CN101963091A - 涡旋冷真空汽车发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种综合、高效的真空能汽车发动机。具体地说：包括有：(1)三维涡旋力工作原理，气体与螺旋叶片之间，进行着连续的、长时间、长距离的加速度，形成强大的旋转力矩和轴向推进力(压力或汲力)；(2)涡旋冷真空激发真空能，热机在达到界变值(P₀V₀/T₀)＝(C₀)(熵)后，继续进行以涡旋冷真空方式，通过降低热机起端点进入负压、真空、低温(P_eV_e/T_e)＝(C_e)(焓)，实现激发真空能，产生强大的、综合的热能效率(P_maxV_max/T_max)＝(C_max)，显著地提高热机工作热能效率；(3)涡旋热膨胀(取消曲杆曲轴等部件)直接进行涡施热功转换，具有更高的工作效率。具有强劲、高效、节能、绿色、安全、低噪音、无废气排放生产制作维修方便，适应各类不同汽车性能的要求，采用真空新能源、新工作原理以及新构造装置，成为新一代真空能源汽车发动机的发展方向。

Description

涡旋冷真空汽车发动机

技术领域：本发明涉及一种综合、高效、真空能的汽车发动机。综合采用“物质能加真空能”为发动机的动力源。具有新一代的先进力学、设计、构造、工作、技术原理。它是由(A)-(C)-(B)三个不同功能的机体，通过主轴杆贯穿形成的“三机一体”，成为完整的、一体化的车载装置。包括有先进的三维涡旋力工作原理、创新的热力机涡旋冷真空激发真空能原理、新型的热膨胀直接转换三维涡旋力做功原理等，及其新型的汽车发动机构造装置。具有全面超越传统活塞式发动机的高热能和高工作效率的优越性能。开创了涡旋冷真空的方式激发真空能，成为新一代真空能源汽车发动机的先河。

技背景术：发动机是汽车/船舶的动力源，大多是热能动力装置，简称热力机，热力机是借助工质的液体(流体)状态，燃烧产生的热能转变为机械能。1876年德国人奥托在大气压力式基础上，首先提出了往复活塞式四冲程汽车发动机，也就是说活塞式汽车发动机采用了进气、压缩、做功、排气四个冲程工作程序，使发动机的热能效率和热机工作效率有了稳定性，成为通用的燃油发动机的经典模式。以后，虽然经过一百二十多年的改进、调整和改革，出现有废气涡轮增压技术，计算机控制喷油技术，复合涡流控制燃烧技术，……等，增加了发动机热能和热机工作效率，减少有害气体的排放，其基本的活塞式工作原理并没有变动，但是由于活塞发动机热力学原理的缺陷、构造装置的不合理性、加上热力机前端进气加压限制性等因素，发动机的改进、发展达到了极限。

许多国家、科学家投入了研究，如1984年澳大利亚采用压缩空气形成超细油滴和空气混合，使燃烧更充分，1986年日本提出太阳能电动汽车，1994年英国提出了风力汽车以及美国、中国的电动车，以及混合动力车型等，使汽车发动机增加了替代燃料来源或采用常规燃料的新型车载动力装置。但不管科学家们怎么努力，传统的活塞发动机的热机效率始终小于50％，即物质能的极限值，还有另一半的50％哪里去了？如何索要热机效率的另一半？一直是科学家们努力探索攻克的方向。

1928年美国科学家狄拉克率先提出了“真空海概念”，说“真空海有无穷尽的能源”。如果说热机当前的物质能，称熵，被人们应用着，与之相对应的非物质能，称焓，应该在真空里。真空概念的提出，激励着人类向真空索要能源，使其成为动力机械的能源部分。世界主要国家为保障能源安全，都在加快新能源汽车研发和市场开拓步伐。2009年7月1日起，我国正式实施了《新能源汽车生产企及产品准入管理规则》，规则中强调说明：新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料，采用新型车载动力装置)、综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车。

本发明就在国内外迫切需要解决能源危机的大环境下，应运而生。

涡旋冷真空汽车发动机采用了“物质能加真空能”，它由(A)-(C)-(B)三个不同工作性能的机体，通过直线型主轴杆串联成一个整体的车载装置。其中；(A)涡旋进气(燃油、空气)混合加压，提高进气压力，(C)燃烧室，(通过电子操控的三控制六程序方式控制：吸、压、燃烧、热膨胀、排、汲、六个工作流程)。也就是说产生强大的、综合的热能效率(P_maxv_max/T_max)＝(C_max)，经过界变值热能态势(P₀v₀/T₀)＝(C₀)，到达低温、负压、低气流速的热能态势(P_ev_e/T_e)＝(C_e)，实现激发真空能，显著地增加热机热效率(C_max)＝(C₀)+(C_e)。同时，在(B)机进行涡旋热功转换中，由热膨胀直接(无需通过零部件)转换为旋转力矩作功。

