一种变循环发动机的制作方法

本发明属于一种机械装置。具体涉及一种双缸内燃机的动力机械装置。

背景技术：

内燃机是一种通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换成动力的热力发动机。以活塞式内燃机最为普遍。活塞式内燃机将燃料与空气混合，在其汽缸内燃烧，释放出热能使汽缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构将机械功输出，驱动从动机械工作。活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程叫一个冲程。普通内燃机大多为四冲程内燃机。它分为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。主要有四冲程奥托循环模式的汽油机和四冲程迪塞尔循环模式的柴油机两种。

随着世界能源危机的日益严重，环境污染更加恶劣，为了减少温室气体排放，提高能源生产使用效率，对内燃机的节能与环保性能方面提出越来越严格的要求。现有内燃机工作时，燃料在汽缸内放出的总热量，汽油机最多只有38%能转变为机械功，柴油机最多只有45%能转变为机械功。其它部分均以不同的热传递方式最终流失在发动机之外了。这部分消失的热量一般包括传递给冷却介质的热量、排气损失的热量、辐射损失的热量。改善汽缸的热力指标，就能提高内燃机的热效率。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种具有变循环模式的内燃机，提高热效率，有效减少石油供应紧张的压力，缓解二氧化碳排放带来的环境压力。

本发明的技术方案是一种变循环发动机，包括燃烧缸、冷却缸、燃烧缸燃烧室、燃烧汽缸活塞、冷却缸活塞、尾气排气机构、回热腔、曲柄连杆动力输出轴、尾气排气门、冷却缸燃烧室、冷却缸进气门、冷却缸循环气门、燃烧缸循环气门、燃烧缸进气门、散热腔。排气机构配有排气门，消声器。燃烧缸和冷却缸都配有燃烧室，燃烧缸配有循环气门控制与回热腔的气体循环，冷却缸配有循环气门控制与散热腔的气体循环。燃烧缸通过一体化回热腔散热腔与冷却缸相连通，燃烧缸没有尾气排气机构，在靠近散热腔的地方装有尾气排气机构，回热腔中装有尾气净化装置和回热器，为了简化计算和说明，本发动机的冲程概念为两个缸加起来运动一个汽缸行程距离，发动机以变循环工作模式循环做功。

第一冲程阶段，燃烧汽缸活塞在上止点向下运行，燃烧缸进气门关闭，燃烧缸循环气门关闭，燃烧缸上燃烧室内的高压混合燃料气点火燃烧，膨胀做功。冷却缸循环气门关闭，冷却缸进气门关闭，同时冷却缸活塞在上止点下向上运行，压缩冷却缸混合燃料气。

第二冲程阶段，燃烧汽缸活塞在下止点上向下运行，燃气工质膨胀做功，燃烧缸进气门关闭，燃烧缸循环气门打开，燃烧缸内的做功后的高温高压燃气通过回热腔对燃气工质换热。冷却缸进气门关闭，冷却缸循环气门关闭，冷却缸活塞在上止点向下运行，冷却缸燃烧室内的高压混合燃料气点火燃烧，膨胀做功。

第三冲程阶段，燃烧汽缸活塞在下止点向上运行，燃烧缸进气门关闭，燃烧缸循环气门打开，燃烧缸内的做功后的高温高压燃气通过回热腔对燃气工质换热。冷却缸进气门关闭，冷却缸循环气门打开，冷却缸活塞在下止点上向下运行，燃烧缸内的燃气工质经过回热腔散热腔后与冷却缸的燃气工质混合，膨胀做功。

第四冲程阶段，燃烧汽缸活塞在上止点下向上运行，燃烧缸进气门关闭，燃烧缸循环气门打开，燃烧缸内的燃气工质通过回热腔散热腔换热收缩。冷却缸进气门关闭，冷却缸循环气门打开，冷却缸活塞在下止点向上运行，冷却缸的燃气工质冷却收缩。

