專利名稱：小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及熱能與動(dòng)力領(lǐng)域，尤其是一種發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
為提高傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)(包括活塞式內(nèi)燃機(jī)和內(nèi)燃式輪機(jī))的效率，已有不少方案提出向燃燒室噴射膨脹劑。但是沒有任何方案明確向燃燒室內(nèi)噴射膨脹劑的量以及噴射前燃燒室內(nèi)的壓力狀態(tài)，然而向燃燒室噴射膨脹劑的量和燃燒前燃燒室內(nèi)的壓力和溫度狀態(tài)是影響向內(nèi)燃機(jī)燃燒室噴射膨脹劑方案中內(nèi)燃機(jī)的效率的最重要的因素之一。因此，需要明確向燃燒室噴射膨脹劑的量和內(nèi)燃機(jī)壓縮過程完了時(shí)氣體的狀態(tài)參數(shù)，以使向燃燒室噴射膨脹劑并發(fā)生燃燒后的工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)更加合理，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。
發(fā)明內(nèi)容熱力學(xué)第二定律具有代表性的兩種闡述方式是一、開爾文的闡述方式是“不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓??！?二、克勞修斯的闡述方式是“不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響”。卡諾在其1824年發(fā)表的 《論火的動(dòng)力》論文中提出熱機(jī)必須工作在兩個(gè)熱源之間，從高溫?zé)嵩次崃?，又把所吸取熱量的一部分傳遞給低溫?zé)嵩?，只有這樣才能獲得機(jī)械功。而且卡諾根據(jù)這一結(jié)論提出了著名的卡諾定理，即7 = i-r2/7i
，(其中d為循環(huán)效率，Ti為高溫?zé)嵩吹臏囟?，S為低溫?zé)嵩吹臏囟?，卡諾定理是目前熱機(jī)理論中具有指導(dǎo)性意義的定理。目前人們對(duì)卡諾定理的理解是將工質(zhì)在高溫?zé)嵩礈囟认碌葴嘏蛎涍^程中從高溫?zé)嵩粗形〉臒崃恳暈榭ㄖZ定理中的“從高溫?zé)嵩次崃俊钡臒崃浚?把工質(zhì)向環(huán)境排出的熱量視為卡諾定理中的“把所吸取熱量的一部分傳遞給低溫?zé)嵩础钡哪且徊糠譄崃?。然而，在?shí)際熱機(jī)循環(huán)中，高溫?zé)嵩炊际侨藶橹圃斓模蜏責(zé)嵩炊际歉鶕?jù)高溫?zé)嵩聪鹿べ|(zhì)的狀態(tài)(溫度和壓力)以及工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)，膨脹過程自行制造的。例如， 在外燃機(jī)中，如果向高溫?zé)嵩礈囟认碌墓べ|(zhì)內(nèi)注入膨脹劑并使膨脹劑在高溫?zé)嵩礈囟认挛諢崃可龎夯虬l(fā)生氣化(含臨界化過程和過熱過程)升壓，而且使新形成的工質(zhì)(所謂新形成的工質(zhì)包括原來的工質(zhì)和膨脹劑)的壓力參數(shù)達(dá)到這樣一種狀態(tài)即膨脹作功終了時(shí)工質(zhì)的溫度低于甚至大幅度低于環(huán)境溫度。這樣一個(gè)循環(huán)過程所輸出的功一定會(huì)接近、等于或超過從高溫?zé)嵩粗形盏臒崃?，換句話說，其效率一定會(huì)接近、等于或超過100%，如果膨脹作功的工質(zhì)的溫度低于環(huán)境溫度，就不可能向低溫?zé)嵩磁艧岬强梢詮牡蜏責(zé)嵩次鼰峄虮粚?dǎo)出，被導(dǎo)出的工質(zhì)可以被拋入任何溫度的其他熱源(包括高溫?zé)嵩?。再例如在內(nèi)燃機(jī)中，內(nèi)燃機(jī)的高溫?zé)嵩词侨剂先紵蟮墓べ|(zhì)，低溫?zé)嵩?也可稱為冷源)是膨脹作功后的工質(zhì)，而膨脹作功后的工質(zhì)的狀態(tài)是由燃料燃燒后的工質(zhì)的狀態(tài)所決定的。在這種情況下，如果控制燃燒過程使燃料燃燒后的工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到一定的值，就可以使膨脹作功后的工質(zhì)的溫度低于甚至大幅度低于環(huán)境溫度，這樣一個(gè)循環(huán)過程所輸出的功一定會(huì)接近、等于或超過從高溫?zé)嵩粗形盏臒崃?，換句話說，其效率一定會(huì)接近、等于或超過100%，如果膨脹作功的工質(zhì)的溫度低于環(huán)境溫度，就不可能向低溫?zé)嵩磁艧岬强梢詮牡蜏責(zé)嵩次鼰峄虮粚?dǎo)出，被導(dǎo)出的工質(zhì)可以被拋入任何溫度的其他熱源(包括高溫?zé)嵩?。這兩個(gè)例子從表面上看，都造成了用現(xiàn)有的熱力學(xué)理論和定理無法解釋的狀況。因此，目前人們對(duì)卡諾定理的理解是存在誤區(qū)的，那么所謂的“從高溫?zé)嵩次崃俊钡臒崃烤烤故侵改囊徊糠譄崃浚?以及所謂的“把所吸取熱量的一部分傳遞給低溫?zé)嵩础钡哪且徊糠譄崃烤烤故侵改囊徊糠譄崃?。本?shí)用新型人認(rèn)為“從高溫?zé)嵩次崃俊钡臒崃渴怯蓪⒐べ|(zhì)從低溫?zé)嵩吹臏囟缺桓邷責(zé)嵩醇訜岬礁邷責(zé)嵩吹臏囟鹊倪^程中工質(zhì)從高溫?zé)嵩粗形〉臒崃?含在高溫?zé)嵩礈囟认鹿べ|(zhì)從高溫?zé)嵩次〉臒崃?(如


圖11中的Q所示)和工質(zhì)的底熱(所謂工質(zhì)的底熱是指工質(zhì)處于低溫?zé)嵩礈囟认卤旧硭膹慕^對(duì)零度算起的熱量)(如
圖11中的Qc所示) 兩部分構(gòu)成的，而所謂的“把所吸取熱量的一部分傳遞給低溫?zé)嵩础钡哪且徊糠譄崃渴怯晒べ|(zhì)向環(huán)境排出的熱量(如
圖11中的q所示)和工質(zhì)的底熱(如
圖11中的Qc所示)兩部分構(gòu)成的。換句話說，即便是膨脹作功后的工質(zhì)溫度低于環(huán)境溫度，工質(zhì)不能向環(huán)境傳熱，只要將膨脹作功后的工質(zhì)找到去向，如拋入環(huán)境中或拋入任何溫度的其他熱源(包括高溫?zé)嵩? 中，熱機(jī)就可循環(huán)工作。不僅如此，在某些特定條件下，可以將膨脹作功后的低溫工質(zhì)拋入系統(tǒng)的高溫?zé)嵩粗?如
圖12中Qc-M-T2所示虛線方向)，例如膨脹作功后降溫冷凝的工質(zhì)可以拋入內(nèi)燃機(jī)的燃燒后的高溫高壓工質(zhì)中，例如膨脹作功后的低溫工質(zhì)可以拋入熱電系統(tǒng)的鍋爐燃燒室內(nèi)或鍋爐蒸氣發(fā)生器內(nèi)，例如將氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)中的乏氣拋入環(huán)境中(在某些氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)中環(huán)境就是氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫?zé)嵩?，再例如將從膨脹作功后的工質(zhì)吸收熱量的液體拋入高溫?zé)嵩粗?。由此可以得出這樣的結(jié)論熱機(jī)可以工作在一個(gè)熱源之下，只要將膨脹作功后的工質(zhì)導(dǎo)出，熱機(jī)就可以循環(huán)工作。被導(dǎo)出的膨脹作功后的工質(zhì)可以被拋入比自身溫度低的熱源中，可以被拋入與自身溫度相同的熱源中，可以被拋入比自身溫度高的熱源中，可以被拋入高溫?zé)嵩粗校部梢员粧伻氡雀邷責(zé)嵩礈囟雀叩臒嵩粗?；不僅如此， 膨脹作功后的工質(zhì)如果只對(duì)外傳熱傳給低溫?zé)嵩矗軣岬牡蜏責(zé)嵩慈钥梢员粧伻敫邷責(zé)嵩粗?，例如可以將用于冷卻膨脹作功后的工質(zhì)的冷卻介質(zhì)拋入高溫?zé)嵩粗?。因此，熱機(jī)工作的必要條件并不是兩個(gè)熱源，而是至少一個(gè)熱源，至少一個(gè)殘留流出口(所謂的殘留流出口是指膨脹作功后的工質(zhì)的出口和/或膨脹作功后的工質(zhì)的熱量的出口)，所述殘留流出口可以與任何其他熱源連通(包括系統(tǒng)的高溫?zé)嵩?，在所述殘留流出口與高溫?zé)嵩催B通的結(jié)構(gòu)中熱機(jī)就只需要一個(gè)熱源即可循環(huán)工作，在所述殘留流出口不與高溫?zé)嵩催B通的結(jié)構(gòu)中熱機(jī)就需要至少有兩個(gè)熱源，當(dāng)所述殘留流出口與溫度高于所述殘留流出口的熱源連通時(shí)所述殘留流出口只能是膨脹作功后的工質(zhì)的出口。本實(shí)用新型人熱為熱機(jī)工作過程中的熱量傳遞和質(zhì)量傳遞可以單一存在、共同存在或相互取代。不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響的說法是完全正確的，但是我們可以把低溫物體(例如低溫工質(zhì))拋入高溫物體(例如高溫工質(zhì))，通過質(zhì)量傳遞(即把低溫物體拋入高溫物體的過程)實(shí)現(xiàn)“把熱量從低溫物體傳到高溫物體”的這一不可實(shí)現(xiàn)過程。熱機(jī)工作過程中的熱量傳遞和質(zhì)量傳遞可以單一存在、共同存在或相互取代的這一結(jié)論為制造高效熱機(jī)或制造輸出的功等于燃料的熱值或制造輸出的功大于燃料的熱值的熱機(jī)指明了方向。
圖11、
圖12和
圖13所示分別為q>0、q=0、q〈0的三種循環(huán)示意圖。本實(shí)用新型人認(rèn)為，熱力學(xué)第二定律可以用下述說法加以詮釋熱機(jī)工作的必要條件并不是兩個(gè)熱源，而是至少一個(gè)熱源，至少一個(gè)殘留流出口(所謂的殘留流出口是指膨脹作功后的工質(zhì)的出口和/或膨脹作功后的工質(zhì)的熱量的出口)，所述殘留流出口可以與任何其他熱源連通(包括系統(tǒng)的高溫?zé)嵩?，在所述殘留流出口與高溫?zé)嵩催B通的結(jié)構(gòu)中熱機(jī)就只需要一個(gè)熱源即可循環(huán)工作，在所述殘留流出口不與高溫?zé)嵩催B通的結(jié)構(gòu)中熱機(jī)就需要至少有兩個(gè)熱源，當(dāng)所述殘留流出口與溫度高于所述殘留流出口的熱源連通時(shí)所述殘留流出口只能是膨脹作功后的工質(zhì)的出口。卡諾在其1824年發(fā)表的《論火的動(dòng)力》論文中提出的“熱機(jī)必須工作在兩個(gè)熱源之間，從高溫?zé)嵩次崃?，又把所吸取熱量的一部分傳遞給低溫?zé)嵩?，只有這樣才能獲得機(jī)械功”的論述只是本實(shí)用新型人對(duì)熱力學(xué)第二定律的這一說法中的一個(gè)特例?？ㄖZ是一位偉大的科學(xué)家，但是在他的那個(gè)年代里內(nèi)燃機(jī)還沒有誕生，可能正是因?yàn)檫@個(gè)原因局限了卡諾的思想。不僅如此，在卡諾定理中只體現(xiàn)了溫度，而沒有涉及到壓力，這一點(diǎn)說明很有可能卡諾在構(gòu)思卡諾定理的過程中是首先設(shè)定了兩個(gè)溫度不同的熱源，然后讓熱機(jī)(很可能是僅局限于外燃機(jī))在這兩個(gè)熱源之間按照卡諾循環(huán)的方式進(jìn)行工作，而這種模式恰恰與現(xiàn)實(shí)中的熱機(jī)相反?，F(xiàn)實(shí)中的熱機(jī)的低溫?zé)嵩?