本发明涡旋冷真汽车发动机的积极效果是：

1、先进的三维涡旋力学原理。流体在主动(从高能→低能)或被动(从低压→高压)过程中，叶片与气流间产生着三维涡旋力，即产生环向切向力、径向向心力、轴向推进力(吸力、汲力、排出力)，具有阻力最小，高效率地将动力转换为动能，或动能转换为动力，流体的运动充分符合三维涡旋力学原理。

2、开创性地实现涡旋真空激发，实现真空能成为汽车动力源。我们熟知活塞式热机的工作原理，活塞在热膨胀压力下，活塞线性运动刚到达排气终点即刻返回，成为一百二十多年来四冲程活塞发动机的经典，不仅热效率最高仅能达到50％(物质能效率极限值)以下。涡旋冷真汽车发动机则由传统热机的四个冲程，改革为六个冲程，即热机达到了排气终点，即热机的起端点的界变值(P₀v₀/T₀)后，以降低热机的起端点为目的转为真空汲气，产生真空端点值(P_ev_e/T_e)激发真空能。产生热机的热能效率：

(P_maxv_max/T_max)＝(P₀v₀/T₀)+(P_ev_e/T_e)；

其中：|(P₀v₀/T₀)|≈|(P_ev_e/T_e)|；

彻底改革了传统活塞式热机工作原理。即热效率由(传统)45％→(本机)90％。也就是说，我们可以用简便、实在的涡旋与涡旋冷真空方法，降低热机的起端点在界变值以下的真空点，激发了真空能，使之成为汽车发动机的新能源。显著地提高热机热效率。而真空能是一个取之不尽，没有国界的大自然新能源。

(3)改革传统热膨胀由活塞式线性作功为涡旋热膨胀作功。由于涡旋热膨胀的热功转换符合力学规律。使得热能直接转变为旋转力矩。而传统热活塞式热机膨胀压力，推动活塞线性运动，由曲轴运动转为旋转运动，这种热膨胀通过其他机械零部件简接作功的方式工作效率低，成为活塞式汽车发动机根本性的缺陷。本发明取消了曲轴、曲杆等中间环节的零部件，具有最大的热机工作效率比传统热机(物质能)近乎二倍(包括真空能加物质能)。

(4)整体的发动机设计构造概念。由(A)-(C)-(B)三个不同功能的机体，由直线式主轴杆贯穿形成一体，成为完整的“三机一体”的车载装置。其中：除主轴杆带动(主动、被动)叶片与流体产生三维力外，另有：(C)端涡旋热膨胀的热功转换着由(B)→(A)的旋转力矩；(B)主轴杆末端装置有余热涡轮、惯性飞轮和主齿轮等，主齿轮与原装汽车变速箱连接(包括自动控制)，驱动汽车行驶；而余热涡轮带动次齿轮与发电机连接，利用余热再次热功转换，于旋转中发电，充入蓄电池与水泵(风泵)气压机、油压机、电控程序电动机、启动(自救)电动机、空调机等连接，成为一套综合的车载装置。可见，涡旋冷真空汽车发动机是继活塞汽车发动机之后的新一代利用真空能为动力源的发展方向。

附图说明

图1、三维涡旋(A)机体构造示意图

图2、三维涡旋(B)机体构造示意图

图3、球形燃烧器(C)机体构造示意图

图4、错位片(C′、C″)的电子系统三控制六程序示意图

图5、涡旋冷真空汽车发动机工作示意图

图6、涡旋冷真空汽车发动机与活塞汽车发动机热效率比较示意图

其中，标号：涡扇1，(A)机涡旋叶片2、(A)机三维涡旋叶道3，A机旋转筒体4；(A)机稳定空间5，(A)机进气程控片6、C′进气程控片7，AC双轴承连接8，电子点火程制器9，维修排污口10，喷油控制器11，BA旋转主轴杆12，BC双轴承连接13，(B)机涡旋叶片14，(B)机三维涡旋叶道15，(B)机旋转筒体16，(B)机稳压空间17，(B)真空吸气控制片18，C″排气控制片19，(C)燃烧室20，(C)固定两半球体外壳21，BA主轴与B机连接22，(C)段主轴上外护套筒23，(A)段主轴杆外护套筒24，(C)半球外壳水套或空气散热片25，(B)机排气稳压空间26，惯性飞轮27，连接离合器(驱动、或发电机)28，余热发电机29，废气由压气机回收进入空气净化器30，隔离网内夹滤尘金属丝网31，叶道空间角(φ)32，错位程控片流程对孔位置33，发动机内支架(带轴承)34，发动机外壳35，发动机空气及燃油混合进气加压过程(ga)36，电子点火爆炸燃烧过程(ab)37，热膨胀涡旋热功直接转换过程(bc)38，涡旋冷真空排气过程(cf)39，涡旋冷真空汲气过程(fe)40，涡旋冷真空汲气过程(ea)41，活塞发动机卡诺循环路线(a b₁c₁d a)42，涡旋冷真空汽车发动机卡诺循环线路(a bcfeg a)43，“界变”以下的激发真空能(e f d g e)44。

