专利名称：低熵混燃发动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发动机领域，尤其是一种低熵混燃的发动机。 技术背景众所周知，传统发动机通过冷却系统和排放系统排出的热量约占发动机燃料能量 的三分之二，而且发动机冷却系统和排放系统约各占一半，也就是说，发动机冷却系统排放 的热量约占燃料能量的三分之一。长期以来，对发动机余热的利用一直是提高发动机效率 的焦点。但是，由于传统发动机的结构特点，其冷却系统中尤其是气缸套、气缸盖等部件中 的冷却介质通道的承压能力一般小于0. 3MPa，在该承压能力下，冷却介质通道中的冷却水 难以直接转化为高温高压的蒸汽，更无法达到临界、超临界、超超临界状态。发动机冷却系 统所能获得的余热均是品位相当低的热量，难以加以有效利用，这是制约发动机余热利用， 也就是制约发动机效率提高的最大问题。国际专利公布号为WO 99/37904的专利，虽然设置了锅炉从气缸、冷却系统以及 从发动机的废气中提取热量产生蒸汽，但它仅仅是把发动机的冷却液等当作锅炉的热源， 要用双工质即发动机的冷却液和产生蒸汽的水。双工质的采用会产生温差损失，影响对余 热回收的效率，且结构复杂。本人申请的申请号为200710117829.X的发明专利，虽然一定程度上解决了上述 冷却系统余热的有效回收利用的问题，但由于现有发动机结构的限制，燃烧室外壁要求冷 却的强度大，冷却介质温度低，导致热量的品位低，从冷却系统回收余热得到的依然是热品 质不高的热量，可转换为高品质的机械功的量也是很有限的。综合分析，我们可以得出两条结论第一，如果能很好地解决发动机余热的利用， 发动机的效率就可以大幅度的提高；第二，如果要想有效地利用发动机的余热，就必须解决 如何少产生余热，如何产生高品位余热的问题。而从发动机的历史来看，至今人类做了两件 事情。现在，为了理解方便，我们以锅炉做个比喻，进行形象说明。人类做的第一件事情是 让锅炉管道里的水蒸气作为作功工质，推动相应的机构对外作功，也就是外燃机，这种系统 中大量燃烧产物不作功而白白扔掉，故效率不高；人类做的第二件事情是让锅炉里的水不 作为工质而是作为冷却介质冷却锅炉内壁以达到维持其强度及相应功能(如密封、润滑) 的要求，而让炉膛内的燃烧产物作为作功工质，推动相应的机构对外作功，也就是内燃机， 这种系统中的冷却介质带走了大量的热量，故效率也不高。特别是由于内燃机缸套、活塞等 部件对于密封和润滑的要求较高，相当于使得对锅炉冷却强度要求比较高，即冷却介质的 温度较低，所以只能得到低品位的余热。我们不难看出，不论是外燃机还是内燃机，利用热 转化为功的过程都存在很大的缺陷，也就是说，如果我们能够在让锅炉燃烧室内燃烧产物 作功的同时，也能让锅炉保持原有功能，即锅炉里的水作为工质对外高效地作功，这样就必 将大幅度提高发动机的效率。在让锅炉燃烧室内燃烧产物作功的同时，也让锅炉内的冷却介质(即管道中的工 质)高效地作功可以用两种方式来实现第一是燃烧室内燃烧产物和冷却介质分别作功，第二是将燃烧室内燃烧产物和冷却介质混合后共同作功。无论采用哪种方式，都可称为混 燃过程，也就是即不是外燃机也不是内燃机，而是融合了两种作功机器的优势的混燃发动 机。关于所谓的混燃发动机过去虽然有类似的尝试，如国际专利WO 99/37904，但是真正 有意义的没有，究其原因就在于如上所述的燃烧室外壁冷却介质的温度低，热量品位太低， 换句话说，就是由于现有内燃机的结构所限，燃烧室外壁要求冷却的强度大，冷却介质温度 低，导致热量的品位低。