专利名称：旋喷式内燃机的制作方法
技术领域：
本发明属于发动机的设计和制造的技术范畴，涉及一种旋喷式内燃机。
现在广泛应用的冲程循环内燃机，存在着热效率低(25％～45％)结构比较复杂，燃料的适应性差，工作时噪声大，对环境污染严重，在机器使用寿命的后期，各项设计性能指标严重劣化，最近发展起来的机电一体化技术，尤其是计算机技术的应用虽然在某些方面有所改善，但由于其固有结构的限制，及各系统间的相互制约，所以并没有完全克服上述缺陷，而且，由于的新的控制系统的加入，使原有的系统结构更趋于复杂，增加了制造成本，提高了维修的难度。
还有一种转子活塞式内燃机，简化了内燃机的结构，提高了热效率，同时，由于新材料和新工艺的应用使这种内燃机本身就具有较好的性能。但是这种内燃机并没有解决燃料的适应性问题，而且该种内燃机对于制作材料及加工精度都有特殊的要求，使其制造成本及维修难度的水平都很高，并且在其热功转换元件即转子活塞及缸体发生磨损后，其各项性能恶化十分严重，所以，这种转子活塞内燃机尚未得到普及应用。
另外，燃气轮机和喷气式发动机，在热效率、质功比、比容积废气排放及燃料适应性等方面都较前两种结构型式的内燃机优越，但是燃气轮机和喷气式发动机的单机功率都较大，一般都在1×106W以上，小功率化时，其优越性又受其结构的限制难以体现出来，因此，燃气轮机和喷气式发动机在中小功率的领域亦未得到普及应用。
本发明的目的是借鉴喷气式发动机的热功转换原理，设计一种新型结构的旋喷式内燃机，使其具有较高的热效率，良好的燃料适应性，良好的环保性能，并能够满足中小功率的使用要求。
本发明旋喷式内燃机主机的结构和附
图1～3所示附图1——主机的剖视图。
附图2——主机的A-A剖视图。
附图3——主机的B-B剖视图。
附图1～3中1——蜗壳。
2——旋喷体。
3——圆锥空气静压轴承。
4——主燃烧室。
5——外冷却室。
6——空气静压轴承。
7——齿轮轴。
8——变速器壳体。
9——端盖。
10——调整线圈。
11——内冷却导管。
12——绝热材料。
13——燃气导流孔。
14——冷启动电热塞。
15——火花塞。
16——燃料喷嘴。
17——燃气流道。
18——缩放喷嘴。
19——副燃烧室。
20——内冷却室。
21——压缩空气导管。
旋喷体2是热功转换元件，旋喷体2设计有燃气流道17和缩放喷嘴18。与旋喷体2依次相连的结构分别为副燃烧室19和内冷却室20，副燃烧室19与内冷却室20由绝热材料12隔成互不相通的两腔。副燃烧室19的一端设计有燃气导流孔13。副燃烧室19设计成圆锥腔体，作用有三，其一是燃气在副燃烧室19内继续燃烧的同时，又可以起一定的扩压作用。其二是其外圆锥面与主燃烧室4的对应内圆锥面互相配合，在构成气体静压轴承的同时，形成主燃烧室4和副燃烧室19同的高温燃气的密封面，其三是利用圆锥面的可分离性，实现主燃烧室4和副燃室19间，因热膨胀因素造成的相对位置变化的调节，并利用圆锥的自心特性，实现转动副的自动定心。齿轮轴7静配合于内冷却室20的内壁上，并形成内冷却室20的腔体。齿轮轴7为空心轴件，冷却液导管11将齿轮轴7的空心分为内外两腔，使冷却液能在内冷却室20内形成循环。内冷却室20的外表面与主燃烧室4的圆柱延伸内表面配合形成气体静压轴承，同时形成高温燃气的密封。主燃烧室4为空腔结构，与压缩空气导管21连接。在压缩空气导管21上安装有冷启动电热塞14，燃料喷嘴16和火花塞15，压缩空气导管21，同时也作为空气燃料的混和器使用。燃料空气混合后经火花塞15点燃，进入主燃烧室4，主燃烧室4的一端设计成内圆锥面与副燃烧室19的外圆锥面相配合。另一端延伸依次设计成外冷却室5和空气静压轴承6，并与变速器壳体8连接，变速器壳体8上安装有调整线圈10，端盖9。将调整线圈10固定在变速器8上，端盖9上还安装有冷却液导管11。
