專利名稱：少燃高效發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱能與動力領域，尤其是一種少燃高效發(fā)動機。
背景技術：
與外燃機相比，內(nèi)燃機的最大優(yōu)勢是混合式傳熱，所謂混合式傳熱是指燃料燃燒 所產(chǎn)生的熱量直接傳給作功工質(zhì)，而且燃料燃燒的產(chǎn)物也參與作功，這就大大縮小了在外 燃機中所需要的進行熱量傳遞的加熱器，從而大幅度降低了系統(tǒng)的質(zhì)量。然而內(nèi)燃機工質(zhì) 的制造過程是由兩部分構(gòu)成的，一是絕熱壓縮過程，二是燃燒混合加熱過程，由于混合加熱 過程的溫度和壓力的關系是直線關系，而作功膨脹過程是近似絕熱膨脹過程，這就不難看 出，作功膨脹完了時工質(zhì)的溫度仍然處于較高的水平，這是影響內(nèi)燃機效率的最根本原因。 因此，需要發(fā)明一種新型熱機，能夠盡量降低作功膨脹完了時的工質(zhì)的溫度，以提高熱機的 效率。

發(fā)明內(nèi)容
經(jīng)更加深入地對傳統(tǒng)內(nèi)燃機的工作過程的詳細分析，我們可以得出如下結(jié)論發(fā) 動機氣缸內(nèi)的氣體工質(zhì)的最高能量狀態(tài)(即燃燒剛剛完了時的氣體工質(zhì)狀態(tài)，此時氣體工 質(zhì)的溫度和壓力都是處于整個循環(huán)中的最高狀態(tài))是由兩個過程組成的第一個過程是活
塞對氣體進行絕熱壓縮(實際上是近似絕熱壓縮)將氣體的溫度和壓力按照P = qr^I (其
中，C1是常數(shù)，P是氣體工質(zhì)壓力，T是氣體工質(zhì)溫度，K為絕熱壓縮指數(shù)，空氣的絕熱壓縮 指數(shù)為1.4)的關系進行增壓增溫(見圖10中的O-A所示的曲線，圖10是縱軸為壓力坐標 橫軸為溫度坐標的壓力溫度關系圖)；第二個過程是向氣體內(nèi)噴入燃料由燃燒化學反應產(chǎn) 生的熱量在近乎等容加熱的狀態(tài)下將氣體的溫度和壓力按照P = C2T (其中，C2是常數(shù))的 關系進行增溫增壓(見圖10中的A-E所示的直線)(燃氣輪機是在非等容條件下加熱的)。 由這兩個過程共同作用使工質(zhì)處于作功即將開始狀態(tài)，作功沖程是按照絕熱膨脹過程(實 際上是近似絕熱膨脹)進行的(見圖10中的E-F所示的曲線)，在這個絕熱膨脹過程中，在
對外輸出功的同時，工質(zhì)按照P = C13J^i (其中，C3是常數(shù))的關系降壓降溫直至作功沖程
完了(點F所示的狀態(tài))。換句話說，達到工質(zhì)最高能量狀態(tài)是通過兩個不同過程實現(xiàn)的， 而由工質(zhì)最高能量狀態(tài)達到作功沖程完了時的狀態(tài)是由一個絕熱膨脹過程實現(xiàn)的。由于達 到能量最高狀態(tài)的過程中包括了一個燃燒化學反應放熱升溫的過程，此過程的溫度和壓力 關系式為P = C2T,不難看出工質(zhì)最高能量狀態(tài)下(見圖10中的點E所示的狀態(tài))，溫度處 于“過剩，，狀態(tài)(所謂的“過剩，，溫度是指按照絕熱膨脹的關系為了達到某一終點狀態(tài)，在 起點狀態(tài)下工質(zhì)的實際溫度高于理論上所需要的溫度，在本發(fā)明中所謂的某一終點狀態(tài)是 指接近0點的狀態(tài))，“過?！钡臏囟葘е屡蛎涍^程的曲線處于高溫位置(在圖10中向右移 動，即點F的狀態(tài)，也就是說，點F處于點0的右側(cè))，形成作功沖程完了時，溫度仍然相當高 的狀態(tài)(如圖10中E-F所示的曲線上的點F所示的狀態(tài))，由圖10中點F所示的狀態(tài)不難看出，T2 (即作功沖程完了時的工質(zhì)溫度，也就是低溫熱源的溫度)仍然處于較高狀態(tài)，也 就是說仍然有相當?shù)臒崃吭诠べ|(zhì)內(nèi)而沒有變成功，這部分熱量全部白白排放至環(huán)境，因此， 效率會處于較低狀態(tài)。圖11是描述燃燒后氣體工質(zhì)的壓力和溫度關系符合絕熱壓縮過程 溫度和壓力關系的示意圖，點A、點B、點C三點分別表示壓縮沖程完了時的狀態(tài)，點AA表示 由點A開始燃燒化學反應后達到的狀態(tài)，點BB表示由點B開始燃燒化學反應后達到的狀 態(tài)，點CC表示由點C開始燃燒化學反應后達到的狀態(tài)，點0是壓縮沖程的起點也是膨脹作 功沖程的終點。圖12是描述燃燒后氣體工質(zhì)的壓力大于由絕熱壓縮過程的壓力和溫度的 關系所確定的壓力值的示意圖，點A、點B、點C三點分別表示壓縮沖程完了時的狀態(tài)；點AA 表示由點A開始燃燒化學反應后達到的狀態(tài)，點AAA表示由點AA膨脹作功達到的終點；點 BB表示由點B開始燃燒化學反應后達到的狀態(tài)，點BBB表示由點BB膨脹作功達到的終點； 點CC表示由點C開始燃燒化學反應后達到的狀態(tài)，點CCC表示由點CC膨脹作功達到的終 點。