專利名稱：低熵混燃充氣爆排發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及發(fā)動機領域，尤其是一種充氣爆排發(fā)動機。
背景技術：
1769年，外燃機的誕生直接引發(fā)了人類的第一次工業(yè)革命，也造就了大不列顛這個日不落帝國。1883年汽油機的誕生和1897年柴油機的誕生，標志著人類由外燃時代進入內燃時代的開始。以汽油機和柴油機為代表的內燃機，構筑了現代文明的動力基礎，承載著人類無數夢想。由此可見，無論是外燃機還是內燃機，對人類文明的進程都作出了不可估量的貢獻。時至今日，一個國家的內燃和外燃發(fā)動機設計、研發(fā)及生產水平是這個國家的綜合國力的基本構成，也是這個國家的工業(yè)水平的標志。所有發(fā)達國家在內燃和外燃發(fā)動機領域里的投入都是十分驚人的。所有能夠代表世界水平的發(fā)動機研發(fā)制造企業(yè)也都隸屬于發(fā)達國家。然而，由于外燃機的熱力學循環(huán)方式和內燃機的熱力學循環(huán)方式的限制，導致了在這兩個循環(huán)系統(tǒng)中只有部分熱量參與作功循環(huán)而且還導致了外燃循環(huán)系統(tǒng)的卩值(即高溫熱源的溫度，也就是即將膨脹作功時工質的溫度)低和內燃循環(huán)系統(tǒng)的τ值 (即低溫熱源的溫度，也就是膨脹沖程/過程完了時工質的溫度)高的問題，更導致了無法解決的污染問題，最終造成無論是外燃機還是內燃機都無法使發(fā)動機的熱效率(輸出的功和燃料熱值之比)有本質上的大幅度提高，排放污染問題也無法從根本上解決。事實上目前利用這兩種熱力學循環(huán)方式，對化石能源以及生物質能源進行熱功轉換，不僅是對能源的巨大浪費，也是對環(huán)境巨大的破壞。由此可見，必須發(fā)明一種新的循環(huán)方式才能從本質上提高發(fā)動機的熱效率和解決排放污染問題。

實用新型內容在熱動力系統(tǒng)內，如果燃燒室是絕熱燃燒室燃料在燃燒時會將燃燒產生的熱量傳遞給產物受熱流體和相內受熱流體，如果燃燒室是非絕熱燃燒室燃料在燃燒時會將燃燒產生的熱量傳遞給產物受熱流體、相內受熱流體以及相外受熱流體。所謂產物受熱流體是指燃燒化學反應的生成物(例如，燃燒碳氫化合物的熱動力系統(tǒng)中燃燒產生的二氧化碳和水)； 所謂相內受熱流體是指與燃燒化學反應處于同一相內但不參與燃燒化學反應的流體(例如，用空氣作氧化劑的熱動力系統(tǒng)中的氮氣以及空氣中固有的二氧化碳等)；所謂相外受熱流體是指處于燃燒化學反應相以外并接受燃燒化學反應所產生的熱量的流體(例如，外燃機的水蒸氣系統(tǒng)和內燃機的冷卻系統(tǒng))。根據外燃循環(huán)熱動力系統(tǒng)和內燃循環(huán)熱動力系統(tǒng)的工作原理，不難看出，在外燃循環(huán)熱動力系統(tǒng)中，只有相外受熱流體參與作功，而產物受熱流體和相內受熱流體并不參與作功(見附圖觀)，產物受熱流體和相內受熱流體雖然在燃燒過程中受熱膨脹但不對外作功只是白白地受熱進行熵增大的過程，所以在外燃循環(huán)系統(tǒng)中，有相當多的熱量沒有通過作功通道，即沒有參與作功循環(huán)；在內燃循環(huán)系統(tǒng)中，只有產物受熱流體和相內受熱流體參與作功，而相外受熱流體并不參與作功(見附圖四)，例如傳統(tǒng)內燃熱動力系統(tǒng)(內燃機、燃氣輪機等)的冷卻系統(tǒng)(例如內燃機的缸套冷卻系統(tǒng))使大量的熱量不對外作功，而進行熵增大過程，為此產生巨大的熱能浪費。所以在內燃循環(huán)系統(tǒng)中，也有相當多的熱量沒有通過作功通道，即沒有參與作功循環(huán)?？傊瑹o論是在外燃循環(huán)熱動力系統(tǒng)中還是在內燃循環(huán)熱動力系統(tǒng)中都有大量的熱沒有參與作功就排放到環(huán)境中而白白浪費了。 此外，外燃機的特殊傳熱方式要求必須具有很大的傳熱溫差才能保證傳熱效率， 由于工質發(fā)生器(即鍋爐)傳熱壁材料性能的限制使得工質的7I值(即高溫熱源的溫度)較低，現代最先進的外燃工質發(fā)生器的巧值也只有600°C左右(如超超臨界發(fā)電機組的鍋爐中的蒸汽)，所以即便采用適當的工質使外燃循環(huán)的巧值(即低溫熱源的溫度)降低至幾十度 (即330開爾文左右)，但因無法增大巧值，所以外燃循環(huán)的熱效率仍較低。在傳統(tǒng)內燃循環(huán)
中，均含有壓縮過程或壓縮沖程(如燃氣輪機的壓氣過程、傳統(tǒng)內燃機的四沖程循環(huán)或二沖程循環(huán))，但由于傳統(tǒng)內燃熱動力系統(tǒng)的工作模式的限制，壓縮沖程完了時的氣體壓力不可能達到很高水平，否則燃燒后的溫度會過高，不但會產生大量的NOx造成對環(huán)境的污染，而且由于溫度過高會使材料無法承受，為此，傳統(tǒng)熱動力系統(tǒng)的燃燒室內的壓力難以達到很高的水平(一般活塞式內燃機只有15MPa左右，而輪機只有3MPa左右)。由于內燃熱動力循
^ K4
環(huán)過程中存在方程式—,其中η和Ji分別為高溫熱源的開爾文溫度和壓力，T2
T2 V2J
和巧分別為低溫熱源的開爾文溫度和壓力，Γ為絕熱壓縮指數，而空氣的絕熱壓縮指數為 1. 4，所以存在壓力比等于溫度比的約3. 5次方的基本近似關系，由此可見，要想使T2 (即排
氣溫度)降低，從而提高熱功轉換效率，就必須使燃燒后的氣體工質壓力大幅度上升，達到數十兆帕或更高壓力。為了使燃燒室內的原工質燃燒后的氣體壓力達到如此高度的水平， 必須使燃燒前的工質(即原工質)壓力具有相當高的水平，最好是達到壓力高溫度低的狀態(tài) (因為充入燃燒室的原工質的壓力越高，溫度越低，工質膨脹作功后的溫度也會更低，效率也就越高)。而在傳統(tǒng)的內燃熱動力系統(tǒng)中，很難使燃燒室內燃燒前的工質(即原工質)達到這種狀態(tài)，為此，乃一般都很高，達到800°C左右。所以，在傳統(tǒng)內燃循環(huán)系統(tǒng)中，要想提高
效率，主要是增加T1 ,然而T1的增加，會生成大量的氮氧化物NOx，造成對環(huán)境的嚴重污染， 因此內燃循環(huán)的效率也不可能達到更高的水平。 人們忽略了在實際熱力學循環(huán)過程中高溫熱源狀態(tài)下工質(S卩即將開始膨脹做功的工質)的狀態(tài)參數與低溫熱源狀態(tài)下工質(即膨脹做功完了時的工質)的狀態(tài)參數之間的內在關聯性，只是片面地認為低溫熱源狀態(tài)下工質的溫度G是環(huán)境溫度，因此，T2是沒
有辦法加以調整的，要想提高效率只能通過提高高溫熱源狀態(tài)下工質的溫度？！，而事實上， 片面地提高 !會導致G的升高，最終影響發(fā)動機效率的提高，本發(fā)明人認為低溫熱源狀態(tài)下工質的溫度巧的值是由高溫熱源狀態(tài)下工質的狀態(tài)參數決定的，因此，要想提高發(fā)動機的效率必須合理選擇高溫熱源狀態(tài)下工質的狀態(tài)參數，即高溫熱源狀態(tài)下工質的壓力和溫[0007]由此可見，外燃循環(huán)系統(tǒng)中的T1不可能達到較高的水平，而內燃循環(huán)系統(tǒng)中的巾也不可能達到較低的水平。這意味著傳統(tǒng)的外燃循環(huán)熱動力系統(tǒng)和內燃循環(huán)熱動力系統(tǒng)的熱功轉換效率都不可能達到較高的水平。如果進行更深刻的分析，我們不難看出，作功過程的真正推動力是壓力而不是溫度，升高溫度只是產生壓力的手段，如果高溫熱源狀態(tài)下的工質壓力不夠高，無論系統(tǒng)內有多少熱能都無法現實地產生應有的功(由于在現實中低溫熱源狀態(tài)下的工質壓力不可能太
{ -rs \ V
低，一般要高于大氣壓力，無法實現無限膨脹)，根據效率1 (巧和^分別為高
溫熱源下的工質壓力和低溫熱源的工質壓力，Γ力絕熱壓縮指數，空氣的絕熱壓縮指數為 1. 4)可知，提高高溫熱源狀態(tài)下的工質壓力是提高熱機效率和功率密度的唯一根本途徑， 一切加入工質中的熱量的量和加入方式都必須以提高高溫熱源狀態(tài)下的工質壓力為目的， 而不是通過簡單的升溫方式使工質以溫度提高達到升壓的目的，否則過高的溫度只能影響熱機的壽命，對材料提出更高的要求并造成更大的污染，有百害而無一利。高溫熱源狀態(tài)下的工質壓力高而溫度相對較低，才能實現既高效又低污染，而這在傳統(tǒng)內燃發(fā)動機中是無法實現的，因為壓縮過程中的溫升是由絕熱壓縮過程形成的即溫
度和壓力的關系是P = U是常數)，燃燒反應放出的熱量所引起的溫升對壓力提高
的極限作用(用熱升溫達到升壓目的的最佳效果)是由定容化學反應產生的熱量所形成的， 其溫度和壓力的關系是P = bT{b是常數，即壓力和溫度是直線關系)，在傳統(tǒng)內燃機中，是將這兩個溫升過程直接疊加后再進行絕熱膨脹對外作功，這就必然導致溫度過剩，而過剩的溫度是導致傳統(tǒng)內燃發(fā)動機低效率和高污染的原因；在傳統(tǒng)外燃發(fā)動機中，由于材料的限制，很難使處于高溫熱源狀態(tài)下的工質溫度有本質的提高(傳統(tǒng)外燃機的工質壓力是由工質溫度決定的，如果工質溫度不夠高，壓力就不可能達到更高的水平，也無法對工質進行加壓，否則會產生工質相變(除熱氣機外)。目前，最先進的超超臨界發(fā)電機組鍋爐產生的蒸汽溫度僅有630°C左右，壓力在300個大氣壓左右)，所以傳統(tǒng)外燃發(fā)動機的效率也無法有本質的提高(如果能夠將傳統(tǒng)外燃發(fā)動機的工質溫度提高到一千幾百攝氏度，壓力也達到更高水平，則外燃發(fā)動機的效率會有本質的提高)。由以上兩個方面可以得出結論不論是外燃循環(huán)系統(tǒng)，還是內燃循環(huán)系統(tǒng)，在將熱轉換成功的過程中都存在著先天不足，這些先天不足構成了傳統(tǒng)發(fā)動機的低熱效率高污染現狀。即最好的傳統(tǒng)發(fā)動機也僅僅利用了燃料化學能的三分之一左右，而另外的約三分之二則以廢熱的形式排放到環(huán)境中。不僅如此，幾乎所有傳統(tǒng)內燃發(fā)動機都使用自然空氣作為氧化劑，因為自然空氣中含有大量的氮，在傳統(tǒng)內燃發(fā)動機的循環(huán)模式下，不可避免地產生NOx等污染物，嚴重污染環(huán)境。綜上所述，外燃熱動力系統(tǒng)和內燃熱動力系統(tǒng)的循環(huán)方式嚴重限制了熱功轉換效率，并造成不可規(guī)避的污染排放問題。在過去幾十年的時間里，為了提高發(fā)動機的效率和環(huán)保性，全世界，特別是發(fā)達國家，都進行了大規(guī)模研究和開發(fā)工作，但是其成果遠遠不能滿足人們的要求，也永遠解決不
7了內燃機和外燃機的先天不足。這就如同冷兵器時代，無論人類如何精雕細琢更好的弩，如果沒有火藥的誕生，兵器無論如何也不可能有大的進步。換言之，要想從根本上解決發(fā)動機的效率和污染問題，就必須從根本上擺脫外燃循環(huán)和內燃循環(huán)的束縛，重新設立一種繼外燃循環(huán)和內燃循環(huán)之后的新型更優(yōu)秀的循環(huán)方式。在這種新的循環(huán)方式的指導下開發(fā)出高效、低污染或零污染的第三代發(fā)動機(第一代是外燃發(fā)動機，第二代是內燃發(fā)動機)，才是從根本上提高發(fā)動機的效率，降低發(fā)動機排放污染的唯一選擇。 經更加深入地對傳統(tǒng)內燃機的工作過程的詳細分析，我們可以得出如下結論發(fā)動機氣缸內的氣體工質的最高能量狀態(tài)(即燃燒爆炸剛剛完了時的氣體工質狀態(tài)，此時氣體工質的溫度和壓力都是處于整個循環(huán)中的最高狀態(tài))是由兩個過程組成的第一個過程
是活塞對氣體進行絕熱壓縮(實際上是近似絕熱壓縮)將氣體的溫度和壓力按照P = C1TT=I
(其中，G是常數)的關系進行增壓增溫(見圖26中的O-A所示的曲線);第二個過程是向氣
體內噴入燃料由燃燒化學反應產生的熱量在近乎等容加熱的狀態(tài)下將氣體的溫度和壓力
按照P= C2r (其中，C2是常數)的關系進行增溫增壓(見圖26中的A-B所示的直線)。由
這兩個過程共同作用使工質處于作功即將開始狀態(tài)，作功沖程是按照絕熱膨脹過程(實際上是近似絕熱膨脹)進行的(見圖26中的B-C所示的曲線)，在這個絕熱膨脹過程中，在對
外輸出功的同時，工質按照(其中，e3是常數)的關系降壓降溫直至作功沖程完
了(點C所示的狀態(tài))。換句話說，達到工質最高能量狀態(tài)是通過兩個不同過程實現的，而由工質最高能量狀態(tài)達到作功沖程完了時的狀態(tài)是由一個絕熱膨脹過程實現的。由于達到能量最高狀態(tài)的過程中包括了一個燃燒化學反應放熱升溫的過程，此過程的溫度和壓力關系式為P= Cf2T,不難看出工質最高能量狀態(tài)下(見圖26中的點B所示的狀態(tài))，溫度處于“過
?！睜顟B(tài)，即存在“過剩溫度”(所謂的“過剩溫度”是指按照絕熱膨脹的關系為了達到某一終點狀態(tài)，在起點狀態(tài)下工質的實際溫度高于理論上所需要的溫度)，“過剩溫度”導致膨脹過程的曲線處于高溫位置(在圖26中向右移動，圖26是縱軸為壓力坐標橫軸為溫度坐標的壓力溫度關系圖)，形成作功沖程完了時，溫度仍然相當高的狀態(tài)(如圖26中曲線B-C所示的曲線上的點C所示的狀態(tài))，由圖26中點C所示的狀態(tài)不難看出，Γ2 (即作功沖程完了時
的工質溫度，也就是低溫熱源的溫度)仍然處于較高狀態(tài)，也就是說仍然有相當的熱量在工質內而沒有變成功，這部分熱量全部白白排放至環(huán)境，因此，效率會處于較低狀態(tài)。在圖26 中由O-A所示的曲線是傳統(tǒng)發(fā)動機壓縮沖程的曲線，由A-B所示的直線是傳統(tǒng)發(fā)動機燃燒爆炸中的溫度壓力變化直線，如果我們將低壓氣源(包括所述低壓含氧氣源和所述低壓無氧氣源)內的氣體(如空氣等)進行壓縮后冷卻或在壓縮過程中進行冷卻，使工質在壓縮過程中溫度低于或遠遠低于絕熱壓縮過程中應達到的溫度，甚至達到恒溫壓縮過程，再甚至達到降溫壓縮過程，這樣就可以實現氣體工質在燃燒爆炸前處于低溫高壓狀態(tài)使燃燒爆炸后的壓力更大幅度提高(按照氣體方程Pfr= ，燃燒前后壓力提高的比例是燃燒前后的溫度提高的比例決定的，如果燃燒前后的溫升一定，燃燒前的壓力一定，則燃燒前的溫度越低，燃燒后的壓力就越高)，從而實現在燃燒爆炸后降低或消除上述所謂的“過剩溫度”，使絕熱膨脹作功沖程完了時的工質溫度處于較低狀態(tài)，以提高發(fā)動機的效率。圖26中O-D所示的曲線是恒溫壓縮曲線，D-E所示的直線是在恒溫壓縮過程后燃燒爆炸過程中的壓力溫度變化的直線，E-F所示的曲線是從點E所示的狀態(tài)開始進行絕熱膨脹作功的曲線，不難看
出，其巧的值大幅度降低。經計算可知，點E至點F的膨脹過程的效率大幅度高于點B至點 C的膨脹過程的效率，而點0至點D的壓縮過程所消耗的功大幅度低于點0至點A的壓縮過程所消耗的功，用冷卻的方式降低燃燒前工質的溫度的方法在一定程度上會提高效率，然而在這個過程中存在冷卻過程，因而會產生余熱，如果我們能夠采用向被壓縮后的工質內混入其他工質(膨脹劑等)，通過混合方式使溫度降低，而且不產生余熱，這種方式將比單純冷卻的方式更加優(yōu)越。如圖26所示，如果我們能夠找到一種方法使燃燒后的工質的壓力溫度狀態(tài)點處于曲線O-A-H上或處于曲線O-A-H左方，則膨脹作功后的工質溫度將可達到等于0點的溫度或低于0點的溫度的狀態(tài)，這樣將使系統(tǒng)的效率進一步得到提高，而要想使燃燒后的工質的壓力溫度狀態(tài)點處于曲線O-A-H上或處于曲線O-A-H左方，唯一可行的辦法就是將燃燒化學反應放出的熱量的全部或部分用于氣化液體膨脹劑或加熱高壓低溫氣體
膨脹劑，形成燃燒后的工質壓力不低于由公式ρ =(其中”是燃燒后的
工質壓力，馬是絕熱壓縮后未燃燒未導入膨脹劑的工質壓力，Pe是燃燒后膨脹劑所形成的分圧吣是燃燒后的工質溫度，4是絕熱壓縮后未燃燒未導入膨脹劑的工質溫度，、力絕
熱壓縮指數，空氣的絕熱壓縮指數為1. 4)所確定的壓力值，即5值，這樣就能保證燃燒后的工質的壓力溫度狀態(tài)點處于曲線O-A-H上或處于曲線O-A-H左方，這樣才能實現更高的效率和更好的環(huán)保性。在某種情況下，可以使燃燒化學反應放出的熱量全部用于氣化液體膨脹劑或加熱高壓低溫氣體膨脹劑，形成燃燒前后溫度不變或者沒有明顯變化，而壓力大幅增加的狀態(tài)(例如圖26中A-G所示);在另一種情況下，可以大幅度提高對氣體的壓縮力度， 使被壓縮氣體的溫度達到環(huán)保溫度限值或材料溫度限值，并且使燃燒化學反應放出的熱量全部用于氣化液體膨脹劑或加熱高壓低溫氣體膨脹劑，形成燃燒前后溫度不變或者沒有明顯變化，而壓力大幅增加的狀態(tài)(例如圖沈中H-J所示)。從工作過程的本質看，無論任何熱機，其工作過程只有兩個一個是工質準備過程，也可以說是制造工質的過程，在這個過程中溫度固然重要，但是最重要的是工質的壓力；另一個是工質作功過程。在傳統(tǒng)內燃機中，這兩個過程之間不僅存在著工質的相互聯系，而且還存在著正時或機械上的相互聯系，盡管有分開式循環(huán)的方案公布，但是它們之間仍然存在著正時關系，并不是相互獨立的兩個工作單元。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，在設有所述爆排發(fā)動機的方案中，是用兩個相互獨立的工作單元構成熱機循環(huán)，也就是工質準備過程由所述壓氣機完成，工質作功過程由所述爆排發(fā)動機完成，兩者之間不存在任何正時關系，兩者之間的工質聯系是可以完全受控的，這就可以靈活地改變壓縮比和排量以滿足各種工況下的負荷響應。在實際的熱力循環(huán)過程中，人們忽略了在高溫熱源與低溫熱源狀態(tài)下工質狀態(tài)的內在關聯性。只片面地關注了高溫熱源及低溫熱源下工質的溫度T1和T2，而沒有把關注點放在高溫熱源下工質應處于什么狀態(tài)，才能夠達到理想的低溫熱源下工質的狀態(tài)。應該更加關注高溫熱源下工質狀態(tài)參數的匹配，只有在高溫熱源下工質的狀態(tài)參數壓力P和溫度T匹配，工質才能高效地由高溫熱源狀態(tài)到達理想的低溫熱源狀態(tài)。
