CN101832177B - 一种螺旋增压发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺旋增压发动机，由燃烧室和气流室组成，燃烧室侧壁安装有火花塞、喷油嘴和进气口，燃烧室与气流室相通，气流室设置有出气口，燃烧室和气流室中穿过一根旋转轴，旋转轴位于气流室内的部位上安装有螺旋叶扇轮，气流室内部对应形成多个圆柱形空腔。本发明的技术方案利用燃烧气体形成的高压和高速气体的推动力，直接向外部机构输出扭矩力，这种发动机燃烧原料的利用率更高，减少了复杂的机械传动结构，制造更简单，体积更小，便于安装。
Description
技术领域
本发明涉及一种将能源转化为机械能的动力装置，尤其是可以用于汽车、船、飞行器等工具的发动机。
背景技术
目前提供动力的发动机大多是通过燃烧具有一定空燃比的汽油、空气混合气体来进行工作的，这种发动机利用了空气和可燃原料混合燃烧，得到更大压力的气体，然后利用这个压力推动一个机械装置，由机械装置将压力转化为动能，这种机械装置一般采取活塞的形式来完成，也就是当空气和可燃原料混合后，活塞把这些混合物压缩在一定容积内，然后将混合物点燃，燃烧释放出巨大的能量，推动活塞向外加速，这时活塞外面一般用一个曲柄把活塞的单向运动转化为圆周运动，当燃烧后的气体排出后，曲柄的圆周运动还可以依靠惯性将活塞推动回起始位置，这样一个往复过程被称为一个工作行程。当一个工作行程结束后，发动机汽缸将吸入新鲜混合汽，排除燃烧废气，此时，总有一部分废气不能排出，影响第二个工作行程的空燃比，使部分燃料不能充分燃烧，既耗油又增大尾气排放污染。为此，国外有些汽车生产厂家采用了多进气阀结构来保证发动机能尽可能多的吸入新鲜空气，改善发动机燃烧状况，提高燃烧效率，但该技术制造工艺复杂，成本高，难以普及应用；也有采用发动机节能环来增加发动机新鲜空气进气量，实现发动机充分燃烧。但是，现有的发动机节能装置均为对称开有两个通气孔，当发动机功率增大时，该节能无法补充足够的新鲜空气，使发动机充分燃烧，增加尾气排放污染。
这种普通的发动机在将可燃烧原料压缩燃烧时，对原料的利用率不高，必须要通过一些机械装置转换能量来完成压缩，这些装置将浪费大量的能源，而且燃烧后的气体压力、温度都较高，不能充分利用原料内蕴含的能量。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种节约能源，提高能源利用效率的发动机，制造更简单，体积更小，便于安装。
(二)技术方案
本发明的发动机，利用气体燃烧产生的压力，使气体集中喷出，气体燃烧处与气体出口处有相当大的气压差，而且高速流动的气体可以推动螺旋叶扇轮带动旋转轴转动，本发明的技术方案就是利用气压差和高速气体的推动力，直接利用弧形叶轮和螺旋叶扇轮输出扭矩力，避免了活塞式发动机复杂的换气装置和动力转换装置，大大提高了气体燃烧后的利用效率。为了达到上述目的，本发明采取以下方案：
一种螺旋增压发动机，由燃烧室和气流室组成，燃烧室侧壁安装有火花塞、喷油嘴和进气口，燃烧室与气流室相通，燃烧室和气流室中穿过一根旋转轴，旋转轴位于燃烧室和气流室的中心，旋转轴位于气流室内的部位上安装有螺旋叶扇轮，气流室内部对应于螺旋叶扇轮形成圆柱形空腔。燃烧室中完成油气混合后点火，使燃烧室中的气压剧增，高气压的气流进入气流室，压力差和冲击力推动螺旋叶扇轮和弧形叶轮旋转，给旋转轴提供旋转动力，旋转轴可以对外部装置提供动力，螺旋叶扇轮能够增加受气体冲击的受力面积，提高气体压力的利用效率。
