CN101126341A

CN101126341A - 燃气发动机

Info

Publication number: CN101126341A
Application number: CNA2006100300957A
Authority: CN
Inventors: 徐亮良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-15
Filing date: 2006-08-15
Publication date: 2008-02-20

Abstract

燃气发动机，属于机械工程领域，特别是属于发动机领域，针对公知的燃气发动机，热效率低，燃烧不完全不充分，尾气排放温度高，大量能源白白浪费等问题，提出了新的技术解决方案，提供了一种提高热效率，燃烧完全充分的燃气发动机。主要技术特征是，在燃烧室和燃气涡轮中心连线之间，轴向布置一至数个前后连通的增气降压管，每个增气降压管，进气口截面大于出气口截面，增气降压管的进口是敞开式，和大气连通。本发明的主要用途是作为导弹，运载火箭，战机，坦克，军舰的发动机，也可作为民用运输工具的发动机及发电机的动力机。

Description

燃气发动机

一，技术领域

本发明属于机械工程领域，特别是属于发动机领域，国际分类表主分类号位置是(F02)。

二，背景技术

公知的发动机，广泛使用的是活塞发动机和燃气发动机。活塞发动机主要由活塞，活塞环，气缸，连杆，曲轴，化油器，空气滤清器，燃料喷射器，点火器，冷却器，消声器等等组成，制造工艺和结构非常复杂，材料强度要求高，成本高，气缸损耗大寿命短，冷却散热要求高，进气洁净度要求高，容易产生燃烧不完全不充分，积炭，爆震，熄火，热效率较低，尾气排放温度高，一般有摄氏数百度，大量能源白白浪费。燃气发动机主要由燃烧室，燃气透平，燃料/空气喷管，点火器等组成，比较活塞发动机，具有结构简单，单位功率重量比轻，输出功率大的优点，广泛运用于航空器，但是，尾气排放温度高，热效率还是太低，一般只有40％——60％。有些发动机，采用了涡轮增压器，活塞发动机是利用排放的尾气作涡轮增压器动力，燃气发动机是利用涡轮的部分输出功率作涡轮增压器动力，将大量空气压送进气缸或燃烧室，从而降低燃气排放温度，提高熟效率，但是，涡轮增压器本身需要功耗，热效率的提高，本质上是牺牲了一部分功率作代价，而且，尾气排放温度还是很高，所以，发动机热效率一般也只有60％——75％。

三，发明内容

本发明的任务和目的是，针对公知的发动机，热效率较低，燃烧不完全不充分，尾气排放温度高，大量能源白白浪费，提出了新的技术解决方案：

燃气发动机，其特别之处是：在燃烧室[1]出气口沿气流前进方向贯通布置一个增气降压管[3]，增气降压管[3]呈喇叭状，管截面按气流前进方向由大到小逐步收缩，增气降压管进气口[14]截面积大于增气降压管出气口[15]截面积，燃烧室[1]出气口截面积小于增气降压管进气口[14]截面积，燃烧室[1]出气口位于增气降压管进气口[14]内，燃烧室[1]出气口和增气降压管进气口[14]之间是敞开式通道，增气降压管[3]内部和大气连通。

燃气发动机，其特别之处是：在燃烧室[1]出气口沿气流前进方向贯通布置数个增气降压管[3]，增气降压管[3]呈喇叭状，管截面按气流前进方向由大到小逐步收缩，增气降压管进气口[14]截面积大于增气降压管出气口[15]截面积，燃烧室[1]出气口截面积小于增气降压管进气口[14]截面积，燃烧室[1]出气口位于增气降压管进气口[14]内，燃烧室[1]出气口和增气降压管进气口[14]之间是敞开式通道，前增气降压管出气口[15]和后增气降压管进气口[14]之间是敞开式通道，增气降压管[3]内部和大气连通。

利用高速流体压强变小而产生的空吸作用原理，等压高温低密度燃气从燃烧室[1]出气口进入增气降压管[3]，在喇叭状增气降压管[3]中运动，流速加快，压强降低，大气压强大于燃气压强，大量常压常温空气从敞开式进口被吸入增气降压管[3]中，达到无功耗进气的完美境界，燃气和空气相互碰撞混合交换能量，平均温度降低，同时密度和质量上升，从而降低燃气热能密度和温度，提高燃气质量密度和动能，也就是将内能转化为动能，然后进入扩气管[4]膨胀，速度下降，压强上升，温度进一步降低，最后推动燃气透平[2]工作，最终降低尾气排放温度，使热效率提升。

燃气发动机，其特别之处是：在燃烧室[1]内壁有一个圈状涡旋室[16]，燃料/空气喷管[9]出口布置于圈状涡旋室[16]内。燃料/空气喷管[9]出口和圈状涡旋室[16]内壁圆周相切。

