一种涡轮增压式粉末内燃机的制作方法

本发明涉及一种涡轮增压式粉末内燃机，属于机械领域。

背景技术：

内燃机是目前世界上热效率最高,应用最为广泛的一种热力机械。中小功率内燃机主要用于汽车及工程机械等方面，大型内燃机用于机车、船舶及工矿固定动力与发电装置等方面。石油资源是内燃机工业赖以存在和发展的基础，目前全球剩余原油探明储量近1.3万亿桶。按照现在的开采速度，开采寿命不足50年。虽然近几十年又发现了页岩气、可燃冰，但化石资源毕竟有限和不可再生。上世纪虽经历了二次石油危机，但人们对石油的消费量丝毫没有减少，先后开发出甲醇汽油、生物柴油、燃料乙醇、氢能等新型能源。

提高内燃机热能利用效率，不断开发新型内燃机，已成为世界内燃机行业的发展方向，但目前还没有以生物质粉末和化学性质活泼的金属粉末为燃料的涡轮增压式粉末内燃机。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提供一种涡轮增压式粉末内燃机，通过燃烧生物质或金属粉末，为涡轮增压器提供高温、高压气体，实现大扭矩、高速输出。

为实现上述目的，本发明所采用的技术解决方案是，一种涡轮增压式粉末内燃机由燃料箱、旋转进料管、燃料喷筒、燃烧室、风机、助燃进气管、涡轮增压器、l形排气管、散热器、水箱、控制箱组成；所述燃料箱位于旋转进料管上方，旋转进料管下方是燃料喷筒，所述燃料喷筒、助燃进气管与燃烧室相连，所述燃烧室上设有风机，燃烧室通过连结装置与涡轮增压器相连，所述l形排气管与涡轮增压器相连，所述水箱通过水箱水管、泄压电磁阀与散热器相连，散热器通过散热器水管与涡轮增压器相连；所述控制箱内装有控制电路板。

所述燃料箱上设有燃料箱排气孔、燃料加注口，燃料箱通过燃料管与旋转进料管相连；燃料箱用来储存生物质粉末和金属粉末等粉末燃料。

所述旋转进料管通过粉末旋转轴承座、粉末旋转轴齿轮箱与粉末旋转电机相连；旋转进料管内设有粉末旋转轴、粉末旋转叶片，粉末旋转叶片通过粉末旋转轴、旋转轴承座与粉末旋转轴齿轮箱相连；为了使粉末燃料均匀进入燃料喷筒，在燃料管下方设有旋转粉末仓。

所述燃料喷筒通过旋转进料管出口与旋转进料管相连，燃料喷筒通过高压气体喷嘴、进料电磁阀与助燃进气管相连；助燃进气管上设有进气电磁阀，进气电磁阀通过助燃进气管与燃烧室相连；助燃排气管通过排气电磁阀与助燃进气管相连。

所述燃烧室内设有点火电极、环形气室传感器，燃烧室通过风机口、风机与进风电机相连；环形气室传感器用于检测环形排气室内的温度和压力；风机进风口设有空气过滤器；燃烧室设有环形散热片，环形散热片与燃烧室外壁形成环形进气室、环形排气室；环形散热片两侧设有环形散热片凹槽，正面环形散热片凹槽与反面环形散热片凹槽重叠部分相互连通；从空气过滤器进来的空气，通过风机、风机口、环形进气室、环形散热片凹槽、环形排气室进入助燃进气管；点火电极位于第一燃烧室，第一燃烧室通过第二燃烧室、第三燃烧室、燃烧增压室、稳压室与高压喷射室相连；火焰稳定锥通过稳定锥固定轴、v形火焰槽与火焰稳定架相连，火焰稳定环通过v形火焰槽、火焰稳定架与第三燃烧室相连。

在燃料喷筒四周，环形设置多个助燃进气管，在第一燃烧室形成回流区，使空气与粉末燃料均匀混合，达到燃烧充分的目的；直径较大的粉末燃料随流性较差，基本沿直线运动进入第二燃烧室；第一燃烧室比第二燃烧室空间大，有利于粉末与空气充分混合；第三燃烧室比第一燃烧室、第二燃烧室长，依靠第三燃烧室的扩张，形成一个低速回流区起到火焰稳定的作用。

