二次燃烧旋转喷气内燃机的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属动力设备技术领域，涉及一种内燃机，具体是一种二次燃烧旋转喷气内燃机。
【背景技术】
[0002]内燃机是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的设备，是一种将燃料内能转化为机械能的热力发动机，是目前世界上广泛使用的一种动力设备。
[0003]内燃机主要有活塞式内燃机、燃气轮机、火箭发动机等几种类型，其中活塞式内燃机是应用最广泛的内燃机，但活塞式内燃机有比较明显的缺陷，一是热效率不高，汽油机热效率一般低于40%，柴油机热效率一般低于50% ;二是工作转速范围较窄，转速一般是800转/分钟到4000转/分钟，在高转速和低转速区域，发动机的热效率会不同程度的下降。因此，在汽车应用上，一般需要变速器对内燃机的动力输出进行变换，以适应车辆起步、加速以及不同速度的要求。目前普遍使用的自动变速器本身的传动效率不是很高，超过20%左右的动力被变速器损耗，因而整个动力系统的效率较低，一般在35%左右，这意味着燃料中只有少数能量被有效利用，大部分能量被浪费掉。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种二次燃烧旋转喷气内燃机，将空气压缩并存储到与旋转喷气燃烧室总成相结连的储气罐中，空气与燃料的混合物在旋转喷气燃烧室总成中经过两次燃烧，使得燃料燃烧更充分，同时通过喷射环和多级叶轮对能量进行高效利用，解决了现有活塞式内燃机热效率低、工作转速范围较窄等问题，具有工作转速范围宽泛、压缩比高、燃烧效率高等特点。
[0005]本发明所采用的技术方案:
[0006]一种二次燃烧旋转喷气内燃机，包括操控系统、润滑系统、发电存储设备、尾气处理装置、燃料供给系统、旋转喷气燃烧室总成、空气压缩机、储气罐，其中，操控系统与普通内燃机的操控系统结构和功能类似，包括电控单元(ECU)、各种传感器、油门控制机构、开关、阀门等，是整个内燃机的控制中枢和执行机构，通过对油门、刹车、温度、压力、转速等传感器的参数进行采集分析运算，进而按照一定的策略对各种开关、阀门等部件进行控制，保证整个内燃机安全协调高效运转；润滑系统与普通内燃机润滑系统类似，包括油栗、限压阀、机油滤清器、机油散热器等组成，主要对内燃机需要的部件提供润滑、冷却、清洁、密封、防锈等作用；发电存储设备包括发电机、蓄电池等，发电机可以向蓄电池充电，用于提供内燃机运转所需的电能;尾气处理装置与普通内燃机类似，主要对燃烧后产生的尾气进行无害化处理，符合环保要求，降低噪音;燃料供给系统与现有活塞式内燃机燃料供给系统类似，主要包括油箱、高压油栗、燃油滤清器、输油管、燃料喷管等组成，其中高压油栗的出口设置有燃料流量控制阀门，可接受电控单元(ECU)发出的信号进行流量控制;旋转喷气燃烧室总成是内燃机的关键部件，燃料与空气在其中混合并燃烧，燃料的内能通过它转化为机械能并输出，它的副动力输出轴中空且通过齿轮等传动机构与空气压缩机连接，空气压缩机通过高压输气管与储气罐连接，利用副动力输出轴、传动机构为空气压缩机提供动力，用于将空气压缩形成高压气体，并通过高压输气管输送到储气罐存储;旋转喷气燃烧室总成的主动力输出轴中空且与副动力输出轴同轴，用于内燃机的动力输出，在主动力输出轴中设置供油管路和供气管路，供油管路与燃料供给系统连接，为旋转喷气燃烧室总成提供燃料，供气管路与储气罐连接，为旋转喷气燃烧室总成提供压缩空气，以便与燃料进行混合燃烧；
[0007]所述旋转喷气燃烧室总成包括两个圆柱形燃烧室壁，燃烧室壁之间设置中空的连接管，可供压缩空气流动，由燃烧室壁和连接管共同围成圆柱形燃烧室;在燃烧室壁内设置冷却腔，冷却腔的入口与供气管路连接，出口与设置在连接管中部周向的环形喷口(围绕在连接管外面)连接，由储气罐供给的高压气体在经过冷却腔时可对燃烧室壁和连接管进行冷却，然后由连接管中部的喷口喷出；供油管路的出口设置在连接管中部的喷口处，高压气体和燃料在喷口处混合;在连接管的外侧环绕着电热丝，用于点燃高压气体与燃料的混合气;燃烧室壁外面环绕着喷射环，喷射环上有切向的喷射孔，喷射孔在喷射环上相对于中心呈对称分布，喷射环通过连接部件与主动力输出轴连接，燃烧室内的高压燃气从喷射孔沿切向高速喷出，形成力偶推动喷射环旋转，再通过连接部件传递动力到主动力输出轴，进行动力输出；喷射环的外侧设有两级辐流反动式叶轮，由内至外分别为内环叶轮和外环叶轮，叶轮可将喷射环喷出的高速气体动能转化为旋转动能，其中内环叶轮通过连接部件与副动力输出轴连接，内环叶轮通过连接部件将动力传递到副动力输出轴，为空气压缩机提供动力;外环叶轮与压气机相连，该压气机结构与航空发动机压气机类似，压气机叶片将空气压入到喷射环与内环叶轮之间的间隙，这部分空气既可以冷却喷射环和叶轮，同时空气中的氧气可以使喷射环喷出的未充分燃烧的燃气在叶轮中二次燃烧，同时，由于补充进大量空气，因而可以降低尾气的平均温度和平均速度，从而提升整个内燃机的效率;外环叶轮的外侧设置尾气收集罩，用于收集燃烧后产生的尾气。
