CN118257661A - 活塞发动机、发电机组及移动载具 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种活塞发动机、发电机组及移动载具，该活塞发动机包括曲轴、内燃缸、内燃缸换热器、内燃缸换热器、蒸气缸及润滑箱体。内燃缸内设置有内燃活塞，内燃活塞通过连杆机构连接于曲轴。内燃缸换热器套设在内燃缸的外表面，内燃缸换热器内预设有换热介质，以回收内燃缸的缸壁散发的热量，内燃缸换热器开设有内燃缸换热器出气口。蒸气缸内设置有蒸气活塞，蒸气活塞通过连杆机构连接于曲轴；蒸气缸开设有蒸气进气口，蒸气进气口与内燃缸换热器出气口连通，以将换热后获得的蒸气通入蒸气缸内做功；蒸气缸上开设有冷凝口，冷凝口用于将做功后冷却的换热介质导出蒸气缸。润滑箱体内容纳有曲轴，润滑箱体用于承接冷凝口导出的换热介质。

Description

活塞发动机、发电机组及移动载具

技术领域

本申请属于热机技术领域，具体而言，涉及一种活塞发动机、发电机组及移动载具。

背景技术

活塞发动机也叫往复式发动机，是一种利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机，活塞发动机是热机的一种，靠汽油、柴油、甲醇等燃料提供动力。活塞式发动机主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构等组成。活塞式发动机大多是四冲程发动机，即一个气缸完成一个工作循环，活塞在气缸内要经过四个冲程，依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。

发动机的热效率是指转变为机械功的热量与所消耗的热量的比值，热效率是衡量发动机的技术水平及经济性的重要指标。活塞发动机的热量损失较高，其热效率仅有20％-30％，因此提高活塞发动机的热效率具有非常重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺点，本申请的目的在于提供一种活塞发动机、发电机组及移动载具，以解决现有活塞发动机热效率低的技术问题。

本申请为解决上述的技术问题所采用的技术手段是：

第一方面，本申请中提供了一种活塞发动机，该活塞发动机包括曲轴、内燃缸、内燃缸换热器、内燃缸换热器、蒸气缸及润滑箱体。所述内燃缸内设置有内燃活塞，所述内燃活塞通过连杆机构连接于所述曲轴。内燃缸换热器套设在所述内燃缸的外表面，所述内燃缸换热器内预设有换热介质，以回收所述内燃缸的缸壁散发的热量，所述内燃缸换热器开设有内燃缸换热器出气口。所述蒸气缸内设置有蒸气活塞，所述蒸气活塞通过连杆机构连接于所述曲轴；所述蒸气缸开设有蒸气进气口，所述蒸气进气口与所述内燃缸换热器出气口连通，以将换热后获得的蒸气通入所述蒸气缸内做功；所述蒸气缸上开设有冷凝口，所述冷凝口用于将做功后冷却的换热介质导出所述蒸气缸。所述润滑箱体内容纳有所述曲轴，所述润滑箱体用于承接所述冷凝口导出的换热介质。

进一步地，所述润滑箱体与所述内燃缸换热器连通，以使所述润滑箱体内的换热介质回收至所述内燃缸换热器。

进一步地，还包括第一循环泵，所述第一循环泵连通所述润滑箱体与所述内燃缸换热器，用于将所述润滑箱体内的换热介质泵入所述内燃缸换热器内。

进一步地，上述活塞发动机还包括第二循环泵，所述第二循环泵包括泵入口、第一泵出口与第二泵出口，所述泵入口与所述润滑箱体连通，所述第一泵出口与所述内燃缸的底部内壁相对，所述第二泵出口与所述蒸气缸的底部内壁相对。

进一步地，上述活塞发动机还包括废气介质换热器，所述废气介质换热器包括废气通道与介质通道。所述废气通道包括废气进气口与废气出气口，所述废气进气口与内燃缸的排气口连通，所述废气出气口与大气连通。所述介质通道包括介质入口与介质出口，所述介质入口与所述内燃缸换热器出气口或所述冷凝口连通，所述介质出口与所述蒸气进气口连通。

进一步地，所述润滑箱体为密封箱体，所述内燃缸与蒸气缸的缸套底部伸入所述润滑箱体。所述活塞发动机还包括稳压管道和稳压控制气阀，所述稳压管道的一端与所述废气介质换热器的介质出口连通，另一端与所述润滑箱体连通，所述稳压控制气阀用于在所述蒸气缸做功后打开并在所述蒸气缸做功时关闭。

