二次燃燒旋轉噴氣內燃機的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬動力設備技術領域，涉及一種內燃機，具體是一種二次燃燒旋轉噴氣內燃機。
【背景技術】
[0002]內燃機是通過使燃料在機器內部燃燒，并將其放出的熱能直接轉換為動力的設備，是一種將燃料內能轉化為機械能的熱力發動機，是目前世界上廣泛使用的一種動力設備。
[0003]內燃機主要有活塞式內燃機、燃氣輪機、火箭發動機等幾種類型，其中活塞式內燃機是應用最廣泛的內燃機，但活塞式內燃機有比較明顯的缺陷，一是熱效率不高，汽油機熱效率一般低于40%，柴油機熱效率一般低于50% ;二是工作轉速范圍較窄，轉速一般是800轉/分鐘到4000轉/分鐘，在高轉速和低轉速區域，發動機的熱效率會不同程度的下降。因此，在汽車應用上，一般需要變速器對內燃機的動力輸出進行變換，以適應車輛起步、加速以及不同速度的要求。目前普遍使用的自動變速器本身的傳動效率不是很高，超過20%左右的動力被變速器損耗，因而整個動力系統的效率較低，一般在35%左右，這意味著燃料中只有少數能量被有效利用，大部分能量被浪費掉。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種二次燃燒旋轉噴氣內燃機，將空氣壓縮并存儲到與旋轉噴氣燃燒室總成相結連的儲氣罐中，空氣與燃料的混合物在旋轉噴氣燃燒室總成中經過兩次燃燒，使得燃料燃燒更充分，同時通過噴射環和多級葉輪對能量進行高效利用，解決了現有活塞式內燃機熱效率低、工作轉速范圍較窄等問題，具有工作轉速范圍寬泛、壓縮比高、燃燒效率高等特點。
[0005]本發明所采用的技術方案:
[0006]一種二次燃燒旋轉噴氣內燃機，包括操控系統、潤滑系統、發電存儲設備、尾氣處理裝置、燃料供給系統、旋轉噴氣燃燒室總成、空氣壓縮機、儲氣罐，其中，操控系統與普通內燃機的操控系統結構和功能類似，包括電控單元(ECU)、各種傳感器、油門控制機構、開關、閥門等，是整個內燃機的控制中樞和執行機構，通過對油門、剎車、溫度、壓力、轉速等傳感器的參數進行采集分析運算，進而按照一定的策略對各種開關、閥門等部件進行控制，保證整個內燃機安全協調高效運轉；潤滑系統與普通內燃機潤滑系統類似，包括油栗、限壓閥、機油濾清器、機油散熱器等組成，主要對內燃機需要的部件提供潤滑、冷卻、清潔、密封、防銹等作用；發電存儲設備包括發電機、蓄電池等，發電機可以向蓄電池充電，用于提供內燃機運轉所需的電能;尾氣處理裝置與普通內燃機類似，主要對燃燒后產生的尾氣進行無害化處理，符合環保要求，降低噪音;燃料供給系統與現有活塞式內燃機燃料供給系統類似，主要包括油箱、高壓油栗、燃油濾清器、輸油管、燃料噴管等組成，其中高壓油栗的出口設置有燃料流量控制閥門，可接受電控單元(ECU)發出的信號進行流量控制;旋轉噴氣燃燒室總成是內燃機的關鍵部件，燃料與空氣在其中混合并燃燒，燃料的內能通過它轉化為機械能并輸出，它的副動力輸出軸中空且通過齒輪等傳動機構與空氣壓縮機連接，空氣壓縮機通過高壓輸氣管與儲氣罐連接，利用副動力輸出軸、傳動機構為空氣壓縮機提供動力，用于將空氣壓縮形成高壓氣體，并通過高壓輸氣管輸送到儲氣罐存儲;旋轉噴氣燃燒室總成的主動力輸出軸中空且與副動力輸出軸同軸，用于內燃機的動力輸出，在主動力輸出軸中設置供油管路和供氣管路，供油管路與燃料供給系統連接，為旋轉噴氣燃燒室總成提供燃料，供氣管路與儲氣罐連接，為旋轉噴氣燃燒室總成提供壓縮空氣，以便與燃料進行混合燃燒；
