CN201934144U - 多级压缩气体发动机及机动车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多级压缩气体发动机，包括叶轮和装设叶轮的至少一个叶轮室，所述叶轮包括第一叶轮和第二叶轮，所述第一叶轮和第二叶轮的周面上的叶齿与叶齿之间的两侧侧板构成复数个工作腔，所述装设叶轮的叶轮室的内表面与所述各工作腔构成能够相对密封喷入气体的复数个气室，装设第一叶轮的叶轮室上对应开设有第一压缩气体喷入孔和第一压缩气体排出孔，装设第二叶轮的叶轮室上对应开设有第二压缩气体喷入孔和第二压缩气体排出孔，所述第一压缩气体喷出孔的输出接第二压缩气体喷入孔。本实用新型还公开了装有上述压缩气体发动机的机动车。采用本实用新型，能充分提高压缩空气的能量使用效率。

Description

多级压缩气体发动机及机动车

技术领域

本实用新型涉及一种发动机，可安装在陆地上有方向盘的大、中、小型客货轿车、铁路列车、地铁列车、船舶动力、航空动力等所有有行驶速度的动力机械上，属于机械领域。

背景技术

此前，本发明的发明人提出了一种申请号为200780030483.8、发明名称为组合式风气发动机及机动车的中国专利申请。该发明的主要特点是分别设置独立结构的多级压缩气体发动机和风阻发动机，可根据压缩气体的流速高、相对集中，而风阻气流的流速低、相对分散的特点，分别有针对性地对叶轮、叶片进行优化设计，以使压缩气体和风阻气流能够更好地配合使用。

但是，这种新型的以压缩气体作为动力的新能源汽车仍还有大量的技术工作要做。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是进一步提高压缩气体的使用效率。

实现上述目的的技术方案：

一种多级压缩气体发动机，包括叶轮和装设叶轮的至少一个叶轮室，所述叶轮包括第一叶轮和第二叶轮，所述第一叶轮和第二叶轮的周面上均具有复数个叶齿和位于叶齿两侧的侧板，所述叶轮的周面上的叶齿与叶齿之间的两侧侧板构成复数个工作腔，所述装设叶轮的叶轮室的内表面与所述各工作腔构成能够相对密封喷入气体的复数个气室，装设第一叶轮的叶轮室上对应开设有用于向第一叶轮的叶齿上喷射压缩气体的第一级压缩气体喷入孔和用于喷出暂存在所述第一叶轮的各工作腔内的压缩气体的第一压缩气体排出孔，装设第二叶轮的叶轮室上对应开设有用于向第二叶轮的叶齿上喷射压缩气体的第二压缩气体喷入孔和用于排出暂存在所述第二叶轮的各工作腔内的压缩气体的第二压缩气体排出孔，所述第一压缩气体喷出孔的输出接第二压缩气 体喷入孔。

一种机动车，包括传动轴和多级压缩气体发动机，所述多级压缩气体发动机包括叶轮和装设叶轮的至少一个叶轮室，所述叶轮包括第一叶轮和第二叶轮，所述第一叶轮和第二叶轮的周面上均具有复数个叶齿和位于叶齿两侧的侧板，所述叶轮的周面上的叶齿与叶齿之间的两侧侧板构成复数个工作腔，所述装设叶轮的叶轮室的内表面与所述各工作腔构成能够相对密封喷入气体的复数个气室，装设第一叶轮的叶轮室上对应开设有用于向第一叶轮的叶齿上喷射压缩气体的第一级压缩气体喷入孔和用于喷出暂存在所述第一叶轮的各工作腔内的压缩气体的第一压缩气体排出孔，装设第二叶轮的叶轮室上对应开设有用于向第二叶轮的叶齿上喷射压缩气体的第二压缩气体喷入孔和用于排出暂存在所述第二叶轮的各工作腔内的压缩气体的第二压缩气体排出孔，所述第一压缩气体喷出孔的输出接第二压缩气体喷入孔，所述多级压缩气体发动机输出的动力传动机动车的传动轴。