也叫冷源)不是事先存在的，而是由高溫?zé)嵩聪鹿べ|(zhì)的狀態(tài)(溫度和壓力)以及工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)所決定的，換句話說，現(xiàn)實(shí)中的熱機(jī)的低溫?zé)嵩?也叫冷源)不是事先存在的，而是根據(jù)高溫?zé)嵩聪鹿べ|(zhì)的狀態(tài)(溫度和壓力)以及工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)，膨脹過程自行制造的。根據(jù)高溫?zé)嵩聪鹿べ|(zhì)的狀態(tài)(溫度和壓力)以及工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)，被膨脹過程自行制造的低溫?zé)嵩吹臏囟仁峭耆梢缘陀诃h(huán)境溫度的，換句話說，所輸出的功完全可以高于從高溫?zé)嵩此〉臒崃?。由此可以得出這樣的結(jié)論在將高溫?zé)嵩吹臏囟仍O(shè)置到環(huán)保溫度限值或材料溫度限值的前提下，要盡量提高高溫?zé)嵩聪鹿べ|(zhì)的壓力，以使膨脹作功后工質(zhì)的溫度盡可能的低，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。在現(xiàn)實(shí)中，熱機(jī)的效率并不是由高溫?zé)嵩吹臏囟群铜h(huán)境溫度所決定，而是由高溫?zé)嵩礌顟B(tài)下溫度和壓力的值所決定的，換句話說，是由高溫?zé)嵩吹臏囟群透鶕?jù)高溫?zé)嵩聪鹿べ|(zhì)的狀態(tài)(溫度和壓力)以及工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)，被膨脹過程自行制造的低溫?zé)嵩吹臏囟人鶝Q定的?；瘜W(xué)能是現(xiàn)代熱機(jī)的能量的來源，然而本實(shí)用新型人認(rèn)為在傳統(tǒng)熱機(jī)中對(duì)化學(xué)能的利用存在著相當(dāng)?shù)娜毕?，?dǎo)致這些缺陷的根本原因是，對(duì)化學(xué)能的一個(gè)極其重要的屬性的理解不夠深刻，即對(duì)化學(xué)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。本實(shí)用新型中，為了說明方便，將化學(xué)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(xué)能的超品性，如果對(duì)化學(xué)能的超品性進(jìn)行充分利用，即可以使熱機(jī)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(jī)為例加以說明
圖14中Sp S2和S3是壓縮力度不同的熱機(jī)工作示意圖，壓縮力度按SpS2和S3順序依次增加，Qh是燃料的化學(xué)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(shè)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(jī)的效率，但是壓縮力度越高，相當(dāng)于將化學(xué)能提高到了更高的品位，這些處于更高品位的化學(xué)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(dāng)大的壓縮力度提高到相當(dāng)高品位的化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的程度，進(jìn)而使熱機(jī)輸出的功大于燃料的熱值；
圖14中S31是在有膨脹劑存在的條件下燃料燃燒放出化學(xué)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(xué)能Qh的過程，P^P1表示燃燒前后工質(zhì)壓力增大，輸出的功W大于化學(xué)能Qh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(jī)輸出的功等于或大于燃料的化學(xué)能)的有壓縮沖程(過程)且燃燒產(chǎn)物參與作功的熱機(jī)，就必須一、大幅度增加熱機(jī)的壓縮力度使化學(xué)能在相當(dāng)高的能量級(jí)別上傳遞給工質(zhì)； 二、將化學(xué)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(xué)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(dǎo)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(guān)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)機(jī)壓縮沖程的力度， 使壓縮沖程完了時(shí)的壓力和溫度處于相當(dāng)高的狀態(tài)后在利用化學(xué)能對(duì)工質(zhì)進(jìn)行加熱升溫， 見
圖18中的高端位置所示的狀態(tài)，這種方式雖然制造不出超高效發(fā)動(dòng)機(jī)，但是可以制造出高效發(fā)動(dòng)機(jī)，然而所需要的壓縮后的工質(zhì)溫度和壓力相當(dāng)高，將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的材料提出非?？量痰囊?;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(shè)定程度時(shí)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(shè)定程度時(shí)才液化的膨脹劑)。對(duì)于外燃機(jī)來說，一、必須使工質(zhì)在相當(dāng)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(dāng)高的溫度和壓力下再利用化學(xué)能對(duì)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(shè)定程度時(shí)才液化的工質(zhì))。
圖18是在對(duì)工質(zhì)進(jìn)行不同壓縮力度的前提下利用燃料燃燒對(duì)工質(zhì)進(jìn)行加熱升溫升壓的詳細(xì)計(jì)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-En表示不同壓縮力度下由燃料燃燒對(duì)工質(zhì)加熱升溫升壓的直線，而且隨著n值的增加，壓縮力度不斷加大，由
圖18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18中的狀態(tài)點(diǎn)Ep E2、E3>……、En出發(fā)絕熱膨脹作功后，隨著n值的增加，工質(zhì)的溫度越低。本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，
圖18還說明了 傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)中溫度過剩的情況是十分嚴(yán)重的，也就是說在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)中燃燒后與壓力相比，溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于必要的值，也可以說，與溫度相比，壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于必要的值。從這一點(diǎn)我們不難得出這樣的結(jié)論如果我們能夠找到能夠承受更高的溫度和更高壓力的優(yōu)質(zhì)材料，使外燃機(jī)的工質(zhì)的
壓力和溫度按照(其中是常數(shù)，_是氣體工質(zhì)壓力，〒是氣體工質(zhì)溫度，p為絕
IIK
熱壓縮指數(shù))的關(guān)系大幅度提高，或者如果我們能夠找到一種新型加熱方式使外燃機(jī)的工
質(zhì)的壓力和溫度按照P=CrpA的關(guān)系大幅度提高，就可以制造出高效外燃機(jī)。從這個(gè)方面
上講，外燃循環(huán)是具有制造出效率高于內(nèi)燃循環(huán)的潛力的一種循環(huán)方式。本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)就是利用了外燃循環(huán)和內(nèi)燃循環(huán)的各自優(yōu)勢(shì)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的效率實(shí)現(xiàn)本質(zhì)性提聞。經(jīng)更加深入地對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的工作過程的詳細(xì)分析，我們可以得出如下結(jié)論發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)的氣體工質(zhì)狀態(tài)，此時(shí)氣體工質(zhì)的溫度和壓力都是處于整個(gè)循環(huán)中的最高狀態(tài))是由兩個(gè)過程組成的第一個(gè)過程是活塞對(duì)氣體進(jìn)行絕熱壓縮(實(shí)際上是近似絕熱壓縮)將氣體的溫度和壓力按照P=C{fk (其中，q是常數(shù)，p是氣體工質(zhì)壓力，^是氣體工質(zhì)溫度，r為絕熱壓縮指數(shù)，空氣的絕熱壓縮指數(shù)為I. 4)的關(guān)系進(jìn)行增壓增溫(見
圖17中的O-A所示的曲線)；第二個(gè)過程是向氣體內(nèi)噴入燃料由燃燒化學(xué)反應(yīng)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 = C2F (其中，C2是常數(shù))的關(guān)系進(jìn)行增溫增壓(見
圖17中的A-E所示的直線，
圖17是縱軸為壓力坐標(biāo)橫軸為溫度坐標(biāo)的壓力溫度關(guān)系圖)。由這兩個(gè)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(shí)際上是近似絕熱膨脹)進(jìn)行的(見
圖17中的E-F所示的曲線)，在這個(gè)絕熱膨脹過程
中，在對(duì)外輸出功的同時(shí)，工質(zhì)按照/> = (其中Y是常數(shù))的關(guān)系降壓降溫直至作功
3-3
沖程完了(點(diǎn)F所示的狀態(tài))。換句話說，達(dá)到工質(zhì)最高能量狀態(tài)是通過兩個(gè)不同過程實(shí)現(xiàn)的，而由工質(zhì)最高能量狀態(tài)達(dá)到作功沖程完了時(shí)的狀態(tài)是由一個(gè)絕熱膨脹過程實(shí)現(xiàn)的。由于達(dá)到能量最高狀態(tài)的過程中包括了一個(gè)燃燒化學(xué)反應(yīng)放熱升溫的過程，此過程的溫度和壓力關(guān)系式為P = C2T ,不難看出工質(zhì)最高能量狀態(tài)下(見
圖17中的點(diǎn)E所示的狀態(tài))，溫度處于“過?！睜顟B(tài)(所謂的“過剩”溫度是指按照絕熱膨脹的關(guān)系為了達(dá)到某一終點(diǎn)狀態(tài)，在起點(diǎn)狀態(tài)下工質(zhì)的實(shí)際溫度高于理論上所需要的溫度，在本實(shí)用新型中所謂的某一終點(diǎn)狀態(tài)是指接近0點(diǎn)的狀態(tài))，“過?！钡臏囟葘?dǎo)致膨脹過程的曲線處于高溫位置(在
