技术领域:
[0001] 本
发明是一种利用脉冲爆震波产生推
力,推力来使
涡轮旋转产生动力的一种新概念的
发动机。
[0002] 脉冲爆震内燃机是利用脉冲爆震波产生的周期性冲量来做功的非定常的系统,脉冲爆震内燃机与常规发动机的区别有两点:非定常工作和爆震过程。背景技术:
[0003] 脉冲爆震内燃机吸取了
脉冲爆震发动机的优点发展而来:燃烧是动力装置中十分重要的过程。它通过化学反应将
燃料的
化学能转变为工质的
热能,再转变为
动能,产生动力,自然界有两种燃烧波:一种是缓燃波,另一种是爆震波。缓燃波通常以相对低的速度向未燃混合物传播,大多数
碳氢燃料与空气的混合物的火焰传播速度约为几十厘米每秒至十几米每秒,它主要受
层流或
湍流的
质量与热量扩散的控制。缓燃波使
流体比体积增加,压力略有下降,可近似认为是等压过程。目前所有
燃气轮机的燃烧过程均按等压过程处理,而爆震波则以几千米每秒的速度向未燃混合物传播,爆震波能产生极高的燃气压力(大于1.5~5.5MPa)及燃气
温度(大于2800K),爆震波可以描述成具有化学反应的强激波。激波压缩反应物就像反应物与产物之间的
活塞,由于没有足够的时间使压力平衡,因此爆震燃烧过程接近等容燃烧过程。众所周知,基于等容燃烧过程的发动机具有更高的热效率,热循环效率高的潜在优点是驱动人们发展以爆震为
基础的发动机的动力。
发明内容:
[0004] 典型的脉冲爆震发动机循环包括以下几个基本过程:爆震波的起始,爆震波的传播,燃烧产物的排出或排气过程以及新鲜反应物的填充过程。(图1)形象地表示了理想脉冲爆震发动机的循环过程,该发动机是一个等面积直管,
阀门位于头部,循环从填充压力为p1的反应物开始,然后关闭阀门,用位于封闭端附近的点火源直接起爆或通过缓燃向爆震转变起爆。爆震波以2000m/s左右的爆震
波速度向开口端传去,我的发明是让爆震波通过涡轮组旋转产生动力,最后压力下降到环境压力
水平,废气排出,当排气过程结束时,进气阀门打开,让新鲜反应物填充入大小爆震室,在填充过程完成后,进气阀门关闭,开始下一个循环。
[0005] 脉冲爆震内燃机的组成:空气滤清器、进气道、
火花塞、进气门、小爆震室、大爆震室、喷管、涡轮动力组(图2)、燃料供应系统(图3)、
点火系统(图4)、控制系统(图5)、润滑系统(图6)、冷却系统(图7)、起动系统(图8)。
[0006] 各系统作用:火花塞点燃
汽油和空气的混合气,而爆震室需要的空气通过速度
冲压吸入,进气道用来吸入爆震燃烧所需要的混合气,进气门主要功能是向爆震室供给定量空气,并在爆震
波形成和传播阶段起推力壁作用。
[0007] 小爆震室:(1)接受吸入的
氧气和汽油进行混合,形成可爆震混合物;(2)点火起爆,形成爆震波;(3)爆震波向大爆震室传播;(4)从爆震室出口方向传入的膨胀波,在推力壁发射将燃烧产物排除。
[0008] 小爆震室中产生的高温高压气体的爆震波可以用来起爆大爆震管的可爆混合物,大爆震管中的爆震波来推动涡轮做功,产生动力。
[0009] 点火系统:(1)以所要求的
频率点燃可爆震混合物;(2)提供形成爆震所需的点火
能量。
[0010] 供油系统:以所要求的频率向进气管供给燃料,或直接喷入爆震室中。
[0011] 控制系统:(1)用以控制间歇式供油;(2)间歇式点火;(3)控制进气、进油及点火的时序;(4)控制发动机的性能等。
[0012] 涡轮组:涡轮组把爆震波的推力改变为旋转的动力输出。
[0014] 起动系:通过起动机来发动脉冲爆震内燃机。
[0015] 润滑系:通过润滑系来润滑各个运动部件,降低磨损。
[0016] 冷却系统:可采用
风冷,也可以采用水冷,据发动机功率大小来设计。