所述涡轮增压器通过高压气体接头与高压喷射室相连；涡轮增压器上设有涡轮输出轴承座、涡轮增压器传感器；涡轮增压器传感器用于检测涡轮增压器内的温度和压力；涡轮输出轴通过涡轮输出轴承座、涡轮增压器轮毂与涡轮旋转叶片相连；涡轮输出轴上设有输出轴键槽；涡轮增压器外壳通过涡轮增压器散热片与涡轮增压器内壳相连；涡轮增压器通过散热器水管与散热器相连。

所述散热器上设有散热器传感器、散热片，散热器传感器用于检测散热器内的温度和压力；散热器通过水箱水管、泄压电磁阀与水箱相连；泄压管通过泄压电磁阀与水箱水管相连。

所述水箱上设有水箱注水口、水位溢出孔。

所述通过l形排气管通过第一排气室、排气管、第二排气室与排气口相连，第一排气室内设有第一膨胀室、第一消音网、第二膨胀室，第二排气室内设有第三膨胀室、第二消音网、第四膨胀室、第三消音网、第五膨胀室；通过第一排气室、第二排气室多次消音，降低尾气排放过程产生的噪音。

所述控制箱上设控制显示器、指示灯、控制开关，通过控制箱内的控制电路板，对涡轮增压式粉末内燃机进行控制。

所述控制电路包括电平转换电路、单片机、稳压模块电路、电源电路、电磁阀驱动电路、传感器驱动电路、电机驱动电路、高压点火驱动电路，微型电脑的串口输出信号接口经电平转换电路至单片机的信号输入端。

所述单片机的控制信号接口还分别同电磁阀驱动电路、传感器驱动电路、电机驱动电路、高压点火驱动电路的前级信号控制端连接。

所述电磁阀驱动电路的后级信号控制端分别同所述进料电磁阀、进气电磁阀、排气电磁阀、泄压电磁阀连接；传感器驱动电路的后级信号控制端分别同相应的传感器相连；电机驱动电路的后级信号控制端分别同相应的电机相连；高压点火驱动电路的后级信号控制端同相应的点火电极相连。

所述电源电路回路向电磁阀驱动电路、传感器驱动电路、电机驱动电路、高压点火驱动电路提供电源。

本发明的工作原理如下：

启动粉末旋转电机，通过粉末旋转轴齿轮箱带动粉末旋转轴旋转，燃料箱内的生物质粉末和金属粉末等通过粉末旋转叶片，送入燃料喷筒内；启动进风电机，通过风机将空气压缩至环形进气室；启动进料电磁阀，高压气体经高压气体喷嘴将燃料喷筒内的粉末燃烧吹入第一燃烧室；启动进气电磁阀，高压气体经助燃进气管进入第一燃烧室；启动排气电磁阀，环形排气室内的高压气体经助燃进气管从助燃排气管排出；启动泄压电磁阀，散热器内的高温、高压水经泄压管排出；启动高压点火驱动电路，点火电极之间的高压电产生电弧，点燃第一燃烧室内的粉末；第一燃烧室内的粉末与高压气体均匀混合，在第二燃烧室充分燃烧，燃烧产生的火焰经火焰稳定锥、火焰稳定环、v形火焰槽后，火焰及热气经燃烧增压室均匀进入稳压室，经稳压后进入高压喷射室；高压喷射室内的高温、高压气体经高压气体接头进入涡轮增压器，推动涡轮旋转叶片，使用涡轮输出轴高速旋转；涡轮增压器内的高温、高压气体经多级消音后从排气口排出。

涡轮增压式粉末内燃机可通过涡轮输出轴直接输出功率；也可通过齿轮箱调整转速与扭矩后再将功率输出。涡轮增压式粉末内燃机可单台独立使用；也可多台同时使用，通过齿轮箱或皮带轮调整转速与扭矩后，共同由一个输出轴输出功率。