圖10是壓縮沖程完了時不同增溫增壓過程和加大壓縮沖程的力度，使被壓縮氣體的溫 度達到環(huán)保溫度限值或材料溫度限值且燃燒前后溫度不變或者沒有明顯變化，而壓力大幅 增加的過程示意圖(包括與傳統(tǒng)內(nèi)燃機循環(huán)的比較曲線)；A-CC、A-BB、A-AA表示不同升溫 升壓過程，點D表示被壓縮氣體的溫度達到環(huán)保溫度限值或材料溫度限值的壓縮沖程完了 時的狀態(tài)，D-DD表示燃燒前后溫度不變或者沒有明顯變化而壓力大幅增加的過程，點DDD、 點CCC、點BBB、點AAA和點0分別表示不同過程的膨脹作功終點。如圖10、圖11和圖12所 示，如果我們能夠找到一種方法使燃燒后的工質(zhì)的壓力溫度狀態(tài)點處于絕熱壓縮過程的壓 力溫度曲線O-H上或處于絕熱壓縮過程的壓力溫度曲線O-H左方，則膨脹作功后的工質(zhì)溫 度將可達到等于0點的溫度、低于0點的溫度或大幅度低于0點的溫度的狀態(tài)，這樣將使發(fā) 動機的效率大幅度提高，而且可以制造出輸出的功接近燃料熱值、等于燃料熱值或大于燃 料熱值的發(fā)動機。如果燃燒后的工質(zhì)的壓力溫度狀態(tài)點處于絕熱壓縮過程的壓力溫度曲線 O-H右側(cè)，雖然不能制造出輸出的功等于燃料熱值或大于燃料熱值的發(fā)動機，但通過使燃燒 后的工質(zhì)的壓力溫度狀態(tài)點盡可能靠近O-H曲線，以達到效率的提高。而要想使燃燒后的 工質(zhì)的壓力溫度狀態(tài)點處于曲線O-H上或處于曲線O-H左方，可行的辦法是使燃燒化學反 應放出的熱量的全部或部分被所述膨脹劑吸收增加即將開始作功的氣體工質(zhì)的摩爾數(shù)，形
成燃燒后的工質(zhì)壓力不低于由公式P = % +(其中，P是燃燒后的工質(zhì)壓力，P。
是絕熱壓縮后未燃燒未導入膨脹劑的工質(zhì)壓力，Pe是燃燒后膨脹劑所形成的分壓，T是燃燒 后的工質(zhì)溫度，T0是絕熱壓縮后未燃燒未導入膨脹劑的工質(zhì)溫度，K為絕熱壓縮指數(shù)，空氣 的絕熱壓縮指數(shù)為1. 4)所確定的壓力值，即P值，這樣就能保證燃燒后的工質(zhì)的壓力溫度 狀態(tài)點處于曲線O-H上或處于曲線O-H左方，這樣才能實現(xiàn)更高的效率和更好的環(huán)保性。本 發(fā)明所公開的少燃高效發(fā)動機中，公開了一種在沒有膨脹劑的條件下使燃燒后的工質(zhì)的壓 力溫度狀態(tài)點在圖14所示O-H曲線(與圖10所示O-H曲線等價)右側(cè)但盡可能靠近O-H 曲線的方案，以達到效率的提高。 化學能是現(xiàn)代熱機的能量的來源，然而本發(fā)明人認為在傳統(tǒng)熱機中對化學能的利 用存在著相當?shù)娜毕荩瑢е逻@些缺陷的根本原因是，對化學能的一個極其重要的屬性的理 解不夠深刻，即對化學能是可以近乎向任何高能狀態(tài)(高溫高壓)下的工質(zhì)輸入能量的屬 性的理解不夠深刻。本發(fā)明中，為了說明方便，將化學能是可以近乎向任何高能狀態(tài)(高溫高壓)下的工質(zhì)輸入能量的屬性定義為化學能的超品性，如果對化學能的超品性進行充分 利用，即可以使熱機的效率得到本質(zhì)性的提高?，F(xiàn)以有壓縮沖程(過程)且燃燒產(chǎn)物參與 作功的熱機為例加以說明圖13中Sp S2和&是壓縮力度不同的熱機工作示意圖，壓縮力 度按S1A2和&順序依次增加，化是燃料的化學能，由于壓縮過程所需要的功是可以通過膨 脹過程加以回收的，假設壓縮過程和膨脹過程都是可逆的，則不論壓縮力度多高，其本身并 不影響熱機的效率，但是壓縮力度越高，相當于將化學能提高到了更高的品位，這些處于更 高品位的化學能在作功過程中可以將其更大部分以功的形式輸出，如果狀態(tài)參數(shù)合理，被 相當大的壓縮力度提高到相當高品位的化學能在膨脹作功過程中可以使工質(zhì)的溫度下降 到大幅度低于標準狀態(tài)的程度，進而使熱機輸出的功大于燃料的熱值；圖13中、是在有 膨脹劑存在的條件下燃料燃燒放出化學能后溫度不變的過程，在此過程中，P2 = P1表示燃 燒前后工質(zhì)壓力不變體積增大，輸出的功W接近化學能％的過程，P2 > P1表示燃燒前后工 質(zhì)壓力增大，輸出的功W大于化學能化的過程。由此可見，要想制造出高效或超高效(超 高效表示熱機輸出的功等于或大于燃料的化學能)的有壓縮沖程(過程)且燃燒產(chǎn)物參與 作功的熱機，就必須一、大幅度增加熱機的壓縮力度使化學能在相當高的能量級別上傳遞 給工質(zhì)；二、將化學能釋放后所形成的高溫高壓工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)合理化(所謂的“將化學能 釋放后所形成的高溫高壓工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)合理化”是指通過導入膨脹劑或其他方式使燃燒 后工質(zhì)的壓力和溫度之間的關系能夠使工質(zhì)膨脹作功后的溫度接近、等于、低于或大幅度 低于標準狀態(tài)溫度，所謂的其他方式是在沒有膨脹劑的條件下大幅度提高發(fā)動機壓縮沖程 的力度，使壓縮沖程完了時的壓力和溫度處于相當高的狀態(tài)后在利用化學能對工質(zhì)進行加 熱升溫，見圖14中的高端位置(趨近于點H方向)所示的狀態(tài)，這種方式雖然制造不出超 高效發(fā)動機，但是可以制造出高效發(fā)動機)；三、合理選擇工質(zhì)和/或膨脹劑(所謂合理選 擇工質(zhì)是指選擇相變熱小而且在膨脹作功到設定程度時才液化的工質(zhì)，所謂合理選擇膨脹 劑是指選擇相變熱小而且在膨脹作功到設定程度時才液化的膨脹劑)。