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一种活塞式喷气发动机

阅读:980发布:2023-03-07

专利汇可以提供一种活塞式喷气发动机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开一种 活塞 式喷气 发动机 ,其特征在于,包括:储气罐,与所述储气罐连接的 压气机 机构和推 力 喷嘴 ;所述压气机机构用来为所述储气罐提供压缩空气,所述推力喷嘴用来产生喷射气流。本发明中,由于压气机机构和推力喷嘴分为两独立机构,便于实现标准化、规模化批量大生产;同时,也便于根据需要在储气罐上连接多个压气机机构,从而实现压制超大容积的压缩空气,从而可通过提高压缩比来降低燃气 温度 ,进而降低使用材料的耐温要求;结构简单、较低的加工工艺技术和加工难度及使用普通的耐温材料就可以生产的活塞式喷气发动机,在成本上可大大降低,促进燃机的大规模生产、应用和普及,打破外国 燃气轮机 的垄断封 锁 。,下面是一种活塞式喷气发动机专利的具体信息内容。

1.一种活塞式喷气发动机,其特征在于,包括:储气罐,与所述储气罐连接的压气机机构和推喷嘴;所述压气机机构用来为所述储气罐提供压缩空气,所述推力喷嘴用来产生喷射气流。
2.根据权利要求1所述的一种活塞式喷气发动机,其特征在于,所述压气机机构包括:
动力气缸体、压气机缸体和活塞,所述活塞的两端分别连接在所述动力气缸体和所述压气机缸体内;在所述动力气缸体上设有第一火花塞口、混合高压可燃气体入口和废气排出口,所述动力气缸体通过第一换向与所述混合高压可燃气体入口和所述废气排出口循环逐一导通;在所述压气机缸体上设有空气进气口和压缩空气出口,所述压气机缸体通过第二换向阀与所述空气进气口和所述压缩空气出口循环逐一导通;在所述活塞杆上连接有复位气缸,所述复位气缸用来辅助实现所述活塞杆的复位;所述混合高压可燃气体入口和所述压缩空气出口与所述储气罐连接。
3.根据权利要求2所述的一种活塞式喷气发动机,其特征在于,所述压气机机构为至少两个,各所述压气机机构的规格相同或各所述压气机机构的所述压气机缸体具有不同的缸径。
4.根据权利要求2所述的一种活塞式喷气发动机,其特征在于,所述混合高压可燃气体入口和所述废气排出口通过第一通道与所述动力气缸体连通,所述第一换向阀设置在该第一通道内;所述空气进气口和所述压缩空气出口通过第二通道与所述压气机缸体连通,所述第二换向阀设置在该第二通道内。
5.根据权利要求2所述的一种活塞式喷气发动机,其特征在于,所述动力气缸体的缸径小于所述压气机缸体的缸径。
6.根据权利要求1所述的一种活塞式喷气发动机,其特征在于,所述推力喷嘴包括:壳体,设置在所述壳体上的喷嘴口、第二火花塞口、高压空气入口、燃料入口,以及设置在所述壳体内的阀芯,所述阀芯的一端通过弹簧与所述壳体弹性接触,所述阀芯的另一端与所述喷嘴口配合、用来启闭所述喷嘴口。
7.根据权利要求1所述的一种活塞式喷气发动机,其特征在于,所述推力喷嘴产生喷射气流直接作用在齿轮齿面上构成大扭力动力输出系统。
8.根据权利要求7所述的一种活塞式喷气发动机,其特征在于,所述齿轮为外齿轮、内齿轮、外齿环中的一种或几种。
9.根据权利要求7所述的一种活塞式喷气发动机,其特征在于,所述齿轮包括相互啮合的两个,所述推力喷嘴产生喷射气流直接作用在齿轮啮合处。
10.根据权利要求1所述的一种活塞式喷气发动机,其特征在于,所述活塞式喷气发动机固定在自行车、机动车、飞行器或弹射器上,以喷射气流产生的反向推力来驱动。

