CN222276790U - 活塞发动机、发电机组及移动载具 - Google Patents

Abstract

本申请属于热机技术领域，本申请提供了一种活塞发动机、发电机组及移动载具，该活塞发动机包括内燃缸、内燃缸换热器及蒸汽缸。内燃缸换热器套设在所述内燃缸的外表面，所述内燃缸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；蒸汽缸设有蒸汽进气口，所述蒸汽进气口与所述内燃缸换热器出气口连通；内燃机的进气、压缩、做功与排气冲程依次与蒸汽缸的真空做功、膨胀做功、真空做功、膨胀做功冲程对应。本申请中的技术方案可改善现有活塞发动机热效率低的问题。

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。

实用新型内容

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，以改善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方案是：

一种活塞发动机，其特征在于，包括：内燃缸换热器，其套设在所述内燃缸的外表面，所述内燃缸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；蒸汽缸，其设有蒸汽进气口，所述蒸汽进气口与所述内燃缸换热器出气口连通；内燃机的进气、压缩、做功与排气冲程依次与蒸汽缸的真空做功、膨胀做功、真空做功、膨胀做功冲程对应。

进一步的，所述的活塞发动机，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，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连通，介质出口与所述蒸汽进气口连通。

进一步的，所述蒸汽缸内的蒸汽活塞的上表面与所述蒸汽缸之间形成蒸汽腔，在所述蒸汽活塞的至少部分行程位置设有冷凝口，所述冷凝口与所述内燃缸换热器和/或所述废气介质换热器的介质入口连通。

进一步的，所述活塞发动机还包括第一循环泵，所述第一循环泵连通所述冷凝口与所述内燃缸换热器，以将所述蒸汽缸内的做功后冷却的换热介质泵入所述内燃缸换热器内；

和/或，所述活塞发动机还包括冷凝器，所述冷凝器连通所述冷凝口与所述内燃缸换热器，以将做功后冷却的换热介质冷凝为液体介质。

进一步的，所述冷凝口位于或临近所述蒸汽腔的顶部设置；和/或，所述冷凝口位于所述蒸汽腔的下部。

进一步的，所述冷凝口设置有开关阀。

进一步的，所述活塞发动机还包括蒸汽缸换热器，所述蒸汽缸换热器套设在所述蒸汽缸的外表面，所述蒸汽缸换热器内预设有换热介质，以回收所述蒸汽缸的缸壁散发的热量，所述蒸汽缸换热器设有蒸汽缸换热器出气口；

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

进一步的，所述活塞发动机还包括三元催化器，所述三元催化器两端分别与所述内燃缸的排气口和废气介质换热器的废气入口连通，或者，所述三元催化器两端分别与废气介质换热器的废气出口和大气连通。

进一步的，在标准大气压下，所述换热介质的沸点为50℃-150℃。

进一步的，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。

进一步的，所述活塞发动机的内燃缸与蒸汽缸呈直列排布或者V型排布。

进一步的，所述活塞发动机还包括内燃曲轴与蒸汽曲轴，所述内燃缸内的内燃活塞与所述内燃曲轴连接；所述蒸汽缸内的蒸汽活塞与所述蒸汽曲轴连接。

进一步的，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外燃输出副轴，所述内燃缸内的内燃活塞与所述内燃输入主轴连接，所述蒸汽缸内的蒸汽活塞与所述外燃输出副轴连接，所述变速器的传动比大于1。

进一步地，所述蒸汽缸包括有蒸汽缸套、蒸汽活塞与蓄能衬套，所述蒸汽活塞设置在所述蒸汽缸套内，所述蓄能衬套设置在所述蒸汽活塞的上表面，用于吸收冲击压力

一种发电机组，包括发电机、上述的活塞发动机和曲轴，上述的活塞发动机中的内燃活塞、蒸汽活塞以及发电机与所述曲轴连接。

一种移动载具，包括上述的发电机组，上述移动载具通过所述发电机组提供驱动力或为移动载具供电。

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：

1、本申请所要求保护的活塞发动机采用内燃缸与蒸汽缸的结合，通过设置内燃缸换热器对内燃缸的缸套上的热量进行回收，然后将换热后获得的高温高压蒸汽通入蒸汽缸内推动蒸汽活塞做功。即回收内燃缸缸套散发的热量形成的蒸汽推动蒸汽缸做功，相比现有的传统活塞发动机，极大地提高了活塞发动机的热效率。

