专利名称：燃料蒸汽发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机，具体涉及一种燃料蒸汽发动机。
背景技术：
在传统内燃机中，使用的燃料有柴油、汽油和代用燃料，其中柴油机的热效率约为 34-45%，汽油机的热效率约为26-40%，在代用燃料中，氢发动机的热效率现阶段最大约 为42%，在无法利用的能量损失中，摩擦损失约占10%，冷却损失约占25%，排气损失约占 30%，损失的能量以热能的形式排放到大气中，不能将损失的热能转化成机械能，这是现阶 段内燃机的热效率普遍不高的根本原因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料蒸汽发动机，其解决了背景技术中内燃机的热效
率普遍不高的技术问题。 本发明的技术解决方案是 —种燃料蒸汽发动机，包括一个四冲程的内燃机以及曲轴，所述四冲程的内燃机
包括一排气口， 其特殊之处在于 还包括与所述四冲程的内燃机的排气口连接的四冲程的蒸汽机，所述四冲程的内 燃机的排气口同时兼作为四冲程的蒸汽机的进气口； 所述四冲程的蒸汽机包括蒸汽缸，所述蒸汽缸内置喷水嘴，所述喷水嘴通过管道 和外置的高压水泵与水箱连接。 上述燃料蒸汽发动机，其特殊之处在于还包括所述四冲程的蒸汽机的排气管上 设置的余热加热器。 上述燃料蒸汽发动机，其特殊之处在于还包括设置于发动机缸体之中的水套加 热器。 上述四冲程的内燃机的进气道或/和排气道或/和四冲程的蒸汽机的蒸汽缸里设 有辅助加热器。 上述整个发动机可能发生热交换的地方均覆隔热材料。 上述四冲程的内燃机和四冲程的蒸汽机与所述曲轴串联或并联。 上述高压水泵与水箱的系统中还设置环境温度警告装置和低压水泵，该环境温度
警告装置内置一个环境温度警告值，当外界温度到达该环境温度警告值时，在发动机熄火
时，所述低压水泵继续工作以排空管路中的水。 上述四冲程的内燃机和四冲程的蒸汽机包括两套独立的润滑系统；所述喷水嘴、 高压水泵以及水箱的系统中还包括水过滤器。 上述内燃机的燃气缸的曲轴转角要满足单独的工作平稳的要求；所述蒸汽机的蒸 汽缸要满足自己工作平衡的要求。
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上述内燃机和蒸汽机汽缸数布置方案可以是4+2、3+3、或2+2等。 本发明的原理是将内燃机排气系统排出的热量和冷却系统散去的了热量收集利
用，将这部分损失的热能通过四冲程蒸汽机转换成驱动发动机旋转的机械能，使蒸汽机和
内燃机一起同时输出动力。 本发明如果实施，将对全球产生如下影响传统内燃机的油耗下降30-50%，全球 石油资源可延长周期使用，全球能源紧张局势缓解。减少内燃机的排放，减轻全球变暖和环 境污染。本发明是内燃机技术的一次革命。内燃机的热效率可以提高至60-80%。
图1为本发明的结构示意图； 图2为本发明四冲程的内燃机与四冲程的蒸汽机的组合样图之一 ；
图3为四冲程的蒸汽机汽缸示意图。 附图标号说明1-四冲程的内燃机，2-曲轴，3-水过滤器，4-排气口，5-燃气缸， 6_四冲程的蒸汽机，7-进气口 ，8-蒸汽缸，9_喷水嘴，10-管道，11-高压水泵，12-水箱， 13-排气管，14-水套加热器，15-进气道，16-排气道，17-辅助加热器，18-环境温度警告装 置，19-润滑系统，20-低压水泵，21-余热加热器。