说明书全文

一种活塞式喷气发动机

技术领域

[0001] 本发明涉及发动机技术领域,尤其涉及一种活塞式喷气发动机。

背景技术

[0002] 内燃机,是一种动机械,它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热力发动机;广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发
动机和自由活塞式发动机,也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等。全世界各种类
型的汽车拖拉机农业机械工程机械、移动发电、航空(飞机)、航海(船舶)等民用和军用
移动设备都以内燃机为动力。通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。现全世界使用的内燃
机主要是活塞式内燃机、旋转叶轮式的燃气轮机及喷气式发动机。
[0003] 活塞式内燃机将燃料和空气混合,在其汽缸内燃烧,释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功,再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出,
驱动从动机械工作。曲柄连杆机构意味着是有限的压缩比并伴随有震动,而压缩比越高热
效率越高,但相应的发动机的震动也越大。活塞式内燃机输出的是机械能。活塞式内燃机使
用的是汽柴油等液体燃料作为动力能源,未完全燃烧殆尽的汽柴油微小颗粒(汽柴油本身
含有杂质,也无可能燃烧殆尽)是污染环境的主因。全世界各国计划未来将禁售汽柴油,这
意味着使用汽柴油燃料的活塞式内燃机的设备未来将被淘汰。
[0004] 燃气轮机由压气机燃烧室和燃气涡轮等组成。燃气轮机的工作过程是,压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气进入燃烧室,与喷入的燃
料混合后燃烧,成为高温燃气,随即流入燃气涡轮中膨胀做功,推动涡轮叶轮带着压气机叶
轮一起旋转;加热后的高温燃气的做功能力显著提高,因而燃气涡轮在带动压气机的同时,
尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。
[0005] 与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较,燃气轮机的主要优点是小而轻。但压缩比、高温高压的工作环境、耐温材料和涡轮叶片的强度、动平衡和寿命等也制约了燃气轮机
的发展及普及。而耐温材料和涡轮叶片的强度、分布、动平衡、精密度等技术几乎被欧美公
司所垄断,这也是全球的燃机市场几乎被欧美公司所垄断的原因。燃气轮机输出的可以是
喷射动能(喷气式发动机),也可以是机械能。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种压缩比大、受材料耐温性能和强度制约小的活塞式喷气发动机。
[0007] 为达到以上目的,本发明采用如下技术方案。
[0008] 一种活塞式喷气发动机,其特征在于,包括:储气罐,与所述储气罐连接的压气机机构和推力喷嘴;所述压气机机构用来为所述储气罐提供压缩空气,所述推力喷嘴用来产
生喷射气流。
[0009] 更为优选的是,所述压气机机构包括:动力气缸体、压气机缸体和活塞,所述活塞的两端分别连接在所述动力气缸体和所述压气机缸体内;在所述动力气缸体上设有第一火
花塞口、混合高压可燃气体入口和废气排出口,所述动力气缸体通过第一换向与所述混
合高压可燃气体入口和所述废气排出口循环逐一导通;在所述压气机缸体上设有空气进气
口和压缩空气出口,所述压气机缸体通过第二换向阀与所述空气进气口和所述压缩空气出
口循环逐一导通;在所述活塞杆上连接有复位气缸,所述复位气缸用来辅助实现所述活塞
杆的复位;所述混合高压可燃气体入口和所述压缩空气出口与所述储气罐连接。
[0010] 更为优选的是,所述压气机机构为至少两个,各所述压气机机构的规格相同或各所述压气机机构的所述压气机缸体具有不同的缸径。
[0011] 更为优选的是,所述混合高压可燃气体入口和所述废气排出口通过第一通道与所述动力气缸体连通,所述第一换向阀设置在该第一通道内;所述空气进气口和所述压缩空
气出口通过第二通道与所述压气机缸体连通,所述第二换向阀设置在该第二通道内。
[0012] 更为优选的是,所述动力气缸体的缸径小于所述压气机缸体的缸径。
[0013] 更为优选的是,所述推力喷嘴包括:壳体,设置在所述壳体上的喷嘴口、第二火花塞口、高压空气入口、燃料入口,以及设置在所述壳体内的阀芯,所述阀芯的一端通过弹簧
与所述壳体弹性接触,所述阀芯的另一端与所述喷嘴口配合、用来启闭所述喷嘴口。
[0014] 更为优选的是,所述推力喷嘴产生喷射气流直接作用在齿轮齿面上构成大扭力动力输出系统。
[0015] 更为优选的是,所述齿轮为外齿轮、内齿轮、外齿环中的一种或几种。
[0016] 更为优选的是,所述齿轮包括相互啮合的两个,所述推力喷嘴产生喷射气流直接作用在齿轮啮合处。
[0017] 更为优选的是,所述活塞式喷气发动机固定在自行车、机动车、飞行器或弹射器上,以喷射气流产生的反向推力来驱动。
[0018] 本发明的有益效果是:
[0019] 一、压气机机构和推力喷嘴分为两独立机构,便于实现标准化、规模化批量大生产。同时,也便于根据需要在储气罐上连接多个压气机机构,从而实现压制超大容积的压缩
空气,从而可通过提高压缩比来降低燃气温度,进而降低使用材料的耐温要求;结构简单、
较低的加工工艺技术和加工难度及使用普通的耐温材料就可以生产的活塞式喷气发动机,
在成本上可大大降低,促进燃机的大规模生产、应用和普及,打破外国燃气轮机的垄断封