进一步地，所述至少一个叶轮室包括各自独立的第一叶轮室和第二叶轮室，所述第一叶轮对应装设在第一叶轮室内，所述第二叶轮对应装设在第二叶轮室内。

进一步地，所述至少一个叶轮室为一个叶轮室，所述第一叶轮和第二叶轮为整体加工而成的连体结构，所述第一叶轮和第二叶轮装设在所述叶轮室内。

进一步地，所述第一叶轮的和第二叶轮具有不同尺寸的直径，所述叶轮室内具有与所装设的第一叶轮的和第二叶轮相吻合的不同尺寸的内径，以使叶轮室的内表面能够相对密封第一叶轮的工作腔内的压缩气体和第二叶轮的工作腔内的压缩气体。

进一步地，所述第一叶轮和第二叶轮装共轴装设在同一动力输出轴上。

进一步地，所述第二叶轮的直径大于所述第一叶轮的直径。

进一步地，所述第二叶轮的厚度大于所述第一叶轮的厚度。

进一步地，所述第一压缩气体喷出孔的直径是第一级压缩气体喷入孔的直径的2～10倍，所述第二压缩气体排出孔的直径是第二压缩气体喷入孔的直径的2～10倍，所述第二压缩气体喷入孔的直径不小于所述第一压缩气体喷出孔的直径。

进一步地，至少在第一叶轮所对应的叶轮室的内表面上开设有沿转动周面设置的、与所述第一级压缩气体喷入孔相通的喷气导入槽。

进一步地，所述喷气导入槽的长度大于两个相邻叶齿之间的距离。

进一步地，所述叶轮室的内表面上开设有与转轴轴线平行的排气导出槽， 所述排气导出槽连接压缩气体排出孔。

进一步地，所述喷气导入槽未端与相邻的排气导出槽之间的距离大于两个相邻叶齿之间的距离。

一种左右对称装设有上述多级压缩气体发动机的压缩气体发动机，所述对称的左右多级压缩气体发动机共轴装设在同一动力输出轴上。

在本发明中，“多级压缩气体发动机”可以是两级或两级以上的压缩气体发动机，其中，压缩气体对前一级叶轮作功后排出并进入下一级叶轮继续作功。

采用上述技术方案，本实用新型有益的技术效果在于：

通过设置第一叶轮和第二叶轮，将压缩气体对第一叶轮作功后没有用尽的的压缩气体接入第二叶轮继续二次作功，提高了压缩气体的能量利用率。

另外，通过二次作功，不但提高了压缩气体的能量利用率，同时又起到了很好的消音作用。

采用左右对称结构的压缩气体发动机，能够使压缩气体发动机工作时的受力均衡性更好。

通过设置喷气导入槽，喷气导入槽的长度至少大于两个相邻叶齿间距离，可以通过一个进气孔同时对两个以上的叶齿作功，提高发动机的动力性能。

通过设置排气导出槽，可以顺利地将对叶轮作功后的气体及时地排出。

通过将喷气导入槽未端与最近的排气导出槽之间的距离设置成大于两个相邻的叶齿间距离，可以防止刚喷入的气体直接从排气导出槽排出。

附图说明

图1是一种多级压缩气体发动机的结构示意图。

图2是图1中第一级压缩气体发动机的结构示意图。

图3是图2中叶轮室的局部结构放大示意图。

图4是另一种多级压缩气体发动机的结构示意图。

图5是又一种多级压缩气体发动机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述：

实施例一、一种机动车，如图1至图3所示，包括呈左右对称结构的两 级压缩气体发动机和传动轴19，其中，左侧的两级压缩气体发动机和右侧的两级压缩气体发动机结构相同。以左侧的两级压缩气体发动机为例，包括第一级压缩气体发动机1和第二级压缩气体发动机2。第一级压缩气体发动机1包括第一叶轮20和第一叶轮室15，第二级压缩气体发动机2包括第二叶轮26和第二叶轮室25，左右多级压缩气体发动机共轴装设在同一转轴3上，多级压缩气体发动机产生的动力经转轴3、离合器5传动机动车的传动轴19。

除了叶轮的直径和叶齿参数不同而外，第一级压缩气体发动机1与第二级压缩气体发动机2的结构相同。下面以第一级压缩气体发动机1为例详细描述压缩气体发动机的结构：如图2和图3所示，第一级压缩气体发动机1包括叶轮室15、通过转轴3装设于叶轮室15内的叶轮20，叶轮室15上开设有三组对称设置的用于向叶轮20的叶齿16上喷射压缩气体的第一压缩气体喷入孔11和三组对称设置的第一压缩气体排出孔12，第一压缩气体喷入孔11上装设喷嘴17，叶轮20的周面上具有复数个等分设置的叶齿16和位于叶齿16两侧的侧板23，叶轮20的周面上的叶齿16与叶齿之间的两侧侧板23构成复数个工作腔22，装设叶轮20的叶轮室15的内表面与各工作腔22构成能够相对密封从第一压缩气体喷入孔11喷入气体的复数个气室，当暂存有压缩气体的工作腔22转动到第一压缩气体排出孔12所在的位置时，工作腔22内的压缩气体经第一压缩气体排出孔12向外喷射作功，进一步推动叶轮20动转。第一级叶轮室15上的第一压缩气体排出孔12与第二级叶轮室25上的第二压缩气体喷入孔21相通。