對于外燃機來說， 一、必須使工質(zhì)在相當高的壓力和溫度下吸熱(用環(huán)境或其他低品位熱源使工質(zhì)處于相當 高的溫度和壓力下再利用化學能對工質(zhì)加熱)；二、必須使吸熱后的工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)合理 化；三、合理選擇工質(zhì)(所謂合理選擇工質(zhì)是指選擇相變熱小而且在膨脹作功到設定程度 時才液化的工質(zhì))。圖14是在對工質(zhì)進行不同壓縮力度的前提下利用燃料燃燒對工質(zhì)進行 加熱升溫升壓的計算數(shù)據(jù)圖，縱軸為壓力，橫軸為溫度，O-H為絕熱壓縮曲線，A1-E1, A2-E2, A3-E3,……、An^n表示不同壓縮力度下由燃料燃燒對工質(zhì)加熱升溫升壓的直線，而且隨著 η值的增加，壓縮力度不斷加大，由圖14可見，燃燒升溫升壓直線的斜率隨壓縮力度的提高 而逐漸變大；不難推理，由圖14中的狀態(tài)點ΕρΕ2、&、……、&出發(fā)絕熱膨脹作功后，隨著 η值的增加，工質(zhì)的溫度越低。 本發(fā)明所公開的少燃高效發(fā)動機中，圖14中，在一條直線上的點A、B、C、D和E(例 如點A4、B4, C4、D4和E4)表示對被壓縮工質(zhì)的不同加熱力度，點A表示沒有對絕熱壓縮后的 工質(zhì)進行加熱(即沒有發(fā)生燃燒化學反應)，點B表示對絕熱壓縮后的工質(zhì)進行強度為1/4 的加熱(即氧化劑或還原劑的最大量的1/4參與了燃燒化學反應)后的狀態(tài)，點C表示對 絕熱壓縮后的工質(zhì)進行強度為2/4的加熱(即氧化劑或還原劑的最大量的2/4參與了燃燒 化學反應)后的狀態(tài)，點D表示對絕熱壓縮后的工質(zhì)進行強度為3/4的加熱(即氧化劑或 還原劑的最大量的3/4參與了燃燒化學反應)后的狀態(tài)，點E表示對絕熱壓縮后的工質(zhì)進行強度為4/4的加熱(即氧化劑或還原劑的最大量全部參與了燃燒化學反應)后的狀態(tài)； 由點B4和點&起的虛線分別表示由點B4和點&進行絕熱膨脹作功的過程曲線，不難看出， 由點B4起的絕熱膨脹作功后的工質(zhì)的溫度低于由點&起的絕熱膨脹作功后的工質(zhì)的溫度， 由于壓縮過程是絕熱的，膨脹過程也是絕熱的，所以膨脹作功后的工質(zhì)溫度越低表示循環(huán) 的效率越高，因此，在忽略機構(gòu)功耗的前提下并假設壓縮沖程和膨脹作功沖程是可逆的，可 以得出這樣的結(jié)論，在對工質(zhì)進行絕熱壓縮后，利用燃料對工質(zhì)進行加熱的強度越低，工質(zhì) 絕熱膨脹后的效率越高。本發(fā)明中，圖15是在忽略內(nèi)燃機機構(gòu)功耗的前提下燃燒加熱力度與發(fā)動機的效 率的關系圖，縱軸是效率Π，橫軸是燃燒加熱的溫升ΔΤ(相當于加入燃油的量q)，α、β、 Y分別表示不同壓縮力度的曲線，壓縮力度按α、β、Υ依次增加；由圖15可以看出在 同一壓縮力度下，加熱力度越小(即噴油量越小)，發(fā)動機的效率越高；在同一加熱力度下 (即相同噴油量下)，壓縮力度越大，發(fā)動機的效率越高。本發(fā)明中，圖16是在考慮內(nèi)燃機機構(gòu)功耗的前提下燃燒加熱力度與發(fā)動機的效 率的關系圖，縱軸是效率Π，橫軸是燃燒加熱的溫升ΔΤ(相當于加入燃油的量q)，α、β、 Y分別表示不同壓縮力度的曲線，壓縮力度按α、β、Υ依次增加；由圖16可以看出加熱 力度過大或過小(即噴油量過多或過小)，都會影響發(fā)動機的效率，在同一加熱力度下(即 相同噴油量下)，壓縮力度越大，發(fā)動機的效率越高。本發(fā)明中，所謂的低溫熱源也可稱之為冷源，與有些文獻中的所謂冷源等價。本發(fā)明中，所謂“高溫熱源下工質(zhì)的狀態(tài)(溫度和壓力)”是指從高溫熱源吸熱完 畢后的工質(zhì)的狀態(tài)，即工質(zhì)的溫度和壓力；所謂的高溫熱源下工質(zhì)的狀態(tài)可能與高溫熱源 的狀態(tài)一致，也可能與高溫熱源的狀態(tài)不一致。本發(fā)明所謂的氧化劑是指純氧或其他成分在熱功轉(zhuǎn)換過程中不產(chǎn)生有害化合物 的含氧氣體，如液化空氣、過氧化氫或過氧化氫水溶液等。所謂氧化劑源是指一切可以提供 氧化劑的裝置、系統(tǒng)或容器，如商用氧源(即高壓儲氧罐或液化氧罐)和在熱動力系統(tǒng)內(nèi)由 現(xiàn)場制氧系統(tǒng)提供的氧(如膜分離制氧系統(tǒng))等。本發(fā)明所謂的燃料是指一切化學燃燒意義上能和氧發(fā)生劇烈的氧化還原反應的 物質(zhì)，可以是氣體、液體或固體，在這里主要包括汽油、柴油、天然氣、氫氣和煤氣及流化燃 料、液化燃料或粉末狀的固體燃料等。所謂的液化燃料是指被液化的在常溫常壓狀態(tài)下為 氣態(tài)的燃料。本發(fā)明中，在某些技術方案中，作功工質(zhì)溫度可以達到數(shù)千度甚至更高，作功工質(zhì) 的壓力可以達到數(shù)百個大氣壓甚至更高。