圖17中向右移動(dòng)，即點(diǎn)F的狀態(tài)，也就是說，點(diǎn)F處于點(diǎn)0的右側(cè))，形成作功沖程完了時(shí)，溫度仍然相當(dāng)高的狀態(tài)(如
圖17中曲線E-F所示的曲線上的點(diǎn)F所示的狀態(tài))，由
圖17中點(diǎn)F所示的狀態(tài)不難看出，I (即作功沖程完了時(shí)的工質(zhì)溫度，也就是低溫?zé)嵩吹臏囟?仍然處于較高狀態(tài)，也就是說仍然有相當(dāng)?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(huì)處于較低狀態(tài)。
圖15是描述燃燒后氣體工質(zhì)的壓力和溫度關(guān)系符合絕熱壓縮過程溫度和壓力關(guān)系的示意圖，點(diǎn)A、點(diǎn)B、點(diǎn)C三點(diǎn)分別表示壓縮沖程完了時(shí)的狀態(tài)，點(diǎn)AA 表示由點(diǎn)A開始燃燒化學(xué)反應(yīng)后達(dá)到的狀態(tài),點(diǎn)BB表示由點(diǎn)B開始燃燒化學(xué)反應(yīng)后達(dá)到的狀態(tài)，點(diǎn)CC表示由點(diǎn)C開始燃燒化學(xué)反應(yīng)后達(dá)到的狀態(tài)，點(diǎn)0是壓縮沖程的起點(diǎn)也是膨脹作功沖程的終點(diǎn)。
圖16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(guān)系所確定的壓力值的示意圖，點(diǎn)A、點(diǎn)B、點(diǎn)C三點(diǎn)分別表示壓縮沖程完了時(shí)的狀態(tài)；點(diǎn) AA表示由點(diǎn)A開始燃燒化學(xué)反應(yīng)后達(dá)到的狀態(tài),點(diǎn)AAA表示由點(diǎn)AA膨脹作功達(dá)到的終點(diǎn)； 點(diǎn)BB表示由點(diǎn)B開始燃燒化學(xué)反應(yīng)后達(dá)到的狀態(tài)，點(diǎn)BBB表示由點(diǎn)BB膨脹作功達(dá)到的終點(diǎn)；點(diǎn)CC表示由點(diǎn)C開始燃燒化學(xué)反應(yīng)后達(dá)到的狀態(tài),點(diǎn)CCC表示由點(diǎn)CC膨脹作功達(dá)到的終點(diǎn)。
圖17是壓縮沖程完了時(shí)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(dá)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(jī)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(diǎn)D表示被壓縮氣體的溫度達(dá)到環(huán)保溫度限值或材料溫度限值的壓縮沖程完了時(shí)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(diǎn)DDD、 點(diǎn)CCC、點(diǎn)BBB、點(diǎn)AAA和點(diǎn)0分別表示不同過程的膨脹作功終點(diǎn)。如
圖15、
圖16和
圖17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(diǎn)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(dá)到等于0點(diǎn)的溫度、低于0點(diǎn)的溫度或大幅度低于0點(diǎn)的溫度的狀態(tài)，這樣將使發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)。如果燃燒后的工質(zhì)的壓力溫度狀態(tài)點(diǎn)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(dòng)機(jī)，但通過使燃燒后的工質(zhì)的壓力溫度狀態(tài)點(diǎn)盡可能靠近O-H曲線，以達(dá)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(diǎn)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(xué)反應(yīng)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j(luò)P= cp + PMTIT )^-1 (其中， 是燃燒后的工質(zhì)壓力，p
、0Jf * '0
是絕熱壓縮后未燃燒未導(dǎo)入膨脹劑的工質(zhì)壓力，6是燃燒后膨脹劑所形成的分壓，r是燃燒后的工質(zhì)溫度，了0是絕熱壓縮后未燃燒未導(dǎo)入膨脹劑的工質(zhì)溫度力絕熱壓縮指數(shù)，空氣的絕熱壓縮指數(shù)為1.4)所確定的壓力值，即。值，這樣就能保證燃燒后的工質(zhì)的壓力溫度狀態(tài)點(diǎn)處于曲線O-H上或處于曲線O-H左萬，這樣才能實(shí)現(xiàn)更高的效率和更好的環(huán)保性。 本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)依據(jù)上述理論，公開了如下技術(shù)方案在壓縮沖程/過程完了時(shí)，使燃燒化學(xué)反應(yīng)放出的熱量的一定比例或全部被已導(dǎo)入所述燃燒室的膨脹劑吸收增加即將開始作功的氣體工質(zhì)的摩爾數(shù)，例如
圖17中A-CC、A-BB、A-AA所示被已導(dǎo)入所述燃燒室的膨脹劑所吸收的燃燒化學(xué)反應(yīng)所放出的熱量的量按A-AA、A-BB、A-CC 依次增加；為了進(jìn)一步提高效率和環(huán)保性，本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)還公開了另外一種技術(shù)方案大幅度提高對(duì)氣體的壓縮力度，使被壓縮氣體的溫度達(dá)到環(huán)保溫度限值或材料溫度限值，并且使燃燒化學(xué)反應(yīng)放出的熱量全部被已導(dǎo)入所述燃燒室的膨脹劑吸收增加即將開始作功的氣體工質(zhì)的摩爾數(shù)，形成燃燒前后溫度不變或者沒有明顯變化，而壓力大幅增加的狀態(tài)(例如
圖17中D-DD所示)。本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，在燃料燃燒化學(xué)反應(yīng)放出的熱量的一定比例被已導(dǎo)入所述燃燒室的膨脹劑吸收增加即將開始作功的氣體工質(zhì)的摩爾數(shù)的結(jié)構(gòu)中，燃燒室內(nèi)的溫度和壓力均會(huì)提高，但是壓力的提高是由兩個(gè)因素構(gòu)成的第一個(gè)因素是由于工質(zhì)吸收燃燒化學(xué)反應(yīng)所放出熱量的一部分導(dǎo)致工質(zhì)溫度升高(按定容升溫考慮)，進(jìn)而按直線關(guān)系導(dǎo)致壓力升高；第二個(gè)因素是由于膨脹劑吸收燃燒化學(xué)反應(yīng)所放出熱量的一部分導(dǎo)致燃燒室內(nèi)氣相摩爾數(shù)增加，而導(dǎo)致壓力增加，這種壓力增加不是由于升溫所致，即便溫度下降、溫度恒定或溫度有所增加，在這個(gè)過程中，壓力都會(huì)明顯增加， 所謂的壓力明顯增加是指壓力增加的值不僅大于由P = Cf2T所確定的壓力值，而且大于由
eiri所確定的壓力值。第一個(gè)因素所營(yíng)造的狀態(tài)是溫度過剩狀態(tài)，第二個(gè)因素所營(yíng)造
的狀態(tài)是溫度負(fù)過剩狀態(tài)，科學(xué)控制被膨脹劑吸收的燃料燃燒化學(xué)反應(yīng)所放出熱量的量， 可以實(shí)現(xiàn)控制這兩種因素的影響力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)燃燒后溫度升高、壓力升高，但所形成的工質(zhì)的狀態(tài)點(diǎn)(由溫度和壓力所決定的點(diǎn))在
圖17所示O-H曲線的左側(cè)或在O-H曲線上或在O-H 曲線的右側(cè)但盡可能靠近O-H曲線。本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，被導(dǎo)入燃燒室的膨脹劑不僅可以吸收燃料燃燒所放出的全部的熱量，而且還可以吸收一部分已經(jīng)被壓縮的氣體工質(zhì)的熱量， 在這種情況下，即將開始作功的工質(zhì)的溫度比壓縮沖程/過程終了時(shí)的工質(zhì)溫度低。
圖19是本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的循環(huán)的示功對(duì)比圖，圖中a-b-c-d-a所示的曲線是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的示功圖，圖中a-b-m-s_a所示的曲線是本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮沖程完了時(shí)的壓力略大于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)壓縮終了時(shí)的壓力時(shí)但是燃燒化學(xué)反應(yīng)放出的熱量的全部或近乎全部被已導(dǎo)入所述燃燒室的膨脹劑吸收增加即將開始作功的氣體工質(zhì)的摩爾數(shù)，形成燃燒前后溫度不變或者沒有明顯變化，而壓力大幅增加的狀態(tài)所構(gòu)成的循環(huán)示功圖，圖中a-z-n-t-a所示的曲線是本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮沖程完了時(shí)的溫度達(dá)到環(huán)保溫度限值或材料溫度限值并且使燃燒化學(xué)反應(yīng)放出的熱量的全部或近乎全部被已導(dǎo)入所述燃燒室的膨脹劑吸收增加即將開始作功的氣體工質(zhì)的摩爾數(shù)，形成燃燒前后溫度不變或者沒有明顯變化，而壓力大幅增加的狀態(tài)所構(gòu)成的循環(huán)示功圖。不難看出，本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)相比，具有更高的效率和更好的環(huán)保性。本實(shí)用新型中，圖20是氣體工質(zhì)的溫度T和壓力P的關(guān)系圖，O-A-H所示曲線是通過狀態(tài)參數(shù)為298K和0. IMPa的0點(diǎn)的氣體工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線；B點(diǎn)為氣體工質(zhì)的實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)，E-B-D所示曲線是通過B點(diǎn)的絕熱關(guān)系曲線，A點(diǎn)和B點(diǎn)的壓力相同；F-G所示曲線是通過2800K和IOMPa (即目前內(nèi)燃機(jī)中即將開始作功的氣體工質(zhì)的狀態(tài)點(diǎn))的工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線。本實(shí)用新型中，所謂的類絕熱關(guān)系包括下列三種情況1.氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù) (即工質(zhì)的溫度和壓力)點(diǎn)在所述工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線上，即氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)點(diǎn)在圖20中 O-A-H所示曲線上；2.氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即工質(zhì)的溫度和壓力)點(diǎn)在所述工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線左側(cè)，即氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)點(diǎn)在圖20中O-A-H所示曲線的左側(cè)；3.氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即工質(zhì)的溫度和壓力)點(diǎn)在所述工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線右側(cè)，即氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)點(diǎn)在圖20中O-A-H所示曲線的右側(cè)，但是氣體工質(zhì)的溫度不高于由此氣體工質(zhì)的壓力按絕熱關(guān)系計(jì)算所得溫度加1000K的和、加950K的和、加900K的和、加850K的和、加800K的和、加750K的和、加700K的和、加650K的和、加600K的和、加550K的和、加500K的和、加 450K的和、加400K的和、加350K的和、加300K的和、加250K的和、加200K的和、加190K 的和、加180K的和、加170K的和、加160K的和、加150K的和、加140K的和、加130K的和、 加120K的和、加IlOK的和、加100K的和、加90K的和、加80K的和、加70K的和、加60K的和、加50K的和、加40K的和、加30K的和或不高于加20K的和，即如圖20所示，所述氣體工質(zhì)的實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)為B點(diǎn)，A點(diǎn)是壓力與B點(diǎn)相同的絕熱關(guān)系曲線上的點(diǎn)，A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的溫差應(yīng)小于 1000K、900K、850K、800K、750K、700K、650K、600K、550K、500K、450K、400K、350K、 300K、250K、200K、190K、180K、170K、160K、150K、140K、130K、120K、110K、100K、90K、80K、70K、 60K、50K、40K、30K 或小于 20K。本實(shí)用新型中，所謂類絕熱關(guān)系可以是上述三種情況中的任何一種，也就是指即將開始作功的氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即氣體工質(zhì)的溫度和壓力)點(diǎn)在如圖20所示的通過B 點(diǎn)的絕熱過程曲線E-B-D的左側(cè)區(qū)域內(nèi)。本實(shí)用新型中，所謂的即將開始作功的氣體工質(zhì)是指燃燒反應(yīng)和膨脹劑導(dǎo)入過程均完成時(shí)的氣體工質(zhì)。本實(shí)用新型中，將即將開始作功的氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即氣體工質(zhì)的溫度和壓力)符合類絕熱關(guān)系的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(即熱動(dòng)力系統(tǒng))定義為低熵發(fā)動(dòng)機(jī)。本實(shí)用新型中，調(diào)整充入所述燃燒室內(nèi)的氣體工質(zhì)的狀態(tài)(即溫度、壓力和質(zhì)量)， 調(diào)整向所述燃燒室導(dǎo)入燃料的量以及向系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)入膨脹劑的量使即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類絕熱關(guān)系。[0018]本實(shí)用新型中，通過對(duì)氣體工質(zhì)在壓縮過程中進(jìn)行冷卻或?qū)嚎s后的氣體工質(zhì)進(jìn)行冷卻的方式，通過對(duì)氣體工質(zhì)進(jìn)行大幅度增壓的方式(如多級(jí)壓縮)，通過向所述燃燒室導(dǎo)入膨脹劑的方式，使即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類絕熱關(guān)系。為了制造出高效和超高效發(fā)動(dòng)機(jī)，本實(shí)用新型提出了下述方案一種小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括燃燒室，膨脹劑源和燃料源，所述燃料源經(jīng)燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)與所述燃燒室連通，所述膨脹劑源經(jīng)膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)與所述燃燒室連通，所述燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)和所述膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)受燃燒控制裝置控制；所述燃燒室設(shè)為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的承壓能力大于等于4MPa，或所述燃燒室設(shè)為輪機(jī)燃燒室，所述輪機(jī)燃燒室的承壓能力大于等于2MPa。在所述燃燒室和所述膨脹劑源之間設(shè)膨脹劑吸熱熱交換器，使所述膨脹劑源內(nèi)的膨脹劑在所述膨脹劑吸熱熱交換器中吸熱。所述膨脹劑吸熱熱交換器的熱源設(shè)為所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱。所述膨脹劑源內(nèi)的膨脹劑在所述膨脹劑吸熱熱交換器中吸熱達(dá)到臨界狀態(tài)、超臨界狀態(tài)或超超臨界狀態(tài)后再進(jìn)入所述燃燒室。所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)還包括氧化劑源和氣體連通通道，所述氣體連通通道連通所述燃燒室的進(jìn)氣道和排氣道，在所述排氣道上設(shè)排氣放出口，在所述排氣放出口處設(shè)排氣放出控制閥，所述氧化劑源經(jīng)氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)再經(jīng)所述進(jìn)氣道與所述燃燒室連通或直接經(jīng)所述氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)與所述燃燒室連通，所述氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)、所述燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)和所述膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)受燃燒控制裝置控制。在所述氣體連通通道上設(shè)氣體吸熱低品位熱源加熱器。在所述氣體連通通道上和/或在所述進(jìn)氣道上和/或在所述排氣道上設(shè)氣體放熱環(huán)境冷卻器。在所述燃燒室的排氣道處設(shè)氣液分離器，所述膨脹劑源設(shè)為所述氣液分離器的液體出口，所述氣液分離器內(nèi)的液體作為所述膨脹劑使用。所述膨脹劑源內(nèi)的膨脹劑設(shè)為氣體液化物。所述燃料源內(nèi)的燃料設(shè)為乙醇，所述膨脹劑源內(nèi)的膨脹劑設(shè)為水，所述燃料源和所述膨脹劑源設(shè)為同一個(gè)乙醇水溶液儲(chǔ)罐。所述燃燒室設(shè)為絕熱燃燒室。一種提高所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)效率和環(huán)保性的方法，在所述燃燒室設(shè)為所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)中調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比使壓縮沖程完了燃燒前的被壓縮氣體的溫度在1800K的正負(fù)200K的范圍內(nèi)，在所述燃燒室設(shè)為所述輪機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)中調(diào)整壓氣機(jī)和動(dòng)力渦輪的流量使所述輪機(jī)燃燒室內(nèi)燃燒前氣體的溫度在1800K的正負(fù)200K的范圍內(nèi)；調(diào)整導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述膨脹劑源內(nèi)的膨脹劑的量和導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述燃料源內(nèi)的燃料的量，使導(dǎo)入所述燃燒室的所述燃料源內(nèi)的燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量的全部或近乎全部在所述燃燒室內(nèi)被已導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述膨脹劑源內(nèi)的膨脹劑吸收；調(diào)整燃料在所述燃燒室內(nèi)燃燒后所述燃燒室內(nèi)的氣體溫度最高值在有害化合物NOx生成溫度以下以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)保性。一種提高所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)效率和環(huán)保性的方法，調(diào)整導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述膨脹劑源內(nèi)的膨脹劑的量和導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述燃料源內(nèi)的燃料的量，使導(dǎo)入所述燃燒室的所述燃料源內(nèi)的燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量的全部或近乎全部在所述燃燒室內(nèi)被已導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述膨脹劑源內(nèi)的膨脹劑吸收；燃料在所述燃燒室燃燒前后所述燃燒室內(nèi)的溫度基本維持不變壓力增加，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。