9[0016]為實現高效低污染的目的，傳統(tǒng)內燃機的工作循環(huán)模式應由傳統(tǒng)吸氣一壓縮一作功一排氣循環(huán)模式變換成吸氣一壓縮一冷卻一燃燒作功一排氣循環(huán)模式、吸氣一壓縮冷卻一燃燒作功一排氣循環(huán)模式、吸氣一壓縮冷卻一深冷一燃燒作功一排氣循環(huán)模式、吸氣一壓縮一增質一燃燒作功一排氣循環(huán)模式或吸氣一壓縮冷卻一增質一燃燒作功一排氣循環(huán)模式(所謂增質是指在系統(tǒng)的氣流通道上或在混合式降溫器內注入膨脹劑混合降溫增加參與作功工質的摩爾數的方式)，這將大幅度提高熱機的效率和環(huán)保性。不僅如此，也可以采用吸氣一壓縮冷卻一絕熱壓縮一燃燒絕熱膨脹作功一排氣循環(huán)模式。本實用新型所公開的結構就是依據上述理論所提出的技術方案，在本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，通過混合式降溫器和/或排熱器的設置使壓縮完了時的工質(低壓氣源內的氣體，包括低壓含氧氣源和低壓無氧氣源內的氣體)狀態(tài)在如圖26所示的P-T圖(Y軸為壓力P，X軸為溫度T)中向低溫方向偏移(例如圖26中O-D所示)，從而
降低壓縮過程的功耗，降低低溫熱源溫度巧，提高發(fā)動機的效率和發(fā)動機的環(huán)保性。圖27
是本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機的循環(huán)和傳統(tǒng)內燃機的循環(huán)的示功對比圖，圖中a-b-c-d-a所示的曲線是傳統(tǒng)內燃機循環(huán)的示功圖，圖中a-e-f-g-a所示的曲線是本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機在所述壓氣機壓縮終了時的壓力與傳統(tǒng)內燃機壓縮終了時的壓力相同時的循環(huán)的示功圖，圖中a-h-i-g-a所示的曲線是本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機在所述壓氣機壓縮終了時的壓力大于傳統(tǒng)內燃機壓縮終了時的壓力時的循環(huán)的示功圖。不難看出，本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機系統(tǒng)與傳統(tǒng)內燃機相比，效率具有本質性的提高。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機依據上述理論，還公開了更為高效環(huán)保的技術方案在壓縮沖程/過程完了時，將燃燒化學反應放出的熱量的一定比例或全部用于氣化液體膨脹劑或加熱高壓低溫氣體膨脹劑，例如圖26中A-G、A-Q、A-N所示，用于氣化液體膨脹劑或加熱高壓低溫氣體膨脹劑的燃燒化學反應所放出的熱量的量按A-N、 A-Q、A-G依次增加；為了進一步提高效率和環(huán)保性，本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還公開了另外一種技術方案大幅度提高對氣體的壓縮力度，使被壓縮氣體的溫度達到環(huán)保溫度限值或材料溫度限值，并且使燃燒化學反應放出的熱量全部或近乎全部用于氣化液體膨脹劑或加熱高壓低溫氣體膨脹劑，形成燃燒前后溫度不變或者沒有明顯變化，而壓力大幅增加的狀態(tài)(例如圖26中H-J所示)。圖27是本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機的循環(huán)和傳統(tǒng)內燃機的循環(huán)的示功對比圖，圖中a-b-c-d-a所示的曲線是傳統(tǒng)內燃機循環(huán)的示功圖，圖中a-b-m-s-a所示的曲線是本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機在所述壓氣機壓縮終了時的壓力與傳統(tǒng)內燃機壓縮終了時的壓力相同時但是燃燒化學反應放出的熱量的全部或近乎全部用于氣化液體膨脹劑或加熱高壓低溫氣體膨脹劑所構成的循環(huán)示功圖，圖中a-z-n-t-a所示的曲線是本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機在所述壓氣機壓縮終了時的溫度達到環(huán)保溫度限值或材料溫度限值并且使燃燒化學反應放出的熱量的全部或近乎全部用于氣化液體膨脹劑或加熱高壓低溫氣體膨脹劑所構成的循環(huán)示功圖。不難看出，本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機系統(tǒng)中的這兩個方案與傳統(tǒng)內燃機相比，具有更高的效率和更好的環(huán)保性。為了實現上述目的，本實用新型提出的技術方案如下一種低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括壓氣機和爆排發(fā)動機，所述壓氣機的氣體入口設為低壓含氧氣體入口，所述壓氣機的壓縮氣體出口與所述爆排發(fā)動機的燃燒室的燃燒室充氣口連通，所述壓氣機的壓縮氣體出口處的承壓能力大于IMPa，所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機之間無正時關系。一種低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括壓氣機、爆排發(fā)動機和高壓氧源，所述壓氣機的氣體入口設為低壓無氧氣體入口，所述壓氣機的壓縮氣體出口與所述爆排發(fā)動機的燃燒室的燃燒室充氣口連通，所述壓氣機的壓縮氣體出口處的承壓能力大于IMPa，所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機之間無正時關系，在所述壓氣機的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室上和/或在所述壓氣機的壓縮氣體出口和所述燃燒室之間的連通通道上設高壓氧化劑導入口，所述高壓氧源與所述高壓氧化劑導入口連通。一種低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括壓氣機和短壓程充氣發(fā)動機，所述壓氣機的氣體入口設為低壓含氧氣體入口，所述壓氣機的壓縮氣體出口與所述短壓程充氣發(fā)動機的燃燒室的燃燒室充氣口連通，所述壓氣機的壓縮氣體出口處的承壓能力大于IMPa，所述壓氣機和所述短壓程充氣發(fā)動機之間無正時關系。一種低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括壓氣機、短壓程充氣發(fā)動機和高壓氧源，所述壓氣機的氣體入口設為低壓無氧氣體入口，所述壓氣機的壓縮氣體出口與所述短壓程充氣發(fā)動機的燃燒室的燃燒室充氣口連通，所述壓氣機的壓縮氣體出口處的承壓能力大于 IMPa，所述壓氣機和所述短壓程充氣發(fā)動機之間無正時關系，在所述壓氣機的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室上和/或在所述壓氣機的壓縮氣體出口和所述燃燒室之間的連通通道上設高壓氧化劑導入口，所述高壓氧源與所述高壓氧化劑導入口連通。所述爆排發(fā)動機設為活塞式爆排發(fā)動機或葉輪式爆排發(fā)動機。當所述爆排發(fā)動機設為活塞式爆排發(fā)動機，在所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機處于穩(wěn)定工況下，調整所述壓氣機的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口的進氣體積流量的比值使此比值大于傳統(tǒng)活塞式內燃發(fā)動機的壓縮比以實現充入所述活塞式爆排發(fā)動機的燃燒室的氣體壓力大于傳統(tǒng)活塞式內燃發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力的狀態(tài)；當所述爆排發(fā)動機設為葉輪式爆排發(fā)動機，在所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機處于穩(wěn)定工況下，調整所述壓氣機的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口的進氣體積流量的比值使此比值大于傳統(tǒng)葉輪式內燃發(fā)動機的壓縮比以實現充入所述葉輪式爆排發(fā)動機的燃燒室的氣體壓力大于傳統(tǒng)葉輪式內燃發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力的狀態(tài)。所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括通斷器，所述爆排發(fā)動機經所述通斷器對所述壓氣機輸出動力。在所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機之間的氣體流連通通道上設氣體儲罐，所述爆排發(fā)動機經第一離合器與所述壓氣機連接，所述爆排發(fā)動機經第二離合器與車輛連接，所述壓氣機經第三離合器與所述車輛連接；所述第一離合器、所述第二離合器和所述第三離合器經控制裝置協(xié)調工作。其中，所述第一離合器、所述第二離合器和所述第三離合器經控制裝置協(xié)調工作可實現在八種工作狀態(tài)間切換以滿足系統(tǒng)不同工作模式的要求，所述八種工作狀態(tài)是指三個離合器和三個機構的工作切換方式總計，例如第一種工作狀態(tài)是所述第一離合器和所述第二離合器處于接合狀態(tài)，所述第三離合器處于分離狀態(tài)或結合狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述爆排發(fā)動機對所述壓氣機和所述車輛輸出動力；第二種工作狀態(tài)是所述第一離合器處于接合狀態(tài)，所述第三離合器和所述第二離合器處于分離狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述爆
11排發(fā)動機只對所述壓氣機輸出動力；第三種工作狀態(tài)是所述第一離合器和所述第二離合器處于分離狀態(tài)，所述第三離合器處于接合狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述車輛利用其動能對所述壓氣機輸出動力；第四種工作狀態(tài)是所述第一離合器和所述第三離合器處于分離狀態(tài)，所述第二離合器處于接合狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述爆排發(fā)動機對所述車輛輸出動力，而不對所述壓氣機輸出動力，這種狀態(tài)是利用所述氣體儲罐內的壓縮氣體為所述爆排發(fā)動機提供壓縮氣體，這一狀態(tài)可以瞬時提高所述爆排發(fā)動機的凈輸出功率，以滿足瞬間負載增加的要求； 第五種工作狀態(tài)是所述第一離合器、所述第二離合器和所述第三離合器都處于分離狀態(tài)， 這種工作狀態(tài)下所述爆排發(fā)動機不對外輸出動力，余下的幾種工作狀態(tài)也都是上述三個離合器處于分離或接合狀態(tài)的排列組合的工作模式，在此不再贅述。所述爆排發(fā)動機的一個燃燒室可以與兩個或兩個以上作功機構連接。所述燃燒室設為連續(xù)燃燒室，所述爆排發(fā)動機的作功機構設為活塞式作功機構， 在所述連續(xù)燃燒室和所述活塞式作功機構之間設控制閥將所述連續(xù)燃燒室內的工質按正時關系導入所述活塞式作功機構。所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機同時或單獨設為絕熱式機構。所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括不凝氣回流管、二氧化碳液化器和低壓純氧源，所述二氧化碳液化器設在排氣道上，所述低壓純氧源與所述壓氣機連通，所述不凝氣回流管連通所述二氧化碳液化器的不凝氣出口和所述壓氣機的氣體入口，所述壓氣機、所述燃燒室和所述二氧化碳液化器構成不凝氣循環(huán)流動閉合通道。所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括膨脹劑源，在所述壓氣機上和/或在所述壓氣機的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室上和/或在所述壓氣機的壓縮氣體出口和所述燃燒室之間的連通通道上設膨脹劑入口，所述膨脹劑源與所述膨脹劑入口連通。所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括排熱器，所述排熱器設在所述壓氣機的氣體入口處，和/或所述排熱器設在所述壓氣機上，和/或所述排熱器設在所述壓氣機的壓縮氣體出口處，和/或所述排熱器設在所述壓氣機的壓縮氣體出口和所述燃燒室之間的連通通道上，以實現對將被壓縮的氣體、被壓縮過程中的氣體或被壓縮后的氣體進行排熱降溫。所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括混合式降溫器，所述壓氣機的壓縮氣體出口經所述混合式降溫器與所述燃燒室充氣口連通；所述混合式降溫器與膨脹劑源連通。在所述壓氣機的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室上和/或在所述壓氣機的壓縮氣體出口和所述燃燒室之間的連通通道上設燃料導入口，所述燃料導入口經燃料控制機構與燃料源連通。在所述壓氣機的壓縮氣體出口和所述燃燒室充氣口之間的氣體流上設氣體儲罐。所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括熱摩可調燃料儲罐，在所述壓氣機上和/或在所述壓氣機的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室上和/或在所述壓氣機的壓縮氣體出口和所述燃燒室之間的連通通道上設熱摩可調燃料導入口，所述熱摩可調燃料導入口經控制機構與所述熱摩可調燃料儲罐連通。所述熱摩可調燃料儲罐中的熱摩可調燃料經所述熱摩可調燃料導入口與被所述壓氣機壓縮的氣體混合。所述壓氣機可以設為活塞式壓氣機或葉輪式壓氣機。所述壓氣機的壓縮氣體出口處的承壓能力大于IMPa、1. 5MPa、2MPa、2. 5MPa、 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10. 5MPa,lIMPaU 1. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa 或大于15MPa。所述燃燒室的承壓能力大于2. 5MPa。所述短壓程充氣發(fā)動機的燃燒室的承壓能力大于2. 5MPa、3MPa、3. 5MPa、4MPa、 4.5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、10MPa、
