CN105298688A - 压力式喷液装置，喷液增压系统及一种增强功率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强发动机或发电机功率的方法，一种压力式液体进给装置及使用该压力式液体进给装置的发动机或发电机喷液增压系统，在燃烧室的燃料燃烧时，通过外部增压装置以外部增压的方式向燃烧室内喷射液态介质；本发明的技术效果是：避免了使用电喷控制系统等复杂结构，使系统运行的稳定性得到了较大的提升；充分利用了燃烧室的高温排气对涡轮机的空气进行增温增压，提高做功效率；充分回收压力式液体进给装置对燃烧室内喷射的液体介质，达到回收循环利用的效果，同时减少尾气污染物的排放。

Description

压力式喷液装置，喷液增压系统及一种增强功率的方法

技术领域

本发明涉及发动机和发电机机械领域，具体来说涉及一种增强发动机或发电机功率的方法，一种压力式液体进给装置及使用压力式液体进给装置的发动机或发电机。

背景技术

能够将内能转化成动能的机构称之为发动机。例如主要以气缸和活塞作为转换机构的内燃机，根据燃料以及点火形式的不同可分为汽油机或柴油机，或有以氢气、天然气、石油气为燃料的发动机，其燃烧形式与汽油机差异较小。根据工作循环与活塞冲程特性划分，可分为二冲程与四冲程发动机。无论是二冲程或四冲程活塞内燃发动机，还是汪克尔转子发动机、球形发动机以及旋转转子发动机，都具有进气、压缩、做功和排气的过程。通常在将燃料空气混合物压缩后通过火花塞进行点燃做功。在对燃烧室进行燃料进给的方式通常采用电喷的方式，及电子燃油喷射控制。此外，排气时在燃烧室内排出的废气还保持较高的温度，这就造成了能量的浪费。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺点，提出一种增强发动机或发电机功率的方法，压力式液体进给装置及喷液增压发动机系统。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种增强发动机或发电机功率的方法，其特征在于：在燃烧室的燃料燃烧时，通过外部增压装置以外部增压的方式向燃烧室内喷射液态介质；

所述液态介质包括水，液氮，燃料或混合物。

所述液态介质也可以是其他液体。

通过这种技术方案，在燃烧室的燃料燃烧时，向燃烧室内部喷射一定量的液态介质，液态介质遇热后气化，从而增大燃烧室内部的气压，从而延长做功时间，达到提高功率的效果。

可以采用电喷的方式进行液态介质喷入，但相对于采用电喷的控制方式进行液态介质的喷入，本发明的技术方案无需引入额外的电喷控制系统，故不会出现整个系统太过复杂且不稳定的技术问题。

优选的技术方案是：通过从发动机输出功率提供动力的方式向燃烧室内喷射液态介质。

采用从发动机输出功率提供压力的方式向燃烧室内喷射液态介质，使得整个系统变得简单。避免了使用电喷控制系统的复杂结构，使系统运行的稳定性得到了较大的提升。

本发明提供连接燃烧室的压力式喷液装置，包括液体进给装置与增压装置；所述增压装置连接所述液体进给装置，所述增压装置通过外部增压方式将所述液体进给装置中的液体介质喷射入燃烧室。

一种优选方案是：所述液体进给装置包括储液装置，连通通道和喷液口，所述储液装置通过所述连通通道连接所述喷液口；所述储液装置与所述连通通道之间设有单向阀；所述连通通道和所述喷液口之间设有单向阀；所述增压装置包括压动曲轴，活塞和弹簧，所述压动曲轴与发动机功率输出曲轴连接并同步旋转，所述压动曲轴包括轴体和轴体上的凸块，所述压动曲轴旋转时所述凸块压迫所述活塞，所述弹簧的一端顶在所述活塞背向所述压动曲轴的一侧，所述弹簧的另一端设置在限位件上，所述活塞上设有柱塞。

