专利名称：自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机，特别是涉及利用燃料及空气热膨胀做功、吸热做功自冷的双 内燃式燃油-空气通用发动机及其斯特林发动机。
背景技术：
现在的内燃发动机，气缸温度高，容易发生爆震，必须有冷却系统；大部分热量被 冷却系统及废气带走，热量消耗大，整机热效率低；未能兼用于压缩的空气发动。内燃发动机的工作循环是在高温下进行的，可燃混合气燃烧时产生极高的温度。 活塞、缸体、缸盖等直接与高温气体接触，并且运动件磨擦产生的摩擦热也传至予之，故温 度高，在高温下，倘若冷却不良必然导致气缸过热。气缸过热容易发生爆震。轻微的爆震无法被人的感官所察觉，而当人能感觉到引 擎爆震所产生的噪音和震动时，这时的爆震情况已经严重。严重爆震会造成发动机功率下 降，加速无力，油耗增加；甚至破坏发动机机件，缩短发动机寿命，危及人员安全。发动机在 正常运转中，不允许有爆震现象。为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖等进行适当的冷 却。冷却方法通常都是用水冷或风冷。为了保证活塞工作的可靠性，人们还发明了一些对 活塞冷却的装置。尽管如此，发动机仍难免发生过热现象。原因多方面，比如冷却系统故障，散热不 良；热负荷过大；积炭；环境温度过高等。通常发动机的废气都是排出气缸外再将就利用。一直以来，厂家们都在寻找在不 损失性能的同时让汽车更高效的方式。例如，有的在排气系统上加装了一个靠热能发电的 装置，该装置据说可以降低5%的油耗。有的汽车用废气来驱动涡轮增压器，通过压缩空气 来增加进气量以提高发动机的输出功率。废气虽被利用，但最后排入大气的温度仍达八、 九百度之高。废气的热量只用了一少部分，大部分被浪费掉。此外，冷却系统还散掉部分热 量，以及本身运转要消耗的能量。消耗的热量大，有用的热量小，整机热效率低。目前的内燃发动机不能兼用于压缩的空气发动，或空气发动机不能兼作内燃发动 机使用，似乎尚缺燃油-空气通用发动机。
发明内容
发明要解决的技术问题是，提供一种这样的发动机不但能使气缸温度合适，而且 省掉气缸冷却系统；热量不再被冷却系统带走，由气缸吸收转换为有用功，外部回收废气热 能，内部吸热做功自冷，大部分消耗的热量获得回收利用，整机热效率明显提高；可兼作空 气发动机，实现以压缩储存的空气来发动。为解决上述技术问题，本发明提供一种自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯 特林发动机，包括燃料-空气发动机及燃料-斯特林发动机，其特征在于所述燃料-空 气发动机，包括曲轴、连杆组件、管道、液压挺杆、缸盖、活塞环、活塞、活缸、中缸、外缸、传感器、气门组件、电控液压阀、喷嘴、高压电子泵、电动流量阀、废气再循环系统、增压器、动力 机、阀门、涡轮机；所述燃料-斯特林发动机，包括曲轴、连杆组件、管道、液压挺杆、缸盖、活 塞环、活塞、活缸、中缸、外缸、传感器、气门组件、电控液压阀、喷嘴、高压电子泵、电动流量 阀、废气再循环系统、增压器、动力机、阀门、涡轮机、压缩机、冷却器；可往复运动的活缸既 是其内固定的活塞的气缸又是其外的中缸的活塞，与之构成两个内燃式发动机放热内燃 机和吸热内燃机。所述活塞上有气门组件、管道和喷嘴，气门组件及管道安置于活塞顶上；气门组件 与管道及活塞底腔相关联，气门组件可控制管道跟活塞底腔之间的工作物质通断和流量; 气门组件与管道及活塞底腔相关联，气门组件可控制管道跟活塞底腔之间的工作物质通断 和流量；管道与高压电子泵连接，与喷嘴相连，可通过喷嘴向活塞底腔喷射工作物质；此处 底腔指的是活缸内腔，即活缸与活塞构成的燃烧室，即活缸与活塞构成的燃烧室；活塞上有 活塞环，活塞环套在活塞上固定并与活缸接触；活塞底部固定有传感器，可探测活缸内部的 温度和压力等。所述连杆组件与曲轴连接，可绕曲轴转动，与活缸铰接，可绕活缸摆动；活塞环套 在活缸上固定并与中缸接触；活缸内部)与活塞下端及其底部活塞环组成一内燃机的燃烧 室，与活塞环直接接触，三者同心，活缸位于其外；曲轴上固定有传感器，可探测曲轴的转速 和转角等。