CN102278197A - 双燃盘式涡轮节能发动机 - Google Patents

Abstract

本发明双燃式超节能发动机，是通过消除传统曲轴发动机的夹角自耗现象，内部阻力现象，同时通过独创的双燃烧、双膨胀室来达到大幅度节约能源目的。本发动机整体结构象一个圆盘，主要由叶片轮、蜗轮增压仓、直动力轴、燃料喷雾器、燃烧膨胀室、冷却蒸汽膨胀室(微型锅炉)、火花塞、油门控制器(油门)、增压器等组成，当高压缩空气进入燃烧膨胀室与该室内气雾状的燃油瞬间混合，在火花塞的点燃下充分燃烧时，生产了大量的膨胀气体，同时在受热的情况下，用以冷却的水也产生了大量的膨胀水蒸汽气体，两膨胀气体的膨胀力、冲击力同时直接与最佳的角度推动叶片轮旋转产生扭矩。把其中的输油管、输水管，改成高压蒸汽进气管，本发动机就是一个新式的汽轮机。

Description

双燃盘式涡轮节能发动机

技术领域：

燃料发动机技术领域 

解决的技术问题： 

曲轴内燃发动机的大幅度节能问题 

技术背景：

传统的曲轴发动机由于需要通过曲轴才能把活塞的往复直线运动方式转化为圆周运动的方式(只有圆周运动才有用，只有圆周运动才能带动机器的旋转)，在这一转化的过程中便产生了因为有曲轴的夹角能源自耗现象。本发明人简称它们是：夹角摩擦现象、夹角分散现象、死点抵消现象。 

说明：1、本处所说的“夹角”是指传统曲轴发动机活塞往复运动方向的中心线与发动机产生扭力、扭矩需要的力量方向线之间的“夹角”。2、夹角摩擦现象：是因为夹角的原因，通过曲轴的反作用力的分力对汽缸的名词产生的额外对汽缸左右两边的摩擦现象；3、夹角分散现象：是是因为夹角的原因，通过曲轴的反作用力产生对汽缸燃烧燃料产生的膨胀力的力量抵消分散现象；4、死点抵消现象：是汽缸燃烧燃料刚产生的膨胀力的瞬间时是压缩比最大的时候的冲击波，而此时的力量方向刚好经过曲轴轴心的中心线，就是说此时的汽缸燃烧燃料时产生的最大膨胀力、冲击力刚好被曲轴的反作力完全抵消了。 

传统蜗轮发动机没有了夹角现象，由于其结构的特征只能适合在飞机上用，无法方便地用在汽车、摩托车或汽柴油发电机等上。 

本发动机设计了特殊的蜗轮空气增压机构。蜗轮发动机有其奇特的优点——能够让燃料高度充分燃烧产生高压、高温，高压能够使其产生 强大的高速高膨胀气流，飞机上能让只有很小阻力的空气产生强大的反作用力推动庞大的飞机上天，在本发动机上，高压能够使其产生强大的动力。而高温，又能够使其产生大量的高速水蒸汽膨胀气流，这样就可以用来更加进一步的推动本发动机转子的旋转，产生了更加强大的动力，所以本发动就相对于一切曲轴发动机，更加节约能源了。 

双燃发动机是指：传统的发动机不是内燃就是外燃。燃烧发动机就是把化学能转化成机械能，燃料在燃烧时(化学变化、化学反应)会产生热能和机械能(以突然的方式，产生大量的以二氧化碳为主的许多气体物质后分子之间的相互排斥运动膨胀的能量)。内燃发动机只能使用上燃料在燃烧时产生的机械能和极少的热能，大部分的热能是有害的，是要用水冷或风冷消耗掉的。而外燃更加浪费能源，典型的就是过去的蒸汽机，它只能利用燃料在燃烧时产生的部分热能，机械能更是完全被浪费了。本发动机使用了双膨胀室，既有燃料燃烧膨胀室，又有冷却蒸汽膨胀室(微型锅炉)，既可以利用到燃料在燃烧时产生的机械能，又可以利用上燃料在燃烧时产生的热能。本发动机的水在这里，既可以起冷却的作用，降低发动机内部的温度，又可以受热膨胀变化成蒸汽，变化成膨胀气体，双推动的方式进一步推动叶片做功，使发动机产生更大的马力。所以本双燃烧发动机就更节约能源了。 