為了解決上述問題，本發(fā)明提出的技術方案如下一種少燃高效發(fā)動機，包括內(nèi)燃機，調(diào)整所述內(nèi)燃機的燃油供給量或調(diào)整所述內(nèi) 燃機的進氣量使所述內(nèi)燃機的空燃比大于20 1、25 1、30 1、35 1、40 1、45 1、 50 1、55 1、60 1、65 1、70 1、75 1、80 1、85 1、90 1、95 UlOO 1、 105 UllO 1,115 1,120 1,125 1,130 1,135 1,140 1,145 1 或大于 150 1。一種少燃高效發(fā)動機，包括內(nèi)燃機和高壓氧化劑源，所述內(nèi)燃機的進氣道的進氣 氣源設為非含氧氣源，所述高壓氧化劑源經(jīng)氧化劑導入控制閥與所述內(nèi)燃機的燃燒室連通，調(diào)整所述氧化劑導入控制閥使經(jīng)所述進氣道導入所述燃燒室的所述非含氧氣源內(nèi)的非 含氧氣體的摩爾數(shù)與導入所述燃燒室內(nèi)的所述高壓氧化劑源中的氧化劑的摩爾數(shù)之比大 于 20 1、21 1、22 1、23 1、24 1、25 1、26 1、27 1、28 1、29 1、30 1、 35 1、40 1、45 1、50 1、55 1、60 1、65 1、70 1、75 1、80 1、85 1、 90 1、95 UlOO 1,105 UllO 1,115 1,120 1,125 1,130 1,135 1、 140 1,145 1,150 1,155 1,160 1,165 1,170 1,175 1,180 1,185 1、 190 1,195 1或大于200 1 ；調(diào)整所述內(nèi)燃機的燃油供給量使導入所述燃燒室內(nèi)的燃 料的量與導入所述燃燒室內(nèi)的氧化劑的量相匹配。 一種少燃高效發(fā)動機，包括內(nèi)燃機、高壓氧化劑源和開放核心燃燒室，所述開放 核心燃燒室設置在所述內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)，所述內(nèi)燃機的進氣道的進氣氣源設為非含氧 氣源，所述高壓氧化劑源經(jīng)氧化劑導入控制閥與所述開放核心燃燒室連通，調(diào)整所述氧化 劑導入控制閥使經(jīng)所述進氣道導入所述燃燒室的所述非含氧氣源內(nèi)的非含氧氣體的摩爾 數(shù)與導入所述開放核心燃燒室內(nèi)的所述高壓氧化劑源O)中的氧化劑的摩爾數(shù)之比大于
20 1、21 1、22 1、23 1、24 1、25 1、26 1、271,281,291、3035 1、40 1、45 1、50 1、55 1、60 1、65 1、701、751、801、8590 1、95 UlOO 1,105 UllO 1,115 1,120 1,125 1,130 1,1351401,1451,1501,155 1,1601,165 1,170 1,175 1,180 1,185
190 1,195 1或大于200 1 ；調(diào)整所述內(nèi)燃機的燃油供給量使導入所述開放核心燃燒 室內(nèi)的燃料的量與導入開放核心燃燒室內(nèi)的氧化劑的量相匹配。 所述內(nèi)燃機設為活塞式內(nèi)燃機，調(diào)整所述活塞式內(nèi)燃機的壓縮比使所述活塞式內(nèi) 燃機的壓縮比大于 9 1,9. 5 UlO 1,10. 5 Ull 1,11. 5 1、12 1,12. 5 1、
13 1,13. 51、141,14.5 1、151、155 1、16 1、16. 5 1、17 1,17. 51、18 1,18. 51、191,19.5 1、201、211、221、231、241,251,261、27 1,28 1,29 1、301、31 1、32 1、33 1,34 1、351、361、371、38 1、39 1、40 1、411、42 1、43 1、44 1、45 1、461、471、481、49 1、50 1、51 1、521、53 1,54 1、55 1、56 1、571、581、591、60 1、61 1、62 1、631、64 1、65 1、66 1、67 1、681、691、701、71 1、72 1、73 1、741、75 1、76 1、77 1、78 1、791、801、811、82 1、83 1、84 1、851、86 1、87 1、88 1、89 1、901、911、921、93 1、94 1、95 1、961、97 1、98 1、99 1或大于100 Io