具体实施方式：

结合以上实施例附图，对本发明技术方案作进一步说明。

如图1、所示为本发明涡旋冷真空汽车发动机的(A)机工作流程示意图，由(B)机(属主动旋转力)16通过主传动轴杆12传来，与护套24组成三维涡旋叶道3，带动(A)机简体4旋转，使(A)机叶道对气流体产生连续的、长距离、长时间的环向切向力、径向向心力、轴向吸(压)力，并带动涡扇1在内涵道室里吸入的空气与喷油控制器9喷入燃油混合，在叶道3内进行三维涡旋加压，在稳压空间5稳定压力，后通过(A，C)机进气控制片6、(A)控制点7(控制错位片：C′的电子系统三控制六程序)，进入C燃烧室20。涡扇1，在吸入空气中还有一股进入外涵道，除有增加惯性旋转力外，对主机体外围散热片降温冷却。

如图2、所示为本发明涡旋冷真空汽车发动机的(B)机工作流程示意图。由(C)燃烧室20，经燃烧爆炸产生的高温、高压、高速气流的热膨胀高能气体(C₀)，经排气控制片18、(B)控制点19(控制错位片：C″的电子系统三控制六程序电子程控技术)，进入(B)机真空稳压空间17，再膨胀激发真空能气流(C_e)，加上原有的热膨胀气流(C₀)，成为综合的、强劲的热膨胀气流(C_max)＝(C₀)+(C_e)，在(B)机封闭的三维涡旋叶片14，涡旋叶道15内再次施以长时间、长距离、连续地旋转加速度，产生强力的三维环向切向力、径向向心力、轴向推进力，将热能进行涡旋转换作功。也就是说，改革传统活塞式汽车发动机的热膨胀压力线性作功方式为涡旋直接转换为旋转力作功方式，取消了活塞连杆、曲轴等零部件的中间环节。(B)机尾部有排气空间26、惯性飞轮27、及转动轴与离合器连接28(用于可转换为驱动汽车行驶，或发电机发电)，剩余的热流再转换为旋转力的余热发电机涡轮29，排气管30。

同时，为适应不同汽车的不同性能和要求，通过燃烧器20，外设水套与水箱连接25，或与外涵道冷空气交换泠却作用。

如图3、所示本发明的涡旋冷真空汽车发动机热机示意图。传统的四冲程活塞汽车发动机，是热膨胀压力推动活塞线性运动方式，进行热功交换，直至额定“界变”值“(即：压力P₀、体积V₀、温度T₀)”，就直接进入下一个循环起点，热效率仅为50％(物质能极限值)以下。本发明通过设定的(控制错位片：C′C″的电子系统三控制六程序电子程控技术)，控制片6、7、18、19中的六个进排气程点，成为六个冲程工作程序、使C燃烧室达到界变值(P₀V₀/T₀)＝(C₀)后继续工作，由排气程控转入真空汲气程控，使燃烧室压力进入真空稳压空间(P_eV_e/T_e)＝(C_e)(负压力、真空、低温度)，即通过降低发动机热机燃烧室的前端起点，加大压力差、气体密度差、温度差，实现再次热膨胀，由此实现真空激发，产生综合的、强劲的热效率：(C_max)＝(C₀)+(C_e)，即：物质能(熵)加真空能(焓)，显著地提高了热机热能效率。也就是说，这种旋涡方式激发真空能来自于“(压力P_max、体积V_max、温度T_max)、(C_max)”→“(压力P₀、体积V₀、温度T₀)、(C₀)”→“(压力P_e、体积V_e、温度T_e)、(C_e)”，产生超乎传统热机(C₀(传统热机热能)+C_e(涡旋热机真空热能))的热机热能效率。这种由涡旋泠真空热膨胀再加涡旋热功转换，热效率由传统的45％可提高到90％。这是在热机原理上的一项具根本性的重大改革与发明。

如图4、所示本发明的涡旋冷真空汽车发动机中热机附设的三控制六程序原理。在进排气控制片6、7、18、19共设置a，b，c，f，e，g，a，六个程控工作流程，其中有：(e g)负压(真空)进气41，(g a)进气(混合燃油、空气)加压36，(a b)爆炸燃烧热膨胀37，(bc)热功直接转换为三维涡旋的旋转力和推进力38，(cf)由热功直接转换后排气至界变值(即界定的P。V。/T。值)39，(fe)真空汲气至界变值以下(P_eV_e/T_e)。也就是说理想的热机热效率，可以达到近于传统热机热能效率的二倍。