具体的实施方式 参见图l，一种燃料蒸汽发动机，包括一个四冲程的内燃机l以及曲轴2，四冲程的 内燃机1包括一排气口4， 还包括与所述四冲程的内燃机1的排气口4连接的四冲程的蒸汽机6，所述四冲程 的内燃机1的排气口 5同时兼作为四冲程的蒸汽机6的进气口 7 ; 参见图3，四冲程的蒸汽机6包括蒸汽缸8，所述蒸汽缸8内置喷水嘴9，所述喷水 嘴9通过管道10和外置的高压水泵11与水箱12连接。 本燃料蒸汽发动机还包括所述四冲程的蒸汽机6的排气管13上设置的余热加热 器21。 本燃料蒸汽发动机还包括设置于发动机缸体之中的水套加热器14。 四冲程的内燃机1的进气道15或/和排气道16或/和四冲程的蒸汽机6的蒸汽
缸8里设有辅助加热器17。 四冲程的内燃机1和四冲程的蒸汽机6与所述曲轴2串联或并联。 高压水泵11与水箱12的系统中还设置环境温度警告装置18和低压水泵20，该环
境温度警告装置18内置一个环境温度警告值，当外界温度到达该环境温度警告值时，发动
机熄火时，所述低压水泵20继续工作以排空管道10中的水。 四冲程的内燃机1和四冲程的蒸汽机6包括两套独立的润滑系统19。 喷水嘴9、高压水泵11以及水箱12的系统中还包括水过滤器3。 四冲程的内燃机1的燃气缸5连接曲轴2转角要满足单独的工作平稳的要求；所
述四冲程的蒸汽机6的蒸汽缸8要满足自己工作平衡的要求。 四冲程的内燃机1的燃气缸5和四冲程的蒸汽机6的蒸汽缸8数布置方案可以是 4+2、3+3、或2+2等，其中3+3的方式参见图2。
具体来说
将一个四冲程的内燃机1和一个四冲程的蒸汽机6串联或并联在一起，工作时， 四冲程的内燃机1做功后的高温排气作为四冲程的蒸汽机6吸气冲程的进气，高温排气在 四冲程的蒸汽机6的压縮冲程被压縮，气体温度进一步升高，在压縮终了时，通过高压水泵 11，将在冷却系统中吸收了热量的热水加压，通过喷水嘴9定时喷入高温高压的压縮废气 中，水瞬间蒸发变成成水蒸气，体积膨胀，导致蒸汽缸8的压力急剧升高，在上止点后推动 活塞向下做功，推动曲轴2旋转，使蒸汽机和内燃机共同输出动力。 四冲程的蒸汽机6的排气管13上设有余热加热器21 ，所述水箱12通过管道10过 来的水进入该余热加热器21，通过排气热量加热。通过余热加热器21的水再次进入设置于 发动机缸体之中的水套加热器14水进一步加热，再进入高压水泵11通过喷水嘴9进入蒸 汽缸8。最大化的利用了冷却系统和排气系统的热量损失，在进入高压水泵11时，水已经被 加热到了 70-80摄氏度以上，吸收了足够的能量。 四冲程的内燃机1在冷车或外界寒冷情况下，因为燃料燃烧的排气温度还比较 低，后面的四冲程的蒸汽机6就不能做功工作，这时为了縮短暖机时间，可以在四冲程的内 燃机1的进气道15或/和排气道16或/和四冲程的蒸汽机6的蒸汽缸8里设有辅助加热 器17，目的是快速提高四冲程的蒸汽机6压縮冲程的气体温度，縮短暖机时间，在四冲程的 内燃机1的排气温度适当时，停止辅助加热器17，通过电子控制，让喷水嘴9开始向蒸汽缸 8喷水，这时四冲程的蒸汽机6和四冲程的内燃机1一起同时工作输出动力。也可以在水路 上设置加热器，使水温短时间内升高。 燃料蒸汽发动机为了最大化将损失的热量吸收转化，要在整个发动机的外部覆盖 隔热材料，防止热量损失。同时冷的水不断补充到水套，吸收了热量温度升高后，将热水喷 入蒸汽缸8雾化后做功，到了排气冲程将水蒸气和废气一起排掉，所以这种发动机的散热 器很小，甚至不需要散热器和冷却风扇。 冬季工作时，为了防止水结冰，可以采用两种方案解决，一种是在水中加入防冻
剂， 一种是在水路系统设计中，在发动机熄火时，通过环境温度警告，通过低压水泵20循
环，排空管路中的水，下次启动时再从水箱12底部通过低压水泵20再给管路系统中给水。 由于是四冲程的内燃机1和四冲程的蒸汽机6组合在一起工作，一个用的是发动
机油，一个用的是汽缸油，两种油不能混合，所以要两套独立的润滑系统19。 与其他在一个汽缸中既能喷油又能喷水的一些六冲程的专利方案相比较，使燃气
和水蒸气分缸工作，内燃机和蒸汽机有各自成熟的技术可以使用，更易于实现，汽油机，柴
