CN101943053B - 一种节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，涉及往复活塞式内燃机技术领域。主要结构为，内燃机缸盖上方设有进气门上部水箱和排气门上部水箱，供油嘴处于两个水箱的中间位置；设有自动限压通水阀，自动限压通水阀缸体上设有A连通水管和B连通水管，可与内燃机缸体内的暗加热螺旋通水道、排气门上部水箱、Q型舌胆连通，Q型舌胆通过蒸汽机动力限压阀与蒸汽机喷水嘴及爆发室连通。该发动机具有热效率高、污染少、省油、节能减排、结构紧凑等优点；用途广，特别适合在汽车、火车、拖拉机等柴油、汽油多缸内燃机上使用。

Description

一种节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机

技术领域

本发明涉及往复活塞式内燃机技术领域。

背景技术

目前，世界上的内燃机动力技术本身发展得已经比较成熟，但是随着社会的发展，节能环保对内燃机的发展提了更高的要求，需要内燃机更新换代产品出现，替代传流的内燃机。现在的内燃机做功时都会产生出1000℃以上的高温，排放出大量的可再燃能源和二氧化碳。内燃机在注油燃烧推动活塞做功时加热了缸体和缸盖，并向外散热，以上内燃机制造的热能将被无效损耗，这无疑造成了巨大的浪费，不仅降低了热能的得利用率，也对环境造成了污染。本人曾发明了实用新型《节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机》，专利号为200720101769.8，但其结构尚需进一步改进，以便提高其热能利用率，从根本上解决一长期以来存在的能源浪费和环境污染的这一难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，该发动机具有热效率高、污染少、省油、节能减排、结构紧凑等优点；其用途广，特别适合在汽车、火车、拖拉机等柴油、汽油多缸内燃机上使用。

本发明的主要技术方案是：一种节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，包括内燃机、蒸汽机，其特征在于，

内燃机缸盖上方设有两个不同温度区域的加热水箱即进气门上部水箱和排气门上部水箱，内燃机的供油嘴处于两个水箱的中间位置；内燃机缸体上设有暗加热螺旋通水道；设有自动限压通水阀；自动限压通水阀为活塞式阀门，活塞缸筒内设有滑动键和键槽，以防连通水道错位；自动限压通水阀活塞的底部设有高压进水道，自动限压通水阀活塞的顶部设有弹簧，并连有限压表，自动限压通水阀活塞上设有连通水道，自动限压通水阀缸体上设有A连通水管和B连通水管，可与连通水道接通；通水管为与A连通水管和B连通水管并联的附加水管，在自动限压通水阀的外部绕行通过(与自动限压通水阀无关联)，且上设开关；B连通水管分别与A注水泵与B注水泵的进水口连通，A注水泵与B注水泵的出水口通过注水泵高压管与暗加热螺旋通水道连通，暗加热螺旋通水道与排气门上部水箱连通的下进水口连通，排气门上部水箱的上出水口与高压管连通，高压管与单向出水阀连接，单向出水阀与Q型舌胆进水口连通，Q型舌胆出水高压管与蒸汽机动力限压阀的下进水口连通，蒸汽机动力限压阀的出水口通过高压管与和蒸汽机喷水嘴进水口连通；蒸汽机喷水嘴进水口与汽针喷孔连通，汽针喷水孔与爆发室连通，爆发室与缸筒及缸筒排气口连通；

Q型舌胆设在蒸汽机上部缸盖上，Q型舌胆的上侧部设有附加水管加水时用的螺丝放气孔，蒸汽机上部缸盖上设有蒸汽机动力限压阀和整体喷水嘴机构，蒸汽机上部缸盖上设有喷水嘴汽针摇臂机构，汽针摇臂导压头与弹簧盖导压柱配合，汽针摇臂与A汽针挺杆及B汽针挺柱配合，B汽针挺柱与内燃机内凸轮轴上的凸轮配合；内燃机排气口和蒸汽机缸盖联通，蒸汽机动力限压阀及Q型舌胆、整体喷水嘴机构的预热部分均在蒸汽机缸盖或环形管道内；Q型舌胆、蒸汽机上部缸盖上设有内燃机排气进气口和排气口，排气口在蒸汽机的缸盖壁上；蒸汽机下部封闭缸筒的缸盖上设有爆发室，爆发室上设有喷水嘴底座。