燃气发动机，其特别之处是：燃烧室[1]内底部的中心凸出，底部的环形圆圈凹进，形状如环形山，点火器[10]布置于燃烧室[1]内底部的中心凸出处。

利用高速流体在冲击管壁时会发生涡旋的原理，使燃料/空气混合体在燃烧室内形成涡旋气流，使油气混合更均匀，燃烧更充分，提高燃烧效率，同时，燃料/空气喷管[9]出口布置于圈状涡旋室[16]内，能够避免高温燃气对燃料/空气喷管[9]出口的直接冲击，点火器[10]布置于燃烧室[1]内底部的中心凸出处，能够使点火器[10]和燃料/空气混合体充分接触。

众所周知，喷雾器的工作原理，就是利用高速气流在流管截面收缩时，流速加快，压强降低，和大气压强形成压力差，于是在喷口处产生负压效应和空吸作用，将喷口下部的流体吸上来，形成雾滴。射流泵的工作原理和喷雾器的工作原理大同小异。本发明的工作原理，也就是利用了高速气流在增气降压管截面收缩时，流速加快，压强降低，和大气压强形成压力差，产生的空吸效应和负压原理，将增气降压管外的常温常压空气吸入增气降压管内，使增气降压管内高温低密度燃气，温度下降，密度上升，质量增加。众所周知，根据动能方程：E＝mv²/2，燃气动能和燃气密度及质量成正比，因此，本发明使燃气动能增加了。又根据能量转化和守恒定律即热力学第一定律，在总能量不变的前提下，燃气动能的增加，实质上是由内能转化而来，也就是通过燃气温度下降转化而来，这样一来，发动机的热利用效率就大幅度上升。

本发明和现有技术相比的优点和积极效果是：

1，尾气排放温度大幅度降低。以传统汽车发动机为例，尾气排放温度一般有摄氏数百度，本发明将大量常压常温空气吸入增气降压管[3]中，常压常温空气的密度一般是燃气密度的8倍到9倍，吸入增气降压管[3]中的常压常温空气的体积流量，一般是燃气体积流量的2到3倍，因此，质量流量则是燃气质量流量的16到27倍，燃气和常压常温空气混合后，其密度将上升到空气密度的80％左右，而温度则大幅度下降，由原来的摄氏2000度左右下降到100度左右，尾气排放温度则从摄氏数百度下降到几十度。

2，燃气在燃烧室的温度一般为摄氏2000度左右，采用本发明后，尾气排放温度在摄氏几十度，因此热效率明显提高，理论预测能达到90％——94％，即使按照最保守估计，也能达到85％以上，明显高于传统发动机的热效率。

3，燃料使用范围广，无论汽油，柴油，煤油，酒精，甲醇，天然气和混合动力燃料，都能适应。以传统的汽车发动机为例，分为汽油发动机和柴油发动机，汽油发动机不能使用柴油，柴油发动机不能使用汽油，燃料使用范围有严格限制。

4，根据发动机燃烧理论，当空燃比为23比1时，燃烧最充分，氧化氮浓度最低，本发明的空燃比完全超过23比1，因此排气污染极小(NO_x等有害成份低)，能达到欧三排放标准，甚至欧五排放标准。

5，以传统的汽车发动机为例，需要散热器，冷却风扇和大量冷却水，以降低气缸温度。本发明不需要散热器，冷却风扇和大量冷却水，大量常压常温空气吸入增气降压管[3]中，自然起到冷却作用。

6，以传统的汽车发动机为例，当气温在摄氏零度以下时，散热器和冷却水结冰，低温启动性差。本发明不需要冷却水，所以低温启动性好，在摄氏负30度到负50度的气温下也能顺利启动。

7，以传统的汽车发动机为例，在高原缺氧条件下运行困难，不得不采用涡轮增压器，增加空气输入。本发明由于采用了增气降压管[3]，因此在高原缺氧条件下也能顺利运行。

四，附图说明

图1：燃气发动机工作原理图[1个增气降压管]。

图2：燃气发动机工作原理图[数个增气降压管]。

图3：增气降压管[3]和固定支架[5]连接示意图。

图4：套管[6]和空气滤清消声材料[8]关系图。

图5：增气降压管[3]立体图。

图6：固定支架[4]主视图。

图7：燃气发动机工作原理图[双发动机]。

图8：燃烧室[1]结构图。

图9：燃烧室[1]剖面图。

图10：增气降压管[3]剖视图。

图11：扩气管[4]剖视图。

下面是部件名称及编号：

燃烧室[1]，燃气透平[2]，增气降压管[3]，扩气管[4]，固定支架[5]，套管[6]，进气孔[7]，空气滤清消声材料[8]，燃料/空气喷管[9]，点火器[10]，内圈[11]，外圈[12]，连接杆[13]，增气降压管进气口[14]，增气降压管出气口[15]，涡旋室[16]。

五，具体实施方式

下面结合附图提供一种具体实施例。

燃气发动机，在燃烧室[1]出气口沿气流前进方向贯通布置数个增气降压管[3]，增气降压管[3]呈喇叭状，管截面按气流前进方向由大到小逐步收缩，增气降压管进气口[14]截面积大于增气降压管出气口[15]截面积，燃烧室[1]出气口截面积小于增气降压管进气口[14]截面积，燃烧室[1]出气口位于增气降压管进气口[14]内，燃烧室[1]出气口和增气降压管进气口[14]之间是敞开式通道，前增气降压管出气口[15]和后增气降压管进气口[14]之间是敞开式通道，增气降压管[3]内部和大气连通。