所述內(nèi)燃機設為燃氣輪機，調(diào)整所述燃氣輪機的壓氣機的壓比使所述壓氣機的壓比大于20 1、21 1、22 1、23 1、24 1、25 1,26 1、271、281,291、30 1、31 1、32 1、331,34 1、35 1、36 1、37 1、381、391、401、41 1、42 1、43 1、441、45 1、46 1、47 1、48 1、491、501、511、52 1、53 1,54 1、551、56 1、57 1、58 1、59 1、601、611、621、63 1、64 1、65 1、661、67 1、68 1、69 1、70 1、711、721、731、74 1、75 1、76 1、771、78 1、79 1、80 1、81 1、821、831、841、85 1、86 1、87 1、881、89 1、90 1、91 1、92 1、931、941、951、96 1、97 1、98 1、99UlOOUllO1,120 1、130 1,140 1,150 1、160 1,170 1,180 1,190 1,200 1,210 1,220 1,230 1,240 1,250 1、 260 1,270 1,280 1,290 1 或大于 300 1。所述非含氧氣源設為所述內(nèi)燃機的排氣道，所述進氣道經(jīng)連通通道與所述排氣道 連通。在所述連通通道上設排熱器。在所述連通通道上設氣體排出口。在所述連通通道上設液體排出口。本發(fā)明的原理是在提高壓縮力度(所謂壓縮力度是指內(nèi)燃機中壓縮沖程或壓縮 過程對氣體的壓縮程度，在活塞式內(nèi)燃機中用壓縮比表示，在燃氣輪機中用壓比表示)的 基礎上，適當減少單位被壓縮氣體所對應的燃油導入量，以使作功沖程完了時工質(zhì)的溫度 明顯下降或大幅度下降，以提高發(fā)動機的效率。本發(fā)明中，如果忽略機構(gòu)的耗功損失并假設壓縮沖程和膨脹沖程均是可逆的，壓 縮力度越高，效率越高；在同一壓縮力度的前提下，燃油供給量越少，效率越高；在實際熱 機制造和使用中，需要考慮機構(gòu)的耗功損失及壓縮沖程和膨脹沖程的不可逆性，因此需要 一定的燃油供給量來克服這些損失，并在此基礎上，根據(jù)公知技術確定燃油供給量的數(shù)值； 在含有高壓氧化劑源的結(jié)構(gòu)中，導入高壓氧化劑的量應根據(jù)燃料量以及由公知技術所確定 的必要的氧化劑過量系數(shù)來確定導入氧化劑的量，以減少對氧化劑的需求量，降低系統(tǒng)的 體積和使用成本；不僅如此，在實際設計和制造過程中，要兼顧效率和升功率，因為在某些 情況下，效率高的狀態(tài)點可能是升功率低的狀態(tài)點，為了滿足效率和升功率的要求，要統(tǒng)籌 兼顧，在滿足升功率的前提下，盡可能提高效率。本發(fā)明中，所謂的“調(diào)整所述內(nèi)燃機的燃油供給量使導入所述燃燒室內(nèi)的燃料的 量與導入所述燃燒室內(nèi)的氧化劑的量相匹配”是指導入的所述燃燒室的氧化劑的量等于或 大于使導入所述燃燒室內(nèi)的燃料燃盡所需要的氧化劑的量，過量系數(shù)應由公知技術確定。本發(fā)明中，所謂的非含氧氣源是指能夠提供不含氧氣體的系統(tǒng)；所謂的內(nèi)燃機是 指活塞式內(nèi)燃機和燃氣輪機，包括自由活塞發(fā)動機、轉(zhuǎn)子活塞發(fā)動機等；所謂的壓縮比是指 吸入氣體的體積和壓縮沖程完了時的體積之比；所謂的壓比是指壓氣機出口處的壓力和壓 氣機入口處的壓力之比；所謂的排熱器是指可以將熱量對外排出的裝置，可以是散熱器，也 可以是以冷卻為目的的熱交換器。本發(fā)明所謂的開放核心燃燒室是指氧化劑與燃料發(fā)生燃燒化學反應的燃燒區(qū)域， 燃料和氧化劑在該區(qū)域內(nèi)發(fā)生燃燒化學反應后與燃燒室內(nèi)的被壓縮的其他氣體工質(zhì)混合。 設置開放核心燃燒室的目的是在于使燃料與氧化劑的燃燒效率更高，燃燒更加穩(wěn)定，減少 一氧化碳和碳氫化合物的排放。本發(fā)明中，根據(jù)公知技術，可在本發(fā)明所公開的少燃高效發(fā)動機中，設置一切必要 的部件、單元或系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明能夠制造出高效、環(huán)保性好的發(fā)動機。


圖1所示的是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖2所示的是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示的是本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示的是本發(fā)明實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5所示的是本發(fā)明實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6和圖7所示的是本發(fā)明實施例6的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8和圖9所示的是本發(fā)明實施例7的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10所示的是縱軸為壓力坐標橫軸為溫度坐標的壓力溫度關系圖；圖11所示的是本發(fā)明描述燃燒后氣體工質(zhì)的壓力和溫度關系符合絕熱壓縮過程 溫度和壓力關系的示意圖；圖12所示的是本發(fā)明描述燃燒后氣體工質(zhì)的壓力大于由絕熱壓縮過程的壓力和 溫度的關系所確定的壓力值的示意圖；圖13所示的是壓縮力度不同的熱機工作示意圖；圖14是在對工質(zhì)進行不同壓縮力度的前提下利用燃料燃燒對工質(zhì)進行加熱升溫 升壓的計算數(shù)據(jù)圖；圖15是在忽略內(nèi)燃機機構(gòu)功耗的前提下燃燒加熱力度與發(fā)動機的效率的關系 圖；圖16是在將內(nèi)燃機機構(gòu)功耗包含在內(nèi)的燃燒加熱力度與發(fā)動機的效率的關系 圖。