如图5、所示为本发明涡旋冷真空汽车发动机组件的装配图及工作流程示意图，有(A)-(C)-(B)三个主要部件组成整体的车载装置，通过固定支架(带滚动轴承)35与外壳连接，气流行进方向以箭头示之。

如图6、所示为本发明涡旋冷真空汽车发动机的热能效率示意图，并与传统发动机卡诺循环热能效率比较。有活塞发动机热能熵(a b₁ C₁d a)42，三维涡旋发动机热能效率(abcfcga)43，真空能焓(efdge)44。

其中：(a dC₁b₁bcfeg a)＝(abcfega)-(a b₁c₁da)；表示涡旋冷真空汽车发动机比传统活塞汽车发动机增加的热能效率；

(C_e)＝(e g d f e)为涡旋冷真空汽车发动机的激发真空能，称焓；

(C₀)＝(a b Cd a)为涡旋冷真空汽车发动机的传统物质能，称熵。

抵消能(C^±1或C⁰)＝(adga)+(cfdc)＝0

涡旋冷真空汽车发动机实际热能：(C_max)＝(C_e)+(C₀)+0。

Claims (6)

1.一种综合、高效的真空能汽车发动机，其特征在于所说的涡旋冷真空汽车发动机，采用一种综合的真空新能源作发动机的动力源，包括有：新型的三维涡旋力工作原理、热机涡旋冷真空原理、实现激发真空能原理、热膨胀直接转为涡旋力做功原理及其新型的汽车发动机构造装置等，成为三个不同功能机体，通过主轴杆的连接，组成一个完整的、综合的汽车发动机整体，即“三机一体”，或(A)-(C)-(B)一体的车载装置。

2.根据权利要求1，所述的三维涡旋力工作原理，其特征在于所说的涡旋冷真空汽车发动机，其(A，B)机体由旋转筒体4，与多片(奇数)弧形螺旋叶片2，组成封闭三维涡旋叶道3，叶道3在(主动或被动)旋转中，叶片与气流体之间产生连续的、长距离、长时间地加速度，按力学规律产生环向切向力、径向向心力、轴向推进力，转化为强劲的旋转力矩和轴向推进力(压力、或汲力、吸力)。

3.根据权利要求1，所述的热机涡旋冷激发真空能原理，其特征在于所说的涡旋冷真空汽车发动机中，热机在达到界变值(P₀V₀/T₀)＝(C₀)(熵)后，继续以涡旋冷真空方式降低热机起端点，进入负压、真空、低温(P_eV_e/T_e)＝(C_e)(焓)，实现激发真空能，显著地产生强大的、综合的热能效率(P_maxV_max/T_max)＝(C_max)，(C_max)＝(C₀)+(C_e)；其中有：前端(A)机4，涡旋进气(混合燃油、空气)加压；中端(C)球形燃烧器20，后端(B)机16，在热膨胀涡旋做功及排气后转为涡旋冷真汲气，加大了热机起终两端点的压力差，特别是达到(P_eV_e/T_e)实现激发真空能。

4.根据权利要求1，所述的热机涡旋冷激发真空能原理，其特征在于所说的涡旋冷真空汽车发动机中，(B)机16对中端(C)20进入的热膨胀气流，以涡旋方式直接进行热功转化作功，这种涡旋热膨胀的热功转换不仅符合力学规律，而且无需传统汽车发动机的通过曲轴、曲杆等中间环节的零部件的间接热功转换，使得热能在涡旋转换中有很高的几近达到98.5％的工作效率。

5.根据权利要求1，所述的热机涡旋冷真空原理中的三控制六程序原理，其特征在于所说的涡旋冷真空汽车发动机，在(C)机体里设置三控制六程序电子系统自动控制的错位片6、7，18、19，操控六个(a、b、c、f、e、g、a)热机工作程序：其中有热机的爆炸燃烧热膨胀(ab)程序37、热膨胀涡旋热功转换(bc)程序38、排气(cf)程序39、涡旋真空汲气致冷(fe)40、涡旋真空进气(eg)41、涡旋进气(混合的燃油、气)加压(ga)36等，确保热机的三控制六程序工作。

6.根据权利要求1，所述的符合静力学的传动构造和装置，其特征在于所说的涡旋冷真空汽车发动机，改革活塞式发动机曲轴为直轴12、23、24和环向连接的旋转力传递方式22，具有构造简单，受力合理，工作安全，便于维修制作安全。

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