从涡轮增压式粉末内燃机排气口排出的尾气，还可通过除尘装置进行除尘和粉尘回收。

由以上可知，本发明所述的一种涡轮增压式粉末内燃机，具有燃烧各种有机物（包括植物、微生物、动物及动物粪便）粉末和化学性质活泼的金属粉末功能，智能化微型电脑进行控制，设备性能稳定、操作方便，功效高、力矩大、输出平稳，可替代燃烧气体、液体的内燃机，为清洁燃料取代化石能源创造了新的途径。

附图说明

图1是本发明一种实施例的整机外形结构示意图；

图2是图1所示装置主视结构示意图（带局部剖视）；

图3是图1中火焰稳定装置结构示意图（带局部剖视）；

图4是图1中环形散热片结构示意图（带局部剖视）；

图5是一种实施例的控制电路框图；

图6是图5中单片机的一种实施例主控芯片电路图；

图7是图5中电平转换电路的一种实施例电路图；

图8是图5中稳压电源电路的一种实施例电路图；

图9是图5中电机驱动电路的一种实施例电路图；

图10是图5中传感器驱动电路的一种实施例电路图；

图11是图5中电磁阀驱动电路的一种实施例电路图；

图12是图5中高压点火驱动电路的一种实施例电路图。

在附图中：

1—燃料箱排气孔，2—燃料箱，3—燃料加注口，

4—粉末旋转电机，5—粉末旋转轴齿轮箱，6—粉末旋转轴承座，

7—旋转粉末仓，8—燃料管，9—旋转进料管，

10、36、37、50—助燃进气管，11—进料电磁阀，

12—高压气体喷嘴，13—燃料喷筒，14—空气过滤器，

15—进风电机，16—风机，17—风机口，

18—燃烧室，19—控制显示器，20—指示灯，

21—控制箱，22—控制开关，23—水箱注水口，

24—水箱，25—散热片，26—散热器，

27、46—水箱水管，28—泄压电磁阀，29—泄压管，

30、31—散热器水管，32—高压气体接头，33—涡轮增压器，

34—涡轮输出轴，35—涡轮输出轴承座，38—排气电磁阀，

39—助燃排气管，40—l形排气管，41—第一排气室，

42—排气管，43—第二排气室，44—排气口，

45—水位溢出孔，47—粉末旋转轴，48—粉末旋转叶片，

49—进气电磁阀，51—第一燃烧室，52—环形散热片，

53—环形进气室，54—第二燃烧室，55—第三燃烧室，

56—稳定锥固定轴，57—火焰稳定锥，58—火焰稳定环，

59—燃烧增压室，60—稳压室，61—火焰稳定架，

62—高压喷射室，63—涡轮增压器散热片，64—涡轮增压器外壳，

65—涡轮增压器内壳，66—输出轴键槽，67—涡轮增压器轮毂，

68—涡轮旋转叶片，69—第一膨胀室，70—第一消音网，

71—第二膨胀室，72—第三膨胀室，73—第四膨胀室，

74—第二消音网，75—第三消音网，76—第五膨胀室，

77—旋转进料管出口，78、79—点火电极，80—v形火焰槽，

81、82—环形散热片凹槽，83—环形气室传感器，84—涡轮增压器传感器，

85—散热器传感器，86—环形排气室。

具体实施方式

参见图1～4所示，一种涡轮增压式粉末内燃机由燃料箱2，旋转进料管9，燃料喷筒13，燃烧室18，风机16，助燃进气管10、36、37、50，涡轮增压器33，l形排气管40，散热器26，水箱24，控制箱21组成；所述燃料箱2位于旋转进料管9上方，旋转进料管9下方是燃料喷筒13；所述燃料喷筒13，助燃进气管10与燃烧室18相连；所述燃烧室18上设有风机16，燃烧室18通过高压气体接头32与涡轮增压器33相连；所述l形排气管40与涡轮增压器33相连；所述水箱24通过水箱水管27、46，泄压电磁阀28与散热器26相连，散热器26通过散热器水管30、31与涡轮增压器33相连；所述控制箱21内装有控制电路板。