本人申请的申请号为200810135005. X的发明专利虽然有所改进，但是；第一，当 时局限于现有发动机的结构，认为冷却系统中冷却水的温度大大低于排气的温度，因此外 燃机的工质(即内燃机的冷却介质)先经过气缸套和气缸盖上的工质承压通道吸热升温甚 至汽化后再流入排气热交换器进一步的吸热，但是外燃机的工质(即内燃机的冷却介质) 的这种流向安排，现在看来是低效和不合理的；由于发动机气缸、活塞等部位结构和材料的 改进，尤其是由于悬浮式活塞的使用，在控制外燃机的工质(即内燃机的冷却介质)流量提 高其热品质的前提下，外燃机的工质(即内燃机的冷却介质)温度可以接近甚至超过内燃 机的排气在进入大气前的温度，此时外燃机的工质本身的温度已经很高，则其经由排气热 交换器后吸收的热量很少，甚至不吸收热量，造成内燃机的排气在进入大气前的温度高，能 源利用率低；如果能让较低温度的外燃机的工质(即内燃机的冷却介质)先经过排气热交 换器吸收排气的热量，则可以使得内燃机排气在进入大气前的温度大为降低，从而提高能 源的回收利用率，在排气热交换器中吸热升温后的外燃机的工质再流入气缸套和气缸盖上 的工质承压通道进一步吸热，从而尽可能避免余热产生过程中的低品质化，高效高品质的 回收余热，提高能源的回收利用率；第二，由于局限于现有发动机的传统结构(如活塞在上 下止点之间与气缸套需要滑动密封润滑，使得气缸套的温度不能过高，必须高强度冷却)， 为了达到气缸套冷却的要求，外燃机的工质(即内燃机的冷却介质)必须大流量但低品质 (低温低压)，外燃机的工质的热能转化为机械功十分的困难，难于有效的回收利用；第三， 由于局限于现有发动机制造中的常规材料与结构，工质承压通道虽然具有一定的抗压能力 并不高(仅有三个大气压左右)，虽然允许工质在其中气化，但是压强依然不能太高，这样 也使得外燃机的工质低热品质(低温低压)，外燃机的工质的热能转化为机械功十分的困 难，难于有效的回收利用。为此，需要发明一种新型的，工质承压通道承压能力远超现有发动机冷却系统的 承压能力(比如申请号为200810135005. X的发明专利中的三个大气压左右的承压能力)、 甚至可以达到现有发动机冷却系统的承压能力三倍以上的承压能力的(比如十个大气压， 有些情况下能够承受其内的工质接近甚至超过临界状态时的压力)、工质流向更利于大量 回收余热提高余热的热品质，并能够将该高热品质余热加以高效利用的发动机。
实用新型内容为了解决上述问题，本实用新型提出的技术方案如下一种低熵混燃发动机，包括气缸、气缸盖、活塞、工质储箱、排气道和燃烧室，所述 气缸侧壁的内部或外部和/或所述气缸盖的内部或外部设有高压流体通道，所述高压流体 通道的承压能力大于等于IMPa，所述低熵混燃发动机还包括排气热交换器，所述排气道与 所述排气热交换器的加热流体进口连通；[0011]所述工质储箱的出口经过高压泵与所述排气热交换器的被加热流体进口连通，所 述排气热交换器的被加热流体出口与所述高压流体通道的进口连通；或者所述工质储箱的 出口经过高压流体泵与所述排气热交换器的被加热流体进口连通，所述排气热交换器的被 加热流体出口经过高压泵与所述高压流体通道的进口连通；所述高压流体通道的出口经喷射控制阀与蒸气喷射器连通，所述蒸气喷射器与所 述燃烧室连通，所述喷射控制阀设为正时控制阀；或者所述高压流体通道的出口经过流量 控制阀与热机的工质进口连通，所述高压流体通道中所产生的高温高压流体工质推动所述 热机作功。所述高压流体通道的承压能力大于等于2MPa。所述高压流体通道的承压能力大于等于3MPa所述高压流体通道的承压能力大于等于lOMPa。所述高压流体通道的承压能力大于等于20MPa。