专利名称：热量回授式发动机的制作方法
发明的背景发明领域本发明涉及蒸汽发动机，尤其涉及一种热量回授式发动机，采用水既作为工作流体，又作为润滑剂，该发动机有高效率、对环境友好、并适用多种燃料。
相关
背景技术：
对于环境的关注推动了在发动机设计方面的不少昂贵而且复杂的技术方案的出台。例如，燃料电池技术提供了用清洁的燃氢来运行的好处。然而，燃料电池发动机的价格和体积，以及产生、存储、和运送燃料级的氢的成本不成比例地抵消了它带来的对环境的好处。进一步的例子还有，清洁运行的电动车辆只限于很短的行程，还得用煤、柴油或核燃料动力站发的电来经常充电。气轮机是清洁的，它们以恒定速率运行。但是小型气轮机的制造、运行和检修却很昂贵。柴油和气体内燃机的效率好、重量轻、制造也不贵，但是它们产生的对环境和公众健康有害的污染物的水平较高而且是随所用的具体燃料而异的。
150年前詹姆士·瓦特就发明了原始的兰金循环蒸汽发动机。当今的兰金循环蒸汽机用管子将过热蒸汽送到发动机，再从那里送到凝结器。用来将过热蒸汽管运到发动机的那些单根管子所暴露的表面积较大，也就限制了蒸汽的温度和压力水平。这种较低的压力和温度下水容易在液态和气态间转变，需要复杂的运行控制系统，不太合乎需要。虽然蒸汽机通常笨重、低效率，它们对环境来说却较清洁。蒸汽机的效率水平各异，从老式蒸汽火车的5％到现代发电厂的45％之多。相对照的是，双冲程内燃机运行效率约为17％，而四冲程内燃机的效率可达约25％。另方面，柴油内燃机的效率可达35％。
发明的目的和优点面对上述情况，本发明的主要目的在于提供一种发动机，它既小巧而且工作效率又高。
本发明进一步目的为，所提供的小巧而高效的发动机提供了热量回授，并且运作在或接近超临界压力(3200磅)和高温度(1200华氏度)。
本发明还有进一步目的，所提供的高效小巧的发动机对环境友好，它采用外部燃烧、旋流式的燃烧室，并用水作润滑。
本发明还有进一步目的，所提供的小巧高效的蒸汽机具有多燃料能力，允许该发动机燃烧多种来源的燃料中的任一种或它们的组合。
本发明还有进一步目的，所提供的小巧高效的蒸汽机不但重量轻，而且不带分开的水冷却系统，并且不会产生振动，也没有排气噪声。
本发明还有进一步目的，所提供的小巧高效的蒸汽机不需要传动装置。
参考后面的详述和附图就会更加明了本发明的这些以及另外的目的和优点。
发明的综述本发明目的在于提供一种小巧高效的发动机，它采用水作为工作流体，并且作润滑剂。这种发动机主要包括凝结器、蒸汽发生器，以及包含阀门、气缸、活塞、推杆、一个主轴承、凸轮和一个凸轮轴的主引擎部分。用吸风机将周边空气送入凝结器。先分二阶段提升空气温度，然后进入旋流式燃烧室。第一阶段，从吸风机空气进入凝结器。下阶段，空气从凝结器经过热交换器的加热被送进蒸汽发生器。在蒸汽发生器中，经预热的空气跟来自燃料雾化器的燃料混合。在燃烧室里的离心机内燃烧此雾化燃料，使得重的燃料成分运动到燃烧室的外侧消耗掉。而更热更轻的气体成分则运动进入一个小管束。主引擎部的各气缸排列成沿各半径辐射状，只是各气缸头和阀门伸进旋流式燃烧室。该管束内的温度维持在1200华氏度。载有蒸汽的该管束导入燃烧室以暴露于高温度。在燃烧室中蒸汽被过热，并被维持在约3200磅的高压强。
排出的蒸汽进入主螺线管，可预热发生器里的水。然后将排出的蒸汽送入凝结器，它是一种压缩凝结的离心系统，为平板迭层结构。冷空气循环流经平板间，被排汽热交换器加热后送进燃烧室。空气的这个再热循环提高了此发动机的效率和小巧性。
