专利名称：由液化气驱动的发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由液化气驱动的发动机。
技术背景在已知的该种类型的发动机中，将液氮引入膨胀腔。氮发生膨胀并驱动腔 内的活塞或转子产生轴功率。氮的膨胀导致了冷却，其自身的冷却效应限制了 氮的膨胀潜能。因此，已知的该种发动机是低效率的，这个问题已在发明人的专利说明书WO01/63099中得到了解决。本发明目的在于进一步提高由液化气 驱动的发动机的效率。 发明内容根据本发明的一个方面，发动机包括由在重复循环中通过导向装置导弓I移 动的两个能相对移动的元件之间的体积限定的膨胀腔，在制冷工况下将驱动流 体弓l入腔中且也将热交换液体引入腔中的进口装置，用于从腔中排出冷却状态 的热交换液体的出口装置，以及用于在排出的热交换液体再循环ilil腔之前提 高其温度的热交换器，其中，循环部分具有时间周期，在此期间，在元件之间 实际上没有相对移动，且腔的体积维持在或者接近于其最小体积，使用时，在 所述时间周期内热交换液体和驱动流体进入腔内，然后驱动流体发生膨胀以增 大腔的体积，热交换液体给膨胀的驱动流体提供热能，驱动流体的膨胀导致了 发动机生戯由功率。根据本发明的另一方面，提供了一种在制冷工况下由驱动流体生成轴功率 的方法，包括将驱动流体引入由在重复循环中通过导向體导弓形动的两个能 相对移动的元件之间的体积限定的膨胀腔中，使驱动流体能在腔中膨胀以生成 轴功率，其中，又将热交换液体引入腔中在其中热交换液体给膨胀中的驱动流体提供热能，已冷却的热交换液体从腔中排出，被加热然后再循环到腔中，其 中，循环部分具有时间周期，在此期间，元件之间实际上没有相对移动，且腔 的体积维持在或者接近于其最小体积，并且其中，在所述时间周期内，将热交 换液体和驱动流体弓l入腔中。驱动流体和热交换液体进入腔中同时在一段有限的时间周期内后者的体积 维持在或者接近于其最小体积，这在传递轴功率的驱动冲程之前促进了驱动流 体和热交换液体之间的密切接触和热交换。优选地，相对移动的元件是气缸和在气缸内往复运动的活塞，活塞在所述 时间周期内保持在或靠近它的上止点位置。导向體可以是凸轮和凸轮随动件，且在这种情况下，凸轮轮廓雌为以 凸轮旋转轴为中心的局部圆形部分，在占一个循环周期三分之一到二分之一的 所述时间周期内凸轮随动件驶过该局部圆形部分。在{，实施例中，该循环为 二冲程循环。根据本发明的进一步的方面，发动机包括膨胀腔，在制冷工况下将驱动流 体引入腔中且也将热交换液体引入腔中的进口装置，用于从腔中排出冷却状态 的热交换液体的出口装置，以及用于在排出的热効奂液体再循环fflil腔之前提 高其^Jt的热交换器，使用时，驱动流4枯腔中膨胀并且热交换液体给膨胀的 驱动流体提供热能，驱动流体的膨胀导致了发动机生成轴功率，其中，进口装 置具有用于泵送热効奂液体到腔中的泵。通过利用泵，热交换液体能够以优化发动机性能的压力和体积喷入腔中。 特别地，泵的使用加速了喷射过程并且保证腔被充满。，地，热交换液体在供入腔中时为环境MiS或接近环境温芰。优选地，驱动液体为液化氮或空气，或其次优选地，为液化二氧化碳，或 任何这些或其它气体的混合物。
现在用举例的方式参考附图描述本发明的 实施例，其中； 图1为本发明的旋转发动机的简图，图2至图4示出了在运行循环中处于不同时期的发动机，以及 图5至图8按放大比例示出了在运衍盾环中处于不同时期的发动机可移动 部件。
具体实施方式