所述中缸由缸盖固定，与活缸外下端及其底部活塞环构成另一内燃机的燃烧室， 与活塞环直接接触，三者同心，中缸位于其外；中缸与活缸通过活塞环以及通过其共同构成 的内腔(包括燃烧室)中的流体可以互传热量。所述外缸由缸盖固定，与管道连通，与中缸同心，位于其外，并与之构成回热容器， 用于暂存废气，供中缸于其中吸收热量；外缸具有保温功能；外缸上固定有传感器，可探测 外缸内部的温度和压力等。所述缸盖用于固定活塞、中缸和外缸及其他机件；缸盖上有气门组件、管道和喷 嘴，气门组件及管道安置于缸盖底部；气门组件与管道及缸盖上腔相关联，气门组件可控制 管道跟缸盖上腔之间的工作物质通断和流量；气门组件与管道及缸盖上腔相关联，气门组 件可控制管道跟缸盖上腔之间的工作物质通断和流量；管道与高压电子泵连接，与喷嘴相 连，可通过喷嘴向缸盖上腔喷射工作物质；此处上腔指的是中缸内腔；缸盖顶部固定有传 感器，可探测中缸内部的温度和压力等。所述电控液压阀上有液压挺杆和管道；液压挺杆分别用于驱动气门组件；管道跟 液压系统相接，与液压挺杆配合，由电控液压阀控制可对气门组件之气门执行开闭及开度 控制。所述电控液压阀上有液压挺杆和管道；液压挺杆分别用于驱动气门组件；管道跟 液压系统相接，与液压挺杆配合，由电控液压阀控制可对气门组件之气门执行开闭及开度 控制。所述增压器经过电动流量阀分别与管道相连，与涡轮机、动力机连接，经过阀门与 管道连接；涡轮机和动力机通过转轴驱动增压器转动而压缩空气；涡轮机通过管道与外缸 连通，通过管道与废气再循环系统连通；废气再循环系统通过管道与外界连通，通过管道与 管道连通，让部分废气通过管道返回活缸，以抑制燃烧过程的氮氧化物的生成；外部压缩的空气可通过管道、阀门输入增压器容器中备用。所述冷却器与管道连通，与阀门连通以及压缩机与阀门连通，与管道连通一起构 成闭式循环，其内工作物质为流体；冷却器和压缩机共同完成对从中缸排出的高温流体冷 却压缩；管道跟冷却系统连接。本发明的自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，包括燃料-空气 发动机及燃料-斯特林发动机。发动机的核心是双内燃机，即放热内燃机和吸热内燃机。放 热内燃机指的是跟增压器连接以燃油为主以压缩空气为辅的内燃机，简称放热机。吸热内 燃机有两种，一种是跟增压器连接以压缩空气为主以微量燃油为辅的内燃机，称为稀燃吸 热机。另一种是跟增压机脱离连接，跟冷却器相连，组成闭式循环非燃烧工质的工作方式， 称为斯特林吸热机。放热机和吸热机的特点是各自内腔共用一个气缸壁，即可往复运动的 活缸和其内固定的活塞组成放热机，与其外固定的中缸组成吸热机。就是说放热机位于吸 热机之内部中心，这样容易互传热量。另外，中缸还与最外边的外缸组成回热容器，供自己 吸热，于是中缸的热量来源便是回热容器和活缸外壁。燃料-空气发动机和燃料-斯特林发 动机的结构大致相同，都使用放热机和吸热机，所不同的仅仅在于，前者使用的是稀燃吸热 机，后者使用的是斯特林吸热机。放热机和吸热机联合工作时，放热机对外做功的同时顺便 将吸热机的气体压缩，吸热机对外做功时也顺便把放热机的气体压缩，故二者有推挽功能。本发明的自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，可动活缸与其内 固定的活塞及与其外之中缸构成双内燃机放热机和吸热机，结构紧凑，装配、维护方便； 吸热机从放热机和废气回热器周围吸热而做功、降温，能使气缸温度合适，且省掉气缸冷却 系统；热量免遭冷却带走，外部回收废气热能，内部吸热做功自冷，大部分消耗的热量获得 回用，整机热效率明显提高；可兼作空气发动机；是一种节能环保、高效理想、可广泛应用 于各个领域的发动机。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明图1是本发明实施例1 (燃料-空气发动机)的自冷回热式活缸式燃料-空气发 动机及斯特林发动机的气缸部分剖视立体示意图。图2是本发明实施例2 (燃料-斯特林发动机)的自冷回热式活缸式燃料-空气 发动机及斯特林发动机的气缸部分剖视立体示意图。图3是本发明实施例3的自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机的 立体示意图。图4是本发明实施例4的自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机的 立体示意图。具体的实施方式本发明的自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，包括燃料-空气 发动机及燃料-斯特林发动机。燃料-空气发动机和燃料-斯特林发动机的结构大致相同， 都使用放热机和吸热机，所不同的仅仅在于，前者使用的是稀燃吸热机，后者使用的是斯特 林吸热机。下面举例说明。实施例1