2、本申请还设置了废气介质换热器对内燃缸排出的废气中的热量进行回收，并将内燃缸换热器换热获得的蒸汽通入废气介质换热器内与废气进行二次换热，然后将二次换热后获得的高温高压蒸汽通入蒸汽缸内推动蒸汽活塞做功，可进一步地提高活塞发动机的热效率。

3、本申请还设置了蒸汽缸换热器对蒸汽缸的缸套散发的热量进行回收，并将蒸汽缸换热器换热获得的蒸汽通入内燃缸换热器或者废气介质换热器内进行二次换热，最后获得的蒸汽通入再通入蒸汽缸内做功，可进一步地提高活塞发动机的热效率。

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为本申请提供的再一种活塞发动机的结构示意图；

图4为本申请提供的又一种活塞发动机的结构示意图；

图5为本申请提供的一种蒸汽缸的结构示意图；

图6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7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-排气口；120-内燃活塞；121-柔性密封体；122-活塞板；123-蒸汽缸套；200-蒸汽缸；210-蒸汽进气口；220-蒸汽活塞；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；230-冷凝口；500-蒸汽缸换热器；510-蒸汽缸换热器出气口；600-三元催化器；700-发电机；800-曲轴；810-内燃曲轴；820-蒸汽曲轴；830-内燃输入主轴；840-蒸汽输出副轴；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实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细描述。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实用新型，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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，都属于本实用新型保护的范围。

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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型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，不是旨在于限制本实用新型。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(图中的直线箭头表示换热介质的流向)，图1为本申请提供的一种活塞发动机的结构示意图，本实施例中提供一种活塞发动机，该活塞发动机包括内燃缸100、内燃缸换热器300与蒸汽缸200，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设有内燃缸换热器出气口310。蒸汽缸200设有蒸汽进气口210，蒸汽进气口210与内燃缸换热器出气口310连通，以将换热后获得的蒸汽通入蒸汽缸200内做功。

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，获得高温高压蒸汽。内燃缸换热器300的内燃缸换热器出气口310与蒸汽缸200的蒸汽进气口210连通，进而将回收缸套热量获得的高温高压蒸汽通入蒸汽缸200内做功，将热能转化为动能。

本实用新型通过在内燃缸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，配合蒸汽缸200的设置，使得收集的热能可以转化为蒸汽缸200的动能，蒸汽缸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。

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，其通过燃料的燃烧推动内燃缸100内的内燃活塞120做功实现做功，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，蒸汽缸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汽通入蒸汽缸200内驱动蒸汽活塞220做功。因此蒸汽缸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汽通入蒸汽缸200内，推动蒸汽活塞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汽在蒸汽缸200内推动蒸汽活塞220做功后部分或全部冷凝为液体，因此在蒸汽缸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，蒸汽缸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，如图2所示(图中的直线箭头表示废气和换热介质的流向)，图2为本申请提供的另一种活塞发动机的结构示意图，活塞发动机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110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连通，介质出口422与蒸汽进气口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换热获得的蒸汽通过介质入口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，二次换热后的蒸汽通入到蒸汽缸200内做功。

可见，本申请通过设置废气介质换热器400对内燃缸100排出的废气中的热量进一步回收利用，进一步提高了活塞发动机的热效率。

可选地，废气介质换热器400可以是直接接触式换热器、蓄能式换热器、或者间壁式换热器，优选一次表面换热器。

在一种可能的实施方式中，蒸汽缸200内的蒸汽活塞220的上表面与蒸汽缸200之间形成蒸汽腔，在蒸汽活塞220的至少部分行程位置设有冷凝口230。

在上述实施过程中，高温高压蒸汽在推动蒸汽活塞220做功后，部分或全部冷凝为液体状态，同时蒸汽活塞220移动到冷凝口230下方，在蒸汽活塞220向上移动的过程中，做功后冷却的换热介质通过冷凝口230导出蒸汽缸200。