整个附图中相应的部件具有相同的附图标记。参见图l，发动机具有气缸l，气缸l内是往复运动的活塞28。活塞经历其 往复二冲程循环时，活塞与气缸之间限定的腔3的体积发生变化。增压储存箱2容纳着约一20(TC的液态氮形态的驱动流体供给。液态Mfflil 供应管4和流量控制装置30例如旋转阀供给腔3 。第一进口装置31将液态氮弓I 入腔3中。热交换液体例如乙二醇也通过第二进口装置33供给腔3， M51从r:液器18抽取热交换液体的管9供应进口装置33。供应管9具有用于以所需压力 输送热交换液体给腔3的泵36。热交换液体Mil回管6从腔3中排出，该回管 用于将热交换液体回送至顶^液器18。在其从0夜器18到腔3的途中，热交换液 体经皿配有多个散热片的热交换器20。在气缸1的顶部具有用于将液氮和热交换液体引入腔3的进口阀32，还有 出口阀34，用作已膨胀氮和已冷却热交换液体从腔3到回管16的通道。氮Mil 出口 22 AATr液^f出或流出。参见图2至图8，活塞28在气缸1中的往复运动由具有与连接活塞28的凸 轮随动件40啮合的凸起外周边的旋转凸轮38决定。如图2至图8所示，凸轮 38绕着用42标记的旋转轴顺时针旋转。凸轮38的外周具有以轴42为中心的在 轴42对着弧形角度为170°到180。的局部圆形部分，两个基本上为直线的侧面以 及一个连接侧面的短的曲率变化连接部分。如图2所示，凸轮38旋转时，活塞28进t M动的往复循环，且能在几乎 半个周期(也就是一个循环的时间)會,看到，凸轮随动件40 -舰凸轮38的 局部圆形部分，活塞28保持在腔3的体积最小的上止点位置。在该时间周期内， 阀32开启引入第一热交换液体(从泵36的压力作用下)然后引入氮。对于一 个容积为500cc气缸来说，在4^作功冲程开始时，25cc的热交换液体加上lcc 的氮喷入腔3中。在喷射时，阀34保持关闭。在该时间周期结束时，阀32关闭，凸轮随动件40移动到一个侧面上(图3)， 膨胀的氮导致活塞28进行作功冲程。氮的膨胀导致冷却但是膨胀的氮吸收了来 自因此冷却的热交换液体的热能。当凸轮随动件40 M:凸轮轮廓短的曲率变化 连接部分时，活塞28位于下止点位置。在活塞28的回程冲程(图4)，凸轮随 动件40与另一侧面啮合，活塞28朝着气缸顶部回去，阀34开启以通过管16 排出失去效能的流体。阀34在活塞28的下一作功冲程开始之前关闭。热交换液体由泵36泵入腔中。在腔3中，热交换液体与氮密切接触，因此 从热交换液体到膨胀的氮发生有效的热传递。这种到氮的热能传递增大了氮的 膨胀量，因而增大了发动机生成的轴功率量。热交换液体再循环通过腔18，经过热换器20以回到其环境、温度。按照图5至8的顺序，图5g循环开始，阀30关闭，进口阀32关闭， 出口阀34开启。如图6所示，进口阀32开启以使热^S奂液体i2A至i汽缸3，阔 30和出口阀34都关闭。如图7所示，阀32和34都关闭，阔30开启以允许液 体MiaA腔中。如图8表示作功冲程开始，阀30、 32、 34均关闭，液体氮和热 交换液^E腔3中混合。
权利要求
1、一种发动机，包括由在重复循环中通过导向装置导引移动的两个能相对移动的元件之间的体积限定的膨胀腔，在制冷工况下将驱动流体引入腔中且也将热交换液体引入腔中的进口装置，用于从腔中排出冷却状态的热交换液体的出口装置，其中，循环部分具有时间周期，在此期间，在元件之间实际上没有相对移动，且腔的体积维持在或者接近于其最小体积，使用时，在所述时间周期内热交换液体和驱动流体进入腔内，然后驱动流体发生膨胀以增大腔的体积，热交换液体给膨胀的驱动流体提供热能，驱动流体的膨胀导致了发动机生成轴功率。
2、 如权利要求1所述的发动机，其中，相对移动的元件包括气缸和在气缸中往复运动的活塞，活塞在所述时间周期内保持在或TO它的上止点位置。
3、 如权禾腰求1或2所述的发动机，其中，所述导向装置包括凸轮和凸轮 随动件。
