一种设有介质注入冲程的热缓冲内燃机
专利汇可以提供一种设有介质注入冲程的热缓冲内燃机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种设有介质注入冲程的热缓冲 内燃机 ，属机械及热 力 学工程领域；较4冲程工作模式来说本内燃机为多冲程方式，即为：吸气—压缩—做功—不完全 排气冲程 —介质注入及 做功冲程 —不完全排气冲程—介质注入及做功冲程(因而为6冲程，8冲程及更多冲程)；并采用了(绝热)隔 热层 或表面涂敷 隔热 材料(绝热)，并(在 燃烧室 内)增设热平衡(缓冲)材料构件，用于 热能 存储并建立全新的 热力学 循环过程，减少了热的耗散，改善效率。，下面是一种设有介质注入冲程的热缓冲内燃机专利的具体信息内容。
1.一种设有介质注入冲程的热缓冲内燃机，所涉及的主要部分结构是由(1)气缸、(2)气缸盖、(3)活塞体、(6)火花塞、(7)喷油口、(8)喷介质口、(9)进气门、(10)排气门、(11)绝热层、(12)及(21)热平衡材料构件(燃烧室内)、凸轮轴及介质回收及冷凝降噪器等组成；具体工作过程(以6冲程方式为例)为：按工作流程；工作流程为：吸气---压缩---(燃气)做功---不完全排气冲程(不排或排部分气体)---介质注入及做功冲程共6个冲程(也可以再重复1次或更多次的不完全排气冲程---介质注入及做功冲程，这样一来即可以是8冲程，10冲程方式……)；具体的作功输出方式，除了(燃气做功冲程之外介质注入及做功冲程才是一个重要做功过程，该过程是通过喷介质口向气缸内注入流体介质，流体介质吸收高温混合气体的热量的同时也更多地吸收热平衡材料构件(有时不一定要放置热平衡材料构件)等附近构件的热量，在增压(同时也较大的燃烧室降温)并做功，对外界输出净功；其特征在于：首先相对于现有4冲程工作模式来说：增设了介质注入冲程的内燃机在完成作(燃气)做功冲程后的排气冲程被改变为不完全排气冲程(也就是说，在执行不完全排气冲程的过程中，排气门可以是完全关闭(此时等校于一个高压压缩冲程，伴随强烈的升温)，也可以是排气门(在该排气冲程中)只开启短暂的时间(此时只排放少量气体，仍保持气缸内有较大压力))；其次在不完全排气冲程基本完成之时，也就是活塞运动到上止点附近时，高压液泵将通过喷介质口向气缸内注入流体介质(液体吸热气化，增压并推动活塞完成主要作功的一个冲程)；因而整体的热循环将是：吸气---压缩---(点燃燃气)做功---不完全排气冲程(通过压缩，外界对燃烧室混合气作功，增加内能，尤其存储在各个热平衡材料构件中)---介质注入及做功冲程(主要的输出功过程)---不完全排气冲程---介质注入及做功冲程…6冲程及8…)冲程；再其次为增进效率，气缸、气缸盖及活塞即可以保持常规的水冷循环的自然的以传导为主的散热状态，也可以对燃烧室的周围器件(所暴露的表面部分)进行绝热化处理(也可以将燃烧室周围所涉及的部件用耐高温并隔热良好的材料(可以使非金属)制作：如气缸，活塞，气缸盖，气门部分)；最后为更大增进效率，可将燃烧室空间的内表面处理成常规方式(是以水冷及风冷冷却方式的均一金属材质的汽缸及缸盖)，也可是在(金属)的汽缸及缸盖以及气门部件的(暴露在燃烧室)表面部分覆有隔热及耐热覆层；也可以直接使用非金属材料制作成绝热化处理的汽缸及气缸盖(或以金属为基底的表面结构)；也还可在燃烧室内不阻碍活塞运动的空间内安装有热平衡材料构件，以限制温度峰值及用于存储缓冲热能。
2. 如权利要求1所术内燃机，其特征就在于：所述的介质注入过程是指介 质喷口向气缸内注入流体介质的过程，可以是只在（在介质做功冲程中）持续一 段时间；也可以是在排气冲程中的最后阶段就开始注入部分流体介质（为了更好 的降温，也是由于液体介质汽化膨胀需要一定的时间，相当于点火提前角的作用）o
