CN1010603B - 增压式齿轮内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增压式齿轮内燃机。在其进气系统采用了涡轮冲压式增压器，提高了进气压力，改善了动力性，在其排气部分设置了导流负压排流器，避免了废气窜入进气道，提高了充气系数，在其燃烧部分，增加了多种燃料回旋燃烧器，可以使用多种燃料和氧化剂，扩大了内燃机的应用范围。在其膨胀作功部分，加设了水汽增压器，使动力性和经济性都得到了提高。本发明的内燃机还具有结构简单，容易制造，工作稳定等优点。

Description

本发明涉及一种动力机械，特别是一种旋转活塞内燃机。

旋转活塞内燃机是二十世纪后期才开始进入实用阶段的一种新型动力机械。它同传统的往复式活塞内燃机相比较，具有结构简单、运转平稳、体积小、重量轻、成本低等明显的优点，集中地反应了动里机械发展史上的重大技术革新，因而正日益受到人们极大的重视并争相进行大量的研究和试制工作。

二十世纪六十年代，三角式旋转活塞内燃机，成为首先得到实际应用的一种旋转活塞内燃机。

齿轮内燃机是一种将燃料的热能直接转换成机械能的新型转子发动机，是当代内燃机研究的热门课题。

然而，由于结构上的原因，现有的齿轮内燃机存在着动力性和经济性差的缺点，妨碍了它的进一步发展和广泛投入使用。

日本专利公开说明书（昭58-204935）提供了一种改进的齿轮内燃机的燃烧室，燃烧室的空气进口和燃气的出口之间，形成了一个不让吸入了的空气走近道就流出的“隔壁”，以此来改善其性能。

但是，由于这个凸起“隔壁”尺寸的限制，燃料-空气混合气通过燃烧室的时间短暂，燃料的气化、燃烧不能理想和完全。

原齿轮内燃机因结构上的缺陷，使排气道内的废气能窜入进气道，造成充气系数见效减小，气缸压力降低，动力性能变差。

废气之所以能窜入进气道，其原因是：

1.排气道内废气的压力大于进气道内空气的自然压力;

2.为了工作齿轮的高速旋转，齿轮间必须留有适当的间隙;

3.工作齿轮的啮合面上又无法衬密封材料。

所以，排气道内高温高压的单废气便可通过其间隙窜入进气道。

随着齿轮的磨损，间隙继续增大，窜气现象将日趋严重，最终导致机器无法工作。因此，进、排气道间的窜气问题，成了齿轮内燃机发展中的一大难题。

原齿轮内燃机经济性差的主要原因，是排气和冷却系统的热能没有加以利用，热效率低。

本发明的目的，就是要提供一种新型的增压式齿轮内燃机，提高齿轮内燃机的动力性能和经济性。

本发明的目的是这样实现的：

1.通过进气增压和喷注氧化剂，来增加进入燃烧室的氧气的数量，使更多的燃料充分燃烧，从而提高气缸压力，达到改善动力性能的目的;

2.通过减小进、排气道间的气压差，来解决窜气问题;

3.通过第二次充填（就是在混合气燃烧之后，向燃烧膨胀室里注入一定数量的水汽，使与燃气混合、气化、膨胀，使工质的压力升高），不仅能达到改善其动力性的目的，而且能大大减少冷却和排气的热损失，使热效率大幅度提高，从而达到改善其经济性的目的。

为实现本发明的目的，所采取的具体措施是：

制造一种增压式齿轮内燃机，包括四个以上互相啮合的以偶数装配成环状的工作齿轮，包围在上述环状齿轮外侧的机壳、端盖， 位于端盖中央的进气道，对应于齿轮啮合处进行排气的排气道以及与之相应的供油、燃烧、润滑系统，本发明的特征是：

1.位于机壳端面中央的进气道（5）中设置有由压气涡轮（6）和与之匹配的扩散形气道（7）构成的涡轮冲压式增压器，通过涡轮的高速旋转和扩散形管道的冲压作用，使进气压力升高，充气系数增加，窜气的可能性减少;