发明的内容： 

一、本发明的发动机有了双燃烧、双膨胀做功，双膨胀工作室的做功能节能优点。既有了活塞曲轴式发动机膨胀做功省油的优点，又有蜗轮发动机可以充分燃烧的优点，可以使用吹动做功产生高速度、极大的增加其提速性的优点；既可以利用燃料在燃烧时产生的机械能，又可以利用燃料在燃烧时产生的高温、高热能。所以所以本双燃式发动机就比 传统的单燃式的发动机就大大的节能了。本发动机可以广泛用在汽车、摩托车或汽柴油发电机等上。 

二、在结构上主要是取消了活塞、曲轴、凸轮、气门等，换成了特殊的叶片轮(转子)、蜗轮增压机构、增压器和燃烧膨胀室和冷却蒸汽膨胀室等。 

三、通过三个方面来实现在节油的目的：1)消除传统曲轴发动机因为有曲轴产生的“夹角能源自耗现象”；2消除一切内部摩擦、内部阻力现象；3)使用双燃烧、双膨胀做功双膨胀室。 

说明：1、通过消除曲轴发动机的夹角现象来降低发动机的耗能率，消除了一切内部摩擦力等；通过使发动机燃烧膨胀室产生的作用力与发动机产生最大扭矩所需要的方向相一致的方法来降低发动机的能源使用率；利用作用力与反作用的原理，使燃烧膨胀室燃烧燃料所产生的作用力刚好是与其对应的叶片轮半径成90°方向作力推动叶片(或者说与叶片轮的圆周相切的角度用力)推动叶片轮旋转，燃烧膨胀室大致成长方形状(如图1所示)；高压缩空气的进气口是与对应的叶片轮半径成90°也增加一部分推力(高压缩空气蜗轮增压仓增氧助燃)；废气口也是90°方向最大化的方便排气(如图1所示)，方便形成最大化的压差。圆盘仓上的三个出口都是与其对应的叶片轮的半径成90°；2、双燃烧、双膨胀做功，及本发动机使用了双膨胀室，既可以利用到燃料在燃烧时产生的机械能，又可以同时利用上燃料在燃烧时产生的热能。 

本发动机在动力输出轴(1)上安置一叶片轮(2)，并且顺着其作力方向设计了燃烧膨胀室(16)和冷却膨胀室(18)，燃烧膨胀室由叶片轮(2)，叶片轮上的挡板和挡圈组成，设计了特殊的汽缸，传统的汽缸推动的是活塞，本发动机通过燃烧膨胀室(16)和冷却膨胀室(18) 推动的是叶片。燃烧膨胀室的上室壁与下室壁与叶片轮的圆周相切(使燃烧膨胀室，燃烧燃料产生的膨胀力、冲击力的作用方向与叶片轮对应的半径成90度，如图1所示)，这样燃烧膨胀室(16)利用作用与反作用力的原理，燃烧燃料产生的膨胀力、爆发力就可以与叶片轮的圆周相切与叶片轮对应的半径成90度，就与推动动力输出轴旋转所需要的最佳方向高度相一致了，这样产生的扭矩最大，就可以发挥燃料的最大作用。 