所述高压流体通道的进口设在所述气缸底部远离所述燃烧室的部位，所述高压流 体通道的出口设在所述气缸盖上；或者所述高压流体通道的进口设在所述气缸盖上需要局 部冷却的部位，所述高压流体通道的出口设在所述气缸的下部远离所述燃烧室的部位。在发动机的关键冷却部位设低温工质入口，所述低温工质入口与所述高压流体通 道连通；所述低温工质入口经升压泵和冷却流量控制阀，与低温工质源连通。在所述喷射控制阀之前设高压工质储罐，和/或在所述排气道的后段设冷凝冷却 器，所述冷凝冷却器的液体出口与所述工质储箱连通。在所述热机的工质出口处设封闭式冷凝冷却器，所述封闭式冷凝冷却器的液体出 口与所述工质储箱连通。 在所述流量控制阀之前设所述高压工质储罐。当所述低熵混燃发动机正常工作时，所述高压流体通道内的工质为临界状态或超 临界状态或超超临界状态。所述高压流体通道设为相变高压流体通道。所述活塞为悬浮式活塞，所述悬浮式活塞全部或部分设置在所述气缸内，在与所 述悬浮式活塞的活塞上止点对应的所述气缸上的上止点和与所述悬浮式活塞的活塞下止 点对应的所述气缸上的下止点之间的全部行程范围内或部分行程范围内所述悬浮式活塞 与所述气缸非接触悬浮设置或准悬浮设置，在悬浮设置或准悬浮设置以外的区域，所述气 缸和所述悬浮式活塞设有滑动密封接触区。在所述工质储箱的出口设总流量控制阀。本实用新型所谓的发动机的关键冷却部位，是指喷油器、进气座口和火花塞等需 要冷却强度较高的部位。本实用新型的蒸气除了指原有意义上的水蒸气，还包括冷却介质 (也就是热机的工质)相变后产生的气体。本实用新型所谓的低温工质源，是指在整个系统中外燃机的工质(即内燃机的冷 却介质)的温度相对较低的部位，例如工质储箱和排气热交换器被加热流体入口之前的工
质管路。本实用新型所谓的在A之前设B是指A、B设置后，工质流经B之后再流入A。所 谓的排气道的后段是指排气道经过排气热交换器以及其他装置后，在燃烧产物排入大气前
6的排气道的管路段。本实用新型中所谓的热机包括内燃机和外燃机。本实用新型中所谓的悬浮式活塞，是指气缸与活塞之间既不发生接触又维持相当 小的间隙，从而实现既相对密封又不磨损的目的。所谓准悬浮设置是指活塞和气缸之间处 于接触与非接触的临界状态，这样就可以进一步提高相对密封性，又可避免磨损。详见本人 于2009年9月25日向中国国家知识产权局申请的申请号为200910176960. 2的发明专利。本实用新型中所谓的冷却介质，是指冷却水等起冷却作用的流体介质。本实用新型中所谓的超临界状态，是指物质的压力和温度同时达到它的临界压力 和临界温度的百分之一百三十的状态；所谓的超超临界状态，是指物质的压力和温度同时 超过它的临界压力和临界温度的百分之一百三十的状态。本实用新型中所谓的相变高压流体通道，是指流体在通道内发生相变的通道，这 种通道能够承受住由于流体相变所带来的后果，如温度和压力的变化。本实用新型中所谓的低熵混燃发动机，是指发动机的余热品位高，即发动机在运 行过程中熵的增量少，也就是说发动机的燃料能量的低品位化的程度低的新型发动机。高熵的过程，即熵增加较多的过程，意味着混乱度增量较大的过程，本实用新型利 用这一概念来形象描述发动机余热低品位化程度大的过程；相反，低熵的过程，即熵增加量 小的过程，意味着混乱度增量较小的过程，本实用新型利用这一概念来形象描述发动机余 热低品位化程度小的过程。本实用新型若采用悬浮式活塞，由于不必进行活塞润滑，理论上可以实现发动机 的绝热循环，不必对气缸活塞系统进行冷却，这是降低系统熵值的最有效方式。但是，绝热 循环必然使气缸、活塞等的温度达到非常高的程度，而耐高温材料一方面比较稀缺，另一方 面也必然昂贵，这会提高发动机的制造成本。