进一步地，所述曲轴上连接有发电机，所述发电机浸入在所述润滑箱体内的换热介质内；

所述发电机为盘式电机或BSG电机。

进一步地，上述活塞发动机还包括蒸气缸换热器，所述蒸气缸换热器套设在所述蒸气缸的外表面，所述蒸气缸换热器内预设有换热介质，以回收所述蒸气缸的缸壁散发的热量，所述蒸气缸换热器包括蒸气缸换热器出气口。蒸气缸换热器出气口与所述内燃缸换热器连通，和/或，所述蒸气缸换热器出气口与所述废气介质换热器的介质入口连通。

进一步地，所述蒸气缸包括蒸气缸套，所述蒸气活塞包括柔性密封体以及活塞板，所述柔性密封体包括相互连通的第一端口与第二端口，所述第一端口与所述蒸气缸套的底部密封连接，所述第二端口与所述活塞板密封连接，所述活塞板通过连杆机构与曲轴连接；或，所述蒸气缸包括蒸气缸套，所述蒸气活塞设置在所述蒸气缸套内，所述蒸气缸套的内壁涂覆有润滑涂层。

进一步地，在标准大气压下，所述换热介质的沸点为50℃-150℃。

进一步地，所述换热介质为氟戊烷、氟己烷、氟庚烷、氟辛烷、乙醇、乙二醇、甲醇、汽油、氟烃制冷剂、氯氟烃制冷剂与水或者水与上述物质的混合物。

第二方面，本申请还提供了一种发电机组，该发电机组包括发电机以及第一方面任一实施例的活塞发动机和曲轴，活塞发动机中的内燃活塞、蒸气活塞以及发电机与所述曲轴连接。

第三方面，本申请还提供了一种移动载具，该移动载具包括第二方面任一实施例的发电机组，所述移动载具通过发电机组提供驱动力，或所述发电机组为移动载具供电。

上述移动载具还包括电池组、驱动电机、车轮以及热力元件，所述热力元件用于将所述车轮的制动能量转化为热能；所述换热介质与所述电池组、所述驱动电机、所述发电机以及所述热力元件中的至少一个进行换热。

本申请的有益效果：本发明通过在内燃缸的外表面设置内燃缸换热器和废气介质换热器，实现收集内燃缸做功后缸套上的热能和废气中的热能，降低了现有技术中传统的发动机工作时的热量损失，并配合蒸气缸的设置，使得收集的热能可以转化为蒸气缸的动能，蒸气缸使用内燃缸工作时收集的热能进行驱动，提高了热效率、降低了能源损耗，对活塞发动机整体的经济性有了很大的提升。同时设置润滑箱体收集换热介质，并利用换热介质对曲轴汽活塞、内燃活塞和电机等进行润滑。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请提供的一种活塞发动机的结构示意图；

图2为本申请提供的另一种活塞发动机的结构示意图；

图3为本申请提供的又一种活塞发动机的结构示意图；

图4为本申请提供的再一种活塞发动机的结构示意图；

图5为本申请提供的一种润滑箱体密封的活塞发动机的结构示意图；

图6为本申请提供的一种蒸气缸的结构示意图；

图7为本申请提供的一种设置两个曲轴的活塞发动机的结构示意图；

图8为本申请提供的一种设置变速器的活塞发动机的结构示意图。

标记说明：

100-内燃缸；110-内燃活塞；120-排气口；200-蒸气缸；210-蒸气进气口；220-蒸气活塞；300-内燃缸换热器；310-内燃缸换热器出气口；400-废气介质换热器；411-废气进气口；412-废气出气口；421-介质入口；422-介质出口；500-蒸气缸换热器；510-蒸气缸换热器出气口；600-三元催化器，230-冷凝口；700-发电机；240-柔性密封体；250-活塞板；260-蒸气缸套；800-曲轴；900-润滑箱体；270-稳压口；810-内燃曲轴；820-蒸气曲轴；830-内燃输入主轴；840-蒸气输出副轴；850-主动齿轮；860-从动齿轮；221-蓄能衬套。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一方面，如图1所示，本实施例中提供一种活塞发动机，该活塞发动机包括曲轴800、内燃缸100、内燃缸换热器300、蒸气缸200以及润滑箱体900。内燃缸100内设置有内燃活塞110，内燃活塞110通过连杆机构连接于曲轴800。内燃缸换热器300套设在内燃缸100的外表面，内燃缸换热器300内预设有换热介质，以回收内燃缸100的缸壁散发的热量，内燃缸换热器300开设有内燃缸换热器出气口310。蒸气缸200蒸气缸200内设置有蒸气活塞220，蒸气活塞220通过连杆机构连接于曲轴800；蒸气缸200开设有蒸气进气口210，蒸气进气口210与内燃缸换热器出气口310连通，以将换热后获得的蒸气通入蒸气缸200内做功；蒸气缸200上开设有冷凝口230，冷凝口230用于将做功后冷却的换热介质导出蒸气缸200。润滑箱体900内容纳有曲轴800，润滑箱体900用于承接冷凝口230导出的换热介质。

