的密封装置。其中陶瓷材料设置在构成燃烧腔的诸元件的内表面上，以尽可能地避免热量损失，从而使热效最大化。发动机利用排出气体的压力来加大发动机功率。高压喷射组件将发动机用作为耐高温的驱动发动机。
文档编号F02B77/11GK1420264SQ0210284
公开日2003年5月28日 申请日期2002年1月25日 优先权日2001年11月15日
发明者金昌宣 申请人:金昌宣