所述的蒸汽机下部缸盖与内燃机缸盖处于一个平面上，为一体较好。

所述的爆发室壁外设有液化汽加热室较好；液化汽加热室外有防护罩。

所述的内燃机缸体上的暗加热螺旋通水道与内燃机缸体为一体式较好。

所述的内燃机缸体上的暗加热螺旋通水道为铸造式结构，或机加和焊接式结构。

所述的暗加热螺旋通水道分为上下两部分，上部分的水道横截面积小于下部分的道横截面积的1/2较好。

所述的Q型舌胆为球形较好(也可为其他形状)，Q型舌胆的上部设有断流空气压缩管。

所述的节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，其特征在于内燃机缸盖排气口为向左右排气结构，在蒸汽机左边的内燃机缸盖排气口向右排入蒸汽机缸盖内，在蒸汽机右边的内燃机缸盖排气口向左排，使内燃机排出的高温气体同时进入蒸汽机缸盖内，剩余的内燃机排气口用用环形排气导管，可分上下两部，将内燃机排出的气体进入蒸汽机缸盖内。

本发明的积极效果是显著的：由于其结构合理，可从根本上解决长期以来存在能源浪费和环境污染的难题，大大提高其热利用率，节油减排，并且运行安全、少故障，能产生较好的经济效益和社会效益。该发动机具有热效率高、污染少、省油、结构紧凑等优点，可达到节能减排的目的；其用途广，特别适合在汽车、火车、拖拉机等柴油、汽油多缸内燃机上使用，每个缸筒都相当一个高温锅炉。

附图说明

图1为本发明实施例1内燃机为多缸式或单缸式的结构示意图。

图2为图1中的蒸汽机喷水嘴部分的右视图。

参见图1、图2，1-注水泵高压管，2-暗加热螺旋通水道，3-内燃机缸体，4-B连通水管，5-A注水泵，6-B注水泵，7、8-通水管，9-开关，10-限压表，11-弹簧，12-自动限压通水阀，13-A连通水管，14-连通水道，15-自动限压通水阀活塞，16-内燃机进气口，17-内燃机缸盖，18-进气门上部水箱，19-进气门弹簧，20-进气门，21-进气门上部水箱进水口，22-供油嘴，23-内燃机排气门导管，24-上出水口，25-高压管，26-空气压缩管防护罩，27-断流空气压缩管，28-单向出水阀，29-Q型舌胆，30-Q型舌胆出水高压管，31-内燃机排气口，32-进水口，33-(蒸汽机)缸盖下半部，34-限压阀活塞，35-限压阀外套，36-限压阀螺丝扣封闭压盖，37-限压表，38-弹簧，39-喷水嘴上顶部螺丝扣压盖，40-汽针摇臂导压柱，41-弹簧压盖，42-喷水嘴整体外套，43-摇臂弹簧，44-汽针弹簧，45-汽针，46-汽针外套凸边，47、48-高压进水管，49-汽针外套，50-喷水嘴底座，51-爆发室，52-活塞凸边隐形槽，53-活塞凸边，54-活塞，55-活塞连杆，56-缸筒排气口，57-缸筒，58-(内燃机二次)排气口，59-汽针喷水孔，60-排气门上部水箱，61-螺丝放气孔，62-Q型舌胆进水口，63-限压阀进水口，64-蒸汽机动力限压阀，65-限压阀出水口，66-蒸汽机喷水嘴进水口，67-蒸汽机排气进气口，68-蒸汽机缸盖上半部扣盖，69-与机体接合处，70-内燃机活塞爆发室，71-内燃机活塞，72-活塞连杆，73-排气门弹簧，74-排气门，75-高压进水管，76-凸边与外套固定螺丝，77-汽针定位弹簧挡圈，78-液化汽加热室，79-汽针摇臂，80-摇臂轴，81-摇臂间隙调整螺丝，82-摇臂挺杆凹槽，83-汽针挺杆，84-挺柱凹槽，85-汽针挺柱，86-挺柱底盘，87-内燃机内凸轮轴、88-凸轮。

