[实用新型]一种高膨胀比水平对置活塞式膨胀机

说明书

一种高膨胀比水平对置活塞式膨胀机，包括一组水平对置活塞、缸体、缸盖、连杆、曲轴及曲轴箱、进排气管、进排气阀及润滑系统和控制系统。本膨胀机通过输入高压工质推动活塞往复运动，达到被动进气和膨胀做功的目的。本装置可以用于由有机朗肯循环构成的发动机排气废热回收系统，并将工质热能转化为机械能输出。与现有活塞式膨胀机相比，本实用新型的特点在于将对置活塞与进排气管及进排气阀进行集成，从而减少结构件及由此产生的机械损失，具有膨胀比大、组件少、结构紧凑、热功转换效率高等优点，有较为广泛的应用前景。

技术领域

本实用新型属于膨胀机技术领域，特别是涉及一种高膨胀比水平对置活塞式膨胀机。

背景技术

随着石油能源问题的日益突显，内燃机节能越来越受到重视，其中，利用有机朗肯循环回收内燃机尾气的余热并将其转换为功的技术，因热功转换效率高而得到了广泛的研究。膨胀机是能量回收系统中的关键设备，目前膨胀机的形式有涡轮式、涡旋式、螺杆式、活塞式等。考虑到内燃机尾气温度通常达到600℃左右，为了提高能量回收效率，需要使有机朗肯循环的换热温度尽量与尾气温度适配，这就需要提高工质的工作压力。而工质压力的提高，则膨胀机的膨胀比增大(要求达到20-40)，故需要高膨胀比的膨胀机。涡轮式、涡旋式、螺杆式膨胀机均难以满足高膨胀比的需求，相比之下，活塞式膨胀机则有明显优势。

现有的中小型紧凑汽车的常用车载内燃机功率通常在数百千瓦范围以内，如果能采用有机朗肯循环系统回收内燃机尾气的余热，回收的功率通常在数十千瓦范围内，因此如何在减小膨胀机体积的同时保证高膨胀比对研究车载内燃机节能有重大意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高膨胀比水平对置活塞式膨胀机。该膨胀机通过输入高压工质推动水平对置的一对气缸在膨胀机气缸中直线运动，并通过连杆、曲轴机构将往复直线运动转换为回转运动，同时将工质的压力能转换为轴功输出。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种高膨胀比水平对置活塞膨胀机，包括进气阀12、排气阀13、曲轴5以及平均分布在曲轴两侧的第一气缸和第二气缸，所述进气阀12和排气阀13均为三通电动球阀，所述第一气缸和第二气缸的连杆共同驱动曲轴5旋转做功，所述第一气缸和第二气缸的无杆腔分别通过独立的进气支管 10与进气阀12的两个出气口连通，所述第一气缸和第二气缸的无杆腔还分别通过独立的排气支管11与排气阀13的两个进气口连通，所述进气阀12的进气口与高压工质出口连通，所述排气阀13的出气口与排气系统连通。

采用上述结构，本装置通过输入高压工质推动对置布设的气缸活塞轮换往复运动，达到被动进气和膨胀做功的目的，可以用于由有机朗肯循环构成的发动机排气废热回收系统，并将热能转化为机械能输出，通过两个三通电动球阀作为进气和排气的阀门，阀门集度高，从而减少结构件，对置气缸结构紧凑、膨胀比大，因此本装置组件少、结构紧凑、热功转换效率高，便于车载安装。

本实施方式中，所述第一气缸和第二气缸的结构相同均包括缸体 1、缸盖2、活塞头3和连杆4，所述缸体1与曲轴箱6密封连接，并且缸体1内腔与曲轴箱6内腔连通，所述曲轴箱6内设有曲轴5，所述活塞头3安装在缸体1内，所述活塞头3通过连杆4与曲轴5连接，缸盖2上设有用于安装进气支管10和排气支管11的进气孔和排气孔。上述活塞采用轻质合金钢制成，曲轴及曲柄均采用碳钢制成。缸体、缸盖、曲轴箱、进气支管和排气支管均采用碳钢制成，其外侧均敷设有保温层，减少了装置的散热损失。由于机械摩擦损失和散热损失的减少，使装置的热功转换效率得以提高。

本实施方式中，所述活塞头3的顶部为平面，所述活塞头3与缸体1接触面上布置有两道油环和一道气环，所述活塞头3通过第一柱销17与连杆4的小头相连接；所述连杆4的大头通过第二柱销18曲轴5上的曲柄19连接。