专利名称：冷却式绝热发动机的工作方法及装置的制作方法
技术领域：
本发动机属于节能发动机系统技术背景 自发动机诞生之日起，提高效率，降低能耗就成为发动机追求技术进步的主要目标之一，随之产生了不少节能降耗的技术，绝热复合发动机便是其中一种。因理论效率非常高，因而自提出此设想后倍受发动机界关注，但由于材料、工艺、寿命等方面的原因至今无法实用。关于其情况可参考由北京理工大学出版社出版，1996年7月第一版的《发动机的浪漫》中的相关章节，其作者为铃木孝，由赵淑琴翻译，许兴尧审校。
发明内容
本发明主要解决提高普通发动机效率的问题。
主要技术方案为采用与保温瓶相同原理的真空加反射镀层结构或采用隔热好的材料使气缸、排气管、增压涡轮涡壳，动力回收涡轮涡壳等不需要散热的部分全部与外界绝热，然后使用冷却介质兼余热吸收工质使发动机各部分工作于正常温度范围内，并通过动力回收涡轮或其它装置将余热转变为动力输出。
与现有绝热发动机相比，本发明的主要优点有1、不依靠耐高温材料及对其加工的高难工艺，加工容易，成本低；2、工作温度低，容易润滑，工作寿命长；3、采用真空加反射镀层不仅绝热，而且隔音，发动机工作安静；4、热能利用率高，排气温度低，因而排气噪声小；5、工作温度低，与普通发动机接近，对普通发动机的工作规律影响小；6、可对现有改装，以实现普通发动机的红外绝热工作方式，而不必大规模换装发动机和改造发动机生产线，节约成本。
具体实施例方式
首先将发动机各个不需要散热的部位利用真空加反射镀层或隔热材料绝热，然后使冷却介质兼余热吸收工质依次流过温度由低到高的各个有余热的部位，最后将冷却介质兼余热吸收工质通过涡轮等转化为动力输出。
以四冲程涡轮增压柴油机为例来说明本发动机的工作过程。首先将些油机的气缸、排气管、增压涡轮壳，动力回收涡轮壳，排气管热交提器外壁等采用真空加反射镀层或外包隔热材料进行绝热处理。然后加装一个冷却介质兼余热吸收工质储存箱(以下简称储存箱)，其中的冷却介质兼余热吸收工质通常为高纯度蒸馏水(以下简称水)，一个将吸收余热的水喷入气缸或排气管的喷水泵及喷水嘴；一个使水循环利用的冷凝器，一个凝水回流泵，一个油水分离器，一个废油储存瓶。那么有两种方式或供水利用吸收余热。
第一种水的流程为储水箱→水→气缸水套→中冷器→排气管热交换器→喷水泵→喷水嘴→排出燃气的排气管中→燃气蒸汽混合气→增压涡轮→动力回收涡轮→排气管热交换器→冷凝器→水→油水分离器→回流泵→储水箱。
第二种水的流程为储水箱→水→中冷器→排气管热交换器→喷水泵→喷水嘴→做排气冲程的气缸中→燃气蒸汽混合气→增压涡轮→动力回收涡轮→排气管热交换器→冷凝器→水→油水分离器→回流泵→储水箱。
以上两种循环中储水箱、送水管、喷水泵、回流泵、油水分离器、回水管等各部分也应采用绝热处理。在所有的绝热部位中，都应根据成本工艺等实际情况合理选用绝热方式。冷凝器的主要作用是将做功后的燃气蒸汽混合气中的水蒸汽凝结为水，并且起到一定的散热作用。在蒸汽凝为水时，燃气中的颗粒也凝于其中，使发动机中的颗粒物排放得到净化，通过回流泵把热交换器、冷凝器和消音器三者底部的积水槽中的凝水吸入油水分离器中，分离出的水泵回储水箱，分离出的油送入废油储存瓶中。在冷凝器后，带有少量水蒸汽的燃气经消音器排出。热交换器的主要作用是利用做功后的燃气蒸汽混合中的余热加热从储水箱送入喷水泵的水，并使混合气中的蒸汽少量凝结。喷水泵和喷水嘴是将吸收余热后的水喷入做排气冲程的气缸或排燃气的排气管中，它们的结构和功能与柴油机的喷油泵和喷油嘴相同，只不过要用不锈钢等耐水材料制成，且工作压力较低。
在两种循环中，第二种是省去了冷套，直接把吸收余热的水喷入绝热的做排气冲程的气缸中，也可提前到做功冲程后期喷入，不但使气缸内各部位冷却均匀，冷却效果好，而且余热利用率高，特别是对于存在局部过热的超高增压二冲程柴油机，超高增压的三极三分区分体式旋转活塞内燃机(申请号200410058514.9)等高功率密度，高热负荷的发动机的普遍使用，消除了影响其可靠性和寿命方面的障碍。这种循环方式可称为“内冷却式绝热复合发动机”。由于有适当的冷却使发动工作于正常温度之间，因而其气缸、排气管、增压涡壳、动力回收涡壳、热交换器外壁及它们的连接管道可使用近100％的绝热措施，而不会影响其工作规律及寿命。在以这种方式工作的发动机中，除部分燃料能量直接转变为动力外，其余的热量在排出热交换器之前都将在增压涡轮和动力回收涡轮中转变为有用功输出，这种功可用发电机回收，也可直接与曲轴连接输出，其效率高于普通绝热发动机。