第五冲程阶段，燃烧汽缸活塞在上止点向下运行，燃烧缸进气门关闭，燃烧缸循环气门打开，回热腔内的燃气工质排出到燃烧缸，膨胀做功。冷却缸循环气门打开，冷却缸进气门关闭，同时冷却缸活塞在上止点下向上运行，通过散热腔冷却燃气工质。

第六冲程阶段，燃烧汽缸活塞在下止点上向下运行，燃烧缸进气门关闭，燃烧缸循环气门打开，回热腔内的燃气工质排出到燃烧缸，膨胀做功。冷却缸进气门关闭，冷却缸循环气门打开，冷却缸活塞在上止点向下运行，冷却缸燃气工质膨胀做功。

第七冲程阶段，燃烧汽缸活塞在下止点向上运行，燃烧缸进气门关闭，燃烧缸循环气门打开，燃烧缸内的做功后的燃气工质通过回热腔对燃气工质换热。冷却缸进气门关闭，冷却缸循环气门打开，冷却缸活塞在上止点向下运行，冷却缸燃气工质膨胀做功。

第八冲程阶段，燃烧汽缸活塞在上止点下向上运行，燃烧缸进气门关闭，燃烧缸循环气门打开，燃烧缸内的燃气工质通过回热腔散热腔换热收缩。同时尾气排气门打开，换热后的废气通过尾气排气机构排出到大气中。冷却缸进气门关闭，冷却缸循环气门打开，冷却缸活塞在下止点向上运行，冷却缸的燃气工质冷却收缩。

第九冲程阶段，燃烧汽缸活塞在上止点向下运行，燃烧缸进气门打开，燃烧缸循环气门关闭，净化后的空气输入到燃烧缸，与小比例的废气混合。尾气排气门关闭。冷却缸循环气门打开，冷却缸进气门关闭，同时冷却缸活塞在上止点下向上运行，通过散热腔冷却缸燃气工质。

第十冲程阶段，燃烧汽缸活塞在下止点上向下运行，燃烧缸进气门关闭，燃烧缸循环气门关闭，净化后的空气输入到燃烧缸，与小比例的废气混合。冷却缸进气门打开，冷却缸循环气门关闭，冷却缸活塞在上止点向下运行，净化后的空气输入到冷却缸，与大比例的废气混合。

第十一冲程阶段，燃烧汽缸活塞在下止点向上运行，燃烧缸进气门关闭，燃烧缸循环气门关闭，燃气压缩。冷却缸进气门打开，冷却缸循环气门关闭，冷却缸活塞在下止点上向下运行，净化后的空气输入到冷却缸，与大比例的废气混合。

第十二冲程阶段，燃烧汽缸活塞在上止点下向上运行，燃烧缸进气门关闭，燃烧缸循环气门关闭，燃气压缩。冷却缸进气门关闭，冷却缸循环气门关闭，冷却缸活塞在下止点向上运行，燃气压缩。由此，发动机进入第一阶段冲程开始状态，完成一个工作循环。汽缸推动曲柄连杆动力输出轴循环做功。

本发明的有益效果是，发动机有五个做功冲程，分别是第一冲程、第二冲程、第三冲程、第五冲程、第六冲程。第三冲程和第七冲程中的燃气工质经过回热器的换热，在第五冲程、第六冲程变为斯特林循环模式膨胀做功，充分利用了燃气工质的剩余能量，提高了发动机的效率。发动机的燃烧缸的空气与燃料添加量比冷却缸的空气与燃料添加量多，在第三冲程冷却缸利用燃烧缸燃气工质的剩余能量膨胀做功，在整个发动机系统循环中一个活塞相当于六个冲程两个冲程做功发力，对比传统四冲程内燃机四个冲程一个冲程做功发力机械效率有相应提高。发动机的燃烧缸做适当保温处理，燃料混合气燃烧和膨胀做功时相当于绝热，汽缸做功的效率与出力都有相应的提高。回热腔中装有尾气净化装置并且保持600摄氏度以上的高温，净化效率有相应提高。燃烧阶段有废气参与，氮氧化物有相应减少，达到对大气安全的排放水平。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图1为实施例1的结构示意图：

