優化熱能反饋內燃機及其應用的製作方法

2023-06-03 01:55:51

專利名稱：優化熱能反饋內燃機及其應用的製作方法
優化熱能反饋內燃機及其應用發明領域內燃機應用領域交通運輸設備，包括飛機，汽車，鐵路機車和車箱，船舶。有關機器及應用尚無與優化熱能反饋內燃機有關的內燃機。尚無使用優化熱能反饋內燃機作為動力的交通運輸工具。
背景技術：
傳統內燃機的工作程序是一個世紀前發明的，它的主要特徵是其運動機械構件介入了傳統內燃機的工作程序。上述運動機械構件在傳統的往復式內燃機中為活塞和曲軸， 而在飛機使用的噴氣發動機中則為渦輪和軸。令人驚訝的是當前使用的傳統內燃機依舊沿用著一個世紀前發明的工作程序而無顯著變化。這個古老的工作程序依舊佔領著當前的交通運輸工具領域。古老的傳統內燃機的工作程序具有與生俱來的兩個缺點第一個缺點，根據本專利發展的合理的整體熱效率標準而言，傳統內燃機的整體熱效率非常低。顯然，極低的熱效率意味著燃料過度浪費及造成對環境更多的汙染。另一個缺點是傳統內燃機有一個龐大的運動機械機構，如圖8A中的801或圖8B 中的807所示，這些運動機械機構成為整機的主要構件。這樣予人一種錯覺認為，傳統內燃機中的活塞和曲軸，或者噴氣發動機中的渦輪和軸是該機器的動力源。事實是，內燃機的動力來自載有熱能的燃燒產物。本項專利發明提供的方法論證明，內燃機燃燒的本質是其本身能發出最大的動力輸出而不需要外來機械構件的介入。相反，外來機械構件的介入反而消耗了燃燒產物產生的動力，並限制了燃燒產物所能產生的動力輸出。在過去一個世紀內， 內燃機製造的主要投資在精製上述的機械構件及附件，這過份地消耗了自然資源和人力資源。傳統內燃機其它缺點的深入討論將見於W041]。優化熱能反饋內燃機(以下簡稱為 OFHE內燃機)是一種內燃機組，這從下面的OFHE內燃機簡介中可以了解。使用傳統內燃機的早期交通工具尚未對其缺點有足夠重視。而現在上述缺點就顯得非常明顯，甚至不能被接受。傳統內燃機已限制了交通工具的改良和發展。本專利提供的OFHE內燃機，其工作程序將充分發揮燃料的潛在熱能並將其載於燃燒產物流上。OFHE內燃機的工作程序將排除傳統內燃機與生俱來的缺點，這種傳統內燃機包括傳統的往復式發動機和由上述發動機所延伸出來的飛機用的渦輪發動機。報導顯示，很多人試著用傳統內燃機來改進當前的運輸工具的性能。此種努力顯然是徒勞而無收穫的。這是由於傳統內燃機本身的缺點非常低的整機熱效率，非常高的重量和輸出動力比，這是由於動力生成部分和動力輸出部分由笨重的機械機構捆綁在一起了。

發明內容
本文提出了 OFHE內燃機整體結構的綜合性邏輯分析。在本文中，優化熱能反饋內燃機的整機分為二大部分，每一部分按照其在整機工作程序中所承擔的任務分為主動部分和從動部分。整機的主動部分包含了整機中直接參與產生載於燃燒產物上的TPHm的部分。從動部分則包含了整機中消耗TPHm並將TPHm轉化成OFHE內燃機的動力輸出的部分。如前所述，TPH為潛熱流的縮寫。下註腳m表示燃燒生成物載有的TPHm。同樣，TPHa表示新鮮空氣載有的TPHa。TPH為載於流體的實質性熱能流。TPH具有三個參數即溫度t，壓力p，及速度V。 這些參數與TPH所載流體的參數相同。載有TPH的流體就具有產生動力的能力。在內燃機的工作程序中，只有燃燒過程才能產生並提高TPHm的水平並將它載於燃燒產物上。本文分析了整機的主動部分，並提出了二項主動部分的工作程序的方法論。在本文中，第一種方法論提供了^WCax，TT^Cax在內燃機的發展中具有以下幾個方面的重要作用1)對每一種內燃機使用的燃料，都有一個WHr，WMr可以在實驗室中模擬主動部份的工作程序而測定。2)提供的任何內燃機整體的合理熱效率應以整機輸出動力與^^^「之比。3)第一種方法論提供了 OFHE內燃機性能改進的方向。在本文中，第二方法論提供了 OFHE內燃機的主動部分的優化TPHm反饋控制系統。在本文中提出的二個方法論奠定了設計和製造OFHE內燃機的基礎。在本文中提出了 OFHE內燃機主動部分的優化TPHm反饋控制系統的詳細步驟以及相對應的使用現代技術來實現的方法。在本文中分析了 OFHE內燃機主動部分的工作程序。OFHE內燃機的主動部分沒有像汽油發動機和柴油發動機那樣有活塞和曲軸，也沒有飛機渦輪發動機所有的渦輪和軸。 OFHE內燃機的從動部分有三種動力輸出形式可供選擇，第一種為噴氣式動力輸出。噴氣動力輸出的三個參數P，ν, t系由主動部分的TPii反饋控制系統所控制。從動部分輸出動力的第二種形式為電力。一個渦輪發電機聯接在噴氣動力輸出上使它產生電力。從動部分的第三種動力輸出形式為上述二種動力輸出形式的混合。在本文中提出了 OFHE內燃機的整體工作程序為其主動部分和從動部分工作程序的綜合。主動部分和從動部分的分析詳見W034]-
