CN201943806U - 双燃盘式涡轮节能发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要由燃烧膨胀室和蒸汽膨胀室，动力输出轴、叶片轮、燃料喷雾器、燃料增压器、进水管(水喷雾器)、水增压器、涡轮增压仓、圆盘仓等组成，主要通过消除传统曲轴发动机“夹角能源自耗现象”，消除发动机一切内部摩擦阻力现象；双燃烧式，双力推动、双力做功，特别是蒸汽膨胀室的做功，燃料燃烧膨胀室和蒸汽膨胀室(微型锅炉)同时做功；叶片轮和涡轮两级增压使燃料高度充分燃烧；直接混合高效的热传递、热交换模式等来实现大幅度以上节能的目的。

Description

双燃盘式涡轮节能发动机

技术领域：

本实用新型属于多种发动机技术领域，如涡轮机、汽轮机、蒸汽机、内燃机，本实用新型涉及一种发动机新的燃料方式，及内燃与外燃同时进行的双燃式发动机。

背景技术：

根据杠杆原理，只有当力的作用方向与力距垂直(动力与动力臂成90°角度)时力矩才最大，这样的发动机产生的转矩才最大，才没有力量的浪费。但是传统曲轴发动机的结构是活塞往复直线运动方向的中心线刚好经过曲轴中主轴的圆心，及“固定点”(根据杠杆原理该圆心点称为“固定点”或“支点”)，是只能旋转，不能移动的“固定点”如果没有连杆和曲轴抦，活塞力量在该点永远是力距(动力臂)为零，永远不会产生转矩。所以传统的曲轴发动机必须有连杆和曲轴抦。传统曲轴发动机必须通过曲轴和连杆，才能把活塞的往复直线运动方式转变为曲轴中主轴(动力输出轴)的圆周运方式，因为只有圆周运动才有用，只有圆周运动才能带动机器的旋转。传统的曲轴发动机的转矩是通过活塞的连杆和曲轴的曲轴抦的合力产生的。但是这样的结构也是只把部分活塞力量转化成了圆周运动。这样的结构在把活塞的往复直线运动方式转化为主轴的圆周运动时，产生了的能源自耗现象就是人们通常所说的曲轴发动机的“夹角现象”。本申请人将其细分为“死点现象、夹角摩擦现象、夹角分散现象”。

进一步说明：

本处所说的“夹角”是指传统曲轴发动机活塞往复直线运动的中心线与活塞连杆在工作时之间的夹角，该“夹角”在一定范围内不断地变化。由于力是矢量，所以只要方向有所改变，一般情况下它的力量就会减小。传统的曲轴发 动机是当力距(动力臂)最大时，活塞力量(动力)最小，当力距(动力臂)最小时，活塞力量(动力)最大。它们成反比关系。而如果活塞力量(动力)方向一点不改变就不能产生一点转矩，因为刚好经过“固定点”，这就是传统的曲轴发动机天生的缺陷。

1、当括塞产生最大爆发力时，活塞往复直线运动方向的中心线刚好经过曲轴的圆心，及“固定点”根据杠杆原理，此时力距(动力臂)为零，力矩也为零，转矩也为零。传统的曲轴发动机，活塞产生最大爆发力时，是活塞运动到上止点时，是活塞把汽缸内的空气压缩到极限时，是火花塞点燃的瞬间(汽油机)，而此时活塞产生的所有力量的方向刚好经过“固定点”，也就是说，传统的发动机在产生最大爆发力、冲击波时刚好被来自于“固定点”产生的反作用力所抵消，所以此点为“死点现象”。

2、夹角摩擦现象。活塞和活塞环与汽缸套是面与面的接触，它们之间相互运动时是有摩擦力的。由于绝大部分的时间，活塞的连杆是在活塞往复直线运动中心线的两侧左右摆动，通过力的传递，就使汽缸两侧受到较大的压力，而摩擦力等于压力乘于摩擦系数，压力越大摩擦阻力就越大，此为曲轴的“夹角摩擦现象”。

3、传统曲轴发动机是点做功，做功点是曲轴抦在惯性的作用力下绕过死点后的“夹角”10°左右，其它时间是靠尾气和惯性的作用使其旋转。因为曲轴的圆心是“固定点”，当活塞产生膨胀力时，根据作用与反作力的原理，通过力的传递，活塞在产生膨胀力时就会受到来自于“固定点”的反作用力的影响，通过活塞的作用力和自于“固定点”的反作用力的共同影响，使连杆和曲轴抦产生合力，该合力便产生曲轴中主轴的转矩，根据工程力学中力的计算方法——平行四边法的计算，活塞产生的力量有2/3以左右被分散了、被抵消了，此 为其“夹角分散现象”。