蜗壳1收集从旋喷体2喷出的废燃气并在蜗体内进行整流、扩压，以便进行废燃气的余能利用。
主机的工作过程是这样的在冷机状态下启动时，冷启动电热塞14通电发热，启动完成后断电，其温度由主燃烧室4传递来的热量维持。
燃料通过燃料喷嘴16喷入压缩空气导管21，雾化的燃料(燃料在常态下为液体时)经启动电热塞14加热后气化，气化燃料在空气导管21内与压缩空气混合，遇火花塞15放电后点燃，进入主燃烧室4，高温燃气通过副燃烧室19的燃气导流孔13进入副燃烧室19继续燃烧并扩压，稳定后的高温高压燃气进入旋喷体2的燃气流道17，并经缩放喷嘴18离开旋喷2进入蜗壳1，此时旋喷体2受高速气体的反冲作用旋转，并带动齿轮轴7同速旋转，由齿轮轴7将旋喷体2转换的功传递给各耗功机构。燃气在蜗壳1内整流后排出，进行余能利用。主机启动时，内冷却室20和外冷却室5同时通入循环冷却液，分别带走副燃烧室19和主燃烧室4传递来的热量，限制主气体静压轴承6以及齿轮轴7的温升。调整线圈10通电，进行圆锥气体静压轴承的间隙调整。
间隙调整过程是这样的调整线圈10通电后与齿轮轴7形成闭合磁路，由此对副燃烧室19产生一个方向指向端盖9的作用力。当圆锥静压轴承3工作时，又将产生一个方向指向蜗壳1端的分力，调节调整线圈10的通电电流，使这两个方向相反的力达到平衡，并使圆锥气体静压轴承3在设计的工作间隙范围，由于物质的热膨胀特性，主燃烧室4和副燃烧室19在工作过程中将因温度不同而导致轴向尺寸的变化，从而破坏了原有的配合状态。当主燃烧室4的温度高于副燃烧室19的温度时，圆锥气体静压轴承3的工作间隙减小，承载量增加，即指向蜗壳1的分力也增加，从而破坏了原有作用力的平衡，则副燃烧室19向蜗壳1的方向滑移，直到圆锥气体静压轴承3的工作间隙稳定在设计范围之内，产生的轴向分力与调整线圈10产生的磁力达到平衡。相反的，当主燃烧室4的温度低于副燃烧室19的温度时，圆锥气体静压轴承3的工作间隙增大，承载量减小，即指向蜗壳1的分力也减小，不足以克服调整线圈10所产生的磁力，在电磁力的作用下，副燃烧室19向调整线圈10的方向滑移，直到轴承3的工作间隙稳定在设计范围内，产生的轴向力与调整线圈10产生的电磁力重新达到平衡。
由本发明的旋喷内燃机为主机构成的发动机系统是这样进行工作的，如附图4，附图5所示其中1——燃料供给系统2——余热回收交换器3——变速器4——离合器5——主压缩机6——副压缩机贮气筒7——副压缩机8——起动机9——控制器10——输出轴11——散热器12——旋喷内燃主机13——电源14——主机转速传感器
15——转速传感器变送器16——燃气传感器17——燃气传感器变送器18——处理器19——比例电磁阀20——高压脉冲发生器系统是这样进行工作的启动时起动机8通电旋转，燃料供给系统1工作供给主机12需要的燃料，高压脉冲发生器20通电，产生主机12启动所需的点火脉冲。离合器4是分离的。
起动机8通电后，带动副压缩机7和主压缩机5旋转。副压缩机7产生的压缩空气送到主机12的气体静压轴承中，主压缩机5产生的压缩空气先送到余热回收交换器2，然后送入主机12的燃烧室中，在那里与燃料供给系统1送来的燃料的混合，并经火花塞放电点燃，主机12启动，开始进行热功转换，从主机12排出的废燃气先经过余热回收交换器2在那里与主压缩机5送来的压缩空气发生热交换，将部分能量传递给压缩空气，再送入主机12做功，热交换后的废气排入大气。当主机12的转速达到要求时，离分器4接合，起动机8断电，启动过程完成，主压缩机5和副压缩机7，由主机12经变速器3提供动力，系统进入正常工作状态。