此发动机的速率和转矩用摇杆和凸轮机构控制，该机构功能在于打开和关闭引擎头部的针状阀门。当该阀门开启时，高压高温蒸汽被注入气缸，得以在活塞顶端高压区膨胀爆炸。用了三个或更多的活塞就可实现自启动。
为了更充分理解本发明的本质，应该参考后面的详述，并结合所附各图来看，这些图包括图1为说明空气流经本发明的发动机的总图；图2为说明水和蒸汽流经此发动机的总图；图3为侧立面的截面图，说明发动机的主要部件；图4为在顶视面上，沿图3中的4-4直线的平面的部分截面图；图5为在顶视面上，沿图3中的5-5直线的平面的部分截面图；图6为曲柄盘组件分离的顶视图；图7为压缩释放阀门组件、注入阀门组件和气缸头的分离的截面图；图8为功率冲程图；图9为联系到低速率时向前方向的节流阀控制和引擎定时控制组件的截面图；图10为联系到高速率时向前方向的节流阀控制和引擎定时控制组件的截面图；图11为联系到倒向的节流阀控制和引擎定时控制组件的截面图；图12为分离阀的顶视图；图13为沿着图12上的13-13直线截取的分离阀的截面图，用来说明分离器中的流控阀；及图14为包括部分剖视面的顶视图，显示此发动机的多相主泵浦和低、高压各泵浦系统的多支管情况。
在各附图中，相同标号指相同部件。
优选实施方式的详述本发明提供一种径向辐射结构的蒸汽发动机，在各附图中一概用图标10来表示。先参考图1和图2，发动机10包括蒸汽发生器20、凝结器30、以及主引擎部50，该主引擎部包含气缸52、阀们53、活塞54、推杆74、曲柄凸轮61和一根顺轴向延伸穿过该主引擎部中心的曲轴60。
运作时，吸风机38将周边空气引入凝结器30。先分二阶段提升空气温度，然后进入旋流炉22(以下统称“燃烧室”)。凝结器30是带有由各平板31围绕一个内核形成的迭层结构的平板动态凝结器。动态凝结器30的这种结构设计使得蒸汽可以多次通过从而增进了凝结功能。第一阶段，从吸风机38空气进入凝结器30后在各凝结板31之间循流以冷却各板的外表面并且使得也循流在各板间的排出的蒸汽凝结。尤其是，从气缸52的排气管55排出的蒸汽通过了绕在气缸外的预热螺线管。蒸汽就滴落入凝结器中心，在那里曲轴转动产生的离心力驱使蒸汽进入各凝结板31的内腔。当蒸汽转变到液相，它就进入各凝结板外围的密封通道。凝结的液体通过收集杆滴入凝结器底部的收集盘34。高压泵92将凝结器收集盘34里的液体抽运回到燃烧室内的螺线管34，以完成发动机的流体循环。各凝结板31的迭层结构使得在较紧凑的容积内得到大面积从而最大化热交换。曲轴叶片的离心力反复驱动将凝结的蒸汽进入层叠板结构的各冷凝板31之间，这就提供了让蒸汽多次通过凝结系统的机制，比起常规的单次通过凝结器的设计要有效得多。
机罩12是将燃烧室和活塞组件包住的绝热盖。机罩12包含空气传输管32将在凝结器30里预热过的空气导入空气-对-空气热交换器42的引入部，以便进一步加热空气。在热交换器42里加热了的空气进入燃烧室里的燃烧腔40内的雾化器/点燃器组件进行燃烧。机罩内还有回送管将燃烧室顶部中心的燃烧废气收集起来回送到空气-对-空气热交换器42的排气部。机罩的绝热性保持了热量，它包含的管道为发动机提供了必要的空气流路，而且它包含的热交换器又回收了废气的热量，所以机罩这台发动机增添了效率和紧凑小巧性。
水的传送路径从凝结器收集盘泵到每个气缸经过了一个或多个蒸汽主供应线21最后抽运到燃烧室。每条蒸汽主供应线21途经一个预热螺线管23，它被绕在每个气缸的靠着排气管的气缸外裙上。走出排气管的蒸汽将热量释放给这螺线管，这就提高了通过该螺线管进到燃烧室的水的温度。反过来，在将热量释放给上述预热螺线管的同时，废蒸汽也通过这些螺线管开始了自己的冷却过程以准备进入凝结器。将这些螺线管设置在靠着气缸排气管处就能把废气的热量提取出来以免其从系统中流失，从而对发动机的总效率做出贡献。