为了解决这一问题，可以对悬浮式活塞发动机 进行适当的冷却，使其气缸、活塞等的工作温度高于一般内燃机，但低于完全绝热循环的内 燃机，从而在内燃机的热功转化效率和制造成本之间取得平衡。即把冷却系统中的冷却介 质由常规的100多度升高到数百度，甚至更高的温度，从而使得冷却介质气化变为高压蒸 气，该高压蒸气再做功。与常规发动机冷却系统冷却的结果是得到100多度的冷却介质相 比，本实用新型得到了高温高压的水蒸气，显然提高了系统的热品质，降低了熵值，因此在 这个意义上可称之为低熵的发动机。本实用新型中的介质、工质可以是水或其它类型的工 质，如低沸点低潜热工质等。高压蒸气的喷射时间应该是发动机压缩冲程过程中至作功冲程完成前这段时间 的全部或部分时间段。由于高压蒸气具有压力高，温度高，所以一般的喷射装置可能很难满足向气缸内 正时喷射高压蒸气的要求，可以采用壳体形变喷射装置(详见本发明人的名为“发动机用 直控式壳体形变流体喷射器”的发明专利，申请号为200910135873. 2)，使得阀体密封界面 没有滑动摩擦，从而满足高压蒸气正时喷射的苛刻要求。向气缸喷射的高压蒸气经发动机的排气道排出后，可进行回收，也可不进行回收， 两者各有利弊。如进行回收，则需要增设冷凝冷却系统，结构相对复杂，但可以减少耗水量， 即可以减少车载蓄水量。如不进行回收，可直接排空，结构简单，但耗水量大。可根据发动 机的用途和具体情况，选择适当的方案。
7[0040]为防止冬季工质储箱及整个冷却系统中的冷却介质发生冻结，可采用停机放空或 设有高效保温容器，让发动机停机时，系统中的冷却介质进入高效保温容器得以保温。也可 以在系统中加入不挥发电解质，如盐类，使得液相冷却介质中含有一定量的电解质，防止冻 结，而蒸气中不含有电解质，所以不会影响气缸内的部件及工作状况。本实用新型中冷却介质在高压流体通道中吸收热量后产生高压蒸气，此高压蒸气 在排气热交换器内继续吸热形成高压过热蒸气，或所述冷却介质先在排气热交换器加热升 温甚至相变，再进入高压流体通道中吸收热量产生高压蒸气，这样不仅可以利用发动机排 气的余热，也可以进一步调高高压蒸气的热品质。高温高压工质可通过喷射管路以及相关部件正时按量喷入气缸内，也可单独推动 热机对外作功，为了避免液态的冷却介质被喷入气缸，可设气液分离器，并对高压蒸气管路 以及其他相关部件进行保温，减少高压蒸气的冷凝。本实用新型中将高温高压工质通过外部热机对外作功，这种结构的优点是可以将 工质循环使用，减少工质的使用量，其不足在于外设热机，结构复杂；而将高温高压工质直 接喷入气缸的方案结构简单，其不足在于工质的用量大。两种方案各有利弊，可根据发动机 的用途和具体情况，选择适当的方案。为正时定量向气缸内喷入高压蒸气，本实用新型中的控制机构要具有正时功能， 所谓的正时功能是指能使受控制机构控制的部件按发动机蒸气喷射设计的要求向气缸内 喷入高压蒸气。为了根据发动机的工况及负荷要求，对蒸气喷射时间、喷射时长和喷射量进 行动态调整，以达到更好的效果，本实用新型中的控制装置和控制机构可设为具有动态正 时功能的控制装置和控制机构。本实用新型的高压工质储罐可以储存一定量的高温高压工质，提高发动机的负荷 响应程度，即当负荷发生大的变化时，能够瞬间输出更多的工质或储存一定量的工质，满足 发动机瞬间功率输出的要求，相当于电动车辆蓄电池的作用。如背景所述，我们以锅炉做个比喻，进行形象说明。