所述燃料箱2上设有燃料箱排气孔1、燃料加注口3，燃料箱2通过燃料管8与旋转进料管9相连；燃料箱2用来储存生物质粉末和金属粉末等粉末燃料。

所述旋转进料管9通过粉末旋转轴承座6、粉末旋转轴齿轮箱5与粉末旋转电机4相连；旋转进料管9内设有粉末旋转轴47、粉末旋转叶片48，粉末旋转叶片48通过粉末旋转轴47、旋转轴承座6与粉末旋转轴齿轮箱5相连；为了使粉末燃料均匀进入燃料喷筒13，在燃料管8下方设有旋转粉末仓7。

所述燃料喷筒13通过旋转进料管出口77与旋转进料管9相连，燃料喷筒13通过高压气体喷嘴12、进料电磁阀11与助燃进气管36、37相连；助燃进气管10上设有进气电磁阀49，进气电磁阀49通过助燃进气管10与燃烧室18相连；助燃排气管39通过排气电磁阀38与助燃进气管37相连。

所述燃烧室18内设有点火电极78、79，环形气室传感器83；燃烧室18通过风机口17、风机16与进风电机15相连；环形气室传感器83用于检测环形排气室86内的温度和压力；风机16进风口设有空气过滤器14；燃烧室18设有环形散热片52，环形散热片52与燃烧室18外壁形成环形进气室53、环形排气室86；环形散热片52两侧设有环形散热片凹槽81、82，正面环形散热片凹槽81与反面环形散热片凹槽82重叠部分相互连通；从空气过滤器14进来的空气，通过风机16，风机口17，环形进气室53，环形散热片凹槽81、82，环形排气室86进入助燃进气管50；点火电极78、79位于第一燃烧室51，第一燃烧室51通过第二燃烧室54、第三燃烧室55、燃烧增压室59、稳压室60与高压喷射室62相连；火焰稳定锥57通过稳定锥固定轴56、v形火焰槽80与火焰稳定架61相连，火焰稳定环58通过v形火焰槽80、火焰稳定架61与第三燃烧室55相连。

所述涡轮增压器33通过高压气体接头32与高压喷射室62相连；涡轮增压器33上设有涡轮输出轴承座35、涡轮增压器传感器84；涡轮增压器传感器84用于检测涡轮增压器33内的温度和压力；涡轮输出轴34通过涡轮输出轴承座35、涡轮增压器轮毂67与涡轮旋转叶片68相连；涡轮输出轴34上设有输出轴键槽66；涡轮增压器外壳64通过涡轮增压器散热片63与涡轮增压器内壳65相连；涡轮增压器33通过散热器水管30、31与散热器26相连。

所述散热器26上设有散热器传感器85、散热片25，散热器传感器85用于检测散热器26内的温度和压力；散热器26通过水箱水管27、46，泄压电磁阀28与水箱24相连；泄压管29通过泄压电磁阀28与水箱水管27、46相连。

所述水箱24上设有水箱注水口23、水位溢出孔45。

所述通过l形排气管40通过第一排气室41、排气管42、第二排气室43与排气口44相连，第一排气室41内设有第一膨胀室69、第一消音网70、第二膨胀室71，第二排气室43内设有第三膨胀室72、第二消音网74、第四膨胀室73、第三消音网75、第五膨胀室76；通过第一排气室41、第二排气室43多次消音，降低尾气排放过程中产生的噪音。

所述控制箱21上设控制显示器19、指示灯20、控制开关22，通过控制箱21内的控制电路板，对涡轮增压式粉末内燃机进行控制。

参见图5，所述控制电路包括电平转换电路、单片机、稳压模块电路、电源电路、电磁阀驱动电路、传感器驱动电路、电机驱动电路、高压点火驱动电路，微型电脑的串口输出信号接口经电平转换电路至单片机的信号输入端。