下阶段，空气经过热交换器42的加热后被送进蒸汽发生器20(见图2和图3)。在蒸汽发生器20中，经预热的空气跟来自燃料雾化器41的燃料混合(见图8)。在燃烧室里的离心机内由点燃器43点燃此雾化燃料，使得重的燃料成分运动到燃烧室22的外侧并在那里消耗掉。燃烧室22为圆筒形包围着绕成圆螺旋形的很密的一束管子24，它们构成通往各该气缸的蒸汽供应线的一部分。这束管子24被燃烧喷嘴腔体组件40中燃烧着的燃料加热，该组件包括鼓风机38、燃料雾化器41、和点燃器43(见图4)。二燃烧腔40设置在圆形燃烧室壁的相对的两侧，排列得使它们发出的火焰沿着同一个螺旋的方向。绕着燃烧室中心轴旋转所述火焰前沿苗子，相对管束24中心作环流运动的燃烧气体的热量就反复地‘洗刷’管束24形成的螺旋。管束24的温度维持在约1200华氏度。管束24内装载着蒸汽并暴露于燃烧的高温，其中的蒸汽被过热并被维持在约3200磅/平方英寸的压强。这样的热气从圆筒形燃烧室圆顶中心处的小孔喷出。燃烧气体的离心运动使得悬浮在气体中的较重的、未燃烧的颗粒积累到靠近燃烧室外壁处最终被烧净，让废气更干净。在燃烧室内的燃烧气体的这种旋流就产生了本发动机的高效率。特别是，相对于所消耗的燃料的量而言，多次通过管束24的螺旋就得以促进了更大程度的热饱和。此外，圆形螺旋绕制的管束形状就使得在燃烧室内的有限空间能够容纳比常规锅炉内更大长度的管子。此外，将各气缸的蒸汽供应线在燃烧室的入口处分成两根或多根线(即，将单管分成管束)，就能以更大的管表面积暴露在燃烧气体中，也就促进了更大程度的热交换，从而管中流体可被加热到更高的温度和压强，这就进一步改进了本发动机的效率。
当水流出各单独气缸的预热螺线管的单线21到达燃烧室前，它分支成每个气缸两根或多根线28从而形成管束的一部分，这管束由所有气缸的所有这些分支线28绕成螺旋的管束24构成，这在上面已经描述过。参见图3，这些多股线28在截面积和长度上是相同的。单根‘馈入’线21跟分支线28之间在体积和容量上这种相等在静态条件下会达到平衡，而在超临界的高温高压动态条件下，在各分支线中的比较流可能达不到平衡，会导致较低流动的支管潜在过分加热可能发生管壁破裂。设在单股线21跟多股线28连接处的分流阀26可使各分支线的流动相等(见图3中的12和13)。分流阀26避免了直角‘T’形交接，而采用很窄的顶点的‘Y’形交接，来最小化连接处的湍流。这种‘Y’连接体包含流控阀27允许流向蒸汽发生器20的流体能非受阻流地流经各分支线28的每一支，但允许在某一支线中的任何过分压强的增加量‘放水’退回过压阀(压强调节器)46以防止系统过压强。
在图5清楚可见，此发动机的各气缸52排成沿径向辐射形结构，使得各气缸头51和阀门53伸进环流燃烧腔内。凸轮70推动推杆74(见图5)以控制蒸汽注入阀53的开启。当工作在较高引擎速率时，蒸汽注入阀53充分开大将蒸汽注进气缸52，使得活塞头54沿径向朝里推。活塞头54的运动使连杆56径向朝里运动转动曲柄盘61和曲轴60。如图6所示，每个连杆56连到曲柄盘61。特别是，连杆环的圆形内表面配合了轴承环59来啮合曲柄盘61上的轮毂63。一个较佳实施例是，曲柄盘61是用轴承材料制成，连杆环的外表面也包着轴承材料，从而提供一个双重支撑的轴承来担负活塞负载。