，OFHE內燃機整機的性能亦為上述二部分的組合。OFHE內燃機的整機設計和製造，亦為上述二部分的設計和製造的組合。本文提出了 OFHE內燃機整機的主動部分和從動部分是由一個軟性通道聯接的。 在軟性通道中沒有像傳統內燃機那樣的運動機械構件。OFHE內燃機的這種特點消除了用傳統內燃機作為動力的的交通工具在改進設計上造成的障礙。OFHE內燃機的上述優點將使得以其作為動力的交通工具，在設計和改進上推進了一大步。在本文中提出了 OFHE內燃機在交通工具上的應用。OFHE內燃機在交通工具上的應用是基於OFHE內燃機的以下優點-OFHE內燃機沒有像圖8A中801，或圖8B中807的傳統內燃機的運動機械機構參與內燃機的工作程序；-OFHE內燃機的整機熱效率較傳統內燃機有極大的提高；-OFHE內燃機的重量/輸出動力比較傳統內燃機有極大的降低_在0 冊內燃機的二個部分中，主動部分產生動力，從動部分產生動力輸出。主動部分和從動部分間沒有剛性的機械結構聯接，從而使得使用OFHE內燃機的交通工具，可以將上述二部分分別安置在交通工具上的合適位置。_0FHE內燃機具有三種可供選擇的動力輸出形式噴氣式動力輸出，電力動力輸出，或上述二種動力輸出形式的混合。本文提供了 OFHE內燃機在所有交通工具上的應用及其可能改進的效果。本文說明了為充分發揮OFHE內燃機在交通工具使用上的優點，與之相配套的使用這類交通工具的場地(如機場，道路等)必須對相應的基礎建設進行技術改進。用本文提供的OFHE內燃機作為動力的交通工具，較用傳統內燃機作為動力的交通工具在相同動力輸出時，產生較少的二氧化碳和其他有害氣體。


在以下的說明書中，參考以下的這些圖可便於理解，這些圖是圖1簡示了 OFHE內燃機整機分為二大部分，圖2為主動部分的開放流程圖。圖3為主動部分的理想TPHm反饋控制系統示意圖。圖4為主動部分的優化TPHm反饋控制系統的示意圖。圖第5A-5C為三種不同的主動部分TPHm反饋控制系統的示意圖。圖6A和圖6B為OFHE內燃機的從動部分102的工作程序示意圖。圖7A和圖7B為OFHE整機的工作程序示意圖。圖8A和圖8B為傳統內燃機的工作程序示意圖。圖9為OFHE內燃機裝在交通工具上的布置示意圖。
具體實施例方式優化熱能反饋內燃機及其應用。為了說明本專利，本文採用了邏輯分析和綜合的步驟。優化熱能反饋內燃機的整機根據其工作程序可分為兩部分主動部分和從動部分。主動部分為整機中直接參加由燃料和空氣燃燒所產生的潛熱流TP!i，並載於載體燃燒產物上的部分。從動部分則是整機中利用潛熱流TPHm並轉換成內燃機的輸出動力的部分。
-W038]為主動部分的分析。
為OFHE內燃機從動部分的分析。W040]為OFHE內燃機的二個部分的綜合。TPH為流體的潛熱能流的縮寫，在TPHm的下註腳m表示潛熱能流載於燃燒產物上。 同樣TPHa STPH載於空氣上。TPH為載於流體上的實質性熱能流。TPH具有三個參數溫度t，壓力p，和速度V， 這些參數與所載流體的參數相同。這樣就形成了流體的潛熱能流。在OFHE內燃機的工作程序中，只有燃燒過程能產生和提高TPHm的水平，並將它載於燃燒產物上。圖1表示OFHE內燃機整機分為二部分在簡圖中101為主動部分，102為從動部分，103為輸入主動部分的燃料流，104為輸入主動部分的空氣流，105為主動部分所產生和提高水平後並載於燃燒產物上的TPHm。106為從動部分的動力輸出。主動部分的工作程序。在燃料流和空氣流輸入主動部分的燃燒室並點火後，燃料和空氣進行燃燒。燃料潛在的熱能開始釋放TPii並載於燃燒產物上。主動部分工作程序具有二個動態系統燃燒動態系統和熱工動態系統。燃燒動態系統產生TPHm，熱工動態系統則攜帶載於燃燒產物上的 TPHm。