[發明專利]內燃機和斯特林復合發動機

無效

• 申請號: 201010249731.1
• 申請日: 2010-08-10
• 公開（公告）號: CN101915147A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 高文志;謝必鮮;馮黎明;韋慧勇;邊強;張晶
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02;F02G1/044;F02G1/055
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

技術領域

本發明屬于發動機技術，具體涉及一種由內燃機和斯特林發動機復合組成的發動機。

背景技術

隨著石油能源短缺和排放法規的逐步嚴格，節能減排問題也越來越受關注。尋找高效率、無污染的能源，推進能源二次利用以及研究能量回收轉換的方法，都是減少能源浪費、提高能源利用率的有效途徑。內燃機燃料燃燒所產生的能量，大約只有1/3左右被有效利用，其余的均被散失到大氣中，其中排氣散失所占的能量也近1/3。因此有效利用內燃機廢氣能量，是節能減排、提高發動機熱效率的有力措施。

目前內燃機余熱回收利用的途徑主要有：渦輪增壓技術、余熱空調、利用廢氣能量溫差發電、基于朗肯循環回收廢氣能量等。但是這些方法各有其局限性。增壓技術只能利用排氣的部分能量，渦輪出口的排氣仍具有較高的溫度，具有再次利用價值；余熱空調技術沒有功的輸出，且能量利用率低；溫差發電則受限于材料等技術的發展，熱電轉換效率低；采用朗肯循環回收廢氣能量，系統復雜，體積和重量都很難達到要求。斯特林發動機結構緊湊，但是目前利用的斯特林發動機回收內燃機廢氣余熱的方案效率仍然較低，本發明的提出能夠使內燃機廢熱得到更加充分的利用，提高發動機的熱效率，顯著地降低發動機的油耗，改善發動機的動力性。

發明內容

本發明的目的是，提供一種由內燃機和斯特林發動機復合組成的發動機，利用發動機的排氣作為斯特林機的高溫熱源，帶動斯特林發動機工作，并與內燃機以同一曲軸輸出動力，達到提高廢熱利用率，提高發動機動力性的目的。

以下結合附圖對本發明的結構原理進行說明。本發明包括內燃機和斯特林發動機以及加熱器、回熱器、冷卻器、曲軸等。關鍵在于將內燃機和斯特林發動機合為一個機體，內燃機的排氣管路串接斯特林發動機的加熱器，內燃機的排氣作為斯特林發動機的高溫熱源，即高溫排氣與加熱器進行換熱后再作為廢氣排出。由內燃機和斯特林發動機兩個系統產生的動力驅動同一根曲軸（如圖1）。在能源利用上，內燃機由燃料與空氣的混合物燃燒產生動力，推動自身活塞對外做功；同時利用內燃機的高溫排氣來與斯特林發動機內的循環工質進行換熱，工質受熱膨脹后推動斯特林機自身的活塞對外做功。斯特林發動機的工質經過兩個閉式循環回路對外做功，兩個閉式循環交替推動活塞往復運動（如圖2）。即內燃機系統通過工質燃料燃燒推動活塞做功，斯特林發動機系統中的工質接收內燃機的廢熱推動斯特林機活塞做功，兩個系統中的活塞驅動同一根曲軸轉動。

本發明的特點和有益效果是，可以實現斯特林發動機最大限度地吸收內燃機排氣廢熱，使斯特林發動機發出最大可能的動力，與傳統內燃機廢熱回收裝置相比，復合發動機在相同的燃油消耗率下能發出更大的功率，顯著改善動力性，且回收系統體積小，結構緊湊。

附圖說明

圖1為本發明系統結構示意圖。

圖2為斯特林發動機結構原理示意圖。

圖3為復合發動機的功率隨轉速的變化曲線。?

具體實施方式

以下結合附圖并通過實例對本發明作進一步的說明。在結構上，內燃機1和斯特林發動機4合為一個機體，內燃機1的排氣管路2串接斯特林發動機的加熱器3，內燃機的排氣作為斯特林發動機4的高溫熱源，由內燃機1和斯特林發動機4兩個系統產生的動力驅動同一根曲軸5（如圖1）。高溫廢氣經加熱器把熱量傳給斯特林發動機的工質后，低溫廢氣排向大氣環境。斯特林發動機中的工質經兩個相同閉式循環回路（如圖2），循環工質可以是氫氣，也可以是氦氣。第一循環回路依次由第一膨脹腔6-1、第一活塞7-1、第一壓縮腔8-1、第一回熱器9-1、第一冷卻器10-1及第一組加熱管11-1組成；第二循環回路依次由第二膨脹腔6-2、第二活塞7-2、第二壓縮腔8-2、第二回熱器9-2、第二冷卻器10-2及第二組加熱管11-2組成。第一和第二膨脹腔6-1、6-2與所對應的第一或第二回熱器9-1、9-2之間設有第一或第二組加熱管11-1、11-2，每組由多根加熱管并行聯接組成。加熱器3為管翅式熱交換器，管側為第一或第二組加熱管11-1、11-2，殼側流體為內燃機1的排氣。第一或第二組中的加熱管是帶有翅片的金屬管。