[0008]作为本发明的进一步改进，另设有应急启动电机，应急启动电机通过传动机构与空气压缩机连接，可为空气压缩机提供短期动力，当储气罐中的压力太低不足以启动内燃机时，应急启动电机开始工作。
[0009]作为本发明的进一步改进，供气管路与储气罐之间设有热交换器，热交换器利用尾气的热量加热压缩空气，从而实现尾气的余热利用，提高内燃机的热效率。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述旋转喷气燃烧室总成的喷射环上沿喷射环的轴向设置至少两层喷射孔。低功率时，一层喷射孔喷气，当需要大功率时，两层或多层喷射孔同时喷气，使内燃机的输出功率具有较大的选择性，与此相对应，内环叶轮和外环叶轮也进行分层设计。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述旋转喷气燃烧室总成外部设置燃烧室平移机构(如步进机构)，燃烧室相关部件(包括燃烧室壁、连通管及与之固连的有关部件)可在平移机构的控制下沿旋转喷气燃烧室总成的轴线方向平移，与喷射环上分层的喷射孔配合，形成可变排量，使内燃机在各功率状态都有较高的效率。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述旋转喷气燃烧室总成的喷口处设置气流导向槽，使从两侧燃烧室壁冷却腔流出的高压气流分别沿不同的方向喷出(如顺时针和逆时针方向)，形成气体紊流，使空气与燃料充分混合。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述旋转喷气燃烧室总成的供油管路的出口在喷口处分为多个不同方向的细管，使燃料从多个角度喷出，使燃料与空气更充分混合。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述旋转喷气燃烧室总成的外环叶轮可以为一级或多级叶轮，与此对应，压气机也可以为一级或多级，各级压气机之间串联。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述旋转喷气燃烧室总成的内环叶轮和外环叶轮的叶片为半圆月牙形。
[0016]作为本发明的进一步改进，所述旋转喷气燃烧室总成的燃烧室壁、连接管、喷射环与高温燃气接触的表面覆盖有耐高温材料，并且冷却腔与燃烧室之间有大量小直径斜孔，斜孔供空气流动以起到冷却作用。
[0017]作为本发明的进一步改进，所述旋转喷气燃烧室总成的压气机进气口处设置喷油器，喷入的燃料与空气混合后在叶轮中燃烧，类似于航空发动机的加力燃烧，可让内燃机爆发超常的大功率。这种工作模式如果持续时间长会对内燃机造成损害，因此只适合短时间内使用。
[0018]本发明的有益效果主要体现在:
[0019]1、高压气体与燃料的混合气在燃烧室和叶轮中可两次燃烧，使得燃料燃烧更充分，同时通过叶轮对尾气中的动能进行再利用，通过热交换器对尾气中的热能进行再利用，从而使效率大大高于活塞式内燃机。
[0020]2、具有宽泛的工作转速，在宽泛的转速范围都能稳定工作，低速时能实现大扭矩，不存在活塞式内燃机的怠速。
[0021]3、控制系统大大简化，内燃机中的燃料是持续燃烧的，不需要像活塞式内燃机那样精确控制点火时机和喷油量。
[0022]4、由于拥有空气压缩机和储气罐，应用到汽车上，在汽车制动时启动空气压缩机，可以将汽车的动能转化为压缩气体存储到储气罐中，实现刹车能量回收；同时，由于储气罐中储存的空气可以在较短的时间内快速释放，喷射环上沿喷射环的轴向设置多层喷射孔，这种构造可使内燃机在短时间内爆发强大功率，可以大大改善汽车的加速性，提升用户的驾驶体验。
[0023]5、多个二次燃烧旋转喷气内燃机可以借助离合器和传动机构进行串、并联构成大功率内燃机群集，满足较大型舰船、发电的需要，这种内燃机群集由于具有较高的冗余从而具有更高的可靠性。
【附图说明】
[0024]图1是本发明的结构示意图。
[0025]图2是旋转喷气燃烧室总成处于高功率状态下的结构示意图(轴向剖面图)。
[0026]图3是旋转喷气燃烧室总成处于低功率状态下的结构示意图(轴向剖面图)。
[0027]图4是旋转喷气燃烧室总成的径向截面示意图。
[0028]图中:1、旋转喷气燃烧室总成;2、应急启动电机;3、空气压缩机;4、高压油栗;5、高压输气管;6、油箱;7、储气罐;8、热交换器;9、主动力输出轴；10、副动力输出轴；11、尾气管；12、燃烧室壁;13、冷却腔；14、压气机；15、内环叶轮;16、外环叶轮;17、尾气收集罩;18、第二层喷射孔；19、第一层喷射孔;20、喷射环;21、燃烧室;22、喷口； 23、供气管路;24、供油管路；25、电热丝;26、连接管;27、外环叶轮叶片;28、内环叶轮