具体实施方式

参见图1、图2，该节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，包括内燃机、蒸汽机；

内燃机缸盖上方设有两个不同温度区域的加热水箱即进气门上部水箱18和排气门上部水箱60，内燃机1的供油嘴22处于两个水箱的中间位置，将两水箱隔离；内燃机缸体3上设有暗加热螺旋通水道2；设有自动限压通水阀12，自动限压通水阀12为活塞式阀门，活塞缸筒内设有滑动键和键槽，自动限压通水阀活塞15的底部设有高压进水道75，自动限压通水阀活塞15的顶部设有弹簧11，并连有限压表10，自动限压通水阀活塞15上设有连通水道14，自动限压通水阀缸体12上设有A连通水管13和B连通水管4，可与连通水道14接通；橡胶通水管8、7为与A连通水管13和B连通水管4并联的附加水管，在自动限压通水阀12的外部绕行通过，且上设开关9；B连通水管4分别与A注水泵5与B注水6的进水口连通，A注水泵5与B注水泵6的出水口通过注水泵高压管1与暗加热螺旋通水道2连通，通过高压泵出水口和高压管向暗加热螺旋通水道2内注水；暗加热螺旋通水道2与排气门上部水箱60连通的下进水口32连通，排气门上部水箱60的上出水口24与高压管25连通，高压管25与单向出水阀28连接，单向出水阀28与Q型舌胆进水口62连通，Q型舌胆出水高压管30与蒸汽机动力限压阀64的下进水口连通，蒸汽机动力限压阀64的出水口65通过高压管47与和蒸汽机喷水嘴进水口66连通；蒸汽机喷水嘴进水口66与汽针喷孔59连通，汽针喷孔59与爆发室51连通，爆发室51与缸筒57及缸筒排气口56连通；缸筒排气口56与外降温散热器连通，外降温散热器出水口与内燃机进气门上部水箱18连通，构成循环水网络，注水泵代替循环抽水泵。

蒸汽机缸盖分两部分组成，蒸汽机缸盖下半部33与内燃机缸盖为一体，在一个平面上，上部分是扣盒形状，两边有内燃机排气进气口，内燃机排气进气口有向前排气改为向左右排气，右边内燃机向左排气，左边内燃机向右排气，进入蒸汽机缸盖内进行充分燃烧，供蒸汽做功；其他内燃机缸盖排气口排出的高温气体用环形排气管绕行进入蒸汽机缸盖内；蒸汽机缸盖总排气口58将内燃机排进的气体一次性排出；Q型舌胆29在蒸汽机上部缸盖上，Q型舌胆29是蒸汽机的动力核心，必须将它安装在内燃机排气口31的最佳位置；Q型舌胆29的上侧部设有附加水管加水时用的螺丝放气孔61，为螺丝型结构；Q型舌胆29的上部设有断流空气压缩，汽压到一定值时即将水不弹出做功；蒸汽机上部缸盖上设有蒸汽机动力限压阀64和整体喷水嘴机构，全程一个；蒸汽机上部缸盖上设有内燃机排气进气口67和排气口58，排气口58在蒸汽机的缸盖壁上，不防碍其他零部件的安装；蒸汽机上部缸盖上设有喷水嘴汽针摇臂机构，汽针摇臂79导压头与弹簧盖导压柱40配合，汽针摇臂79与A汽针挺杆83及B汽针挺柱85配合，B汽针挺柱85与内燃机内凸轮轴87上的凸轮88配合。内燃机排气口31和蒸汽机缸盖联通，蒸汽机动力限压阀63及Q型舌胆29、整体喷水嘴机构的预热部分均在蒸汽机缸盖或环形管道内，以利加热节能。

蒸汽机下部封闭缸筒的缸盖上设有爆发室51，与内燃机活塞爆发室70相反；爆发室51上设有喷水嘴底座50，爆发室外壁外设有液化汽加热室78，占爆发室周围面积的1/2，可增加爆发力(没有也可)，液化汽加热室78外有防护罩；液化点火用电喷点火形式进行，液化汽开关与内燃机油门控制机构并联动作或单独动作，此项在必要时使用；液化汽加热室78外有防护罩，防止内燃机排气口排出的气体将火扑灭。蒸汽机下部封闭缸盖处有活塞凸边隐形槽52与活塞凸边53吻合；蒸汽机活塞下有连杆55与内燃机曲轴接合；蒸汽机缸筒上有缸筒排气口56，缸筒排气口56下底边与活塞下止点上缘边平齐；缸筒排气口56用导管与外散热降温器接通；外散热降温器出水口与内燃机进气门上部水箱进水口21联通，使水循环使用。爆发室外壁面周设有液化汽加热室78外有防护罩；A注水泵5与B注水泵6交替注水；蒸汽机下部缸盖与内燃机缸盖处于一个平面上。内燃机缸体3上的暗加热螺旋通水道2与内燃机缸体3为一体式。内燃机缸体3上的暗加热螺旋通水道2为铸造式结构，或机加和焊接式结构。暗加热螺旋通水道2分为上下两部分，上部分的通水道横截面积小于下部分通水道的道横截面积的1/2。Q型舌胆29)球形，Q型舌胆29的上部设有断流空气压缩管27。蒸汽机下部缸盖与内燃机缸盖处于一个平面上，为一体。燃机缸体3上的暗加热螺旋通水道2与内燃机缸体3为一体式。暗加热螺旋通水道2为铸造式结构，或机加和焊接式结构。内燃机缸盖排气口为向左右排气结构，在蒸汽机左边的内燃机缸盖排气口向右排入蒸汽机缸盖内，在蒸汽机右边的内燃机缸盖排气口向左排，使内燃机排出的高温气体同时进入蒸汽机缸盖内，剩余的内燃机排气口用用环形排气导管同时将内燃机排出的气体进入蒸汽机缸盖内。