发明内容：

本实用新型彻底消除了“夹角现象”1、本发动机采用了叶片轮圆周方向直接受力的方式，及力与力距的方向直接垂直(动力与动力臂直接成90°夹角加工成形)；2、又设计了特殊异形长方体燃烧膨胀室(16)，使其产生的作用力与发动机产生最大转矩所需要的方向高度一致，及力与力距的方向直接垂直。

本实用新型设计了特殊形状的燃烧膨胀室(16)，其最外壁的平面方向与其对应的叶片轮半径成90°。内壁：因为有叶片的占用；为了减少长方形长的方向的距离，以方便制造，在图1中是空间向下右发展，使内壁形状不能直观显示，不能固定描述。但是长方形长的方向的平面对应的叶片轮半径必须是成90°夹角，或者又叫与叶片轮的圆周“相切”另外在利用膨胀力做功时，只有当长方形长的方向的空间超过了燃烧膨胀室(16)喷口的距离的空间部分爆发的能量才能够使叶片轮(2)产生转矩。所以燃烧膨胀室(16)喷口的位置画法上，在图1、图4和图5显示中是都画超过了其位置。燃烧膨胀室(16)喷口的位置是指燃烧膨胀室(16)是内壁(右下平行线)与叶片轮(2)活动的圆周线的交点与其外壁的垂线位置。只有超过的空间才能计算成本发动机的排气量。不管燃烧膨胀室(16)的内壁形状如何变化，最外壁的平面方向应该与其对应的叶片轮半径成90°夹角，这样被约束出来的工质等气体的喷射力量方向才能保证力与力距(动力与动力臂)成90°夹角。

涡轮发动机虽然没有了夹角现象，但由于其结构的特征只能适合在飞机上使用，无法方便地实用在汽车、摩托车或汽柴油发电机等上。

本发动机设计了特殊的涡轮增压仓和增压方式，能够充分发挥出涡轮发动机的优点。涡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动力蒸汽膨胀气流，这样就可以用来更加进一步的推动本发动机叶片轮的旋转，产生了更多的动力。

双燃式发动机是指：传统的发动机不是内燃机就是外燃机。燃料发动机就是把化学能转化成机械能的过程。燃料燃烧的过程，就是燃料物质发生化学变化、化学反应的过程，就会产生热能和直接产生机械能(生成其它新气体分子之间产生的排斥力)。燃料在燃烧时会产生大量的以二氧化碳为主的许多气体分子物质。内燃发动机只能利用上燃料在燃烧时产生的直接机械能和极少的热能，大部分的热能反而有害，是要用水冷或风冷去冷却掉、去浪费掉。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，直接产生的机械能更是完全被浪费了的。本发动机独创了双燃烧模式，及内燃烧与外燃烧同时进行，所以本实用新型既设计了特殊的燃烧膨胀室(16)，又设计了特殊的冷却蒸汽膨胀室(18)，既可以利用到燃料在燃烧时直接产生的机械能，又可以充分高效率的利用上燃料在燃烧时产生的热能。一是可以直接利用燃烧膨胀室(16)燃烧燃料产生的膨胀气体做功，二是产生的热量能够使冷却蒸汽膨胀室(18)中的水变化成动力蒸汽进一步推动机器的旋转。本发动机的水在这里，既可以起冷却的作用，降低发动机内部温度，又可以受热转化成动力蒸汽，使本发动机进一步旋转。

具体其特征是：

1、本实用新型双燃盘式涡轮节能发动机，其特征是：动力输出轴(1)在本发动机的中心，动力输出轴(1)上套有一叶片轮，叶片轮(2)同动力输出轴(1)一起安置于圆盘仓(14)内部中心，圆盘仓(14)的内圆周上安置有燃 烧膨胀室(16)和冷却蒸汽膨胀室(18)；空气进气口(15)、废气排气口(9)也分别分布于圆盘仓内；燃烧膨胀室(16)内有火花塞(3)和燃料喷雾器(21)，燃料喷雾器(21)与油门(4)和燃料增压器(5)相连接，燃料增压器(5)与油管(6)相连；冷却蒸汽膨胀室(18)内有进水管(13)，进水管(13)与水增压器(20)相连接，燃烧膨胀室(16)通过空气进气口(15)与涡轮增压仓(7)相连接。