其中，所述燃烧室与气流室之间设置有空腔隔板，所述气流室内部的圆柱形空腔为两个或两个以上，所述圆柱形空腔由相邻的两个空腔隔板与壳体包围，所述空腔隔板上开有导气孔。使用开设导气孔的空腔隔板，可以增大气流速度，并使气流集中冲击螺旋叶扇轮的叶片部位，使发动机的效率更高。流过一级推动螺旋叶扇轮的气体，速度虽然有所下降，但是仍然具有很强的冲击力和较高的压力，设置多级不同螺旋导程的螺旋叶扇轮，可以充分利用气流携带的能量。
其中，旋转轴位于燃烧室内的部位上安装有弧形叶轮，所述弧形叶轮由多个弧形叶片安装于叶片轮上，所述弧形叶片横截面呈一段圆弧形状。螺旋叶扇轮由内轮和外轮之间固定多个螺旋叶片组成，所述螺旋叶片为螺旋扭转的薄板状，根部固定在内轮上，顶部固定在外轮上，从根部至顶部的表面为变导程螺旋面，所述螺旋叶片根部与内轮轴线方向之间的夹角小于螺旋叶片顶部与外轮轴线方向之间的夹角，两个夹角之差为20度至89度之间。螺旋叶片为螺旋扭转形状，尤其是螺旋叶片根部与内轮轴线方向之间的夹角小于螺旋叶片顶部与外轮轴线方向之间的夹角，当气流冲击到叶片表面上时，平行于螺旋叶扇轮轴向方向的气体冲击力可以形成使螺旋叶扇轮转动的分力。
其中，每个螺旋叶扇轮上的螺旋叶片数量为四个或四个以上，从燃烧室依次向外排列的圆柱形空腔内，螺旋叶扇轮上的螺旋叶片数量逐渐减少。从燃烧室依次向外排列的圆柱形空腔内，所述螺旋叶片顶部与外轮轴线方向之间的夹角逐渐增大，所述两个夹角之差逐渐增大。多个叶片的设置能够使螺旋叶片的旋转动力更足，远离燃烧室的螺旋叶扇轮，流经的气体速度会低于燃烧室相邻的螺旋叶扇轮，所以，螺旋叶片顶部与外轮轴线方向之间的夹角应当更大一些，才能更有效的利用速度低一些的气体动力，扭转角度大了，所遮挡的气流面积就会更大，所以叶片数量相应要减少。
其中，所述圆柱形空腔分布于燃烧室左右两侧，左侧螺旋叶片的螺旋扭转方向和右侧的螺旋扭转方向相反，外于最外侧的两个圆柱形空腔外侧安装有气流室外侧盖，所述气流室外侧盖上开有出气口；或者，所述圆柱形空腔位于燃烧室一侧，外于远离燃烧室的最外侧圆柱形空腔外侧安装有气流室外侧盖，所述气流室外侧盖上开有出气口。本发明的技术方案，可以将螺旋叶扇轮分置在燃烧室两侧，但是两侧螺旋叶片的螺旋角方向正相反，这样才能使一根旋转轴上接受相反方向气流冲击的螺旋叶扇轮对旋转轴产生同样方向的动力，也可以将螺旋叶扇轮设置在燃烧室一侧。
其中，所述旋转轴为花键轴，旋转叶片轮和螺旋叶扇轮通过花键固定在旋转轴上。所述燃烧室的进气口设置气体压缩装置，所述喷油嘴前设置有增压装置。增压装置可以防止因燃烧室内气压太高从而导致油管和进气通道回流。所述多个空腔隔板上的导气孔数量和位置相同，每个空腔隔板上的导气孔数量为4至6个。空腔隔板上的导气孔数量和位置相同，能够避免气流经过空腔时因导气孔位置产生折流而损失动能。
(三)有益效果
本发明的技术方案是利用燃烧、爆炸、压缩喷气压差和高速气体的推动力，推动螺旋叶扇轮，螺旋叶扇轮带动旋转轴直接向外部机构输出扭矩力，这种发动机燃烧原料的利用率更高，减少了复杂的机械传动结构，制造更简单，体积更小，便于安装。
附图说明
图1：螺旋增压发动机组装关系图；
图2：远离燃烧室的螺旋叶扇轮正视图；
图3：螺旋增压发动机壳体立体视图；
图4：旋转叶片轮立体视图；
图5：邻近燃烧室的螺旋叶扇轮立体视图；
图6：组装完成的发动机外观图；
图7：组装完成的发动机剖面图。
1、燃烧室和气流室壳体，2、火花塞安装座，3、喷油嘴安装座，4、燃烧室进气口，5、旋转轴，6、螺旋叶扇轮，7、导气孔，8、空腔隔板，9、弧形叶轮，10、气流室外侧盖，11、出气口，12、圆柱形空腔，13、燃烧室，61、螺旋叶扇轮内轮，62、螺旋叶扇轮外轮，63、螺旋叶片，91、叶轮轴套，92、弧形叶片