本发明的最大技术特征是：1、整体结构象一个圆盘，由叶片轮(转子)、燃料燃烧膨胀室、水冷却蒸汽膨胀室、蜗轮增压仓等主要部件在四周围分布组成；2、有两个膨胀室——燃料燃烧膨胀室和水冷却蒸汽膨胀室；3、中间是一个叶片轮(转子)；动力轴(主轴)在叶片轮的中心；4、本发动机的动力从中心轴(主轴)输出；5、进气口、排气口、燃料燃烧等膨胀室、做功室在圆盘的四周，其方向均与其叶片轮(转子)相切：6三力合一做功，及燃料燃烧产生的膨胀力、水受热蒸发产生的膨胀力、蜗齿增压仓产生的高压缩空气的推动力(当然最后的这个力的贡献最小，主要是减少对能源的损耗)。 

1、本发动机虽然没有了传统曲轴发动机的高“压缩比”的节约现象，但是也没有因此有压缩冲程的能源浪费现象，由于有齿轮和蜗轮机构的两极增压所以能够弥补其充分的不足；2、本发动机有了蜗轮增压仓，所以燃烧非常充分产生高温高压；根据资料显示，如果汽油与空气的比例是达到每立方米有70——120克，此混合空气遇明火可以爆炸，及汽油为最充分燃烧，从而产生强大的膨胀力、冲击力。按照以上比例可以推算出只要调整好蜗轮增压仓的蜗轮机构与动力输出轴齿轮之间的传动比，就可以很好的调节到使燃料与空气始终保持在以上混合比例之间。本发动机的燃油也有加压器，喷油嘴(21)所以喷出的燃料是气 雾状的，能够使燃料瞬间充分混合，另外喷油嘴(21)的外面还套有空气管增加供气，可以保证永不熄火。蜗轮增压仓的蜗轮通过皮带或链条是与本发动机的动力输出轴相连的，蜗轮增压仓的动力来源是通过本发动机的动力输出轴输出的动力所产生的，所以是会与空气的比例瞬间达到并且始终保持以上比例的，不管油门的变化如何，所以燃料都可以始终充分燃烧的，所以能够达到了节约能源的目的(油门给得大，转速就快，蜗轮增压仓里面的增压空气就多，反之就少)。钨丝(19)是起补充点火的作用。火花塞可以完成另外有节奏的点火模式。(20)是水的有增压器，这样水就不会倒流，冷却蒸汽膨胀室就不会倒漏气。 

本发动机的油料加压器的动力也是来源于本发动机自身的动力输出轴输出的动力，所以不管油门的变化如何，供油的速度和供压缩空气供应的速度会一起同时的变大或变小，同步变化的比例可以通过和合适的传动比，始终能够充分供油。 