实施例蒸汽机注水泵、喷水嘴、汽针摇臂凸轮的配合及工作原理叙述：

蒸汽机高压A、B注水泵与内燃机注油泵设置在同样位置并排直列；加长现有内燃机凸轮轴的长度，蒸汽机A注水泵凸轮与组合为一组的内燃机注油泵凸轮设在同样角度位置，同时做功；另一个B注水泵凸轮与A注水泵凸轮相对应(相对角为180°)，单独注水；B注水泵在注水时喷水嘴在汽针摇臂79的不平衡下压作用下，喷水嘴不向爆发室喷水，为舌胆内储备水。A注水泵与注油泵同时做功时，汽针摇臂79平衡不做功，喷水嘴向爆发室喷水；A注水泵与注油泵同时做动时，汽针摇臂79平衡不做动，喷水嘴向爆发室喷水，A注水泵注水时，要与蒸汽机活塞上升到止点时协调；A注水泵注水、B注水泵交替注水，喷水嘴一次喷发增加爆发力。A注水泵注水、B注水泵有出水阀组成的供水系统分别同时向内燃机每个缸套的暗加热螺旋通水道2内供水。每个注水泵每次的供水量大约是最大注油量的4倍。注水量是固定的，一定质量的水在封闭的容器内随着温度的升高体积增大，压力增大，内燃机其他主要设计不变。增加了凸轮和凸轮轴的长度。喷水嘴是利用活塞与爆发室压缩比产生的压强迫使汽针上移自动喷水，汽针可由圆柱体和部分圆锥体构成。单缸内燃机方法同，但要调整缸筒体积和连杆。

实施例有关零部件的说明：

1、喷水嘴自动喷水是以蒸汽机活塞上升达到一定比值時使汽针上升，高温高压水从喷嘴进水口进入喷水嘴内，从汽针圆锥体间隙喷进爆发室。喷水嘴进水口离汽针圆锥体大约3-5mm。四缸内燃机喷水嘴进水口有3个；活塞54与爆发室51的压缩比在1/18左右。

2、蒸汽机动力限压阀64是蒸汽机控别动力大小的关键零件。一般控制在温度为250℃的压强。

3、高温高压Q型舌胆29是蒸汽机的动力核心，它的内部压强由动力限压阀64的控制，每个Q型舌胆29内的容量是爆发室51容积的5倍左右。

4、A注水泵、B注水泵所注进的水缓慢地通过暗加热螺旋通水道2进行预热，几十秒才能到达蒸汽机喷水嘴进水口66，使注水泵所注进的水大量增加了体积和压强。依据缸体闪螺旋通水道气温压强公式来确定发动机动力大小的供水需求量。

缸套内螺旋通水道气温压强公式为：

W表示注水泵每次的供水量，V表示每次供水体积，S表示每次向螺旋通水道内所注入水的流速，t表示注水泵每次注水时间，N表示螺旋通水道的匝数即长度。

5、本机能带动一批以水为基础的水化物水溶液为蒸汽机的新能源。水能吸收各种气体和含有气体的化学物质，成为水溶液，气体遇热快速分离，如亚硝酸钠(NaN03)、碳酸氢钠等含有钠元素的化学物质为蒸汽机的新能源，有防冻、防锈、造气润滑的功能。

6、蒸汽机的动力大小随内燃机加油多少和液化汽对爆发室加热大小而变化(必要时也可用液化汽加热，一般不用此法)。

7、蒸汽机可不用任何降温措施。蒸汽机必要部件用不生锈金属制造。如：铜、不锈钢、铝合金。

8、蒸汽机用的水是除去水垢的纯净水，以防水垢将通水道堵塞。

9、该机也有一些不足，即蒸汽机部分不能立即做功，1分钟后当排气门上部水箱60达130℃左右才开始做功。

10、本发明利用内燃机本身做功时注油燃烧产生的高温供蒸汽机使用，为节能减排内燃机组合式发动机，并非扩大现在内燃机的体积，而是利用蒸汽机缸筒来替换内燃机内中间的某一个缸筒，从而节省了许多内燃机部件，构成了节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机的形式。节油率在25％以上，减排可达25％以上，内燃机释放的热能利用率可达95％以上。从而可为社会带来巨大经济效益。