由此曲柄盘61驱动连杆56。绕着此圆轴承的外围等间距地装置这些连杆。将各活塞连杆联结到曲柄盘61的各双重支撑轴承的下部设计成可限制连杆56的角偏移，以便在曲轴60完整转一圈时所有六个连杆之间都能维持设定的余隙。曲柄盘61的中心套接到单个曲轴颈62，后者对曲轴60的中轴有一个偏移。当各连杆56的底端绕曲柄盘61转圈时，曲柄盘61所骑的曲轴颈62的所述偏移形成的几何图形使得这些连杆的合成转动沿椭圆路径运转。这独特的几何运动给本发动机的运作带来两个优点。首先，在各活塞的发力冲程中，它的连杆跟驱动活塞的运动是相互垂直的，以此传递了该冲程的全部的力。第二，各连杆56跟曲柄盘61之间的偏移，曲柄盘跟曲轴颈62之间的偏移，以及曲轴颈62相对曲轴60本身的偏移，三者的结合产生一个杠杆臂，它放大了各单独发力冲程的力而并不增加活塞运动的距离。显示这一独特的发力冲程的图示见图8。因此，增进了机械效率。这样的结构也为蒸汽的进入和排出增加了时间。
参见图7，发动机在低速时蒸汽注入阀53半闭，而体积压缩余量释放阀46则开启以便从气缸52释放蒸汽。各体积余量阀46由发动机的RPM(每分钟转数)控制。体积余量阀46是一项革新，它改善了在低速以及高速时的效率。最小化气缸52的余量体积对效率的好处在于它减小了为要充满气缸容积所需的过热蒸汽的量，它还减小了吸收热量的蒸汽接触面积使得这些热量可另外用到发力冲程的爆炸膨胀过程，以及通过在较小的燃烧室内产生更高的压缩来进一步提高进来的蒸汽的温度。然而，较小体积造成的更高压缩在发动机低RPM时也会产生不利影响，即产生反压强妨碍过热蒸汽充入。体积余量阀46的目的在于在引擎的低RPM时减小气缸压缩，而在较快的活塞速率时却维持较高的压缩因这时反压强效应是小的。体积余量阀46控制了从气缸进入燃烧室22的管子47的入口。它是由发动机驱动的主多相水泵90的一个较低压强泵系来水压操纵的。在低RPM转速，体积余量阀46放开管子47。通过把这个管子47的增量体积加到气缸52的体积，总余量体积增加，结果降低了压缩。包围着密封管47的燃烧室22附带加热了充入管内的蒸汽，使之流回到气缸52内以贡献到低速发力冲程的总的蒸汽膨胀。而在较高RPM转速，水压操纵体积余量阀的发动机驱动泵90的泵系增大压强以关闭体积余量阀46，藉此减小总的余量体积，并提高气缸压缩以利发动机的有效率的高速运转。体积余量阀46在发动机的低速和高速运转的效率都做出贡献。
采用机械连接的节流机构操纵蒸汽注入针阀53来将超临界压强的蒸汽放进发动机的气缸52。为了抗住1200华氏度的温度，各针阀53在其主干底部水冷，用水润滑泵96驱动冷却水来回于凝结器30的管子进行。在各针阀主干的中部采用一系列的曲径密封，或在针阀主干刻成槽沟，配之以密封圈和下法兰密封，就在各针阀主干跟容纳其运动的套管之间形成密封。这机构密封住并分隔了流经针阀主干顶部的致冷剂跟每个针阀的头和座子处所遇到的近3200磅/平方英寸的高压。移出这个针阀53，以及调节它的安放余量，可用做在针阀组件上体的线来进行。放进过热蒸汽的针阀53是用各针阀摇臂80内的弹簧82来正向关闭的，摇臂80安装在发动机外壳外面。每个弹簧82施加足够压强以保持在静态条件时针阀53关闭。
用以安置曲轴凸轮环84启动各针阀的开启运动。凸轮环上的叶瓣85迫使节流阀从动件76‘撞击’各气缸52上那一个推杆74。各推杆74从靠近星形结构的六气缸引擎中心处向外伸出到针阀摇臂80。节流阀从动件76施加在推杆74上的力超过了弹簧闭锁压强就开启了针阀53。所述从动件、摇臂80、和推杆74之间的联系是取决于安装在各针阀摇臂80上的带罗纹的调节插座。