在上述实施过程中，内燃缸换热器300套设在内燃缸100的外表面，回收内燃缸100的缸套散发损失的热量，获得高温高压蒸气。内燃缸换热器300的内燃缸换热器出气口310与蒸气缸200的蒸气进气口210连通，进而将回收缸套热量获得的高温高压蒸气通入蒸气缸200内做功，将热能转化为动能。蒸气推动蒸气活塞220做功后由冷凝口230导出蒸气缸200，并进入润滑箱体900，润滑箱体900内的曲轴800浸泡在换热介质中，换热介质可对曲轴800进行润滑。同时换热介质由于连杆机构和曲轴800的运动向上部及四周飞溅，再通过蒸气活塞220或内燃活塞110上下往复运动可使润滑油比较均匀的覆盖在缸壁上。

本发明通过在内燃缸100的外表面设置内燃缸换热器300可以实现收集内燃缸100做功后缸套上的热能，降低了现有技术中传统的发动机工作时的热量损失，配合蒸气缸200的设置，使得收集的热能可以转化为蒸气缸200的动能，蒸气缸200使用内燃缸100工作时收集的热能进行驱动，提高了热效率、降低了能源损耗，对活塞发动机整体的经济性有了很大的提升。同时设置润滑箱体900收集换热介质，并利用换热介质对曲轴800和蒸汽活塞、内燃活塞110进行润滑。

应理解，内燃缸100为燃料气缸，通过柴油、汽油、甲醇等燃料的燃烧实现做功。在内燃缸100为燃料气缸的基础上，其通过燃料的燃烧实现做功，此时内燃缸100的缸套的温度较高，可以使得内燃缸换热器300更高效的收集内燃缸100的缸套散发的热量。因此内燃缸100包括四个冲程，依次为进气、压缩、做功和排气。

应理解，蒸气缸200为外燃气缸，通过将内燃缸换热器300回收热量获得的高温高压蒸气通入蒸气缸200内驱动蒸气活塞220做功。因此蒸气缸200包括两个冲程，分别为膨胀做功和真空做功，所谓膨胀做功是指高温高压蒸气通入蒸气缸200内，推动蒸气活塞220向下运动，并带动曲轴800转动。所谓真空做功是指高温高压蒸气在蒸气缸200内推动蒸气活塞220做功后部分或全部冷凝为液体，因此在蒸气缸200内产生了真空，在大气压力的作用下活塞具有向上运动的趋势。活塞重新回到最高点，蒸气缸200进入下一个膨胀做功冲程。

可选地，内燃缸换热器300套设在内燃缸100的缸壁外表面，且与内燃缸100的缸壁之间配合形成用于容纳换热介质的介质腔。或者，内燃缸换热器300开设有用于容纳换热介质的螺旋管道，螺旋管道螺旋环绕内燃缸100的缸壁设置。

在一种可能的实施方式中，在标准大气压下，换热介质的沸点为50℃-150℃。

在上述实施过程中，选择标准大气压下沸点在50℃-150℃的换热介质，利于换热介质的气化为蒸气。

可选地，上述换热介质可选择氟戊己庚辛烷、乙醇、乙二醇、甲醇、汽油、氟烃制冷剂、氯氟烃制冷剂与水或者水与上述物质的混合物。进一步地，换热介质可选择氟己烷、氟庚烷等具有润滑性的材料，提高润滑效果。

在一种可能的实施方式中，润滑箱体900与内燃缸换热器300连通，以使润滑箱体900内的换热介质回收至内燃缸换热器300。

在上述实施过程中，设置润滑箱体900与内燃缸换热器300连通，将润滑箱体900内的换热介质回收至内燃缸换热器300，通过内燃缸换热器300回收内燃缸100缸套的热量可重新气化形成蒸气，再次进入蒸气缸200内做功，进而实现换热介质在内燃缸换热器300、蒸气缸200以及润滑箱体900之间的循环。