如图1所示，本发明实施例1(燃料-空气发动机)的自冷回热式活缸式燃料-空 气发动机及斯特林发动机的气缸部分剖视立体示意图。所述自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，包括曲轴(1)、连杆组 件(2)、管道(3、5、15、18、19、21、23、24、26、33、34、38、40、45、48)、液压挺杆(4、17、25、36)、 缸盖(6、14)、活塞环(7、12)、活塞(8)、活缸(9)、中缸(10)、外缸(11)、传感器(13、20、29、 31)、气门组件(16、27、28、35)、电控液压阀(22、37)、喷嘴(30、32)、高压电子泵(39、50)、 电动流量阀02、49)、废气再循环系统(41)、增压器(43)、动力机04)、阀门(46)、涡轮机 07)。所述活塞(8)上有气门组件(27,28)、管道(5,26)和喷嘴(30)，气门组件(27,28) 及管道(5、21、26)安置于活塞(8)顶上；气门组件07)与管道及活塞(8)底腔相关 联，气门组件(XT)可控制管道跟活塞⑶底腔之间的工作物质通断和流量；气门组件 (28)与管道(5)及活塞⑶底腔相关联，气门组件08)可控制管道(5)跟活塞⑶底腔 之间的工作物质通断和流量；管道06)与高压电子泵(39)连接，与喷嘴(30)相连，可通过 喷嘴(30)向活塞⑶底腔喷射工作物质；此处底腔指的是活缸(9)内腔；活塞⑶上有活 塞环(7)，活塞环(7)套在活塞(8)上固定并与活缸(9)接触；活塞(8)下端固定有传感器 ( )，可探测活缸(9)内部的温度和压力等。所述连杆组件⑵与曲轴⑴连接，可绕曲轴⑴转动，与活缸(9)铰接，可绕活 缸(9)摆动；活塞环(12)套在活缸(9)上固定并与中缸(10)接触；活缸(9)(内部)与活 塞(8)下端及其底部活塞环(7)组成一内燃机的燃烧室，与活塞环(7)直接接触，三者同 心，活缸(9)位于其外。曲轴(1)上固定有传感器(20)，可探测曲轴(1)的转速和转角等。所述中缸(10)由缸盖(6、14)固定，与活缸(9)外下端及其底部活塞环(12)构成 另一内燃机的燃烧室，与活塞环(12)直接接触，三者同心，中缸(10)位于其外；中缸(10) 与活缸(9)通过活塞环(12)以及通过其共同构成的内腔(包括燃烧室)中的流体可以互 传热量。所述外缸(11)由缸盖(6、14)固定，与管道(5、15、48)连通，与中缸(10)同心，位 于其外，并与之构成回热容器，用于暂存废气，供中缸(10)于其中吸收热量；外缸(11)具有 保温功能；外缸(11)上固定有传感器(13)，可探测外缸(11)内部的温度和压力等。所述缸盖(6、14)用于固定活塞(8)、中缸(10)和外缸(11)及其他机件；缸盖(14) 上有气门组件(16、35)、管道(15、33、34)和喷嘴(32)，气门组件(16,35)及管道(15、33、 34)安置于缸盖(14)底部；气门组件(3 与管道(3 及缸盖(14)上腔相关联，气门组件 (35)可控制管道(3 跟缸盖(14)上腔之间的工作物质通断和流量；气门组件(16)与管道 (15)及缸盖(14)上腔相关联，气门组件(16)可控制管道(15)跟缸盖(14)上腔之间的工 作物质通断和流量；管道(34)与高压电子泵(50)连接，与喷嘴(32)相连，可通过喷嘴(32) 向缸盖(14)上腔喷射工作物质；此处上腔指的是中缸(10)内腔；紅盖(14)顶部固定有传 感器(31)，可探测中缸(10)内部的温度和压力等。所述电控液压阀02)上有液压挺杆G、25)和管道(3、23、M)；液压挺杆0、25) 分别用于驱动气门组件08、27)；管道(3、23、24)跟液压系统相接，与液压挺杆0、25)配 合，由电控液压阀0 控制可对气门组件(观、27)之气门执行开闭及开度控制。