具體實施例方式實施例1如圖1所示的少燃高效發(fā)動機，包括內(nèi)燃機1，調(diào)整所述內(nèi)燃機1的燃油供給量或 調(diào)整所述內(nèi)燃機1的進氣量使所述內(nèi)燃機1的空燃比大于20 1、25 1,30 1、35 1、 40 1、45 1、50 1、55 1、60 1、65 1、70 1、75 1、80 1、85 1、90 1、 95 UlOO 1,105 UllO 1,115 1,120 1,125 1,130 1,135 1,140 1、 145 1 或大于 150 1。實施例2如圖2所示的少燃高效發(fā)動機，包括內(nèi)燃機1和高壓氧化劑源2，所述內(nèi)燃機1的 進氣道100的進氣氣源設為非含氧氣源3，所述高壓氧化劑源2經(jīng)氧化劑導入控制閥4與所 述內(nèi)燃機1的燃燒室5連通，調(diào)整所述氧化劑導入控制閥4使經(jīng)所述進氣道100導入所述 燃燒室5的所述非含氧氣源3內(nèi)的非含氧氣體的摩爾數(shù)與導入所述燃燒室5內(nèi)的所述高壓 氧化劑源2中的氧化劑的摩爾數(shù)之比大于20 1、21 1、22 1、23 1、24 1、25 1、 26 1、27 1、28 1、29 1、30 1、35 1、40 1、45 1、50 1、55 1、60 1、 65 1、70 1、75 1、80 1、85 1、90 1、95 UlOO 1,105 UllO 1,115 1、 120 1,125 1,130 1,135 1,140 1,145 1,150 1,155 1,160 1,165 1、 170 1,175 1,180 1,185 1,190 1,195 1 或大于 200 1 ；調(diào)整所述內(nèi)燃機 1 的燃油供給量使導入所述燃燒室5內(nèi)的燃料的量與導入所述燃燒室5內(nèi)的氧化劑的量相匹 配。實施例3
如圖3所示的少燃高效發(fā)動機，包括內(nèi)燃機1、高壓氧化劑源2和開放核心燃燒室 500，所述開放核心燃燒室500設置在所述內(nèi)燃機1的燃燒室5內(nèi)，所述內(nèi)燃機1的進氣道 100的進氣氣源設為非含氧氣源3，所述高壓氧化劑源2經(jīng)氧化劑導入控制閥4與所述開 放核心燃燒室500連通，調(diào)整所述氧化劑導入控制閥4使經(jīng)所述進氣道100導入所述燃燒 室5的所述非含氧氣源3內(nèi)的非含氧氣體的摩爾數(shù)與導入所述開放核心燃燒室500內(nèi)的所 述高壓氧化劑源2中的氧化劑的摩爾數(shù)之比大于20 1、21 1、22 1、23 1、24 1、 25 1、26 1、27 1、28 1、29 1、30 1、35 1、40 1、45 1、50 1、55 1、 60 1、65 1、70 1、75 1、80 1、85 1、90 1、95 UlOO 1,105 UllO 1、 115 1,120 1,125 1,130 1,135 1,140 1,145 1,150 1,155 1,160 1、 165 1,170 1,175 1,180 1,185 1,190 1,195 1 或大于 200 1 ；調(diào)整所述 內(nèi)燃機1的燃油供給量使導入所述開放核心燃燒室500內(nèi)的燃料的量與導入所述開放核心 燃燒室500內(nèi)的氧化劑的量相匹配。實施例4如圖4所示的少燃高效發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別是所述內(nèi)燃機1設為活塞式 內(nèi)燃機111，調(diào)整所述活塞式內(nèi)燃機111的壓縮比使所述活塞式內(nèi)燃機111的壓縮比大于 9 1,9. 5 UlO 1,10. 5 Ull 1,11. 5 1、12 1,12. 5 1、13 1,13. 5
141,14. 51、151,15.5 1、161、165 1、17 1、17. 5 1、18 1,18. 5 1191,19. 51、201、211、221、23 1、241,251、261、271、28 1291、30 1、31 1、32 1、33 1、34 1、35 1、36 1、371、381、39 1401、41 1、42 1、43 1、44 1、45 1、46 1、47 1、481、491、50 1511、52 1、53 1,54 1、55 1、56 1、57 1、58 1、591、601、61 1621、63 1、64 1、65 1、66 1、67 1、68 1、69 1、701、711、72 1731、74 1、75 1、76 1、77 1、78 1、79 1、80 1、811、821、83 1841、85 1、86 1、871、88 1、89 1、90 1、91 1、921、931、94 1951、96 1、97 1、98 1、99 1或大于100 Io實施例5如圖5所示的少燃高效發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別是所述內(nèi)燃機1設為燃氣 輪機112，調(diào)整所述燃氣輪機112的壓氣機1121的壓比使所述壓氣機1121的壓比大于
