专利名称：引爆水制氢的循环发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的汽车发动机，尤其是一种能够引爆水制氢的循环发动机。
技术背景汽车发动机比较典型及最常用的是汽油发动机(以下简称发动机)，其热效率计算一般是 从燃油释放的总能量中减去35%的冷却系统和润滑系统损失，减去3596的排气系统损失，减去 5%的发动机内部摩擦损失，再减去10%的动力传动系统内部的摩擦损失，最后仅仅剩下15% 的能量用于驱动车辆前进。尽管近年来对发动机零部件进行精心设计和高精度制造以及对润 滑剂的改良，以减少摩擦，但是发动机的热效率仍然低于30%。 发明内容为了改善发动机存在的这种低效能的状态，本发明提供一种改进的发动机，其特征是借 助锅炉爆炸时热能高速转换成动能的方式，利用发动机可燃混合气燃烧作功后产生的多余高温热量，直接在缸内将水加热加压至更高能级的饱和水，再通过加大压缩比、增加气缸活塞 直径、提高发动机转数、减少可燃混合气进气量及专设独立引爆行程的有利措施，在活塞移 动的快速扩容状态下直接引爆作功，以及使用耐高温制氢催化材料制作的部件，在发动机气 缸内可燃混合气燃烧时产生的光、热、波、力的作用下，对水制氢产生预分解，结合缸内高 能级饱和水引爆瞬间剧烈释放的强大膨胀力，将水分子分、裂解后联合制氢反复作功的一种 可持续再循环的发动机。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是首先将原冷却系统改制成进水系统；并将 水存入改制的缸内环形存水凹槽及矮锥体活塞顶盖的存水孔内；采用耐高温催化材料制作关 键部件，使其在原有功能基础上增加具有对水的制氢催化作用；强化水的引爆条件；合理安 排工作循环程序及设置新的可持续循环工况；并采取隔热保温措施。本发明与现有发动机相比其成本相差不大，但由于其具有将原本废弃的多余高温热量向 动能甚至更高压力动能及高能级燃料氢的转换并直接作功的特点，使发动机不仅是热效率的 提高，还具有新的可持续再循环工况的模式。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是本发明发动机的结构剖面图。图2是本发明发动机依据的凡德瓦尔斯方程曲线图。图3是本发明发动机活塞组合及环形存水凹槽局部剖面放大图。图4是本发明发动机矮锥体活塞顶盖顶部平面布置图。图5是本发明发动机进水阀局部放大图。在图l中l.活塞，2.活塞隔热层，3.存水孔，4.矮锥体活塞顶盖，5.环形存水凹槽，6. 进水阀，7.进水排气门，8.缸盖，9.进气门，IO.缸盖冷却水，ll.缸体冷却水，12.内隔热层， 13.外隔热层，14.缸体。在图2中a-b-c-d曲线是水在爆炸过程中的压力变化状态，其中a点表示可燃混合气燃 烧后饱和水及缸内气体压力的最高值，c点表示饱和水引爆后所产生的最高压力值，c点明显高于a点的压力表示水的引爆作功大于可燃混合气的燃烧膨胀作功在图3中环形存水凹槽(5) 在点火前被矮锥体活塞顶盖(4)的侧面暂时封住，及活塞(1)、活塞隔热层(2)、存水孔(3)、 矮锥体活塞顶盖(4)通过安装铆钉(4-1)安装组合的情况。 在图4中4-l.安装铆钉。在图5中6-1.水口， 6^2.阀体，6-3.螺栓，6-4.阀球。
具体实施方式