所述电控液压阀(37)上有液压挺杆(17、36)和管道(18、19、38)；液压挺杆(17、36)分别用于驱动气门组件(16、35)；管道(18、19、38)跟液压系统相接，与液压挺杆(17、 36)配合，由电控液压阀(37)控制可对气门组件(16、3幻之气门执行开闭及开度控制。所述增压器03)经过电动流量阀(42、49)分别与管道(21、33)相连，与涡轮机 (47)、动力机(44)连接，经过阀门(46)与管道(45)连接；涡轮机(47)和动力机(44)通过 转轴驱动增压器转动而压缩空气；涡轮机07)通过管道08)与外缸(11)连通，通过 管道与废气再循环系统Gl)连通；废气再循环系统Gl)通过管道GO)与外界连通，通过 管道与管道连通，让部分废气通过管道返回活缸(9)，以抑制燃烧过程的氮氧化物的 生成；外部压缩的空气可通过管道(45)、阀门06)输入增压器容器中备用。实施例1的的自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机的原理自定义活缸可往复运动的气缸，通常具有双重身份，既可作其内固定的活塞的气缸，又 可作其外的气缸的活塞。远止点活缸底部离曲轴回转中心最远处。近止点活缸底部离曲轴回转中心最近处。说明下述所提到的进气门组件(27)或(35)开启、关闭，排气门组件(5)或(15) 开启、关闭，其驱动均由液压挺杆0 或(36)和电控液压阀0 或(37)联合执行。气体指的是从增压器出来受电动流量阀0 或G9)控制流量后经管道 (21)或(33)、进气门组件(XT)或(35)进入活缸(9)或中缸(10)的压缩空气。废气指的是从活缸(9)或中缸(10)经排气门组件(28)或(16)、管道(5)或(15) 进入外缸(11)与中缸(10)构成的废气回热容器中，通常说的外缸(11)指的也是废气回热 容器。喷射燃油或喷射燃料指的是从外部经高压电子泵(39)或(50)通过管道06)或 (34)、进气门组件(XT)或(35)向活缸(9)或中缸(10)内喷射的高压燃油或燃料。驱动曲轴是指活缸(9)通过连杆(2)驱动曲轴⑴旋转向外输出作功。放热机和 吸热机的工作行程1.活缸(9)进气行程-中缸(10)排气行程进气门组件(27)开启，排气门组件(28)关闭。排气门组件(16)打开。活缸(9) 由曲轴(1)带动从近止点向远止点运动，下移，气体进入其中。至活缸(9)运动到远止点时， 进气门组件m关闭，停止进气，进气行程结束。中缸(10)的废气在自身的剩余压力和活 缸(9)的驱赶作用下，排入外缸(11)。至活缸(9)运动到远止点时，排气门组件(16)关闭， 排气行程结束。进气行程和排气行程同时进行。2.活缸(9)压缩行程-中缸(10)进气行程进气门组件(27)、排气门组件(28)关闭。进气门组件(35)开启，排气门组件(16) 关闭。活缸(9)在曲轴(1)的带动下，从远止点向近止点运动，上移，上腔容积不断减小，气 体被压缩。至活缸(9)到达近止点时，压缩行程结束。由于活缸(9)上移，中缸(10)上腔 容积增大，气体进入其中。至活缸(9)运动到近止点时，进气门组件(3 关闭，停止进气， 进气行程结束。压缩行程和进气行程同时进行。活缸(9)的气体在压缩过程中，压力和温度同时升高，压缩终了时，气体的压力更 大，温度远高于点燃温度。中缸(10)在进气过程中，气体从活缸(9)外壁和外缸(11)吸收热量，使得温度有所提升，随着温度升高，气体不断膨胀，有助于活缸(9)压缩。活缸(9)外 壁的温度也相应有所降低。3.活缸(9)作功行程-中缸(10)压缩行程进气门组件(27)、排气门组件(28)关闭。进气门组件(35)、排气门组件(16)关 闭。活缸(9)压缩行程末，向活缸(9)内喷射燃油，燃油燃烧膨胀，气体产生高温、高压，推 动活缸(9)由近止点向远止点运动，驱动曲轴(1)作功。至活缸(9)运动到远止点时，作功 行程结束。随着活缸(9)下移，中缸(10)上腔容积不断减小，气体被压缩。至活缸(9)到 达远止点时，中缸(10)压缩行程结束。作功行程和压缩行程同时进行。