圖2為圖1中主動部分101的開放式(即無反饋)的工作程序流程。可以看到燃燒動態系統201能產生TPHm105，但不能儲存TPHm105，而熱工系統202能負載TPHm105，但不能產生TPHm105。但是，即使蘊藏在燃料內的熱量在燃燒過程中完全釋放出來，也不能在主動部分的開放式燃燒動態系統中產生足夠高的TPHm而使它在從動部分產生實際工程應用所需的足夠動力。人為的將TPHm反饋到新鮮空氣從而增強燃燒動態系統的燃燒強度是唯一能使主動部分提高TPHm水平的方法。主動部分使參加燃燒過程的燃料的潛熱能釋放出來成為有效熱能TPHm105，主動部分的有效程度取決於燃燒動態系統和熱工動態系統的相互合作，燃燒動態系統201產生 TPHJ05並載於燃燒產物上，熱工動態系統202將載有TPHm105的燃燒產物傳輸到從動部分並將TPHm105轉換為輸出動力106。圖3所示為主動部分中理想的TPHm反饋控制系統。燃燒動態系統產生的TPHm達到最高值301，並由熱工動態系統反饋到空氣流將提高後的TPHa供給燃燒動態系統。圖3 中虛線部分顯示主動部分沒有這種反饋控制，其產生的TPHm105的水平遠低於TPHm301。由發動機燃燒過程201產生的潛熱能流TPHm105的水平取決於燃燒的劇烈程度， 即釋放燃料潛熱能的速度，而不是決定於燃料是否釋放了全部熱能。將TPHm105反饋到燃燒過程，為增強燃料釋放潛熱能的速度，從而提高TPHm105的水平。本專利提出了兩個方法論作為設計和製造OFHE內燃機的基礎第一方法論第一方法論提供如何產生最大潛熱能TPHfTx如下最大潛熱能MHrx 31在燃燒動態系統201中產生，同時也僅當熱工動態系統 202將TPHm105反饋給燃燒動態系統時沒有任何TPHm105的損失的條件下才能實現。第一方法論可以作如下解釋由熱工動態系統反饋的TPHm105增強了某一特定燃料在燃燒過程中的劇烈程度並使其達到極限(最高值)，在此後任何熱工動態系統都無法增強燃燒的劇烈程度，僅當此時才是燃燒動力系統201所能產生I^Cax 301的狀態。另一方面，熱工動態系統202不可能攜帶和反饋高於在燃燒動態系統201中所能產生的TPHm到燃燒動態系統201去。如第一方法論所言，只有在熱工動態系統202反饋到燃燒系統201的TPHm105沒有任何損失的條件下，這兩個動態系統201和202維持在 77^r301的狀態才能實現。
第一方法論可以用實驗得到證明。燃料的可以用物理方法測定。第一方法論提供的3G1對發展OFHE內燃機的重要性如下ι)第一方法論指出，在相匹配的燃料/空氣比時，燃燒動態系統產生的:ΓΡ//Γ與 OFHE內燃機所用的燃料有關，對任何用於OFHE內燃機的燃料，:rP/C"可以在實驗室中通過模擬OFHE內燃機的主動部分工作程序來測定。2)第一方法論指出，內燃機合理的整機熱效率的判定標準應為
T7D TJ max
η=內燃機的動力輸出，301這是設計OFHE內燃機的主要指導原則。迄今為止，所有有關傳統內燃機的教科書均過高地估計了傳統內燃機的熱效率。 按照上述合理的整機熱效率標準，傳統內燃機的整機熱效率極為低下。3)第一方法論指出，傳統內燃機的運動機構對傳統內燃機工作程序的介入是造成傳統內燃機整機熱效率極為低下的主要原因，說明如下a)反饋到燃燒動態系統的TPHm經過兩次降值第一次將TPHm轉化為機械動力，第二次又將此機械動力轉化成TPHm並反饋到燃燒動態系統。b)傳統內燃機的燃燒動態系統經常運行在低於該燃燒動態系統所產生的TPii水平的狀態下。c)由於上述的機械運動構件對傳統內燃機工作程序的介入，使傳統內燃機的燃燒動態系統對用於傳統內燃機的任何燃料，其所能產生的TPHm大大低於:TPZfiT。傳統內燃機的上述缺點，不能在現有傳統內燃機的框架下得到改正。內燃機的標準教科書是對傳統內燃機的說明.其中沒有:TP//"的概念。一個世紀前傳統內燃機的發明人可能還不知道內燃機的工作程序中，必須有控制TPHm的反饋。但是當時的發明人無意識地將機器中的機械機構用來作為TPHm的反饋過程。但是運動機械結構參與反饋過程違反了上述方法論中產生ΤΡ/ Γ1的原則。因為上述機械構件將消耗已產生的TPHm並限制了燃燒動態系統產生的TPHm達到最高值。這是傳統內燃機的嚴重缺陷。