在一种可能的实施方式中，冷凝口230与内燃缸换热器300连通。

在上述实施过程中，将冷凝口230与内燃缸换热器300连通，做功后冷却的换热介质即可通过冷凝口230回收到内燃缸换热器300内，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汽，再次进入蒸汽缸200内做功，进而实现换热介质在内燃缸换热器300与蒸汽缸200之间的循环。

在一种可能的实施方式中，冷凝口230与废气介质换热器400的介质入口421连通。

在上述实施过程中，将冷凝口230与废气介质换热器400连通，做功后冷却的换热介质通过冷凝口230回收到废气介质换热器400内，通过废气介质换热器400回收内燃缸100废气的热量，二次换热形成高温高压蒸汽，再次进入蒸汽缸200内做功，进而实现换热介质在废气介质换热器400与蒸汽缸200之间的循环。

可选地，冷凝口230可仅与内燃缸换热器300连通，可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的介质入口连通。

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，第一循环泵连通冷凝口230与内燃缸换热器300，以驱动蒸汽缸200内的做功后冷却的换热介质泵入内燃缸换热器300内。

在上述实施过程中，由于做功后冷却的换热介质处于液态或者气液混合状态，压力小，从冷凝口230自然流入内燃缸换热器300内的效率较低，因此在冷凝口230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冷凝口230回收至内燃缸换热器300，可提高整体循环效率。

在一种可能的实施方式中，活塞发动机还包括冷凝器，冷凝器与冷凝口230和内燃缸换热器300连通，以将做功后冷却的换热介质冷凝为液体介质。

在上述实施过程中，蒸汽推动蒸汽缸200内的蒸汽活塞220做功后，可能全部冷却为液体，也可能部分冷却为液体，另一部分还依然是气态。在内燃缸换热器300与冷凝口230之间设置冷凝器，将膨胀做功后依旧是气态的换热介质冷凝为液体后再回收至内燃缸换热器300内。

具体地，冷凝口230、冷凝器、第一循环泵以及内燃缸换热器300依次连通，冷凝器将做功后冷却的换热介质冷凝为液体，由第一循环泵将液体的换热介质泵入到内燃缸换热器300内。

在一种可能的实施方式中，冷凝口230位于或临近蒸汽腔的顶部设置，在蒸汽活塞220的各行程位置，冷凝口230与蒸汽腔保持连通。

可选地，冷凝口230内设置有开关阀，开关阀在蒸汽推动蒸汽活塞220做功后打开。

在上述实施过程中，蒸汽推动蒸汽活塞220向下移动至下止点后，蒸汽冷却后依旧为气体，此时开关阀打开，随着蒸汽活塞220的向上移动，冷却后的气态换热介质通过开关阀在第一循环泵的作用下进入冷凝器，进行冷凝。

在一种可能的实施方式中，至少部分冷凝口230位于或临近蒸汽腔的缸套底部设置，在蒸汽活塞220的部分行程位置，冷凝口230与蒸汽腔连通。

在上述实施过程中，蒸汽推动蒸汽活塞220做功后冷却为液体的部分，滞留在蒸汽活塞220的上表面，当蒸汽活塞220移动至底部时，此时冷凝口230与蒸汽腔连通，液态的换热介质和气态的换热介质自然或者在第一循环泵的作用下从冷凝口230流出。

可选地，本申请中的蒸汽缸200上开设至少两个冷凝口230，分别为第一冷凝口与第二冷凝口，第一冷凝口开设在蒸汽缸200的底部，当蒸汽缸200内的蒸汽活塞220移动到下止点时，第一冷凝口与蒸汽腔连通，第一冷凝口用于将冷却为液体的换热介质导出蒸汽缸200。第二冷凝口开设在蒸汽缸200的顶部，第二冷凝口始终与蒸汽腔连通，第二冷凝口用于将气体的换热介质导出蒸汽缸200。

在一种可能的实施方式中，如图3与图4所示(图中的直线箭头表示废气和换热介质的流向)，图3为本申请提供的再一种活塞发动机的结构示意图，图4为本申请提供的又一种活塞发动机的结构示意图，上述活塞发动机还包括蒸汽缸换热器500，蒸汽缸换热器500套设在蒸汽缸200的外表面，蒸汽缸换热器500内预设有换热介质，以回收蒸汽缸200的缸壁散发的热量，蒸汽缸换热器500包括蒸汽缸换热器出气口510。蒸汽缸换热器出气口510与内燃缸换热器300连通，和/或，蒸汽缸换热器出气口510与废气介质换热器400的介质入口421连通。