在一种可能的实施方式中，上述活塞发动机还包括第一循环泵，第一循环泵连通润滑箱体900与内燃缸换热器300，用于将润滑箱体900内的换热介质泵入内燃缸换热器300内。

在上述实施过程中，在润滑箱体900与内燃缸换热器300的通路上设置第一循环泵，施加外力带动换热介质从润滑箱体900回收至内燃缸换热器300，可提高整体循环效率。

可选地，当润滑箱体900设置在冷凝口230的下方时，可直接利用换热介质的自重力使得换热介质直接从冷凝口230自然落入到润滑箱体900内。也可在冷凝口230与润滑箱体900之间设置循环泵，利用循环泵的动力将换热介质从冷凝口230泵入到润滑箱体900。

在一种可能的实施方式中，如图2所示，上述活塞发动机还包括第二循环泵，第二循环泵包括泵入口、第一泵出口与第二泵出口，泵入口与润滑箱体900连通，第一泵出口与内燃缸100的底部内壁相对，第二泵出口与蒸气缸200的底部内壁相对。

在上述实施过程中，设置第二循环泵将润滑箱体900内的换热介质喷向蒸气缸200和内燃缸100的底部内壁，可对蒸汽活塞以及内燃活塞110进行润滑。

在一种可能的实施方式中，还包括废气介质换热器400，废气介质换热器400包括废气通道与介质通道。废气通道包括废气进气口411与废气出气口412，废气进气口411与内燃缸100的排气口120连通，废气出气口412与大气连通。介质通道包括介质入口421与介质出口422，介质入口421与内燃缸换热器出气口310或冷凝口230连通，介质出口422与蒸气进气口210连通。

在上述实施过程中，内燃缸100的热量损失除了缸套散发的热量以外，主要还有废气带出的热量，本申请设置了废气介质换热器400，内燃缸100排出的废气通过废气介质换热器400的废气进气口411通入废气通道内，同时内燃缸换热器300换热获得的蒸气通过介质入口421通入到废气介质换热器400的介质通道内，与废气进行二次换热，二次换热后的蒸气通入到蒸气缸200内做功。

在一种可能的实施方式中，内燃机的进气、压缩、做功与排气冲程依次对应蒸气缸200的真空做功、膨胀做功、真空做功、膨胀做功冲程。

在上述实施过程中，上述内燃缸100的四个冲程中需要耗工的两个冲程由蒸气缸200提供动力。

上述活塞发动机可以是双缸发动机，仅包括一组内燃缸100与蒸气缸200；也可以是三缸发动机、四缸发动机或六缸发动机等现有技术中的多缸发动机。活塞发动机为三缸发动机、四缸发动机与六缸发动机等现有技术中的多缸发动机时，活塞发动机至少包括一组内燃缸100与蒸气缸200，活塞发动机的其他气缸可以是通过燃料做功的燃料气缸。优选地，活塞发动机为四缸发动机时，四缸发动机包括两组内燃缸100与蒸气缸200，活塞发动机为六缸发动机时，六缸发动机包括三组内燃缸100与蒸气缸200，或者六缸发动机包括两个内燃缸100与四个蒸气缸200。

在一种可能的实施方式中，活塞发动机的内燃缸100与蒸气缸200呈直列排布、V型排布或者W型排布。

具体地，当活塞发动机包括一个内燃缸100和两个蒸气缸200时，两个蒸气缸200与一个内燃缸100直列排布，或者，两个蒸气缸200与一个内燃缸100分别位于曲轴800的两侧排布。

可选地，活塞发动机包括三个内燃缸100与三个蒸气缸200，可采用V型排布，具体地，其中两个内燃缸100和一个蒸气缸200位于曲轴800的一侧，且该蒸气缸200位于两个内燃缸100的中间；另外两个蒸气缸200与一个内燃缸100位于曲轴800的另一侧，且该内燃缸100位于两个蒸气缸200中间。当蒸气缸200的缸径小于内燃缸100的缸径时，采用这种排列方式可有效节省空间。

在一种可能的实施方式中，如图2-4所示，上述活塞发动机还包括三元催化器600，三元催化器600两端分别与内燃缸100的排气口120和废气介质换热器400的废气入口连通，或者，三元催化器600两端分别与废气介质换热器400的废气出气口412和大气连通。

在上述实施过程中，在废气排入大气之前采用三元催化器600进行净化，将废气中的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。