所述单片机的控制信号接口还分别同电磁阀驱动电路、传感器驱动电路、电机驱动电路、高压点火驱动电路的前级信号控制端连接。

所述电磁阀驱动电路的后级信号控制端分别同所述进料电磁阀、进气电磁阀、排气电磁阀、泄压电磁阀连接；传感器驱动电路的后级信号控制端分别同相应的传感器相连；电机驱动电路的后级信号控制端分别同相应的电机相连；高压点火驱动电路的后级信号控制端同相应的点火电极相连。

所述电源电路回路向电磁阀驱动电路、传感器驱动电路、电机驱动电路、高压点火驱动电路提供电源。

图6是图5中单片机的一种实施例主控芯片电路图，其中u1为粉末内燃机的主控制芯片，粉末内燃机的运行和运行环境参数的采集和处理都要通过这个微处理器进行加工处理。u1采用lpc2134芯片，是基于arm7tdmi-scpu，带有128kbflash存储器；采用lqfp64封装，包含47个通用i/o口，工作电压为3.0~3.6v，可承受5v电压。

图7是图5中电平转换电路的一种实施例电路图，其中u2为电平转换芯片，采用max232cpe芯片，16针smd封装ic，用于完成计算机232端口数据电平转换，连接cmos电路；工作温度为0~70°c，工作电压为4.5~5.5v。

图8是图5中稳压电源电路的一种实施例电路图，可提供120ma3.3v~5.5v电源。通过脉冲宽度调制（pwm）控制技术，可根据负载需要输出整流、滤波，提供所需电源。为驱动电路、电机、电磁阀、传感器、点火电极提供稳定的电压。

图9是图5中电机驱动电路的一种实施例电路图，u3采用st公司生产的l298n芯片，采用15脚封装；采用标准逻辑电平信号控制，与单片机管脚直接连接；可驱动直流电动机和步进电动机。l298n芯片的2、3端口和10、14端口分别控制着进风电机和粉末旋转电机。

图10是图5中传感器驱动电路的一种实施例电路图，u10为压力传感器，可测粉末内燃机运行时的气体或液体压力。

图11是图5中电磁阀驱动电路的一种实施例电路图，u4为l9349芯片，通过vs端口给芯片提供12v电源，驱动4个电磁阀工作。out1和out2端口分别连接1个常闭电磁阀，out3和out4端口分别连接1个常开电磁阀。进料电磁阀、进气电磁阀为常开电磁阀，排气电磁阀、泄压电磁阀为常闭电磁阀。

图12是图5中高压点火驱动电路的一种实施例电路图，e1为点火线圈。

本发明的工作过程如下：

参见图1、图2、图5，启动粉末旋转电机4，通过粉末旋转轴齿轮箱5带动粉末旋转轴47旋转，燃料箱2内的生物质粉末和金属粉末等通过粉末旋转叶片48，送入燃料喷筒13内；启动进风电机15，通过风机16将空气压缩至环形进气室53；启动进料电磁阀11，高压气体经高压气体喷嘴12将燃料喷筒13内的粉末燃烧吹入第一燃烧室51；启动进气电磁阀49，高压气体经助燃进气管10进入第一燃烧室51；启动排气电磁阀38，环形排气室86内的高压气体经助燃进气管37从助燃排气管39排出；启动泄压电磁阀28，散热器26内的高温、高压水经泄压管29排出；启动高压点火驱动电路，点火电极78、79之间的高压电产生电弧，点燃第一燃烧室51内的粉末；第一燃烧室51内的粉末与高压气体均匀混合，在第二燃烧室54充分燃烧，燃烧产生的火焰经火焰稳定锥57、火焰稳定环58、v形火焰槽80后，火焰及热气经燃烧增压室59均匀进入稳压室60，经稳压后进入高压喷射室62；高压喷射室62内的高温、高压气体经高压气体接头32进入涡轮增压器33，推动涡轮旋转叶片68，使用涡轮输出轴34高速旋转；涡轮增压器33内的高温、高压气体经多级消音后从排气口44排出。