10.5MPa、llMPa、ll. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa 或大于 15MPa。所述短壓程充氣發(fā)動機在壓縮沖程中容積減小的絕對量和在膨脹作功沖程中容積增加絕對量的比值小于0. 9,0. 8,0. 7,0. 6,0. 5,0. 4,0. 3,0. 2或小于0. 1。所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括通斷器，所述短壓程充氣發(fā)動機經所述通斷器對所述壓氣機輸出動力。所述葉輪式壓氣機的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口的進氣體積流量的比值大于 18、20、22、M、26J8、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48 或 50 以實現充入所述燃燒室的氣體壓力大幅度高于傳統(tǒng)發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力的工作模式；所述活塞式壓氣機的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口的進氣體積流量的比值大于22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48或50以實現充入所述燃燒室的氣體壓力大幅度高于傳統(tǒng)發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力的工作模式。所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括不凝氣回流管、二氧化碳液化器和不凝氣儲罐，所述二氧化碳液化器設在排氣道上，所述壓氣機的低壓無氧氣體入口與不凝氣儲罐連通，所述不凝氣回流管連通所述二氧化碳液化器的不凝氣出口和所述不凝氣儲罐，所述壓氣機、所述燃燒室、所述二氧化碳液化器和所述不凝氣儲罐構成不凝氣循環(huán)流動閉合通道。所述膨脹劑源中的膨脹劑可設為氣體液化物。所述膨脹劑源與膨脹劑液化器的液體出口連通，所述膨脹劑液化器設在排氣道上。所述混合式降溫器與所述膨脹劑源之間設低品質熱源熱交換器。為了使本實用新型所述的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機更高效環(huán)保的工作，本實用新型還揭露了幾種提高本實用新型所述的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機效率和環(huán)保性的方法，具體技術方案如下一種提高本實用新型所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機效率和環(huán)保性的方法，調整即將開始作功的氣體工質的壓力到15MPa以上，調整即將開始作功的氣體工質的溫度到 2700K以下，使即將開始作功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關系。一種提高本實用新型所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機效率和環(huán)保性的方法，控制所述膨脹劑控制機構調整膨脹劑導入的量和/或調整導入所述燃燒室的燃料的量實現燃燒后燃燒室內的氣體溫度不超過所述壓氣機的氣體出口處的壓縮氣體的溫度。一種提高本實用新型所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機效率和環(huán)保性的方法，調整所述壓氣機的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口的進氣體積流量的比值以實現所述壓氣機的氣體出口處的壓縮氣體的溫度達到環(huán)保溫度限值或材料溫度限值，通過控制所述膨脹劑控制機構調整膨脹劑導入的量和/或調整導入所述燃燒室的燃料的量實現燃燒后燃燒室內的溫度不超過環(huán)保溫度限值和材料溫度限值中的所述壓氣機的氣體出口處的壓縮氣體的溫度達到的限值。[0052]一種提高本實用新型所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機效率和環(huán)保性的方法，調整所述壓氣機的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口的進氣體積流量的比值以實現所述壓氣機的氣體出口處的壓縮氣體的壓力達到所述壓氣機的氣體出口處承壓能力的限值。在所述壓氣機和所述短壓程充氣發(fā)動機之間的氣體流連通通道上設氣體儲罐，所述短壓程充氣發(fā)動機的動力輸出軸經第一離合器與所述壓氣機的動力輸入軸連接，所述短壓程充氣發(fā)動機的動力輸出軸經第二離合器與車輛的動力軸連接，所述壓氣機的動力輸入軸經第三離合器與所述車輛的動力軸連接。其中，所述第一離合器、所述第二離合器和所述第三離合器經控制裝置協(xié)調工作可實現在八種工作狀態(tài)間切換以滿足系統(tǒng)不同工作模式的要求，所述八種工作狀態(tài)是指三個離合器和三個機構的工作切換方式總計，例如第一種工作狀態(tài)是所述第一離合器和所述第二離合器處于接合狀態(tài)，所述第三離合器處于分離狀態(tài)或結合狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述短壓程充氣發(fā)動機對所述壓氣機和所述車輛輸出動力；第二種工作狀態(tài)是所述第一離合器處于接合狀態(tài)，所述第三離合器和所述第二離合器處于分離狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述短壓程充氣發(fā)動機只對所述壓氣機輸出動力；第三種工作狀態(tài)是所述第一離合器和所述第二離合器處于分離狀態(tài)，所述第三離合器處于接合狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述車輛利用其動能對所述壓氣機輸出動力；第四種工作狀態(tài)是所述第一離合器和所述第三離合器處于分離狀態(tài)，所述第二離合器處于接合狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述短壓程充氣發(fā)動機對所述車輛輸出動力，而不對所述壓氣機輸出動力，這種狀態(tài)是利用所述氣體儲罐內的壓縮氣體為所述短壓程充氣發(fā)動機提供壓縮氣體，這一狀態(tài)可以瞬時提高所述短壓程充氣發(fā)動機的凈輸出功率，以滿足瞬間負載增加的要求；第五種工作狀態(tài)是所述第一離合器、所述第二離合器和所述第三離合器都處于分離狀態(tài)，這種工作狀態(tài)下所述短壓程充氣發(fā)動機不對外輸出動力，余下的幾種工作狀態(tài)也都是上述三個離合器處于分離或接合狀態(tài)的排列組合的工作模式，在此不再贅述。所述壓氣機和所述短壓程充氣發(fā)動機同時或單獨設為絕熱式機構。本實用新型中，在所述壓氣機上設有膨脹劑入口的結構中，膨脹劑設為水以外的其它膨脹劑。本實用新型所謂的燃燒室可以是連續(xù)燃燒室，也可以是間歇式燃燒室。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，所謂連續(xù)燃燒室是指燃料在燃燒室內連續(xù)燃燒的燃燒室，所謂間歇式燃燒室是指燃料在燃燒室內間歇燃燒(包括按正時關系燃燒的間歇式燃燒室和不按正時關系燃燒的間歇式燃燒室)的燃燒室；在所述作功機構設為活塞作功機構的結構中，所述連續(xù)燃燒室需經控制閥按正時關系向所述活塞作功機構導入工質。本實用新型中所有的閥可以是控制閥，也可以是正時控制閥。本實用新型中所謂的環(huán)保溫度限值是指不產生有害污染物的最高溫度，如不產生氮氧化物的環(huán)保溫度限值為1800K ；所謂材料溫度限值是指材料所能承受的最高溫度。本實用新型中所謂的“控制所述膨脹劑控制機構調整膨脹劑導入的量和/或調整導入所述燃燒室的燃料的量實現燃燒后燃燒室內的氣體溫度不超過所述壓氣機的氣體出口處的壓縮氣體的溫度”是指通過控制所述膨脹劑控制機構調整膨脹劑導入燃燒室的量和 /或調整導入所述燃燒室的燃料的量，使燃料燃燒化學反應所產生的熱量全部或按一定的比例用于所述膨脹劑的氣化，而不是用于燃燒室內的工質的加熱升溫，進而可以使燃料燃燒后燃燒室內的氣體溫度與導入膨脹劑之前的溫度相比不升高或沒有明顯升高。本實用新型中，可以預先將所述膨脹劑和燃料充分混合后再進入燃燒室，也可以將所述膨脹劑、燃料和氧化劑(氧化劑是指低壓含氧氣源和高壓氧源中的氧以及本實用新型中所謂的過氧化氫)充分混合后再進入燃燒室。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，如上所述，調整膨脹劑導入燃燒室的量和/或調整導入所述燃燒室的燃料的量，將燃燒化學反應放出的熱量的全部或部分用于氣化液體膨脹劑或加熱高壓低溫氣體膨脹劑，形成燃燒后的工質壓力不低于由公式
P=CP0 +Ρ￡)(Τ Τ0Φ (其中，ρ是燃燒后的工質壓力，P0是絕熱壓縮后未燃燒未導入膨脹
劑的工質壓力是燃燒后膨脹劑所形成的分壓，T是燃燒后的工質溫度，%是絕熱壓縮后未燃燒未導入膨脹劑的工質溫度，Γ為絕熱壓縮指數，空氣的絕熱壓縮指數為1. 4)所確定的壓力值，即5值，這樣就能保證燃燒后的工質的壓力溫度狀態(tài)點處于曲線O-A-H上或處于曲線O-A-H左方，這樣才能實現更高的效率和更好的環(huán)保性，這種方式是實際實施過程中的能夠獲得更高效率和更好環(huán)保性的技術方案。所述爆排發(fā)動機的燃料設為柴油，將即將發(fā)生燃燒時的燃燒室溫度設定為低于柴油的燃點，在所述爆排發(fā)動機的燃燒室內設火花塞；或所述爆排發(fā)動機的燃料設為汽油，將即將發(fā)生燃燒時的燃燒室溫度設定為高于汽油的燃點，在所述爆排發(fā)動機的燃燒室內設噴油嘴。所述壓氣機設為輸出中壓壓縮氣體和高壓壓縮氣體的雙出口壓氣機，所述雙出口壓氣機的高壓壓縮氣體出口經所述混合式降溫器與所述爆排發(fā)動機的燃燒室充氣口連通， 在所述爆排發(fā)動機上設中壓燃燒室充氣口，所述雙出口壓氣機的中壓壓縮氣體出口與所述中壓燃燒室充氣口連通。所述排熱器設為降溫熱交換器，所述壓氣機設為輸出中壓壓縮氣體和高壓壓縮氣體的雙出口壓氣機，所述雙出口壓氣機的高壓壓縮氣體出口經所述降溫熱交換器與所述爆排發(fā)動機的燃燒室充氣口連通，在所述爆排發(fā)動機上設中壓燃燒室充氣口，所述雙出口壓氣機的中壓壓縮氣體出口經所述降溫熱交換器或經所述降溫熱交換器及低品質熱源熱交換器加熱后與所述中壓燃燒室充氣口連通。在所述爆排發(fā)動機的燃燒室壁上設膨脹劑吸熱高壓通道，所述膨脹劑吸熱高壓通道與所述混合式降溫器的所述膨脹劑入口連通，膨脹劑在所述膨脹劑吸熱高壓通道內吸熱后在所述混合式降溫器中與高溫高壓氣體混合使高溫高壓氣體降溫。在所述爆排發(fā)動機的排氣道上設膨脹劑吸熱排氣熱交換器，所述膨脹劑吸熱排氣熱交換器與所述混合式降溫器的所述膨脹劑入口連通，膨脹劑在所述膨脹劑吸熱排氣熱交換器內吸熱后在所述混合式降溫器中與高溫高壓氣體混合使高溫高壓氣體降溫。所述壓氣機上設膨脹劑吸熱壓氣機熱交換器，所述膨脹劑吸熱壓氣機熱交換器與所述混合式降溫器的所述膨脹劑入口連通，膨脹劑在所述膨脹劑吸熱壓氣機熱交換器內吸熱后在所述混合式降溫器中與高溫高壓氣體混合使高溫高壓氣體降溫并增加作功工質的摩爾數。本實用新型中設有所述爆排發(fā)動機的方案的原理是利用壓氣機將空氣、低壓氧
15氣、低壓含氧氣體或不含氧氣體壓縮到大于傳統(tǒng)內燃發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力的狀態(tài)，再將此高壓氣體充入爆排發(fā)動機的燃燒室并保證爆排發(fā)動機燃燒室充氣完了時的壓力大于傳統(tǒng)內燃發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力，在這種高壓下不再進行壓縮就進行燃燒爆炸對外作功，作功完了后的氣體被排出作功機構。本實用新型中設有所述短壓程充氣發(fā)動機的方案的原理是利用所述壓氣機將空氣、低壓氧氣、低壓含氧氣體或不含氧氣體壓縮到本實用新型所限定的壓力，再將此高壓氣體充入所述短壓程充氣發(fā)動機的燃燒室再利用所述短壓程充氣發(fā)動機的壓縮沖程對氣體進一步壓縮，并保證所述短壓程充氣發(fā)動機壓縮沖程完了時所述燃燒室的氣體壓力大于傳統(tǒng)內燃發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力，在這種高壓下進行燃燒爆炸對外作功，作功完了后的氣體被排出作功機構；這種方案可以實現吸氣一恒溫壓縮(或近似恒溫壓縮)一絕熱壓縮一燃燒絕熱膨脹作功一排氣的循環(huán)模式，這種模式與卡諾循環(huán)的前半個循環(huán)類似。為了進一步提高效率降低排放污染，本實用新型中還設置了混合式降溫器和/或排熱器，在設有所述爆排發(fā)動機的方案中，利用混合式降溫器和/或排熱器對被壓縮氣體在壓縮過程中進行冷卻或對由壓氣機來的高溫高壓氣體進行冷卻降溫后充入所述爆排發(fā)動機的燃燒室內，在所述燃燒室內不再進行壓縮就進入爆炸作功沖程(或過程)和排氣沖程 (或過程)，這樣可以實現發(fā)動機在低溫高壓下工作；在設有所述短壓程充氣發(fā)動機的方案中，利用混合式降溫器和/或排熱器對被壓縮氣體在壓縮過程中進行冷卻或對由壓氣機來的高溫高壓氣體進行冷卻降溫后充入所述短壓程充氣發(fā)動機的燃燒室內，在燃燒室內進一步壓縮后進入爆炸作功沖程(或過程)和排氣沖程(或過程)，這樣可以實現發(fā)動機效率的提高。不僅如此，本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，在設有所述爆排發(fā)動機的結構中，壓氣機和爆排發(fā)動機沒有任何相位關系(沒有任何正時關系)；本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，在設有所述短壓程充氣發(fā)動機的結構中，壓氣機和短壓程充氣發(fā)動機沒有任何相位關系(沒有任何正時關系)，這為此種動力系統(tǒng)提供了多種組合的選擇性，是革命性的創(chuàng)新，可大幅度降低發(fā)動機的體積、重量、成本，提高發(fā)動機的效率和環(huán)保性。燃料的加入點可以是燃燒室內，也可以是燃燒室外的充氣道內。此外，本實用新型中還提出了利用所述壓氣機將氣體原工質壓縮至環(huán)保溫度限值和材料溫度限值的方案，在這種方案中，燃料燃燒所放出的熱量主要用于在燃燒室內加熱氣化液體膨脹劑或加熱高壓低溫氣體膨脹劑(即燃料燃燒化學反應放出的熱量全部或近乎全部被膨脹劑吸收)，從而形成壓力高溫度適中的燃燒室內的氣體狀態(tài)，達到更高的效率和更好的環(huán)保性。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，所謂的臨界狀態(tài)包括臨界狀態(tài)、超臨界狀態(tài)和超超臨界狀態(tài)以及更高溫度和更高壓力的狀態(tài)；所謂氣化液體膨脹劑是指氣化處于液體狀態(tài)的膨脹劑或加熱升溫處于臨界狀態(tài)的膨脹劑，這個過程可以包括加熱沒有達到氣化溫度的膨脹劑或加熱沒有達到臨界溫度的膨脹劑的過程。本實用新型中，所謂的短壓程充氣發(fā)動機是指沒有獨立的吸氣沖程，排氣過程、吸氣過程和壓縮過程共用一個沖程，在排氣、進氣、壓縮過程完了后進行燃燒爆炸沖程的發(fā)動機；所述壓氣機出口處的氣體壓力越高，所述短壓程充氣發(fā)動機的壓縮過程占一個沖程的長度的份額可以越小，在具體發(fā)動機中，可根據工況的要求，調整所述壓氣機的氣體出口處的氣體壓力和所述短壓程充氣發(fā)動機的壓縮沖程的壓縮力度。本實用新型在設有所述短壓程充氣發(fā)動機的方案中，為了盡可能的提高發(fā)動機的效率，可以使所述壓氣機在恒溫或近似恒溫條件下對氣體進行壓縮，被壓縮的氣體導入所述短壓程充氣發(fā)動機后在所述短壓程充氣發(fā)動機內進行絕熱壓縮，在絕熱壓縮后利用燃料進行內燃加熱，然后進行絕熱或近似絕熱膨脹作功；圖30是描述這一過程中壓力P和溫度 T關系的示意圖，圖30中，O-A所示線段(可以是直線也可以是曲線)為在所述壓氣機內的恒溫或近似恒溫壓縮過程，A-B所示曲線是在所述短壓程充氣發(fā)動機內的絕熱或近似絕熱壓縮過程，B-C所示線段(可以是直線也可以是曲線)為在所述短壓程充氣發(fā)動機內的恒容或近似恒容內燃燃燒加熱過程，C-O所示曲線是在所述短壓程充氣發(fā)動機內的絕熱或近似絕熱膨脹作功過程。在此圖中，如果C-O所示曲線與自起點0 (例如大氣狀態(tài)點)進行絕熱或近似絕熱壓縮所得到的O-H曲線相重合，則表示經過一個循環(huán)后溫度壓力均回到起始狀態(tài)，這說明燃燒過程燃料所放出的熱能全部或近乎全部轉化為功。本實用新型中，可以統(tǒng)籌調整O-A過程、A-B過程和B-C過程，使自狀態(tài)點C進行絕熱或近似絕熱膨脹作功后的狀態(tài)點在O-H所示曲線上或在O-H所示曲線左側，或者即使在O-H曲線右側但盡可能靠近O-H 所示曲線，這樣就可以有效地提高發(fā)動機的效率。本實用新型中，如本段所述將壓縮過程分為兩段，第一段為恒溫壓縮，第二段為絕熱壓縮，其目的是在盡可能減少壓縮功的前提下， 又盡可能的使工質保持一定的溫升，這樣就實現了在壓縮過程功耗較小的前提下，燃燒之前工質又具有一定溫度，從而減少內燃加熱過程中的不可逆損失。在設有混合式降溫器和/或排熱器的結構中，可以獲得更低的排氣溫度和更高的熱效率。而且可使高壓氣體在進入所述爆排發(fā)動機前的溫度低于燃料的燃點，所以可以在對所述爆排發(fā)動機充氣前就將燃料與含氧氣體充分混合，這一工作方式可以為我們提供足夠長的時間進行燃料與含氧氣體的混合等過程，從而可大大減少發(fā)動機的污染。不僅如此， 我們還可以用一套噴油系統(tǒng)為多缸提供燃料混合氣。由于壓氣機和爆排發(fā)動機之間不需要正時關系，所以壓氣機可以與爆排發(fā)動機共軸，也可以非共軸，可以聯動，也可以非聯動、經離合器或通斷器聯動或經變速器聯動。在經變速器聯動的結構中，可通過調整變速器的傳動比，調整充入所述爆排發(fā)動機的氣體的壓力和流量，提高系統(tǒng)的負荷響應性。由于儲罐的設置，可以在必要時使壓氣機停止工作而爆排發(fā)動機繼續(xù)工作，這樣可以滿足負載對爆排發(fā)動機的瞬間高功率的要求。本實用新型所謂的混燃循環(huán)(或混燃)是指燃料燃燒釋放的所有熱量或近乎所有熱量或大于燃料燃燒釋放的所有熱量全部參與作功循環(huán)的循環(huán)。為了實現燃料燃燒后的所有熱量(或近乎所有熱量)全部參與作功循環(huán)，可以采用三種方式，一是對燃燒室進行絕熱， 二是利用原工質在進入燃燒室之前將燃燒室壁上的熱量吸收帶回燃燒室或直接參與作功， 三是利用原工質將排氣的余熱帶回燃燒室或直接參與作功。例如絕熱發(fā)動機，聯合循環(huán)等都屬于混燃循環(huán)的形式。本實用新型所謂的低熵混燃循環(huán)(或低熵混燃)是指燃料燃燒釋放的所有熱量或近乎所有熱量或大于燃料燃燒釋放的所有熱量全部參與作功循環(huán)，工質的最高壓力大幅度高于傳統(tǒng)熱動力系統(tǒng)中的工質的最高壓力且近乎無過剩溫度的循環(huán)。為了進一步提高所謂的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機的環(huán)保性，可用氧或在熱功轉換過程中不產生有害化合物的含氧氣體作為低熵混燃充氣爆排發(fā)動機的氧化劑。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中所謂壓氣機和爆排發(fā)動機之間無正時關系是指兩者之間不需要按照發(fā)動機工作循環(huán)的邏輯關系確定相位。爆排發(fā)動機可以直接對壓氣機輸出動力，也可以不直接輸出動力(例如壓氣機可以用蓄電池等驅動)。在爆排發(fā)動機直接對壓氣機輸出動力的結構中，也不需要考慮兩者之間的相位(即不需要考慮正時關系)，如果將爆排發(fā)動機與壓氣機同軸設置，也不需要考慮相位關系，而只需考慮兩者的動平衡關系或兩者連接后整體的動平衡。