CN103216311B - 汽车发动机及动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了汽车发动机及动力装置，通过与叶轮同轴设置的转速更快的离心装置来产生更大的压力差推动力，同时改变传统动力装置把燃烧室设在气缸内的结构，更合理地将叶轮和燃烧室设于同一壳体内，使燃烧的燃料和流体随离心装置高速旋转并在转动过程中经过很长的路径，在此过程中油料得到充分的燃烧，然后把经过充分燃烧而产生的高温高压的流体输入气缸内推动活塞带动连杆曲轴转动；由于油料得到充分燃烧，同时又在叶轮与离心装置之间形成很大压力差，产生很大推动力作用下，共同使动力装置或汽车发动机的推动力大大提高的同时能耗减少，尾气中的碳和PM2.5的含量也大大减少。

Description

汽车发动机及动力装置

技术领域

本发明涉及一种汽车发动机及动力装置。

背景技术

现有的动力装置，比如汽车的发动机，产生的压力不大，所以产生的推动力不大，其原因是气缸内的压力不大，燃烧室容积小，燃料只能间断地补充导致无法充分燃烧，浪费了很多能量，同时还造成严重的污染。只有动力装置内具有足够的压力，油料才能充分燃烧并产生更大的推动力，而油料的充分燃烧也能减少汽车的耗油量，耗油量减少的同时尾气的排放量也会大大减少。遗憾的是，当前的汽车发动机在技术上无法做到使油料充分燃烧，动力装置由于产生的压力不大，所以产生的推动力也不大。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供具有更大推动力的汽车发动机及动力装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的第一技术方案是：一种汽车发动机，包括相互连接的中空的壳体和气缸，所述壳体内设有叶轮和与叶轮同轴设置的转速比叶轮更快的离心装置，在所述叶轮的出风方向设有燃烧室，所述离心装置位于该燃烧室内，所述壳体上设有进气口和出气口，所述出气口连接至气缸，所述气缸内滑动连接有活塞，所述活塞通过连杆连接至曲轴。

其中，所述离心装置与转轴的连接处设有轴承和变速盒中的一种或多种。

其中，所述离心装置为中空转筒，所述中空转筒包括套筒状的套圈和至少两条的扰流条，所述套圈套装在转轴上，所述扰流条的两端固定在套圈上并以套圈为中心对称布置，扰流条的内外两面都为平面，或都为弧面，或一面为平面一面为弧面，扰流条的形状为弧形、三角形或螺旋形。

其中，所述离心装置为转盘，所述转盘的迎风面上设有导气口，转盘的周缘设有一圈边框，所述边框上均布至少两个喷气口，转盘的底部为弧形导气板。

其中，所述离心装置为圆盘，所述圆盘设置在至少一级叶轮的背风面后。

其中，所述圆盘的迎风面或背风面中至少有一面设有螺旋形、弧形、直线型或折线形的凹陷或凸起，圆盘的迎风面或背风面都为平面，或都为中间高周缘低的弧面，或一面为平面一面为中间高周缘低的弧面，当两面都为弧面时，背风面弧面的弧度大于迎风面。

其中，所述气缸上设有排气管和与所述出气口相连的通气管，在所述排气管和通气管内设有用于控制进气和排气的控制装置。

本发明采用的第二技术方案是：一种动力装置，包括中空的壳体，所述壳体内设有叶轮以及和叶轮设置在同一根转轴上的离心装置，所述离心装置的转速快于叶轮，离心装置的直径小于叶轮。

