一种发动机废气能量循环结构的制作方法

本发明属于发动机改进技术领域，具体涉及一种发动机废气能量循环结构。

背景技术：

发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机（往复活塞式发动机）、外燃机（斯特林发动机、蒸汽机等）、喷气发动机、电动机等。如内燃机通常是把化学能转化为机械能。发动机既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器（如：汽油发动机、航空发动机）。发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。

目前，发动机的能效低是一个普遍现象，传统的提高发动机能效的方法主要有两个：一种是使用阿特金森循环，阿特金森循环是增加做功冲程的行程来提高能效，有一定效果，但是排气中依然有大量的能量没有利用起来，有大量的能量在废气中随着排气冲程跑掉了。还有一种是使用米勒循环，米勒循环是通过提前关闭进气门的方法，使得空气减压降温，但也只能略微降低排气温度，排气的热能依然有很多浪费掉了，而且使进气膨胀本身也要消耗机械能，因此，最终计算下来整体是否节能也很难说。

因此，针对发动机能效低的问题，设计了一种发动机废气能量循环结构来改善上述问题。

技术实现要素：

为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种发动机废气能量循环结构。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种发动机废气能量循环结构，包括发动机本体，所述发动机本体上设置有进气管道和排气管道，所述进气管道的入口段设置有涡轮发电装置，所述进气管道的入口段和所述排气管道的出口段交叉后组成一个能量循环结构。

优选的技术方案为：所述进气管道的入口段管道设置在所述排气管道的出口段管道内，所述进气管道的入口朝向与所述排气管道的出口朝向位于同一侧。

优选的技术方案为：所述进气管道的入口位于所述排气管道的出口的外侧。

优选的技术方案为：所述排气管道的出口段管道设置在所述进气管道的入口段管道内，所述进气管道的入口朝向与所述排气管道的出口朝向位于同一侧。

优选的技术方案为：所述排气管道的出口位于所述进气管道的入口的外侧。

优选的技术方案为：所述排气管道的出口段管道设置在所述进气管道的入口段管道内，所述进气管道的入口朝向与所述排气管道的出口朝向位于不同侧，所述排气管道的出口位于所述进气管道的外部。

优选的技术方案为：所述进气管道的入口段管道设置在所述排气管道的出口段管道内，所述进气管道的入口朝向与所述排气管道的出口朝向位于不同侧，所述进气管道的入口位于所述排气管道的外部。

优选的技术方案为：所述进气管道入口段与所述排气管道出口段的交叉部分彼此平行设置。

优选的技术方案为：所述涡轮发电装置位于所述进气管道的入口。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：

本发明设计的废气能量循环结构，通过消耗机械能来制造低温低压空气，通过低温低压空气吸热后变成高温空气减少吸气做功，通过废气换热后转换成低温废气，减少排气冲程的能量消耗，合理的利用了发动机排气的余热，转化成了动能输出，减少了对大气中热能的排放，提高了发动机的能效，也使得制造一种不会对发动机周边空气加热的发动机成为可能。

附图说明

图1为本发明实施例一示意图。

图2为本发明实施例二示意图。

图3为本发明实施例三示意图。

图4为本发明实施例四示意图。

以上附图中，发动机本体1，进气管道2，排气管道3，涡轮发电装置4。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1~图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例一：如图1所示，一种发动机废气能量循环结构，包括发动机本体1，发动机本体1上设置有进气管道2和排气管道3，进气管道2的入口段设置有涡轮发电装置4，进气管道2的入口段和排气管道3的出口段交叉后组成一个能量循环结构。进气管道2的入口段管道设置在排气管道3的出口段管道内，进气管道2的入口朝向与排气管道3的出口朝向位于同一侧。进气管道2的入口位于排气管道3的出口的外侧。进气管道2入口段与排气管道3出口段的交叉部分彼此平行设置。涡轮发电装置4位于进气管道2的入口。

实施例二：如图2所示，一种发动机废气能量循环结构，包括发动机本体1，发动机本体1上设置有进气管道2和排气管道3，进气管道2的入口段设置有涡轮发电装置4，进气管道2的入口段和排气管道3的出口段交叉后组成一个能量循环结构。排气管道3的出口段管道设置在进气管道2的入口段管道内，进气管道2的入口朝向与排气管道3的出口朝向位于同一侧。排气管道3的出口位于进气管道2的入口的外侧。进气管道2入口段与排气管道3出口段的交叉部分彼此平行设置。涡轮发电装置4位于进气管道2的入口。