Claims (8)

1.一种节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，包括内燃机、蒸汽机，其特征在于，

内燃机缸盖上方设有两个不同温度区域的加热水箱即进气门上部水箱(18)和排气门上部水箱(60)，内燃机(1)的供油嘴(22)处于两个水箱的中间位置；内燃机缸体(3)上设有暗加热螺旋通水道(2)；设有自动限压通水阀(12)；自动限压通水阀(12)为活塞式阀门，活塞缸筒内设有滑动键和键槽，自动限压通水阀活塞(15)的底部设有高压进水道(75)，自动限压通水阀活塞(15)的顶部设有弹簧(11)，并连有限压表(10)，自动限压通水阀活塞(15上设有连通水道(14)，自动限压通水阀缸体(12)上设有A连通水管(13)和B连通水管(4)，A连通水管(13)和B连通水管(4)可与连通水道(14)接通；通水管(8、7)为与A连通水管(13)和B连通水管(4)并联的附加水管，在自动限压通水阀(12)的外部绕行通过，且上设开关(9)；B连通水管(4)分别与A注水泵(5)与B注水泵(6)的进水口连通，A注水泵(5)与B注水泵(6)的出水口通过注水泵高压管(1)与暗加热螺旋通水道(2)连通，暗加热螺旋通水道(2)与排气门上部水箱(60)连通的下进水口(32)连通，排气门上部水箱(60)的上出水口(24)与高压管(25)连通，高压管(25)与单向出水阀(28)连接，单向出水阀(28)与Q型舌胆进水口(62)连通，Q型舌胆出水高压管(30)与蒸汽机动力限压阀(64)的下进水口连通，蒸汽机动力限压阀(64)的出水口(65)通过高压管(47)与和蒸汽机喷水嘴进水口(66)连通；蒸汽机喷水嘴进水口(66)与汽针喷孔(59)连通，汽针喷水孔(59)与爆发室(51)连通，爆发室(51)与缸筒(57)及缸筒排气口(56)连通；

Q型舌胆(29)设在蒸汽机上部缸盖上，Q型舌胆(29)的上侧部设有附加水管加水时用的螺丝放气孔(61)，蒸汽机上部缸盖上设有蒸汽机动力限压阀(64)和整体喷水嘴机构，蒸汽机上部缸盖上设有喷水嘴汽针摇臂机构，汽针摇臂(79)导压头与弹簧盖导压柱(40)配合，汽针摇臂(79)与A汽针挺杆(83)及B汽针挺柱(85)配合，B汽针挺柱(85)与内燃机内凸轮轴(87)上的凸轮(88)配合；内燃机排气口(31)和蒸汽机缸盖联通，蒸汽机动力限压阀(63)及Q型舌胆(29)、整体喷水嘴机构的预热部分均在蒸汽机缸盖或环形管道内；Q型舌胆(29)、蒸汽机上部缸盖上设有内燃机排气进气口(67)和排气口(58)，排气口(58)在蒸汽机的缸盖壁上；蒸汽机下部封闭缸筒的缸盖上设有爆发室(51)，爆发室(51)上设有喷水嘴底座(50)。

2.根据权利要求1所述的节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，其特征在于所述的蒸汽机下部缸盖与内燃机缸盖处于一个平面上，为一体。

3.根据权利要求1所述的节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，其特征在于所述的爆发室壁外设有液化汽加热室(78)；液化汽加热室(78)外有防护罩。

4.根据权利要求1所述的节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，其特征在于所述的内燃机缸体(3)上的暗加热螺旋通水道(2)与内燃机缸体(3)为一体式。

5.根据权利要求4所述的节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，其特征在于所述的内燃机缸体(3)上的暗加热螺旋通水道(2)为铸造式结构，或机加和焊接式结构。

6.根据权利要求5所述的节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，其特征在于所述的暗加热螺旋通水道(2)分为上下两部分，上部分的水道横截面积小于下部分的道横截面积的1/2。

7.根据权利要求1所述的节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，其特征在于所述的Q型舌胆(29)为球形，Q型舌胆(29)的上部设有断流空气压缩管(27)

8.根据权利要求1所述的节能减排内燃机蒸汽机组合式发动机，其特征在于内燃机缸盖排气口为向左右排气结构，在蒸汽机左边的内燃机缸盖排气口向右排入蒸汽机缸盖内，在蒸汽机右边的内燃机缸盖排气口向左排，使内燃机排出的高温气体同时进入蒸汽机缸盖内，剩余的内燃机排气口用用环形排气导管同时将内燃机排出的气体进入蒸汽机缸盖内。

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