3. 如权利要求1所术内燃机，其特征就在于：所述的流体介质指的是：水及水与其他化学物质的混合物或其他非水基的常温液态化合物
4. 如权利要求1所术内燃机，其特征就在于：所述的（燃烧室）绝热化处 理指的将气缸、气缸盖及活塞表面进行隔热及耐热处理；具体方法可以是：在气 缸、气缸盖及活塞表面下加工有隔热层或表面涂敷隔热材料，相应的表面进行耐 热及抗磨处理;或者直接由导热差的非金属的材料制成。
5. 如权利要求1所术内燃机，其特征就在于所述的热平衡材料构件指的是: 可以是安装在气缸、气缸盖及活塞表面上的隔热（耐热）层之上的直接接触燃烧 室高温气体的表面之上的空间中的，导热及耐温良好的材料（如金属铜，钨及相 应的合金等），用以缓冲及平衡气缸温度，为介质气化增压增温提供能源；从能 量守恒角度来说；燃烧室的绝热处理将隔绝能量的传导及辐射外流，燃烧室内所 增设的导热良好的热容（象电容一样吞吐热量）将起重要作用，他可在循环周期 内进行多次吸热即放热，用以缓冲及平衡气缸温度及压力；热平衡材料的放置地 点的安排：可以是活塞的顶部及气缸盖附近区域及他不阻碍活塞行程的缸内空 间区域；气缸壁的表层材料也可以选择一些起热平衡材料构件作用的易传到热量 的材料。
一种设有介质注入冲程的热缓冲内燃机
本发明属属机械及热力学工程领域，确切的讲公开了一种增设介质注入冲程 的内燃机，较传统4冲程工作模式来说本内燃机为多冲程方式。
现有的4冲程成熟技术的效率多为：25%-30%效率；30%以上散热；40%以上
尾气排热。l个世纪以来，人们一直在改善内燃机效率，水（介质注入）的各种
方案也有数10年的发展历史；如：乳化油技术，绝热技术，进气口加水技术，
排气冲程之后的注水法（高压蒸汽）做功技术等。少量的乳化水对效率的贡献甚
少，而水量的增加将会干扰燃烧，增加了C-H化合物排放， 一定程度上抵消了水
蒸气的增加压力的作用，因而后者（增加）独立的高压蒸汽做功（冲程）技术将 不会干扰燃烧，是一种有前途的思路。
本发明的特点是一种在独立高压蒸汽冲程思路的基础之上，发展起的更适合 于客观热力学过程的多冲程方案。
本发明的目的是解决目前的绝热方案及高压蒸汽思路放案上的热力学方面
的理论及技术缺陷：比如绝热技术一直受限于燃烧室温度始终过热，无法建立可
持续的高效循环，绝热方式下，汽缸在吸气冲程无法回到200-300度的低温要求， 这是个20年来无法解决的问题，在进年来所增加单一注水冲程的思路中，如何 能保持可持续支持蒸气高温高压的热源供给问题是不充分的（仅靠室壁的残热是 不足以支持大于2%的净功输出的，不大于8%的增加是无实际意义的）；另外尾 气热源40%损耗的有效利用问题及热力学循环理论方面的问题等，都需要得以解 决，这样才能制造出符合热力学理论的多循环的高效内燃机。 本发明的技术关键为：
结构部分所涉及的主要部分结构：由（l)气缸、（2)气缸盖、（3)活塞体、 (6)火花塞、（7)喷油口、 （8)喷介质口、 （9)进气门、（10)排气门、（11)绝 热层、（12)及（21)热平衡材料构件（燃烧室内）、凸轮轴及介质回收及冷凝 降噪器等组成；具体工作过程（以6冲程方式为例）为：按工作流程；工作流程 为：吸气---压縮一-(燃气）做功-一不完全排气冲程（不排或排部分气体）-一 介质注入及做功冲程共6个冲程（也可以再重复1次或更多次的不完全排气冲程
-一介质注入及做功冲程，这样一来即可以是8冲程，IO冲程方式.....）；具
体的作功输出方式，除了 （燃气做功冲程之外介质注入及做功冲程才是一个重要 做功过程，该过程是通过喷介质口向气缸内注入流体介质，流体介质吸收高温混 合气体的热量的同时也更多地吸收热平衡材料构件（有时不一定要放置热平衡材 料构件）等附近构件的热量，在增压（同时也较大的燃烧室降温）并做功，对外 界输出净功.
