專利名稱：旋噴式內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)動機的設(shè)計和制造的技術(shù)范疇，涉及一種旋噴式內(nèi)燃機。
現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的沖程循環(huán)內(nèi)燃機，存在著熱效率低(25％～45％)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，燃料的適應(yīng)性差，工作時噪聲大，對環(huán)境污染嚴重，在機器使用壽命的后期，各項設(shè)計性能指標嚴重劣化，最近發(fā)展起來的機電一體化技術(shù)，尤其是計算機技術(shù)的應(yīng)用雖然在某些方面有所改善，但由于其固有結(jié)構(gòu)的限制，及各系統(tǒng)間的相互制約，所以并沒有完全克服上述缺陷，而且，由于的新的控制系統(tǒng)的加入，使原有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨于復(fù)雜，增加了制造成本，提高了維修的難度。
還有一種轉(zhuǎn)子活塞式內(nèi)燃機，簡化了內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)，提高了熱效率，同時，由于新材料和新工藝的應(yīng)用使這種內(nèi)燃機本身就具有較好的性能。但是這種內(nèi)燃機并沒有解決燃料的適應(yīng)性問題，而且該種內(nèi)燃機對于制作材料及加工精度都有特殊的要求，使其制造成本及維修難度的水平都很高，并且在其熱功轉(zhuǎn)換元件即轉(zhuǎn)子活塞及缸體發(fā)生磨損后，其各項性能惡化十分嚴重，所以，這種轉(zhuǎn)子活塞內(nèi)燃機尚未得到普及應(yīng)用。
另外，燃氣輪機和噴氣式發(fā)動機，在熱效率、質(zhì)功比、比容積廢氣排放及燃料適應(yīng)性等方面都較前兩種結(jié)構(gòu)型式的內(nèi)燃機優(yōu)越，但是燃氣輪機和噴氣式發(fā)動機的單機功率都較大，一般都在1×106W以上，小功率化時，其優(yōu)越性又受其結(jié)構(gòu)的限制難以體現(xiàn)出來，因此，燃氣輪機和噴氣式發(fā)動機在中小功率的領(lǐng)域亦未得到普及應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是借鑒噴氣式發(fā)動機的熱功轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計一種新型結(jié)構(gòu)的旋噴式內(nèi)燃機，使其具有較高的熱效率，良好的燃料適應(yīng)性，良好的環(huán)保性能，并能夠滿足中小功率的使用要求。
本發(fā)明旋噴式內(nèi)燃機主機的結(jié)構(gòu)和附

圖1～3所示附圖1——主機的剖視圖。
附圖2——主機的A-A剖視圖。
附圖3——主機的B-B剖視圖。
附圖1～3中1——蝸殼。
2——旋噴體。
3——圓錐空氣靜壓軸承。
4——主燃燒室。
5——外冷卻室。
6——空氣靜壓軸承。
7——齒輪軸。
8——變速器殼體。
9——端蓋。
10——調(diào)整線圈。
11——內(nèi)冷卻導(dǎo)管。
12——絕熱材料。
13——燃氣導(dǎo)流孔。
14——冷啟動電熱塞。
15——火花塞。
16——燃料噴嘴。
17——燃氣流道。
18——縮放噴嘴。
19——副燃燒室。
20——內(nèi)冷卻室。
21——壓縮空氣導(dǎo)管。