[0007]所述旋轉噴氣燃燒室總成包括兩個圓柱形燃燒室壁，燃燒室壁之間設置中空的連接管，可供壓縮空氣流動，由燃燒室壁和連接管共同圍成圓柱形燃燒室;在燃燒室壁內設置冷卻腔，冷卻腔的入口與供氣管路連接，出口與設置在連接管中部周向的環形噴口(圍繞在連接管外面)連接，由儲氣罐供給的高壓氣體在經過冷卻腔時可對燃燒室壁和連接管進行冷卻，然后由連接管中部的噴口噴出；供油管路的出口設置在連接管中部的噴口處，高壓氣體和燃料在噴口處混合;在連接管的外側環繞著電熱絲，用于點燃高壓氣體與燃料的混合氣;燃燒室壁外面環繞著噴射環，噴射環上有切向的噴射孔，噴射孔在噴射環上相對于中心呈對稱分布，噴射環通過連接部件與主動力輸出軸連接，燃燒室內的高壓燃氣從噴射孔沿切向高速噴出，形成力偶推動噴射環旋轉，再通過連接部件傳遞動力到主動力輸出軸，進行動力輸出；噴射環的外側設有兩級輻流反動式葉輪，由內至外分別為內環葉輪和外環葉輪，葉輪可將噴射環噴出的高速氣體動能轉化為旋轉動能，其中內環葉輪通過連接部件與副動力輸出軸連接，內環葉輪通過連接部件將動力傳遞到副動力輸出軸，為空氣壓縮機提供動力;外環葉輪與壓氣機相連，該壓氣機結構與航空發動機壓氣機類似，壓氣機葉片將空氣壓入到噴射環與內環葉輪之間的間隙，這部分空氣既可以冷卻噴射環和葉輪，同時空氣中的氧氣可以使噴射環噴出的未充分燃燒的燃氣在葉輪中二次燃燒，同時，由于補充進大量空氣，因而可以降低尾氣的平均溫度和平均速度，從而提升整個內燃機的效率;外環葉輪的外側設置尾氣收集罩，用于收集燃燒后產生的尾氣。
[0008]作為本發明的進一步改進，另設有應急啟動電機，應急啟動電機通過傳動機構與空氣壓縮機連接，可為空氣壓縮機提供短期動力，當儲氣罐中的壓力太低不足以啟動內燃機時，應急啟動電機開始工作。
[0009]作為本發明的進一步改進，供氣管路與儲氣罐之間設有熱交換器，熱交換器利用尾氣的熱量加熱壓縮空氣，從而實現尾氣的余熱利用，提高內燃機的熱效率。
[0010]作為本發明的進一步改進，所述旋轉噴氣燃燒室總成的噴射環上沿噴射環的軸向設置至少兩層噴射孔。低功率時，一層噴射孔噴氣，當需要大功率時，兩層或多層噴射孔同時噴氣，使內燃機的輸出功率具有較大的選擇性，與此相對應，內環葉輪和外環葉輪也進行分層設計。
[0011]作為本發明的進一步改進，所述旋轉噴氣燃燒室總成外部設置燃燒室平移機構(如步進機構)，燃燒室相關部件(包括燃燒室壁、連通管及與之固連的有關部件)可在平移機構的控制下沿旋轉噴氣燃燒室總成的軸線方向平移，與噴射環上分層的噴射孔配合，形成可變排量，使內燃機在各功率狀態都有較高的效率。
[0012]作為本發明的進一步改進，所述旋轉噴氣燃燒室總成的噴口處設置氣流導向槽，使從兩側燃燒室壁冷卻腔流出的高壓氣流分別沿不同的方向噴出(如順時針和逆時針方向)，形成氣體紊流，使空氣與燃料充分混合。
