專利名稱：脈動式渦輪軸發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃氣發(fā)動機，特別是渦輪軸發(fā)動機。
背景技術：
現(xiàn)在通用于汽車、火車、輪船、機械等往復式活塞燃氣發(fā)動機，雖經(jīng)多方改進，在功率、重量、排放、能耗等方面都比過去有了顯著提高，但其根本性不足還是無法根 除1 、曲軸、連桿、活塞等部件進行往復式機械運動，其本身就損功耗能，且機械強度受 損。2、所需配氣裝置結構復雜且極其精密。3、受活塞行程的影響，燃料燃燒不徹底。4、 為防止爆燃、爆震，空氣壓縮比受限、過低，導致熱能效率低下，等等。目前，為了克服往復式活塞燃氣發(fā)動機的不足，研制出了種種新穎的轉子式燃氣發(fā)動機, 如中國專利申請?zhí)?0103357太極式轉子內燃機、93117267擺動轉子式內燃機、96116876偏 心轉子旋板式內燃發(fā)動機、96229482內燃式渦輪轉子發(fā)動機、01134215自平衡的轉子發(fā)動機、 03124571反沖轉子發(fā)動機以及國外的汪克爾三角轉子發(fā)動機等等。這些燃氣發(fā)動機，雖然革 除了曲軸、連桿、活塞等往復運動機構，但因其技術存在不足或技術不成熟，而不能被廣泛 推廣使用。渦輪軸發(fā)動機，因其結構簡單、功率大、功率重量比大、熱能效率高等特點，而被廣泛 用于航空領域、軍事領域，但由于其材質要求高、減速系統(tǒng)重量大、燃料耗量大、轉速太高 且不易操控等不足，限制其應用于汽車、火車、輪船、機械等領域。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是改進渦輪軸發(fā)動機，使之成為一種新型的燃氣發(fā)動機，克服 上述燃氣發(fā)動機存在的不足，用以取代往復式活塞燃氣發(fā)動機。 為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采取的技術方案是1、 改進渦輪軸發(fā)動機，在空氣壓縮裝置和混合氣燃燒做功裝置中間的進氣環(huán)節(jié)上安裝 一個壓縮空氣存儲裝置，為燃料徹底燃燒做功提供充足的高壓空氣。2、 為了提高空氣壓縮裝置的效能，采用多級軸流向壓氣機與一級離心式壓氣機結合的 壓氣裝置。3、 在混合氣燃燒做功裝置中安裝配氣裝置，控制燃燒室進氣，使改進的渦輪軸發(fā)動機 以脈動的方式運轉。這樣既可以降低轉速，減輕龐大笨重的減速系統(tǒng)，同時又可以使燃料能 夠徹底燃燒并徹底排盡廢氣。4、 配氣裝置可以采取機械的、也可以采取電子的、還可以采用"脈動噴氣發(fā)動機"的 進氣活門裝置。5、 燃料供給裝置可直接采取渦輪軸發(fā)動機的燃料噴入裝置，也可以采取目前新型汽車 發(fā)動機的可控高壓電子多點直噴燃料裝置。6 、點火裝置采取四行程發(fā)動機中成熟的可控電子點火裝置7、 改進渦輪軸發(fā)動機，整合渦輪軸發(fā)動機的普通渦輪和自由渦輪成為渦輪組，使燃氣 直接做功于渦輪組上。8、 為了提高燃氣的熱能功效，在渦輪倉內壁設計成階梯形的導流密封沿，加強燃燒室
的密閉性。9 、其它技術參照渦輪軸發(fā)動機本燃氣發(fā)動機的特點是在空氣壓縮裝置的輸出端安裝一個壓縮空氣存儲裝置，用來存儲 壓縮空氣；在混和氣燃燒做功裝置中安裝相應的配氣裝置，使改進的渦輪軸發(fā)動機以脈動方 式運轉。本燃氣發(fā)動機優(yōu)點是機械結構簡單、功率重量比大、能耗低、熱能效率高、燃料燃燒徹 底、并且可以使用多種燃料等等；本燃氣發(fā)動機最大的技術優(yōu)勢是以渦輪軸發(fā)動機為根本，其技術已相當成熟，并廣泛應 用于航空領域、軍事領域，并有向多領域普及的態(tài)勢。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。附圖為本發(fā)明的結構示意圖 圖中l(wèi)、進氣道，2、軸流向壓氣機，3、離心式壓氣機，4、壓氣存儲倉，5、氣門，6、燃燒 室，7、燃料噴嘴，8、點火器，9、渦輪組，10、渦輪葉片，11、導流密封沿，12、渦輪倉， 13、渦輪軸，14、輸出軸，15、輸出齒輪，16、啟動離合器，17、啟動電機，18、排氣道