在一种可能的实施方式中，如图5所示，蒸气缸200远离蒸气进气口210的端口密封，蒸气缸200内的蒸气活塞220与蒸气缸200之间形成密封的稳压腔，蒸气缸200上开设有稳压口270。活塞发动机还包括稳压管道和稳压控制气阀，稳压管道的一端与废气介质换热器400的介质入口421连通，另一端通过稳压口270与稳压腔连通，稳压控制气阀用于在蒸气缸200做功后打开并在蒸气缸200做功时关。

在上述实施过程中，将废气介质换热器400中的部分蒸气在蒸气缸200做功后通入到蒸气缸200的稳压腔内，进而增大了稳压腔内的气压，从而增加了蒸气活塞220两侧的压差，从而减小了作用在蒸气活塞220上的力与作用在内燃活塞110上的力的差值，提高曲轴800持续转动的稳定性与平顺性。

在一种可能的实施方式中，曲轴800上连接有发电机700，发电机700浸入在润滑箱体900内的换热介质内。

在上述实施过程中，将发电机700浸泡在润滑箱体900内，一方面润滑箱体900内的换热介质可对发电机700进行冷却，并回收发电机700的热量；另一方面润滑箱体900内的换热介质还可对发电机700进行润滑。

在一种可能的实施方式中，发电机700为盘式电机或BSG(Belt-Driven StarterGenerator)电机。

在一种可能的实施方式中，如图3与图4所示，上述活塞发动机还包括蒸气缸换热器500，蒸气缸换热器500套设在蒸气缸200的外表面，蒸气缸换热器500内预设有换热介质，以回收蒸气缸200的缸壁散发的热量，蒸气缸换热器500包括蒸气缸换热器出气口510。蒸气缸换热器出气口510与内燃缸换热器300连通，和/或，蒸气缸换热器出气口510与废气介质换热器400的介质入口421连通。

应理解，蒸气缸换热器出气口510可仅与内燃缸换热器300连通，可以仅与废气介质换热器400的介质入口421连通，也可同时与内燃缸换热器300和废气介质换热器400连通。

在上述实施过程中，蒸气进入蒸气缸200后一部分能量通过推动蒸气活塞220做功后转换为机械能，另一部能量则通过热量的形式通过蒸气缸200的缸壁散发出气，因此本申请在蒸气缸200的外表面设置蒸气缸换热器500对缸壁散发的热量进行回收利用。蒸气缸换热器500内的换热介质吸收热量蒸发为蒸气后，蒸气可通入内燃缸换热器300后进行二次换热，也可以直接通入废气介质换热器400内进行二次换热。可见，本申请通过设置蒸气缸换热器500回收蒸气缸200缸壁散发的热量，进一步提高了活塞发动机的热效率。

可选地，在蒸气缸200外设置蒸气缸换热器500的实施例中，从冷凝口230导出的换热介质一部分回收至蒸气缸换热器500。

可选地，蒸气缸换热器500套设在蒸气缸200的缸壁外表面，且与蒸气缸200的缸壁之间配合形成用于容纳换热介质的介质腔。或者，蒸气缸换热器500开设有用于容纳换热介质的螺旋管道，螺旋管道螺旋环绕蒸气缸200的缸壁设置。

在一种可能的实施方式中，上述活塞发动机还包括蒸气缸换热器500，蒸气缸换热器500套设在蒸气缸200的外表面，蒸气缸换热器500内预设有换热介质，以回收蒸气缸200的缸壁散发的热量，蒸气缸换热器500包括蒸气缸换热器出气口510。蒸气缸换热器出气口510与内燃缸换热器300连通，和/或，蒸气缸换热器出气口510与废气介质换热器400的介质入口421连通。

应理解，蒸气缸换热器出气口510可仅与内燃缸换热器300连通，可以仅与废气介质换热器400的介质入口421连通，也可同时与内燃缸换热器300和废气介质换热器400连通。

在上述实施过程中，蒸气进入蒸气缸200后一部分能量通过推动蒸气活塞220做功后转换为机械能，另一部能量则通过热量的形式通过蒸气缸200的缸壁散发出气，因此本申请在蒸气缸200的外表面设置蒸气缸换热器500对缸壁散发的热量进行回收利用。蒸气缸换热器500内的换热介质吸收热量蒸发为蒸气后，蒸气可通入内燃缸换热器300后进行二次换热，也可以直接通入废气介质换热器400内进行二次换热。可见，本申请通过设置蒸气缸换热器500回收蒸气缸200缸壁散发的热量，进一步提高了活塞发动机的热效率。