旋噴體2是熱功轉(zhuǎn)換元件，旋噴體2設(shè)計有燃氣流道17和縮放噴嘴18。與旋噴體2依次相連的結(jié)構(gòu)分別為副燃燒室19和內(nèi)冷卻室20，副燃燒室19與內(nèi)冷卻室20由絕熱材料12隔成互不相通的兩腔。副燃燒室19的一端設(shè)計有燃氣導(dǎo)流孔13。副燃燒室19設(shè)計成圓錐腔體，作用有三，其一是燃氣在副燃燒室19內(nèi)繼續(xù)燃燒的同時，又可以起一定的擴壓作用。其二是其外圓錐面與主燃燒室4的對應(yīng)內(nèi)圓錐面互相配合，在構(gòu)成氣體靜壓軸承的同時，形成主燃燒室4和副燃燒室19同的高溫燃氣的密封面，其三是利用圓錐面的可分離性，實現(xiàn)主燃燒室4和副燃室19間，因熱膨脹因素造成的相對位置變化的調(diào)節(jié)，并利用圓錐的自心特性，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動副的自動定心。齒輪軸7靜配合于內(nèi)冷卻室20的內(nèi)壁上，并形成內(nèi)冷卻室20的腔體。齒輪軸7為空心軸件，冷卻液導(dǎo)管11將齒輪軸7的空心分為內(nèi)外兩腔，使冷卻液能在內(nèi)冷卻室20內(nèi)形成循環(huán)。內(nèi)冷卻室20的外表面與主燃燒室4的圓柱延伸內(nèi)表面配合形成氣體靜壓軸承，同時形成高溫燃氣的密封。主燃燒室4為空腔結(jié)構(gòu)，與壓縮空氣導(dǎo)管21連接。在壓縮空氣導(dǎo)管21上安裝有冷啟動電熱塞14，燃料噴嘴16和火花塞15，壓縮空氣導(dǎo)管21，同時也作為空氣燃料的混和器使用。燃料空氣混合后經(jīng)火花塞15點燃，進入主燃燒室4，主燃燒室4的一端設(shè)計成內(nèi)圓錐面與副燃燒室19的外圓錐面相配合。另一端延伸依次設(shè)計成外冷卻室5和空氣靜壓軸承6，并與變速器殼體8連接，變速器殼體8上安裝有調(diào)整線圈10，端蓋9。將調(diào)整線圈10固定在變速器8上，端蓋9上還安裝有冷卻液導(dǎo)管11。
蝸殼1收集從旋噴體2噴出的廢燃氣并在蝸體內(nèi)進行整流、擴壓，以便進行廢燃氣的余能利用。
主機的工作過程是這樣的在冷機狀態(tài)下啟動時，冷啟動電熱塞14通電發(fā)熱，啟動完成后斷電，其溫度由主燃燒室4傳遞來的熱量維持。
燃料通過燃料噴嘴16噴入壓縮空氣導(dǎo)管21，霧化的燃料(燃料在常態(tài)下為液體時)經(jīng)啟動電熱塞14加熱后氣化，氣化燃料在空氣導(dǎo)管21內(nèi)與壓縮空氣混合，遇火花塞15放電后點燃，進入主燃燒室4，高溫燃氣通過副燃燒室19的燃氣導(dǎo)流孔13進入副燃燒室19繼續(xù)燃燒并擴壓，穩(wěn)定后的高溫高壓燃氣進入旋噴體2的燃氣流道17，并經(jīng)縮放噴嘴18離開旋噴2進入蝸殼1，此時旋噴體2受高速氣體的反沖作用旋轉(zhuǎn)，并帶動齒輪軸7同速旋轉(zhuǎn)，由齒輪軸7將旋噴體2轉(zhuǎn)換的功傳遞給各耗功機構(gòu)。燃氣在蝸殼1內(nèi)整流后排出，進行余能利用。主機啟動時，內(nèi)冷卻室20和外冷卻室5同時通入循環(huán)冷卻液，分別帶走副燃燒室19和主燃燒室4傳遞來的熱量，限制主氣體靜壓軸承6以及齒輪軸7的溫升。調(diào)整線圈10通電，進行圓錐氣體靜壓軸承的間隙調(diào)整。
間隙調(diào)整過程是這樣的調(diào)整線圈10通電后與齒輪軸7形成閉合磁路，由此對副燃燒室19產(chǎn)生一個方向指向端蓋9的作用力。當圓錐靜壓軸承3工作時，又將產(chǎn)生一個方向指向蝸殼1端的分力，調(diào)節(jié)調(diào)整線圈10的通電電流，使這兩個方向相反的力達到平衡，并使圓錐氣體靜壓軸承3在設(shè)計的工作間隙范圍，由于物質(zhì)的熱膨脹特性，主燃燒室4和副燃燒室19在工作過程中將因溫度不同而導(dǎo)致軸向尺寸的變化，從而破壞了原有的配合狀態(tài)。