由于喷入第一级压缩气体发动机1的压缩气体压力大，进入第二级压缩气体发动机2的压缩气体压力减弱。因此，相对来说，设计成第一级压缩气体发动机1的叶轮20的直径小，第二级压缩气体发动机2的叶轮直径大，以增大第二级压缩气体发动机2的叶齿叶面。为了使气体顺畅，第一级压缩气体排出孔的直径是第一级压缩气体喷入孔的2至10倍，第二级压缩气体排出孔的直径是第二级压缩气体喷入孔的2至10倍，可根据需要灵活设置。

为了提高动力性能，在叶轮室15的内表面上开设有沿转动周面设置的、与第一级压缩气体喷入孔11相通的喷气导入槽13(如图3所示)，接近第一级压缩气体喷入孔11时的喷气导入槽深而宽，远离第一级压缩气体喷入孔11时的喷气导入槽浅而窄，喷气导入槽13的长度大于两个相邻叶齿16之间的距离L(标号18)，使得从喷气导入槽13喷出的压缩气体同时作用于二个或两个以上的叶齿16上，大大提高了发动机的动力性能。另外，为了加大喷气力度，本实施例同一喷气导入槽13与两个喷嘴17相通。

在叶轮室15的内表面上开设有与转轴轴线平行的排气导出槽14，排气导出槽14与第一压缩气体排出孔12相通。为了更好的排气，排气导出槽14的宽度与叶轮20的宽度基本相一致。

为了防止漏气，避免刚喷入的气体直接从排气导出槽14排出，喷气导入槽13未端与最近的排气导出槽14之间的距离应大于两个相邻叶齿之间的距离L。

实施例二、另一种压缩气体发动机，如图4所示，包括左侧的两级压缩气体发动机和右侧的两级压缩气体发动机。左侧的两级压缩气体发动机是第一压缩气体发动机100，右侧的两级压缩气体发动机是第二压缩气体发动机200。第一压缩气体发动机100和第二压缩气体发动机200结构相同，呈左右对称结构。第一压缩气体发动机100与第二压缩气体发动机200共轴装设在转轴118上，通过轴承108和花键套117连接。左右两侧的两级压缩气体发动机产生的动力经转轴118输出，用于传动机动车的传动轴。

以第一压缩气体发动机100为例，第一压缩气体发动机100包括叶轮室103、通过转轴118装设于叶轮室103内的第一叶轮104和第二叶轮102。叶轮室103内具有与所装设的第一叶轮104和第二叶轮102的直径相吻合的不同尺寸的内径，以使叶轮室103的内表面能够相对密封第一叶轮104的工作腔内的压缩气体和第二叶轮102的工作腔内的压缩气体。叶轮室103上分别设置有向第一叶轮104喷入压缩气体的第一压缩气体喷入孔106、从第一叶轮104喷出压缩气体的第一压缩气体喷出孔111、向第二叶轮102喷入压缩气体的第二压缩气体喷入孔114、从第二叶轮102排出压缩气体的第二压缩气体排出孔101。第一压缩气体喷出孔111经管道112连通第二压缩气体喷入孔114，用以将从第一叶轮104喷出的压缩气体接入第二叶轮102继续作功。

第一叶轮104的转动周面上具有复数个等分设置的叶齿110和位于叶齿110右侧的侧板107，第二叶轮102的转动周面上具有复数个等分设置的叶齿115、位于叶齿115左侧的侧板105和位于叶齿115右侧的侧板113，通过侧板113将第一叶轮104和第二叶轮102的气路隔离。第一叶轮104上的叶齿110结构和第二叶轮102上的叶齿115结构同实施例一。第一叶轮104的转动周面上的叶齿110与前后叶齿110之间的两侧侧板(107、113)构成复数个工作腔109，装设第一叶轮104的叶轮室103的内表面与各工作腔109构成能够相对密封喷入的压缩气体的复数个气室。第二叶轮102的转动周面上的叶齿115与前后叶齿115之间的两侧侧板(105、113)构成复数个工作腔116，装设第二叶轮102的叶轮室103的内表面与各工作腔116构成能够相对密封 从第二压缩气体喷入孔114喷入气体的复数个气室。

