可转换热能的发动机的制作方法

本发明涉及利用热能转化为动能的发动机，特别是涉及利用燃油发动机缸体内即将排出的废气以及火力发电厂汽轮机即将排出的乏汽所带的热能并将其转化为动能的发动机。

背景技术：

作为例如货运，客运等使用燃油发动机的车辆，发动机效率低的问题普遍存在。目前市场上的汽车发动机缸体内的油气混合物在一次燃烧过后形成高温废气带走大量的热量，这部分热量的利用并不高效，而发动机效率的提升需要将燃油所含化学能通过燃烧转化为热能再进一步转化为动能，其中热能的散失是发动机效率低的重要原因。同时在火力发电厂中，燃料在锅炉中燃烧，将其热量释放出来，传给锅炉中的水，从而产生高温高压蒸汽，蒸汽因此通过汽轮机又将一部分热能转为旋转动力，以驱动发电机输出电能。释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。而乏汽仍然具有一定热量可以利用转换为动能。因此需要一项技术方案将发动机刚体内即将排出的废气所带热量利用并转化为发动机的动能可以提高发动机效率。

技术实现要素：

技术问题

对于燃油发动机，缸内燃油燃烧后高温废气所带大量热能未能被有效利用转化为动能，是发动机效率低的主要原因。电厂汽轮机排出的乏汽所带热量被有效利用转化为动能可提高热电厂综合热效率。

技术方案

本发明通过如下解决方案，来解决上述问题。

本发明的发动机具有热能转换缸。该热能转换缸具备活塞，顶部具有换热翅片；油道，设置在活塞、活塞销、连杆、曲轴、缸体；热能转换缸9，顶部设置有工作物质加注口，内部容纳工作物质，密封；密封环槽沟，设置在活塞销口的上下侧，设置在活塞侧面。密封环与密封环槽沟紧密贴合且同轴心配合，以达到密封热能转换缸9内的气态工作物质和防止冷却润滑所用机油的泄露。

该热能转换缸的一个工作循环过程中，活塞受到始终竖直向下的重力，和热能转换缸内气态工作物质所产生的压强对活塞产生的压力，以及缸壁对活塞的较小的摩擦力。同时热能转换缸上端受到高温废气的加热使气态工作物质内的压强增大。而活塞内部有通有散热及润滑作用的机油的散热用的油道，且机油只在活塞向上运动时通过油道被供给，在活塞向下运动时机油则停滞于油道中。

在一个工作循环中，活塞从起始位置最终又回到起始位置在重力方向位移为零故重力做功为零。由于热能转换缸密封，故影响气态工作物质对活塞压力大小的有两个可变因素分别为气态工作物质的温度和气态工作物质分子密度即热能转换缸的体积，故而在同一位置活塞向上运动时油道内机油间接对气态工作物质散热降温使气态工作物质对活塞的压力小于活塞向下运动时机油暂时滞留于油道无散热时受到的气态工作物质对它的压力，并且活塞顶部具有密集分布的条状换热翅片显著增大活塞与气态工作物质的接触面积从而使散热面积显著增大。在活塞从上止点下行至同一位置处，热能转换缸体积相等，气态工作物质质量一定故气态工作物质分子密度一定，故该因素对压力差影响可忽略。

热能转换缸上端受到高温废气的加热，在活塞运动到顶部并即将开始向下运动时，活塞将气态工作物质压缩至热能转换缸顶部，此时气态工作物质的分子密度最大受到的加热作用效率最高故而又可加大活塞向下运动时受到的气态工作物质的压力。

于是活塞向下时运动所受气态工作物质的压力对活塞所做的功的绝对值减去向上运动时做功的绝对值再减去缸壁摩擦力对对活塞做功的绝对值即为该热能转换缸从废气中所带热能中转化的动能的值。

发明效果

如以上所说明的那样，根据本发明，能够提供一种可转化高温废气所带热能为动能的发动机。

附图说明

图1是热能转换缸内带翅片活塞1的示意图。

图2是汽车发动机实施例的发动机曲轴示意图

图3是汽车发动机实施例的发动机截面示意图。

图4是火力发电厂发动机实施例的发动机截面示意图。

符号说明

1带翅片活塞1a翅片

2a～2h油道2油道

3密封环槽沟4销

5连杆6360度u型供机油槽

7180度u型供机油槽8燃油气缸

9热能转换缸10排气管

11排气门12加热管

13气态工作物质加注口14火花塞

15活塞16乏汽管

16a乏汽管进入端16b乏汽管输出端

17曲轴18散热底壳

18a冷水入口18b冷水出口

19油泵19a油泵入口

19b油泵出口20油底壳

具体实施方式

汽车发动机实施例

图3是汽车发动机实施例的发动机截面示意图。

图2是汽车发动机实施例的发动机曲轴示意图。

图1是热能转换缸内带翅片活塞1的示意图。

热能转换缸9的体积为以活塞1上部密封环，活塞1，缸壁，缸顶部为边界的内部可容纳气态工作物质的密封空间的体积。

作为实施例的汽车发动机具有带翅片活塞1、活塞15、360度u型供机油槽6、180度u型供机油槽7，燃油气缸8、热能转换缸9、排气管10、排气门11、加热管12、气态工作物质加注口13。