20 1、21 1、22 1、23 1、24 1、251、261、271、281,291、3031 1、32 1、33 1、34 1、35 1、361、371、381、391、401、4142 1、43 1、44 1、45 1、46 1、471、481、491、501、511、5253 1、54 1、55 1、56 1、57 1、581、591、601、611、621、6364 1、65 1、66 1、67 1、68 1、691、701、711、721、731、7475 1、76 1、77 1、78 1、79 1、801、811、821、831、841、8586 1、87 1、88 1、89 1、90 1、911、921、931、941、951、9697 1、98 1、99 UlOO UllO 1,120 1,130 1、140 1,150 1,160170 1,1801,1901、20C1,210 1、220 1,230 1,240 1,250 1,260270 1,2801,2901或大于300 1。
實施例6
如圖6和圖7所示的少燃高效發(fā)動機，其與實施例2或3的區(qū)別是所述非含氧 氣源3設為所述內(nèi)燃機1的排氣道101，所述進氣道100經(jīng)連通通道102與所述排氣道101 連通，在所述連通通道102上設排熱器103。其中，圖6中所述內(nèi)燃機1設為活塞式內(nèi)燃機 111，圖7中所述內(nèi)燃機1設為燃氣輪機112。這樣設置的目的是為了形成閉合循環(huán)系統(tǒng)，進 而提高發(fā)動機的效率。實施例7如圖8和圖9所示的少燃高效發(fā)動機，其與實施例6的區(qū)別是在所述連通通道 102上設氣體排出口 104，在所述連通通道102上設液體排出口 105。其中，圖8中所述內(nèi)燃 機1設為活塞式內(nèi)燃機111，圖9中所述內(nèi)燃機1設為燃氣輪機112。這樣設置的目的是為 了形成閉合循環(huán)系統(tǒng)，進而提高發(fā)動機的效率。
權利要求
1.一種少燃高效發(fā)動機，包括內(nèi)燃機(1)，其特征在于調(diào)整所述內(nèi)燃機(1)的燃油 供給量或調(diào)整所述內(nèi)燃機(1)的進氣量使所述內(nèi)燃機(1)的空燃比大于20 1、25 1、 30 1、35 1、40 1、45 ·1、50 1、55 1、60 1、65 1、70 1、75 1、80 1、 85 1、90 1、95 UlOO 1,105 UllO 1,115 1,120 1,125 1,130 1、 135 1,140 1,145 1 或大于 150 1。
2.一種少燃高效發(fā)動機，包括內(nèi)燃機(1)和高壓氧化劑源O)，其特征在于所述內(nèi)燃 機(1)的進氣道(100)的進氣氣源設為非含氧氣源(3)，所述高壓氧化劑源( 經(jīng)氧化劑 導入控制閥⑷與所述內(nèi)燃機⑴的燃燒室(5)連通，調(diào)整所述氧化劑導入控制閥⑷使 經(jīng)所述進氣道(100)導入所述燃燒室(5)的所述非含氧氣源(3)內(nèi)的非含氧氣體的摩爾數(shù) 與導入所述燃燒室(5)內(nèi)的所述高壓氧化劑源O)中的氧化劑的摩爾數(shù)之比大于20 1、 21 1、·22 1、23 1、24 1、25 1、26 1、27 1、28 1、29 1、30 1、35 1、 40 1、45 1、50 1、55 1、60 1、65 1、70 1、75 1、80 1、85 1、90 ·1、 95 UlOO 1,105 UllO 1,115 1,120 1,125 1,130 1,135 1,140 1、 145 1,150 1,155 1,160 1,165 1,170 1,175 1,180 1,185 1,190 1、 ·195 1或大于200 1 ；調(diào)整所述內(nèi)燃機(1)的燃油供給量使導入所述燃燒室(5)內(nèi)的燃 料的量與導入所述燃燒室(5)內(nèi)的氧化劑的量相匹配。
3.一種少燃高效發(fā)動機，包括內(nèi)燃機(1)、高壓氧化劑源( 和開放核心燃燒室(500)， 其特征在于所述開放核心燃燒室(500)設置在所述內(nèi)燃機(1)的燃燒室( 內(nèi)，所述內(nèi)燃 機(1)的進氣道(100)的進氣氣源設為非含氧氣源(3)，所述高壓氧化劑源( 經(jīng)氧化劑 導入控制閥(4)與所述開放核心燃燒室(500)連通，調(diào)整所述氧化劑導入控制閥(4)使經(jīng) 所述進氣道(100)導入所述燃燒室(5)的所述非含氧氣源(3)內(nèi)的非含氧氣體的摩爾數(shù)與 導入所述開放核心燃燒室(500)內(nèi)的所述高壓氧化劑源( 中的氧化劑的摩爾數(shù)之比大于·20 1、21 1、22 1、23 1、24 1、251,261、271,281,291、30 1、·35 1、40 1、45 1、50 1、55 1、601、651、701、751、801、85 1、·90 1、95 UlOO 1,105UllO 1、115 1、120 1,125 1,130 1,135 1、·1401,1451,1501,1551,160 1、165 1、170 1,175 1,180 1,185 1、·190 1,195 1或大于200 1 ；調(diào)整所述內(nèi)燃機(1)的燃油供給量使導入所述開放核心 燃燒室(500)內(nèi)的燃料的量與導入開放核心燃燒室(500)內(nèi)的氧化劑的量相匹配。