2、根据以上所述的双燃盘式涡轮节能发动机，其特征是：所述冷却蒸汽膨胀室(18)尽量紧贴、包围覆盖着燃烧膨胀室(16)的所有散热面固定成形制造，两室的喷口对准的方向都与叶片轮(2)在一个平面上，两室的喷口位置分别在叶片轮(2)圆周上的不同位置，对准的方向分别都要顺着同一个旋转方向的并且与叶片轮(2)的圆周轮廓线相切。

3、根据以上所述的双燃盘式涡轮节能发动机，涡轮增压仓(7)和发动机之间可以用一根管道相连接，其特征是：所述涡轮增压仓(7)和发动机可以是一体也可以是分体。

4、根据以上所述的双燃盘式涡轮节能发动机，其特征是：所述涡轮增压仓(7)的动力来源于本发动机自身通过皮带或者链条或者齿轮，将本发动机的动力输出轴(1)与涡轮增压仓(7)的转轴连接起来。

5、根据以上所述的双燃盘式涡轮节能发动机，其特征是：所述燃烧膨胀室大致是个长方体，长方体长的延伸方向，及最外室壁的平面方向与叶片轮对应的半径方向为90°的夹角，或者说燃烧膨胀室(16)的最外室壁方向与叶片轮的圆周轮廓线刚好相切。

6、根据以上所述的双燃盘式涡轮节能发动机，其特征是：本发动机所述的涡轮增压仓(7)可以用鼓风机代替。

解决的技术问题：总解决的技术问题是解决曲轴内燃发动机的大幅度节约能源的问题。具体：1、消除传统曲轴发动机的“夹角能源自耗现象”；2、消除发动机内，内部的一切摩擦阻力现象；3、双燃烧，双气膨胀、双力推动和双力做功，燃料燃烧膨胀室和蒸汽膨胀室同时做功，充分把内燃机浪费的热量有效的利用起来；4、实现彻底的、高效率的热传递、热交换和热效率。

本发动机虽然没有了传统曲轴发动机的“压缩冲程”，但是由于有叶片轮和涡轮机构的两极的空气增压机构所以能够充分弥补其不足。由于空气进气口(15)刚好开口开在叶片轮前方位置，这样，由于本发动机独特的叶片轮叶片结构，叶片轮的旋转自身就能够在它的前方形成真空，自身就能够吸进空气并增压，自身也是增压机。只要燃烧膨胀室有燃烧膨胀，就会在其的前方形成阻力点，进入的空气就会在此点增压。2、本发动机有涡轮增压仓，可以通过调节其叶片的面积或半径进一步得到需要的空气压力。按照比例关系可以推算出只要调整好涡轮增压仓与动力输出轴之间的传动比，可以用来很好的调节燃料、水与空气之间的配合比例关系；钨丝(19)在燃料燃烧时被烧红，可以起补充点火的作用；(20)是水的增压器，有增压器，才能将水及时、准确和合适的喷入冷却蒸汽膨胀室内，同时水还不会倒流，冷却蒸汽膨胀室就不会倒漏气。

本发动机的油料增压器、水增压器的动力一般也是来源于本发动机的自身，所以可以实现不管油门的如何变化，本发动机供油、供水等的变化会同本发动机的转速同步变化，所以本发动机能够做到始终保持发动机内部温度的相对稳定、相对低温。

特别说明：1、图4是空气和燃料混合最充分的一种结构，在燃料燃料膨胀室(16)里没有油料喷雾器(21)；油料喷雾器(21)在空气进气口(15)内部，或者是空气进气口(15)与化油器连接，化油器再与涡轮增压器(7)连接； 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、叶片的片数适当多一点，这样可以进一步减少漏气的损失和实现受力的均衡；4、水最好以喷雾的形状进入，水的作用：1)、汽缸的密封是利用水蒸汽中水的张力作用等；2)、可以降低发动机的内部温度，3)产生动力蒸汽。5、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，所以燃烧膨胀室是连续燃烧模式，所以本发动机运行平稳。6、钨丝(19)在发动机被烧热、烧红，可以反过来起补充点火作用，使本发动机内部燃烧得更加稳定。7、废气排气口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、空气进气口(15)(高压空气进气口)也应该与所对应的叶片轮半径成90°，高压空气产生的推力可以进一步减少本发动机对能源的浪费。9、排气口也应该与所对应的叶片轮半径呈90°，只是方向应该与燃烧膨胀室(16)喷射方向的相反(如图1所示)，这样更加方便废气的排出。10、离心式鼓风机结构的增压器最合适本发动机的增压；11、按照本原理可以设计成多汽缸的发动机。12、发动机(13)的进水管进水调节应该适当，既满足产生足够膨胀动力蒸汽做功的需要，以让有限的热量产生最大化的膨胀动力蒸汽，又过度降低其温度，不利于膨胀蒸汽的更多产生；13、本发动机要尽量保温隔热。