在某些情況下，在所述爆排發(fā)動機對所述壓氣機輸出動力的結構中，所述爆排發(fā)動機的動力輸出軸經離合器、通斷器或經變速器與所述壓氣機的動力輸入軸連接。米勒循環(huán)的定義是吸氣沖程小于作功沖程的循環(huán)。為了便于理解，在本實用新型中，將吸氣沖程大于作功沖程的循環(huán)定義為反米勒循環(huán)。借鑒這一邏輯及其本質，而且由于本實用新型中所公開的方案不局限于沖程，還包括過程(如采用葉輪式壓氣機或葉輪式爆排發(fā)動機)，在此，我們將吸氣容積小于作功膨脹容積的循環(huán)定義為類米勒循環(huán)，將吸氣容積大于作功膨脹容積的循環(huán)定義為反類米勒循環(huán)。在以效率為主要目的的工作狀態(tài)下，可以采用類米勒循環(huán)方式進行工作；在為了滿足系統(tǒng)瞬時輸出的要求，以高功率輸出為目的的工作狀態(tài)下，可以采用反類米勒循環(huán)方式。類米勒循環(huán)或反類米勒循環(huán)的實現可以通過以下幾種方式第一，通過原始設計，使所述壓氣機的進氣量和所述爆排發(fā)動機排出氣量在固定的轉速比下實現類米勒循環(huán)或反類米勒循環(huán)，即所述壓氣機的進氣量小于所述爆排發(fā)動機的排出氣量來實現類米勒循環(huán)，所述壓氣機的進氣量大于所述爆排發(fā)動機的排出氣量來實現反類米勒循環(huán)；第二，通過改變所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機的轉速來實現類米勒循環(huán)或反類米勒循環(huán)；第三，通過設置氣體儲罐，使所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機在不變速的情況下實現類米勒循環(huán)或反類米勒循環(huán)。本實用新型中，圖33是氣體工質的溫度T和壓力P的關系圖，O-A-H所示曲線是通過狀態(tài)參數為^SK和0. IMPa的0點的氣體工質絕熱關系曲線；B點為氣體工質的實際狀態(tài)點，E-B-D所示曲線是通過B點的絕熱關系曲線，A點和B點的壓力相同；F-G所示曲線是通過^OOK和IOMPa (即目前內燃機中即將開始作功的氣體工質的狀態(tài)點)的工質絕熱關系曲線。本實用新型中，所謂的類絕熱關系包括下列三種情況1.氣體工質的狀態(tài)參數 (即工質的溫度和壓力)點在所述工質絕熱關系曲線上，即氣體工質的狀態(tài)參數點在圖33中 O-A-H所示曲線上；2.氣體工質的狀態(tài)參數(即工質的溫度和壓力)點在所述工質絕熱關系曲線左側，即氣體工質的狀態(tài)參數點在圖33中O-A-H所示曲線的左側；3.氣體工質的狀態(tài)參數(即工質的溫度和壓力)點在所述工質絕熱關系曲線右側，即氣體工質的狀態(tài)參數點在圖33中O-A-H所示曲線的右側，但是氣體工質的溫度不高于由此氣體工質的壓力按絕熱關系計算所得溫度加1000K的和、加950K的和、加900K的和、加850K的和、加800K的和、加 750K的和、加700K的和、加650K的和、加600K的和、加550K的和、加500K的和、加450K的和、加400K的和、加350K的和、加300K的和、加250K的和、加200K的和、加190K的和、加 180K的和、加170K的和、加160K的和、加150K的和、加140K的和、加130K的和、加120K的和、加IlOK的和、加100K的和、加90K的和、加80K的和、加70K的和、加60K的和、加50K 的和、加40K的和、加30K的和/或不高于加20K的和，即如圖33所示，所述氣體工質的實際狀態(tài)點為B點，A點是壓力與B點相同的絕熱關系曲線上的點，A點和B點之間的溫差應小于 1000K、900K、850K、800K、750K、700K、650K、600K、550K、500K、450K、400K、350K、300K、 250Κ、200Κ、190Κ、180Κ、170Κ、160Κ、150Κ、140Κ、130Κ、120Κ、110Κ、100K、90K、80K、70K、60K、
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50K、40K、30K 或小于 20Κ。本實用新型中，所謂類絕熱關系可以是上述三種情況中的任何一種，也就是指即將開始作功的氣體工質的狀態(tài)參數(即氣體工質的溫度和壓力)點在如圖33所示的通過B 點的絕熱過程曲線E-B-D的左側區(qū)域內。本實用新型中，所謂的即將開始作功的氣體工質是指燃燒室內燃燒完了時的氣體工質，在導入膨脹劑的結構中是指燃燒反應和膨脹劑導入過程均完成時的氣體工質。本實用新型中，將即將開始作功的氣體工質的狀態(tài)參數(即氣體工質的溫度和壓力)符合類絕熱關系的發(fā)動機系統(tǒng)(即熱動力系統(tǒng))定義為低熵發(fā)動機。本實用新型中，在設有所述膨脹劑源的結構中，調整充入所述燃燒室內的氣體工質的狀態(tài)(即溫度、壓力和質量)，調整向所述燃燒室導入燃料的量以及向系統(tǒng)內導入膨脹劑的量使即將開始作功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關系。本實用新型中，在設有所述排熱器的結構中，調整所述排熱器的排熱強度，調整充入所述燃燒室內的氣體工質的狀態(tài)(即溫度、壓力和質量)，調整向所述燃燒室導入燃料的量使即將開始作功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關系。本實用新型中，在設有所述混合式降溫器的結構中，調整所述混合式降溫器的降溫強度，調整充入所述燃燒室內的氣體工質的狀態(tài)(即溫度、壓力和質量)，調整向所述燃燒室導入燃料的量使即將開始作功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關系。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，所謂的壓氣機和爆排發(fā)動機兩者之間不僅不需要正時關系，而且兩者也可以是不同類型的機構，兩者可以共軸，也可以不共軸，這就完全改變了傳統(tǒng)活塞式發(fā)動機吸_壓-爆_排的循環(huán)模式，以及將這一循環(huán)簡單分開的循環(huán)方式，而是將發(fā)動機分割成兩個過程，即工質制備過程和工質作功過程。特別是，壓氣機和爆排發(fā)動機之間無正時關系，將給發(fā)動機的設計、制造和使用提供新的平臺， 例如，可以用轉子式壓氣機、螺桿式壓氣機、葉輪式壓氣機壓氣，在燃燒室燃燒后為氣缸活塞式作功機構提供工質，這樣就可以發(fā)揮螺桿、轉子、葉輪式機構的壓氣的優(yōu)越性和氣缸活塞式作功機構的耐溫、耐高壓的優(yōu)勢。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，通過調整充氣閥(所述的充氣閥可以是向燃燒室充氣的閥，也可以是燃燒室向作功機構供氣的閥)的關閉時間，可以獲得不同的扭矩輸出，特別是需要大扭矩輸出時，可以在滿足良好燃燒的狀況下得到相應的扭矩輸出，如車輛爬坡等；在所述爆排發(fā)動機設為活塞式爆排發(fā)動機的結構中，通過調整充氣閥，可以實現后上止點燃燒或深度后上止點燃燒，進而獲得大的扭矩輸出，提高所述爆排發(fā)動機的效率和環(huán)保性(所謂后上止點燃燒是指活塞經過上止點一定角度后才進行燃燒的燃燒方式，所謂深度后上止點燃燒是指活塞經過上止點的角度接近于45度的后上止點燃燒)。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，一臺壓氣機可以對多缸或多個爆排發(fā)動機提供高壓氣體，也可以由多個壓氣機向單缸或一個爆排發(fā)動機提供高壓氣體。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，由于在壓氣機與爆排發(fā)動機之間設置了混合式降溫器和/或排熱器，所以在進入爆排發(fā)動機內的壓縮空氣的溫度和壓力之間的關系已經打破了傳統(tǒng)發(fā)動機壓縮沖程中所形成的溫度和壓力之間的關系，即經壓氣機壓縮并經混合式降溫器和/或排熱器降溫后的壓縮氣體的溫度是可控的，既可以低于燃料的燃點也可以高于燃料的燃點。這樣就可以使發(fā)動機在高壓和相對較低的燃燒溫度下工
1作，這不僅可以減少發(fā)動機的熱負荷，還可以大大提高發(fā)動機的效率，同時也可以使發(fā)動機的排氣溫度大幅度降低，實現排氣的自身液化或為后續(xù)液化過程提供溫度較低的排氣更有利于后續(xù)液化過程的實現。在本實用新型中還可以由壓氣機的某一級提供壓力相對較低的氣源，此氣源經過吸熱過程或不經過吸熱過程在燃燒室壓力低于此氣源壓力時導入發(fā)動機的燃燒室或導入多級輪機的壓力低于此氣源壓力的級中，從而增加發(fā)動機或輪機的作功能力。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，膨脹劑的設置可以在更大范圍內調整燃燒室內的溫度和壓力的關系，擺脫傳統(tǒng)內燃機壓力和溫度之間的固化關系，從而實現高效、環(huán)保和高升功率。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中充入系統(tǒng)氣流通道或混合式降溫器內的膨脹劑可以是液體、高壓低溫氣體、處于臨界狀態(tài)(包括臨界狀態(tài)、超臨界狀態(tài)、超超臨界狀態(tài)和更高溫度更高壓力的狀態(tài))的流體(如氣體液化物等)。充入的膨脹劑可以起降溫的作用，也可以不起降溫的作用，即充入的膨脹劑的溫度可以與氣流的溫度相同，也可以不相同；充入膨脹劑的主要作用是增加工質的摩爾數，進而在相同燃油量下得到較低的燃燒溫升，減少或避免氮氧化物的生成，提高系統(tǒng)的效率和環(huán)保性?？梢哉{節(jié)充入膨脹劑的量和燃料的量實現對爆排發(fā)動機溫度、壓力和燃燒速度的控制。本實用新型中爆排發(fā)動機可以設為絕熱式爆排發(fā)動機，以提高系統(tǒng)的效率，也可以在爆排發(fā)動機上設蓄熱區(qū)，所述蓄熱區(qū)在工質溫度高時吸熱，在工質膨脹降溫后向工質提供熱量，而整個爆排發(fā)動機對外絕熱。本實用新型中向混合式降溫器中充入的膨脹劑的方案可以使膨脹劑與壓縮氣體有足夠的時間進行混合，并且易于防腐、防凍等，從本質上優(yōu)于向氣缸內噴入液體膨脹劑或氣態(tài)膨脹劑的方案。本實用新型中所謂的絕熱式機構是指具有絕熱功能的機構。在本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，可以用膨脹劑在壓縮進程中對來自于低壓氣源(包括低壓含氧氣源和低壓無氧氣源)的氣體進行順流冷卻(所謂順流冷卻是相對于對流冷卻而言)，在順流冷卻過程中吸收壓縮進程中的被壓縮氣體的熱量后升溫或升溫汽化的膨脹劑進入所述混合式降溫器與被壓縮的氣體混合后一同進入燃燒室。所謂壓縮進程是指壓縮機由低壓向高壓對氣體進行壓縮的過程，此過程包括壓縮機本身、多級壓縮過程中的級間等可以設置以冷卻被壓縮氣體為目的的熱交換器的并以被壓縮氣體壓力高低為先后順序的部位。由科拉伯龍方程= 可知從對作功能力貢獻的角度來說，工質的摩爾數和工質的開爾文溫度，是等價的。但是因為開爾文溫度r是以273. 15為基數的，如果要獲得成倍的功，成倍增加開爾文溫度T是比較困難的。而成倍增加摩爾數《 ,就相對比較容易，而且可以獲得更大的作功能力，現說明如下假設燃料燃燒前原工質的溫度為Tq ,工質摩爾數為 ，燃料燃燒釋放的
熱量為β,則燃料燃燒后的工質的溫度為Ti =石+β/c^ (其中和 分別為燃料燃燒后工質的摩爾比熱容和摩爾數，此處假設燃燒化學反應沒有引起工質摩爾數的變化)，故燃料燃燒后工質的作功能力為PV = nnRH% + QJC 、；如果將摩爾數為$的膨脹劑在燃燒前、燃燒中或燃燒后導入燃燒室，則燃料燃燒后的工質的溫度約？^ =石+ (β-叫)/(&。+€^)(其中，C1是氣體膨脹劑的摩爾比熱容，
q是膨脹劑由進入燃燒室之前的狀態(tài)始至達到溫度為〒的氣體狀態(tài)過程中每摩爾所需要的熱量)，為此導入膨脹劑并在燃料燃燒后所形成的工質的作功能力為 P1V = + x)RTi = (μ + χ處+ (Q-xq)i(C^ + C1X))。所以，導入膨脹劑前后,工質的作
功能力的差值為 P,-Pf= ( ο + χ)Λ(Τ0 + (β-xq)!{C>h + C1X))-nnR{% +QSCnii),為簡化
計算，設 = UC=C1,則經整理后,可得P,- PV= MT^-qSC),顯然，只要我們選擇合
適的膨脹劑，使(冗-WC)為正值，就可以獲得更大的作功能力。不僅如此，由于在這個過
程中，可以使工質的溫度和壓力更加匹配，減少過剩溫度的產生，從而提高熱動力系統(tǒng)的效率。傳統(tǒng)以柴油為燃料的發(fā)動機，幾乎都是壓燃方式，這就要求在極短的時間內對燃燒室進行燃料高壓噴射，這不僅使燃料噴射系統(tǒng)造價昂貴，而且由于時間過短，燃料和氧化劑(如空氣)很難進行充分混合，為此會惡化發(fā)動機的排放，為了避免這些問題，在本實用新型所公開的方案中，可以將柴油在進入燃燒室之前就和溫度低于柴油燃點的、將要進入燃燒室的高壓低溫氣體混合，進入燃燒室內的油氣混合物已經充分混合，由于燃燒室的油氣混合物溫度低于柴油的燃點，故在這種以柴油為燃料的方案中，需要在燃燒室內設置火花塞，以點燃油氣混合物，使柴油發(fā)動機的效率和排放更好。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機在以柴油為燃料時，也可以將即將燃燒的燃燒室溫度設為高于柴油的燃點， 柴油直接噴入燃燒室，柴油在燃燒室內發(fā)生燃燒，但是由于對燃燒室是高壓充氣，故存在強烈的流動，可使燃料與氣體高效充分混合，降低排放污染。傳統(tǒng)以汽油為燃料的發(fā)動機，幾乎都是點燃方式，壓比不能高，因高壓比容易引起爆燃，而本實用新型所公開的技術方案由于壓比高而溫度可控，當溫度達到汽油的燃點時， 就可使汽油機像傳統(tǒng)柴油機一樣可以省去點火系統(tǒng)，在燃燒室內直噴汽油壓燃作功，然而由于燃燒室內的氧的濃度可以通過調整膨脹劑的量加以調整所以可以在高壓且溫度高于汽油燃點時直噴汽油而不爆振，使汽油發(fā)動機的動力和排放都更好。因而在本實用新型以汽油為燃料的技術方案中，可以在燃燒室內只設噴油嘴，不設火花塞。本實用新型所述穩(wěn)定工況是指所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機均處于工作狀態(tài)而且所述壓氣機氣體入口的質量流量與所述爆排發(fā)動機的所述燃燒室充氣口的進氣質量流量相等的工作狀況，在這種工作狀況下不計算所述低壓氣體源中的氣體在所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機之間的部分組分的相變引起質量流量的差異，也不計算由于在所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機之間加入燃料所引起的質量流量的變化。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機由于壓氣機和爆排發(fā)動機是可以分別獨立工作的，所以在某些情況下所述壓氣機可以單獨工作(如啟動時或需要向所述氣體儲罐內充入壓縮氣體時)，在某些情況下所述爆排發(fā)動機也可以單獨工作(如在設有氣體儲罐的結構中，在需要瞬間輸出大功率時)， 所謂的穩(wěn)定工況不包括這些狀況，這些狀況也不影響穩(wěn)定工況參數的設定。眾所周知，壓氣機是沒有壓縮比的概念的，壓氣機所能產生氣體壓力的大小也與壓氣機的上止點容積和下止點容積無直接關系，在設計和制造壓氣機的過程中，要盡量減少上止點容積，上止點容積和下止點容積之比稱為余隙率，它并不影響輸出氣體壓力的大