1、 改制进水系统在图5中，将缸盖冷却水(10)与进水排气门(7)之间作通并安装 进水阀(6)，进水阀(6)由水口 (6-1)、阀体(6-2)、螺栓(6-3)和魄球(6-4)组成，阀 球(6-2)在自重和排气外力作用下使进水阀(6)关闭，当没有排气外力且进水排气门(7) 打开时，进水阀(6)开启。2、 采用耐高温制氢催化材料制作发动机部件在图1中，缸盖(8)、缸体(14)、进水 排气门(7)、进气门(9)及矮锥体活塞顶盖(4)均采用氧化亚铜、钼化合物、二氧化钛、 二氧化锰、炭的镍铁氧体陶瓷复合材料制作，并根据每种材料利用光、热、波、力对水所产 生的催化作用大小进行优化配置。3、 加工缸内环形存水凹槽(5)及锥体活塞顶盖(4)的存水孔(3):在图1和图3中， 在气缸的内表面开有沿缸体(14)圆周方向的环形存水凹槽(5),其位置设在当可燃混合气 燃烧点火前至燃尽后正好将其封住。在制做矮锥体活塞顶盖(4)时，其顶面钻有若干存水孔(3),并用安装铆钉(4-1)安装固定在活塞(1)上面，中间加装活塞隔热层(2)。4、 强化将水引爆的条件将水引爆是本发动机的关键所在，虽然在活塞U)运行中间 有逐渐加速的过程对引爆十分有利，但在发动机起步及低速运转时，其引爆的条件就会受到 影响，为保证速度下限时也能正常引爆，特采用加大压缩比、增加缸体(14)及活塞(1)的 直径、提高发动机转数、减少可燃混合气进气量及专设独立引爆行程的方式，以确保条件的 充分满足。5、 工作循环程序安排在第一次在进气行程中，首先进水排气门(7)打开，进水阀(6) 在缸内真空及带压水的双重作用下被打开，并向缸内输进经过缸体(14)散热而预热的水， 水落于矮锥体活塞顶盖(4)后，流向周边及存水孔(3)内。然后进水排气门(7)关闭，进 气门(9)打开，先将适量空气补进，再将可燃混合气补进，使空气在可燃混合气与矮锥体活 塞顶盖(4)的中间，起隔离作用，以保证燃料充分燃烧。在第一次压縮行程中将水与可燃混 合气同时压缩，并使矮锥体活塞顶盖(4)周边多余水随活塞(1)的上移将其推入环形存水 凹槽(5)内并封住，此时除存水孔(3)内的水外，缸内表面没有多余的水存在，加上空气 分隔层将矮锥体活塞顶盖(4)的隔离作用，其工作环境与普通发动机没有区别。在第一次作 功行程中可燃混合气燃烧膨胀，压力随即升至峰值顶部并开始下降。 一方面环形存水凹槽中(5)的水，随活塞(1)的下移封口被打开后，其中部分水沿缸内周边流下并均匀分布在缸 内表面，以水膜形式扩大水的受热面来强化热交换，其余部分则扑向缸内中央快速换热；另 一方面矮锥体活塞顶盖(4)及顶面存水孔(3)内的水，在活塞隔热层(2)的作用下，被分 隔成相对独立受热体，更加有利热交换；这两方面的水均被迅速加热加压为更高能级的高温 饱和水。同时由于缸盖(8)、缸体(14)及矮锥体活塞顶盖(4)采用制氢催化材料，借助可 燃混合气燃烧过程中产生的光、热、波、力的作用，对水分子也开始进行分解和预分解。通 过强化将水引爆的条件及活塞(1)的快速下移，缸内被高速扩容，高温饱和水被引爆升压而再次作功，其爆炸压力峰值设定为工作压力值。由于这是将高能水分子的内能从内向外高速 剧烈释放的过程，部分水分子在分解和预分解基础上被再次加速裂解为氢和氧。尤其是矮锥 体活塞顶盖(4)存水孔(3)内饱和水引爆后的定向高速喷出，不仅更加大对活塞(1)的推 进，还将完成对缸内空间最后余热作快速的吸收和能量转换。由于缸内大部分热量被转换成 动能推动活塞(1)和分裂解为氢氧气后，压力和温度都已大幅下降，较轻的氢氧气体开始上 升，冷凝后较重的低能级饱和水又重新下落于矮锥体活塞顶盖(4),这些水与以后行程中氢 燃烧还原后的水均在缸内被连续使用。