其主要技术特征在于4个方面：l首先相对于现有4冲程工作模式来说：增 设了介质注入冲程的内燃机在完成作（燃气）做功冲程后的排气冲程被改变为不 完全排气冲程（也就是说，在执行不完全排气冲程的过程中，排气门可以是完全 关闭（此时等校于一个高压压縮冲程，伴随强烈的升温），也可以是排气门（在 该排气冲程中）只开启短暂的时间（此时只排放少量气体，仍保持气缸内有较大压力））；2其次在不完全排气冲程基本完成之时，也就是活塞运动到上止点附 近时，高压液泵将通过喷介质口向气缸内注入流体介质（液体吸热气化，增压并 推动活塞完成主要作功的一个冲程）；因而整体的热循环将是：吸气-一压縮一-
(点燃燃气）做功-一不完全排气冲程（通过压缩，外界对燃烧室混合气作功， 增加内能，尤其存储在各个热平衡材料构件中）-一介质注入及做功冲程（主要 的输出功过程） 一-不完全排气冲程-一介质注入及做功冲程•••• 6冲程及8 ••••)
冲程；3再其次为增进效率，气缸、气缸盖及活塞即可以保持常规的水冷循环的
自然的以传导为主的散热状态，也可以对燃烧室的周围器件(所暴露的表面部分） 进行绝热化处理（也可以将燃烧室周围所涉及的部件用耐高温并隔热良好的材料
(可以使非金属）制作：如气缸，活塞，气缸盖，气门部分）；4最后为更大增 进效率，可将燃烧室空间的内表面处理成常规方式（以水冷及风冷冷却方式的均 一金属材质的汽缸及缸盖），也可在（金属）的汽缸及缸盖以及气门部件的（暴 露在燃烧室）表面部分覆有隔热及耐热覆层；也可以用废金属材料制作绝热化处 理的汽缸及气缸盖；也可在燃烧室不阻碍活塞运动的空间内安装有热平衡材料构 件，以限制温度峰值及存储缓冲热能。
所述的介质注入过程是指介质喷口向气缸内注入流体介质的过程，可以是只 在（在介质做功冲程中）持续一段时间；也可以是在排气冲程中的最后阶段就开 始注入部分流体介质（为了更好的降温，也是由于液体介质汽化膨胀需要一定的 时间，相当于点火提前角的作用）。
所述的流体介质指的是：水及水与其他化学物质的混合物或其他非水基的常 温液态化合物
所述的（燃烧室）绝热化处理指的将气缸、气缸盖及活塞表面进行隔热及耐 热处理；具体方法可以是：在气缸、气缸盖及活塞表面下加工有隔热层或表面涂 敷隔热材料，相应的表面进行耐热及抗磨处理;或者直接由导热差的非金属的材 料制成。具体方法可以是：在气缸、气缸盖及活塞表面下加工有隔热层或表面涂 敷隔热材料，相应的表面进行耐热及抗磨处理。
所述的热平衡材料构件指的是：可以是安装在气缸、气缸盖及活塞表面上的 隔热（耐热）层之上的直接接触燃烧室高温气体的表面之上的空间中的，导热及 耐温良好的材料（如金属铜，钨及相应的合金等），用以缓冲及平衡气缸温度， 为介质气化增压增温提供能源；从能量守恒角度来说；燃烧室的绝热处理将隔绝 能量的传导及辐射外流，燃烧室内所增设的导热良好的热容（象电容一样吞吐热 量）将起重要作用，他可在循环周期内进行多次吸热即放热，用以缓冲及平衡气 缸温度及压力；热平衡材料的放置地点的安排：可以是活塞的顶部及气缸盖附近 区域及他不阻碍活塞行程的缸内空间区域；气缸壁的表层材料也可以选择一些 起热平衡材料构件作用的易传到热量的材料。