一種提高所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)效率和環(huán)保性的方法，在所述燃燒室設(shè)為所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)中調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比使壓縮沖程完了燃燒前的被壓縮氣體的溫度在1000K以上，在所述燃燒室設(shè)為所述輪機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)中調(diào)整壓氣機(jī)和動(dòng)力渦輪的體積流量比使所述輪機(jī)燃燒室內(nèi)燃燒前氣體的溫度在1000K以上。一種提高所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)效率和環(huán)保性的方法，調(diào)整導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述膨脹劑源內(nèi)的膨脹劑的量和導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述燃料源內(nèi)的燃料的量，使導(dǎo)入所述燃燒室的所述燃料源內(nèi)的燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量的5%以上在所述燃燒室內(nèi)被已導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述膨脹劑源內(nèi)的膨脹劑吸收。一種提高所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)效率和環(huán)保性的方法，調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度到2000K以下，調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的壓力到15MPa以上，使即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類絕熱關(guān)系。本實(shí)用新型中，在所述燃燒室設(shè)為所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的承壓能力大于等于4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、
7.5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、IIMPa、11. 5Pa、12MPa、12. 5MPa、 13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa、15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、 18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、22MPa、24MPa、26MPa、28MPa、30MPa、32MPa、34MPa、36MPa、 38MPa或大于等于40MPa，即調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比使壓縮沖程完了時(shí)的被壓縮氣體的壓力大于等于 4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、
9.5MPa、10MPa、10. 5MPa、llMPa、11. 5Pa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa、 15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、 22MPa、24MPa、26MPa、28MPa、30MPa、32MPa、34MPa、36MPa、38MPa 或大于等于 40MPa ;在所述燃燒室設(shè)為所述輪機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所述輪機(jī)燃燒室的承壓能力大于等于2MPa、2. 5MPa、 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、
9.5MPa、10MPa、10. 5MPa、llMPa、11. 5Pa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa、 15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、 22MPa、24MPa、26MPa、28MPa、30MPa、32MPa、34MPa、36MPa、38MPa 或大于等于 40MPa，即調(diào)整壓氣機(jī)和動(dòng)力渦輪的流量使所述輪機(jī)燃燒室內(nèi)的壓力大于等于2MPa、2. 5MPa、3MPa、 3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、
9.5MPa、10MPa、10. 5MPa、llMPa、11. 5Pa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa、 15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、 22MPa、24MPa、26MPa、28MPa、30MPa、32MPa、34MPa、36MPa、38MPa 或大于等于 40MPa。本實(shí)用新型中，調(diào)整導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述膨脹劑源內(nèi)的膨脹劑的量和導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述燃料源內(nèi)的燃料的量，使導(dǎo)入所述燃燒室的所述燃料源內(nèi)的燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量的6%以上、7%以上、8%以上、9%以上、10%以上、11%以上、12%以上、13%以上、 14%以上、15%以上、16%以上、17%以上、18%以上、19%以上、20%以上、21%以上、22%以上、 23%以上、24%以上、25%以上、30%以上、35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、或100%在所述燃燒室內(nèi)被已導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述膨脹劑源內(nèi)的膨脹劑吸收。本實(shí)用新型中，在所述燃燒室設(shè)為所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)中調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比使壓縮沖程完了燃燒前的被壓縮氣體的溫度在1000K以上、1300K以上、1500K以上、1800K以上、2000K以上、2300K以上、2500K以上、2800K以上、3000K以上、3200K以上或 3500K以上，在所述燃燒室設(shè)為所述輪機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)中調(diào)整壓氣機(jī)和動(dòng)力渦輪的體積流量比使所述輪機(jī)燃燒室內(nèi)燃燒前氣體的溫度在1000K以上、1300K以上、1500K以上、1800K 以上、2000K以上、2300K以上、2500K以上、2800K以上、3000K以上、3200K以上或3500K以上。本實(shí)用新型的原理是，通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，達(dá)到提高壓縮沖程或壓縮過程完了時(shí)的燃燒室內(nèi)的氣體的溫度和壓力，調(diào)整進(jìn)入所述燃燒室的燃料和膨脹劑的量，通過使燃料燃燒放出熱量的一定值在所述燃燒室室內(nèi)被所述膨脹劑吸收形成工質(zhì)摩爾數(shù)增加進(jìn)而增加工質(zhì)壓力而溫度變化量小或保持不變的工作循環(huán)模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)靠對(duì)氣體工質(zhì)升溫獲得壓力增加的工作循環(huán)模式，具體說來是對(duì)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)來說，通過提高活塞式內(nèi)燃機(jī)的壓縮比使燃燒室燃燒前的氣體壓力和溫度均超過傳統(tǒng)活塞式內(nèi)燃機(jī)的氣體壓力和溫度，控制燃料和膨脹劑進(jìn)入所述燃燒室的量以及膨脹劑進(jìn)入所述燃燒室時(shí)的溫度使盡可能多的燃料燃燒放出的熱量被所述膨脹劑吸收，大幅度提高燃燒室內(nèi)的壓力，而溫度的變化量小或保持不變；對(duì)輪機(jī)來說，通過調(diào)整壓氣機(jī)和渦輪的體積流量比使輪機(jī)燃燒室燃燒前的氣體壓力和溫度均超過傳統(tǒng)輪機(jī)燃燒室的氣體壓力和溫度，控制燃料和膨脹劑進(jìn)入所述燃燒室的量以及膨脹劑進(jìn)入所述燃燒室時(shí)的溫度使盡可能多的燃料燃燒放出的熱量被所述膨脹劑吸收，大幅度提高燃燒室內(nèi)的壓力，而溫度的變化量小或保持不變；進(jìn)而大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和環(huán)保性。本實(shí)用新型中，燃料燃燒所放出的熱量的主要目的是被所述膨脹劑吸收，而不被用于加熱升溫氣體工質(zhì)(特別是燃燒前的氣體工質(zhì))。本實(shí)用新型中，所謂的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室可以是四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，也可以是二沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，轉(zhuǎn)子活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，還可以是吸氣壓縮沖程和作功排氣沖程由兩套機(jī)構(gòu)構(gòu)成的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。本實(shí)用新型中，所謂的低溫?zé)嵩匆部煞Q之為冷源，與有些文獻(xiàn)中的所謂冷源等價(jià)。本實(shí)用新型中，所述膨脹劑吸熱熱交換器可以設(shè)為壓縮過程(沖程)中的被壓縮氣體的冷卻器，也就是利用膨脹劑吸收壓縮過程中被壓縮氣體的熱量，以使被壓縮氣體溫度降低。本實(shí)用新型中，所謂“高溫?zé)嵩聪鹿べ|(zhì)的狀態(tài)(溫度和壓力)”是指從高溫?zé)嵩次鼰嵬戤吅蟮墓べ|(zhì)的狀態(tài)，即工質(zhì)的溫度和壓力；所謂的高溫?zé)嵩聪鹿べ|(zhì)的狀態(tài)可能與高溫?zé)嵩吹臓顟B(tài)一致，也可能與高溫?zé)嵩吹臓顟B(tài)不一致。本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，所謂“熱量被膨脹劑吸收”是指熱量被用于加熱升溫膨脹劑、氣化膨脹劑、臨界化膨脹劑和/或過熱膨脹劑；所謂臨界化膨脹劑是指使膨脹劑處于臨界狀態(tài)、超臨界狀態(tài)、超超臨界狀態(tài)或更高的溫度壓力狀態(tài)。本實(shí)用新型中，所謂的“溫度變化量小或保持不變”是指燃料燃燒后熱量全部或近乎全部被所述膨脹劑吸收，燃燒室內(nèi)的氣體溫度在燃燒前后變化量小或保持不變，而且近乎沒有過剩溫度(所謂過剩溫度是指按照絕熱膨脹的關(guān)系為了達(dá)到某一終點(diǎn)狀態(tài)，在起點(diǎn)狀態(tài)下工質(zhì)的實(shí)際溫度高于理論上所需要的溫度)；依據(jù)這一工作模式，在本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，在向經(jīng)壓縮沖程(過程)被壓縮的氣體工質(zhì)內(nèi)導(dǎo)入燃料和膨