可选地，在蒸气缸200外设置蒸气缸换热器500的实施例中，从冷凝口230导出的换热介质一部分回收至蒸气缸换热器500。

可选地，蒸气缸换热器500套设在蒸气缸200的缸壁外表面，且与蒸气缸200的缸壁之间配合形成用于容纳换热介质的介质腔。或者，蒸气缸换热器500开设有用于容纳换热介质的螺旋管道，螺旋管道螺旋环绕蒸气缸200的缸壁设置。

在一种可能的实施方式中，如图6所示，蒸气缸200包括蒸气缸套260，蒸气活塞220包括柔性密封体240以及活塞板250，柔性密封体240包括相互连通的第一端口与第二端口，第一端口与蒸气缸套260的底部密封连接，第二端口与活塞板250密封连接，活塞板250通过连杆机构与曲轴800连接。

在上述实施过程中，采用柔性密封体240与活塞板250构成蒸气活塞220，使得蒸气活塞220与蒸气缸套260之间不接触，进而避免了蒸气活塞220与蒸气缸200之间摩擦力，可降低活塞发动机的润滑要求，并提高活塞发动机的效率。

应理解，上述柔性密封体240具备可伸缩性和密封性。其中柔性密封体240的可伸缩性可以是柔性密封体240本身的材料特性带来的，例如柔性密封体240具有弹性，也可以是柔性密封体240本身的结构特性带来的，例如柔性密封体240为折叠伸缩结构。

可选地，柔性密封体240可采用聚酰亚胺、聚四氟乙烯、氟橡胶、尼龙、聚乙烯、聚醚酮等材料制作。

在一种可能的实施方式中，蒸气缸200包括蒸气缸套260，蒸气活塞220设置在所述蒸气缸套内，蒸气缸套260的内壁涂覆有润滑涂层。

在上述实施过程中，在蒸气缸套260的内壁涂覆润滑涂层，可降低蒸气活塞220与蒸气缸套260之间的摩擦力，进而降低活塞发动机的润滑要求，并提高活塞发动机的效率。

可选地，蒸气活塞220的侧面即与蒸气缸套260接触的表面涂覆有润滑涂层。

可选地，上述润滑涂层可以是特氟龙涂层、巴氏合金、陶瓷膜、聚四氟乙烯涂层、尼龙涂层等能够起到润滑作用的材料。

可选地，上述活塞发动机其中某一设计的运行参数如下：设2000转/分钟，蒸汽机为二冲程，每秒开闭33次。则充分膨胀后气缸体积为1375ml，若分为双缸则单个气缸为685ml。正常1.0T发动机的升功率取80kW，本申请采用阿特金森循环或者米勒循环、自然吸气稀薄压燃、降低转速等牺牲功率密度以提高效率的路径，将升功率降低至20kW。主内燃缸100100取500cc排量，则功率为10kW，效率范围为35％-50％，具体地效率取35％。总热功28.6kW，摩擦、排气损失、缸套冷却总损失约18.6kW。工质吸热15kW，膨胀有效功约8kW。内外循环共做功18kW，系统热效率为72％。电机效率取97％，系统发电效率68％。设活塞行程为x，则内燃缸100面积500/x；蒸气缸200面积1375/x或685/x。

在一种可能的实施方式中，如图1-图5所示，活塞发动机仅包括一个曲轴800，内燃活塞110与蒸气活塞220连接在同一曲轴800上。

蒸气缸200内的蒸气活塞220高速往复移动时，蒸气缸200内的液态换热介质在蒸气活塞220的高速往复运动下，可能产生水击现象，破坏蒸气活塞220结构，缩短蒸气缸200与蒸气活塞220的使用寿命，因此，本申请为了解决上述问题，采用了如下方案。

在一种可能的实施方式中，如图7所示，曲轴的数量为两个，分别为内燃曲轴810与蒸气曲轴820，内燃缸100内的内燃活塞110与内燃曲轴810连接；蒸气缸200内的蒸气活塞220与蒸气曲轴820连接。

在上述实施过程中，将内燃活塞110与蒸气活塞220分别连接到不同的曲轴上，内燃曲轴810和蒸气曲轴820可分别连接一个发电机700，分别输出电能，蒸气曲轴820的转速可控制在600r/min以下，可有效避免水击现象的产生。