图中：1.燃烧缸，2.冷却缸，3.燃烧汽缸活塞，4.冷却缸活塞，5.燃烧缸燃烧室，6.尾气排气机构，7.回热腔，8.曲柄连杆动力输出轴，9.冷却缸燃烧室，10.燃烧缸进气门，11.冷却缸进气门，12.燃烧缸循环气门，13.冷却缸循环气门，14.散热腔，15.尾气排气门。

具体实施方式

实施例1：

参照附图1，本实施例的结构是，它包括燃烧缸1、冷却缸2、燃烧缸燃烧室5、燃烧汽缸活塞3、冷却缸活塞4、尾气排气机构6、回热腔7、曲柄连杆动力输出轴8、尾气排气门15、冷却缸燃烧室9、冷却缸进气门11、冷却缸循环气门13、燃烧缸循环气门12、燃烧缸进气门10、散热腔14。回热腔7和燃烧缸燃烧室5做外加保温和耐高温处理，燃烧缸1做耐高温和适当散热处理，冷却缸7和散热腔14做散热处理。燃烧室配有进气气门，火花塞，喷油器。尾气排气机构6配有尾气排气门15，消声器。燃烧缸1和冷却缸2都配有燃烧室，燃烧缸1配有循环气门控制与回热腔7的气体循环，冷却缸2配有循环气门控制与散热腔14的气体循环。燃烧缸1通过一体化回热腔散热腔与冷却缸2相连通，在靠近散热腔14的管道上方装有尾气排气机构6，回热腔7中装有尾气净化装置和回热器，发动机以变循环工作模式循环做功。

第一冲程阶段，燃烧汽缸活塞3在上止点向下运行，燃烧缸进气门10关闭，燃烧缸循环气门12关闭，燃烧缸燃烧室5内的高压混合燃料气点火燃烧，膨胀做功。冷却缸循环气门13关闭，冷却缸进气门11关闭，同时冷却缸活塞4在上止点下向上运行，压缩冷却缸2内混合燃料气。

第二冲程阶段，燃烧汽缸活塞3在下止点上向下运行，燃气工质膨胀做功，燃烧缸进气门10关闭，燃烧缸循环气门12打开，燃烧缸1内的做功后的高温高压燃气通过回热腔7对燃气工质换热。冷却缸进气门11关闭，冷却缸循环气门13关闭，冷却缸活塞4在上止点向下运行，冷却缸燃烧室9内的高压混合燃料气点火燃烧，膨胀做功。

第三冲程阶段，燃烧汽缸活塞3在下止点向上运行，燃烧缸进气门10关闭，燃烧缸循环气门12打开，燃烧缸1内的做功后的高温高压燃气通过回热腔7对燃气工质换热。冷却缸进气门11关闭，冷却缸循环气门13打开，冷却缸活塞4在下止点上向下运行，燃烧缸1内的燃气工质经过回热腔7散热腔14后与冷却缸2的燃气工质混合，膨胀做功。

第四冲程阶段，燃烧汽缸活塞3在上止点下向上运行，燃烧缸进气门10关闭，燃烧缸循环气门12打开，燃烧缸1内的燃气工质通过回热腔7散热腔14换热收缩。冷却缸进气门11关闭，冷却缸循环气门13打开，冷却缸活塞4在下止点向上运行，冷却缸2的燃气工质冷却压缩。

第五冲程阶段，燃烧汽缸活塞3在上止点向下运行，燃烧缸进气门10关闭，燃烧缸循环气门12打开，回热腔7内的燃气工质排出到燃烧缸1，膨胀做功。冷却缸循环气门13打开，冷却缸进气门11关闭，同时冷却缸活塞4在上止点下向上运行，通过散热腔14冷却燃气工质。

第六冲程阶段，燃烧汽缸活塞3在下止点上向下运行，燃烧缸进气门10关闭，燃烧缸循环气门12打开，回热腔7内的燃气工质排出到燃烧缸1，膨胀做功。冷却缸进气门11关闭，冷却缸循环气门13打开，冷却缸活塞4在上止点向下运行，冷却缸2内燃气工质膨胀做功。