附图说明：

1、动力输出轴，2、叶片轮(转子)，3、火花塞，4、油门，5、油料增压器，6、输油管，7、涡轮增压仓，8、空气涡轮叶片，9、废气排气口，10、机座，11、链条或皮带，12、叶片轮支撑，13、进水管，14、圆盘仓(机壳，定子)，15、空气进气口，16、燃烧膨胀室(汽缸)，17、齿轮，18、冷却膨胀室(微型锅炉)(汽缸)，20、水增压器，21、燃料喷雾器，22、保温隔热层。

图1是本实用新型的示意图。

图2是本发动机叶片轮安置部分B--B剖面的侧视图。

图3是燃烧膨胀室和冷却膨胀室构造的局部放大剖面图。

具体实施方式：

当空气通过涡轮增压仓(7)增压成高压空气后(高含氧量空气)再经过空气进入口(15)进入圆盘仓(14)被叶片轮(2)的旋转进一步增压后，再进入燃烧膨胀室(16)与该室内气雾状的燃油瞬间混合后，在火花塞(3)的点燃下充分燃烧时，便生产了大量的膨胀动力气体推动叶片轮(2)旋转。当冷却膨胀室里的温度受燃烧膨胀室(16)传到的温度达到400-500°时水增压器(20)开始工作使水从进水管(13)喷入冷却膨胀室(18)(微型锅炉)，水在受到燃烧膨胀室(16)的汽缸壁传递来的热量时汽化成蒸汽，蒸汽在通过冷却膨胀室较长的通道进一步被汽缸壁传递来的热量加热后成为动力蒸汽，动力蒸汽的膨胀动力再次推动叶片轮的旋转。动力蒸汽在与燃烧膨胀室(16)排放出的高温废气两气混合后，蒸汽的温度再次进一步上升产生更加强大压力推动叶片轮(2)的旋转。叶片轮(2)旋转带动其中心处的动力输出轴(1)旋转输出该发动机的动力，油门(4)给得越大本发动机的转速越快。废气利用离心力从废气排气口(9)排出。

Claims (6)

1.本实用新型双燃盘式涡轮节能发动机，其特征是：动力输出轴(1)在本发动机的中心，动力输出轴(1)上套有一叶片轮，叶片轮(2)同动力输出轴(1)一起安置于圆盘仓(14)内部中心，圆盘仓(14)的内圆周上安置有燃烧膨胀室(16)和冷却蒸汽膨胀室(18)；空气进气口(15)、废气排气口(9)也分别分布于圆盘仓内；燃烧膨胀室(16)内有火花塞(3)和燃料喷雾器(21)，燃料喷雾器(21)与油门(4)和燃料增压器(5)相连接，燃料增压器(5)与油管(6)相连；冷却蒸汽膨胀室(18)内有进水管(13)，进水管(13)与水增压器(20)相连接，燃烧膨胀室(16)通过空气进气口(15)与涡轮增压仓(7)相连接。

2.根据权利要求1所述的双燃盘式涡轮节能发动机，其特征是：所述冷却蒸汽膨胀室(18)尽量紧贴、包围覆盖着燃烧膨胀室(16)的所有散热面固定成形制造，两室的喷口对准的方向都与叶片轮(2)在一个平面上，两室的喷口位置分别在叶片轮(2)圆周上的不同位置，对准的方向分别都要顺着同一个旋转方向的并且与叶片轮(2)的圆周轮廓线相切。

3.根据权利要求1所述的双燃盘式涡轮节能发动机，涡轮增压仓(7)和发动机之间可以用一根管道相连接，其特征是：所述涡轮增压仓(7)和发动机可以是一体也可以是分体。

4.根据权利要求1所述的双燃盘式涡轮节能发动机，其特征是：所述涡轮增压仓(7)的动力来源于本发动机自身通过皮带或者链条或者齿轮，将本发动机的动力输出轴(1)与涡轮增压仓(7)的转轴连接起来。

5.根据权利要求1所述的双燃盘式涡轮节能发动机，其特征是：所述燃烧膨胀室大致是个长方体，长方体长的延伸方向，及最外室壁的平面方向与叶片 轮对应的半径方向为90°的夹角，或者说燃烧膨胀室(16)的最外室壁方向与叶片轮的圆周轮廓线刚好相切。

6.根据权利要求1所述的双燃盘式涡轮节能发动机，其特征是：本发动机所述的涡轮增压仓(7)可以用鼓风机代替。 

Images