21小，但是影響壓氣機的效率。壓氣機所能產生壓力的大小是由壓氣機的吸氣量和壓氣機下游輸出氣體的高壓氣體體積流量之比所決定的。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，爆排發(fā)動機燃燒室充氣完了時的壓力是由壓氣機進氣量和充入爆排發(fā)動機高壓氣體體積流量(所謂高壓氣體體積流量是指向爆排發(fā)動機充入高壓氣體的高壓狀態(tài)下的體積流量)的比值所決定的(在以間歇方式向燃燒室導入氣體工質的結構中，所謂爆排發(fā)動機高壓氣體體積流量是由每次充氣所能充入的高壓氣體的高壓狀態(tài)下的體積和單位時間內充氣的次數所決定的)。為此，為了保證充入所述爆排發(fā)動機燃燒室的氣體壓力大于傳統(tǒng)內燃發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力，需要對所述壓氣機的進氣量、所述爆排發(fā)動機單次充入高壓氣體高壓下的體積和爆排發(fā)動機的轉速進行控制，或對所述壓氣機的進氣量和所述燃燒室充氣口的流量進行控制。本實用新型所謂的“在所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機處于穩(wěn)定工況下所述壓氣機的氣體入口的進氣體積流量與所述爆排發(fā)動機的所述燃燒室充氣口的進氣體積流量的比值”是衡量本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機工作狀態(tài)的重要參數，相當于傳統(tǒng)發(fā)動機中的壓縮比。在本實用新型中，將此比值設定為大于傳統(tǒng)發(fā)動機的壓縮比的目的是為了使在所述爆排發(fā)動機燃燒室內形成高于傳統(tǒng)發(fā)動機的工質壓力的氣體工質。為了滿足所述爆排發(fā)動機燃燒室內將要燃燒時的氣體壓力大于傳統(tǒng)內燃發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力，所述壓氣機的壓縮氣體出口的壓力必須達到更高的水平以克服向爆排發(fā)動機燃燒室充氣時的氣體加速損失、流動損失和管道阻力，也就是說，在本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中壓氣機的進氣量和壓縮能力要適當加大以滿足需要。本實用新型所謂充入所述爆排發(fā)動機燃燒室的氣體壓力大于傳統(tǒng)發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力是指如果本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機的燃料設為柴油則充入所述爆排發(fā)動機燃燒室的氣體壓力大于傳統(tǒng)柴油機壓縮沖程完了時的燃燒室內的壓力；如果本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機的燃料設為汽油則充入所述爆排發(fā)動機燃燒室的氣體壓力大于傳統(tǒng)汽油機壓縮沖程完了時的燃燒室內的壓力；如果本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中的壓氣機或爆排發(fā)動機或兩者同時設為輪機則充入所述爆排發(fā)動機燃燒室的氣體壓力大于傳統(tǒng)輪機壓縮沖程完了時的燃燒室內的壓力；如果本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機設為轉子發(fā)動機則充入所述爆排發(fā)動機燃燒室的氣體壓力大于傳統(tǒng)轉子發(fā)動機壓縮沖程完了時的燃燒室內的壓力；依此類推。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，充入所述爆排發(fā)動機燃燒室的氣體壓力低于傳統(tǒng)發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力時也能工作，但工作效率會受到相應的影響。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，在所述爆排發(fā)動機設為活塞式爆排發(fā)動機的結構中，充入所述爆排發(fā)動機燃燒室的氣體壓力大于3MPa、3. 5MPa、 4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、 IOMPa,10. 5MPa,lIMPaU 1. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPaU4MPaU4. 5MPa、15MPa、 15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、25MPa、 30MPa、;35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa或60MPa。為了達到這一壓力，調整所述壓氣機的氣體入口的進氣體積流量與所述爆排發(fā)動機的所述燃燒室充氣口的進氣體積流量的比值， 以實現在所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機處于穩(wěn)定工況下充入所述爆排發(fā)動機的燃燒室的氣體壓力達到設定值；調整的方式包括調整壓氣機的排量和轉速以及所述爆排發(fā)動機的排量和轉速(所述爆排發(fā)動機的排量是指每旋轉一周所充入氣體在充入壓力下的體積流量)。 在所述壓氣機設為活塞式壓氣機的結構中，所述壓氣機的壓縮氣體出口處的氣體壓力大于等于 3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、 9. 5MPa、10MPa、10. 5MPa、llMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa、 15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、 25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa 或 60MPa。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，在所述爆排發(fā)動機設為葉輪式爆排發(fā)動機的結構中，充入所述爆排發(fā)動機燃燒室的氣體壓力大于2MPa、2. 5MPa、 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、 9. 5MPa、10MPa、10. 5MPa、llMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa、 15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、 2 5MPa、30MPa、3 5MPa、40MPa、45MPa、50MPa、5 5MPa 或 60MPa。為了達到這一壓力，調整所述壓氣機的氣體入口的進氣體積流量與所述爆排發(fā)動機的所述燃燒室充氣口的進氣體積流量的比值，以實現在所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機處于穩(wěn)定工況下充入所述爆排發(fā)動機的燃燒室的氣體壓力達到設定值；調整的方式包括調整壓氣機的排量和轉速以及所述爆排發(fā)動機的排量和轉速(所述爆排發(fā)動機的排量是指每旋轉一周所充入氣體在充入壓力下的體積流量)。在所述壓氣機設為葉輪式壓氣機的結構中，所述壓氣機的壓縮氣體出口處的氣體壓力大于 2. 5MPa、3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、 7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、 13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa、15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、 18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa 或 60MPa。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，在設有所述葉輪式壓氣機的結構中，所述葉輪式壓氣機的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口的進氣體積流量的比值大于 18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、 62、64、66、68或70以實現充入所述燃燒室的氣體壓力大幅度高于傳統(tǒng)發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力的工作模式；在設有所述活塞式壓氣機的結構中，所述活塞式壓氣機的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口的進氣體積流量的比值大于22、24、26、28、30、 32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、68 或 70 以實現充入所述燃燒室的氣體壓力大幅度高于傳統(tǒng)發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力的工作模式。本實用新型所謂的爆排發(fā)動機是指由燃燒室和膨脹作功機構(即作功機構)構成的，只進行燃燒爆炸作功過程(含燃燒爆炸作功沖程)和排氣過程，不包含吸氣過程和壓縮過程的熱動力系統(tǒng)(即將熱轉換成功的系統(tǒng))，這種熱動力系統(tǒng)中原工質是以充入的方式而不是吸入的方式進入燃燒室的；燃燒室與膨脹作功機構(即作功機構)可以直接連通，也可以將燃燒室設置在膨脹作功機構內(如將燃燒室設置在氣缸活塞機構的氣缸內的結構)，還可以將燃燒室經控制閥與膨脹作功機構連通；在將燃燒室經控制閥與膨脹作功機構連通的結構中，為了充分高效燃燒，可以使燃燒室處于連續(xù)燃燒狀態(tài)，也可以使燃燒室處于間歇燃燒狀態(tài)；一個燃燒室可以對應一個膨脹作功機構，一個燃燒室也可以對應兩個或兩個以上的膨脹作功機構；作功機構可以是活塞式膨脹作功機構(含轉子式膨脹作功機構)，還可以是透平式膨脹作功機構(即葉輪式作功機構)，所謂的膨脹作功機構是指利用燃燒室的工質膨脹對外輸出動力的機構；為使這種發(fā)動機正常工作需要在進氣中加入燃料或在燃燒室中噴射燃料，根據燃料不同，可以采用點燃或壓燃形式。本實用新型中，所述短壓程充氣發(fā)動機經所述通斷器對所述壓氣機輸出動力，或所述短壓程充氣發(fā)動機對所述壓氣機輸出動力。本實用新型所謂的低壓含氧氣源是指可以提供壓力較低含有氧氣的或者含有其他氧化劑的氣體源，例如大氣、低壓氧氣、低壓含氧氣體等；所謂低壓無氧氣源是指可以提供不含氧氣或不含其他氧化劑的氣體源，如低壓二氧化碳儲罐、熱動力系統(tǒng)的尾氣和不凝氣體源等；所謂高溫高壓氣體是指被壓氣機增溫增壓的氣體；所謂壓氣機是指一切能夠對氣體進行壓縮的機構，如氣缸活塞式、葉輪式、螺桿式、齒輪式、轉子式壓氣機等；所謂的非活塞式壓氣機是指除活塞式壓氣機之外的壓氣機，包括葉輪式壓氣機、螺桿式壓氣機等；所謂非活塞式爆排發(fā)動機是指除活塞式爆排發(fā)動機之外的爆排發(fā)動機，包括葉輪式爆排發(fā)動機、螺桿式爆排發(fā)動機等；所謂降溫器是指對氣體進行降溫的裝置；所謂混合式降溫器是指向系統(tǒng)內工質混入某種物質使系統(tǒng)內工質降溫的裝置；所謂排熱器是指能夠將熱量排出系統(tǒng)的裝置，例如散熱器、熱交換器等；所謂在所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機之間的氣體流上設氣體儲罐是指在連接所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機的通道上設氣體儲罐，所謂的氣體儲罐是用來儲藏部分來自壓氣機的被壓縮的氣體的裝置。本實用新型中，所述膨脹劑是指不參與燃燒化學反應起升溫或降溫以及調整作功工質摩爾數的作用并參與膨脹作功的工質，如水、二氧化碳、氦氣、液氮、液體二氧化碳等。本實用新型中，所述膨脹劑是指不參與燃燒化學反應起升溫或降溫以及調整作功工質摩爾數的作用并參與膨脹作功的水以外的工質，如二氧化碳、氦氣、液氮、液體二氧化碳等。本實用新型中，所謂的低品質熱源是指本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機產生的余熱，如爆排發(fā)動機的燃燒室壁所產生的余熱、爆排發(fā)動機的排氣中的余熱和壓氣機所產生的余熱等以及環(huán)境所能提供的熱量；所謂的低品質熱源熱交換器是指以吸收所述低品質熱源中的熱量將膨脹劑加熱升溫的熱交換器，也就是設在所述爆排發(fā)動機燃燒室壁上的燃燒室熱交換器(如膨脹劑吸熱高壓通道等)、設在所述爆排發(fā)動機的排氣道上的排氣熱交換器(如膨脹劑吸熱排氣熱交換器等)和設在壓氣機上的壓氣機熱交換器(如膨脹劑吸熱壓氣機熱交換器等)等；所謂高壓氧源是指可以直接為所述燃燒室提供氧化劑的系統(tǒng)，如高壓氣態(tài)氧、液氧經加壓氣化產生的高壓氣態(tài)氧、高壓過氧化氫等；所謂熱摩可調燃料是指燃料和膨脹劑的混合物，通過調節(jié)燃料在混合物中所占的比例來調整所述熱摩可調燃料的熱值和摩爾數，它可以是醇類的水溶液(如乙醇水溶液、甲醇水溶液等)，也可以是醇類、碳氫化合物和水的混合溶液(如乙醇、水和柴油的混合溶液，乙醇、水和汽油的混合溶液等)，它還可以是幾種不同的醇類、碳氫化合物和膨脹劑的混合物，如乙醇、甲醇、柴油、汽油和水或和液態(tài)二氧化碳的混合物；不僅如此，熱摩可調燃料中的燃料可以由多種燃料構成， 膨脹劑也可以由多種膨脹劑構成。所述熱摩可調燃料的作用是為了減少系統(tǒng)儲罐的數量， 并可使以水為膨脹劑的系統(tǒng)防凍、防腐，而且使結構簡單，減少系統(tǒng)的體積和造價；所謂“車輛的動力軸”既是動力輸入軸，也是動力輸出軸；所謂原工質是指沒有通過內燃燃燒加熱
24的工質，即進入燃燒室的氧化劑、還原劑和膨脹劑，以及其各種相變物，所謂相變物是指處于不同狀態(tài)的原工質，即氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)；所謂氣體液化物是指被液化的氣體，如液氮、液氦、液體二氧化碳或液化空氣等。本實用新型所謂的“排熱器設在氣體的流通通道上”是指在氣體流通的通道上全部或部分設置排熱器，所述排熱器可以設在管道上，可以設在壓氣機上，還可以設在多級壓縮過程中的一切可以對被壓縮氣體進行冷卻的部位。本實用新型中所謂的不凝氣是指在所述二氧化碳液化器中不冷凝的氣體和在所述二氧化碳液化器中沒有被冷凝的氣體二氧化碳，所謂不凝氣包括氦氣等在燃燒過程中不與氧發(fā)生反應的不發(fā)生冷凝的氣體；所謂二氧化碳液化器是指可以將二氧化碳液化的裝置，在所述二氧化碳液化器上或在所述二氧化碳液化器和所述爆排發(fā)動機之間可以設冷凝水出口 ；所謂膨脹劑液化器是指一切能夠將所述膨脹劑液化的裝置。所述二氧化碳液化器和所述膨脹劑液化器的冷源可以是低溫膨脹劑，如液氮；也可以是低溫液氧等。本實用新型中的高壓氧源可以是過氧化氫儲罐(即雙氧水儲罐)，也可以是一切高壓含氧氣體源，如高壓空氣源等。本實用新型中所謂的導入口是指可以導入工質的通道，包括噴射裝置的噴嘴等一切可以將流體導入的通道。在本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，可根據公知技術和原理在適當的地方設置控制閥、泵、傳感器、控制單元、燃料噴射器、火花塞、進排氣控制閥(門)等；所謂連通是指直接連通、經過若干過程(包括與其他物質混合等)的間接連通或經泵、控制閥等受控連通。在本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中，根據公知技術，在所述爆排發(fā)動機設為葉輪式爆排發(fā)動機的結構中，所述燃燒室設為連續(xù)燃燒室。本實用新型所謂的通斷器是指具有接通和斷開動力傳遞功能的裝置，所述通斷器可以是通過滑動齒輪進行齒輪嚙合的機械連接或分離裝置，也可以是彈簧式、液壓式或電磁式等離合器。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機中對發(fā)動機轉速和輸出功率的控制可以通過控制燃油量進行控制，也可以通過控制進入爆排發(fā)動機的燃氣混合物的量來控制。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，當所述低壓氣源(包括低壓含氧氣源和低壓無氧氣源)中的氣體不含有氮氣時，即便是在不設有混合式降溫器或排熱器的機構中，也可以大幅度提高壓氣機的壓縮力度，使充入燃燒室的氣體的壓力和溫度同時大幅度提高，為了避免爆震，可以采用柴油或其他不易產生爆震的燃料，也可以通過導入膨脹劑的方式控制爆震。在這種結構中，可以在系統(tǒng)設置高壓氧源，此高壓氧源與所述燃燒室連通或與所述充氣口連通。根據本實用新型所公開的技術方案可以制造出排氣溫度接近于環(huán)境溫度、低于環(huán)境溫度或大幅度低于環(huán)境溫度的爆排發(fā)動機。在所述爆排發(fā)動機設為活塞式爆排發(fā)動機的結構中，為了進一步提高效率，可將所述爆排發(fā)動機的燃燒室和/或作功機構設置為絕熱或自絕熱。如果排氣溫度低到一定程度，就可以實現活塞式爆排發(fā)動機的自絕熱。所謂自絕熱是指燃燒后的高溫工質的熱量在燃燒爆炸作功開始時會傳給氣缸壁、活塞頂及氣缸蓋，而在作功的過程中，由于エ質的溫度會迅速降低，會將作功開始時已傳給氣缸壁、活塞頂及 氣缸蓋的熱量重新吸收回エ質內，減少熱量的損失，實現相當干“絕熱”的功能，在自絕熱的 系統(tǒng)中，與エ質接觸的所有承壓壁(氣缸壁、活塞頂及氣缸蓋)的外部可以進行絕熱對外并 不發(fā)生熱量傳遞，也可以根據承壓壁的溫度要求對外發(fā)生少量熱量傳遞以降低承壓壁的溫 度；在自絕熱系統(tǒng)中，在所述與エ質接觸的承壓壁內或外側可以設液體通道或液體腔，在此 液體通道或液體腔內充入液體以保證所述與エ質接觸的承壓壁的受熱均勻性并利用液體 的蓄熱性優(yōu)化缸內氣體溫度的變化，在液體通道或液體腔的外側可以設絕熱層，以減少對 環(huán)境的傳熱。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，可使用碳氫化合物或碳氫氧化合 物作燃料，例如酒精，使用酒精水溶液來代替原來的燃料和膨脹劑，不但可以防凍，還可以 只用ー個酒精水溶液儲罐來代替原來的燃料儲罐和膨脹劑儲罐，并且通過調整酒精水溶液 的濃度來滿足燃料和膨脹劑所需要的比例。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機 中，可以用過氧化氫水溶液代替氧化劑和膨脹劑，通過調整過氧化氫水溶液的濃度實現調 整氧化劑和膨脹劑的比例，而且可以用ー個過氧化氫水溶液儲罐代替氧化劑儲罐(即高壓 氧源)和膨脹劑儲罐(即膨脹劑源)。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，能夠實現燃料的無差別化，由于 充入所述爆排發(fā)動機燃燒室的氣體處于高壓低溫的狀態(tài)，如果使充入所述爆排發(fā)動機內的 氣體的溫度低于燃料的燃點，無論任何燃料噴入燃燒室或在燃燒室外與在燃燒室內的高壓 低溫氣體混合后，都可采用點燃的形式，打破了傳統(tǒng)發(fā)動機對燃料的選擇性，降低了燃料的 生產成本，可以實現柴油點燃式燃燒方式，而且即便是高壓，由于溫度低，也不至于引起汽 油的爆震；不僅如此，即便在高溫的情況下，可以通過膨脹劑調整燃燒速度，防止爆震。通過 這種形式，可以實現消除汽油、柴油、煤油的分類生產過程，而只生產流動性能夠滿足要求 的可燃碳氫化合物。本實用新型的有益效果如下本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機實現了高效、低排放的目的，具有 負荷響應好的特點，大大提高了發(fā)動機的環(huán)保性和節(jié)能性。