活缸(9)因直接与高温气体接触，而不由自主地将热量传递给其外壁，同时在气 体压力的作用下，由近止点向远止点运动，将中缸(10)的气体压缩。中缸(10)从活缸(9) 外壁获取相应热量，再受到压缩后气体压力和温度同时升高。随着活缸(9)的下移，以及不 断地被中缸(10)吸去热量，活缸(9)压力、温度下降，作功行程终了时，压力和温度明显降 低。压缩终了时，中缸(10)内的压力更大，温度远高于点燃温度。4.活缸(9)排气行程-中缸(10)作功行程排气门组件(28)打开。进气门组件(35)、排气门组件(16)关闭。活缸(9)在作 功行程终了时，在曲轴(1)的带动下由远止点向近止点运动。活缸(9)的废气在自身的剩 余压力和活缸(9)的驱赶作用下，排入外缸(11)。至活缸(9)运动到近止点时，排气门组件 (28)关闭，排气行程结束。中缸(10)压缩行程末，作功行程开始，向中缸(10)内喷射燃油， 燃油燃烧膨胀，气体产生高温、高压，推动活缸(9)由远止点向近止点运动，驱动曲轴⑴作 功。至活缸(9)运动到近止点时，作功行程结束。排气行程和作功行程同时进行。排气行 程结束后，进气门组件、2Τ)再次开启，又开始了下一个工作循环，如此周而复始，发动机就 自行运转。5.活缸(9)进气行程-中缸(10)排气行程进气门组件(27)开启，排气门组件(28)关闭。排气门组件(16)打开。中缸(10) 在作功行程终了时，活缸(9)在曲轴(1)的带动下由近止点向远止点运动。活缸(9)因下 移，其上腔容积增大，气体进入其中。至活缸(9)运动到远止点时，进气门组件(XT)关闭， 停止进气。中缸(10)废气在自身的剩余压力和活缸(9)的驱赶作用下，排入外缸(11)，至 活缸(9)运动到远止点时，排气门组件(16)关闭。进气行程与排气行程同时进行。排气行 程结束后，进气门组件(35)再次开启，又开始了下一个工作循环，如此周而复始，发动机就 自行运转。重复第二步，发动机又开始了下一个推挽工作循环，如此周而复始，发动机就运转 下去。活缸(9)和外缸(11)始终为中缸(10)供热服务，中缸(10)于其中吸收热量做功， 致使其中温度降低，从而起到冷却作用。放热机和吸热机推挽工作，交替做功，使发动机平 衡运转。双内燃机具有互相制约特性。当放热机活缸(9)的外壁温度过高时，相应减小活 缸(9)或中缸(10)的油量，或增加吸热机的空气进气量和压力，或者减小活缸(9)油量的 同时增加中缸(10)的空气进气量，等等，都能降低其温度。如此控制气缸的温度，使之保持 在合适或理想的状态。
排气及压缩。活缸(9)在推挽工作的过程中，把废气压入外缸(11)内。经过中缸 (10)的吸收，废气的温度和压力有所下降。废气通过管道G8)驱动涡轮机07)旋转，带 动增压器转动，接着流经废气再循环系统(41)，为减少废气中氮氧化物通过管道00) 而引一部分废气到管道返回活缸(9)复用，以抑制燃烧过程的氮氧化物的生成。如果 增压器G3)内的气量不足，则启用动力机G4)援助压缩。假如外部有现成的压缩空气，可 通过管道(45)、阀门06)充入增压器03)的容器内备用。传感器(13、20、四、31)可以探测气缸的温度和压力，甚至燃烧情况等，还可以检 测转速和转角。根据传感器的信号对发动机进行控制，以获得理想的发动效果。管道(3、23、24、18、19、38)跟液压系统相接，与液压挺杆(4、17、25、36)配合，由电 控液压阀(22、37)控制可对气门组件(16、28、27、3幻之气门执行开闭及开度控制。电动流量阀(42、49)对从增压器进入活缸(9)、中缸(10)的空气流量进行控 制，能够实现对发动机的转速、功率和温度的控制。高压电子泵(39、50)可产生强大的喷油压力，通过喷嘴(30、3幻可将燃油直接射 入活缸(9)、中缸(10)内。这对于防止气缸爆震、实现高压空气稀燃很有意义。活塞⑶通过管道(5、15)及固定件与缸盖(6、14)固定。管道(5、15)、固定件、缸 盖(6、14)为高导热率的材料，使得活塞(8)的热量容易传至中缸(10)，避免由于过热出问题。实施例2如图2所示，实施例2与实施例1大致相同，所不同的仅仅在于，去掉管道(15)、 喷嘴(3 、电动流量阀09)和高压电子泵(50)，以及增加如下机件所述冷却器(5 与管 道(33、53、54)连通，与阀门(52)连通以及压缩机(51)与阀门(52)连通，与管道(34)连 通一起构成闭式循环，其内工作物质为流体；冷却器(5 和压缩机(51)共同完成对从中缸 (10)排出的高温流体冷却压缩；管道(53、54)跟冷却系统连接。