工作时，从第一压缩气体喷入孔106向第一叶轮104的叶齿110上喷入压缩气体推动第一叶轮104，同时喷入的压缩气体暂存于各工作腔109中，当暂存有压缩气体的工作腔109转动到第一压缩气体排出孔111所在的位置时，工作腔109内的压缩气体经第一压缩气体排出孔111向外喷射作功，进一步推动第一叶轮104动转。与此同时，由于叶轮室103上的第一压缩气体排出孔111与第二压缩气体喷入孔114相通，从第一压缩气体排出孔111排出的压缩气体经第二压缩气体喷入孔114继续推动第二叶轮102的叶齿115转动作功。同时，喷入的压缩气体暂存于各工作腔116中，当暂存有压缩气体的工作腔116转动到第二压缩气体排出孔101所在的位置时，工作腔116内的压缩气体经第二压缩气体排出孔101向外喷射作功，进一步推动第二叶轮102转动作功。

另外，由于喷入第一叶轮104的压缩气体压力大，进入第二叶轮102的压缩气体压力减弱。因此，相对来说，设计成第一叶轮104的直径小于第二叶轮102的直径，以增大第二叶轮102上的叶齿的受力面积。为了使气体顺畅，第一压缩气体排出孔119的直径是第一压缩气体喷入孔106的2～10倍，第二压缩气体排出孔101的直径是第二压缩气体喷入孔121的2～10倍，可根据需要灵活设置。

特别地，由于压缩气体发动机的转速要求高(3000-15000转/分钟)，若是单独加工第一叶轮104和第二叶轮102，由于加工精度的误差，难以保证两者的同心度(共轴性能)，而且加工工艺复杂，加工成本高。为了提高叶轮的同心度、简化加工工艺，第一叶轮104和第二叶轮102采用整体加工而成的连体结构。

第二压缩气体发动机200包括叶轮室205、第三叶轮204和第四叶轮202。第二压缩气体发动机200除了标号与第一压缩气体发动机100不同外，第一压缩气体发动机200的结构与第一压缩气体发动机100的结构相(从略)。

实施例三、又一种多级压缩气体发动机，如图5所示，包括左侧的两级压缩气体发动机和右侧的两级压缩气体发动机。左侧的两级压缩气体发动机是第一压缩气体发动机300，右侧的两级压缩气体发动机是第二压缩气体发动机400。第一压缩气体发动机300和第二压缩气体发动机400结构相同，呈左右对称结构。第一压缩气体发动机100与第二压缩气体发动机200共轴装设在转轴318上，通过轴承308和花键套317连接。左右两侧的两级压缩气体发动机产生的动力经转轴318输出，用于传动机动车的传动轴。

以第一压缩气体发动机300为例，第一压缩气体发动机300包括叶轮室303、通过转轴318装设于叶轮室303内的第一叶轮304和第二叶轮302。叶轮室303具有与装设的第一叶轮104和第二叶轮102的直径相吻合的内径，以使叶轮室303的内表面能够相对密封第一叶轮304和第二叶轮302的工作腔内的压缩气体。叶轮室303上分别设置有向第一叶轮304喷入压缩气体的第一压缩气体喷入孔306、从第一叶轮304喷出压缩气体的第一压缩气体喷出孔311、向第二叶轮302喷入压缩气体的第二压缩气体喷入孔314、从第二叶轮302排出压缩气体的第二压缩气体排出孔301。第一压缩气体喷出孔311经管道312连通第二压缩气体喷入孔314，用以将从第一叶轮304喷出的压缩气体接入第二叶轮302继续作功。

