[发明专利]一种热能动力设备及其做功方法

说明书

技术领域

本发明属于热能动力设备领域，尤其是利用内燃机本身热能转换成动能的热能动力设备。 

背景技术

四冲程发动机每个工作循环是由进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程组成，而四冲程发动机要完成一个工作循环，活塞在气缸内需要往返4个行程（即曲轴转2转）。四冲程发动机又分为四冲程气油机和四冲程柴油机，两者的主要区别是点火方式不同。气油机是火花塞点火，而柴油机是压燃。 

四冲程发动机属于往复活塞式内燃机，根据所用燃料种类的不同，分为气油机、柴油机和气体燃料发动机三类。以气油或柴油为燃料的活塞式内燃机分别称作气油机或柴油机。使用天然气、液化石油气和其他气体燃料的活塞式内燃机称作气体燃料发动机。气油和柴油都是石油制品，是气车发动机的传统燃料。非石油燃料称作代用燃料。燃用代用燃料的发动机称作代用燃料发动机，如乙醇发动机、氢气发动机、甲醇发动机等。 

从目前气车所用发动机的热平衡来看，用于动力输出的功率一般只占燃油燃烧总热量的30%-45%(柴油机)或20%-30%(气油机)。以余热形式排出车外的能量占燃烧总能量的55%-70%(柴油机)或80%-70%(气油机)，主要包括循环冷却水带走的热量和尾气带走的热量。下表为内燃机的热平衡表 

热平衡各分项%气油机高速柴油机中速柴油机热平衡有效功的热量20~3030~4035~45冷却液带走的热量25~3020~2510~20废气带走的热量40~4535~4030~40其他热损失5~105~1010~15

气油机是将空气与气油以一定的比例混合成良好的混合气，在进气行程被吸入气缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程气油机在进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程内完成一个工作循环。

进气行程  活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°。在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内气体压力从pr逐渐降低到pa，气缸内形成一定的真空度，空气和气油的混合气通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力，进气终点气缸内气体压力小于大气压力0 p ，即pa= (0.80～0.90) 0 p。进入气缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、气缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340～400K。 

压缩行程  压缩行程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点时，其压力pc可达800～2 000kPa，温度达600～750K。