4、 如权利要求3所述的发动机，其中，凸轮轮廓具有以凸轮旋转轴为中心 的局部圆形部分，且在所述时间周期内，凸轮随动件马，该局部圆形部分。
5、 如前面任一项权利要求所述的发动机，其中，所述时间周期为一个循环 周期的三分之一到二分之一。
6、 如前面任一项权禾腰求所述的发动机，其中，发动机以二冲程循环运行。
7、 如前面任一项丰又利要求所述的发动机，其中，进口装置具有用于泵送热 ^J奂液体到腔中的泵。
8、 一种发动机，包括一个膨胀腔，在制冷工况下将驱动流体引入腔中且也 将热交换液体弓l入腔中的进口装置，用于从腔中排出冷却状态的热交换液体的 出口装置，以及用于在排出的热交换液体再循环fflil腔之前提高其温度的热交 换器，使用时，驱动流#^腔中膨胀并且热交换液体给膨胀的驱动流体提供热 能，驱动流体的膨胀导致了发动机生戯由功率，其中，进口装置具有用于泵送 热交换液体到腔中的泵。
9、 如前面任一项权禾腰求所述的发动机，其中，热交换液j枯供入腔时为 环境鹏或接近环境温度。
10、 如前面任一项权利要求所述的发动机，其中驱动流体为液氮或空气，或任何这些或其它气体的混合物。
11、 一种在制冷工况下由驱动流体生成轴功率的方法，该方法包括将驱动 流体弓l入由在重复循环中通过导向装置导引移动的两个能相对移动的元件之间 的体积限定的膨胀腔中，使驱动流^E腔中膨胀以生成轴功率，其中，又将热 交换液体弓l入腔中在其中热交换液体给膨胀的驱动流体提供热能，已冷却的热 交换液体从腔中排出，被加热然后再循环到腔中，其中，循环部分具有时间周 期，在此期间，元件之间实际上没有相对移动，且腔的体积维持在或者接近于 其最小体积，并且其中，在所述时间周期内，将热交换液体和驱动流体引入腔 中。
12、 如丰又利要求ll所述的方法，其中，相对移动元件包括气缸和在气缸中 往复运动的活塞，活塞S^述时间周期内保持在聽近它的上止点位置。
13、 如权利要求ll或12所述的方法，其中，所述导向體包括凸轮和凸 轮随动件。
14、 如权禾腰求13所述的方法，其中，凸轮轮廓具有以凸轮旋转轴为中心 的局部圆形部分，且在所述时间周期内，凸轮随动件驶过该局部圆形部分，所 述时间周期为一个循环周期的三分之一到二分之一。
15、 如权利要求ll一14中任一项所述的方法，其中，循环为二冲程循环。
16、 如权利要求11—15中任一项所述的方法，其中，热交换液條供入腔时为环境、，或接近环境MiS。
17、 如权利要求11—16中任一项所述的方法，其中，驱动流体为液氮或空 气，或这些的任何混合物。
18、 如权利要求l-7中任一项所述的发动机，其中，发动+腿具有用于在排出的热交换液体再循环MJ空之前提高其温度的热交换器。
全文摘要
在由液化气例如液氮或空气驱动的发动机中，进口装置(31，33)将驱动流体引入由在重复循环中通过导向装置(38，40)导引移动的两个能相对移动的元件(1，28)之间的体积限定的膨胀腔中。进口装置也将热交换液体引入腔中，在腔中液体与驱动流体密切接触并且给膨胀的驱动流体提供热能。已冷却的热交换液体从腔中排出，被加热并且再循环到腔中。所述循环的一部分具有时间周期，在此期间，元件(1，28)之间实际上没有相对运动，且腔的体积维持在或者接近于其最小体积，在所述时间周期内，将热交换液体和驱动流体引入腔中。这促进了在传递发动机产生的轴功率的驱动冲程之前在驱动流体和热交换液体之间的密切接触以及热交换。
文档编号F01B9/06GK101263280SQ200680015011
公开日2008年9月10日 申请日期2006年4月28日 优先权日2005年5月3日
发明者P·T·迪尔曼 申请人:高景企业有限公司