另一种优选方案是：所述液体进给装置包括储液装置，连通通道和喷液口，所述储液装置通过所述增压装置连接所述连通通道，所述增压装置为涡轮增压装置；还包括调节装置，所述调节装置包括压动曲轴，活塞和弹簧，所述压动曲轴与发动机功率输出曲轴连接并同步旋转，所述压动曲轴包括轴体和凸块，所述压动曲轴旋转时所述凸块压迫所述活塞，所述弹簧的一端顶在所述活塞背向所述压动曲轴的一侧，所述弹簧的另一端设置在限位件上，所述活塞上设有柱塞，所述柱塞位于所述连通通道与所述喷液口之间，所述柱塞上设有通孔。

所述压动曲轴的转速等于所述功率输出曲轴转速的一半。

所述压动曲轴与所述功率输出曲轴通过包括齿轮或链条连接。

进一步优选的方案是：所述凸块在所述压动曲轴径向为阶梯状凸起，所述压动曲轴可以在径向移动。

由此获得的效果是：通过控制压动曲轴在径向移动，选择压迫活塞向下运动的对应凸块的高度，凸块越高，压动曲轴旋转时活塞下压的幅度越大，连通通道灌入的液体介质越多，对燃烧室内喷入的液体介质液越多；凸块越低，连通通道灌入的液体介质越少，对燃烧室内喷入的液体介质越少；当凸块高度为0时，压动曲轴旋转不会压动活塞，停止对燃烧室内喷入液体介质。通过上述方式，自由控制压力式液体进给装置对燃烧室内的喷液量。

可以通过手动操作调整压动曲轴在径向的移动；也可以自动化控制系统：在气缸中设置检测器与控制器，通过自动化控制系统调整压动曲轴在径向的移动。

进一步优选的技术方案是：所述喷液口为一个或多个，所述喷液口的喷液孔是单孔的或多孔的，所述喷液口的末端是平面的或者凸起的半球形；所述喷液口设有外层壁与内层壁，所述外层壁与所述内层壁之间设有间隙，间隙是真空的。

由此获得的效果是：通过对喷液口的设置，当喷液口为多个时可以实现对燃烧室内的多点式喷液；当喷液口的喷液孔为多个时可以实现对燃烧室内的喷雾式喷液；当喷液口为凸起的半球形，喷射面更大，喷射角度更好，使液体介质喷入更均匀；燃烧室内气化增压效果更佳。

内层壁内侧管道为喷液口的进液管，而外层壁与气缸壁相邻，外层壁与内层壁之间的间歇是真空的，可以阻隔气缸壁的高热传导到喷液口的进液管管壁上，将管内的液体汽化，产生高压而影响喷液效果。

本发明还涉及一种喷液增压系统，该系统包括至少一个如前所述的压力式喷液装置。

本发明涉及的喷液增压系统包括：所述压力式喷液装置，燃烧室，涡轮机，冷凝散热管和循环装置；所述压力式喷液装置连接所述燃烧室，所述燃烧室对所述涡轮机排气，所述冷凝散热管对所述涡轮机的排气冷凝处理，所述循环装置将所述冷凝装置分离出液体传输到所述压力式喷液装置。

使用上述喷液增压系统，随着燃烧室内火花塞点火爆炸，燃烧室内部压力增大，发动机开始做功，压力式液体进给装置对燃烧室内喷射入液态介质，液态介质遇热气化，进一步提升燃烧室内的气压。

燃烧室排出气体进入涡轮机，对涡轮机内实现涡轮增压，燃烧室排除的气体通过所述冷凝散热管进行冷却，冷凝散热管对涡轮机中排出的气体冷凝，循环装置收集散热冷凝管上冷凝的液态介质并将液态介质回收到所述压力式喷液装置。

与现有技术相比，本发明涉及的喷液增压系统：通过燃烧室的高温排气对涡轮机的空气进行增温增压，提高做功效率；充分回收压力式液体进给装置对燃烧室内喷射的液体介质，达到回收循环利用的效果。