油机，代用燃料的发动机都可以和蒸汽机组合。 水箱12就和油箱一样，水也是一种消耗品，要向给汽车加油一样水箱里加水，水 路也有水过滤3。 在凉车暖机阶段，由于只有四冲程的内燃机1工作，四冲程的内燃机1带着四冲程 的蒸汽机6旋转，但四冲程的蒸汽机6的喷水嘴9不喷水，四冲程的蒸汽机6不做功，所以 四冲程的内燃机1的燃气缸5连接曲轴2转角要满足单独的工作平稳的要求；四冲程的蒸 汽机6的蒸汽缸8要满足自己工作平衡的要求。小范围的平衡才能满足曲轴2的整个工作 平衡。四冲程的内燃机1的燃气缸5和四冲程的蒸汽机6的蒸汽缸8数布置方案，可以做 成例如4+2， 3+3，或2+2等的形式。
权利要求
一种燃料蒸汽发动机，包括一个四冲程的内燃机(1)以及曲轴(2)，所述四冲程的内燃机(1)包括一排气口(4)，其特征在于还包括与所述四冲程的内燃机(1)的排气口(4)连接的四冲程的蒸汽机(6)，所述四冲程的内燃机(1)的排气口(5)同时兼作为四冲程的蒸汽机(6)的进气口(7)；所述四冲程的蒸汽机(6)包括蒸汽缸(8)，所述蒸汽缸(8)内置喷水嘴(9)，所述喷水嘴(9)通过管道(10)和外置的高压水泵(11)与水箱(12)连接。
2. 根据权利要求l所述燃料蒸汽发动机，其特征在于还包括所述四冲程的蒸汽机(6) 的排气管(13)上设置的余热加热器(21)。
3. 根据权利要求2所述燃料蒸汽发动机，其特征在于还包括设置于发动机缸体之中 的水套加热器(14)。
4. 根据权利要求l所述燃料蒸汽发动机，其特征在于所述四冲程的内燃机(1)的进 气道(15)或/和排气道(16)或/和四冲程的蒸汽机(6)的蒸汽缸(8)里设有辅助加热器 (17)。
5. 根据权利要求1所述燃料蒸汽发动机，其特征在于所述整个发动机可能发生热交 换的地方均覆隔热材料。
6. 根据权利要求1 5任一所述燃料蒸汽发动机，其特征在于所述四冲程的内燃机 (1)和四冲程的蒸汽机(6)与所述曲轴(2)串联或并联。
7. 根据权利要求6所述燃料蒸汽发动机，其特征在于所述高压水泵(11)与水箱(12) 的系统中还设置环境温度警告装置(18)，该环境温度警告装置(18)内置一个环境温度警 告值，当外界温度到达该环境温度警告值时，所述高压水泵(11)继续工作以排空管道(10) 中的水。
8. 根据权利要求7所述燃料蒸汽发动机，其特征在于所述四冲程的内燃机(1)和四冲程的蒸汽机(6)包括两套独立的润滑系统(19);所述喷水嘴(9)、高压水泵(11)以及水 箱(12)的系统中还包括水过滤器(3)。
9. 根据权利要求8所述燃料蒸汽发动机，其特征在于所述四冲程的内燃机(1)的燃 气缸(5)连接曲轴(2)转角要满足单独的工作平稳的要求；所述四冲程的蒸汽机(6)的蒸 汽缸(8)要满足自己工作平衡的要求。
10. 根据权利要求9所述燃料蒸汽发动机，其特征在于所述四冲程的内燃机(1)的燃气缸(5)和四冲程的蒸汽机(6)的蒸汽缸(8)数布置方案可是4+2、3+3、或2+2的形式。
全文摘要
一种燃料蒸汽发动机，包括一个四冲程的内燃机以及曲轴，四冲程的内燃机包括一排气口，还包括与所述四冲程的内燃机的排气口连接的四冲程的蒸汽机，四冲程的内燃机的排气口同时兼作为四冲程的蒸汽机的进气口；四冲程的蒸汽机包括蒸汽缸，所述蒸汽缸内置喷水嘴，所述喷水嘴通过管道和外置的高压水泵与水箱连接。本发明减少内燃机的排放，减轻全球变暖和环境污染。本发明是内燃机技术的一次革命，内燃机的热效率可以提高至60-80％。
文档编号F01K23/10GK101705845SQ200910219300
公开日2010年5月12日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者孙天 申请人:孙天