圖1為本實用新型實施例1的結構示意圖；圖2、3和圖4為本實用新型實施例2的結構示意圖；圖5為本實用新型實施例3的結構示意圖；圖6為本實用新型實施例4的結構示意圖；圖7為本實用新型實施例5的結構示意圖；圖8為本實用新型實施例6的結構示意圖；圖9為本實用新型實施例7的結構示意圖；圖10為本實用新型實施例8的結構示意圖；圖11和圖12為本實用新型實施例9的結構示意圖；圖13為本實用新型實施例10的結構示意圖；圖14為本實用新型實施例11的結構示意圖；[0137]圖15為本實用新型實施例12的結構示意圖；圖16為本實用新型實施例13的結構示意圖；圖17為本實用新型實施例14的結構示意圖；圖18為本實用新型實施例15的結構示意圖；圖19為本實用新型實施例16的結構示意圖；圖20為本實用新型實施例17的結構示意圖；圖21為本實用新型實施例18的結構示意圖；圖22為本實用新型實施例19的結構示意圖；圖23為本實用新型實施例20的結構示意圖；圖M為本實用新型實施例21的結構示意圖；圖25為本實用新型實施例22的結構示意圖；圖沈為本實用新型所公開的循環(huán)與傳統(tǒng)內燃機的循環(huán)在壓力和溫度坐標系下的比較說明圖；圖27為本實用新型所公開的循環(huán)和傳統(tǒng)內燃機的示功對比示意圖；圖觀為傳統(tǒng)外燃循環(huán)受熱流體說明圖；圖四為傳統(tǒng)內燃循環(huán)受熱流體說明圖；圖30為本實用新型短壓程充氣發(fā)動機方案的壓力P和溫度T關系的示意圖；圖31為本實用新型實施例23的結構示意圖；圖32為本實用新型實施例M的結構示意圖；圖33為氣體工質的溫度T和壓力P的關系圖，圖中1低壓含氧氣源、2壓氣機、3爆排發(fā)動機、4混合式降溫器、9車輛、31短壓程充氣發(fā)動機、300燃燒室、23氣體儲罐、32通斷器、30連續(xù)燃燒室、35活塞式作功機構、38控制閥、68控制機構、66熱摩可調燃料儲罐、67熱摩可調燃料導入口、301燃燒室充氣口、302排氣道、201葉輪式壓氣機、202活塞式壓氣機、116高壓氧源、101低壓無氧氣源、110高壓氧化劑導入口、115氧控制閥、333膨脹劑源、401散熱器、402降溫熱交換器、405燃料導入口、 408燃料控制機構、123不凝氣回流管、335 二氧化碳液化器、111低壓純氧源、119不凝氣儲罐、3302膨脹劑吸熱排氣熱交換器、3303火花塞、3304噴油嘴、4031膨脹劑入口、8000動力軸、4444排熱器、222333第一離合器、222444第二離合器、3331膨脹劑控制機構、333444第三離合器、3333膨脹劑液化器。
具體實施方式
實施例1如圖1所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括壓氣機2和爆排發(fā)動機3，所述壓氣機2的氣體入口設為低壓含氧氣體入口，所述低壓含氧氣體入口與低壓含氧氣源1連通，所述壓氣機2的壓縮氣體出口與所述爆排發(fā)動機3的燃燒室300的燃燒室充氣口 301連通， 在所述燃燒室300上設排氣道302，所述壓氣機2和所述爆排發(fā)動機3之間無正時關系，所述爆排發(fā)動機3對所述壓氣機2輸出動力，所述壓氣機2的壓縮氣體出口處的承壓能力為 lOMPa，其中，所述爆排發(fā)動機3可設為活塞式爆排發(fā)動機或葉輪式爆排發(fā)動機。[0160]具體實施時，為了讓所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機更高效環(huán)保工作，調整即將開始作功的氣體工質的壓力到15MPa以上，調整即將開始作功的氣體工質的溫度到2700K以下，例如調整即將開始作功的氣體工質的壓力為15MPa，并且溫度為1200K，使即將開始做功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關系；和/或在所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機處于穩(wěn)定工況下，調整所述壓氣機2的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口 301的進氣體積流量的比值以實現所述壓氣機的氣體出口處的壓縮氣體的壓力達到其承壓能力限值 IOMPa0除該實施例外，還可以將所述壓氣機2的壓縮氣體出口處的承壓能力設為 2. 5MPa、3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、 8. 5MPa、9MPa、9.5MPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、 14.5MPa、15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、 19. 5MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa 或 60MPa，通過調整所述壓氣機2的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口 301的進氣體積流量的比值大于
18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48或 50 以實現壓縮氣體出口處的氣體壓力分別達到上述承壓能力限值。實施例2如圖2、圖3和圖4所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括壓氣機2、爆排發(fā)動機3 和高壓氧源116，所述壓氣機2的氣體入口設為低壓無氧氣體入口，所述低壓無氧氣體入口與低壓無氧氣源101連通，所述壓氣機2的壓縮氣體出口與所述爆排發(fā)動機3的燃燒室300 的燃燒室充氣口 301連通，在所述燃燒室300上設排氣道302，所述壓氣機2和所述爆排發(fā)動機3之間無正時關系，所述爆排發(fā)動機3對所述壓氣機2輸出動力，在所述壓氣機2的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室300上和/或在所述壓氣機2的壓縮氣體出口和所述燃燒室300之間的連通通道上設高壓氧化劑導入口 110，所述高壓氧源116經氧控制閥115與所述高壓氧化劑導入口 110連通，所述壓氣機2的壓縮氣體出口處的承壓能力為15MPa，其中，所述爆排發(fā)動機3可設為活塞式爆排發(fā)動機或葉輪式爆排發(fā)動機。其中，圖2中的所述高壓氧化劑導入口 110設在所述壓氣機2的壓縮氣體出口處，圖3中的所述高壓氧化劑導入口 110設在所述燃燒室300上，圖4中的所述高壓氧化劑導入口 110設在所述壓氣機2 的壓縮氣體出口和所述燃燒室300之間的連通通道上。具體實施時，為了讓所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機更高效環(huán)保工作，調整即將開始作功的氣體工質的壓力到15MPa以上，調整即將開始作功的氣體工質的溫度到2700K以下，例如調整即將開始作功的氣體工質的壓力為20MPa，并且溫度為1500K，使即將開始做功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關系，和/或調整所述壓氣機2的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口 301的進氣體積流量的比值以實現所述壓氣機的氣體出口處的壓縮氣體的壓力達到其承壓能力限值。除該實施例外，還可以將所述壓氣機2的壓縮氣體出口處的承壓能力設為 2. 5MPa、3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、 8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、 14MPa、14.5MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、
19.5MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa 或 60MPa，通過調整所述壓氣機2的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口 301的進氣體積流量的比值大于 18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48 或 50 以實現壓縮氣體出口處的氣體壓力分別達到上述承壓能力限值。實施例3如圖5所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括膨脹劑源333，在所述燃燒室300上設膨脹劑入口 4031，所述膨脹劑源333經膨脹劑控制機構3331與所述膨脹劑入口 4031連通。加入膨脹劑的目的是可以控制(比如降低)進入所述燃燒室內的燃料燃燒之前工質的溫度，同時也增加了燃料燃燒完畢后作功工質的摩爾數和工質壓力，提高了系統(tǒng)的熱效率。具體實施時，所述膨脹劑入口 4031還可以設在所述壓氣機2上和/或所述壓氣機 2的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室300上和/或在所述壓氣機2的壓縮氣體出口和所述燃燒室300之間的連通通道上；所述爆排發(fā)動機3可以設為活塞式爆排發(fā)動機或葉輪式爆排發(fā)動機；為了讓所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機更高效環(huán)保工作，調整即將開始作功的氣體工質的壓力到15MPa以上，調整即將開始作功的氣體工質的溫度到2700K以下，例如調整即將開始作功的氣體工質的壓力為25MPa，并且溫度為1700K，使即將開始做功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關系，和/或控制所述膨脹劑控制機構3331調整膨脹劑導入的量和/或調整導入所述燃燒室300的燃料的量實現燃燒后燃燒室內的氣體溫度不超過所述壓氣機2的氣體出口處的壓縮氣體的溫度。實施例4如圖6所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例2的區(qū)別在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括膨脹劑源333，在所述燃燒室300上設膨脹劑入口 4031，所述膨脹劑源333經膨脹劑控制機構3331與所述膨脹劑入口 4031連通。具體實施時，所述膨脹劑入口 4031還可以設在所述壓氣機2的壓縮氣體出口處和 /或在所述燃燒室300上和/或在所述壓氣機2的壓縮氣體出口和所述燃燒室300之間的連通通道上；為了讓所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機更高效環(huán)保工作，調整即將開始作功的氣體工質的壓力到15MPa以上，調整即將開始作功的氣體工質的溫度到2700K以下，例如調整即將開始作功的氣體工質的壓力為25MPa，并且溫度為1700K，使即將開始做功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關系，和/或調整所述壓氣機2的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口 301的進氣體積流量的比值以實現所述壓氣機2的氣體出口處的壓縮氣體的溫度達到材料溫度限值，通過控制所述膨脹劑控制機構3331調整膨脹劑導入的量和/ 或調整導入所述燃燒室300的燃料的量實現燃燒后燃燒室內的溫度不超過所述壓氣機2的氣體出口處的壓縮氣體的溫度達到的限值。實施例5如圖7所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括排熱器4444，所述排熱器4444設在所述壓氣機2上。設置所述排熱器4444的目的是為了減少氣體壓縮過程中所消耗的功，同時也能增加氣體的密度，增加進入燃燒室內的含氧量，提高發(fā)動機的功率。具體實施時，所述排熱器4444還可以設在所述壓氣機2的氣體入口處，和/或所述排熱器4444設在所述壓氣機2上，和/或所述排熱器4444設在所述壓氣機2的壓縮氣體出口處，和/或所述排熱器4444設在所述壓氣機2的壓縮氣體出口和所述燃燒室300之間的連通通道上。實施例6如圖8所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括散熱器401 (即排熱器)，所述壓氣機2設為活塞式壓氣機202，且所述活塞式壓氣機202的壓縮氣體出口處的承壓能力為30MPa，大于傳統(tǒng)活塞式發(fā)動機壓縮沖程完了時被壓縮氣體的壓力(6-15MPa)，所述活塞式壓氣機202的壓縮氣體出口經所述散熱器401與所述燃燒室充氣口 301連通，所述爆排發(fā)動機3的燃料設為汽油，在所述爆排發(fā)動機3的燃燒室內設所述噴油嘴和火花塞。除該實施例外，還可以將所述活塞式壓氣機202的壓縮氣體出口處的承壓能力設為 2. 5MPa、3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、 8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、 14MPa、14. 5MPa、15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、 19. 5MPa、20MPa、25MPa、;35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa 或 60MPa，通過調整所述活塞式壓氣機202的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口 301的進氣體積流量的比值大于22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48或50以實現壓縮氣體出口處的氣體壓力分別達到上述承壓能力限值。本實施例的散熱器與實施例5中的排熱器的目的和功能是一樣的。實施例7如圖9所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例6的區(qū)別在于所述散熱器 401設為降溫熱交換器402。實施例8如圖10所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例6的區(qū)別在于所述散熱器 401用混合式降溫器4替代，所述混合式降溫器4上設膨脹劑入口 4031，膨脹劑源333經膨脹劑控制機構3331與所述膨脹劑入口 4031連通并經所述混合式降溫器4與所述燃燒室充氣口 301連通，即將開始作功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關系。由于經壓氣機壓縮后的壓縮空氣壓力大、溫度高，再加入溫度較低的膨脹劑后，所述壓縮氣體的溫度會降低，壓力會增大，減少了過剩溫度，但系統(tǒng)并沒有對外排熱，提高了系統(tǒng)的熱效率，所以本實施例的混合式降溫器與實施例5中的排熱器有本質的區(qū)別。實施例9如圖11和圖12所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例8的區(qū)別在于所述膨脹劑源333經低品質熱源熱交換器與所述膨脹劑入口 4031連通并經所述混合式降溫器 4再與所述燃燒室充氣口 301連通。其中，圖11中在所述爆排發(fā)動機3的燃燒室壁上設膨脹劑吸熱高壓通道331，所述低品質熱源熱交換器設為所述膨脹劑吸熱高壓通道331，膨脹劑在所述膨脹劑吸熱高壓通道331內吸熱后在所述混合式降溫器4中與高溫高壓氣體混合使高溫高壓氣體降溫。所述爆排發(fā)動機3的燃料設為柴油，將即將發(fā)生燃燒時的燃燒室內的氣體溫度設定為低于柴油的燃點，在所述爆排發(fā)動機3的燃燒室內設火花塞3303。具體實施時，也可不設火花塞，設定燃燒室內氣體的溫度高于柴油的燃點，采用傳統(tǒng)柴油發(fā)動機的壓燃方式。圖12中在所述爆排發(fā)動機3的所述排氣道302上設膨脹劑吸熱排氣熱交換器 3302，所述低品質熱源熱交換器設為所述膨脹劑吸熱排氣熱交換器3302，膨脹劑在所述膨脹劑吸熱排氣熱交換器3302內吸熱后在所述混合式降溫器4中與高溫高壓氣體混合使高溫高壓氣體降溫。所述爆排發(fā)動機3的燃料設為汽油，將即將發(fā)生燃燒時的燃燒室內氣體的溫度設定為高于汽油的燃點，在所述爆排發(fā)動機3的燃燒室內設噴油嘴3304，使所述噴油嘴3304在燃燒室內直接噴射汽油燃燒膨脹作功，和傳統(tǒng)柴油發(fā)動機一樣實現壓燃方式， 省去傳統(tǒng)汽油發(fā)動機的點火系統(tǒng)。實施例10如圖13所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例6的區(qū)別在于在所述壓氣機2的壓縮氣體出口和所述燃燒室300之間的連通通道上設燃料導入口 405，所述燃料導入口 405經燃料控制機構408與燃料源連通。