人类做的第一件事情是让锅炉 管道里的水蒸气作为作功工质，推动相应的机构对外作功，也就是外燃机，这种系统中大量 燃烧产物不作功而白白扔掉，故效率不高；人类做的第二件事情是让锅炉里的水不作为工 质而是作为冷却介质冷却锅炉内壁以达到维持其强度及相应功能(如密封、润滑)的要求， 而让炉膛内的燃烧产物作为作功工质，推动相应的机构对外作功，也就是内燃机，这种系统 中的冷却介质带走了大量的热量，故效率也不高。特别是由于内燃机缸套、活塞等部件对 于密封和润滑的要求，使得对锅炉冷却介质的冷却强度要求比较高，所以只能得到低品位 的余热。我们不难看出，不论是外燃机还是内燃机，利用热转化为功的过程都存在很大的缺 陷，也就是说，如果我们能够在让锅炉燃烧室内燃烧产物作功的同时，也能让锅炉保持原有 功能，即锅炉里的水作为工质对外高效地作功，这样就必将大幅度提高发动机的效率。在让 锅炉燃烧室内燃烧产物作功的同时，也让锅炉内的冷却介质(即管道中的工质)高效地作 功可以用两种方式来实现第一是燃烧室内燃烧产物和冷却介质分别作功，第二是将燃烧 室内燃烧产物和冷却介质混合后共同作功。无论采用哪种方式，都可称为混燃过程，也就是 即不是外燃机也不是内燃机，而是融合了两种作功机器的优势的混燃发动机。在本实用新型的一个实施方式中，从排气热交换器的被加热流体进口之前的外燃 机的工质(即内燃机的冷却介质)管路中引出一路到气缸盖上需要局部冷却的部位，其目的是为了让低温的外燃机的工质(即内燃机的冷却介质)不经过排气热交换器的加热升温 而直接去冷却气缸盖上需要局部冷却的部位，以提高其冷却效果。本实用新型的有益效果如下1、由于本实用新型有效利用了发动机的余热，提高了发动机的热功转换效率，所以节能。2、由于蒸气喷入气缸，可降低燃烧室最高温度，但可形成较高的气相压强，因而可 在维持发动机较高效率的前提下大幅度降低有害气体Nox等的排放量，所以环保。3、本实用新型与本人申请的申请号为200810135005. X的实用新型专利相比，其 优点表现在第一，外燃机的工质(即内燃机的冷却介质)在经过气缸套和气缸盖上的工质 承压通道之前，先经过排气热交换器吸收排气的热量，可以使得内燃机排气的温度大为降 低，从而提高能源的回收利用率；第二，由于突破了现有发动机的传统结构(尤其是悬浮式 活塞的引入)，使得气缸套等部件的耐高温度大为提高，可以不必再进行高强度冷却，从而 使得外燃机的工质(即内燃机的冷却介质)可以小流量但高热品质(高温高压)，外燃机的 工质的热能转化为机械功更容易，可以大幅度提高热功转换效率；第三，由于使用了铸钢等 高强度材料，对工质承压通道的承压能力做了进一步的限定，使得外燃机的工质可以达到 极高的温度和压力，提高了其热品质，使得其中的热能转化为机械功更容易，能够大幅度提 高热功转换效率。
图1所示的是本实用新型实施例1的结构示意图；图2所示的是本实用新型实施例2的结构示意图；图3所示的是本实用新型实施例3的结构示意图；图4所示的是本实用新型实施例4的结构示意图；图5所示的是本实用新型实施例5的结构示意图；图6所示的是本实用新型实施例6的结构示意图；图7所示的是本实用新型实施例7的结构示意图；图8所示的是本实用新型实施例8的结构示意具体实施方式
实施例1如图1所示的低熵混燃发动机，包括气缸1、气缸盖2、活塞3、工质储箱4、排气道5 和燃烧室6，气缸1侧壁的内部和气缸盖2的内部设有高压流体通道8，高压流体通道8的 承压能力大于等于IMPa，低熵混燃发动机还包括排气热交换器10，排气道5与排气热交换 器10的加热流体进口连通；工质储箱4的出口经过高压泵7与排气热交换器10的被加热 流体进口连通，排气热交换器10的被加热流体出口与高压流体通道8的进口连通；高压流 体通道8的出口经喷射控制阀19与蒸气喷射器20连通，蒸气喷射器20与燃烧室6连通， 喷射控制阀19设为正时控制阀，在所述高压泵7的出口设总流量控制阀13，用于控制所需 工质的总流量。