另外，在这两种循环方式中，发动机起动阶段不能向气缸或排气管中喷水，待发动机工作稳定后才能喷水，且喷水量要根据发动机工作情况而定。在低温环境中，由于采用绝热对发动机系统进行处理，其中的能量被保存在水中，因而在其停机后的相当长的时间内都不会处于太低的温度，冷起动容易。
第一种循环方式由于水在气缸外的排水管处喷射，冷却效果及热效率相对于第二种较差，其它各部位均与第二种相同，可称为“外冷却或绝热复合发动机”。
由于冷却介质兼余热吸收工质循环时与大气相通，上面两种循环可统称为“开环冷却式绝热发动机”，它的冷却介质兼余热吸收工质——水要进入水冷套和中冷器外，其它结构与余热利用基本蒸汽循环，大体相同，但整个系统除凝汽器(即冷凝器)和除汽器外，都要采取与外界绝热的措施。这里凝汽器械中的水可用来调节气缸套中的水温，并且水冷套、排气管、增压器涡壳等部位也与外界绝热。其水循环流程为凝汽器(即冷凝器)→水→水冷套→中冷器→→经济器(即热交换器)→蒸发器→蒸汽→汽锅→过热器→过热蒸汽→蒸汽轮机→凝汽器。
以上三种循环中，第二种最为简单高效，冷却效果好，可解决高增压发动机的过热问题，而且可直接把柴油机的水冷却套改为真空绝热结构。但由于是开式循环，会消耗部分蒸馏水，所以冷凝器应尽量把混合气中的蒸汽多凝成水回收来提高经济性。由于以上原因，因而它可应用于各种车辆、船舶、发电机组等动力的节能改装。
以上是以四冲程增压柴油机为例来说明“冷却式绝热发动机的工作方法及装置”的。原则上所有其它发动机都可按本方法工作，如汽油机、燃气轮机、动力锅炉等，只不过不同的发动机需要根据其特点采取相应的措施，但以本方法工作的发动机高效，环保、安静的工作。
权利要求
1.冷却式绝热发动机的工作方法及装置。其与现有绝热发动机的共有技术特征是发动机的都以绝热的方式工作，并将余热转换为功输以提高发动机效率。本发明与现有绝热发动机的区别如下，其特征是采用与保温瓶相同原理的真空加反射镀层的结构或外包隔热好的材料，使发动机各个不需要散热的部分与外界绝热，然后使用冷却介质兼余热吸收工质使发动机工作在正常的温度范围内，并将冷却介质兼余热吸收工质吸收的温度从低到高的余热通过动力回收涡轮或其它装置转变为动力输出；本方法可通过改装使现有发动机以绝热方式工作；本方法可使发动机安静工作，在“开环”方式下可去除排气中的颗粒物；在“开环”方式下将余热转变为动力的工质是燃气蒸汽混合气，并有一套供冷却介质兼余热吸收工质循环的装置，其中除冷凝器外，其它部分与外界采用绝热处理；在“闭环”方式下，其循环与柴油机的余热利用基本蒸汽循环结构大体相同，只不过循环中多了水冷套与中冷器流程，并且发动机和余热利用系统中除凝汽器和除汽器外，都与外界绝热。
2.根据权利要求1，冷却介质兼余热吸收工质的循环装置由冷却介质兼余热吸收工质储存箱、喷液泵、喷液嘴依次用管道连接，液体经喷嘴进入气缸或排气管后变为蒸汽并与燃气经热交换器、冷凝器、消音器重新凝为液体，并经油水分离器和回流泵回到储液箱，各部分之间用管道连接，除冷凝器外，其它部分与外界绝热。
全文摘要
本发明的名称是冷却式绝热发动机的工作方法及装置，属于节能发动机领域。它主要解决绝热发动机的正常工作问题，并使它高效、安静，环保的工作。其方法为用与保温瓶原理相同的真空加反射镀层或隔热材料，使发动机及余热利用装置各部分不需散热部位与外界绝热，并用蒸馏水将排气中的余热吸收后喷入气缸，形成的燃气蒸汽混合气使动力回收涡把余热转变为动力输出，这样既使发动机绝热，又不致使发动机过热而影响其正常工作，效率大幅提高。且真空绝热可产生隔音效果，使其安静工作。主要用于车辆、船舶、发电机组等各种需要节能动力的方面。
文档编号F01N5/02GK1908414SQ200610106669
公开日2007年2月7日 申请日期2006年7月19日 优先权日2006年7月19日
发明者夏贤 申请人:夏贤