[发明专利]内燃蒸汽机

说明书

一种火花往复式内燃两冲程蒸汽机，其包括：发动机壳体；曲轴(16)，其能够绕着曲轴轴线转动；气缸(2)，其配置在所述发动机壳体的内部；活塞(1)，其配置在所述气缸的内部以能够在远离所述曲轴的上止点位置与接近所述曲轴的下止点位置之间沿着往复轴线往复运动，并且所述活塞可操作地连接到所述曲轴以使所述往复式活塞对所述曲轴赋予转动运动；燃烧室(17)，其限定在所述气缸内并且在所述发动机壳体与所述活塞的和所述曲轴相反的头部之间；进气阀(3A)；排气阀(3B)；燃料喷射器(4)，用于将燃料直接喷射到所述燃烧室中；喷水器(6)，其在位于所述活塞的上止点位置下方的位置处将水直接喷射到所述燃烧室中；以及火花塞(5)，其中所述进气阀与压缩气态氧化剂供应器(9)流体连接，所述压缩气态氧化剂供应器(9)被构造为通过所述进气阀向所述燃烧室供给压缩气态氧化剂。

技术领域

本发明涉及内燃蒸汽机，特别地，涉及具有效率提高、低污染且在低RPM时扭矩高的内燃蒸汽机，并且涉及该内燃蒸汽机的作业方法。

背景技术

蒸汽机和内燃机被用于产生机械转动动力已经超过一百五十年。James Watt将低动力往复式发动机与冷凝器联接(这允许蒸汽膨胀至低于大气的压力，从而增强了低动力往复式发动机的效率)，使基于往复式活塞的现有蒸汽机成为可能。蒸汽轮机的引入使得效率更大并且在我们的重力系统下膨胀至数英寸水银的压力。然而，在整个20世纪，当在低RPM下需要高扭矩在陡坡条件上承载大负荷时，往复型的蒸汽机被用于铁路工业中。虽然蒸汽机通常使用煤或天然气，但是在产生动力时蒸汽机可以燃烧任何类型的燃料。蒸汽机的局限性在于，需要外部锅炉来将蒸汽加热至过热状态。过热蒸汽通常低于在锅炉中燃烧的燃料的温度，这是因为热量向水的转移需要显著的温度差异或者大的热交换表面。因此，除了需要产生电力以及需要处理蒸汽与机械动力耦合的一些系统之外，蒸汽机未被广泛使用。蒸汽机比传统燃机产生的扭矩高。

今天的运输需求主要由内燃机提供动力。尽管锂电池的开发使得电动汽车适合于城市使用或者行驶小于200英里的距离，但是现代运输发动机包括基于奥托循环、柴油循环、布雷顿循环和用于喷气推进的空气标准循环(Air Standard Cycle)的发动机。

对于陆基运输系统、小型船舶和螺旋桨驱动的小型航空器，使用各种形式的奥托循环。

在风力和太阳能单元不实用的发电系统中，柴油循环或奥托循环的内燃单元是合适的。

在可获得来自粪肥的甲烷气体或者可使用丙烷的农场和乳品厂中，可以使用基于奥托循环的发动机。

因此，尽管环境需要使用较少的碳氢化合物的燃料，但是基于奥托循环的发动机将在至少接下来的20年中在世界范围内起主要作用。因此，重要的是，我们寻求在最大化效率的同时最小化空气污染的发动机设计。

柴油循环和奥托循环两者通常被称为空气标准循环。这是因为，用于燃料的主要氧化剂是从我们的大气中取得的空气(空气被认为是免费的而仅燃料有成本)。然而，在空气中包含的氮气导致形成了必须进而被处理的NO_x。

大多数奥托循环发动机是四冲程发动机。它们使用汽油、丙烷或天然气(甲烷)作为燃料，氧化剂是空气。为了避免爆震(不受控制的燃烧)，它们是稀薄运行(run lean)(比燃烧燃料所需要的空气多)的。这引起NO_x的形成，并且还可能引起不完全燃烧(形成CO)。两者都是温室气体。大多数现代汽车具有直接燃料喷射以防止碳氢化合物未燃烧的可能性。