应理解，蒸汽缸换热器出气口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，蒸汽进入蒸汽缸200后一部分能量通过推动蒸汽活塞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汽缸200的缸壁散发出气，因此本申请在蒸汽缸200的外表面设置蒸汽缸换热器500对缸壁散发的热量进行回收利用。蒸汽缸换热器500内的换热介质吸收热量蒸发为蒸汽后，蒸汽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，本申请通过设置蒸汽缸换热器500回收蒸汽缸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，在蒸汽缸200外设置蒸汽缸换热器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汽缸换热器500。

可选地，蒸汽缸换热器500套设在蒸汽缸200的缸壁外表面，且与蒸汽缸200的缸壁之间配合形成用于容纳换热介质的介质腔。或者，蒸汽缸换热器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汽缸200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汽。

可选地，上述换热介质可选择氟戊烷、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。

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汽缸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汽缸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与蒸汽缸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与蒸汽缸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与蒸汽缸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与蒸汽缸200，或者六缸发动机包括两个内燃缸100与四个蒸汽缸200。

在一种可能的实施方式中，活塞发动机的内燃缸100与蒸汽缸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和两个蒸汽缸200时，两个蒸汽缸200与一个内燃缸100直列排布，或者，两个蒸汽缸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与三个蒸汽缸200，可采用V型排布，具体地，其中两个内燃缸100和一个蒸汽缸200位于曲轴800的一侧，且该蒸汽缸200位于两个内燃缸100的中间；另外两个蒸汽缸200与一个内燃缸100位于曲轴800的另一侧，且该内燃缸100位于两个蒸汽缸200中间。当蒸汽缸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110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，图5为本申请提供的一种蒸汽缸的结构示意图，蒸汽缸200包括蒸汽缸套123，蒸汽活塞220包括柔性密封体121以及活塞板122，柔性密封体121包括相互连通的第一端口与第二端口，第一端口与蒸汽缸套123的底部密封连接，第二端口与活塞板122密封连接，活塞板122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121与活塞板122构成蒸汽活塞220，使得蒸汽活塞220与蒸汽缸套123之间不接触，进而避免了蒸汽活塞220与蒸汽缸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121具备可伸缩性和密封性。其中柔性密封体121的可伸缩性可以是柔性密封体121本身的材料特性带来的，例如柔性密封体121具有弹性，也可以是柔性密封体121本身的结构特性带来的，例如柔性密封体121为折叠伸缩结构。

可选地，柔性密封体121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，蒸汽缸200包括蒸汽缸套123，蒸汽缸套123的内壁涂覆有润滑涂层。

在上述实施过程中，在蒸汽缸套123的内壁涂覆润滑涂层，可降低蒸汽活塞220与蒸汽缸套123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，蒸汽活塞220的侧面即与蒸汽缸套123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100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；蒸汽缸200面积1375/x或685/x。

在一种可能的实施方式中，内燃缸100内的内燃活塞120和蒸汽缸200内的蒸汽活塞220连接到同一个曲轴800上。

蒸汽缸200内的蒸汽活塞220高速往复移动时，蒸汽缸200内的液态换热介质在蒸汽活塞220的高速往复运动下，可能产生水击现象，破坏蒸汽活塞220结构，缩短蒸汽缸200与蒸汽活塞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6所示，活塞发动机包括内燃曲轴810与蒸汽曲轴820，内燃缸100内的内燃活塞120与内燃曲轴810连接；蒸汽缸200内的蒸汽活塞220与蒸汽曲轴820连接。

在上述实施过程中，将内燃活塞120与蒸汽活塞220分别连接到不同的曲轴上，内燃曲轴810和蒸汽曲轴820可分别连接一个发电机700，分别输出电能，蒸汽曲轴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7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与蒸汽输出副轴840，内燃缸100内的内燃活塞120与内燃输入主轴830连接，蒸汽缸200内的蒸汽活塞220与蒸汽输出副轴840连接，变速器的传动比大于1。

在上述实施过程中，采用变速器降低蒸汽输出副轴840的转速，进而降低蒸汽活塞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固定在蒸汽输出副轴840上。