功率调节过程是这样的当负载功率增大时，负载产生的阻转矩增大，即作用在输出轴10上的阻转矩增大，使主机12的转速下降，此时从主机转速传感器14上输出的转速信号，经变送器15送到处理器18与设定转速进行比较，处理器18通过其动作执行电路，使燃料供给系统1中的比例电磁阀19的开度增大，使燃料供给系统1供给主机12的燃料增加，即增加了主机12的输出功率，直至与负载功率匹配时比例电磁阀19保持其开度，系统稳定工作。
当负载减小时，与上述过程相反，负载阻转矩的减小将使主机12的转速增高，转速传感器14输出的转速信号经变送器15送到处理器18与设定转速进行比较，处理器18通过其动作执行电路使比例电磁阀19的开度减小，从而减少了燃料供给系统1供给主机12的燃料，即减少了主机的输出功率，直至与负载功率匹配，比例电磁阀19保持其开度，系统稳定工作。
当系统超过额定负载时，即比例电磁阀19在最大开度也不能满足负载的功率需求，则主机转速迅速下降，压缩空气的供应量急剧减少，此时，燃气传感器16上测得的燃气含氧量迅速下降，在此状态下经变送器17将信号送到处理器18中，并通过其动作执行电路关闭比例电磁阀19，停止向主机12提供燃料，主机停机，从而实现系统的过载保护。
综上所述，本发明的旋喷式内燃机具有以下特点1．热功转换应用喷气式发动机的热功转换原理，采用旋喷轮做为热功转换元件，热效率高、耐高温材料的用量少，冷却简单，冷却系统损失的能量少，并可在主机外增设余能回收利用而不影响主机的工况，因此，具有较高的综合热效率。
2．燃料的适应性强，在不对主机作任何改动的条件下，仅更换燃料供给系统，即可使用常态下为液体或气体的所有可燃物质。
3．可方便地实现工况自动调节，尤其是能准确地实现动力机与负载间的功率匹配，并可获得良好的机械特性。
4．主机采用气体静压轴承结构，实现高温高速运动副的气体润滑，因此主机的寿命得到延长，而且在设计的使用寿命范围内，保持主机的设计性能稳定。
5．燃料的燃烧温度可控，＜1500K，较冲程式内燃机的燃烧温度约2800K为低，因此能有效抑制NOx类物质的生成。系统采用最大功率限制，能够保证燃料始终在空气过量的条件下燃烧，因此，在使用以高分子碳氢化合物作燃料时，能有效地防止CO、HC及碳微粒的生成，因而有利于环境保护。
6．系统的制造均可采用现有的机械加工工艺，无特殊的加工工艺要求，制造精度亦在传统的机制工艺允许的制造精度范围内，因此，制造成本低。
权利要求
1．本发明所说的旋喷式内燃机由旋喷体2、燃烧室(主燃烧室4，副燃攻室19)为主体构成。
2．权利要求书1所说的旋喷体2其特征在于在旋喷体2上直少应设计有数量不少于2条的燃气流道17，各燃气流道应沿旋喷体2的中心对称。
3．权利要求出2中所说的燃气流道17，其特征在于，燃气流道17与喷嘴18共同构成缩放型喷管，喷嘴18应沿旋喷体2的旋转圆周的切线方向均布。
全文摘要
本发明属于发动机设计和制造的技术范畴,公开了一种旋喷式内燃机的结构。本发明所说的旋喷式内燃机由旋喷体、主燃烧室、副燃烧室及其他辅助机构组成,并可同压缩空气系统、冷却系统,燃料供给系统、变速系统、余能利用系统、自动检测控制系统等一起组成完善的动力机。
文档编号F02B75/00GK1231383SQ97106169
公开日1999年10月13日 申请日期1997年10月18日 优先权日1997年10月18日
发明者王景华 申请人:王景华