在一种可能的实施方式中，如图8所示，活塞发动机还包括变速器，变速器包括内燃输入主轴830与蒸气输出副轴840，内燃缸100内的内燃活塞110与内燃输入主轴830连接，蒸气缸200内的蒸气活塞220与蒸气输出副轴840连接，变速器的传动比大于1。

在上述实施过程中，采用变速器降低蒸气输出副轴840的转速，进而降低蒸气活塞220往复移动的频率，可有效避免水击现象的产生。

可选地，变速器还包括相互啮合的主动齿轮850和从动齿轮860，主动齿轮850固定在内燃输入主轴830上，从动齿轮860固定在蒸气输出副轴840上。

可选地，蒸气输出副轴840上连接有发电机，将动能转化为电能输出。

在一种可能的实施方式中，蒸气活塞220的上表面设置有蓄能衬套221，蓄能衬套221用于吸收冲击压力。

具体地，上述蓄能衬套221可选择纤维基的复合材料或者工程塑料等能够吸收冲击压力的材料。

可见，在蒸气活塞220的上表面设置蓄能衬套221，在发生水击时，蓄能衬套221吸收水击的冲击压力，进而保护蒸气活塞220的结构免受损坏。

第二方面，本申请还提供了一种发电机组，该发电机组包括发电机700以及第一方面任一实施例的活塞发动机和曲轴800，活塞发动机中的内燃活塞、蒸气活塞以及发电机700与所述曲轴连接。

第三方面，本申请还提供了一种移动载具，该移动载具包括第二方面任一实施例的发电机组，移动载具通过发电机组提供驱动力，或所述发电机组为移动载具供电。该移动载具可以是车辆、船只、航空飞行器等。

在一种可能的实施方式中，上述移动载具还包括电池组、驱动电机、车轮、控制装置以及热力元件；发电机组与控制装置电连接，控制装置分别与电池组、驱动电机电连接，发电机组发出的电通过控制装置分别供应电池组和驱动电机，电池组与驱动电机电连接，用于为驱动电机提供电能；驱动电机与车轮相连，用于驱动车轮转动和为车轮提供制动阻力；热力元件分别与控制装置和活塞发动机相连，用于将车轮的制动能量转化为热能为蒸气缸200的进气进行加热。

具体地，上述移动载具还包括热力元件换热器，热力元件换热器围绕热力元件设置，热力元件换热器包括有热力元件换热进口与热力元件换热出口，热力元件换热进口与内燃缸换热器出气口或者废气介质换热器的介质出口连通，热力元件换热出口与蒸气进气口210连通。

可见，本申请采用热力元件将移动载具的制动能量转化为热能，对进入蒸气缸200的蒸气进行加热，回收移动载具的制动能量，可减少能源浪费，提高了该移动载具的续航里程和整车的动力性能。

为了使本申请安全可靠，本申请的加热元件采用耐高温材料制成，能够适用于高温环境，不易毁坏，加热元件可以为石英加热元件或陶瓷加热元件等，陶瓷材质为氧化硅、氧化铝、二氧化硅的任意一种或其组合。

可选地，上述电池组、发电机700以及其他产生废热的部件可各自配置有换热器或者进入润滑箱体内，回收其产生的废热，蒸气缸200的冷凝口导出的换热介质按照温度由低到高依次流经上述换热器，以回收上述各部件产生的废热，进一步提高热效率。上述电池组、发电机700以及其他产生废热的部件也可直接浸泡在润滑箱体900内的换热介质中进行回收废热。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，也都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (16)

1.一种活塞发动机，其特征在于，包括：

曲轴；

内燃缸，所述内燃缸内设置有内燃活塞，所述内燃活塞通过连杆机构连接于所述曲轴；

内燃缸换热器，套设在所述内燃缸的外表面，所述内燃缸换热器内预设有换热介质，以回收所述内燃缸的缸壁散发的热量，所述内燃缸换热器开设有内燃缸换热器出气口；

蒸气缸，所述蒸气缸内设置有蒸气活塞，所述蒸气活塞通过连杆机构连接于所述曲轴；所述蒸气缸开设有蒸气进气口，所述蒸气进气口与所述内燃缸换热器出气口连通，以将换热后获得的蒸气通入所述蒸气缸内做功；所述蒸气缸上开设有冷凝口，所述冷凝口用于将做功后冷却的换热介质导出所述蒸气缸；

润滑箱体，所述润滑箱体内容纳有所述曲轴，所述润滑箱体用于承接所述冷凝口导出的换热介质。

2.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，所述润滑箱体与所述内燃缸换热器连通，以使所述润滑箱体内的换热介质回收至所述内燃缸换热器。