第七冲程阶段，燃烧汽缸活塞3在下止点向上运行，燃烧缸进气门10关闭，燃烧缸循环气门12打开，燃烧缸1内的做功后的燃气工质通过回热腔7对燃气工质换热。冷却缸进气门11关闭，冷却缸循环气门13打开，冷却缸活塞4在上止点向下运行，冷却缸2内燃气工质膨胀做功。

第八冲程阶段，燃烧汽缸活塞3在上止点下向上运行，燃烧缸进气门10关闭，燃烧缸循环气门12打开，燃烧缸1内的燃气工质通过回热腔7散热腔14换热收缩。同时尾气排气门15打开，换热后的废气通过尾气排气机构6排出到大气中。冷却缸进气门11关闭，冷却缸循环气门13打开，冷却缸活塞4在下止点向上运行，冷却缸2内的燃气工质冷却收缩。

第九冲程阶段，燃烧汽缸活塞3在上止点向下运行，燃烧缸进气门10打开，燃烧缸循环气门12关闭，净化后的燃气输入到燃烧缸1，与小比例的废气混合。尾气排气门12关闭。冷却缸循环气门13打开，冷却缸进气门11关闭，同时冷却缸活塞4在上止点下向上运行，通过散热腔14冷却燃气工质。

第十冲程阶段，燃烧汽缸活塞3在下止点上向下运行，燃烧缸进气门10关闭，燃烧缸循环气门12关闭，净化后的燃气输入到燃烧缸1，与小比例的废气混合。冷却缸进气门11打开，冷却缸循环气门13关闭，冷却缸活塞4在上止点向下运行，净化后的燃气燃入到冷却缸2，与大比例的废气混合。

第十一冲程阶段，燃烧汽缸活塞3在下止点向上运行，燃烧缸进气门10关闭，燃烧缸循环气门12关闭，燃气压缩。冷却缸进气门11打开，冷却缸循环气门13关闭，冷却缸活塞4在下止点上向下运行，净化后的燃气输入到冷却缸2，与大比例的废气混合。

第十二冲程阶段，燃烧汽缸活塞3在上止点下向上运行，燃烧缸进气门10关闭，燃烧缸循环气门12关闭，燃气压缩。冷却缸进气门11关闭，冷却缸循环气门13关闭，冷却缸活塞4在下止点向上运行，燃气压缩。由此，发动机进入第一阶段冲程开始状态，完成一个工作循环。汽缸推动曲柄连杆动力输出轴8循环做功。

实施例2：

与实施例1不同的是，它由多组实施例1中汽缸组合在一根动力输出轴上。发动机运行时各组汽缸各自以可变循环的时序循环做功。

实施例3：

与实施例1不同的是，它由多组实施例1中汽缸组合在两根动力输出轴上。

两根动力输出轴绞合一起旋转输出动力，发动机运行时各组汽缸各自以可变循环的时序循环做功。

实施例4：

与实施例1不同的是，冷却缸活塞在运行工作时曲轴角落后燃烧汽缸活塞80度至120度。

实施例5：

与实施例1不同的是，燃烧室配有电热塞，高压电点火火花塞，高压喷油器。便于压燃和点燃，实现多种燃料在发动机上应用。

实施例6：

与实施例1不同的是，回热腔外装有蓄热器和保温层。可以实现发动机不同工况下的热量回收。

实施例7：

与实施例1不同的是，在进排气机构加入涡轮增压设备。可以实现小排量发动机的动力提升和燃油经济性。

实施例8：

与实施例1不同的是，发动机将靠近散热腔的尾气排气机构移装在冷却缸燃烧室的上方，有利于排出冷却缸中的废气，增加发动机的功率。

实施例9：

与实施例1不同的是，冷却缸循环气门，燃烧缸循环气门为菌状双气门并排安装在汽缸上，增加循环气量，提高效率。冷却缸循环气门，燃烧缸循环气门也可以为蝶状气门安装在汽缸上，增加循环气量，提高效率。

以上所述实施例仅仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体，但并不能理解为对本发明范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。