具體實施時，還可以在所述壓氣機2的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室300 上和/或在所述壓氣機2的壓縮氣體出口和所述燃燒室300之間的連通通道上設燃料導入口 405。由于燃料的提前導入，使燃料和壓縮氣體(氧化劑)有足夠的時間混合，從而容易達到混合均勻、燃燒充分、動力性和排放性好的目的。實施例11如圖14所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例9的區(qū)別在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括通斷器32，在所述壓氣機2和所述爆排發(fā)動機3之間的氣體流上設氣體儲罐23，所述爆排發(fā)動機3經所述通斷器32對所述壓氣機2輸出動力，所述膨脹劑源333經設在所述壓氣機2上的低品質熱源熱交換器與所述膨脹劑入口 4031連通并經所述混合式降溫器4再與所述燃燒室充氣口 301連通。設置所述通斷器32的目的是為了在瞬間要求增加所述爆排發(fā)動機3的輸出功率時，可以通過通斷器32切斷爆排發(fā)動機3對所述壓氣機2的動力輸出，利用氣體儲罐23內的壓縮氣體給爆排發(fā)動機3提供氧化劑，增加了爆排發(fā)動機的凈功率輸出。實施例12如圖15所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例6的區(qū)別在于所述散熱器 401用混合式降溫器4替代，所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括不凝氣回流管123和二氧化碳液化器335，所述二氧化碳液化器335設在所述爆排發(fā)動機3的排氣道302上，所述低壓含氧氣源1設為低壓純氧源111，所述低壓純氧源111與所述壓氣機2的低壓含氧氣體入口連通，所述不凝氣回流管123連通所述二氧化碳液化器335的不凝氣出口和所述壓氣機2的氣體入口，所述壓氣機2、所述混合式降溫器4、所述燃燒室300和所述二氧化碳液化器335構成不凝氣循環(huán)流動閉合通道，在所述壓氣機2、混合式降溫器4、所述爆排發(fā)動機3 的燃燒室300和所述二氧化碳液化器335所構成的循環(huán)閉合通道內充入不凝氣，所述不凝氣在所述壓氣機2、混合式降溫器4、所述爆排發(fā)動機3的燃燒室300和所述二氧化碳液化器335之間循環(huán)，所述爆排發(fā)動機3和所述二氧化碳液化器335之間的連通通道上設冷凝水出口 19，所述冷凝水出口 19經管路與冷凝水儲罐20連通，這樣可避免燃料燃燒所生成的水蒸氣在所述二氧化碳液化器335中被冷凍成冰，造成管路的堵塞以及影響回收液態(tài)二氧化碳的純度?；厥盏亩趸伎捎糜谵r業(yè)種植、工業(yè)、食品業(yè)、醫(yī)療及文化娛樂業(yè)等。[0196]選擇性地，在具體實施過程中，為了結構緊湊，可不設混合式降溫器4。實施例13如圖16所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例2的區(qū)別在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括不凝氣回流管123和二氧化碳液化器335，所述二氧化碳液化器 335設在所述爆排發(fā)動機3的排氣道302上，所述低壓無氧氣源101設為不凝氣儲罐119， 所述不凝氣儲罐119與所述壓氣機2的低壓無氧氣體入口連通，所述不凝氣回流管123連通所述二氧化碳液化器335的不凝氣出口和所述不凝氣儲罐119，所述壓氣機2、所述爆排發(fā)動機3的燃燒室300、所述二氧化碳液化氣335和所述不凝氣儲罐119構成不凝氣循環(huán)流動閉合通道，在所述壓氣機2、所述爆排發(fā)動機3的燃燒室300、所述二氧化碳液化器335和所述不凝氣儲罐119所構成的循環(huán)閉合通道內充入不凝氣，所述不凝氣在所述壓氣機2、所述爆排發(fā)動機3的燃燒室300、所述二氧化碳液化器335和所述不凝氣儲罐119之間循環(huán)。實施例14如圖17所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于在所述壓氣機2和所述爆排發(fā)動機3之間的氣體流連通通道上設氣體儲罐23，所述爆排發(fā)動機3的動力輸出軸經第一離合器222333與所述壓氣機2的動力輸入軸連接，所述爆排發(fā)動機3的動力輸出軸經第二離合器22M44與車輛9的動力軸8000連接，所述壓氣機2的動力輸入軸經第三離合器333444與所述車輛9的動力軸8000連接；所述第一離合器222333、所述第二離合器22M44和所述第三離合器333444經控制裝置協(xié)調工作實現在多種工作狀態(tài)間切換以滿足系統(tǒng)不同工作模式的要求，例如第一種工作狀態(tài)是所述第一離合器222333和所述第二離合器22M44處于接合狀態(tài)，所述第三離合器333444處于分離狀態(tài)或結合狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述爆排發(fā)動機3對所述壓氣機2和所述車輛9輸出動力；第二種工作狀態(tài)是所述第一離合器222333處于接合狀態(tài)，所述第三離合器333444和所述第二離合器22M44處于分離狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述爆排發(fā)動機3只對所述壓氣機2輸出動力；第三種工作狀態(tài)是所述第一離合器222333和所述第二離合器22M44處于分離狀態(tài)，所述第三離合器333444 處于接合狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述車輛9利用其動能對所述壓氣機2輸出動力；第四種工作狀態(tài)是所述第一離合器222333和所述第三離合器333444處于分離狀態(tài)，所述第二離合器 222444處于接合狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述爆排發(fā)動機3對所述車輛9輸出動力，而不對所述壓氣機2輸出動力，這種狀態(tài)是利用所述氣體儲罐23內的壓縮氣體為所述爆排發(fā)動機3提供壓縮氣體，這一狀態(tài)可以瞬時提高所述爆排發(fā)動機3的凈輸出功率，以滿足瞬間負載增加的要求；第五種工作狀態(tài)是所述第一離合器222333、所述第二離合器22M44和所述第三離合器333444都處于分離狀態(tài)，這種工作狀態(tài)下所述爆排發(fā)動機3不對外輸出動力，其它工作狀態(tài)不再贅述。實施例15如圖18所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例6的區(qū)別在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括熱摩可調燃料儲罐66，在所述燃燒室300上設熱摩可調燃料導入口 67，所述熱摩可調燃料導入口 67經控制機構68與所述熱摩可調燃料儲罐66連通，所述熱摩可調燃料儲罐66中的熱摩可調燃料經所述熱摩可調燃料導入口 67與被所述壓氣機2 壓縮的氣體混合。設置熱摩可調燃料的目的是為了使用熱摩可調燃料來代替原來的燃料和膨脹劑，不但可以防凍，還可以只用一個熱摩可調燃料儲罐來代替原來的燃料儲罐和膨脹
32劑儲罐，并且通過調整熱摩可調燃料的濃度來改變燃料和膨脹劑所需要的量，結構簡單、造價低。熱摩可調燃料可以是醇類的水溶液如乙醇水溶液、甲醇水溶液等，也可以是醇類、碳氫化合物和水的混合溶液如乙醇、水和柴油的混合溶液，乙醇、水和汽油的混合溶液等，它還可以是幾種不同的醇類、碳氫化合物和膨脹劑的混合物，如乙醇、甲醇、柴油、汽油、水和液態(tài)二氧化碳的混合物；不僅如此，熱摩可調燃料中的燃料可以由多種燃料構成，膨脹劑也可以由多種膨脹劑構成。選擇性地，所述熱摩可調燃料導入口 67還可設置在所述壓氣機2上和/或在所述壓氣機2的壓縮氣體出口處和/或在所述壓氣機2的壓縮氣體出口和所述燃燒室300之間的連通通道上。實施例16如圖19所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于在所述壓氣機2的壓縮氣體出口和所述燃燒室300之間的連通通道上設膨脹劑入口 4031，所述膨脹劑源333經膨脹劑控制機構3331與所述膨脹劑入口 4031連通，調整所述壓氣機2的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口 301的進氣體積流量的比值以實現所述壓氣機2的氣體出口處的壓縮氣體的溫度達到環(huán)保溫度限值或材料溫度限值，通過所述膨脹劑控制機構3331調整膨脹劑導入的量實現燃燒后燃燒室內的溫度不升高或沒有明顯升高。所述膨脹劑源333中的膨脹劑設為氣體液化物。選擇性地，所述膨脹劑入口 4301還可設置在所述壓氣機2的壓縮氣體出口處和/ 或在所述燃燒室300上。實施例17如圖20所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于所述爆排發(fā)動機3的一個燃燒室與四個作功機構連接，所述爆排發(fā)動機3的燃燒室設為連續(xù)燃燒室30， 所述爆排發(fā)動機3的作功機構設為活塞式作功機構35，在所述連續(xù)燃燒室30和所述活塞式作功機構35之間設控制閥38將所述連續(xù)燃燒室30內的工質間歇導入所述活塞式作功機構35。具體實施時，所述壓氣機2和所述爆排發(fā)動機3可同時或單獨設為絕熱式機構；所述作功機構可以設為一個或多個；在設有多個作功機構的結構中，所述作功機構可以設為同種類型的機構，也可以設為不同類型的機構，如活塞作功結構和葉輪式作功機構。實施例18如圖21所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例6的區(qū)別在于壓氣機2設為輸出中壓壓縮氣體和高壓壓縮氣體的雙出口壓氣機2000，所述雙出口壓氣機2000的高壓壓縮氣體出口 2001經混合式降溫器4與爆排發(fā)動機3的燃燒室充氣口 301連通，在爆排發(fā)動機3上設中壓燃燒室充氣口 3301，雙出口壓氣機2000的中壓壓縮氣體出口 2002與中壓燃燒室充氣口 3301連通，經所述高壓壓縮氣體出口 2001充入所述燃燒室300的高壓壓縮氣體與燃料發(fā)生燃燒化學反應對外膨脹作功，在膨脹作功過程中，當氣缸內的工質壓力小于所述中壓壓縮氣體的壓力時，所述中壓壓縮氣體經所述中壓燃燒室充氣口 3301充入所述氣缸，再一次提高氣缸內工質的壓力，進而提高所述爆排發(fā)動機3的作功能力。實施例19如圖22所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例18的區(qū)別在于所述壓氣機
332設為輸出中壓壓縮氣體和高壓壓縮氣體的雙出口壓氣機2000，所述雙出口壓氣機2000的高壓壓縮氣體出口 2001經降溫熱交換器402與爆排發(fā)動機3的燃燒室充氣口 301連通，在爆排發(fā)動機3上設中壓燃燒室充氣口 3301，雙出口壓氣機2000的中壓壓縮氣體出口 2002 經降溫熱交換器402加熱后與中壓燃燒室充氣口 3301連通，用溫度較低、密度較低的中壓壓縮氣體冷卻溫度較高、密度較高的高壓壓縮氣體，系統(tǒng)內的熱量沒有損失，但進入所述爆排發(fā)動機3的總的氣體的量增加了，提高了所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機的作功能力和效率。實施例20如圖23所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例18的區(qū)別在于所述壓氣機2設為輸出中壓壓縮氣體和高壓壓縮氣體的雙出口壓氣機2000，所述雙出口壓氣機2000 的中壓壓縮氣體出口 2002經低品質熱源熱交換器加熱后與中壓燃燒室充氣口 3301連通， 所述低品質熱源熱交換器設為爆排發(fā)動機3的燃燒室壁上的中壓壓縮氣體吸熱通道332， 爆排發(fā)動機3的燃燒室壁上的中壓壓縮氣體吸熱通道332作為熱源為中壓壓縮氣體提供熱量，以提高所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機的熱效率，所述爆排發(fā)動機3經通斷器32對所述雙出口壓氣機2000輸出動力。實施例21如圖M所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例6的區(qū)別在于所述活塞式壓氣機202設為葉輪式壓氣機201，且所述葉輪式壓氣機201的壓縮氣體出口處的承壓能力為lOMPa，大于傳統(tǒng)葉輪式壓氣機的壓縮氣體出口處的氣體壓力；所述散熱器401設為混合式降溫器4 ；所述爆排發(fā)動機3設為透平式爆排發(fā)動機，所述爆排發(fā)動機3對所述葉輪式壓氣機201輸出動力，調整所述葉輪式壓氣機201的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口 301的進氣體積流量的比值使壓縮氣體出口處的氣體壓力達到lOMPa。除該實施例外，還可以將所述葉輪式壓氣機201的壓縮氣體出口處的承壓能力設為 2. 5MPa、3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、 8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、10. 5MPa,lIMPaU 1. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、 14MPa、14. 5MPa、15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、 19. 5MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa 或 60MPa，通過調整所述葉輪式壓氣機201的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口 301的進氣體積流量的比值大于 18、20、22、M、26J8、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48 或 50 以實現壓縮氣體出口處的氣體壓力分別達到上述承壓能力限值。實施例22如圖25所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其與實施例8的區(qū)別在于在所述爆排發(fā)動機3的排氣道302上設膨脹劑液化器3333，所述膨脹劑液化器3333的液體出口與所述膨脹劑源333連通，實現所述膨脹劑的循環(huán)使用。實施例23如圖31所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括壓氣機2和短壓程充氣發(fā)動機31， 所述壓氣機2的氣體入口設為低壓含氧氣體入口，所述低壓含氧氣體入口與低壓含氧氣源 1連通，所述壓氣機2的壓縮氣體出口與所述短壓程充氣發(fā)動機31的燃燒室300的燃燒室充氣口 301連通，在所述燃燒室300上設排氣道302，所述壓氣機2和所述短壓程充氣發(fā)動
34機31之間無正時關系，所述短壓程充氣發(fā)動機31對所述壓氣機2輸出動力，所述壓氣機2 的壓縮氣體出口處的承壓能力為IMPa，所述燃燒室300的承壓能力為2. 5MPa，所述短壓程充氣發(fā)動機31在壓縮沖程中容積減小的絕對量小于膨脹作功沖程中容積增加絕對量的十分之九，其中，所述短壓程充氣發(fā)動機31的進氣門設在距其活塞下止點向上三分之二行程處的氣缸套的側壁上，其排氣門設置在氣缸蓋上。選擇性地，所述壓氣機2可設為葉輪式壓氣機201或活塞式壓氣機202 ；所述短壓程充氣發(fā)動機31的進氣門也可設在距其活塞下止點向上至少三分之二行程處的氣缸套的側壁上。除該實施例外，還可以將所述壓氣機2的壓縮氣體出口處的承壓能力設為 1. 5MPa、2MPa、2. 5MPa、3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、 7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、 13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa或15MPa ；還可以將所述燃燒室300的承壓能力設為 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、 9. 5MPa、10MPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14.5MPa 或 15MPa。具體實施時，為了讓所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機更高效環(huán)保工作，調整即將開始作功的氣體工質的壓力到15MPa以上，調整即將開始作功的氣體工質的溫度到2700K以下，例如調整即將開始作功的氣體工質的壓力為20MPa，并且溫度為1500K，使即將開始做功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關系，和/或在所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機處于穩(wěn)定工況下，調整所述壓氣機2的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口 301的進氣體積流量的比值以實現所述壓氣機的氣體出口處的壓縮氣體的壓力達到其承壓能力限值，所述比值大于傳統(tǒng)發(fā)動機的壓縮比，實現了充入所述短壓程充氣發(fā)動機31的燃燒室的氣體壓力大于傳統(tǒng)發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力的狀態(tài)。實施例24如圖32所示的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括低壓無氧氣源101、壓氣機2、短壓程充氣發(fā)動機31和高壓氧源116，所述壓氣機2的氣體入口設為低壓無氧氣體入口，所述低壓無氧氣體入口與低壓無氧氣源101連通，所述壓氣機2的壓縮氣體出口與所述短壓程充氣發(fā)動機31的燃燒室300的燃燒室充氣口 301連通，在所述燃燒室300上設排氣道302， 所述壓氣機2和所述短壓程充氣發(fā)動機31之間無正時關系，所述短壓程充氣發(fā)動機31對所述壓氣機2輸出動力，在所述壓氣機2的壓縮氣體出口處設高壓氧化劑導入口 110，所述高壓氧源116經氧化劑控制閥115與所述高壓氧化劑導入口 110連通；所述壓氣機2的壓縮氣體出口處的承壓能力為IMPa，所述燃燒室300的承壓能力為2. 5MPa，所述短壓程充氣發(fā)動機31在壓縮沖程中容積減小的絕對量小于膨脹作功沖程中容積增加絕對量的二分之一，其中，所述短壓程充氣發(fā)動機31的進氣門和排氣門均設在其氣缸蓋上，通過控制其進氣門和排氣門的開啟和關閉時間，當排氣沖程進行到一半時，打開進氣門進行掃氣(進氣道內具有一定的氣體壓力)，然后將進氣門和排氣門同時關閉，進入壓縮過程，從而實現壓縮沖程的行程小于其膨脹做功沖程的行程。選擇性地，所述壓氣機2可設為葉輪式壓氣機201或活塞式壓氣機202。除該實施例外，還可以將所述壓氣機2的壓縮氣體出口處的承壓能力設為CN 202215347 U