高压流体通道8的进口设在气缸1底部远离燃烧室6的部位，高压流体通 道8的出口设在气缸盖2上。当低熵混燃发动机正常工作时，高压流体通道8内的冷却介质为临界状态。通过高压泵7加压高压流体通道8内的冷却介质，并且调节高压流体通道8内冷 却介质的流量，可以使得高压冷却介质在高压流体通道8内吸热后气化生成热品质高的高 压蒸气，该高压蒸气经由高压流体通道8的出口后，受正时喷射控制阀19控制通过蒸气喷 射器20通入燃烧室6内以推动活塞做功。现有技术中，冷却水在经过气缸套、气缸盖等需 要冷却的部位后，吸收热量温度升高获得了热水，该热水由于热品质较低难以有效利用，尤 其是难以用来产生机械功。本实施例与现有技术相比，冷却介质在经过高压流体通道8吸 收热量后变为了热品质较高的高压蒸气，而该高压蒸气可以较容易的转化为机械功。例如 本实施例中通入气缸推动活塞做功。同时，由于高压蒸气具有强烈的湍动作用，向气缸内喷 入高压蒸气，不仅利用高压蒸气推动活塞对外做功，提高发动机的效率，还可以改善燃烧环 境，减少污染物的形成。实施例2如图2所示的低熵混燃发动机，其与实施例1的区别是，工质储箱4的出口经过高 压流体泵77与排气热交换器10的被加热流体进口连通，排气热交换器10的被加热流体出 口经过高压泵7与高压流体通道8的进口连通。高压流体通道8的承压能力大于等于2MPa， 在所述高压流体泵77的出口设总流量控制阀13，用于控制所需工质的总流量，当低熵混燃 发动机正常工作时，高压流体通道8内的冷却介质为超临界状态。设置高压流体泵77的目的是为了保证气化后的冷却介质的循环压力，保证系统 更加稳定正常的工作。正常工作时，排气热交换器10被加热流体通道内的压力小于高压流 体通道8内的压力。实施例3如图3所示的低熵混燃发动机，其与实施例1的区别是，高压流体通道8的出口经 过流量控制阀59与热机12的工质进口 14连通，高压流体通道8中所产生的高温高压流体 工质推动热机12作功。在流量控制阀59之前设高压工质储罐26，可以满足发动机峰值功 率的要求及平衡蒸气系统的压力，在发动机需要大峰值功率时，可加大气缸蒸气喷射量，以 提高发动机的输出功率。在热机12的工质出口处设封闭式冷凝冷却器128，封闭式冷凝冷 却器128的液体出口与工质储箱4连通，这样可以减少冷却介质的消耗量，从而减少车载冷 却介质量。高压流体通道8的承压能力大于等于lOMPa。热机12中膨胀做功后排出的蒸气 被回收，实现自我循环，减少工质储箱4的容积，不然工质储箱4的容积将过于庞大，而失去 实际使用价值。同样的，通过高压泵7加压高压流体通道8内的冷却介质，并且调节高压流体通 道8内冷却介质的流量，可以使得高压冷却介质在高压流体通道8内吸热后气化生成热品 质高的超临界状态，该高压蒸气经由高压流体通道8的出口后，与热机12的工质进口 14连 通，以推动热机12作功。现有技术中，冷却水在经过气缸套、气缸盖等需要冷却的部位后，吸收热量温度升 高获得了热水，该热水由于热品质较低难以有效利用，尤其是难以用来产生机械功。本实施 例与现有技术相比，冷却介质在经过高压流体通道8吸收热量后变为了热品质较高的超临 界状态，生成的高压蒸气可以较容易的转化为机械功。实施例4
