[发明专利]内燃机低温进气方法及发动机

说明书

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种内燃机低温进气方法及发动机。

背景技术

热力学上的冷源温度T₂的降低会对热机的效率有明显的提高。内燃机是热机的一种，但是对于内燃机来说，热力学上的冷源温度T₂究竟是进气温度、环境温度还是做功冲程终了时工质的温度，对此，有许多种说法，但是本发明人认为对于内燃机来说，热力学冷源温度T₂既不是进气温度，也不是环境温度，还不是做功冲程终了时工质的温度，而是压缩冲程即将开始时工质的温度和做功冲程终了时工质的温度的组合。降低压缩冲程即将开始时工质的温度会提高内燃机的效率，降低做功冲程终了时工质的温度也会提高发动机的效率。虽然有通过增压中冷等形式对内燃机进气进行降温的技术方案，但是这些技术方案中均是以环境为冷源，因此对进气的降温程度有限，也就不能有效地对内燃机进气进行降温以实现对内燃机效率的大幅提高，因此，需要发明一种实现内燃机低温进气的方法及实现该方法的内燃机，从而提高内燃机的效率，并降低内燃机的污染排放。

同时，目前人们就如何有效提高发动机的热效率，研发并提出许多解决方案。然而由于燃料在气缸中燃烧程度是与进气量相关的，在进气过量时会燃烧较充分，从而产生更多热量；而在气缸容积不变情况下降低进气温度，相应会增加进气量。于是在降低进气温度上，人们相应研发了一系列装置来达到该目的，如在进气道上添加冷却器或其它吸热装置，虽然能降低进气温度，但需消耗其它功或低温物质，增加了发动机制造成本或降低了其效率。另外发动机的排气带有大量的热能并没有有效利用，而直接排放出去，也相应降低了热效率。因此需要发明一种利用排气余能来降低内燃机的进气温度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

方案1：一种余能制冷低温发动机，包括气缸活塞机构，所述气缸活塞机构的排气道上设有以排气余能为推动力的制冷单元，所述制冷单元用来冷却所述气缸活塞机构的进气道中的进气。

方案2：在方案1的基础上，所述的制冷单元为压缩膨胀制冷单元A，所述压缩膨胀制冷单元A包括依次连通的涡轮动力机构A、叶轮压气机A、涡轮动力机构B和热交换器A；所述涡轮动力机构A的工质出口和所述叶轮压气机A工质入口之间的连通通道上设有降温器A，所述涡轮动力机构A和所述叶轮压气机A为共轴设置；所述气缸活塞机构的排气道与所述涡轮动力机构A的工质入口连通，所述涡轮动力机构B的工质出口与所述热交换器A的被加热流体入口连通；所述热交换器A的被冷却流体出口与所述气缸活塞机构的进气道连通。

方案3：在方案2的基础上，在所述叶轮压气机A的工质出口与所述涡轮动力机构B工质入口之间的连通通道上设降温器B。

方案4：在方案1的基础上，所述的制冷单元为压缩膨胀制冷单元B，所述压缩膨胀制冷单元B包括依次连通的叶轮压气机B、热交换器B、涡轮动力机构C、涡轮动力机构D和热交换器C，所述叶轮压气机B与所述涡轮动力机构C为共轴设置；所述叶轮压气机B的工质出口与所述热交换器B的被加热流体入口连通，所述涡轮动力机构C的工质入口与所述热交换器B的被加热流体出口连通；所述气缸活塞机构的排气道与所述热交换器B的被冷却流体入口连通；所述涡轮动力机构D的工质出口与所述热交换器C的被加热流体入口连通，所述热交换器C的被冷却流体出口与所述气缸活塞机构的进气道连通。

方案5：在方案4的基础上，在所述涡轮动力机构C的工质出口与所述涡轮动力机构D的工质入口之间的连通通道上设降温器C。

方案6：在方案1 的基础上，所述的制冷单元为吸附式制冷单元，所述吸附式制冷单元包括解吸器、吸附器和蒸发器，所述解吸器的上部与所述吸附器相互连通，所述蒸发器的蒸汽出口设在所述吸附器中的上部；所述解吸器下部的加热流体入口与所述气缸活塞机构的排气道连通，所述蒸发器被冷却流体出口与所述气缸活塞机构的进气道连通。

方案7：在方案1的基础上，所述的制冷单元为蒸汽动力制冷单元，所述蒸汽动力制冷单元包括汽化器、射流泵、冷凝冷却分离器、液体泵和热交换器D；所述汽化器的高温工质入口与所述气缸活塞机构的排气道连通；所述汽化器的被汽化流体通道的出口与所述射流泵的动力流体喷射口连通，所述射流泵的流体出口与所述冷凝冷却分离器的被冷却流体入口连通，所述冷凝冷却分离器的液体出口经所述液体泵与所述汽化器的液体入口连通；所述冷凝冷却器分离器的气体出口与所述射流泵的低压流体入口之间的连通通道设为所述热交换器D的被加热流体通道，所述气缸活塞机构的进气道设为所述热交换器D的被冷却流体通道。