由于空气的阻力很小，蜗轮增压仓和燃油加压器都很小，所以需要的动力也很小，不会消耗太多的动力产生新的浪费现象。 

特别说明：1、如图5所示的结构，空气与燃油的混合空气直接通过进气进入，在燃烧膨胀室点燃，如果密封不足可能引起整个化油器的燃烧，所以此机构加工的精度要求较高；2、叶片轮上的叶片的上方要适当的厚一些，燃烧膨胀室漏气就更加少一些；3、叶片轮要与机器仓(14)的间隙越小密封越好，当然考虑到机械加工难道的限制、温差的不同、热长冷缩系数的不同，中间必须有一定的间隙，只是在叶片还要与机器仓靠近燃烧膨胀室出可以通过偏心法或偏心调节器调节，让机器仓(14)不动而叶片轮的位置上移动，让叶片轮与机器仓(14)上半部分通过适当的磨耗使燃烧膨胀室、冷却膨胀室高度密封。所以通过偏心 调节器的调节，即使(在图1上)叶片轮与机器仓(14)的下半部分间隙比较大，它的上半部分叶片轮与燃烧膨胀室、冷却膨胀室靠近的部分都可以高度密封，还有其它的间隙，再通过水或润滑油的张力密封；4、叶片的片数适当多一点，这样可以进一步减少漏气的损失和受力的平衡；5、适当的水或水的蒸汽，使叶片轮与圆盘机器仓(14)之间有水的密封层，当然主要还是通过偏心调节法等不断地调节其最佳密封性。水的作用：1)、利用水张力的作用，可以起密封的作用，减少膨胀漏气的损失，2)、可以降低发动机的机体温度，3)可以增加膨胀气体。6、由于本发动机是连续的供应有氧压缩空气和连续的供应燃油燃料，所以燃烧膨胀室也是连续的高效燃烧膨胀模式，所以火花塞可以设计成两种：1)、只起点燃作用的，2)、可以设计成连续的打火，以让燃烧膨胀室的燃料更加可靠充分地燃烧，或通过钨丝的作用，使其能够充分的连续燃烧。由于本发动机是连续的燃烧。7、废气排气口(9)应该与燃烧膨胀室较远，这样可以充分利用到燃烧膨胀室里产生了的尾气做功和减少因为漏气造成的损失。8、进气口(15)(高压空气进气口)也应该与所对应的叶片轮半径呈90°，高压空气产生的推力可以进一步增加本发动机的动力或者说进一步减少对能源的浪费。9、排气口(9)也应该与所对应的叶片轮半径呈90°，只是方向应该相反了(如图1所示)，这样更加方便废气的排出，让本发动机产生更加大的动力。10、叶片轮上的叶片的厚度应该适当，太厚会影响燃烧膨胀室的有效空间；11、为了降低成本也可以用鼓风机代替蜗轮增压机；12、按照本原理可以设计成任意多汽缸的发动机。13、发动机(13)的进水管进水调节应该适当，既满足膨胀做功的需要，以让有限的热量产生最大化的膨胀气体为原则，又不因为进水太多过度降低其温度，不利于膨胀蒸汽的更多产生；14用 在排气口设遗流口来的办来调节进水管进水的适当性，以刚好有少量水排出为适当；15、为了产生更多的膨胀蒸汽，冷却膨胀的形状为包裹火焰形，再保温隔热层；16、如果把(6)输油管，改成高压蒸汽进气管，本发动机也是一个新型的汽轮机。本汽轮机相对于传统的汽轮机更加简单，更加节能、扭矩更大。 

从总来说，只是消除了传统的曲轴发动机的夹角现象，根据力学平行四边法的计算公式，节约能源的效率比一切曲轴的发动机节约能源60％以上。还没有包括消除其他内部摩擦现象产生的节约能源的效果，更加没有包括双燃烧，双膨胀产生的节约效果。 

附图说明：

1、动力轴(主轴)，2、叶片轮(转子)，3、火花塞，4、油门控制器，5、油料增压器，6、输油管，7、蜗轮增压仓或鼓风增压仓，8、蜗轮叶片，9、废气排气口，10、机座，11、链条，12、叶片轮支撑，13、进水口或喷水雾器喷头，14、圆盘仓(机壳，定子)，15、进气管，16、燃烧膨胀室(汽缸)，17、齿轮，18、冷却膨胀室(微型锅炉)(汽缸)，19、钨丝，20、水增压器，21、燃料喷雾器，22、蒸汽，23、冷却膨胀室(微型锅炉)里的水形，24、隔热保温层，25、高压蒸汽进气管，26、蒸汽膨胀室。 

图1、是本发动机本设计人暂时认为最好的一种设计方案。 

图2、是本发动机叶片轮(转子)部分的B---B剖面图。 

图3、是A部分的，燃烧膨胀室和冷却膨胀室的局部放大图。 

图4、(示意图)空气与燃油也可以高度混合，最适合高速发动机机使用。冷却蒸汽膨胀室(18)的开口可以与燃料燃烧室(16)的开口分开开口，如本图所示。 

图5、(示意图)是空气与燃油高度混合了以后在到燃烧膨胀室里由火花塞点燃膨胀做功，该设计的好处是空气与燃油高度混合了，燃烧最充分，也能够利用上微弱的膨胀力量，缺点是密封一定要好，否则进气管有爆燃的可能。冷却蒸汽膨胀室(18)的开口可以与燃料燃烧室(16)的开口较远处，如本图所示。 