3.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，还包括第一循环泵，所述第一循环泵连通所述润滑箱体与所述内燃缸换热器，用于将所述润滑箱体内的换热介质泵入所述内燃缸换热器内。

4.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，还包括第二循环泵，所述第二循环泵包括泵入口、第一泵出口与第二泵出口，所述泵入口与所述润滑箱体连通，所述第一泵出口与所述内燃缸的底部内壁相对，所述第二泵出口与所述蒸气缸的底部内壁相对。

5.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，还包括废气介质换热器，所述废气介质换热器包括废气通道与介质通道；

所述废气通道包括废气进气口与废气出气口，所述废气进气口与内燃缸的排气口连通，所述废气出气口与大气连通；

所述介质通道包括介质入口与介质出口，所述介质入口与所述内燃缸换热器出气口或所述冷凝口连通，所述介质出口与所述蒸气进气口连通。

6.根据权利要求5所述的活塞发动机，其特征在于，所述蒸气缸远离所述蒸气进气口的端口密封，所述蒸气缸内的蒸气活塞与所述蒸气缸之间形成密封的稳压腔，所述蒸气缸上开设有稳压口；

所述活塞发动机还包括稳压管道和稳压控制气阀，所述稳压管道的一端与所述废气介质换热器的介质入口连通，另一端通过所述稳压口与所述稳压腔连通，所述稳压控制气阀用于在所述蒸气缸做功后打开并在所述蒸气缸做功时关闭。

7.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，所述曲轴上连接有发电机，所述发电机浸入在所述润滑箱体内的换热介质内；

优选的，所述发电机为盘式电机或BSG(Belt-Driven Starter Generator)电机。

8.根据权利要求5所述的活塞发动机，其特征在于，还包括蒸气缸换热器，所述蒸气缸换热器套设在所述蒸气缸的外表面，所述蒸气缸换热器内预设有换热介质，以回收所述蒸气缸的缸壁散发的热量，所述蒸气缸换热器包括蒸气缸换热器出气口；

蒸气缸换热器出气口与所述内燃缸换热器连通，和/或，所述蒸气缸换热器出气口与所述废气介质换热器的介质入口连通。

9.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，所述蒸气缸包括蒸气缸套，所述蒸气活塞包括柔性密封体以及活塞板，所述柔性密封体包括相互连通的第一端口与第二端口，所述第一端口与所述蒸气缸套的底部密封连接，所述第二端口与所述活塞板密封连接，所述活塞板通过连杆机构与曲轴连接；或，

所述蒸气缸包括蒸气缸套，所述蒸气活塞设置在所述蒸气缸套内，所述蒸气缸套的内壁涂覆有润滑涂层。

10.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，在标准大气压下，所述换热介质的沸点为50℃-150℃。

11.根据权利要求10所述的活塞发动机，其特征在于，所述换热介质为氟戊烷、氟己烷、氟庚烷、氟辛烷、乙醇、乙二醇、甲醇、汽油、氟烃制冷剂、氯氟烃制冷剂与水或者水与上述物质的混合物。

12.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，所述曲轴的数量为两个，分别为内燃曲轴与蒸气曲轴，所述内燃缸内的内燃活塞与所述内燃曲轴连接；所述蒸气缸内的蒸气活塞与所述蒸气曲轴连接；或，

所述活塞发动机还包括变速器，所述变速器包括内燃输入主轴与蒸气输出副轴，所述内燃缸内的内燃活塞与所述内燃输入主轴连接，所述蒸气缸内的蒸气活塞与所述蒸气输出副轴连接，所述变速器的传动比大于1。

13.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，所述蒸气活塞的上表面设置有蓄能衬套，所述蓄能衬套用于吸收冲击压力。

14.一种发电机组，其特征在于，包括发电机与权利要求1-13所述的活塞发动机和曲轴，所述权利要求1-13所述的活塞发动机中的内燃活塞、蒸气活塞以及发电机与所述曲轴连接。

15.一种移动载具，其特征在于，包括权利要求14所述的发动机组，所述移动载具通过所述发电机组提供驱动力，或所述发电机组为移动载具供电。

16.根据权利要求15所述的移动载具，其特征在于，还包括电池组、驱动电机、车轮以及热力元件，所述热力元件用于将所述车轮的制动能量转化为热能；

所述换热介质与所述电池组、所述驱动电机、所述发电机以及所述热力元件中的至少一个进行换热。