所述的热平衡材料构件指的是：可以是安装在气缸、气缸盖及活塞表面上的 隔热（耐热）层之上的直接接触燃烧室高温气体的表面之上的空间中的，导热及 耐温良好的材料（如金属铜，钨及相应的合金等），用以缓冲及平衡气缸温度， 为介质气化增压增温提供能源；从能量守恒角度来说；燃烧室的绝热处理将隔绝 能量的传导及辐射外流，燃烧室内所增设的导热良好的热容（象电容一样吞吐热 量）将起重要作用，他可在循环周期内进行多次吸热即放热，用以缓冲及平衡气缸温度及压力；热平衡材料的放置地点的安排：可以是活塞的顶部及气缸盖附近 区域及他不阻碍活塞行程的缸内空间区域；气缸壁的表层材料也可以选择一些 起热平衡材料构件作用的易传到热量的材料。
在部分排气冲程中，其能量的累增将是：第一；燃烧更充裕（允许持续时间 将比传统4冲程方式多出1—2倍），尤其加入适量方式的催化介质（在介质注 入冲程中也加入催化成分，或者在燃烧室空间中加入催化固体）；第二；由于绝 热化处理，向外界直传的热量不会超过总量的5%。因而加之尾气能量的保留， 到不完全压縮冲程结束时，所积累的热能将是正常4冲程最大热能值的3—4倍， 由于而平衡材料的缓冲作用，混合气温度将限制在3800度以下，70%以上的热能 存储在热平衡材料构件中，其增压估算：当温度下降35%-40%获取新的平衡时， 将会有等于燃烧室气体1. 5_1. 8倍的热能值的热量进入注入介质中，以水为例， 将使30%-35%等于燃烧室气体质量的水汽化，由于水的分子量是混合气的1. 8倍， 因而将增压约60%-70%;由于热平衡部件的热缓冲的持续的作用，将带来10%的 额外持续作用，折算到2000-2200度的平衡温度，相对于常规4冲程内燃机来说， 将至少带来40%以上的压力的持续等效增加。
因而在本设计结构中，为提高效率；相对较高的峰值温度及相对较少质量的 热平衡材料的选取，甚至不用额外安装热平衡材料（因为隔热材料本身及一些爆 露在燃烧室内的部件：如火花塞头部等），才能获得更高的效率。
以下结合附图对本技术及结构作进一步说明：
[图l]设有介质注入及缓冲冲程的内燃机结构原理示意图 [图2]本内燃机各做功冲程热力学循环示意图
(1) 气缸
(2) 气缸盖
(3) 活塞体
(4) 曲轴
(5) 连杆
(6) 火花塞
(7) 喷油口 (8)喷介质口
(9)进气门
(10) 排气门
(11) 绝热层
(12) 热平衡材料（燃烧室内）
(13) 活塞环
(14) 介质回收冷凝降噪器
(21) —种表层热平衡材料（燃烧室内）
如[图l]所示：工作过程为：进气门（9)开放、活塞体(3)由上止点运动，再 吸进空气的同时，喷油口（7)喷油，当活塞（3)到达下止点时，进气门（9)关闭，进入压縮过程，当压縮到上止点附近时，火花塞(6)点燃混合气，高压高温 燃气推动活塞到下止点，然后再惯性的作用下活塞由下止点向上止点运动，此时 的排气门（10)处于部分时间开放或完全关闭状态，因而混合气又被压缩，由于 外力的作用，混合气体的内能不断增加，温度也有不断上升的趋势；有利于充分 燃烧，同时；在此过程中，（缸内）的热平衡材料（12)将产生重大作用：（在 缸壁采取绝热方式后）它将吸附并存储大量热能，以平衡缸内温度，使之不至于 过高，超出材料及期间所能承受的极限！