當主燃燒室4的溫度高于副燃燒室19的溫度時，圓錐氣體靜壓軸承3的工作間隙減小，承載量增加，即指向蝸殼1的分力也增加，從而破壞了原有作用力的平衡，則副燃燒室19向蝸殼1的方向滑移，直到圓錐氣體靜壓軸承3的工作間隙穩(wěn)定在設(shè)計范圍之內(nèi)，產(chǎn)生的軸向分力與調(diào)整線圈10產(chǎn)生的磁力達到平衡。相反的，當主燃燒室4的溫度低于副燃燒室19的溫度時，圓錐氣體靜壓軸承3的工作間隙增大，承載量減小，即指向蝸殼1的分力也減小，不足以克服調(diào)整線圈10所產(chǎn)生的磁力，在電磁力的作用下，副燃燒室19向調(diào)整線圈10的方向滑移，直到軸承3的工作間隙穩(wěn)定在設(shè)計范圍內(nèi)，產(chǎn)生的軸向力與調(diào)整線圈10產(chǎn)生的電磁力重新達到平衡。
由本發(fā)明的旋噴內(nèi)燃機為主機構(gòu)成的發(fā)動機系統(tǒng)是這樣進行工作的，如附圖4，附圖5所示其中1——燃料供給系統(tǒng)2——余熱回收交換器3——變速器4——離合器5——主壓縮機6——副壓縮機貯氣筒7——副壓縮機8——起動機9——控制器10——輸出軸11——散熱器12——旋噴內(nèi)燃主機13——電源14——主機轉(zhuǎn)速傳感器
15——轉(zhuǎn)速傳感器變送器16——燃氣傳感器17——燃氣傳感器變送器18——處理器19——比例電磁閥20——高壓脈沖發(fā)生器系統(tǒng)是這樣進行工作的啟動時起動機8通電旋轉(zhuǎn)，燃料供給系統(tǒng)1工作供給主機12需要的燃料，高壓脈沖發(fā)生器20通電，產(chǎn)生主機12啟動所需的點火脈沖。離合器4是分離的。
起動機8通電后，帶動副壓縮機7和主壓縮機5旋轉(zhuǎn)。副壓縮機7產(chǎn)生的壓縮空氣送到主機12的氣體靜壓軸承中，主壓縮機5產(chǎn)生的壓縮空氣先送到余熱回收交換器2，然后送入主機12的燃燒室中，在那里與燃料供給系統(tǒng)1送來的燃料的混合，并經(jīng)火花塞放電點燃，主機12啟動，開始進行熱功轉(zhuǎn)換，從主機12排出的廢燃氣先經(jīng)過余熱回收交換器2在那里與主壓縮機5送來的壓縮空氣發(fā)生熱交換，將部分能量傳遞給壓縮空氣，再送入主機12做功，熱交換后的廢氣排入大氣。當主機12的轉(zhuǎn)速達到要求時，離分器4接合，起動機8斷電，啟動過程完成，主壓縮機5和副壓縮機7，由主機12經(jīng)變速器3提供動力，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。
功率調(diào)節(jié)過程是這樣的當負載功率增大時，負載產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩增大，即作用在輸出軸10上的阻轉(zhuǎn)矩增大，使主機12的轉(zhuǎn)速下降，此時從主機轉(zhuǎn)速傳感器14上輸出的轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)變送器15送到處理器18與設(shè)定轉(zhuǎn)速進行比較，處理器18通過其動作執(zhí)行電路，使燃料供給系統(tǒng)1中的比例電磁閥19的開度增大，使燃料供給系統(tǒng)1供給主機12的燃料增加，即增加了主機12的輸出功率，直至與負載功率匹配時比例電磁閥19保持其開度，系統(tǒng)穩(wěn)定工作。
當負載減小時，與上述過程相反，負載阻轉(zhuǎn)矩的減小將使主機12的轉(zhuǎn)速增高，轉(zhuǎn)速傳感器14輸出的轉(zhuǎn)速信號經(jīng)變送器15送到處理器18與設(shè)定轉(zhuǎn)速進行比較，處理器18通過其動作執(zhí)行電路使比例電磁閥19的開度減小，從而減少了燃料供給系統(tǒng)1供給主機12的燃料，即減少了主機的輸出功率，直至與負載功率匹配，比例電磁閥19保持其開度，系統(tǒng)穩(wěn)定工作。