在增气降压管出气口[15]和燃气透平[2]进气口之间，贯通连接一个扩气管[4]，扩气管[4]呈喇叭状，管截面按气流前进方向由小到大逐步扩大，其进气口截面积小于出气口截面积。

增气降压管[3]的收敛角度R为5度——80度，扩气管[4]的收敛角度R为5度——80度。

等压高温燃气从燃烧室[1]出气口进入增气降压管[3]，燃气在喇叭状增气降压管[3]中运动，流速加快，压强降低，大气压强大于燃气压强，大量常压常温空气通过敞开式进口被吸入增气降压管[3]中，燃气和空气相互碰撞混合交换能量，平均温度降低，同时密度和质量上升，然后进入扩气管[4]膨胀，速度下降，压强上升，温度进一步降低，最后推动燃气透平[2]工作。

在燃烧室[1]出气口和增气降压管进气口[14]之间，或前后增气降压管[3]之间有固定支架[5]连接，固定支架[5]由内圈[11]，外圈[12]，以及将内圈[11]和外圈[12]连接在一起的连接杆[13]组成，使燃烧室[1]出气口和增气降压管[3]之间或前后增气降压管[3]之间距离固定。

在增气降压管[3]的外围有一个套管[6]，增气降压管[3]布置于套管[6]内，套管[6]表面有若干进气孔[7]，在套管[6]内壁布置有空气滤清消声材料[8]，既能消除燃气噪声，又能过滤进入的空气。空气滤清材料[8]建议采用玻璃纤维材料或石棉纤维材料。

在燃烧室[1]内壁有一个圈状涡旋室[16]，燃料/空气喷管[9]出口布置于圈状涡旋室[16]内，燃料/空气喷管[9]出口和圈状涡旋室[16]内壁圆周相切，燃烧室[1]内底部的中心凸出，底部的环形圆圈凹进，形状如环形山，点火器[10]布置于燃烧室[1]内底部的中心凸出处。燃料空气混合体进入燃烧室[1]后会形成涡旋气流，使油气混合更为均匀，燃烧更为充分，提高燃烧效率。

Claims

1.燃气发动机，其特征是：在燃烧室[1]出气口沿气流前进方向贯通布置一个增气降压管[3]，增气降压管[3]呈喇叭状，管截面按气流前进方向由大到小逐步收缩，增气降压管进气口[14]截面积大于增气降压管出气口[15]截面积，燃烧室[1]出气口截面积小于增气降压管进气口[14]截面积，燃烧室[1]出气口位于增气降压管进气口[14]内，燃烧室[1]出气口和增气降压管进气口[14]之间是敞开式通道，增气降压管[3]内部和大气连通。

2.燃气发动机，其特征是：在燃烧室[1]出气口沿气流前进方向贯通布置数个增气降压管[3]，增气降压管[3]呈喇叭状，管截面按气流前进方向由大到小逐步收缩，增气降压管进气口[14]截面积大于增气降压管出气口[15]截面积，燃烧室[1]出气口截面积小于增气降压管进气口[14]截面积，燃烧室[1]出气口位于增气降压管进气口[14]内，燃烧室[1]出气口和增气降压管进气口[14]之间是敞开式通道，前增气降压管出气口[15]和后增气降压管进气口[14]之间是敞开式通道，增气降压管[3]内部和大气连通。

3.根据权利要求1或2所述的燃气发动机，其特征是：在增气降压管出气口[15]和燃气透平[2]进气口之间，贯通连接一个扩气管[4]，扩气管[4]呈喇叭状，管截面按气流前进方向由小到大逐步扩大，其进气口截面积小于出气口截面积。

4.根据权利要求3所述的燃气发动机，其特征是：增气降压管[3]的收敛角度R为5度-80度，扩气管[4]的收敛角度R为5度-80度。

5.根据权利要求1或2所述的燃气发动机，其特征是：在燃烧室[1]出气口和增气降压管进气口[14]之间，或前后增气降压管[3]之间有固定支架[5]连接，固定支架[5]由内圈[11]，外圈[12]，以及将内圈[11]和外圈[12]连接在一起的连接杆[13]组成。

6.根据权利要求1或2所述的燃气发动机，其特征是：在增气降压管[3]的外围有一个套管[6]，增气降压管[3]布置于套管[6]内，套管[6]表面有若干进气孔[7]。

7.根据权利要求6所述的燃气发动机，其特征是：在套管[6]内壁布置有空气滤清消声材料[8]。

8.燃气发动机，其特征是：在燃烧室[1]内壁有一个圈状涡旋室[16]，燃料/空气喷管[9]出口布置于圈状涡旋室[16]内。

9.根据权利要求8所述的燃气发动机，其特征是：燃料/空气喷管[9]出口和圈状涡旋室[16]内壁圆周相切。

10.燃气发动机，其特征是：燃烧室[1]内底部的中心凸出，底部的环形圆圈凹进，形状如环形山，点火器[10]布置于燃烧室[1]内底部的中心凸出处。