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1、图6和图7所示的螺旋增压发动机，在壳体1内是燃烧室13和气流室，气流室由空腔隔板8分为多个圆柱形空腔12的，如图3所示，通过壳体1上的火花塞安装座2和喷油嘴安装座3安装火花塞和喷油嘴，壳体1还设置有燃烧室进气口4，壳体1内燃烧室与气流室相通，壳体内分为燃烧室部分和气流室部分，气流室由空腔隔板8间隔为多个圆柱形空腔，空腔隔板8上开有导气孔7。壳体中间穿过一根旋转轴5，旋转轴5上装有1个弧形叶轮9和10个螺旋叶扇轮6，弧形叶轮9如图4所示，由旋转叶片92安装于叶轮轴套91上组成，对应于燃烧室内部；气流室内部的圆柱形空腔与螺旋叶扇轮的形状相配合，由壳体1和空腔隔板8包围形成。
如图2所示为一个远离燃烧室的螺旋叶扇轮6，螺旋叶片为4片，螺旋叶片的螺旋导程角度较大；图5所示为一个邻近燃烧室的螺旋叶扇轮立体视图，螺旋叶片数量为16片，螺旋叶片的螺旋导程角度较小。螺旋叶扇轮由螺旋叶片63根部固定在内轮61上，螺旋叶片63顶部固定在外轮62上，螺旋叶片63为螺旋扭转的薄板状。
在本实施例中，如图1和图7所示，气流室采用在燃烧室左右对称的分布形式，所述圆柱形空腔12在燃烧室左右各5个，每个圆柱形空腔12内有一个螺旋叶扇轮6，外于最外侧的圆柱形空腔外侧安装有气流室外侧盖10，所述气流室外侧盖上开有出气口11。左右5个螺旋叶扇轮呈对称排列，螺旋角度相反，所述旋转轴5为花键轴。
Claims (10)
1.一种螺旋增压发动机，由燃烧室和气流室组成，燃烧室侧壁安装有火花塞、喷油嘴和进气口，燃烧室与气流室相通，其特征在于：燃烧室和气流室中穿过一根旋转轴，旋转轴位于燃烧室和气流室的中心，旋转轴位于气流室内的部位上安装有螺旋叶扇轮，气流室内部对应于螺旋叶扇轮形成圆柱形空腔。
2.如权利要求1所述的螺旋增压发动机，其特征在于：所述燃烧室与气流室之间设置有空腔隔板，所述气流室内部的圆柱形空腔为两个或两个以上，所述圆柱形空腔由相邻的两个空腔隔板与壳体包围，所述空腔隔板上开有导气孔。
3.如权利要求1所述的螺旋增压发动机，其特征在于：旋转轴位于燃烧室内的部位上安装有弧形叶轮，所述弧形叶轮由多个弧形叶片安装于叶片轮上，所述弧形叶片横截面呈一段圆弧形状。
4.如权利要求2所述的螺旋增压发动机，其特征在于：螺旋叶扇轮由内轮和外轮之间固定多个螺旋叶片组成，所述螺旋叶片为螺旋扭转的薄板状，根部固定在内轮上，顶部固定在外轮上，所述螺旋叶片根部与内轮轴线方向之间的夹角小于螺旋叶片顶部与外轮轴线方向之间的夹角，两个夹角之差为20度至89度之间。
5.如权利要求4所述的螺旋增压发动机，其特征在于：每个螺旋叶扇轮上的螺旋叶片数量为四个或四个以上，从燃烧室依次向外排列的圆柱形空腔内，螺旋叶扇轮上的螺旋叶片数量逐渐减少。
6.如权利要求4或5所述的螺旋增压发动机，其特征在于：从燃烧室依次向外排列的圆柱形空腔内，所述螺旋叶片顶部与外轮轴线方向之间的夹角逐渐增大，所述两个夹角之差逐渐增大。
7.如权利要求2所述的螺旋增压发动机，其特征在于：所述圆柱形空腔分布于燃烧室左右两侧，左侧螺旋叶片的螺旋扭转方向和右侧的螺旋扭转方向相反，位于最外侧的两个圆柱形空腔外侧安装有气流室外侧盖，所述气流室外侧盖上开有出气口；
或者，所述圆柱形空腔位于燃烧室一侧，位于远离燃烧室的最外侧圆柱形空腔外侧安装有气流室外侧盖，所述气流室外侧盖上开有出气口。
8.如权利要求1所述的螺旋增压发动机，其特征在于：所述旋转轴为花键轴，弧形叶轮和螺旋叶扇轮通过花键固定在旋转轴上。
9.如权利要求1所述的螺旋增压发动机，其特征在于：所述燃烧室的进气口设置气体压缩装置，所述喷油嘴前设置有增压装置。
10.如权利要求2所述的螺旋增压发动机，其特征在于：所述多个空腔隔板上的导气孔数量和位置相同，每个空腔隔板上的导气孔数量为4至6个。
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