一种集束管外燃发动机技术领域
本发明涉及一种可利用多种热能做功的发动机，属于发动机领域。
背景技术
现有技术中，汽车发动机属于一种很成熟的技术。通常主要包括机体，气缸，活塞，曲轴，连杆，气门机构，燃油系统等。燃油经喷嘴喷入气缸内，与经过压缩的空气混合燃烧后产生热气，气体膨胀推动活塞在气缸中运动作功，并通过连杆、曲轴对外输出动力。由于不同燃料的燃烧条件不同，这种发动机通常只能对应一种气体或液体燃料才能最好地工作，这就对所使用的燃料要求苛刻，不能在同一发动机中使用多种燃料。另一方面，气缸头及燃烧室的温度比外界高出约2000度左右（燃烧时），导致热量大量流失（气缸头内和燃烧室的外围都有冷却物质，将废热带走），从而使得热能利用效率有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种热能利用率高、可以同一发动机上使用多种燃料的高效节能的发动机。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种集束管外燃发动机，包括燃烧系统及动力转换装置，所述燃烧系统包括燃烧室、连接在所述燃烧室上的燃料管、进气管、点火器、排气道、连接在所述燃料管末端的喷油器；所述动力转换装置包括气缸、设置在所述气缸内的活塞、连接在所述活塞下端部的曲轴，所述燃烧室下端部与所述气缸上端部相连接，所述燃烧室与所述气缸间设有隔离壁，所述燃烧室内设置有集束管，所述集束管位于燃烧室内的一端密封、另一端设有开口，所述集束管开口与所述气缸连通，所述气缸上端部一侧设置有水喷头、另一侧设置有排气门。
上述技术方案中，活塞将低温、低压的空气和水汽全部强行压入集束管内，燃烧室内燃料燃烧后，空气和水汽在集束管内吸收热量升温、升压，当活塞上升过上止点时，升压的空气和水汽从集束管内反喷出来，进入气缸上部，膨胀并推动活塞在气缸中向下运动做功。由于燃料在气缸外部燃烧，并使用集束管采集热量，所以可使用多种燃料。
排气门除了排除气缸内多余的气体的功能外，另一个功能是当发动机停机且完全冷却后，气缸内产生负压时利用大气压力自动打开。使空气进入缸内，以便启动时气缸内有可用来工作的工质气体。
水喷头的作用是向气缸内喷射水雾，降低压缩冲程时气缸内气体的温度和压力，以便能从集束管中吸收更多的热量，从而提升有效功率，做更多有用功。喷水量得根据燃烧室内的温度增加后减少，达到用量适中，以避免在气缸内形成积水。
喷油器的作用是向燃烧室内喷射燃油，通过调节喷油器喷入量的多少就可控制燃烧室和集束管的温度高低，从而调整此发动机输出功率的大小。温度高输出功率则变大，温度低则功率变小。可用电控，气动或机械对其进行调控。
集束管是指一组或多组并行布置的管构成的管束，可以是竖直设置在燃烧室底部的直管束，例如一端封闭的细钢管或毛细管，也可以是其它形状的管束，例如一端封闭的U形管束、环状，矩形，三角形等，只要同时具有小的空间，大的表面积，能够快速吸热，传热的均可。集束管是本发明的核心部件，可使用2520#、3103#不锈钢无缝钢管。它的作用是进行热交换，把从外界（如燃烧室）吸收到的热量传递给集束管内部的压缩气体或水汽混合物，使压缩气体迅速吸热，升温升压后推动活塞向下运动并做功。温度越高则压力越高，推力就越大，从而做的功就越多。集束管的数量可从几根至几千根（根据缸径决定）。
此外，集束管还可以为带单向阀的，管的两头都与气缸连通，但一头只允许进而另一头只允许出气。还可以把细管子的两端集中在一起，只需要设置一个进气阀和一个出气阀就。管内空间与气缸容积比大约在1:5～1:30。还可将集束管做成可变空间的形式，主要针对双向集束管，可将管子的尾端全部连通并把尾端弯向下方，再将流动金属锡压入或排除就可以改变集束管空间大小了。
燃烧室还可以用其它发动机的燃烧室外壁和尾气来替代。只要有400度以上的温度的任何热源都可以使本发动机正常工作。
集束管外燃发动机的燃料除了使用液体之外，还可以是气体、固体、核能、太阳光，并能提供一定温度（400度）的都可以，只需要相对应的另设燃烧及传热方式就可以了。其热能传递方式可直接用燃气加热集束管，也可以在燃气管道与集束管之间用低熔点导热快的金属填充，利用低熔点金属（如：锡，水银，和铜，等）传热。
