CN101858252A - 等容动能发动机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种等容动能发动机，该发动机有一个圆筒形机体，其机体两侧设有左机体盖及右机体盖，传动轴经轴承安装在左、右机体盖上，传动轴中部由连接片安装一个圆环形工作轮，该工作轮圆环上各均距设有三个燃烧室和与之连通的尾喷嘴及导叶，在右机体盖内侧装有集气轮，集气轮有集气道和进气道，圆筒形机体内半圆面设有多个反射槽，该反射槽与右机体盖上的排气口和外界相通。本发明的热效率可达百分之六十以上，可应用于一切需要轴机械功的动力装置中。

Description

等容动能发动机

所属技术领域

本发明涉及热力发动机，特别涉及旋转内燃发动机，它是将燃料经过等容燃烧所释放的热能以气体动能形式转变为轴机械功的与燃气轮机工作原理完全相反的一种新型的等容动能发动机。

背景技术

发动机是一种广泛应用的普通技术，从产生汽、柴油机到现在，已经一百多年过去了，这期间除了蒸汽机被淘汰以外，始终也没有新的发动机能够取代汽、柴油机。燃气轮机比汽、柴油机有许多的优点，但热效率却不如它。我们知道凡是利用燃料燃烧的能量转变为机械功的发动机，都是某一种利用燃料燃烧后所产生的膨胀气体的压力势能或动能的形式完成能功转换的装置，综合比较，利用动能作功的转变方式要比利用压力势能作功的转变方式优越很多，例如将汽轮机与蒸汽机相比，其工质的工作状况相同，效率却可提高二倍以上。显然在将热能转换为机械功的过程中，利用动能的转换效率要高，而且利用动能作功的燃气轮机比利用势能作功的汽、柴油机要简单和优越。但是在目前的实际应用中，燃气轮机的应用受到了限制，原因是它的热效率比汽、柴油机低百分之十以上，要提高燃气轮机的热效率又迂到了难以克服的材质的耐高温和强度问题。汽、柴油机的技术虽已渐趋完善，可是它在冷却、机械摩擦、惯量损失等要消耗掉三分之一的有用功，所以它的热效率也无法达到百分之四十五以上。虽然众多科技工作者都在努力，至今也没有研制出性能优良能够取代汽、柴油机的新一代发动机。

发明内容

为解决上述的技术难题，本发明的目的是提供一种等容动能发动机，使之热效率达到百分之六十以上，比重量降到每马力0.5公斤以下，能够成为取代现在普遍应用的汽、柴油机的新一代的等容动能发动机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种等容动能发动机，包括等容动能发动机和外部的空气压缩机、电力启动、供油、点火装置。其特征在于：在等容动能发动机圆筒形机体内，有一个与机体同心的圆环形工作轮，圆环形工作轮是按120度角区间位置上由三个燃烧室和与之连通的尾喷嘴组成，燃烧室的进气口在圆环的内圆弧面上，每个进气口为内圆90度角的弧面长度，三个燃烧室的进气口之间各相距30度角的弧面距离，尾喷嘴的出口在圆环形工作轮的外圆弧面上，每个喷嘴口为外圆7.5度角的弧面长度，三个尾喷嘴相互间隔112.5度角的弧面距离，在尾喷嘴口后侧各有二个附加反射槽，同时在每个进气口之间各有一个与轴向成45度角的径向导叶，圆环形工作轮是由一个圆形连接片固定在传动轴上，而对外旋转输出轴机械功。圆筒形机体的两侧设有左机体盖与右机体盖，左机体盖上有通气口与外部单独工作的压缩机导风管相通，右机体盖在里侧装有环形集气轮，在环形集气轮外圆弧面100度角至180度角位置装有喷油嘴和火花塞，集气轮设有环形集气道和在0度角至90度角之间的圆周上留有进气道，在右机体盖75度角至255度角之间留有条形排气口，在圆筒形机体内圆75度至255度弧面上有将冲击到上面的气体0角度反射回的反射槽；传动轴通过左、右机体盖上的轴承与外界相连。空气压缩机、电力启动、供油、点火装置可利用已有技术，压缩机的转子可经过变速齿轮与发动机传动轴相接，电力启动机轴通过离合装置与传动轴相接。

为了提高发动机的热效率，提高燃气的工作温度，本发明采用了将燃气轮机的工作原理和能功转变方式倒置过来，把燃烧室和喷嘴由不动改为动，涡轮叶片运动改为不动并由固定在圆筒形机体内圆面的反射槽代替叶片，这样就解决了燃气轮机中的涡轮叶片的强度和耐高温问题，在工作轮尾喷嘴后用两级附加反射槽来做多级膨胀，同时将燃气轮机的等压燃烧改为等容燃烧，由工作轮燃烧室进气口旋转运动的位置，完成工作气体的进、膨、排的顺序和过程，又依据工作轮燃烧室尾喷嘴内外的压力差和尾喷嘴的拉伐尔形状使膨胀气体以极高速度的动能形式在喷嘴口和反射槽之间产生切向推力完成能功转变过程。