第一叶轮304的转动周面上具有复数个等分设置的叶齿310和位于叶齿310右侧的侧板307，第二叶轮302的转动周面上具有复数个等分设置的叶齿315、位于叶齿315左侧的侧板305和位于叶齿315右侧的侧板313，通过侧板313将第一叶轮304和第二叶轮302的气路隔离。第一叶轮304上的叶齿310结构和第二叶轮302上的叶齿315结构同实施例一。第一叶轮304的转动周面上的叶齿310与前后叶齿310之间的两侧侧板(307、313)构成复数个工作腔309，装设第一叶轮304的叶轮室303的内表面与各工作腔309构成能够相对密封喷入的压缩气体的复数个气室。第二叶轮302的转动周面上的叶齿315与前后叶齿315之间的两侧侧板(305、313)构成复数个工作腔316，装设第二叶轮302的叶轮室303的内表面与各工作腔316构成能够相对密封从第二压缩气体喷入孔314喷入气体的复数个气室。

本实施例与实施例二的不同之处在于：在实施例二中，第一叶轮204和第二叶轮202的宽度相同，但第一叶轮204和第二叶轮202的直径不同，其中第二叶轮202的直径大于第一叶轮204的直径，通过增大第二叶轮202直径的途径，以增大第二叶轮102上的叶齿的受力面积。叶轮室103内具有与所装设的第一叶轮104和第二叶轮102的直径相吻合的不同尺寸的内径。而在本实施例中，第一叶轮304和第二叶轮302的直径相同，第二叶轮302的宽度大于第一叶轮204，通过增大第二叶轮302宽度的途径，以增大第二叶轮302上的叶齿的受力面积。叶轮室303内装设第一叶轮304和第二叶轮302的内径相同。

本实施例的工作过程同实施例二(从略)。

Claims (10)

1.多级压缩气体发动机，包括叶轮和装设叶轮的至少一个叶轮室，其特征在于：所述叶轮包括第一叶轮和第二叶轮，所述第一叶轮和第二叶轮的周面上均具有复数个叶齿和位于叶齿两侧的侧板，所述叶轮的周面上的叶齿与叶齿之间的两侧侧板构成复数个工作腔，所述装设叶轮的叶轮室的内表面与所述各工作腔构成能够相对密封喷入气体的复数个气室，装设第一叶轮的叶轮室上对应开设有第一压缩气体喷入孔和第一压缩气体排出孔，装设第二叶轮的叶轮室上对应开设有第二压缩气体喷入孔和第二压缩气体排出孔，所述第一压缩气体喷出孔的输出接第二压缩气体喷入孔。

2.根据权利要求1所述的多级压缩气体发动机，其特征在于：所述至少一个叶轮室包括各自独立的第一叶轮室和第二叶轮室，所述第一叶轮对应装设在第一叶轮室内，所述第二叶轮对应装设在第二叶轮室内。

3.根据权利要求1所述的多级压缩气体发动机，其特征在于：所述至少一个叶轮室为一个叶轮室，所述第一叶轮和第二叶轮为整体加工而成的连体结构，所述第一叶轮和第二叶轮装设在所述叶轮室内。

4.根据权利要求3所述的多级压缩气体发动机，其特征在于：所述第一叶轮的和第二叶轮具有不同尺寸的直径，所述叶轮室内具有与所装设的第一叶轮的和第二叶轮相吻合的不同尺寸的内径，以使叶轮室的内表面能够相对密封第一叶轮的工作腔内的压缩气体和第二叶轮的工作腔内的压缩气体。

5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的多级压缩气体发动机，其特征在于：至少在第一叶轮所对应的叶轮室的内表面上开设有沿转动周面设置的、与所述第一压缩气体喷入孔相通的喷气导入槽。

6.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的多级压缩气体发动机，其特征在于：所述第二叶轮的直径大于所述第一叶轮的直径。

7.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的多级压缩气体发动机，其特征在于：所述第二叶轮的厚度大于所述第一叶轮的厚度。

8.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的多级压缩气体发动机，其特征在于：所述第一压缩气体喷出孔的直径是第一压缩气体喷入孔的直径的2～10倍，所述第二压缩气体排出孔的直径是第二压缩气体喷入孔的直径的2～10倍，所述第二压缩气体喷入孔的直径不小于所述第一压缩气体喷出孔的直径。

9.一种压缩气体发动机，包括左右对称的多级压缩气体发动机，所述多级压缩气体发动机采用权利要求1-4任意一项所述的结构，所述左右对称的多级压缩气体发动机共轴装设在同一动力输出轴上。

10.一种装有权利要求1-4任意一项权利要求所述的多级压缩气体发动机的机动车，所述多级压缩气体发动机输出的动力传动机动车的传动轴。

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