可选地，蒸汽输出副轴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，蒸汽活塞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，在蒸汽活塞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，进而保护蒸汽活塞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、第一方面任一实施例所述的活塞发动机以及曲轴800，活塞发动机中的内燃活塞、蒸汽活塞以及发电机700与所述曲轴800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所述的发电机组，该移动载具通过发电机组提供驱动力。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700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700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汽缸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汽进气口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，对进入蒸汽缸200的蒸汽进行加热，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各自配置有换热器，回收其产生的废热，蒸汽缸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。

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 (15)

1.一种活塞发动机，其特征在于，包括：

内燃缸；

内燃缸换热器，其套设在所述内燃缸的外表面，所述内燃缸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；

蒸汽缸，其设有蒸汽进气口，所述蒸汽进气口与所述内燃缸换热器出气口连通；

内燃机的进气、压缩、做功与排气冲程依次与蒸汽缸的真空做功、膨胀做功、真空做功、膨胀做功冲程对应。

2.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，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连通，介质出口与所述蒸汽进气口连通。

3.根据权利要求2所述的活塞发动机，其特征在于，所述蒸汽缸内的蒸汽活塞的上表面与所述蒸汽缸之间形成蒸汽腔，在所述蒸汽活塞的至少部分行程位置设有冷凝口，所述冷凝口与所述内燃缸换热器和/或所述废气介质换热器的介质入口连通。

4.根据权利要求3所述的活塞发动机，其特征在于，所述活塞发动机还包括第一循环泵，所述第一循环泵连通所述冷凝口与所述内燃缸换热器，以将所述蒸汽缸内的做功后冷却的换热介质泵入所述内燃缸换热器内；

和/或，所述活塞发动机还包括冷凝器，所述冷凝器连通所述冷凝口与所述内燃缸换热器，以将做功后冷却的换热介质冷凝为液体介质。

5.根据权利要求3所述的活塞发动机，其特征在于，所述冷凝口位于或临近所述蒸汽腔的顶部设置；和/或，

所述冷凝口位于所述蒸汽腔的下部；

优选的，所述冷凝口设置有开关阀。

6.根据权利要求2所述的活塞发动机，其特征在于，还包括蒸汽缸换热器，所述蒸汽缸换热器套设在所述蒸汽缸的外表面，所述蒸汽缸换热器内预设有换热介质，以回收所述蒸汽缸的缸壁散发的热量，所述蒸汽缸换热器设有蒸汽缸换热器出气口；

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

7.根据权利要求2所述的活塞发动机，其特征在于，还包括三元催化器，所述三元催化器两端分别与所述内燃缸的排气口和废气介质换热器的废气入口连通，或者，所述三元催化器两端分别与废气介质换热器的废气出口和大气连通。

8.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℃。

9.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，所述活塞发动机的内燃缸与蒸汽缸呈直列排布或者V型排布。

10.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，所述蒸汽缸包括蒸汽缸套与蒸汽活塞，所述蒸汽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汽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。

11.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，所述活塞发动机还包括内燃曲轴与蒸汽曲轴，所述内燃缸内的内燃活塞与所述内燃曲轴连接；所述蒸汽缸内的蒸汽活塞与所述蒸汽曲轴连接；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外燃输出副轴，所述内燃缸内的内燃活塞与所述内燃输入主轴连接，所述蒸汽缸内的蒸汽活塞与所述外燃输出副轴连接，所述变速器的传动比大于1。

12.根据权利要求1所述的活塞发动机，其特征在于，所述蒸汽缸包括有蒸汽缸套、蒸汽活塞与蓄能衬套，所述蒸汽活塞设置在所述蒸汽缸套内，所述蓄能衬套设置在所述蒸汽活塞的上表面，用于吸收冲击压力。

13.一种发电机组，其特征在于，包括发电机、权利要求1-12任一项所述的活塞发动机和曲轴，所述权利要求1-12所述的活塞发动机中的内燃活塞、蒸汽活塞以及发电机与所述曲轴连接。

14.一种移动载具，其特征在于，包括权利要求13所述的发电机组，所述移动载具通过所述发电机组提供驱动力或为移动载具供电。

15.根据权利要求14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。