本发明的冷却是靠自身运动完成的，工作气体从导风管经通气口进入环形工作轮燃烧室和尾喷嘴外部空间时，在导叶运动的作用和原有的压力下，向右进入环形集气轮的集气道，在进气道位置进入燃烧室的过程中工作气体的温度因热传导效应而被提高，同时也冷却了工作轮及其上的燃烧室和尾喷嘴，这如同风冷的效果可使该发动机不必设置专用的冷却系统，还能将这部分因冷却散失的能量带回燃烧室继续作功，起到冷却回热的效果。另外通常等容燃烧的发动机都要涉及到进、排气的通畅问题，但本发明没有进、排气的阀门装置，进、排气都是利用工作轮燃烧室进气口的运行位置完成的，排气通道只在进气时闭合，进气道占有90度弧面长度，而进气道闭合的长度只有两个进气口的间隔30度弧面的长度，在三个燃烧室同时工作的运行状态下，进气通道始终都有60度弧面以上的流通面积，所以本发明的进排气是畅通的。

本发明与现有发动机相比的有益效果是：

1、由于本发明在整个能功转变过程中只有一个工作轮是旋转运动部件，其冷却是靠将要作功的压缩气体，所以机械磨擦和冷却损失的能量可比汽、柴油机减少一半以上，况且没有活塞连杆、曲轴等易损部件，其制造和维护简单容易。

2、本发明采用等容燃烧，不需要很高的进气压力，又将运动叶片改为不动的反射槽而不需要在燃气中加入过量的高压气体用以控制燃气的工作温度，所以在压气机和排出废气中的能量损失可比燃气轮机减少一半以上。

3、综合以上两点，本发明的等容动能发动机的效率可达到百分之六十以上，可比现有发动机高出百分之二十以上。

4、本发明在一个工作轮上有3个燃烧室在同时工作，旋转一周即完成三个工作循环，所以它的比重量可超过燃气轮机而接近喷气发动机的水平，可达到每马力0.5公斤以下。

附图说明

图1是本发明的结构和工作气体流动示意图

图2是图1沿A-A的剖视图

图3是图1的分解图

图4是图1编号2的沿A-A的剖视图

图5是图4沿H-H的剖视图

图6是图5B向俯视图

图7是图5C向俯视图

图8是图4D向剖视图

图9是图1编号4沿A-A的剖视图

图10是图9沿E-E的剖视图

图11是图1编号3的俯视图

图12是图1编号1的俯视图

图13是图12沿F-F的剖视图

图14是图1编号8的俯视图

图15是图14的沿G-G的剖视图

图16是图1编号6的俯视图

图17是图16沿N-N的剖视图

图18是图1编号5的俯视图

图19是图18沿M-M的剖视图

图20、21、22、23是本发明的工作原理实施阶段示意图

附图编号：

1.左机体盖     101.通气口

2.工作轮       201.燃烧室  202.进气口  203.尾喷嘴  204.导叶  205.俯加反射槽

3.传动轴

4.圆筒形机体   401.反射槽

5.集气轮       501.集气道  502.进气道  503.电火花塞 504.喷油嘴

6.右机体盖     601.条形排气口

7.导风管       8.连接片    9.轴承

具体实施方式

请参照图1、图2、图3，本发明是一种等容动能发动机，图1图2是本发明的主体结构图，图3是分解图，包括左机体盖(1)、工作轮(2)、传动轴(3)、圆筒形机体(4)、集气轮(5)、右机体盖(6)、导风管(7)、连接片(8)、轴承(9)构成，外部的空气压缩机、电力启动和点火喷油装置可利用现有的技术，这里不做介绍。本发明是由圆筒形机体(4)和在其两侧装有的左机体盖(1)和右机体盖(6)，以及通过轴承(9)按装在左、右机体盖上的传动轴(3)构成该发动机的外部框架，通过连接片(8)将圆环形工作轮(2)与传动轴(3)组装成一体作为该发动机输出动力的运动部件，圆环形工作轮由在其内圆面和外圆面之间按120度角位置装置的三个燃烧室(201)及尾喷嘴(203)和导叶(204)构成，燃烧室的进气口(202)设在内圆弧面上，尾喷嘴口(203)设在外圆弧面上，同时在尾喷嘴口后侧各有两个附加反射槽(205)，在每个进气口之间的内外圆面上各有一个与轴向成45度角的径向导叶(204)，左机体盖有通气口(101)与外部压缩机的导风管(7)相通，右机体盖里侧装有集气轮(5)，集气轮上设有集气道(501)和进气道(502)，在集气轮100度角至180度角之间各设两个电火花塞(503)和喷油嘴(504)，在右机体盖75度至255度之间设有条形排气口(601)，在圆筒形机体内圆面75度角至255度角弧面上设有多条能将冲击到上面的气体0角度折回的反射槽(401)。图1和图2中的箭头方向表示气体在本发明等容动能发动机中的流动方向，图20是该发动机新的循环，即将开始时的燃烧室A的位置情况，图21是燃烧室A进气过程时的位置情况，图22是燃烧室A进气过程结束，开始供油点火燃烧，膨胀气体经尾喷嘴高速冲击反射槽开始进行能功转换时的位置，图23是燃烧室A即将完成作功和排气时的位置情况。