其中，所述离心装置为第一技术方案所述的汽车发动机中的离心装置。

其中，该动力装置可用于包括水或空气等流体中。

本发明的有益效果是：改变传统动力装置把燃烧室设在气缸内的结构，更合理地将具有空压机效果的叶轮组和燃烧室设于同一壳体内并将该壳体的出风口与气缸连接，并在燃烧室中设有离心装置或在叶轮组中设有圆盘，离心装置或圆盘与叶轮组各自产生的流体之间因路径不同流速不同而产生更大压力差，喷出的燃料混在这股流体中高速旋转并在转动过程中经过很长的路径，在此过程中油料被点燃并得到充分的燃烧，然后把经过充分燃烧而产生的高温高压的流体输入气缸内推动活塞带动连杆曲轴转动；由于油料得到充分燃烧，推动力大大提高的同时能耗减少，尾气中的碳和PM2.5的含量也大大减少。

附图说明

图1是本发明的实施例一的结构示意图；

图2是本发明的实施例一中离心装置的结构示意图；

图3是本发明的实施例一中离心装置的结构示意图；

图4是本发明的实施例一中离心装置的结构示意图；

图5是本发明的实施例一中离心装置的结构示意图；

图6是本发明的实施例一中离心装置的结构示意图；

图7是图2中A-A向的剖视图；

图8是本发明的汽车发动机连接六个气缸的结构示意图；

图9是本发明的实施例二和实施例三的结构示意图；

图10是本发明的实施例三的圆盘的示意图；

图11是本发明的实施例三的圆盘的另一面的示意图；

图12是图10中B-B向的剖视图；

图13是图10中B-B向的另一种剖视图；

图14是本发明的实施例四的结构示意图；

图15是本发明的动力装置的结构示意图。

附图标号说明：

1、壳体；101、进气口；102、出气口；103、转轴；104、套圈；105、轴承；106、变速盒；107、喷嘴；108、燃烧室；

2、离心装置；201、外表面；202、内表面；203、中空区域；

3、气缸；301、活塞；302、连杆；303、曲轴；

4、排气管；401、控制器；403、通气管；404、锥形管；

5、圆盘；

6、转盘；601、导气口；602、喷气口；603、导气板；604、流体层；

10、叶轮组。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

实施例一：

请参阅图1，一种动力装置，包括中空的壳体1，所述壳体1的两端设有进气口101和出气口102，该壳体1中设有叶轮组10和固定在叶轮组10的转轴103上的离心装置2，所述离心装置2设于壳体1内的燃烧室108中，所述燃烧室108中设有两个喷嘴107。出气口102通过通气管403与一个气缸3连接，在气缸3上设有排气管4，通气管403和排气管4内设有控制器401，在气缸3内设有活塞301，活塞301连接连杆302以驱动曲轴303。

请参阅图2至图7，所述离心装置2为中空转筒，包括套筒状的套圈104和两条的扰流条，所述套圈104套装在转轴103上，所述扰流条的两端固定在套圈104上并以套圈104为中心对称布置，扰流条的截面外表面201为弧形、内表面202为平面；优选地，所述扰流条的外形可以是圆形、菱形、椭圆形、三角形或多段曲线的组合形。

当动力装置工作时，空气从进气口101被吸入叶轮组10内，经叶轮组10的多级叶轮压缩后成为高压气体进入燃烧室108中，油料从喷嘴107喷出与高压气体充分混合后点燃，燃烧的流体围绕在中空的离心装置2周围，随着离心装置2高速转动形成椭圆外部形状一圈又一圈地高速转动，在运动中经过很长的路径，所述路径甚至长于传统六个气缸内燃烧室的容积所能容纳的行程，在此过程中油料得到充分燃烧；此时需让排气管4处于关闭状态并打开通气管403，则膨胀的高温高压气体从出气口102通过通气管403进入气缸3内产生很大的推动力，推动活塞301向下运动到下止点，从而带动连杆302驱动曲轴303转过180度，此时通过控制器401关闭通气管403的同时开启排气管4，把气缸3内的废气向外排出，曲轴303在惯性作用下由下止点向上止点转过180度，完成一个工作循环，工作循环的依次反复就能够驱动汽车行驶。