10[0072]如图4所示的低熵混燃发动机，其与实施例3的区别是，工质储箱4的出口经过高 压流体泵77与排气热交换器10的被加热流体进口连通，排气热交换器10的被加热流体 出口经过高压泵7与高压流体通道8的进口连通。高压流体通道8的承压能力大于等于 20MPa，在所述高压流体泵77的出口设总流量控制阀13，用于控制所需工质的总流量，当低 熵混燃发动机正常工作时，高压流体通道8内的冷却介质为超超临界状态。设置高压流体泵77的目的是为了保证气化后的冷却介质的循环压力，保证系统 更加稳定正常的工作。正常工作时，排气热交换器10被加热流体通道内的压力小于高压流 体通道8内的压力。实施例5如图5所示的低熵混燃发动机，其与实施例1的区别是，高压流体通道8的进口设 在气缸盖2上需要局部冷却的部位，高压流体通道8的出口设在气缸1的下部远离燃烧室 6的部位，高压流体通道8的承压能力大于等于3MPa。这样设置的目的是为了对需要局部 冷却的部位进行冷却，保证系统更加稳定正常的工作。实施例6如图6所示的低熵混燃发动机，其与实施例1的区别是，排气热交换器10的被加 热流体进口经冷却流量控制阀11与气缸盖2上需要局部冷却的部位的部分高压流体通道 8的低温工质入口 15连通。这样设置的目的同样是为了对需要局部冷却的部位进行冷却， 保证系统更加稳定正常的工作。实施例7如图7所示的低熵混燃发动机，其与实施例2的区别是，排气热交换器10的被加 热流体进口经冷却流量控制阀11和升压泵777与气缸盖2上需要局部冷却的部位的部分 高压流体通道8的低温工质入口 15连通。这样设置的目的同样是为了对需要局部冷却的 部位进行冷却，保证系统更加稳定正常的工作。实施例8如图8所示的低熵混燃发动机，其与实施例1的区别是，在喷射控制阀19之前设 高压工质储罐26，在排气道5的后段设冷凝冷却器28，冷凝冷却器28的液体出口与工质储 箱4连通，这样可以减少冷却介质的消耗量，从而减少车载冷却介质量。高压流体通道8同 样设为相变高压流体通道。活塞3为悬浮式活塞303，悬浮式活塞303全部或部分设置在气 缸1内，在与悬浮式活塞303的活塞上止点对应的气缸1上的上止点(121)和与悬浮式活 塞303的活塞下止点对应的气缸1上的下止点(122)之间的全部行程范围内或部分行程范 围内悬浮式活塞303与气缸1非接触悬浮设置或准悬浮设置，在悬浮设置或准悬浮设置以 外的区域，气缸1和悬浮式活塞303设有滑动密封接触区。
权利要求一种低熵混燃发动机，包括气缸(1)、气缸盖(2)、活塞(3)、工质储箱(4)、排气道(5)和燃烧室(6)，其特征在于所述气缸(1)侧壁的内部或外部和/或所述气缸盖(2)的内部或外部设有高压流体通道(8)，所述高压流体通道(8)的承压能力大于等于1MPa，所述低熵混燃发动机还包括排气热交换器(10)，所述排气道(5)与所述排气热交换器(10)的加热流体进口连通；所述工质储箱(4)的出口经过高压泵(7)与所述排气热交换器(10)的被加热流体进口连通，所述排气热交换器(10)的被加热流体出口与所述高压流体通道(8)的进口连通；或者所述工质储箱(4)的出口经过高压流体泵(77)与所述排气热交换器(10)的被加热流体进口连通，所述排气热交换器(10)的被加热流体出口经过高压泵(7)与所述高压流体通道(8)的进口连通；所述高压流体通道(8)的出口经喷射控制阀(19)与蒸气喷射器(20)连通，所述蒸气喷射器(20)与所述燃烧室(6)连通，所述喷射控制阀(19)设为正时控制阀；或者所述高压流体通道(8)的出口经过流量控制阀(59)与热机(12)的工质进口(14)连通，所述高压流体通道(8)中所产生的高温高压流体工质推动所述热机(12)作功。
2.根据权利要求1所述的低熵混燃发动机，其特征在于所述高压流体通道(8)的承 压能力大于等于2MPa。
3.根据权利要求1所述的低熵混燃发动机，其特征在于所述高压流体通道(8)的承 压能力大于等于3MPa。