傳統內燃機的缺點在以後的W041]中作進一步討論。 事實上，OFHE內燃機的TPHm反饋控制系統不可能沒有TPHm的損耗。OFHE內燃機所能達到的TPHn^K平經優化後，較當前所有可比較的用於運輸工具的傳統內燃機為高。OFHE 內燃機的優化TPHm反饋控制系統及第二方法論的技術實現，將在W037]中展開論述。第二方法論主動部分的TPHm反饋控制系統以及主動部分的優化TPHm反饋。OFHE內燃機的一項重要貢獻為發展了主動部分的優化TPHmK饋控制系統，並提出了將這一優化的TPHm反饋控制系統用現代技術來實現。一般的反饋控制系統是將能源以外的參數進行控制。而OFHE內燃機的反饋控制系統的任務在於既控制內燃機動態系統的能源參數，同時也控制該內燃機熱工動態系統的參數。第二方法論主動部分101的TPHm反饋系統是一個燃燒動態系統參加的燃燒過程。這個燃燒過程實現了 TPHm從燃燒產物上解載並將其加載在新鮮空氣TPHa。優化TPHm的反饋過程將提高燃燒動態系統產生TPHm的水平，使其接近ΓΡ/ Γ1。這一 TPHm的反饋過程能夠自行完成， 而不須外界的運動機械結構的介入，這種運動機械結構對往復式內燃機而言為如圖8Α中的801，或者如噴氣發動機中的轉子和軸，如圖8Β中的807。上述的TPHm從燃燒產物介質上解載，並加載到新鮮空氣上，這一過程是由燃燒動態系統中的燃燒產物和新鮮空氣之間產生的脈衝波來完成。圖4為主動部分101的優化TPHm反饋控制系統示意圖。此示意圖可用於反饋系統的設計及製造的參考。其工作程序解釋如下1)在主動部分中，燃料流103及空氣流104分別由燃料泵401及空氣泵402從燃料源403及空氣源404各自獨立地輸入燃燒室。輸入的燃料和空氣由調節器單獨調節。2)燃料流103及空氣流104輸入燃燒室405後，點火塞415產生火花並開始燃燒。 因為主動部分的工作程序為單向流，故一次點火燃燒開始後，除非另一次新的啟動，就不需反覆地再次點火。3)燃燒室中的動態系統201產生TPHm506並載於燃燒產物上，通過管道406送入從動部分轉化為動力輸出。上述的通道406可刻在主動部分101的固定座407上。4)閥門V1408用於引導載有TPHm506的燃燒產物通過反饋通道410反饋到燃燒產物的脈衝形成通道409。燃燒產物的脈衝形成通道409及反饋通道410均可刻在主動部分 101的固定座407上。以上燃燒產物脈衝通道的捲曲數及捲曲形式根據燃燒室產生的燃燒產物的體積而定。5)燃燒產物的脈衝的形式因此而得到定形。6)閥門VMll是為了引導在反饋通道410中的部分TPHm506能射進脈衝通道的最後一個脈谷，TPHm506的噴氣是用於調節最後一個脈衝通道的前沿壓力P2。7)類似的空氣脈衝的形成通道412置於TPHm調製器414的另一面。8)獨立可調節的空氣輸入到空氣脈衝的形成通道412 (如上述工作流程6所示)， 並在其中產生一個固定形式的空氣脈衝(如上述工作流程5中的燃燒產物TPHm506的脈衝形式)。但是該過程並不需要用如上述工作流程4中的閥門VI。9)類似於上述工作流程6，閥門V3413引導空氣射進最後一個脈衝通道的脈谷，以調節最後一個空氣脈衝的前沿壓力P1。10)在上述工作流程6中的TPHm506的燃燒產物脈衝以及空氣脈衝412，由同步器引導到TPHm調製器414的兩側。同步器測檢空氣脈衝前沿及燃燒產物脈衝前沿的參數Pl 及P2，並用閥門V3及V2調節使參數Pl及P2的值相同(PI = P2)。11) 一個在TPHm506的燃燒產物脈衝以及空氣脈衝間的衝激波由TPHm調製器414 產生，這樣將燃燒產物上的熱能TPHm506解載，並加載在空氣上。12)解載後的燃燒產物經閥門V4(在圖上未示)排出。加載後的空氣則經閥門 V5(在圖上未示)送入燃燒室405。13)經過以上步驟，主動部分101的TPHmK饋過程完成，同樣的TPHm反饋過程重複不斷地進行。14)通道406，410，409及412可以用耐高溫的堅固材料做成，並插入主動部分的固定座407。在主動部分的TPHm反饋工作程序中，所有閥門，同步器的控制以及在TPii調製器中產生的燃燒產物脈衝和空氣脈衝間的衝激波的定時和協調均由電腦程式控制。主動部分的TPHm反饋工作程序均由TPHm自身的能量實現。