[0017] 优点:由于爆震燃烧过程具有很高的燃烧速度和反应物转换速率,脉冲爆震发动机相对于以缓燃为基础的发动机具备以下优点:更高的热循环效率,这是由于爆震过程非常接近于等容燃烧过程。以等容燃烧为基础的发动机循环(Humphrey循环)的热循环效率高于以等压燃烧为基础的发动机循环(Brayton循环),对于恰当比例的汽油——空气混合物,(Humphrey)的热循环效率比Brayton的热循环效率高30%~50%,脉冲爆震发动机较高的热循环效率可以转变为较高比冲,较高比冲通过涡轮转
化成大
扭矩的旋转动力,燃料消耗率低。
[0018] 缺点:噪声大。
[0019] 在普通的四冲程内燃机中由于点火不当,而产生爆震,发动机出现“敲缸”声的噪音,动力下降,虽然脉冲爆震内燃机是利用爆震来产生动力,也存在噪声大的问题,在涡轮的末端也要加装消声器来降低噪声。
[0020] 实施方式:
[0021] (1)由于本人资金有限,发动机的零件都是从旧的
汽油发动机上拆下来的,我买了一个六缸发动机上的大空气滤清器,这种发动机需要大的空气滤清器保证进气的需要,买了一个旧的四缸的汽油机的气门室盖,缸盖、进、排气门,进、排气门
弹簧、
凸轮轴、
凸轮轴是四缸的,经过双正时
齿轮改装,把排气门也改为进气门,这种发动机只能有进气门不能有排气门,因为排气是从涡轮组的尾端排出,涡轮组是本人用低碳
钢片手工加工
焊接而成,
涡轮机的
外壳采用一个
汽车柴油机上使用的
缸套,涡轮机的
轴承采用
浮动轴承、火花塞、高压点火线圈、分电器、排气管等都是买来的旧件,燃料系统由油箱、电油
泵、
燃油滤清器、
蓄电池等经过东拼西凑组装而成。
[0022] (2)另一种实施方式单缸或多缸柴油机改装:把缸盖上的喷油孔改为火花塞孔,把
气缸垫换成一个气缸垫形状的钢板,在钢板中央钻一个孔,再焊上一个无缝钢管,放入缸套的中心
位置,钢管末端接上废气涡轮
增压机的废气进管,改装而成的发动机。(图9)
附图说明:图1、理想脉冲爆震发动机的循环过程
图2、脉冲爆震内燃机示意图
图3、燃料供应系统
图4、点火系统
图5、控制系统
图6、润滑系统
图7、冷却系统
图8、起动系统
图9、单缸柴油机改装
图1中:a阀门关闭、b起爆、c爆震波传播、d排气、e完成排气、f填充可燃混合物。
图2中:1进气门、2
气门导管、3
气门弹簧、4凸轮轴、5火花塞、6气门室盖、7小爆震室、
8缸盖、9小爆震室下盖、10连接
螺栓、11气缸垫、12弯管、13大爆震室、14涡轮机外壳、15涡轮、16中
心轴、17排气孔、18轴承、19飞轮。
图3中:1汽油表、2空气滤清器、3喷油阀、4缸盖、5进气管、6汽油泵、7汽油滤清器、8排气消音器、9油箱、10油管、11涡轮机。
图4中;1点火
开关、2
电流表、3起动机开关、4断电器、5点火线圈、6
蓄电池、7分电器、
8火花塞、9附加
电阻。C电容器
图5中:1燃油箱、2电动汽油泵、3燃油滤清器、4压力调节器、5控制单元、6点火线圈、
7分电器、8火花塞、9
喷油器、10节气门、11节气门开关、12空气流量计、13电位计、14另一进气管、15大爆震室、16
怠速调节器、17小爆震室下盖、18蓄电池、19点火起动开关。
图6中:1凸轮轴、2油道、3机油压力表、4涡轮轴承、5机油滤清器、6机油泵、7
油底壳。
图7中:1
百叶窗、2
散热器、3
散热器盖、4风扇、5小
循环水管、6水泵、7节温器、8出水管、9缸盖、10水温表和
传感器、11涡轮外壳水套、12缸盖水套。
图8中:1附加继电器触点、2附加继电器线圈、3点火开关、4、5起动机开关接柱、6起动机接柱、7点火线圈附加电阻
短路接柱、8吸拉线圈、9保位线圈、10活动
铁芯、11连接片、
12、13触头、14
接触盘、15调节螺钉、16传动叉、17调节螺钉、18驱动
小齿轮、19单向滚柱式
啮合器、20飞轮。
图9中:1缸体、2缸套、3连接螺栓、4进气门、5气门导管、6气门弹簧、7凸轮轴、8气门室盖、9火花塞、10缸盖、11小爆震室、12小爆震室下盖、13气缸垫、14连接管、15大爆震室、
16涡轮、17轴承、18中心轴、19涡轮外壳、20排气孔。