4.根据权利要求1所述的低熵混燃发动机，其特征在于所述高压流体通道(8)的承 压能力大于等于lOMPa。
5.根据权利要求1所述的低熵混燃发动机，其特征在于所述高压流体通道(8)的承 压能力大于等于20MPa。
6.根据权利要求1所述的低熵混燃发动机，其特征在于所述高压流体通道(8)的进 口设在所述气缸(1)底部远离所述燃烧室(6)的部位，所述高压流体通道(8)的出口设在 所述气缸盖(2)上；或者所述高压流体通道(8)的进口设在所述气缸盖(2)上需要局部冷 却的部位，所述高压流体通道(8)的出口设在所述气缸(1)的下部远离所述燃烧室(6)的 部位。
7.根据权利要求6所述的低熵混燃发动机，其特征在于在发动机的关键冷却部位设 低温工质入口(15)，所述低温工质入口(15)的内侧与所述高压流体通道(8)连通；所述低 温工质入口(15)的外侧与冷却流量控制阀(11)的出口连通，所述冷却流量控制阀(11)的 进口与升压泵(777)的出口连通，所述升压泵(777)的进口与低温工质源连通。
8.根据权利要求1所述的低熵混燃发动机，其特征在于在所述喷射控制阀(19)之前 设高压工质储罐(26)，和/或在所述排气道(5)的后段设冷凝冷却器(28)，所述冷凝冷却 器(28)的液体出口与所述工质储箱(4)连通。
9.根据权利要求1所述的低熵混燃发动机，其特征在于在所述热机(12)的工质出口 处设封闭式冷凝冷却器(128)，所述封闭式冷凝冷却器(128)的液体出口与所述工质储箱 ⑷连通。
10.根据权利要求8所述的低熵混燃发动机，其特征在于在所述流量控制阀(59)之 前设所述高压工质储罐(26)。
11.根据权利要求1至10任何之一所述的低熵混燃发动机，其特征在于当所述低熵 混燃发动机正常工作时，所述高压流体通道(8)内的工质为临界状态或超临界状态或超超 临界状态。
12.根据权利要求1至10任何之一所述的低熵混燃发动机，其特征在于所述高压流 体通道(8)设为相变高压流体通道。
13.根据权利要求1至10任何之一所述的低熵混燃发动机，其特征在于所述活塞(3) 为悬浮式活塞(303)，所述悬浮式活塞(303)全部或部分设置在所述气缸(1)内，在与所述 悬浮式活塞(303)的活塞上止点对应的所述气缸(1)上的上止点(121)和与所述悬浮式活 塞(303)的活塞下止点对应的所述气缸(1)上的下止点(122)之间的全部行程范围内或部 分行程范围内所述悬浮式活塞(303)与所述气缸(1)非接触悬浮设置或准悬浮设置，在悬 浮设置或准悬浮设置以外的区域，所述气缸(1)和所述悬浮式活塞(303)设有滑动密封接 触区。
14.根据权利要求1至10任何之一所述的低熵混燃发动机，其特征在于在所述高压 泵(7)和/或所述高压流体泵(77)的出口设总流量控制阀(13)。
专利摘要本实用新型公开了一种低熵混燃发动机，包括气缸、气缸盖、活塞、工质储箱、排气道和燃烧室，气缸侧壁的内部或外部和/或气缸盖的内部或外部设有高压流体通道，高压流体通道的承压能力大于等于1MPa，低熵混燃发动机还包括排气热交换器，排气道与排气热交换器的加热流体进口连通；高压流体通道的出口经喷射控制阀与蒸气喷射器连通，蒸气喷射器与燃烧室连通，喷射控制阀设为正时控制阀；或者高压流体通道的出口经过流量控制阀与热机的工质进口连通，高压流体通道中所产生的高温高压流体工质推动热机作功。由于本实用新型有效利用了发动机的余热，提高了发动机的热功转换效率，所以节能、环保。
文档编号F02M25/022GK201635863SQ20102012433
公开日2010年11月17日 申请日期2010年3月5日 优先权日2009年5月14日
发明者靳北彪 申请人:靳北彪