脹劑并發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)后，所述燃燒室內(nèi)的氣體壓力接近、等于或大于由公式
所確定的壓力值(其中，C是常量和工質(zhì)的起始狀態(tài)以及熱力學(xué)物性有關(guān)，P是燃燒后的工質(zhì)壓力，T是燃燒后的工質(zhì)溫度，r為絕熱壓縮指數(shù)，空氣的絕熱壓縮指數(shù)為I. 4)，換句話說，所述燃燒室內(nèi)的氣體的溫度和壓力的關(guān)系基本遵循以壓縮沖程開始時(shí)的狀態(tài)為起點(diǎn)，
以公式p=eT#I所確定的溫度和壓力的關(guān)系，或者壓力大于由公式p=eT#i所確定的壓
力值；這就使得膨脹作功后的工質(zhì)溫度要大幅度低于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的排氣溫度，顯而易見，效率的提高程度是相當(dāng)大的。本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃料、氧化劑(例如被壓縮的空氣或被壓縮的含氧氣體)和膨脹劑中的任何兩個(gè)可以事先混合后與第三個(gè)混合，燃燒反應(yīng)可以先發(fā)生在氧化劑和燃料之間再與膨脹劑混合，也可以發(fā)生在三者混合時(shí)或三者混合后； 可以在燃燒室內(nèi)建立核心燃燒區(qū)，在該核心燃燒區(qū)內(nèi)氧化劑和燃料直接燃燒后再與處于燃燒核心區(qū)與燃燒室壁之間的膨脹劑混合，這樣可以利用膨脹劑將燃料和氧化劑直接燃燒形成的過高溫度的火焰與燃燒室壁隔離，從而減少燃燒室壁的熱負(fù)荷。本實(shí)用新型所謂的膨脹劑是指不參與燃燒化學(xué)反應(yīng)起吸熱和調(diào)整作功工質(zhì)摩爾數(shù)并膨脹作功的工質(zhì)，可以是氣體、液體、臨界態(tài)物質(zhì)、氣體液化物，例如水蒸汽、二氧化碳、 氦氣、氮?dú)?、液態(tài)二氧化碳、液氦、液氮或液化空氣等。本實(shí)用新型中所謂的氣體液化物是指被液化的氣體，如液氮、液體二氧化碳、液氦或液化空氣等。本實(shí)用新型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(chǔ)氧罐或液化氧罐)和在熱動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)由現(xiàn)場(chǎng)制氧系統(tǒng)提供的氧(如膜分離制氧系統(tǒng))等。本實(shí)用新型所謂的氣體吸熱低品位熱源加熱器是指以低品位熱源(如排氣余熱、 冷卻系統(tǒng)的余熱等)為熱源對(duì)氣體工質(zhì)進(jìn)行加熱的裝置；所謂氣體放熱環(huán)境冷卻器是指通過將氣體工質(zhì)的熱量排放到環(huán)境中而對(duì)氣體工質(zhì)進(jìn)行冷卻的裝置；所謂燃燒控制裝置是指通過控制燃料的量、膨脹劑的量和/或氧化劑的量以及燃料、膨脹劑和氧化劑導(dǎo)入的相位來控制燃燒的裝置；所謂氣液分離器是指將氣體和液體進(jìn)行分離的裝置。本實(shí)用新型所謂的導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)是指按照熱動(dòng)力系統(tǒng)燃燒室燃燒條件的要求將原工質(zhì)(燃料、膨脹劑和/或氧化劑)供送給燃燒室的系統(tǒng)，這一系統(tǒng)包括閥、泵和/或傳感
翌坐本實(shí)用新型中所謂的膨脹劑吸熱熱交換器是指以環(huán)境的熱量或所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱(如排氣余熱、冷卻系統(tǒng)的余熱)為熱源的膨脹劑可以吸熱的熱交換器。本實(shí)用新型中所謂的環(huán)保溫度限值是指不產(chǎn)生有害污染物的最高溫度，如不產(chǎn)生氮氧化物的環(huán)保溫度限值為1800K等；所謂材料溫度限值是指材料所能承受的最高溫度。[0055]本實(shí)用新型中的所述膨脹劑可以在所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)中循環(huán)使用。本實(shí)用新型所謂的燃料是指一切化學(xué)燃燒意義上能和氧發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)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。本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，可使用碳?xì)浠衔锘蛱細(xì)溲趸衔镒魅剂?，例如乙醇或乙醇水溶液，使用乙醇水溶液來代替原來的燃料和膨脹劑，不但可以防凍，還可以只用一個(gè)乙醇水溶液儲(chǔ)罐來代替原來的燃料儲(chǔ)罐和膨脹劑儲(chǔ)罐，并且通過調(diào)整乙醇水溶液的濃度來改變?nèi)剂虾团蛎泟┧枰谋壤?。在必要的時(shí)候，可以用乙醇、水和碳?xì)浠衔锏幕旌先芤簛泶姹緦?shí)用新型中的燃料和膨脹劑，調(diào)節(jié)其濃度以滿足本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)中， 可以用過氧化氫水溶液代替氧化劑和膨脹劑，通過調(diào)整過氧化氫水溶液的濃度實(shí)現(xiàn)調(diào)整氧化劑和膨脹劑的比例，而且可以用一個(gè)過氧化氫水溶液儲(chǔ)罐代替氧化劑儲(chǔ)罐和膨脹劑儲(chǔ)罐。本實(shí)用新型中，在某些技術(shù)方案中，作功工質(zhì)溫度可以達(dá)到數(shù)千度甚至更高，作功工質(zhì)的壓力可以達(dá)到數(shù)百個(gè)大氣壓甚至更高。本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，通過調(diào)整燃燒室的氣體溫度和壓力，可以調(diào)整膨脹作功后的工質(zhì)的溫度和壓力可使當(dāng)作功膨脹到所設(shè)定膨脹壓力時(shí)，其工質(zhì)溫度降至相當(dāng)?shù)偷乃?，例如接近環(huán)境溫度、低于環(huán)境溫度或大幅度低于環(huán)境溫度。本實(shí)用新型中所謂的輪機(jī)是指燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等利用燃?xì)馔苿?dòng)渦輪作功的機(jī)構(gòu)；所謂活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)包括活塞式內(nèi)燃機(jī)、轉(zhuǎn)子活塞式內(nèi)燃機(jī)等。本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于燃燒室內(nèi)的溫度可以設(shè)置到氮氧化物生成溫度以下，所以即便使用液氮作為所述膨脹劑，也不會(huì)產(chǎn)生氮氧化物(NOx)； 液氮可以以液態(tài)形式導(dǎo)入燃燒室，也可以以臨界狀態(tài)導(dǎo)入燃燒室，還可以以超高壓氣體形式導(dǎo)入燃燒室。所謂超高壓是指氣體的壓力不僅高于導(dǎo)入液氮時(shí)的所述燃燒室內(nèi)的氣體
壓力，還要高于由公式所確定的壓力值；本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)
I — Vi I
動(dòng)機(jī)中，液氮以氣體的形式導(dǎo)入所述燃燒室時(shí)，氮?dú)獾膲毫Ρ人鋈紵覂?nèi)的氣體壓力高 2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、IOMPa、IIMPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、 16MPa、17MPa、18MPa、19MPa 或高 20MPa。本實(shí)用新型的有益效果如下本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)效率高，環(huán)保性好。
圖I所示的是本實(shí)用新型實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖圖2所示的是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖圖3所示的是本實(shí)用新型實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖圖4所示的是本實(shí)用新型實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖圖5所示的是本實(shí)用新型實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖[0069]圖6所示的是本實(shí)用新型實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意圖圖7所示的是本實(shí)用新型實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)示意圖圖8所示的是本實(shí)用新型實(shí)施例8的結(jié)構(gòu)示意圖圖9所示的是本實(shí)用新型實(shí)施例9的結(jié)構(gòu)示意圖
圖10所示的是本實(shí)用新型實(shí)施例10的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11所示的是本實(shí)用新型的q>0循環(huán)示意圖
圖12所示的是本實(shí)用新型的q=0循環(huán)示意圖
圖13所示的是本實(shí)用新型的q〈0循環(huán)示意圖
圖14所示的是壓縮力度不同的熱機(jī)工作示意圖；
圖15所示的是本實(shí)用新型描述燃燒后氣體工質(zhì)的壓力和溫度關(guān)系符合絕熱壓縮過程溫度和壓力關(guān)系的示意圖；
圖16所示的是本實(shí)用新型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(guān)系所確定的壓力值的示意圖；
圖17所示的是縱軸為壓力坐標(biāo)橫軸為溫度坐標(biāo)的壓力溫度關(guān)系圖；
圖18所示的是不同E點(diǎn)出發(fā)絕熱膨脹作功的溫度和壓力關(guān)系的示意圖；