改变各推杆74伸长的距离就可实施对引擎节流阀的控制，伸得越长就开大针阀也就放进更多的过热流体。所有六根推杆74通过节流阀控制环78，后者沿弧线转动，并且在各推杆74的内端停止在各凸轮从动件的臂上的位置发生位移(见图5)。除非凸轮叶瓣85将从动件76抬起，推杆74停在从动件上的所有位置都同等地‘被关闭’。当节流阀控制环78的弧线被移动时，推杆74的停止点将杠杆臂进一步推移出去并且离开了从动件的支点。当从动件76被凸轮叶瓣85撞击时，所述杠杆臂横越的弧线距离被放大，从而进一步驱动推杆74，于是进一步打开针阀53。一个连接到节流阀环并延伸到发动机外壳外表面的杠杆被用来移动节流阀环的弧线，由此形成了本发动机节流阀。
参见图9到图11，可通过移动凸轮环84来进行本发动机的定时控制。定时控制超前于过热流体被注入各活塞的时刻，当引擎RPM速率增大还会缩短这一注入持续的时间。将凸轮环84推向曲轴颈62的‘向上’运动，由于将从动件76暴露到凸轮环84的较低位置，那里凸轮叶瓣85的投影剖面逐步减小，就会改变定时时间。转动这同一个凸轮环84也会改变当凸轮叶瓣触发了蒸汽注入各气缸时的定时关系。采用固定在凸轮套筒86上的凸轮套筒销子88来进行凸轮环的转动。凸轮销子88伸出凸轮环84上的一条曲线垂直的缝槽，于是当凸轮环84升起时，由于水力压强，在凸轮环84跟凸轮套筒活塞86之间发生扭转作用，这当中凸轮环84和叶瓣85就部分转动。凸轮环的这两个运动是由凸轮套筒活塞86所执行，该活塞86是密封到曲轴60并随之转动的。特别是，固定到曲轴60上的曲轴凸轮销子87通过凸轮环上一个开口穿到凸轮套筒活塞的一个垂直缝槽里。这就允许凸轮环84和凸轮套筒86相对于曲轴有垂直的(即纵向的)运动，但是阻止了凸轮套筒86跟曲轴60之间的相对转动(由于缝槽是垂直的)，于是凸轮套筒86跟着曲轴一起旋转。驱动曲轴的水泵系提供了水力压强延伸到该凸轮套筒活塞86。当引擎的RPM转速增大，水力压强也升高。这延伸到凸轮套筒活塞86并提高了凸轮环84，从而将叶瓣85上的较高的RPM剖面暴露到各凸轮从动件76上。减小的引擎速率对应于减小凸轮套筒活塞86上的水力压强，密封的螺旋弹簧100就将凸轮套筒活塞86和凸轮环84本身收缩回去。
节流阀控制器的正常位置是前向慢速。当节流阀环78把蒸汽放进活塞，活塞曲柄开始慢速向前转动。凸轮叶瓣85给出的长的持续时间允许蒸汽有一个较长的放入气缸52的时间。如上所述，连杆的椭圆路径产生了高度的转矩，同时蒸汽得以更长时间放入气缸并且建立在更长的杠杆臂上，来进入下一个气缸相位，从而允许了自起动运动。
当节流阀环78被推进，更多蒸汽放进气缸，就允许加速RPM。当RPM增大，泵90提供水压举起凸轮环84到高速向前。凸轮环84运动分二阶段，将凸轮顶起来减小凸轮叶瓣持续时间，并推进凸轮定时。这个过程逐步发生随着RPM转速增大到预定位置。调挡杠杆102跳起加载到调挡杆104上，以允许套筒86举起凸轮环84。
为了倒转引擎得先关闭节流阀以停住。倒转引擎不是采用选择排挡，采用改变定时来进行的。更具体地，采用推调挡杆104以将凸轮套筒86举高到曲轴60之上，当凸轮套筒销子88在凸轮环的螺旋缝槽里移动，就使曲柄推动凸轮通过顶死中心，从而倒转了引擎。因为这时活塞在相对于曲轴的角度在反转方向上推动曲柄盘，现在引擎就反转。这种调挡动作仅仅改变了定时，并没有改变凸轮叶瓣对阀门开启的持续时间设置。这就给反转以充分的转矩和自起动。对反转而言高速并非必要。