其中，所述离心装置2的工作原理如下：由于离心装置2的两条扰流条重量很轻，直径又小于叶轮组10的叶轮，所以转动时负载很小又与叶轮组10的多级叶轮同轴不同心，通过控制使离心装置2转速快于叶轮组10的多级叶轮，高速转动的离心装置2产生由内向外很大离心力，同时扰流条内外表面之间也产生压力差，在离心力和压力差的共同作用下把离心装置2内的流体高速抛向外部四周，在离心装置2的内部形成中空区域203，而围绕中空区域203四周转动的燃烧流体一圈又圈地绕着离心装置2的四周高速转动，其行程增加很多，行程的增加则是变相地使燃烧室总容积扩大，这样绵长的行程使油料得到足够充分的燃；而当处于在这种状态时，喷嘴107不论是间断喷油或连续喷油都能得到充分燃烧，优选合理设计的间断燃烧可以更多节约能源。

进一步地，离心装置2的套圈104内设有轴承105和变速盒106，离心装置2通过轴承105和变速盒106与转轴103相连接，使离心装置2更快的转动，与叶轮组10之间产生更大压力差，由此产生更大推动力；另外，由于轴承105的设置使离心装置2与叶轮组10同轴不同心，加上离心装置2直径小，重量轻，负载很小，轴承105使离心装置2很快转动，所以离心装置2转速快于叶轮组10很多，由此产生压力差和推动力。

请参阅图8，与所述壳体1相连的气缸3有六个。在实际工作中，通过出气口102把高温高压的流体输入通气管403，通气管403又分别通过锥形管404与六个气缸3相连接，各气缸分别设有排气管4，排气管4和通气管403内分别都设有控制器401，通过控制器401可以控制排气管4和通气管403的开关，使各气缸3有序地吸入流体或排出废气。由于气缸3内没有燃烧室，本实施方式可以非常方便的通过控制器401来控制进入气缸3内的气体量，就很容易实现四冲程，甚至还能通过控制器401使通气管403输入3种大小不同进气量来实现六冲程，通过控制器401使通气管403输入4种大小不同进气量的同时还利用曲轴转动的惯性实现八冲程。显然，本发明可以通过控制不同的进气量，比传统汽车发动机更容易的设计出不同的冲程，从而可根据需要节约更多能耗。

优选地，所述叶轮组10可用螺杆式多级涡轮机来代替，其余结构不变，螺杆式涡轮产生的高压气体在燃烧室108内随喷出的油料燃烧并随离心装置2高速转动，油料得到充分燃烧，同时螺杆式涡轮与离心装置2之间产生很大从前向后的压力差推动力输入6个气缸3推动活塞301运动，从而驱动汽车行驶。

实施例二：

请参阅图9，在叶轮组10的出风处，即叶轮组10的最后一级叶轮的背风面外具有一定距离的位置在转轴103上同轴不同心地设有转盘6，转盘6的中心固定在所述转轴103上，转盘6面向叶轮的一面设有导气口601，其四周的边框上均布有至少两个的喷气口602，其底部为弧形的导气板603。

当叶轮组10工作时，由于转盘6与叶轮组10的叶轮同轴不同心，转盘6的直径较小、重量轻、负载小，所以转盘6的转速远远高于叶轮组10的转速；叶轮排出的流体一部分从导气口601进入转盘6内，经导气板603来延长其路径，又经四周边框均布的各喷气口602把流体高速抛出，多股流体共同形成具有一定厚度、高速转动且高速运动的流体层604；叶轮排出的另一部流速较慢的流体与流体层604相遇，两股不同流速的流体形成气旋，流速较慢的那一部分流体顺着高速流体层604四周椭圆形状一圈又一圈的旋转运动，经过很长的路径，高速流体层604与叶轮迎风面流体经宽度方向较短路径之间，产生很大压力差；进一步地，多级叶轮排出的流速较慢的流体与后部转盘6形成更快的高速流体层604之间因流速不同、路径不同而产生很大的压力差，从而形成更大的推动力。