[0013]作為本發明的進一步改進，所述旋轉噴氣燃燒室總成的供油管路的出口在噴口處分為多個不同方向的細管，使燃料從多個角度噴出，使燃料與空氣更充分混合。
[0014]作為本發明的進一步改進，所述旋轉噴氣燃燒室總成的外環葉輪可以為一級或多級葉輪，與此對應，壓氣機也可以為一級或多級，各級壓氣機之間串聯。
[0015]作為本發明的進一步改進，所述旋轉噴氣燃燒室總成的內環葉輪和外環葉輪的葉片為半圓月牙形。
[0016]作為本發明的進一步改進，所述旋轉噴氣燃燒室總成的燃燒室壁、連接管、噴射環與高溫燃氣接觸的表面覆蓋有耐高溫材料，并且冷卻腔與燃燒室之間有大量小直徑斜孔，斜孔供空氣流動以起到冷卻作用。
[0017]作為本發明的進一步改進，所述旋轉噴氣燃燒室總成的壓氣機進氣口處設置噴油器，噴入的燃料與空氣混合后在葉輪中燃燒，類似于航空發動機的加力燃燒，可讓內燃機爆發超常的大功率。這種工作模式如果持續時間長會對內燃機造成損害，因此只適合短時間內使用。
[0018]本發明的有益效果主要體現在:
[0019]1、高壓氣體與燃料的混合氣在燃燒室和葉輪中可兩次燃燒，使得燃料燃燒更充分，同時通過葉輪對尾氣中的動能進行再利用，通過熱交換器對尾氣中的熱能進行再利用，從而使效率大大高于活塞式內燃機。
[0020]2、具有寬泛的工作轉速，在寬泛的轉速范圍都能穩定工作，低速時能實現大扭矩，不存在活塞式內燃機的怠速。
[0021]3、控制系統大大簡化，內燃機中的燃料是持續燃燒的，不需要像活塞式內燃機那樣精確控制點火時機和噴油量。
[0022]4、由于擁有空氣壓縮機和儲氣罐，應用到汽車上，在汽車制動時啟動空氣壓縮機，可以將汽車的動能轉化為壓縮氣體存儲到儲氣罐中，實現剎車能量回收；同時，由于儲氣罐中儲存的空氣可以在較短的時間內快速釋放，噴射環上沿噴射環的軸向設置多層噴射孔，這種構造可使內燃機在短時間內爆發強大功率，可以大大改善汽車的加速性，提升用戶的駕駛體驗。
[0023]5、多個二次燃燒旋轉噴氣內燃機可以借助離合器和傳動機構進行串、并聯構成大功率內燃機群集，滿足較大型艦船、發電的需要，這種內燃機群集由于具有較高的冗余從而具有更高的可靠性。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的結構示意圖。
[0025]圖2是旋轉噴氣燃燒室總成處于高功率狀態下的結構示意圖(軸向剖面圖)。
[0026]圖3是旋轉噴氣燃燒室總成處于低功率狀態下的結構示意圖(軸向剖面圖)。
[0027]圖4是旋轉噴氣燃燒室總成的徑向截面示意圖。
[0028]圖中:1、旋轉噴氣燃燒室總成;2、應急啟動電機;3、空氣壓縮機;4、高壓油栗;5、高壓輸氣管;6、油箱;7、儲氣罐;8、熱交換器;9、主動力輸出軸；10、副動力輸出軸；11、尾氣管；12、燃燒室壁;13、冷卻腔；14、壓氣機；15、內環葉輪;16、外環葉輪;17、尾氣收集罩;18、第二層噴射孔；19、第一層噴射孔;20、噴射環;21、燃燒室;22、噴口； 23、供氣管路;24、供油管路；25、電熱絲;26、連接管;27、外環葉輪葉片;28、內環葉輪