废蒸汽通过主螺线管导出，它也为发生器20预热了进水。然后将废蒸汽送入凝结器30的压缩凝结离心系统。如上述，经过各平板的冷却空气循流在废汽热交换器42里加热后，被送入燃烧腔40。对空气的这种再热循环极大地增加了本发动机的效率和紧凑小巧性。
采用多相泵90来执行本发动机要求的水的传送，它包括三组压力泵系。其中一组为高压泵系92安装在同一机壳内的近处。另一组为中压泵系94提供体积余量阀动作所需水压和凸轮定时机构运作所需水压。还有一组低压泵系96来为发动机提供润滑和冷却。该高压单元将水从凝结器收集盘34通过六路单股线路21并经过燃烧室22的各螺旋泵浦到六个针阀53的每一个，由这些针阀将过热流体送入发动机的动力头。多相泵90的这一高压部分包含沿径向辐射排列的各活塞，这很像发动机的更大的动力头的星形排列结构。从各水泵活塞来的水的传送线连接到集管98，它与所有六路传送线公用的调节器相连，来执行对动力头的六路活塞的水传送压强的均配调节。全调节水传送压强到动力头的六路活塞。由一个中心轴来驱动多相泵内的各次级泵浦单元。用一个耦合机构将此泵浦驱动轴联到发动机的主曲轴60。当发动机停下来时，用一个辅助的电动马达来泵浦水，以维持重新起动发动机所需的水压。
这里用了一个较佳的而且实用的实施例来显示并描述了本发明，偏离当前的披露的各种方案也是可能的，而并未离开本发明的精神和范围。
部件图标列表10发动机12机罩20蒸汽发生器21蒸汽供应线(馈送线)22燃烧室/旋流炉腔23绕在各气缸上的预热螺线管24管束(多股管做成的螺旋)由各气缸的多分支馈送线构成26分流阀27流控阀28从主馈送线分流的多分支线30凝结器31平板32空气吸入管34凝结器收集盘38鼓风机40燃烧喷嘴燃料腔41燃料雾化器42热交换器43点燃器46体积余量压缩释放阀47体积余量管50主引擎组件51气缸头
52气缸53蒸汽注入针阀54活塞头55气缸废气管56连杆59连杆环内侧的轴承环60曲轴61曲柄盘62曲轴颈63曲柄盘上的轮毂，用以附着在连杆上74推杆76节流阀从动件78节流阀控制环80摇臂82摇臂上的弹簧84凸轮环85凸轮环上的叶瓣86凸轮套筒活塞87曲轴凸轮销子88凸轮套筒销子90主多相泵92高压泵系94中压泵系96低压泵系98泵集管100用来撤下凸轮套筒活塞的螺旋弹簧102调挡杠杆104调挡杆106调挡套环
权利要求
1.一种发动机，其包括一个凝结器，包括互有间距的各平板的排列来提供多个空气冷却表面，以及在所述平板排列的底下的凝结液体的收集盘；一个蒸汽发生器，包含至少一个燃烧腔用来燃烧提供的燃料，和一个燃烧室与所述至少一个燃烧腔连通，用来在此燃烧室内产生热量；一个主引擎驱动组件，其包括至少一个气缸；关在所述气缸内的可移动的活塞，其包括一个活塞头，其结构和定位使之能密封在所述气缸里作往返移动；一个曲轴；固定在所述曲轴上且随之可转动的曲柄凸轮；在所述活塞和所述曲柄凸轮之间作为它们的枢轴相连接的连杆；及可工作在关闭位置和开放位置之间的注入阀，用来释放蒸汽的压力负载进入所述气缸的顶部；用来将蒸汽发送到所述注入阀的蒸汽线路，用来在所述注入阀瞬间开启时将蒸汽注入所述气缸；一个泵，用来从所述收集盘将水泵浦通过所述蒸汽线路；所述蒸汽线路包括的在所述燃烧室内的一部分，其具有暴露在所述燃烧室内的表面积来传入热量以便将其中的水转变成汽相并发送到所述注入阀；一个废气传送通道，从所述至少一个气缸将废蒸汽发送到所述凝结器，废蒸汽在其中转变到水相，然后流到所述收集盘；及一个热交换器，用来将吸进的空气预热后送进所述燃烧室，该热交换器利用从所述燃烧室释放的废气的热能来预热空气。