进一步地，当转盘6设于燃烧室108中时，高速转动形成的高速流体层604中间为中空区域203，喷嘴107喷出的燃料混入流体层604中与流体一路围绕中空区域203周围一圈又一圈地高速转动，经过很长的路径后油料更容易充分燃烧，同时叶轮组10从前向后产生很大压力差，形成更大的推动力，进入气缸3内产生更大的推动力。

实施例三：

请参阅图9至图13，叶轮组10的叶轮之间设有圆盘5，圆盘5直径小于叶轮组10的叶轮直径，圆盘5和多级叶轮在转轴103上同轴不同心地相连接，所述圆盘5的迎风面或背风面上设有螺旋形、弧形、直线形或三角形的凹陷或凸起的线条，这些线条可以沿长迎风面上流体经过的路径，使圆盘5的迎风面和背风面之间产生从前向后的压力差，并把流体从四周抛出；圆盘5的剖面呈中间高周缘低的形状，由圆盘5的剖面的中间向周缘过度的曲线可以是不规则的具有起伏的曲线，这样能够平滑的延长流体经过的路径。

当叶轮组10工作时，叶轮组10与圆盘5同轴不同心，同时圆盘5直径小、重量轻、负载少，所以圆盘5的转速快于前面叶轮背风面的转速，使背风面排出的流体随圆盘5的迎风面一圈又一圈转动，经很长路径后抛向四周，形成叶轮背风面与圆盘迎风面之间在不宽的距离空间及抛向四周的流体，从而形成高速的流体层604，与叶轮迎风面在宽度方向很短路径经过的流体，由于路径不同，流速不同而形成很大压力差，叶轮迎风面低流速，流体必然向后部高流速，高气压的高速的流体层604转移压力差，压力差就是推动力，所以叶轮迎风面向背风面的高速流体层转移压力差，从而各叶轮的迎风面都向背风面圆盘产生的高速流体层转移压力差，形成叶轮组10内叶轮逐级从前向后的压力差转移区，使前部高气压向后部低气压转移压力差，共同形成更大推动力。

优选地，本实施例也可以在燃烧室108中的转轴103上设置转盘6，在出气口102外连接气缸3，当燃烧室108暂停使用时，叶轮组10通过叶轮和圆盘5之间产生高压流体，进而叶轮组10又与转盘6之间产生压力差，逐级产生从高向低的压力差转移区，共同形成从前向后更大推动力，这也能产生足够推动力来驱动气缸3的活塞301上下运动来驱动汽车行驶。

实施例四：

请参阅图14，叶轮组10替换为为螺杆式多级涡轮同轴连接，其后设有具有菱形扰流条的离心装置2，其余结构与实施方式二相同，螺杆式多级涡轮产生的高压气体在燃烧室108内燃烧并随离心装置2高速转动，得到充分燃烧，同时螺杆式多级涡轮与离心装置2之间产生很大从前向后的压力差推动力并输入气缸中推动活塞运动，从而驱动汽车行驶。同理，本实施例的结构也可驱动其他动力装置或运动装置。