活塞的活塞面可以是适合于此种发动机的任何形状，如平面的，凹面的或凸起的等。
做功工质还可以使用其他的气体或液体，如二氧化碳等。
集束管外燃发动机可以是封闭式的（没有排气门或有排气门而不打开），要保留负压阀，但要在某条集束管上加装安全阀防止压力过高而导致无法正常工作，加装储水室用来补充缸内的水分，此时散热全依赖气缸壁。
优选的技术方案，所述进气管与所述排气道平行且气流方向相反。
优选的技术方案，所述燃烧室内设置有温度感应器。
优选的技术方案，所述水喷头上设置有雾化喷嘴。
优选的技术方案，所述气缸外壁设置有冷却系统。
优选的技术方案，所述燃烧室及所述排气道外包覆有保温层。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
１、本发明采用集束管吸热使水汽和空气的混合物膨胀来推动活塞作功，燃烧室与气缸隔离，从而同一发动机可以使用多种不同燃料；
２、本发明设置有温度感应器，可以探测燃烧室中的温度，防止温度超过集束管在此等高温高压下承受能力，以至集束管损坏；
３、本发明进气管与所述排气道平行且气流方向相反，冷空气与燃料进入燃烧室前可以吸收排气道的热量来提高冷空气及燃料的温度，从而降低热能消耗，更加节能；
４、本发明的集束管使用2520#、3103#不锈钢无缝钢管，可在1100度的高温下长期工作而不被氧化，并且有较高的强度和硬度；
５、本发明结构简单，使用方便，热能利用率高，高效节能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1、燃烧室；2、燃料管；3、进气管；4、点火器；5、排气道；6、喷油器；7、气缸；8、活塞；9、曲轴；10、集束管；11、水喷头；12、排气门；13、温度感应器；14、隔离壁。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
如图1所示，一种集束管外燃发动机，具有燃烧系统及动力转换装置，燃烧系统包括燃烧室1、连接在燃烧室1上的燃料管2、进气管3、点火器4、排气道5、连接在燃料管2末端的喷油器6，动力转换装置包括气缸7、设置在气缸7内的活塞8、连接在活塞8下端部的曲轴9，燃烧室1下端部与气缸7上端部相连接，燃烧室1与气缸7间设有隔离壁14，，集束管10顶部密封、底部开口，集束管10开口与气缸7连通，气缸7上端部一侧设置有水喷头11、另一侧设置有排气门12。
气缸7直径为90mm，活塞8行程为100mm，集束管10内的空腔与气缸7容积的比为1:20，集束管10使用3103#不锈钢无缝钢管。
冷空气和燃料分别从进气管3和燃料管2进入，从排气道5回收余热，冷空气和燃料温度逐步升高后，进入燃烧室1，同时燃料由喷油器6喷出与喷入的空气混合并由点火器4点燃产生高温，加热集束管10。
当活塞8到达上止点时，空气或水汽被强行压入集束管10内，并在其管壁上吸收热量后升温升压。当活塞8上升到上止点时，集束管10中经过升压后的气体，从集束管10中反喷出来，进去气缸7顶部，膨胀推动活塞8向下运动做功。
活塞8到达下止点时，排气门12打开，排除多余气体。同时水喷头11向气缸7内喷射水雾，以降低气缸7内的气体温度，当曲轴9转过下止点角度时，带动活塞8向上运动，离开下止点以后，排气门12关闭，活塞8向上运动对气缸7内气体进行压缩，直至到达上止点，将气缸7内的气体或水汽混合物全部压入集束管10，到此一个工作周期完成。此发动机为二冲程式发动机，活塞8向上运动时为压缩冲程，向下运动时为做功冲程。
所述的集束管10外燃发动机还有冷却系统，主要对气缸7外壁进行冷却，以及对缸中排除的气体中的水分进行冷凝回收。此外还有燃油，及水喷头11用的水的加压泵，以保障燃料管2和喷水的水喷嘴有一定的压力。另外还有空气泵，将空气送入进气道内，送入量的多少由喷射燃料的量决定，与其成正比。
在燃烧室1以及排气道5外围都有保温层。