气态工作物质加注口13在发动机工作时为关闭状态，保持热能转换缸9的密封状态。可开启进行气态工作物质加注。

燃油气缸8的两个排气门相互连通，并且最终加热管连通12。

燃油气缸8做功行程接近终了时，两个排气门11开启，由于这时缸内压力高于大气压力，高温废气迅速排出气缸进入加热管12。

发动机内有至少两个燃油气缸8。在发动机运转时，两个缸内活塞运动不同步使得两个缸体交替排出高温废气使，加热管12内始终有高温废气。

加热管12内径大，热能转换缸9顶部从加热管中穿过并从上到下渐缩最终从加热管上部穿出的仅有气态工作物质加注口13。

在加热管12中部介于热能转换缸9之间连接有排气管10。高温废气在加热管12内对热能转换缸9不断加热，最后从排气口10排出。

带翅片活塞1由上部活塞1a，销4，连杆5组合而成。销4是空心的，中间空心即为油道2d，且有垂直于销长度方向的油道与连杆油道2c配合。连杆5从底部正中间竖直向上有油道2c贯穿至与销配合处油道2d。

曲轴两连杆颈有180度u型供机油槽7，与连杆5的油道2c180度配合，使机油只在活塞1向上运动时供给进入油道2c。曲轴17两侧面油道口极细使得机油最后大部分从连杆颈180度u型供机油槽7a进入活塞油道2c。

密封环槽沟3处安装有密封环，每个密封环槽沟3处安装一个密封环，每个活塞1有上下两个密封环槽沟3。上侧密封环，热能转换缸9的内壁以及活塞1共同围成的热能转换缸9是密封的，只有气态工作物质加注口13是可开闭的。上下两个密封环槽沟3处安装的两个密封环使机油不能自由通过，只能通过油道2e，油道2d出入。

具有散热润滑作用的一部分机油从油底壳被机油泵压入曲轴中间360度u型供机油槽6，机油从槽中的油道2a被压入并在油道中流动具有散热和润滑的作用。其中大部分机油又从油道2b流出进入180度u型供机油槽7，由于180度的设置使机油在活塞向上运动时油道2c与180度u型供机油槽7相配合此时机油进入油道2c，向上流经油道2d并流出，机油在两个密封环槽沟3处的密封环作用下将活塞侧壁浸润且不泄露，最后从侧壁油道2e流入活塞内测沿内壁径向下流后滴入油底壳。机油在活塞内以及内外壁流动浸润时对活塞有散热和润滑作用。

活塞1从下止点开始运动，在向上运动时机油对活塞1进行散热，活塞1与能转换缸9内气态工作物质接触传导气态工作物质所带热量，降低气态工作物质温度。当活塞1运动到上止点并即将向下运动时，热能转换缸9的体积被活塞1压至最小。活塞1在重力和气态工作物质的压力，缸壁对其的摩擦力合力的作用下向下运动此时180度u型供机油槽7与油道2c无配合，机油停滞在油道2中致使活塞和机油温度不断升高，导热变慢。

影响气态工作物质对活塞压力大小的可变因素有两个分别为气态工作物质的温度和气态工作物质的分子密度即热能转换缸9的体积，因此在活塞1从下止点运动到上止点再运动到下止点的一个工作循环中，活塞1在重力方向位移为零故重力做功为零，而在同一位置活塞1向上运动时油道2内机油间接对气态工作物质散热降温使气态工作物质对活塞1的压力小于活塞向下运动时机油暂时滞留于油道2活塞1导热缓慢时受到的气态工作物质对它的压力，并且活塞1顶部具有密集分布的条状换热翅片显著增大活塞与气态工作物质的接触面积从而使散热面积显著增大。在活塞1从上止点下行至同一位置处，两个时态的热能转换缸9体积相等，气态工作物质质量一定故气态工作物质分子密度一定，故该因素对压力差影响可忽略。热能转换缸9上端受到高温废气的加热，在活塞运动到顶部并即将开始向下运动时，活塞将气态工作物质压缩至热能转换缸9顶部，此时气态工作物质的分子密度最大受到的加热作用效率最高故而又可加大活塞1向下运动时受到的气态工作物质的压力。

于是活塞1向下时运动所受气态工作物质的压力对活塞1所做的功的绝对值减去向上运动时做功的绝对值再减去缸壁摩擦力对对活塞1做功的绝对值即为该热能转换缸9从废气中所带热能中转化的动能的值。