6、 可持续再循环工况本循环发动机的循环是指在正常循环周期过程中而特别设定的一 种新的热量自我可持续再循环工况，其关键程序是当发动机气缸内的可燃混合气经燃烧作 功后产生了多余高温热量，引爆作功后，活塞(1)继续下移，压力也开始下降，使冷凝水释 放出大量汽化潜热送回缸内空间，如果现在排气， 一个普通循环周期就此结束，而大量有用 的气化潜热将被损失掉，如果不排气，而进入压縮行程，通过压力上升，汽化潜热又回到水 中，使其又成为高能级饱和水，可以再次引爆作功，不仅其压力值同样高于被压缩时的最高 值，而且由引爆产生的氢气又可以继续燃烧作功并产生新的多余高温热量，如此循环往复。7、 发动机隔热在缸体(14)内表面与冷却水(11)之间加装了发动机内隔热层(12)，外隔热层(13)布置在发动机缸体(14)的外表面。
权利要求
1.一种引爆水制氢的循环发动机，其特征是借助锅炉爆炸时热能高速转换成动能的方式，利用可燃混合气燃烧作功后产生的多余高温热量，直接在缸内将水加热加压至更高能级的饱和水，再通过加大压缩比、增加气缸活塞直径、提高发动机转数、减少可燃混合气进气量及专设独立引爆行程的有利措施，在活塞移动的快速扩容状态下直接引爆作功，以及使用耐高温制氢催化材料制作的部件，在发动机气缸内可燃混合气燃烧时产生的光、热、波、力的作用下，对水制氢产生预分解，结合缸内高能级饱和水引爆瞬间剧烈释放的强大膨胀力，将水分子分、裂解后联合制氢反复作功的一种可持续再循环的发动机。
2. 根据权利要求1所述的引爆水制氢的循环发动机，其特征是将缸盖冷却水(10)与进水排气门(7)之间作通并安装进水阀(6)，进水阀(6)由水口 (6-1)、阀体(6-2)、螺栓(6-3) 和阀球(6-4)组成。
3. 根据权利要求1所述的引爆水制氢的循环发动机，其特征是用氧化亚铜、钼化合物、二氧化钛、二氧化锰、炭的镍铁氧体陶瓷耐高温制氢催化材料制作缸盖(8)、具有环形存水凹 槽(5)的缸休(14)、进水排气门(7)、进气门(9)及具有存水孔(3)的矮锥体活塞顶盖 (4)这些发动机部件。
4. 根据权利要求1所述的引爆水制氢的循环发动机，其特征是利用水在能量转换过程中凡德瓦尔斯方程曲线特性及氢能被产生和使用的特点，在一个工作循环周期内设置新的热量自 我可持续再循环工况，即发动机气缸内的多余高温热量，经引爆作功后，气缸内压力随即下降，被冷凝的高温水会释放出大量汽化潜热送回缸内空间，此时不排气而直接进入压缩行程， 在活塞上移压力升高时，汽化潜热又回到水中，使其又成为高能级饱和水，高能级饱和水的 引爆压力值又高于其被压缩时的最高值，而引爆产生的氢气又可以继续作功并产生新的多余 高温热量，如此循环往复。
5. 根据权利要求1所述的引爆水制氢的循环发动机，其特征是发动机内外均加装隔热层， 用安装铆钉(4-1)安装于矮锥体活塞顶盖(4)及活塞(1)之间的活塞隔热层(2)、布置在 缸体(14)内表面与缸体冷却水(11)之间的内隔热层(12)及在发动机的外表面的外隔热 层(13)。
全文摘要
本发明提供一种改进的发动机，尤其是一种能够引爆水制氢的循环发动机，其特征是借助锅炉爆炸时热能高速转换成动能的方式，利用发动机可燃混合气燃烧作功后产生的多余高温热量，直接将水加热加压至更高能级的饱和水，再通过加大压缩比、增加气缸活塞直径、提高发动机转数、减少可燃混合气进气量及专设独立引爆行程的有利措施，在活塞移动的快速扩容状态下直接引爆作功，以及使用耐高温制氢催化材料制作的部件，在发动机气缸内可燃混合气燃烧时产生的光、热、波、力的作用下，对水制氢产生预分解，结合缸内高能级饱和水引爆瞬间剧烈释放的强大膨胀力，将水分子分、裂解后联合制氢反复作功的一种可持续再循环的发动机。
文档编号F02B47/02GK101220768SQ20071016977
公开日2008年7月16日 申请日期2007年11月19日 优先权日2007年11月19日
发明者王武明 申请人:王武明