实施例三：如图3所示，一种发动机废气能量循环结构，包括发动机本体1，发动机本体1上设置有进气管道2和排气管道3，进气管道2的入口段设置有涡轮发电装置4，进气管道2的入口段和排气管道3的出口段交叉后组成一个能量循环结构。排气管道3的出口段管道设置在进气管道2的入口段管道内，进气管道2的入口朝向与排气管道3的出口朝向位于不同侧，排气管道3的出口位于进气管道2的外部。进气管道2入口段与排气管道3出口段的交叉部分彼此平行设置。涡轮发电装置4位于进气管道2的入口。

实施例四：如图4所示，一种发动机废气能量循环结构，包括发动机本体1，发动机本体1上设置有进气管道2和排气管道3，进气管道2的入口段设置有涡轮发电装置4，进气管道2的入口段和排气管道3的出口段交叉后组成一个能量循环结构。进气管道2的入口段管道设置在排气管道3的出口段管道内，进气管道2的入口朝向与排气管道3的出口朝向位于不同侧，进气管道2的入口位于排气管道3的外部。进气管道2入口段与排气管道3出口段的交叉部分彼此平行设置。涡轮发电装置4位于进气管道2的入口。

以上四种实施例，实施例一是排气管包住进气管，实施例二是进气管包住排气管。实施例三与实施例二的不同之处是气流方向，但同样都是进气管包住排气管，实施例三的进气气体流向和排气气体流向为同一个方向，实施例二是进气气体流向和排气气体流向方向相反。实施例四与实施例一的不同之处是也是气流方向，同样都是排气管包住进气管，实施例四的进气气体流向和排气气体流向为同一个方向，实施例一是进气气体流向和排气气体流向方向相反。

实施例三和实施例四两个方案中，废气热能传递方向与涡轮进气同向，进气压力比实施例一和实施例二高，功率更高，不同的涡轮设计甚至可以实现涡轮增压，但是与传统的涡轮增压不同，传统的涡轮增压是使得排气阻力增加而效率降低，而这里的涡轮增压使得排气阻力减少效率提高，同时涡轮还发电。另外在进气降温过程中还可以设计一段过冷段用于车内降温温度调节。其中，实施例三的方案，进气压力是有可能不减少的，功率相对会更高一些。

进气温度一方面因为阻力吸气减压降温，另一方面吸收了废气余热减缓了降温这里面实现了能量从废气转移到进气中。排气温度逐步被进气吸热降温，而不是传统的发动机的向空间散热降温。

本发明在原有的奥托循环发动机上设计了一个废气能量循环结构，原理及作用如下：

1.首先自然吸气行程改成受阻力吸气，在进气管道中安装涡轮发电装置增加吸气阻力，通过消耗机械能来制造低温低压空气，同时发电回收一部分能量。

2.制造出来的低温低压空气与废气换热得到高温低压空气；这里有双重作用，一是低温低压空气吸热后变成高温空气可以减少吸气做功，二是废气换热之后转换成低温废气，可以减少排气冲程的能量消耗。

3.高温低压空气进入气缸进入压缩冲程，因为低压空气压缩冲程的压缩比要高于原有的奥托循环发动机，一般压缩比是13，如果制造的是0.5大气压的空气，那么这里压缩比是26，取得与原来13压缩比相同的压缩效果，冲程也要加大到原来的两倍。

本发明可以利用的排气废热就比米勒循环多很多，有三个节能的方面：1.进气膨胀（这里是消耗一定能量的，但是因为有废气给进气加温所以可视为节能）；2.进气阻力发电；3.排气降温提升动力（根据热力学定律假如排气温度接近绝对零度那么能效接近100%）

本发明设计的废气能量循环结构，通过消耗机械能来制造低温低压空气，通过低温低压空气吸热后变成高温空气减少吸气做功，通过废气换热后转换成低温废气，减少排气冲程的能量消耗，合理的利用了发动机排气的余热，转化成了动能输出，减少了对大气中热能的排放，提高了发动机的能效，也使得制造一种不会对发动机周边空气加热的发动机成为可能。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。