实施例2的原理与实施例1的原理大致相同，所不同的仅仅在于气体指的是从增压器出来受电动流量阀0 控制流量后经管道(21)、进气 门组件(Xi)进入活缸(9)的压缩空气，或者指的是从压缩机(51)出来经管道(34)、进气门 组件(35)进入中缸(10)的工质。废气指的是从活缸(9)经排气门组件( )、管道(5)进入外缸(11)与中缸(10) 构成的废气回热容器中，以及从中缸(10)经排气门组件(16)、管道(33)进入冷却器(55)中。喷射燃油或喷射燃料指的是从外部经高压电子泵(39)通过管道06)、进气门组 件(XT)向活缸(9)内喷射的高压燃油或燃料。斯特林吸热机的工作行程1.活缸(9)进气行程-中缸(10)排气行程排气门组件(16)打开。中缸(10)的废气在自身的剩余压力和活缸(9)的驱赶作 用下，排入冷却器(5 。至活缸(9)运动到远止点时，排气门组件(16)关闭，排气行程结
束ο2.活缸(9)压缩行程-中缸(10)进气行程进气门组件(35)开启，排气门组件(16)关闭。由于活缸(9)上移，中缸(10)上腔容积增大，气体进入其中。至活缸(9)运动到近止点时，进气门组件(3 关闭，停止进气， 进气行程结束。3.活缸(9)作功行程-中缸(10)压缩行程进气门组件(35)、排气门组件(16)关闭。随着活缸(9)下移，中缸(10)上腔容积 不断减小，气体被压缩。至活缸(9)到达远止点时，中缸(10)压缩行程结束。4.活缸(9)排气行程-中缸(10)作功行程进气门组件(35)、排气门组件(16)关闭。中缸(10)压缩行程末，温度升高，工质 获得迅速加热，膨胀做功，推动活缸(9)由远止点向近止点运动，驱动曲轴(1)作功。至活 缸(9)运动到近止点时，作功行程结束。5.活缸(9)进气行程-中缸(10)排气行程排气门组件(16)打开。中缸(10)废气在自身的剩余压力和活缸(9)的驱赶作用 下，排入冷却器(55)，至活缸(9)运动到远止点时，排气门组件(16)关闭。双内燃机具有互相制约特性。当放热机活缸(9)的外壁温度过高时，相应减小活 缸(9)的油量，或相应增加活缸(9)的空气进气量或降低空气温度，或降低冷却器里工质的 温度，等等，都能降低其温度。如此控制气缸的温度，使之保持在合适或理想的状态。电动流量阀02)对从增压器03)进入活缸(9)的空气流量进行控制，能够实现 对发动机的转速、功率和温度的控制。高压电子泵(39)可产生强大的喷油压力，通过喷嘴(30)可将燃油直接射入活缸 (9)内。这对于防止气缸爆震、实现高压空气稀燃很有意义。实施例3如图3所示，实施例3与实施例1大致相同，所不同的仅仅在于，气缸剖视部分恢 复为原图，内部一些机件视图消逝。实施例4如图4所示，实施例4与实施例2大致相同，所不同的仅仅在于，气缸剖视部分恢 复为原图，内部一些机件视图消逝。本发明的自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，其中燃料-空气 发动机，既能用于燃油发动又能用于燃油-空气发动。在其核心双内燃机中，放热机和稀燃 吸热机都能单独或双双进行空气发动，只有斯特林吸热机不能，只能做闭式循环。燃料-空气发动机，其燃料为燃油，例如汽油、柴油等，再加上压缩空气，可以实现 稀燃。放热机喷入的油量相对较多。吸热机喷入的油量相对较少，主要以压缩空气为多，吸 收放热机的热量，依靠微量油料燃烧引导空气膨胀做功。应该选用吸热机做空气发动，以实 现理想的效果。燃料-斯特林发动机，其放热机可兼做空气发动机，但还得放出足够的热量给活 缸(9)，以便使中缸(10)维持热量。吸热机的中缸(10)与增压机构脱离连接，与外部冷却 机构连接。中缸(10)和冷却机构组成闭式循环工作方式，其内可用氢、氮、氦或空气等作为 工质，按斯特林循环工作，这就是斯特林吸热机。斯特林发动机的基本原理是通过气体受热 膨胀、遇冷压缩而产生动力。中缸(10)为热腔，冷却机构为冷腔。工质在外部冷却器(55) 和压缩机(51)冷却压缩，然后流到高温热腔中缸(10)中迅速加热，膨胀作功。中缸(10) 从活缸(9)和废气回热器不断吸收热量传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。