沒有像汽油機和柴油機中的活塞和曲軸參與，也沒有像飛機所用的渦輪發動機中的渦輪和軸的參與。圖4下面是一個放大的附圖，顯示了脈衝形成的通道409及412是位於TP^1調製器414的兩個相對的方向上。必須指出，409及412彼此靠近TP^1調製器的兩側，但並不直接接觸TPHm調製器414。調製器414的底座脈衝形成通道409及412，連同閥門V4及V5形成一個空腔。在這空腔內使TPHm從燃燒產物上解載，並加載在空氣上。在燃燒產物解載並對空氣上加載程序之後，解載後的燃燒產物由開啟後的閥門V5中排出，加載後的高溫空氣由開啟後的閥門V4導入燃燒室405。所有以上步驟均為在啟動後的工作條件下的正常運作。啟動時須應用另外的設備啟動。必須指出圖4步驟僅為TPHm優化反饋控制的設計和製造的原則。具體細節須在最後的設計構造中確定。示意圖5A-5C比較了主動部分的三種不同的TPHm反饋控制系統。圖5A說明了機械運動構件(圖8A中的801或圖8B中的807)介入了主動部分的
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TPHm反饋控制系統的工作程序，其中7P//w505 ΤΡΗ- 301。圖5Β說明了用於主動部分的反饋控制系統的理想TPHm調製器。燃燒動態系統201 產生的 TPHm SWZCx30L圖5C說明了用於主動部分的反饋控制系統的實際TPHm調製器414。燃燒動態系統 201 產生的 TPHm 為:TP//W506<rp7^ax 301。圖6A及圖6B為OFHE內燃機從動部分102的工作程序示意圖。從圖中可以看到 OFHE內燃機沒有像傳統發動機中的機械結構那樣介入從動部分的工作程序。傳統發動機中的機械結構可以見圖8A中的801及圖8B中的807。OFHE內燃機的從動部分有三種輸出動力可供選擇第一種選擇如圖6A所示為噴氣動力輸出602。主動部分101的燃燒動態系統201 所產生的TPHm506是由熱工動態系統202引導至噴氣結構601，並產生噴氣動力輸出602，其中噴氣動力輸出的三個參數為；溫度t，壓力ρ和速度ν。這三個參數是由主動部分的TPHm 反饋系統所控制的，如圖4中所示。第二種選擇如圖6B所示，渦輪電力發生器603接在噴氣動力輸出602上而產生電力604作為動力輸出。第三種選擇為噴氣動力輸出及電力輸出的混合輸出。OFHE內燃機的整機工作程序為其主動部分和從動部分工作程序的綜合。這些程序已在W034]-
中分析。OFHE內燃機的整機性能也就是主動部分和從動部分的組合。圖7A和圖7B為OFHE內燃機的整機工作程序組合的示意圖。燃料103及空氣流 104分別從燃料源403及空氣源404由燃料泵401和空氣泵402導入主動部分。主動部分的燃燒動態系統201所產生的TPHm506是由熱工動態系統202輸入到從動部分102的。一部分熱工動態系統202中的TPHm506是通過TPHm調製器而反饋到燃燒動態系統的。從動部分為一噴氣結構601。從動部分的動力輸出有三種選擇一種選擇為噴氣動力輸出602， 如圖7A所示。第二種選擇為電力輸出604，一個渦輪電力發生器603裝在噴氣動力輸出端 602，如圖7B所示。第三種選擇為噴氣動力輸出和電力輸出的混合。OFHE內燃機有以下特佔.1)0FHE內燃機的主動部分和從動部分之間沒有剛性連接。主動部分和從動部分各
有其工作程序。2) OFHE內燃機的特點是在主動部分有一個優化的TPHm反饋控制系統，其工作程序由自身的能量完成。3)OFHE內燃機的整機熱效率的優化是基於其主動部分有一個優化的TPHm反饋系統。4)OFHE內燃機有獨立的動力將燃料和空氣送入機體。傳統內燃機的缺點主動部分的特性及W036]和W037]所發展的兩個方法論可用於所有內燃機。傳統內燃機也可分成主動部分和從動部分。傳統內燃機的工作程序可用圖8A及圖8B表示。傳統內燃機的缺點是很明顯的1)圖8A為往復式內燃機的工作程序，即汽油和柴油發動機的工作程序。上述內燃機中具有活塞和曲軸的動態機械構件如圖8A的801所示。為了表示動力流形式的變換， 其活塞缸和曲軸機制均由虛線表示。值得注意的是當TPHm505進入運動部件801後，熱能流TPHm505轉換成機械動力802，此謂動力衝程。機械動力802又一次進入相同的運動部件 801並轉換成熱能流803，同時反饋到燃燒動態系統201，此謂壓縮衝程。