请参照图1至图23，本发明实施运转时，先由电力启动设备带动外部压缩机将吸入的空气缩到10至12个气压后，工作气体经导风管(7)从左机体盖通气口(101)进入到环形工作轮燃烧室(201)和尾喷嘴(203)外部空间，气体在导叶(204)运动的作用和原有的静压压力下，向右进入到右机体盖(6)上的环形集气轮(5)的集气道(501)，此时进入气体的温度将被提高和也冷却了工作轮(2)及其上的燃烧室(201)和尾喷嘴(203)，如同风冷的效果可使该发动机不必设置专用的冷却系统，只是应根据实际需要在燃烧室(201)和尾喷嘴(203)外部合理布置一些散叶片，用以加强冷却效果，在工作轮燃烧室进气口202前端运行到集气轮5的0度角位置的进气道(502)时，双方开始相通，被提高了温度和压力的气体通过进气道(502)进入到工作轮燃烧室(201)，工作轮(2)向前运转180度后，恰好工作轮进气口(202)后端运行到集气轮进气道(502)的90度角位置时，通道闭合而进气工作结束，同时安装在集气轮(5)外圆弧面上的喷油嘴(504)向工作轮燃烧室(201)内喷油和稍后电火花塞(503)点火使燃烧室(201)的混合油气迅速膨胀燃烧产生高压燃气，同时工作轮燃烧室(201)的尾喷嘴口(203)已运行到机体(4)内圆弧面75度位置与机体(4)的反射槽(401)和右机体盖(6)的条形排气口(601)相通而处于开放状态，使高压燃气的能量在尾喷嘴(203)开放形状和压力差的作用下转变为高速气体冲击到反射槽上，使工作轮(2)产生旋转力矩对外输出机械功，工作轮(2)在向前运行的同时，膨胀气体在尾喷嘴(203)后附加反射槽(205)和机体反射槽(401)之间继续将剩余能量转换后经排气口(601)排到大气中，直到工作轮进气孔(202)后端运行到270度角弧面位置和尾喷嘴(203)运行到255度角弧面时一个热力循环结束，而此时工作轮进气口(202)前端同时也运行到集气轮(5)的0度角位置，下一个过程开始。

本发明自身还具有以下优点：

本发明仅热效率比目前通用的汽、柴油机高这一点，就符合节能、环保对发动机所提出的要求，本发明又只有一个旋转运动部件工作轮。可以说是结构最简单的发动机，无论是生产制造和使用维护都适于普及和发展。外部空气压缩机、启动、供油、点火、密封、润滑都可利用现有最先进的技术和产品进行装配，所以说开发容易成功，投资前景可观。

Claims (1)

1.一种等容动能发动机，有压缩机、机体、工作轮及传动轴。其特征在于：有一个圆筒形机体(4)，在圆筒形机体内圆面75度至255度弧面有多条反射槽(401)，该反射槽与右机体盖(6)的同角度的排气口(601)相通，该圆筒形机体两侧设有左机体盖(1)及右机体盖(6)，左机体盖通气口(101)与压缩机导风管(7)相连通，所述的传动轴(3)通过轴承(9)安装左、右机体盖上，传动轴的中部经连接片(8)与圆环形工作轮(2)连接在一起，圆环形工作轮在外圆面和内圆面之间互相按120度角装有三个燃烧室(201)和与其连通的尾喷嘴(203)，燃烧室的进气孔(202)在内圆弧面上，每个进气孔各占有90度弧面的长度，且各进气口相距30度弧面长度，每个尾喷嘴(203)的喷口各占有工作轮外圆弧面7.5度弧面长度，各喷口相距112.5度弧面距离，在工作轮内外圆弧面和相邻燃烧室之间装有与轴向成45度角的导叶(204)，所述右机体盖在75度角至255度角之间有条形排气口(601)，集气轮(5)装在右机体盖的内侧，集气轮有一个环形的集气道(501)和与集气道相通的90度弧面长度的凹形进气道(502)，在集气轮左端100度至180度的外圆弧面上各有二个火花塞(503)和喷油嘴(504)。

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