权利要求
1.自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，包括燃料-空气发动机及燃 料-斯特林发动机，其特征在于所述燃料-空气发动机，包括曲轴(1)、连杆组件O)、管 道(3、5、15、18、19、21、23、24、26、33、34、38、40、45、48)、液压挺杆(4、17、25、36)、缸盖(6、 14)、活塞环(7、12)、活塞(8)、活缸(9)、中缸(10)、外缸(11)、传感器(13、20、29、31)、气门 组件(16、27、28、35)、电控液压阀(22、37)、喷嘴(30、32)、高压电子泵(39、50)、电动流量阀 (42、49)、废气再循环系统(41)、增压器(43)、动力机(44)、阀门(46)、涡轮机(47)；所述燃 料-斯特林发动机，包括曲轴(1)、连杆组件(2)、管道(3、5、18、19、21、23、Μ、26、33、34·、 38、40、45、48、53、54)、液压挺杆(4、17、25、36)、缸盖(6、14)、活塞环(7、12)、活塞(8)、活 缸(9)、中缸(10)、外缸(11)、传感器(13、20、29、32)、气门组件(16、27、28、35)、电控液压 阀(22、37)、喷嘴(30)、高压电子泵(39)、电动流量阀(42)、废气再循环系统(41)、增压器 (43)、动力机(44)、阀门(46、52)、涡轮机(47)、压缩机(51)、冷却器(55)；可往复运动的活 缸(9)既是其内固定的活塞(8)的气缸又是其外的中缸(10)的活塞，与之构成两个内燃式 发动机。
2.根据权利要求1所述自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，其特征 在于所述活塞(8)上有气门组件(2738)、管道(5,26)和喷嘴(30)，气门组件(27,28) 及管道(5、21、26)安置于活塞(8)顶上；气门组件(XT)与管道及活塞(8)底腔相关 联，气门组件(XT)可控制管道跟活塞⑶底腔之间的工作物质通断和流量；气门组件 (28)与管道(5)及活塞⑶底腔相关联，气门组件08)可控制管道(5)跟活塞⑶底腔之 间的工作物质通断和流量；管道06)与高压电子泵(39)连接，与喷嘴(30)相连，可通过喷 嘴(30)向活塞(8)底腔喷射工作物质；此处底腔指的是活缸(9)内腔；活塞环(7)套在活 塞(8)上固定并与活缸(9)接触；活塞(8)下端固定有传感器( )，可探测活缸(9)内部 的温度和压力等。
3.根据权利要求1所述自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，其特征 在于所述连杆组件( 与曲轴(1)连接，可绕曲轴(1)转动，与活缸(9)铰接，可绕活缸 (9)摆动；活塞环(12)套在活缸(9)上固定并与中缸(10)接触；活缸(9)(内部)与活塞 (8)下端及其底部活塞环(7)组成一内燃机的燃烧室，与活塞环(7)直接接触，三者同心，活 缸(9)位于其外；曲轴(1)上固定有传感器(20)，可探测曲轴(1)的转速和转角等。
4.根据权利要求1所述自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，其特征 在于所述中缸(10)由缸盖(6、14)固定，与活缸(9)外下端及其底部活塞环(12)构成另 一内燃机的燃烧室，与活塞环(12)直接接触，三者同心，中缸(10)位于其外；中缸(10)与 活缸(9)通过活塞环(1 以及通过其共同构成的内腔(包括燃烧室)中的流体可以互传 热量。
5.根据权利要求1所述自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，其特征 在于所述外缸(11)由缸盖(6、14)固定，与管道(5、15、48)连通，与中缸(10)同心，位于 其外，并与之构成回热容器，用于暂存废气，供中缸(10)于其中吸收热量；外缸(11)具有保 温功能；外缸(11)上固定有传感器(13)，可探测外缸(11)内部的温度和压力等。