进一步地，当壳体不连接气缸时，壳体内设有燃烧室或不设燃烧室就可以作为动力装置或运动装置。

上述四个实施例为本发明作为汽车发动机时的应用，本发明作为动力装置时还可以：1、将叶轮组10用多级涡轮、多级涡扇、多级风扇或螺杆式涡轮来代替，并在其后部的出风方向同心不同轴地设置离心装置2或转盘6的一种或多种，由于流速不同而形成很大压力差而产生更大推动力，这可以作为一种新型的动力装置；2、去掉气缸3就可以作为一种更大推动力的冲压发动机；3、减少多级叶轮的级数，进气口101和出气口102用导管与外部相连就可以作为一种产生很大推动力的流体空压机、气泵和水泵，适合于各种工业和民用设备，如冰箱用空压机等；4、上述叶轮组10内的多级叶轮的至少一级与圆盘5之间产生压力差，上述叶轮组10又与离心装置2之间产生的压力差，共同形成很大的压力差，产生足够大的流体压力进入传统的汽车发动机的多个气缸内，气缸内就不需要燃烧室的油料燃烧，由此产生出一种全新的零污染的汽车发动机；5、叶轮组10的一级叶轮同轴设有更高转速的圆盘5，其后部设有转盘6或离心装置2的其中一种或多种，并连接螺旋浆，在螺旋桨的一面与加压装置之间形成高速流体层，与螺旋桨另一面产生很大压力差，由此产生很大推动力，与螺旋桨喷出的流体一起共同形成更大推动力以用于水运交通工具上；6、叶轮组10的至少一级叶轮同轴向设有更高转速的圆盘5，可作为一种风力更强的抽风或排风的工业和民用风扇；7、去掉燃烧室108，可以作为一种能产生更大压力的、节能的螺杆或涡轮空压机，可使用在很多领域：如空调空压机等。8、参阅图15所示的动力装置，更快转速的圆盘5设于离最后一级叶轮后部迎风面一定距离的转轴103上，叶轮组10产生的高气压低流速的流体从前向后、向圆盘5更高转速形成的高速流体层转移压力差，由此产生更大压力和推动力，其适用于凭流体产生压力和推动力的压缩机。

本发明不论是否设有燃烧室，都适合作为发动机和压缩机等用于空气中或水中的动力装置。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种汽车发动机，其特征在于，包括相互连接的中空的壳体和气缸，所述壳体内设有叶轮和与叶轮同轴设置的转速比叶轮更快的离心装置，在所述叶轮的出风方向设有燃烧室，所述离心装置位于该燃烧室内，所述壳体上设有进气口和出气口，所述出气口连接至气缸，所述气缸内滑动连接有活塞，所述活塞通过连杆连接至曲轴。

2.根据权利要求1所述的汽车发动机，其特征在于：所述离心装置与转轴的连接处设有轴承和变速盒中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的汽车发动机，其特征在于：所述离心装置为中空转筒，所述中空转筒包括套筒状的套圈和至少两条的扰流条，所述套圈套装在转轴上，所述扰流条的两端固定在套圈上并以套圈为中心对称布置，扰流条的内外两面都为平面，或都为弧面，或一面为平面一面为弧面，扰流条的形状为弧形、三角形或螺旋形。

4.根据权利要求2所述的汽车发动机，其特征在于：所述离心装置为转盘，所述转盘的迎风面上设有导气口，转盘的周缘设有一圈边框，所述边框上均布至少两个喷气口，转盘的底部为弧形导气板。

5.根据权利要求2所述的汽车发动机，其特征在于：所述离心装置为圆盘，所述圆盘设置在至少一级叶轮的背风面后。

6.根据权利要求5所述的汽车发动机，其特征在于：所述圆盘的迎风面或背风面中至少有一面设有螺旋形、弧形、直线型或折线形的凹陷或凸起，圆盘的迎风面或背风面都为平面，或都为中间高周缘低的弧面，或一面为平面一面为中间高周缘低的弧面，当两面都为弧面时，背风面弧面的弧度大于迎风面。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的汽车发动机，其特征在于：所述气缸上设有排气管和与所述出气口相连的通气管，在所述排气管和通气管内设有用于控制进气和排气的控制装置。

8.一种动力装置，其特征在于：包括中空的壳体，所述壳体内设有叶轮以及和叶轮设置在同一根转轴上的离心装置，所述离心装置的转速快于叶轮，离心装置的直径小于叶轮。

9.根据权利要求8所述的动力装置，其特征在于：所述离心装置为权利要求3至6中任意一项所述的汽车发动机中的离心装置。

10.根据权利要求8所述的动力装置，其特征在于：该动力装置可用于包括水或空气中。