由此可見，TPHm505 在傳統發動機的反饋中經歷了兩次降值，最後得到動力輸出806。用在飛機中的渦輪發動機的工作程序同傳統的往復式內燃機的工作程序是相同的。圖8B為噴氣發動機的工作程序示意圖，和圖8A—樣，其動態機械構件是渦輪和軸807， 它的動力輸出是噴氣動力808。其反饋TP&505同樣受到二次降值。無論是往復式內燃機和渦輪發動機，其動力生成的主動部分和動力輸出的從動部分均由剛性的運動機械構件捆綁在一起，如圖中虛線809所示。2)笨重的機械構件分別如圖8A中的801和圖8B中的807所示，從燃料和空氣的輸入直到動力輸出都捆綁在一起，如圖中虛線809所示。這些笨重和龐大的運動機械構件使反饋到燃燒動態系統去的TPHm大為減少，使得燃燒動態系統所能產生的TPHm下降從而大大低於。3)燃料和空氣輸入的機構和動力輸出的機構都共用了同一個驅動機構，亦即是活塞和曲軸，或渦輪和軸。動力的生產部分和動力的輸出部分都捆綁在一起，如虛線809所示。從而極大地限制了運輸工具的設計及其性能的充分發揮。4)在傳統內燃機的製造生產過程中，其主要工作為製造上述的活塞和曲軸或渦輪和軸。使用傳統內燃機作為動力的交通工具其維護費用也主要花費在上述的運動構件上。 而使用OFHE內燃機作動力的交通工具，其相應的製造工作量和維護費用將大為降低。圖9所示為安裝在運輸工具上的OFHE內燃機的示意圖。獨立的燃料輸入管103 和空氣輸入管104直接插入主動部分的固定座407。載有TPii的燃燒產物由軟性通道901作為主動部分的輸出動力安裝在主動部分的固定座上，這些固定座可安裝在運輸工具的有利部位上。噴氣輸出的裝置601安裝在可以垂直轉動的機構上，這個機構可以安裝在從動部分的固定座902上。從動部分的固定座和主動部分的固定座可以獨立地安裝在運輸工具的有利部位。載有噴氣輸出機構601的垂直轉動機構通過動力操控的連接構件用於協調和控制運輸工具的姿態(如飛機的起飛和降落時的姿態)。運輸工具的姿態和動力輸出方向之間的協調由電腦程式控制。主動部分和從動部分通過軟性通道輸送載有TPHm的燃燒產物。在上述軟性通道中沒有運動構件或其它剛性物體。上述的兩個固定座各自獨立地安裝在運輸工具上。圖9為安裝在運輸工具上的OFHE內燃機的示意圖。關於上述兩個固定座(主動部分的固定座407和從動部分的固定座90 的設計，以及噴氣動力輸出的垂直運動機構和運輸工具姿態的協調和控制，均為一般機械工程設計。主動部分的設計和製造由圖4所示的優化反饋系統來實現。OFHE內燃機與傳統內燃機的基本區別在於OFHE內燃機依賴閥門系統的運作，同步器及TPHm調製器來實現反饋。而傳統內燃機使用運動機械使TPHm反饋。傳統內燃機的缺點，前面已有論述，在W041]中更有其分析。OFHE內燃機的TPHm反饋控制系統中的閥門，同步器及TPHm調製器可以在詳細設計中重新安排。這些閥門，同步器及其附件可以是機械的，電器的，或者射流系統及其器件。在
中的工作流程14指出，所有閥門，同步器等均由電腦程式協調和控制以保證使衝激波在TPHm調製器產生，並使TPHm從燃燒產物上傳輸到空氣上使其參加燃燒過程。了？禮調製器為OFHE內燃機的重要組成部分。它的作用和工作原理已在W037]中闡述。這一部件包括TPHm調製器及其附件。TPHm調製器由細鋼線編成。在此內燃機的工作程序中，鋼絲網處於衝激波的高溫和高壓下，但鋼絲網的材料並不能承受長期的拉伸。現在市場供應的防腐蝕，耐高溫材料均可選用，但恐不能耐久。當今的材料技術有能力發展出適用於TPHm調製器的材料。TPHm調製器應安裝在OFHE內燃機上便於調換的部位，有如傳統內燃機的火花塞。TPHm調製器主件以外的附件是為了使TPHm從燃燒產物流上解載，並加載於空氣流上以參與到OFHE內燃機的燃燒系統，這已在W037]中說明。TPHm調製器的主要附件有同步器和射流閥門。射流系統的設計技術適用於了？禮調製器的附件設計。TPHm調製器及其附件以及OFHE內燃機的整機均在高溫下運轉，其溫度均較傳統內燃機為高。這是因為燃燒溫度和燃燒產物的溫度均較相應的傳統內燃機為高。新機器的應用。OFHE內燃機的主要特點有-新機器沒有像汽油機及柴油機那樣的活塞和曲軸，也沒有像用於飛機的噴氣內燃機那樣的渦輪和軸。