6.根据权利要求1所述自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，其特征 在于所述缸盖(6、14)用于固定活塞(8)、中缸(10)和外缸(11)及其他机件；紅盖(14)上 有气门组件(16、35)、管道(15、33、34)和喷嘴(32)，气门组件(16,35)及管道(15、33、34)安置于缸盖(14)底部；气门组件(3 与管道(3 及缸盖(14)上腔相关联，气门组件(35) 可控制管道(3 跟缸盖(14)上腔之间的工作物质通断和流量；气门组件(16)与管道(15) 及缸盖(14)上腔相关联，气门组件(16)可控制管道(1 跟缸盖(14)上腔之间的工作物 质通断和流量；管道(34)与高压电子泵(50)连接，与喷嘴(32)相连，可通过喷嘴(32)向 缸盖(14)上腔喷射工作物质；此处上腔指的是中缸(10)内腔；紅盖(14)顶部固定有传感 器(31)，可探测中缸(10)内部的温度和压力等。
7.根据权利要求1所述自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，其特征 在于所述电控液压阀0 上有液压挺杆0、2幻和管道(3、23、M)；液压挺杆G、25)分 别用于驱动气门组件08、27)；管道(3、23、24)跟液压系统相接，与液压挺杆0、2幻配合， 由电控液压阀0 控制可对气门组件(观、27)之气门执行开闭及开度控制。
8.根据权利要求1所述自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，其特征 在于所述电控液压阀(37)上有液压挺杆(17、36)和管道(18、19、38)；液压挺杆(17、36) 分别用于驱动气门组件(16、35)；管道(18、19、38)跟液压系统相接，与液压挺杆(17、36) 配合，由电控液压阀(37)控制可对气门组件(16、3幻之气门执行开闭及开度控制。
9.根据权利要求1所述自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，其特征 在于所述增压器G3)经过电动流量阀(42、49)分别与管道(21、33)相连，与涡轮机(47)、 动力机G4)连接，经过阀门06)与管道05)连接；涡轮机07)和动力机04)通过转轴 驱动增压器转动而压缩空气；涡轮机G7)通过管道08)与外缸(11)连通，通过管道 与废气再循环系统Gl)连通；废气再循环系统Gl)通过管道GO)与外界连通，通过管道 与管道连通，让部分废气通过管道返回活缸(9)；外部压缩的空气可通过管道(45)、阀 门(46)输入增压器(43)容器中备用。
10.根据权利要求1所述自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，其特征 在于所述冷却器(55)与管道(33、53、54)连通，与阀门(52)连通以及压缩机(51)与阀门 (52)连通，与管道(34)连通一起构成闭式循环，其内工作物质为流体；冷却器(5 和压缩 机(51)共同完成对从中缸(10)排出的高温流体冷却压缩；管道(53、54)跟冷却系统连接。
全文摘要
自冷回热式活缸式燃料-空气发动机及斯特林发动机，包括曲轴、连杆组件、管道、液压挺杆、缸盖、活塞环、活塞、活缸、中缸、外缸、传感器、气门组件、电控液压阀、喷嘴、高压电子泵、电动流量阀、废气再循环系统、增压器、动力机、阀门、涡轮机、压缩机、冷却器。其特征在于可动活缸与其内固定的活塞及与其外之中缸构成双内燃机放热机和吸热机，结构紧凑，装配、维护方便；吸热机从放热机和废气回热器周围吸热而做功、降温，能使缸温合适，且省掉气缸冷却系统；热量免遭冷却带走，外部回收废热，内部吸热做功自冷，大部分消耗的热量获得回用，整机热效率明显提高；可兼作空气发动机；是一种节能环保、高效理想、可广泛应用于各个领域的发动机。
文档编号F02G1/043GK102094708SQ20101059921
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者罗吉庆 申请人:罗吉庆