附图说明

图1是本发明所涉及工作方法的工作示意图；

图2是本发明的实施例1的进气状态工作示意图；

图3是本发明的实施例1的压缩状态工作示意图；

图4是本发明的实施例2的连通状态工作示意图；

图5是本发明的实施例2的截断状态工作示意图；

图6是本发明的实施例1,2中压动曲轴的正视图和侧视图的示意图；

图7是本发明的实施例1,2中喷液口的喷液孔分布示意图；

图8是本发明的实施例1,2中喷液口的横截面示意图；

图9是本发明的喷液增压发动机系统的工作流程示意图；

图10是本发明的喷液增压发动机系统的结构框图示意图；

图11是本发明的喷液增压发动机系统应用在航空发动机涡轮风扇的局部工作示意图。

附图中各附图标记与各部件的对应关系如下：

1.压力式喷液装置；11.储液装置；12.连通通道；13.喷液口；14.喷液孔；15.外层壁；16.内层壁；21.单向阀；22.单向阀；31.压动曲轴；32.活塞；33.弹簧；34.轴体；35.凸块；36.柱塞；37.通孔；4.燃烧室；5.涡轮增压装置；6.涡轮机；7.外部增压装置；8.冷凝散热管；9.循环装置；10.净化装置。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明：

图1为本发明所涉及的增强发动机或发电机功率方法的工作示意图。

如图1所示，在燃烧室4的燃料燃烧时，通过外部增压装置7的外部增压，向燃烧室4内喷射液态介质。液态介质遇热后气化，从而增大燃烧室4内部的气压，从而延长做功时间，达到提高能源利用率的效果。

图2-3所示为本发明所涉及的压力式喷液装置的实施例1的工作示意图。

一种连接燃烧室4的压力式喷液装置1，包括液体进给装置与增压装置：所述液体进给装置包括储液装置11，连通通道12和喷液口13，储液装置11通过连通通道12连接喷液口13；储液装置11与所述连通通道12之间设有单向阀21；连通通道12和所述喷液口13之间设有单向阀22；所述增压装置包括压动曲轴31，活塞32和弹簧33，压动曲轴31与发动机功率输出曲轴链接并同步旋转，压动曲轴31包括轴体34和凸块35，压动曲轴31旋转时凸块35压迫活塞32，弹簧33的一端顶在活塞32背向所述压动曲轴31的一侧，弹簧33的另一端设置在限位件上，活塞32上设有柱塞36。

燃烧室4内火花塞点火爆炸，燃烧室4内部压力增大，发动机开始做功，发动机功率输出曲轴自行转动，带动与发动机功率输出曲轴连接的压动曲轴31进行旋转。

如图2所示：当压动曲轴31上的凸块35旋转至向下位置时，压迫活塞32，活塞32向下运动，活塞32另一侧的弹簧33压缩，活塞32带动柱塞36运动，连通通道12的体积受到压缩，连通通道12内气压值增加，当连通通道12内气压值大于临界值时，储液装置11与连通通道12之间的单向阀21打开，储液装置11内的液体介质流入连通通道12内。

如图3所示：压动曲轴31继续旋转，压动曲轴31上的凸块32旋转至向上位置时，活塞32面向压动曲轴31一侧的向下的压力消失，活塞32受弹簧33的压力，活塞32和柱塞36位置复位，连通通道12的体积增大，连通通道12内气压值降低，储液装置11与连通通道12之间的单向阀21两侧气压逐渐平衡，单向阀21关闭；连通通道12内灌入一定量的液体介质。

同时，燃烧室中燃料燃烧，喷液口向燃烧室一侧的气压持续增大，当燃烧室内的气压大于临界值时，所述连通通道12和喷液口13之间的单向阀22打开，滞留在连通通道12内的液体介质通过喷液口13的喷液孔14喷入燃烧室中，液体介质遇热气化膨胀，进一步提升燃烧室内部的气压，延长做功时间，提高功率。