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述少燃高效發(fā)動機，其特征在于所述內(nèi)燃機(1)設為活 塞式內(nèi)燃機(111)，調(diào)整所述活塞式內(nèi)燃機(111)的壓縮比使所述活塞式內(nèi)燃機(111)的壓 縮比大于 9 1,9. 5 UlO 1,10. ·5 Ull 1,11. 5 1、12 1,12. 5 1、13 1、 13. 5 1、14 1,14. 5 1、15 1,15. 5 1、16 1,16. 5 1、17 1,17. 5 1、18 1、·18. 51、191,19.5 1、20 1、211、221、231,241,251,261、27 1·28 1、29 1、30 1、311、32 1、33 1,34 1,35 1、36 1、37 1、38 1·39 1、40 1、41 1、421、43 1、44 1、45 1、46 1、47 1、48 1、49 1·50 1、51 1、52 1、531,54 1、55 1、56 1、57 1、58 1、59 1、60 1·61 1、62 1、63 1、641、65 1、66 1、67 1、68 1、69 1、70 1、71 1·72 1、73 1、74 1、751、76 1、77 1、78 1、79 1、80 1、81 1、82 1·83 1、84 1、851、861、87 1、88 1、89 1、90 1、91 1、92 1、93 1.94 1、95 1、96 1、97 1、98 1、99 1 或大于 100 1。
5.根據(jù)權利要求1、2或3所述少燃高效發(fā)動機，其特征在于所述內(nèi)燃機(1)設為燃 氣輪機(112)，調(diào)整所述燃氣輪機(112)的壓氣機(1121)的壓比使所述壓氣機(1121)的壓 比大于 20 1、21 1、22 1、23 1、24 1、25 1、26 1、27 1、28 1、29 1、 30 1、31 1、32 1、.33 1、34 1、35 1、36 1、37 1、38 1、39 1、40 1、 41 1、42 1、43 1、44 1、45 1、46 1、47 1、48 1、49 1、50 1、51 1、 52 1、53 1、54 1、55 1、56 1、57 1、58 1、59 1、60 1、61 1、62 1、 63 1、64 1、65 1、66 1、67 1、68 1、69 1、70 1、71 1、72 1、73 1、 74 1、75 1、76 1、77 1、78 1、79 1、80 1、81 1、82 1、83 1、84 1、 85 1、86 1、87 1、88 1、89 1、90 1、91 1、92 1、.93 1、94 1、95 1、 96 1、97 1、98 1、99 UlOO UllO 1,120 1,130 1,140 1,150 1、 160 1,170 .1,180 1,190 1,200 1,210 1,220 1,230 1,240 1,250 1、 260 1,270 1,280 1,290 1 或大于 300 1。
6.根據(jù)權利要求2或3所述少燃高效發(fā)動機，其特征在于所述非含氧氣源(3)設為 所述內(nèi)燃機(1)的排氣道(101)，所述進氣道(100)經(jīng)連通通道(10 與所述排氣道(101) 連通。
7.根據(jù)權利要求6所述少燃高效發(fā)動機，其特征在于在所述連通通道(10 上設排 熱器(103)。
8.根據(jù)權利要求6所述少燃高效發(fā)動機，其特征在于在所述連通通道(10 上設氣 體排出口 (104)。
9.根據(jù)權利要求7所述少燃高效發(fā)動機，其特征在于在所述連通通道(10 上設液 體排出口 (105)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種少燃高效發(fā)動機，包括內(nèi)燃機，調(diào)整所述內(nèi)燃機的燃油供給量或調(diào)整所述內(nèi)燃機的進氣量使所述內(nèi)燃機的空燃比大于20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1、45∶1、50∶1、55∶1、60∶1、65∶1、70∶1、75∶1、80∶1、85∶1、90∶1、95∶1、100∶1、105∶1、110∶1、115∶1、120∶1、125∶1、130∶1、135∶1、140∶1、145∶1或大于150∶1。本發(fā)明能夠制造出高效、環(huán)保性好的發(fā)動機。
文檔編號F02C3/04GK102121426SQ201110045800
公開日2011年7月13日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權日2011年2月23日
發(fā)明者靳北彪 申請人:靳北彪