當系統(tǒng)超過額定負載時，即比例電磁閥19在最大開度也不能滿足負載的功率需求，則主機轉(zhuǎn)速迅速下降，壓縮空氣的供應(yīng)量急劇減少，此時，燃氣傳感器16上測得的燃氣含氧量迅速下降，在此狀態(tài)下經(jīng)變送器17將信號送到處理器18中，并通過其動作執(zhí)行電路關(guān)閉比例電磁閥19，停止向主機12提供燃料，主機停機，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的過載保護。
綜上所述，本發(fā)明的旋噴式內(nèi)燃機具有以下特點1．熱功轉(zhuǎn)換應(yīng)用噴氣式發(fā)動機的熱功轉(zhuǎn)換原理，采用旋噴輪做為熱功轉(zhuǎn)換元件，熱效率高、耐高溫材料的用量少，冷卻簡單，冷卻系統(tǒng)損失的能量少，并可在主機外增設(shè)余能回收利用而不影響主機的工況，因此，具有較高的綜合熱效率。
2．燃料的適應(yīng)性強，在不對主機作任何改動的條件下，僅更換燃料供給系統(tǒng)，即可使用常態(tài)下為液體或氣體的所有可燃物質(zhì)。
3．可方便地實現(xiàn)工況自動調(diào)節(jié)，尤其是能準確地實現(xiàn)動力機與負載間的功率匹配，并可獲得良好的機械特性。
4．主機采用氣體靜壓軸承結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高溫高速運動副的氣體潤滑，因此主機的壽命得到延長，而且在設(shè)計的使用壽命范圍內(nèi)，保持主機的設(shè)計性能穩(wěn)定。
5．燃料的燃燒溫度可控，＜1500K，較沖程式內(nèi)燃機的燃燒溫度約2800K為低，因此能有效抑制NOx類物質(zhì)的生成。系統(tǒng)采用最大功率限制，能夠保證燃料始終在空氣過量的條件下燃燒，因此，在使用以高分子碳氫化合物作燃料時，能有效地防止CO、HC及碳微粒的生成，因而有利于環(huán)境保護。
6．系統(tǒng)的制造均可采用現(xiàn)有的機械加工工藝，無特殊的加工工藝要求，制造精度亦在傳統(tǒng)的機制工藝允許的制造精度范圍內(nèi)，因此，制造成本低。
權(quán)利要求
1．本發(fā)明所說的旋噴式內(nèi)燃機由旋噴體2、燃燒室(主燃燒室4，副燃攻室19)為主體構(gòu)成。
2．權(quán)利要求書1所說的旋噴體2其特征在于在旋噴體2上直少應(yīng)設(shè)計有數(shù)量不少于2條的燃氣流道17，各燃氣流道應(yīng)沿旋噴體2的中心對稱。
3．權(quán)利要求出2中所說的燃氣流道17，其特征在于，燃氣流道17與噴嘴18共同構(gòu)成縮放型噴管，噴嘴18應(yīng)沿旋噴體2的旋轉(zhuǎn)圓周的切線方向均布。
全文摘要
本發(fā)明屬于發(fā)動機設(shè)計和制造的技術(shù)范疇,公開了一種旋噴式內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所說的旋噴式內(nèi)燃機由旋噴體、主燃燒室、副燃燒室及其他輔助機構(gòu)組成,并可同壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng),燃料供給系統(tǒng)、變速系統(tǒng)、余能利用系統(tǒng)、自動檢測控制系統(tǒng)等一起組成完善的動力機。
文檔編號F02B75/00GK1231383SQ97106169
公開日1999年10月13日 申請日期1997年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月18日
發(fā)明者王景華 申請人:王景華