同时，连通通道内液体介质流出，连通通道气压增加，连通通道和喷液口之间的单向阀两侧气压最终达到平衡，该单向阀关闭。

如图4-6所述的本发明所涉及的压力式喷液装置的实施例2。

一种连接燃烧室4的压力式喷液装置，包括液体进给装置与增压装置：所述液体进给装置包括储液装置11，连通通道12和喷液口13，储液装置11通过所述增压装置连接所述连通通道12，所述增压装置为涡轮增压装置5；还包括调节装置，所述调节装置包括压动曲轴31，活塞32和弹簧33，压动曲轴31与发动机功率输出曲轴链接并同步旋转，压动曲轴31包括轴体34和凸块35，压动曲轴31旋转时凸块35压迫活塞32，弹簧33的一端顶在活塞32背向压动曲轴31的一侧，弹簧33的另一端设置在限位件上，活塞32上设有柱塞36，柱塞36位于连通通道12与喷液口13之间，柱塞36上设有通孔37。

燃烧室4内火花塞点火爆炸，燃烧室4内部压力增大，发动机开始做功，发动机功率输出曲轴自行转动，带动与发动机功率输出曲轴链接的压动曲轴31进行旋转。

储液装置11中的液体介质通过涡轮增压装置5进入连通通道12中。

如图4所示：当压动曲轴31上的凸块35旋转至左侧位置时，压迫活塞32，活塞32向左侧运动，活塞32另一侧的弹簧33压缩，带动柱塞36向左侧运动，连通通道12通过柱塞36上的通孔37与喷液口13沟通，储液装置11内的液体介质经通孔37到达喷液口13。

经涡轮增压装置5的增压效果，喷液口13靠近连通通道12一侧的空气压力大于靠近燃烧室4一侧的空气压力，液体介质通过喷液口13的喷液孔14喷入燃烧室中，液体介质遇热气化膨胀，进一步提升燃烧室内部的气压，延长做功时间，提高能源利用率。

如图5所示：压动曲轴31继续旋转，压动曲轴31上的凸块32旋转至右侧位置时，活塞32面向压动曲轴31一侧的压力消失，活塞32受弹簧33的压力，活塞32和柱塞36位置复位，柱塞36阻塞连通通道12和喷液口13之间的沟通，同时，涡轮增压装置5对连通通道12内的空气进行持续增压。

图6所示，凸块35在压动曲轴31的径向为阶梯状凸起，压动曲轴31可以在径向移动。通过调节压动曲轴31在径向的移动，调节凸块35对活塞32的压迫幅度，凸块越高，压动曲轴旋转时活塞运动的幅度越大，连通通道灌入的液体介质越多，对燃烧室内喷入的液体介质液越多。通过上述方式，自由控制压力式液体进给装置对燃烧室内的喷液量。

图7所示，实施例1,2中喷液口13的喷液孔14是多孔的。

如图8所示，实施例1,2中喷液口13的末端是球状凸起的。喷液口13设有外层壁15与内层壁16，外层壁15与内层壁16之间的间隙是真空的。

图9，图10，图11所示是本发明的喷液增压发动机系统。

如图10所示，本发明的喷液增压系统包括：所述压力式喷液装置1，燃烧室4，涡轮机6，冷凝散热管8和循环装置9；所述压力式喷液装置1连接所述燃烧室4，所述燃烧室4对所述涡轮机6排气，所述冷凝散热管8对所述涡轮机6的排气冷凝处理，所述循环装置9将所述冷凝散热管8分离出液体介质传输到所述压力式喷液装置1。

还包括净化装置10，净化装置10净化所述冷凝散热管8分离出的废气。

如图9，10所示：随着燃烧室4内火花塞点火爆炸，燃烧室4内部压力增大，压力式液体进给装置1对燃烧室4内喷射入液态介质，液态介质遇热气化，进一步提升燃烧室4内的气压。

燃烧室4排出气体进入涡轮机6，对涡轮机6内实现涡轮增压，燃烧室4排出的气体通过所述冷凝散热管8，冷凝散热管8对涡轮机6中排出的气体冷凝，排出气体中呈气体形态的液体介质成分重新冷凝为液体形态，循环装置9收集散热冷凝管上冷凝成液体形态的液态介质并将液态介质回收到所述压力式喷液装置1。