-OFHE內燃機的整體熱效率較傳統內燃機的整體熱效率大為提高。-OFHE內燃機的重量/動力輸出比，較傳統內燃機的重量/動力輸出比大為降低。-OFHE內燃機整機分成兩個部分，一部分為產生動力的主動部分，一部分為輸出動力的從動部分。在這兩部分之間沒有剛性的連接。此舉可使運輸工具的設計者將動力生成部分和動力輸出部分分別安裝在運輸工具的有利部位。2)由OFHE內燃機作為動力的交通工具，將全面更新交通工具的運行性能，使其更安全和便利。3)由OFHE內燃機作為動力的新飛機其機翼可摺疊，機翼的尺寸也可改變。這樣在起飛，降落，或盤旋時可以幾乎垂直進行。在空中飛行時其速度將較傳統噴氣式飛機為快。 這是傳統形式的飛機無法比擬的。4)由OFHE內燃機作為動力的汽車可以安裝一個小機翼，可以使汽車上升，作為兩棲汽車使用，這是目前的汽車無法達到的。5)用OFHE內燃機作為動力的火車機車及車箱，將比現有火車的速度為高。並可設計成氣浮火車以代替現仍在運行的磁浮火車。氣浮火車較磁浮火車為安全。這是由傳統內燃機作為動力的火車不可能實現的。6)由OFHE內燃機作為動力的船舶，將有較佳的運行性能。7)由新一代內燃機作為動力的交通工具和用傳統內燃機作為動力的交通工具相比較，具有突出的運行性能。為了充分發揮這些性能，相應的場地必須配套以適應新型交通工具的運行，所有飛機場，公路，鐵路和車站，以及碼頭的基本設施必須改建。8) OFHE內燃機的構造簡單，可靠，且重量/輸出動力之比較低。所有與內燃機和交通工具相關的製造工業，將重新組合以進入持久發展的軌道。9)所有OFHE內燃機及其所驅動的交通工具與傳統內燃機及其驅動的交通工具比較，前者釋放較少的二氧化碳及其它有害氣體。所以OFHE內燃機符合清潔環境的要求。10)OFHE內燃機將開創一代新的交通工具和相關的製造工業。
權利要求
1.一種優化熱能反饋內燃機，其工作程序基於本專利發展的二項方法論，包括上述二項方法論的第一項方法論說明了上述內燃機的燃燒過程產生最大潛熱能流T^Cxcj第二項方法論說明了優化潛熱能流反饋，這使得上述內燃機產生比傳統內燃機更大的動力輸出。
2.如權利要求1所述的內燃機，其特徵在於，所述內燃機的整體結構包含兩個部分產生潛熱能流的主動部分，；將主動部分產生的潛熱能流轉化為動力輸出的從動部分，。
3.如權利要求2所述的內燃機，其特徵在於，所述主動部分包含二個相互合作的動態系統燃燒動態系統和熱工動態系統；其中燃燒動態系統產生潛熱能流TPHm，並將其載於燃燒產物上；熱工動態系統只攜帶和處理TPHm。其中TPH為載於流體上的潛熱能流的縮寫，並且具有三個參數溫度t、壓力ρ及速度v，這些參數均與所載TPH流體的參數在數值上相同；上述TPHm的下腳註表示TPH載於燃燒產物上，同樣TPHa的下註腳a表示TPH載於空氣上。
4.如權利要求3所述的內燃機，其特徵在於，發展了二項方法論作為權利要求1所述內燃機的設計和製造的基礎，所述第一項方法論包括「最大潛熱能流:TZjZCax只有在燃燒動態系統201中產生的TPIU05，在沒有任何損失的情況下全部反饋到燃燒動態系統201才能完成」；所述第二項方法論包括「主動部分101的TPHm反饋控制系統的優化，是將載在燃燒產物上的TPHm解載並加載在參與燃燒動力系統的新鮮空氣TPHa上。優化的TPHm反饋控制系統的工作程序將燃燒動態系統TPHm的水平提高，使其接近^WCax .「上述TPHm的反饋控制系統的工作程序由自身的能量完成，不需要如汽油機和柴油機中的活塞和曲軸(如圖8A的801)，也不需要象用於飛機的噴氣發動機中的轉子和軸(如圖8B 的 807)。上述的TPHm從燃燒產物上解載並在新鮮空氣上加載，是通過在燃燒動態系統中的燃燒產物和新鮮空氣之間產生一個衝激波來實現」。
5.如權利要求4所述的第一方法論，其特徵在於，所述第一方法論包含著以下方面的重要內容a.第一方法論說明了在正確的燃料/空氣比下，動態系統產生的WZZrt取決於OFHE內燃機所用的燃料，對任何一種燃料的77^Cax,可以在實驗室中模擬主動部分的工作過程而確定。b.第一方法論提供的內燃機合理的熱效率標準應為η=內燃機的動力輸出/77i77r^Ol之比這是設計上述要求1的內燃機的主要依據。
6.如權利要求4所述的第二方法論，其特徵在於，所述第二方法論如圖4所示。