2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述的主引擎驱动组件包括多个所述气缸，其中每一个具有关在其中的可移动的所述活塞和所述活塞头；多个连杆，每一个作为枢轴连接到所述多个气缸的相应的那个气缸的所述的活塞；多个注入阀，其中每一个在被运作到所述开启位置时就在该工作定位处释放蒸汽压力负载进入所述多个气缸的相应的那一个气缸里。
3.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述的蒸汽发生器包括至少一个鼓风机，用来提供空气流进入所述燃烧室；一个燃料雾化器，用来将供应的燃料雾化后进入所述空气流；及一个点燃器，用来点燃所述雾化的燃料。
4.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述的蒸汽线路的所述部分包括在所述燃烧室内的多个分支线路。
5.如权利要求4所述的发动机，其特征在于，还包括一个分流阀，设置在所述蒸汽线路的单股线部分跟所述分支线部分的交接处，该分流阀的结构和位置使它能在多个分支线之间等配所述蒸汽流压强。
6.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述的多个气缸排列成沿径向辐射的结构。
7.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，还包括多个体积余量阀，每一个所述体积余量阀工作定位于所述多个气缸的相应的那一个，而且所述体积余量阀的结构和位置使之，在低引擎RPM转速时能够减小所述气缸中的蒸汽压缩，而在高引擎RPM转速时能够维持所述气缸中较高的蒸汽压缩。
8.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，还包括一个推杆，工作连接所述注入阀，及一个带附加弹簧的摇臂，与所述推杆工作连接以便在瞬间开启所述注入阀。
9.如权利要求8所述的发动机，其特征在于，还包括一个凸轮环，可移动地安装在所述曲轴上，一个在所述凸轮环上朝外鼓起的叶瓣，及一个节流阀从动件，工作上接触所述凸轮环和所述推杆，该节流阀从动件的结构和位置使之在其接触所述凸轮环叶瓣时促使所述推杆推动所述注入阀，以便当所述凸轮环转动时瞬间开启所述注入阀。
10.一种发动机，其包括一个凝结器，包括互有间距的各平板的排列来提供多个空气冷却表面，以及在所述平板排列的底下的凝结液体的收集盘；一个燃烧室；至少一个气缸；关在所述气缸内的可移动的活塞，其包括一个活塞头，其结构和定位使之能密封在所述气缸里作往返移动；一个曲轴；固定在所述曲轴上且随之可转动的曲柄凸轮；在所述活塞和所述曲柄凸轮之间作为它们的枢轴相连接的连杆；可工作在关闭位置和开放位置之间的注入阀，用来释放蒸汽的压力负载进入所述气缸的顶部；一个推杆，工作连接所述注入阀；一个带附加弹簧的摇臂，与所述推杆工作连接以便在瞬间开启所述注入阀；用来将蒸汽发送到所述注入阀的蒸汽线路，用来在所述注入阀瞬间开启时将蒸汽注入所述气缸；一个泵，用来从所述收集盘将水泵浦通过所述蒸汽线路；所述蒸汽线路包括的分支的管子部分，排列成在所述燃烧室内的管束，该管束具有暴露在所述燃烧室内的表面积来传入热量以便将其中的水转变到汽相并加热其温度产生过热蒸汽，然后发送到所述注入阀；一个废气传送通道，从所述至少一个气缸将废蒸汽发送到所述凝结器，废蒸汽在其中转变到水相，然后流到所述收集盘；及一个热交换器，用来将吸进的空气预热后送进所述燃烧室，该热交换器利用从所述燃烧室释放的废气的热能来预热空气。