同时，通过散热冷凝管的其他气体通过净化装置，排出尾气。

图11是本发明的喷液增压系统应用在航空发动机涡轮风扇的局部工作示意图。涡轮将空气压缩，高压的空气在燃烧室与燃料混合燃烧，这种应用时，喷水和进气是连续的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，本发明不受限于上述实施例的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，仍属于本发明的技术方案的范围内。本发明的保护范围仅由权利要求书所界定。

Claims (10)

1.一种增强发动机或发电机功率的方法，其特征在于：在燃烧室的燃料燃烧时，通过外部增压装置以外部增压的方式向燃烧室内喷射液态介质；所述液态介质包括水，液氮，燃料或者混合物。

2.一种权利要求1所述的增强发动机或发电机功率的方法，其特征在于：通过从发动机输出功率提供动力的方式向燃烧室内喷射液态介质。

3.一种连接燃烧室的压力式喷液装置，包括液体进给装置与增压装置；其特征在于：所述增压装置连接所述液体进给装置，所述增压装置通过外部增压方式将所述液体进给装置中的液体介质喷射入燃烧室。

4.一种如权利要求3所述压力式喷液装置，其特征在于：所述液体进给装置包括储液装置，连通通道和喷液口，所述喷液口上设有喷液孔，所述储液装置通过所述连通通道连接所述喷液口；所述储液装置与所述连通通道之间设有单向阀；所述连通通道和所述喷液口之间设有单向阀；所述增压装置包括压动曲轴，活塞和弹簧，所述压动曲轴与发动机功率输出曲轴连接并同步旋转，所述压动曲轴包括轴体和凸块，所述压动曲轴旋转时所述凸块压迫所述活塞，所述弹簧的一端顶在所述活塞背向所述压动曲轴的一侧，所述弹簧的另一端设置在限位件上，所述活塞上设有柱塞。

5.一种如权利要求3所述压力式喷液装置，其特征在于：所述液体进给装置包括储液装置，连通通道和喷液口，所述储液装置通过所述增压装置连接所述连通通道，所述增压装置为涡轮增压装置；还包括调节装置，所述调节装置包括压动曲轴，活塞和弹簧，所述压动曲轴与发动机功率输出曲轴连接并同步旋转，所述压动曲轴包括轴体和轴体上的凸块，所述压动曲轴旋转时所述凸块压迫所述活塞，所述弹簧的一端顶在所述活塞背向所述压动曲轴的一侧，所述弹簧的另一端设置在限位件上，所述活塞上设有柱塞，所述柱塞位于所述连通通道与所述喷液口之间，所述柱塞上设有通孔。

6.一种如权利要求5所述压力式喷液装置，其特征在于：所述压动曲轴与所述功率输出曲轴通过包括齿轮或链条进行连接；所述压动曲轴的转速等于所述功率输出曲轴转速的一半。

7.一种如权利要求5所述压力式喷液装置，其特征在于：所述凸块在所述压动曲轴径向为阶梯状凸起，所述压动曲轴可以在径向移动。

8.一种如权利要求5所述压力式喷液装置，其特征在于：所述喷液口为一个或多个，所述喷液口的喷液孔是单孔的或多孔的，所述喷液口的末端是平面的或者凸起的半球形，所述喷液口设有外层壁与内层壁，所述外层壁与所述内层壁之间设有间隙，间隙是真空的。

9.一种喷液增压系统，包括如权力要求3-8任一项所述压力式喷液装置。

10.一种如权利要求9所述喷液增压系统，其特征在于包括：所述压力式喷液装置，燃烧室，涡轮机，冷凝散热管和循环装置；所述压力式喷液装置连接所述燃烧室，所述燃烧室对所述涡轮机排气，所述冷凝散热管对所述涡轮机的排气冷凝处理，所述循环装置将所述冷凝装置分离出液体传输到所述压力式喷液装置。