具體實施例方式附圖是本發(fā)明最佳實施例結構示意圖，即發(fā)動機是由空氣壓縮裝置、壓 縮空氣存儲裝置和混合氣燃燒做功裝置三部分構成。其中空氣壓縮裝置由軸流向壓氣機(2) 和離心式壓氣機(3)同軸組成；壓縮空氣存儲裝置由壓氣存儲倉(4)構成；混合氣燃燒做 功裝置由燃燒室(6)、渦輪組(9)及配氣裝置、燃料供給裝置、點火裝置等組成。發(fā)動機啟 動時，啟動電機(17)通過啟動離合器(16)帶動壓氣機(2)、 (3)轉動，從進氣道(1)吸 入空氣進行壓縮，壓縮空氣被壓進壓氣存儲倉(4)中，當達到預定的壓力后，氣門(5)打 開，大量壓縮空氣進入燃燒室(6),此時的燃燒室(6)雖然是開放的，但由于導流密封沿(ll) 的封閉作用及渦輪組(9)的氣阻作用，燃燒室(6)在極短時間內可視為是封閉的，這時燃 料噴嘴(7)噴入燃料與壓縮空氣混合生成可燃混合氣、點火器(8)進行點火，同時氣門(5) 關閉，可燃混合氣在燃燒室(6)內開始燃燒，燃氣膨脹對渦輪組(9)進行做功，推動渦輪 組(9)快速轉動，通過渦輪軸(13)帶動壓氣機(2)、 (3)繼續(xù)進行壓氣，并通過輸出軸(14) 末端的輸出齒輪(15)輸出動能，此時啟動離合器(16)分離，啟動電機(17)退出工作。 燃氣對渦輪組(9)進行做功后經(jīng)排氣道(18)排出。由于燃氣氣流的慣性作用，燃燒后燃燒 室(6)內的壓力迅速減小，此時氣門(5)再次打開，由于壓氣存儲倉(4)內的壓力遠大于 燃燒室(6)內的壓力，大量的壓縮空氣迅速流進燃燒室(6)，首先對廢氣進行掃氣、排出， 然后燃料噴嘴(7)再次噴入燃料生成可燃混合氣、點火器(8)再次進行點火，同時氣門(5) 再次關閉，混合氣在燃燒室(6)內再次燃燒，燃氣膨脹對渦輪組(9)繼續(xù)進行做功，推動 渦輪組(9)繼續(xù)快速轉動，通過渦輪軸(13)帶動壓氣機(2)、 (3)壓縮更多的空氣，形成 工作循環(huán)，并通過輸出軸(14)末端的輸出齒輪(15)連續(xù)輸出動能。本發(fā)動機以"進氣一 一燃燒做功——再進氣——再燃燒做功"循環(huán)的脈動方式運轉。變速運轉當燃料噴嘴(7)噴入燃燒室(6) —定的燃料燃燒后，推動渦輪組(9)轉動并帶動壓氣
機(2)、 (3)轉動，所產(chǎn)生的壓縮空氣剛好可以滿足發(fā)動機燃燒需要、維持脈動工作循環(huán)時， 發(fā)動機處于怠速狀態(tài)。當燃料噴嘴(7)噴入燃燒室(6)燃料較多時，燃燒后產(chǎn)生的熱能增大，推動渦輪組(9) 轉動的速度加快，壓氣機(2)、 (3)轉動的速度同時也加快，可以產(chǎn)生更多、壓力更高的壓 縮空氣，足以滿足發(fā)動機下一循環(huán)高速轉動時，燃料徹底燃燒的需求，此時發(fā)動機處于快速 轉動狀態(tài)，輸出動能大。當燃料噴嘴(7)噴入燃燒室(6)的燃料逐漸增多時，燃燒后產(chǎn)生的熱能逐漸增大，發(fā) 動機就處于逐漸加速轉動狀態(tài)，輸出的動能也逐漸增大；反之，噴入的燃料逐漸減少時，發(fā) 動機處于逐漸減速轉動狀態(tài)，輸出的動能也逐漸減小。在本實施例中，配氣裝置即氣門控制裝置，可以采取以下三種方式-1 、采取"脈動噴氣發(fā)動機"進氣活門裝置，具體參見航空"脈動噴氣發(fā)動機"進氣活 門實例裝置。2、 采取機械配氣方式在示意圖中A線處向左右拓展空間，在B處安裝減速齒輪等機 械裝置進行配氣。3、 采取電子配氣方式根據(jù)燃燒室(6)內階段工作狀況，按照一定的電子控制程式 電動開啟或關閉氣門(5)。在本實施例中，為了提高啟動電機(17)對壓氣機(2)、 (3)的工作效率，在C處將渦 輪軸(13)與輸出軸(14)斷開并安裝單轉向離合器。在啟動發(fā)動機時，C處離合器處于分 離狀態(tài)，啟動電機(17)只帶動壓氣機(2)、 (3)轉動進行壓氣工作；當發(fā)動機啟動后，渦 輪組(9)帶動渦輪軸(13)快速轉動，此時C處離合器結合，壓氣機(2)、 (3)轉而由渦輪 組(9)帶動進行壓氣工作。在本實施例中，為了提高壓氣機壓縮效率，采取多級軸流向壓氣機(2)與一級離心式壓 氣機(3)結合的方式。