2.所述的燃烧系统是由在齿轮啮合处吸入并压缩气体位置的壳体上设置的燃烧筒（4）和与之相邻的汽化室（3）构成的多种燃料回旋燃烧器，燃烧筒（4）和汽化室（3）共用一个隔壁，在与燃烧筒（4）相应的端盖上开设有压缩空气室（12），而另一侧的端盖上设置有一双料喷嘴（14），该燃烧器有较长的回旋燃烧管道，可为燃料和空气的混合、气化、燃烧、膨胀及热交换，提供较长的时间、较高的温度和较大的散热面积，为多种燃料的燃烧和氧化剂的使用，创造了良好的条件;

该燃烧器中，设有双料（燃油和氧化剂）喷嘴，除燃油外，可往燃烧器中喷射氧化剂（硝酸铵、硝酸钠或硝酸钾等）溶液，在高温下氧化剂会放出热量和氧气，使更多的燃料得以充分燃烧，这不仅增加了动力而且扩大了内燃机的使用范围（在缺氧的场所使用）;

3.所述的汽化室（3）中设置有温控水汽喷嘴（15）构成水汽增压器，为了便于热交换，汽化室和燃烧器连为一体，当机器温度升高后，温控水汽喷嘴便往汽化室内喷射水汽，吸收燃烧器的热量而汽化，变成高压蒸汽进入燃烧膨胀室，与高温燃气直接混合、膨胀，使气缸压力升高，这样不仅增加了动力，而且减少了排气和冷却的热损失，使热效率大幅度提高;

4.所述的排气道（10）中设置有导流片（8）和负压管（9）构成的导 流负压式排流器，利用导流片改变气流方向，迫使废气和灰份从排气道的外侧流出，减少废气进入进、排气道的结合处的机会，对于混入进、排气道的结合处的少量废气，负压管也会将其吸出，这样就降低了排气道一侧的气压和温度，减少了废气窜入进气道的可能性，使充气系数不致下降。

上述增压式齿轮内燃机，其特征是所述的导流负压式排流器中的导流片（8）在排气道（10）内的位置是位于负压管（9）两侧，对称排列，其数目为两个以上的偶数。

上述的增压式齿轮内燃机，其特征是所述的导流负压式排流器中的负压管（9），两端开口，其向心端正对工作齿轮啮合处，其外侧处于排气道（10）的中心。

上述的增压式齿轮内燃机，其特征是所述的多种燃料回旋燃烧器使用的燃料，可以是煤油、轻柴油或重柴油。

上述的增压式齿轮内燃机，其特征是所述的多种燃料回旋燃烧器燃烧时，可以添加有氧化剂溶液。

上述的增压式齿轮内燃机，其特征是所述的氧化剂可以是硝酸铵、硝酸钠或硝酸钾。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的燃烧膨胀室的剖视示意图。

增压式齿轮内燃机的基本结构如下：

将四个以上偶数（图中标示为六个）的工作齿轮（1）装配成环状，使其互相啮合，置于机壳（2）中，与壳的内壁形成进气道（5），燃烧膨胀室（19）和排气道（10）;在机壳的端盖（11）内有压缩空气室（12）;在进气道（5）内设有涡轮冲压式增压器，它是由压气涡轮（6）和扩散 型管道（7）构成;由压缩空气室（12）、双料（燃油和氧化剂）喷嘴（14）、燃烧筒（4）、点火器（17）构成多种燃料回旋燃烧器。与燃烧筒（4）相邻的汽化室（3），两者实际上连成一体，共用一个隔壁，向心侧为燃烧筒（4），其外侧为汽化室（3），两者的长度均与工作齿轮的齿宽相等。汽化室（3）中，装有温控水汽喷嘴（15），组成水汽增压器。在排气道（10）中，设有由导流片（8）和负压管（9）组成的导流负压式排流器。导流片（8）在排气道中的位置是位于负压管（9）两侧，对称排列，其数目为两个以上的偶数。负压管（9）两端开口，其向心端正对工作齿轮啮合处，其外侧处于排气道的中心。此外，还有保温填料（16）和耐热合金（18）等。