火力发电厂发动机实施例

图1是热能转换缸内带翅片活塞1的示意图。

图4是火力发电厂发动机实施例的发动机截面示意图。

作为实施例的火力发电厂发动机具有带翅片活塞1、热能转换缸9、气态工作物质加注口13、乏汽管16、曲轴17、散热底壳18、油泵19、油底壳20。

热能转换缸9的体积为以活塞1上部密封环，活塞1，缸壁，缸顶部为边界的内部可容纳气态工作物质的密封空间的体积。

发电厂汽轮机内排出的高温乏汽从乏汽进入端16a进入，对上部穿过乏汽管16内部被乏汽管16部分包围的热能转换缸9加热以提供所需热能，最后从乏汽输出端16b排出进入电厂的其他乏汽处理管道中。

气态工作物质加注口13在发动机工作时为关闭状态，保持热能转换缸9的密封状态。可开启进行气态工作物质加注。

乏汽管16内径大，热能转换缸9顶部从乏汽管16中穿过并从上到下渐缩最终从加热管上部穿出的仅有气态工作物质加注口13。

密封环槽沟3处安装有密封环，每个密封环槽沟3处安装一个密封环，每个活塞1有上下两个密封环槽沟3。上侧密封环，热能转换缸9的内壁以及活塞1共同围成的热能转换缸9是密封的，只有气态工作物质加注口13是可开闭的。上下两个密封环槽沟3处安装的两个密封环使机油不能自由通过，只能通过油道2e，油道2d出入

曲轴17中间主轴颈有360度u型供机油槽6a与油道2g360度配合，使机油源源不断供入油道2h。两连杆颈有180度u型供机油槽7a，与连杆5的油道2c180度配合，使机油只在活塞1向上运动时供给进入油道2c。曲轴17两侧面油道口极细使得机油最后大部分从连杆颈180度u型供机油槽7a进入活塞油道2c。

散热及润滑所用机油，最开始停滞于油底壳20中。油泵19运转后，机油从油泵入口19a进入油泵，被油泵从油泵出口19b压入油道2g。机油接着从油道2g进入360度u型供机油槽6a随后进入曲轴17内的油道2h。进入油道2h的机油大部分从连杆颈180度u型供机油槽7a进入活塞油道2c。进入油道2c的机油向上流经油道2d并流出，机油在两个密封环槽沟3处的密封环作用下将活塞侧壁浸润且不泄露，最后从侧壁油道2e流入活塞内测沿内壁径向下流后滴入油底壳。机油在活塞内以及内外壁流动浸润时对活塞有散热和润滑作用。滴入油底壳20的机油将热量导入散热底壳18实现降温以继续下一循环的润滑散热任务。

散热底壳18的顶部即为油底壳20的底壳。散热底壳的顶部与底部中间通有冷水，冷水从入口18a进入，从出口18b流出，其中出口18b设置在散热底壳中部储水空间的最高处，入口18a设置在储水空间的最低处，以保证散热底壳中部储水空间始终是满的。冷水将散热底壳顶壁导出机油的热量带走，最终起到散热底壳对机油的降温作用。

活塞1从下止点开始运动，在向上运动时机油对活塞1进行散热，活塞1与能转换缸9内气态工作物质接触传导气态工作物质所带热量，降低气态工作物质温度。当活塞1运动到上止点并即将向下运动时，热能转换缸9的体积被活塞1压至最小。活塞1在重力和气态工作物质的压力，缸壁对其的摩擦力合力的作用下向下运动此时180度u型供机油槽7a与油道2c无配合，机油停滞在油道2中致使活塞和机油温度不断升高，导热变慢。

影响气态工作物质对活塞压力大小的可变因素有两个分别为气态工作物质的温度和气态工作物质的分子密度即热能转换缸9的体积，因此在活塞1从下止点运动到上止点再运动到下止点的一个工作循环中，活塞1在重力方向位移为零故重力做功为零，而在同一位置活塞1向上运动时油道2内机油间接对气态工作物质散热降温使气态工作物质对活塞1的压力小于活塞向下运动时机油暂时滞留于油道2活塞1导热缓慢时受到的气态工作物质对它的压力，并且活塞1顶部具有密集分布的条状换热翅片显著增大活塞与气态工作物质的接触面积从而使散热面积显著增大。

在活塞1从上止点下行至同一位置处，两个时态的热能转换缸9体积相等，气态工作物质质量一定故气态工作物质分子密度一定，故该因素对压力差影响可忽略。热能转换缸9上端受到高温废气的加热，在活塞运动到顶部并即将开始向下运动时，活塞将气态工作物质压缩至热能转换缸9顶部，此时气态工作物质的分子密度最大受到的加热作用效率最高故而又可加大活塞1向下运动时受到的气态工作物质的压力。

于是活塞1向下时运动所受气态工作物质的压力对活塞1所做的功的绝对值减去向上运动时做功的绝对值再减去缸壁摩擦力对对活塞1做功的绝对值即为该热能转换缸9从废气中所带热能中转化的动能的值。