图6、是冷却膨胀室(异形微型锅炉)。 

图7、汽轮机的一种设计。 

具体实施方式：

当高压缩空气(高含氧量空气)进入燃烧膨胀室(16)与该室内气雾状的燃油瞬间混合，在火花塞的点燃下充分燃烧时，便生产了大量的膨胀气体，冷却膨胀室(微型锅炉)里的水在受热的情况下产生大力的蒸汽，两膨胀气体的膨胀力、冲击力都与最好的角度推动叶片轮上的叶片使叶片轮旋转产生最大的扭矩，叶片轮旋转带动其中心处的动力输出轴(1)旋转，这样在大幅度的节约能源的情况下，本发动机就可以输出动力做功了。把(6)输油管，改成高压蒸汽进气管，本发动机也是一个新型的汽轮机。本汽轮机相对于传统的汽轮机更加简单，更加节能、扭矩更大。虽然可能速度较慢但是扭矩特别大，通过变速机构完全可以弥补其不足。采用多汽缸式可以大大地减小其直径方面的体积。 

Claims (10)

1.本发明的超节能发动机整体结构象一个圆盘，直动力轴(1)在本发动机的中心，直动力轴上套一叶片轮(12)，叶片轮和圆盘仓(14)合作组成燃烧膨胀室(16)和冷却蒸汽膨胀室(微型锅炉18)，圆盘仓上分别有燃烧膨胀室(16)、冷却蒸汽膨胀室(18)、进气口(15)、废气排气口(9)；本发明节能发动机主要由叶片轮(2)、涡轮增压仓(7)、直动力轴(1)、圆盘仓(14)、燃料喷雾器(21)、燃烧膨胀室(16)、冷却蒸汽膨胀室(18)、进水增压器(20)、火花塞(3)、油门控制器(4)、燃料增压器(5)等组成。

2.根据权利1中所述的增压涡轮仓(7)和燃烧膨胀室(16)可以是分开的分别用二个通道的造成，也可以是和二为一共用一个通道的设计造成。

3.根据权利1中所述的增压涡轮仓(7)与发动机的连接管道可以是很靠近，也可以是很长、相隔很远的。

4.根据权利1中所述的增压涡轮仓(7)的动力来源，是通过皮带或者链条等机构来源于动力输出轴(1)的。

5.根据权利1中所述的燃烧膨胀室的最外室壁平面方向与叶片轮的对应的半径方向为90°的夹角(或者说燃烧膨胀室燃烧燃料产生的膨胀作力方向与叶片轮的圆周方向刚好是相切的)。

6.根据权利1中所述的动力轴(1)，它也是本发明的动力输出轴，它是直线的(相对于曲轴)。

7.根据权利1中所述的燃烧膨胀室(16)，燃烧膨胀室可以有油管加空气系统(内管套外管，内管为输油管，外管为加空气管)也可以只有油管系统；汽缸的密封靠偏心调节方法、水或润滑油的张力解决。

8.根据权利1中所述的涡轮增压仓，也可以用鼓风机结构代替。 

9.根据本发动机的原理，可以把输油管、输水管改变成高压蒸汽进气管(25)就可以设计成汽轮机发动机；本发动机可以是单汽缸发动机，也可以是多汽缸的发动机。

10.本发明的超节能发动机有燃烧膨胀室(16)和冷却蒸汽膨胀室(18)两个膨胀室，冷却蒸汽膨胀室(微型锅炉18)的水受热变成蒸汽产生的膨胀力和燃烧燃料产生的膨胀力、冲击力直接通过推动叶片轮(2)，使叶片轮(2)旋转，再带动直动力轴(1)的旋转。 

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