說明書
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1. 5MPa、2MPa、2. 5MPa、3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、 7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、 13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa或15MPa ；還可以將所述燃燒室300的承壓能力設為 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、 9. 5MPa、10MPa、10. 5MPa、llMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14.5MPa 或 15MPa。具體實施時，為了讓所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機更高效環(huán)保工作，調整即將開始作功的氣體工質的壓力到15MPa以上，調整即將開始作功的氣體工質的溫度到2700K以下，例如調整即將開始作功的氣體工質的壓力為15MPa，并且溫度為1200K，使即將開始做功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關系；和/或在所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機處于穩(wěn)定工況下，調整所述壓氣機2的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口 301的進氣體積流量的比值以實現所述壓氣機的氣體出口處的壓縮氣體的壓力達到其承壓能力限值，所述比值大于傳統(tǒng)發(fā)動機的壓縮比，實現了充入所述短壓程充氣發(fā)動機31的燃燒室的氣體壓力大于傳統(tǒng)發(fā)動機壓縮沖程完了時的氣體壓力的狀態(tài)；還可以在所述壓氣機2的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室300上和/或在所述壓氣機2的壓縮氣體出口和所述燃燒室300之間的連通通道上設高壓氧化劑導入口 110，以實現所述氧化劑與燃料的充分混合提高燃燒效率，進而提高發(fā)動機的效率。顯然，本實用新型不限于以上實施例，根據本領域的公知技術和本實用新型所公開的技術方案，可以推導出或聯想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應認為是本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括壓氣機(2)和爆排發(fā)動機(3)，其特征在于所述壓氣機(2)的氣體入口設為低壓含氧氣體入口，所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口與所述爆排發(fā)動機(3 )的燃燒室(300 )的燃燒室充氣口( 301)連通，所述壓氣機(2 )的壓縮氣體出口處的承壓能力大于IMPa，所述壓氣機(2)和所述爆排發(fā)動機(3)之間無正時關系。
2.一種低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括壓氣機(2)、爆排發(fā)動機(3)和高壓氧源(116)， 其特征在于所述壓氣機(2 )的氣體入口設為低壓無氧氣體入口，所述壓氣機(2 )的壓縮氣體出口與所述爆排發(fā)動機(3 )的燃燒室(300 )的燃燒室充氣口( 301)連通，所述壓氣機(2 ) 的壓縮氣體出口處的承壓能力大于IMPa，所述壓氣機(2)和所述爆排發(fā)動機(3)之間無正時關系，在所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室(300)上和/或在所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口和所述燃燒室(300)之間的連通通道上設高壓氧化劑導入口 (110)，所述高壓氧源(116)與所述高壓氧化劑導入口( 110)連通。
3.一種低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括壓氣機(2)和短壓程充氣發(fā)動機(31)，其特征在于所述壓氣機(2)的氣體入口設為低壓含氧氣體入口，所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口與所述短壓程充氣發(fā)動機(31)的燃燒室(300 )的燃燒室充氣口( 301)連通，所述壓氣機(2 ) 的壓縮氣體出口處的承壓能力大于IMPa，所述壓氣機(2)和所述短壓程充氣發(fā)動機(31)之間無正時關系。
4.一種低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括壓氣機(2)、短壓程充氣發(fā)動機(31)和高壓氧源(116)，其特征在于所述壓氣機(2)的氣體入口設為低壓無氧氣體入口，所述壓氣機(2) 的壓縮氣體出口與所述短壓程充氣發(fā)動機(31)的燃燒室(300)的燃燒室充氣口(301)連通，所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口處的承壓能力大于IMPa，所述壓氣機(2)和所述短壓程充氣發(fā)動機(31)之間無正時關系，在所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室(300)上和/或在所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口和所述燃燒室(300)之間的連通通道上設高壓氧化劑導入口( 110)，所述高壓氧源(116)與所述高壓氧化劑導入口( 110)連通。
5.根據權利要求1或2所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述爆排發(fā)動機 (3)設為活塞式爆排發(fā)動機或葉輪式爆排發(fā)動機。
6.根據權利要求1或2所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括通斷器(32)，所述爆排發(fā)動機(3)經所述通斷器(32)對所述壓氣機 (2)輸出動力。
7.根據權利要求1或2所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于在所述壓氣機(2) 和所述爆排發(fā)動機(3)之間的氣體流連通通道上設氣體儲罐(23)，所述爆排發(fā)動機(3)經第一離合器(222333 )與所述壓氣機(2 )連接，所述爆排發(fā)動機(3 )經第二離合器(222444 ) 與車輛(9 )連接，所述壓氣機(2 )經第三離合器(333444 )與所述車輛(9 )連接；所述第一離合器(222333)、所述第二離合器(222444)和所述第三離合器(333444)經控制裝置協(xié)調工作。
8.根據權利要求1或2所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于一個所述燃燒室 (300)與兩個或兩個以上作功機構連接。
9.根據權利要求1或2所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述燃燒室(300) 設為連續(xù)燃燒室(30)，所述爆排發(fā)動機(3)的作功機構設為活塞式作功機構(35)，在所述連續(xù)燃燒室(30)和所述活塞式作功機構(35)之間設控制閥(38)將所述連續(xù)燃燒室(30)內的工質按正時關系導入所述活塞式作功機構(35)。
10.根據權利要求1或2所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述壓氣機(2) 和所述爆排發(fā)動機(3)同時或單獨設為絕熱式機構。
11.根據權利要求1或3所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括不凝氣回流管(123)、二氧化碳液化器(335)和低壓純氧源(111)，所述二氧化碳液化器(335 )設在排氣道(302 )上，所述低壓純氧源(111)與所述壓氣機(2 )連通，所述不凝氣回流管(123)連通所述二氧化碳液化器(335)的不凝氣出口和所述壓氣機 (2 )的氣體入口，所述壓氣機(2 )、所述燃燒室(300 )和所述二氧化碳液化器(335 )構成不凝氣循環(huán)流動閉合通道。
12.根據權利要求1、2、3或4所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括膨脹劑源(333)，在所述壓氣機(2)上和/或在所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室(300)上和/或在所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口和所述燃燒室(300 )之間的連通通道上設膨脹劑入口( 4031)，所述膨脹劑源(333 )與所述膨脹劑入口(4031)連通。
13.根據權利要求1、2、3或4所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括排熱器(4444 )，所述排熱器(4444 )設在所述壓氣機(2 )的氣體入口處，和/或所述排熱器(4444)設在所述壓氣機(2)上，和/或所述排熱器(4444)設在所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口處，和/或所述排熱器(4444)設在所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口和所述燃燒室(300)之間的連通通道上。
14.根據權利要求1、2、3或4所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括混合式降溫器(4)，所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口經所述混合式降溫器(4)與所述燃燒室充氣口(301)連通；所述混合式降溫器(4)與膨脹劑源(333)連ο
15.根據權利要求1、2、3或4所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于在所述壓氣機(2 )的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室(300 )上和/或在所述壓氣機(2 )的壓縮氣體出口和所述燃燒室(300)之間的連通通道上設燃料導入口(405)，所述燃料導入口(405) 經燃料控制機構(408)與燃料源連通。
16.根據權利要求1、2、3或4所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于在所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口和所述燃燒室充氣口(301)之間的氣體流上設氣體儲罐(23)。
17.根據權利要求1、2、3或4所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括熱摩可調燃料儲罐(66)，在所述壓氣機(2)上和/或在所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口處和/或在所述燃燒室(300)上和/或在所述壓氣機(2)的壓縮氣體出口和所述燃燒室(300)之間的連通通道上設熱摩可調燃料導入口(67)，所述熱摩可調燃料導入口(67)經控制機構(68)與所述熱摩可調燃料儲罐(66)連通。
18.根據權利要求1、2、3或4所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述壓氣機 (2)設為活塞式壓氣機(202)或葉輪式壓氣機(201)。
19.根據權利要求3或4所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述燃燒室 (300)的承壓能力大于2. 5MPa。
20.根據權利要求3或4所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述短壓程充氣發(fā)動機(31)在壓縮沖程中容積減小的絕對量和在膨脹作功沖程中容積增加絕對量的比值小于0. 9。
21.根據權利要求3或4所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括通斷器(32)，所述短壓程充氣發(fā)動機(31)經所述通斷器(32)對所述壓氣機(2)輸出動力。
22.根據權利要求18所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述葉輪式壓氣機 (201)的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口(301)的進氣體積流量的比值大于 18 ；所述活塞式壓氣機(202)的氣體入口的進氣體積流量與所述燃燒室充氣口(301)的進氣體積流量的比值大于22。
23.根據權利要求2或4所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機還包括不凝氣回流管(123)、二氧化碳液化器(335)和不凝氣儲罐(119)，所述二氧化碳液化器(335 )設在排氣道(302 )上，所述壓氣機(2 )的低壓無氧氣體入口與不凝氣儲罐(119)連通，所述不凝氣回流管(123)連通所述二氧化碳液化器(335)的不凝氣出口和所述不凝氣儲罐(119)，所述壓氣機(2)、所述燃燒室(300)、所述二氧化碳液化器(335) 和所述不凝氣儲罐(119)構成不凝氣循環(huán)流動閉合通道。
24.根據權利要求12所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述膨脹劑源(333) 中的膨脹劑設為氣體液化物。
25.根據權利要求12所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于所述膨脹劑源(333) 與膨脹劑液化器(3333 )的液體出口連通，所述膨脹劑液化器(3333 )設在排氣道(302 )上。
26.根據權利要求14所述低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，其特征在于，所述混合式降溫器 (4)與所述膨脹劑源(333)之間設低品質熱源熱交換器。
專利摘要本實用新型公開了一種低熵混燃充氣爆排發(fā)動機，包括壓氣機和爆排發(fā)動機，所述壓氣機的氣體入口設為低壓含氧氣體入口，所述壓氣機的壓縮氣體出口與所述爆排發(fā)動機的燃燒室的燃燒室充氣口連通，所述壓氣機的壓縮氣體出口處的承壓能力大于1MPa，所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機之間無正時關系。本實用新型所公開的低熵混燃充氣爆排發(fā)動機實現了高效、低排放的目的，具有負荷響應好的特點，大大提高了發(fā)動機的環(huán)保性和節(jié)能性。
文檔編號F02B33/02GK202215347SQ20112034207
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權日2010年9月13日
發(fā)明者靳北彪 申請人:靳北彪