7.如權利要求1所述的內燃機，其特徵在於，所述內燃機在交通工具上的安裝如圖9所示。
8.如權利要求1所述的內燃機，其特徵在於，所述內燃機包括三個結構系統燃燒室的輸入和輸出通道的結構；將TPHm反饋到燃燒室的控制系統；產生使TPHm從燃燒產物傳輸到新鮮空氣上的衝激波系統。
9.如權利要求8所述的內燃機，其特徵在於，提出了主動部分的輸入通道和輸出通道；燃燒室；與燃燒室相連的輸出通道；形成TPHm脈衝的通道和形成空氣脈衝的通道並將它們連接在燃燒室上；所有上述通道可以雕刻在圖9中固定座407的內部，或用耐高溫材料製成的上列形式，插入上述的固定座中。
10.如權利要求8所述的內燃機，其特徵在於，發展了反饋到燃燒室的TPHm反饋控制系統，包括控制TPHm脈衝和空氣脈衝的導向閥門。
11.如權利要求8所述的內燃機，其特徵在於，發展了產生衝激波的結構，將TPHm從燃燒產物上傳輸到新鮮空氣上，這包括用耐高溫鋼絲網做成的TPHm調製器本身；設備同步器用以測定燃燒產物脈衝和空氣脈衝中最後一個脈衝的前沿壓力並使在TPHm調製器兩端的脈衝同步，從而在燃燒產物脈衝和空氣脈衝間產生衝激波將TPHm從燃燒產物上傳輸至新鮮空氣上。
12.如權利要求7所述的內燃機，其特徵在於，發展了如權利要求1所述的內燃機在交通工具上的安裝，如圖9所示，這包括主動部分固定座407可安裝在交通工具的有利位置上；從動部分固定座902亦可安裝在交通工具的不同的有利位置上；從動部分的固定座902提供垂直轉動機構，這機構負載著噴氣動力輸出器601，並由一動力運作的機構連接到運輸工具上，從而使噴氣動力的輸出和運輸工具的姿態相協調；主動部分固定座407的輸出管道與從動部分固定座的輸入管道用如圖9所示的軟性管道901連接。
13.如權利要求2-12所述的內燃機，其特徵在於，，權利要求1所述的的內燃機有以下主要特點較高的熱效率；較低的重量/動力輸出比；動力生成部分和動力輸出部分相對獨立。
14.如權利要求1-13所述的內燃機，其特徵在於，設計的飛機可以有改變機翼尺寸及折翼的功能，從而使飛機可以垂直起飛和降落，並在空中飛行改變姿態，以適應飛行時的空氣動力要求，從而提高飛行速度。
15.如權利要求14所述的內燃機，其特徵在於，飛機場的基本建設必須更新以適應新飛機的運作需要。
16.如權利要求1-13所述的內燃機，其特徵在於，設計的汽車，能安裝可以摺疊的小型機翼，並安裝噴氣的及電氣的雙重動力，從而使這種汽車可成為兩棲汽車。
17.如權利要求16所述的內燃機，其特徵在於，相應的公路的基本建設必須更新以適應新汽車的運行。
18.如權利要求1-13所述的內燃機，其特徵在於，設計的火車及車廂可以氣浮，其運行速度可以非常快，並且對環境亦安全。
19.如權利要求18所述的內燃機，其特徵在於，鐵路的基本建設必須更新，以適應新機車及車廂的運行需要。
20.如權利要求1-13所述的內燃機，其特徵在於，改進的船舶，其運行性能將較現有的船舶為佳。
21.如權利要求20所述的內燃機，其特徵在於，船舶所用碼頭的基本建設必須更新，以適應更新了的船舶的運行需要。
22.如權利要求1-13所述的內燃機，其特徵在於，所有運動的協調必須有計算機控制，其中包括所有運動閥門；燃燒產物脈衝和空氣脈衝的設備同步器，使燃燒產物脈衝和空氣脈衝同時到達1 禮調製器的兩端，從而產生衝擊波使燃燒產物上的TPHm解載，並加載在新鮮空氣上；噴氣動力輸出的方向與運輸工具的姿態相協調。
23.如權利要求1-13所述的內燃機，其特徵在於，由權利要求1的內燃機作為動力的交通工具，與以傳統內燃機作為動力的交通工具相比較，前者較後者產生較少的二氧化碳及其它有害廢氣。
全文摘要
一種內燃機，它在燃燒過程中的潛熱能流，由一種優化熱能反饋所提供，即將排氣燃燒介質由調製器，攜帶到吸入空氣。提供反饋的方法是由燃燒產物介質的脈衝和吸入空氣的脈衝，在耐高溫的網的調製器的相反方向形成衝擊波，從而將燃燒產物介質的潛熱能流，傳輸到吸入空氣。
文檔編號F02M27/08GK102597481SQ200980161843
公開日2012年7月18日 申請日期2009年10月6日 優先權日2009年10月6日
發明者周浩, 周涵玉 申請人:周浩, 周涵玉, 德珍股份有限公司