圖19所示的是本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的循環(huán)的示功對(duì)比圖；圖20為氣體工質(zhì)的溫度T和壓力P的關(guān)系圖。圖中I燃燒室、2膨脹劑源、3燃料源、5氧化劑源、6壓氣機(jī)、7動(dòng)力渦輪、9氣體連通通道、10進(jìn)氣道、11排氣道、12排氣放出口、13排氣放出控制閥、16氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)、18 氣體放熱環(huán)境冷卻器、17氣體吸熱低品位熱源加熱器、20膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)、30燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)、101活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、102輪機(jī)燃燒室、1020膨脹劑吸熱熱交換器、3020燃燒控制裝置、1100氣液分離器。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I如圖I所示的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括燃燒室，膨脹劑源2和燃料源3，所述燃燒室設(shè)為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室101，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室101的承壓能力大于等于 4MPa，所述燃料源3經(jīng)燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)30與所述燃燒室連通，所述膨脹劑源2經(jīng)膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)20與所述燃燒室連通，所述燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)30和所述膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)20受燃燒控制裝置3020控制實(shí)現(xiàn)進(jìn)入所述燃燒室的所述燃料源3內(nèi)的燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量的5%以上在所述燃燒室內(nèi)被已導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述膨脹劑源2內(nèi)的膨脹劑吸收；在所述燃燒室設(shè)為所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室101的結(jié)構(gòu)中調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比使壓縮沖程完了時(shí)的被壓縮氣體的壓力大于傳統(tǒng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮沖程完了時(shí)的氣體壓力，調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度到2000K以下，調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的壓力到 15MPa以上，使即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類絕熱關(guān)系。在所述燃燒室設(shè)為所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室101的結(jié)構(gòu)中調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比使壓縮沖程完了時(shí)的被壓縮氣體的壓力大于等于4MPa ;在所述燃燒室設(shè)為所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室101的結(jié)構(gòu)中調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比使壓縮沖程完了燃燒前的被壓縮氣體的溫度在1800K的正負(fù)200K的范圍內(nèi)，所述燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)30和所述膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)20受燃燒控制裝置3020控制實(shí)現(xiàn)進(jìn)入所述燃燒室的所述燃料源3內(nèi)的燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量的全部或近乎全部在所述燃燒室被已導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述膨脹劑源2內(nèi)的膨脹劑吸收；燃料在所述燃燒室燃燒后所述燃燒室內(nèi)的溫度最高值在有害化合物NOx生成溫度以下以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)保性；在所述燃燒室設(shè)為所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室101的結(jié)構(gòu)中調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比使壓縮沖程完了燃燒前的被壓縮氣體的溫度在1000K以上。具體實(shí)施時(shí)，可選擇地，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比使壓縮沖程完了時(shí)的被壓縮氣體的壓力大于等于 4. 5MPa,5MPa,5. 5MPa,6MPa,6. 5MPa,7MPa,7. 5MPa,8MPa,8. 5MPa,9MPa, 9. 5MPa、10MPa、10. 5MPa、IIMPa、11. 5Pa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa、 15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、 22MPa、24MPa、26MPa、28MPa、30MPa、32MPa、34MPa、36MPa、38MPa 或大于等于 40MPa ；所述燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)30和所述膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)20受燃燒控制裝置3020 控制實(shí)現(xiàn)進(jìn)入所述燃燒室的所述燃料源3內(nèi)的燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量的6%以上、7%以上、 8%以上、9%以上、10%以上、11%以上、12%以上、13%以上、14%以上、15%以上、16%以上、17% 以上、18%以上、19%以上、20%以上、21%以上、22%以上、23%以上、24%以上、25%以上、30%以上、35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、或100%在所述燃燒室內(nèi)被已導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)的所述膨脹劑源2內(nèi)的膨脹劑吸收；調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比使壓縮沖程完了燃燒前的被壓縮氣體的溫度在1300K以上、 1500K 以上、1800K 以上、2000K 以上、2300K 以上、2500K 以上、2800K 以上、3000K 以上、3200K 以上或3500K以上。實(shí)施例2如圖2所示的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其與實(shí)施例I的區(qū)別是在所述燃燒室和所述膨脹劑源2之間設(shè)膨脹劑吸熱熱交換器1020，使所述膨脹劑源2內(nèi)的膨脹劑在所述膨脹劑吸熱熱交換器1020中吸熱，所述燃燒室設(shè)為絕熱燃燒室。實(shí)施例3如圖3所示的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其與實(shí)施例I的區(qū)別是所述膨脹劑吸熱熱交換器1020的熱源設(shè)為所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱。所述膨脹劑源2內(nèi)的膨脹劑在所述膨脹劑吸熱熱交換器1020中吸熱達(dá)到臨界狀態(tài)、超臨界狀態(tài)或超超臨界狀態(tài)后再進(jìn)入所述燃燒室。具體實(shí)施時(shí)，所述燃料源3內(nèi)的燃料設(shè)為乙醇，所述膨脹劑源2內(nèi)的膨脹劑設(shè)為水，所述燃料源3和所述膨脹劑源2設(shè)為同一個(gè)乙醇水溶液儲(chǔ)罐。實(shí)施例4如圖4所示的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其與實(shí)施例I的區(qū)別是所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)還包括氧化劑源5和氣體連通通道9，所述氣體連通通道9連通所述燃燒室的進(jìn)氣道10和排氣道11，在所述排氣道11上設(shè)排氣放出口 12，在所述排氣放出口 12處設(shè)排氣放出控制閥13，所述氧化劑源5經(jīng)氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)16再經(jīng)所述進(jìn)氣道10與所述燃燒室連通或直接經(jīng)所述氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)16與所述燃燒室連通，所述氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)16、所述燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)30和所述膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)20受燃燒控制裝置3020控制。實(shí)施例5如圖5所示的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其與實(shí)施例4的區(qū)別是在所述氣體連通通道9上設(shè)氣體吸熱低品位熱源加熱器17。實(shí)施例6如圖6所示的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其與實(shí)施例4的區(qū)別是在所述氣體連通通道上和/或在所述進(jìn)氣道上和/或在所述排氣道上設(shè)氣體放熱環(huán)境冷卻器。