11.一种发动机，其包括一个凝结器，包括互有间距的各平板的排列来提供多个空气冷却表面，以及在所述平板排列的底下的凝结液体的收集盘；一个燃烧室；一个热量产生组件，用来燃烧所供应的燃料并且产生旋转离心的热空气和火焰导入所述燃烧室；一个主引擎驱动组件，其包括至少一个气缸；关在所述气缸内的可移动的活塞，其包括一个活塞头，其结构和定位使之能密封在所述气缸里作往返移动；一个曲轴；固定在所述曲轴上且随之可转动的曲柄凸轮；在所述活塞和所述曲柄凸轮之间作为它们的枢轴相连接的连杆；可工作在关闭位置和开放位置之间的注入阀，用来释放蒸汽的压力负载进入所述气缸的顶部；一个推杆，工作连接所述注入阀；及一个带附加弹簧的摇臂，与所述推杆工作连接以便在瞬间开启所述注入阀；用来将蒸汽发送到所述注入阀的蒸汽线路，用来在所述注入阀瞬间开启时将蒸汽注入所述气缸；一个泵，用来从所述收集盘将水泵浦通过所述蒸汽线路；所述蒸汽线路包括通进所述燃烧室内的一部分，它暴露在所述燃烧室内的热量中使其中的水和汽被加热产生蒸汽，并由该蒸汽线路发送到所述注入阀，当注入阀开启时送入所述气缸；第一热交换器，用来将吸进的空气预热后送进所述燃烧室，该第一热交换器利用从所述燃烧室释放的废气的热量来预热空气；及第二热交换器，用来加热所述蒸汽线路里的水后，才让水进入在燃烧室内的所述蒸汽线路的所述部分，该第二热交换器利用从所述至少一个气缸排出的废蒸汽的热量来预热水。
12.一种在发动机中产生动力的方法，该发动机具有至少一个气缸和关在该气缸内的可移动的活塞，该气缸包括带活塞头的活塞以便在该气缸里作密封的往复移动，一个曲轴，一个固定在所述曲轴上且随之可转动的曲柄凸轮，和一个在所述活塞和所述曲柄凸轮之间作为它们的枢轴相连接的连杆；所述方法包括以下步骤从储罐通过一条或多条线路将液体泵浦到所述至少一个气缸上的注入阀；在燃烧室中燃烧燃料和空气的混合物以产生热量；将所述一条或多条线路的一部分置入所述燃烧室，使得泵浦进这些线路的液体暴露于所述燃烧室的热量；在上述一条或多条线路的所述部分以所述燃烧室的热量来产生蒸汽；将蒸汽注入所述气缸对着所述活塞头，迫使所述活塞进入向下的发力冲程，从而转动所述曲柄凸轮和所述曲轴，利用燃烧室排出的废气的热量来预热吸进的空气后，才送进燃烧室；预热所述一条或多条线路中通过的液体后，才将这些液体送到所述线路在燃烧室内的所述部分；从所述气缸将废蒸汽引到凝结器；冷凝废蒸汽来产生液体；以及将产生的液体引到所述储罐。
全文摘要
一种热量回授式发动机，采用水既作为工作流体又作为润滑剂。运行时，从收集盘将水抽吸到绕在气缸的排气管上的螺线管中，使得水被从气缸中排出的蒸汽预热。预热过的水然后进入蒸汽发生器被燃烧室加温产生成高压过热蒸汽。将在热交换器里预热过的空气与经过燃料雾化器的燃料混合。点火器引燃这种雾化了的燃料，其火焰热量被引导到燃烧室中的离心机内。用摇杆和凸轮结构打开针状阀门将高压过热蒸汽注入内部具有往复运动的活塞的气缸，来控制此发动机的速率和转矩。
文档编号F01K23/06GK101027461SQ200580030436
公开日2007年8月29日 申请日期2005年9月14日 优先权日2004年9月14日
发明者哈里·史库尔 申请人:赛克龙技术有限责任有限合伙公司