图2中，（13）是工作齿轮啮合面。

增压式齿轮内燃机的工作过程如下：

当工作齿轮（1）按指定方向旋转时，压气涡轮（6）在传动齿轮的带动下高速旋转，将外部空气从进气道（5）吸入并初步压缩。当压缩空气通过扩散性管道（7）时，流速加快。因压缩空气的流动方向与工作齿轮的旋转方向相反，工作齿轮迫使压缩空气回转方向时，将压缩空气的动能转变成压力能，使空气压力再次升高。此后，压缩空气被啮合的轮齿挤压到压缩空气室（12）中，由于压缩空气室的出气口截面较小，所以会使压缩空气的流速增快。位于压缩空气室出气口中央的双料喷嘴（14），喷射燃料与压缩空气混合，一起冲入燃烧筒（4）中，经点火器（17）引燃（启动后，形成连续的燃烧，在燃烧筒内产生一个炽热的中心），即可燃烧、膨胀，使气压升高。根据齿轮马达的工作原理，高压气体可推动工作齿轮继续旋转。

当燃烧筒（4）中的温度达到一定高度后，双料喷嘴（14）便在喷射燃料的同时，喷射氧化剂溶液。高温下氧化剂会产生氧气与过浓 的混合气燃烧，使气缸压力升高，动力增加。

当机器温度达到一定高度时，温控水汽喷嘴（15）便往汽化室（3）中喷射水汽，吸收室壁的热量而气化，使汽化室（3）中的气压升高，高压蒸汽从汽化室的出气口流出，与高温燃气混合而膨胀，使燃烧膨胀室（19）中的气压再度升高，动力增加。

做功后的废气和其中的灰份，受其惯性力和离心力的作用，紧贴机壳（2）流动，同时又受导流片（8）的阻挡，便从导流片外侧流出。进入进、排气道结合处的少量废气，被负压管（9）吸出。

Claims (6)

1、一种增压式齿轮内燃机，包括四个以上互相啮合的以偶数装配成环状的工作齿轮，包围在上述环状齿轮外侧的机壳、端盖、位于端盖中央的进气道，对应于齿轮啮合处进行排气的排气道以及与之相应的供油、燃烧、润滑系统，本发明的特征是：

a  位于机壳端面中央的进气道(5)中设置有由压气涡轮(6)和与之匹配的扩散形气道(7)构成的涡轮冲压式增压器，

b  所述的燃烧系统是由在齿轮啮合处吸入并压缩气体位置的壳体上设置的燃烧筒(4)和与之相邻的汽化室(3)构成的多种燃料回旋燃烧器，燃烧筒(4)和汽化室(3)共用一个隔壁，在与燃烧筒(4)相应的端盖上开设有压缩空气室(12)，而另一侧的端盖上设置有一双料喷嘴(14)，

c  所述的汽化室(3)中设置有温控水汽喷嘴(15)构成水汽增压器，

d  所述的排气道(10)中设置有导流片(8)和负压管(9)构成的导流负压式排流器。

2、按照权利要求1所述增压式齿轮内燃机，其特征是所述的导流负压式排流器中的导流片（8）在排气道（10）内的位置是位于负压管（9）两侧，对称排列，其数目为两个以上的偶数。

3、按照权利要求1所述的增压式齿轮内燃机，其特征是所述的导流负压式排流器中的负压管（9），两端开口，其向心端正对工作齿轮啮合处，其外侧处于排气道（10）的中心。

4、按照权利要求1所述的增压式齿轮内燃机，其特征是所述的多种燃料回旋燃烧器使用的燃料是煤油、轻柴油或重柴油。

5、按照权利要求1所述的增压式齿轮内燃机，其特征是所述的多种燃料回旋燃烧器燃烧时添加有氧化剂溶液。

6、按照权利要求1所述的增压式齿轮内燃机，其特征是所述的氧化剂是硝酸铵、硝酸钠或硝酸钾。

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