此方式被通用的渦輪軸發(fā)動機所采用，空氣壓縮比高達30以上不為 過。本實施例由于發(fā)動機采取脈動方式運轉，降低了轉速，空氣壓縮比有所下降，可達15以 上，并隨著轉速的快慢變化而高低變化，實現(xiàn)可變壓縮比工況。在本實施例中，在渦輪倉(12)內壁，即每組渦輪葉片(10)外緣處，設計成階梯形， 稱之為——導流密封沿(11)。燃氣流受導流密封沿(11)的影響，呈收斂狀作用于渦輪葉片 (10)上，這樣可以減少燃氣流從渦輪葉片(10)外緣的泄漏量，提高了燃氣對渦輪組(9) 的做功效率。在本實施例中，燃料供給系統(tǒng)可直接采用渦輪軸發(fā)動機實例裝置，也可采用為目前新型 汽車發(fā)動機所采用的可控高壓電子多點直噴燃料裝置。潤滑等系統(tǒng)可直接采用渦輪軸發(fā)動機實例裝置。點火系統(tǒng)可采用汽車發(fā)動機通用的可控電子點火裝置。在本實施例中，冷卻散熱系統(tǒng)有兩種實施方式 一種是在燃燒室(6)和渦輪倉(12)的 殼體上安裝水冷裝置，利用散熱器強制散熱(與汽車冷卻散熱實例同)；另一種是在第一種水 冷裝置基礎上，利用熱能進行發(fā)甩，供給隨機電器使用，可以提高燃料能源利用率。在本實施例中，如果使用不同性質的燃料噴嘴或使用多用途燃料噴嘴，只要調控好燃料
噴嘴的燃料噴量，發(fā)動機就可以使用多種可燃氣體或液體燃料進行工作，如煤氣、天然氣、 氫氣、烷氣、汽油、柴油、煤油、酒精等等一切可燃氣體或液體。本發(fā)明燃氣發(fā)動機是一臺 多種燃料燃氣發(fā)動機。本實施例只是單臺發(fā)動機，如果將多臺發(fā)動機按輸出軸方向平行排列，圍繞在一個從動 軸上，并按脈動相位角進行配氣，就可以組成一個發(fā)動機組(類似于多缸四行程活塞發(fā)動機)， 這樣可以大大提高整體發(fā)動機效率和穩(wěn)定性。
權利要求
1、脈動式渦輪軸發(fā)動機，其特征在于它是一臺改進的渦輪軸發(fā)動機，由可單獨運轉的空氣壓縮裝置、壓縮空氣存儲裝置和混合氣體燃燒做功裝置三部分構成；空氣壓縮裝置由軸流向壓氣機(2)和離心式壓氣機(3)同軸串聯(lián)組成，壓縮空氣存儲裝置由壓氣存儲倉(4)組成，混合氣體燃燒做功裝置由燃燒室(6)、渦輪組(9)及配氣裝置、燃料供給裝置、點火裝置組成。
2、 如權利要求1所述脈動式渦輪軸發(fā)動機，其特征在于以渦輪軸發(fā)動機為根本，增加安裝 壓縮空氣存儲裝置——壓氣存儲倉(4)。
3、 如權利要求1所述脈動式渦輪軸發(fā)動機，其特征在于以渦輪軸發(fā)動機為根本，在燃燒做 功裝置中增加安裝用于控制進氣的配氣裝置。
4、 如權利要求1所述脈動式渦輪軸發(fā)動機，其特征在于渦輪組(9)每組渦輪葉片(10) 外緣處的渦輪倉(12)內壁呈階梯形——導流密封沿(11)。
5、 如權利要求1所述脈動式渦輪軸發(fā)動機，其特征在于改進的渦輪軸發(fā)動機以"進氣—— 燃燒做功——再進氣——再燃燒做功"循環(huán)的脈動方式運轉。
全文摘要
本發(fā)明涉及脈動式渦輪軸發(fā)動機，它是一臺改進的渦輪軸發(fā)動機，由可單獨運轉的空氣壓縮裝置、壓縮空氣存儲裝置和混合氣體燃燒做功裝置三部分構成；空氣壓縮裝置由多級軸流向壓氣機(2)和離心式壓氣機(3)同軸串聯(lián)組成，可以由啟動電機(17)帶動，也可以由渦輪組(9)帶動，所產(chǎn)生的壓縮空氣儲存在壓氣存儲倉(4)中，在配氣裝置控制下，壓縮空氣進入燃燒室(6)與燃料混合并實現(xiàn)燃燒，其熱能直接作用于渦輪組(9)，使渦輪組按所控的方向、轉速轉動并輸出動能，由于受配氣裝置的控制，發(fā)動機按“進氣——燃燒做功——再進氣——再燃燒做功”循環(huán)的脈動方式運轉，其結構、熱能效率及功率重量比等整機性能優(yōu)于其它燃氣發(fā)動機并可以替代。
文檔編號F02C3/04GK101149018SQ20061015327
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月18日 優(yōu)先權日2006年9月18日
發(fā)明者張清宇 申請人:張清宇