實(shí)施例7如圖7所示的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括燃燒室，膨脹劑源2和燃料源3，其與實(shí)施例I的區(qū)別是所述燃燒室設(shè)為輪機(jī)燃燒室102，所述輪機(jī)燃燒室102的承壓能力大于等于2MPa，調(diào)整所述輪機(jī)的壓氣機(jī)6和動(dòng)力渦輪7的流量使所述輪機(jī)燃燒室102內(nèi)的壓力大于等于2MPa ;在所述燃燒室設(shè)為所述輪機(jī)燃燒室102的結(jié)構(gòu)中調(diào)整所述輪機(jī)的壓氣機(jī)6和動(dòng)力渦輪7的體積流量比使所述輪機(jī)燃燒室102內(nèi)燃燒前氣體的溫度在1000K以上。具體實(shí)施時(shí)，調(diào)整所述輪機(jī)的壓氣機(jī)6和動(dòng)力渦輪7的流量使所述輪機(jī)燃燒室 102 內(nèi)的壓力大于等于 2. 5MPa、3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、 7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、llMPa、11. 5Pa、12MPa、12. 5MPa、 13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa、15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、 18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、22MPa、24MPa、26MPa、28MPa、30MPa、32MPa、34MPa、36MPa、 38MPa或大于等于40MPa ;調(diào)整所述輪機(jī)的壓氣機(jī)6和動(dòng)力渦輪7的體積流量比使所述輪機(jī)燃燒室102內(nèi)燃燒前氣體的溫度在1300K以上、1500K以上、1800K以上、2000K以上、2300K 以上、2500K以上、2800K以上、3000K以上、3200K以上或3500K以上。實(shí)施例8如圖8所示的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其與實(shí)施例7的區(qū)別是用氧化劑源5取代了所述膨脹劑源2，所述氧化劑源5經(jīng)氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)16與所述輪機(jī)燃燒室102連通。實(shí)施例9如圖9所示的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其與實(shí)施例5的區(qū)別是所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)還包括氧化劑源5、氣體連通通道9和氣體吸熱低品位熱源加熱器17，所述氧化劑源5經(jīng)氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)16與所述輪機(jī)燃燒室102連通，所述氣體連通通道9連通所述壓氣機(jī)6的進(jìn)氣道10和所述動(dòng)力渦輪7的排氣道11，愛所述排氣道11上設(shè)排氣方出口 12， 在所述排氣放出口 12處設(shè)排氣放出閥13，所述氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)16、所述燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)30、所述膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)20和所述排氣放出閥13受燃燒控制裝置3020控制。實(shí)施例10如
圖10所示的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其與實(shí)施例I的區(qū)別是在所述燃燒室的排氣道11處設(shè)氣液分離器1100，所述膨脹劑源2設(shè)為所述氣液分離器1100的液體出口，所述氣液分離器1100內(nèi)的液體作為所述膨脹劑使用。顯然，本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例，根據(jù)本領(lǐng)域的公知技術(shù)和本實(shí)用新型所公開的技術(shù)方案，可以推導(dǎo)出或聯(lián)想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應(yīng)認(rèn)為是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括燃燒室，膨脹劑源(2)和燃料源(3)，其特征在于 所述燃料源(3)經(jīng)燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)(30)與所述燃燒室連通，所述膨脹劑源(2)經(jīng)膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)(20)與所述燃燒室連通，所述燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)(30)和所述膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)(20)受燃燒控制裝置(3020)控制；所述燃燒室設(shè)為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(101)， 所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(101)的承壓能力大于等于4MPa，或所述燃燒室設(shè)為輪機(jī)燃燒室 (102)，所述輪機(jī)燃燒室(102)的承壓能力大于等于2MPa。
2.如權(quán)利要求I所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于在所述燃燒室和所述膨脹劑源(2)之間設(shè)膨脹劑吸熱熱交換器(1020)，使所述膨脹劑源(2)內(nèi)的膨脹劑在所述膨脹劑吸熱熱交換器(1020)中吸熱。
3.如權(quán)利要求2所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述膨脹劑吸熱熱交換器 (1020)的熱源設(shè)為所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱。
4.如權(quán)利要求2所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述膨脹劑源(2)內(nèi)的膨脹劑在所述膨脹劑吸熱熱交換器(1020)中吸熱達(dá)到臨界狀態(tài)、超臨界狀態(tài)或超超臨界狀態(tài)后再進(jìn)入所述燃燒室。
5.如權(quán)利要求I所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)還包括氧化劑源(5 )和氣體連通通道(9 )，所述氣體連通通道(9 )連通所述燃燒室的進(jìn)氣道(10)和排氣道(11)，在所述排氣道(11)上設(shè)排氣放出口( 12)，在所述排氣放出口( 12) 處設(shè)排氣放出控制閥(13)，所述氧化劑源(5)經(jīng)氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)(16)再經(jīng)所述進(jìn)氣道(10)與所述燃燒室連通或直接經(jīng)所述氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)(16)與所述燃燒室連通，所述氧化劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)(16)、所述燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)(30)和所述膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)(20)受燃燒控制裝置(3020)控制。
6.如權(quán)利要求5所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于在所述氣體連通通道(9)上設(shè)氣體吸熱低品位熱源加熱器(17)。
7.如權(quán)利要求5所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于在所述氣體連通通道(9)上和/或在所述進(jìn)氣道(10)上和/或在所述排氣道(11)上設(shè)氣體放熱環(huán)境冷卻器(18)。
8.如權(quán)利要求I所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于在所述燃燒室的排氣道(11)處設(shè)氣液分離器(1100)，所述膨脹劑源(2)設(shè)為所述氣液分離器(1100)的液體出口， 所述氣液分離器(1100)內(nèi)的液體作為所述膨脹劑使用。
9.如權(quán)利要求I所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述膨脹劑源(2)內(nèi)的膨脹劑設(shè)為氣體液化物。
10.如權(quán)利要求I所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述燃料源(3)內(nèi)的燃料設(shè)為乙醇，所述膨脹劑源(2)內(nèi)的膨脹劑設(shè)為水，所述燃料源(3)和所述膨脹劑源(2)設(shè)為同一個(gè)乙醇水溶液儲(chǔ)罐。
11.如權(quán)利要求I所述小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述燃燒室設(shè)為絕熱燃燒室。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括燃燒室，膨脹劑源和燃料源，所述燃料源經(jīng)燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)與所述燃燒室連通，所述膨脹劑源經(jīng)膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)與所述燃燒室連通，所述燃料導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)和所述膨脹劑導(dǎo)入控制機(jī)構(gòu)受燃燒控制裝置控制；所述燃燒室設(shè)為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的承壓能力大于等于4MPa，或所述燃燒室設(shè)為輪機(jī)燃燒室，所述輪機(jī)燃燒室的承壓能力大于等于2MPa。本實(shí)用新型所公開的小溫升低熵混燃發(fā)動(dòng)機(jī)效率高，環(huán)保性好。
文檔編號(hào)F02M25/025GK202300716SQ20112031728
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者靳北彪 申請(qǐng)人:靳北彪