最后，活塞压縮到上止点时，几乎绝大 部分燃料所释放出的能量都存储于高温高压混合气及热平衡材料（12)中，（21) 是一种表层热平衡材料（燃烧室内）。此时喷介质口 （8)向缸内喷射流体物质（可 以使水等），此时新的热平衡将被建立：尤其是热平衡材料（12)的能量的大量 释放，欧新的混合气体的压力将有所上升（温度将有所下降），此过程中，伴随 着活塞的向下止点的运动，将对曲轴输出功，接下来的冲程可以是排气过程，也 可以继续执行诺干个不完全排气冲程-介质注入及做功冲程-一;然后再进行最后 的排气冲程。
各冲程的做功分析：第一个燃气做功冲程对外输出常规功A接下来的是第
一个不完全排气冲程是外界对混合气压縮做功其数值约为：50。/。A—80y。A;下一个 注入介质做功冲程，由于工作物质的加入，将产生降温及增压（加之c,h化合物 的充分的氧化燃烧），对外输出130M—140M的功；如果之后是排气冲程的话， 循环的周期就此结束；对外的净功输出：A-80。/。A+13(mA^150线.效率提高500/0 ， 换言之，又而外将15%的燃油的燃烧热能转换成对外的功输出。
气门的开关时序可以用常规的凸轮轴结构，也可以是正在发展中的电磁控制 阀门系统。
热平衡材料（缸内）（12)的特点需要，有快速的导热能力，为满足这一 特点就需要薄片化处理，顺应涡状气流方向的环状排布。
汽缸绝热处理之后，为符合新的热力学平衡，热平衡材料的放置是绝对必要 的，（可选择的地点：活塞的顶部及气缸盖附近，不阻碍活塞行程的缸内空间区 域）。
加水的总量的控制：应为气体总质量+热平衡材料总质量的20%-40%之间。 如[图2]所示：
为气缸得热力学P—V曲线（压力----体积曲线），以6冲程为例；循环的闭
合曲线为这样的过程，a--b为吸气冲程（此时的压力约等于外界大气压P0);
b-一C为压缩冲程(此时的压力渐渐上升，最后可达10倍P0以上，温度数百度）；
(c-d为混合气燃烧的开始过程，最高温度可达2500度，压力可达100个大气 压）d—e为（膨胀）做功冲程，燃烧也持续一段时间；e--f为不完全排气冲程（兼 高压压縮过程，将持续升温生压，最大压力PO) ; g—h为介质注入及做功冲程
(对于f--g严格的讲是注入的开始，混合气开始增压，液体流质汽化，最大压 力P4将是140-160个大气压，最高温约1500度）；h—a为排气冲程（回到下 一轮循环的开始冲程）；需要指出的是，c一d为燃气过程开始部分，f—g为介 质注入的过程的开始部分，该过程都是增压过程。
从P—一V循环曲线中可看出：对外的净功输出为曲边梯形bcgh所围面积与曲边三角形dce所围面积和。
艮卩：净功=Sbcgh + Sdef
图中：P0为室外大气压， Pl为压縮上止点压力，P3为燃气燃烧峰值压 力，P4为介质注入峰值压力。
显然大于正常4冲程内燃机的所围面积Sbcde;在耗同样的燃料的情况下对 外界输出更多的功，效率有所改善。
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