[0020] 二、由于是外部分别输入高压空气和燃料进入动力气缸体,经火花塞点火燃爆推动活塞下行,对压气机缸体作功,输出的是压缩空气;因而,在活塞下行中途,可继续补充注
入压缩空气和燃料以维持活塞继续下行,从而获得高的压缩比。
[0021] 三、由于储气罐的压缩比可以做到很大,实际应用时,可利用推力喷嘴产生的高温高压燃气直接正面喷射在齿轮面,从而推动齿轮旋转输出机械能,避免使用曲柄连杆机构,
因而也避免了发动机因曲柄连杆机构导致的震动现象。
附图说明
[0022] 图1所示为本发明提供的活塞式喷气发动机结构示意图。
[0023] 图2所示为压气机机构结构示意图。
[0024] 图3所示为另一压气机机构结构示意图。
[0025] 图4所示为推力喷嘴结构示意图。
[0026] 图5-图8所示为大扭力动力输出系统结构示意图。
[0027] 图9所示为活塞式喷气发动机应用示意图。
[0028] 图10所示为活塞式喷气发动机另一应用示意图。
[0029] 附图标记说明:
[0030] 1:储气罐,2:压气机机构,3:推力喷嘴,4、5:单向阀
[0031] 2-1:动力气缸体,2-2:压气机缸体,2-3:活塞,2-4:第一火花塞口, 2-5:混合高压可燃气体入口,2-6:废气排出口,2-7:第一换向阀,2-8:空气进气口,2-9:压缩空气出口,2-
10:第二换向阀,2-11:复位气缸。
[0032] 3-1:壳体,3-2:喷嘴口,3-3:第二火花塞口,3-4:高压空气入口, 3-5:燃料入口,3-6:阀芯。

具体实施方式

[0033] 在本发明的描述中,需要说明的是,对于方位词,如有术语“中心”,“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于叙述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须
具有特定的方位、以特定方位构造和操作,不能理解为限制本发明的具体保护范围。
[0034] 此外,如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括
一个或者多个该特征,在本发明描述中,“至少”的含义是一个或一个以上,除非另有明确具
体的限定。
[0035] 在本发明中,除另有明确规定和限定,如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;也可以是机械连
接;可以是直接相连,也可以是通过中间媒介相连,可以是两个元件内部相连通。对于本领
域普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
[0036] 在发明中,除非另有规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之
间的另外特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第
二特征正上方和斜上方,或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征
在第二特征“之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表
示第一特征水平高度低于第二特征。
[0037] 下面结合说明书的附图,对本发明的具体实施方式作进一步的描述,使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的,旨在解
释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0038] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
[0039] 如图1所示,一种活塞式喷气发动机,包括:储气罐1,与储气罐1连接的压气机机构2和推力喷嘴3。
[0040] 其中,结合图2所示,所述压气机机构2包括:动力气缸体2-1、压气机缸体2-2和活塞2-3,所述动力气缸体2-1的缸径小于所述压气机缸体2-2的缸径,所述活塞2-3的两端分
别连接在所述动力气缸体2-1和所述压气机缸体2-2内;在所述动力气缸体2-1上设有第一
火花塞口2-4、混合高压可燃气体入口2-5和废气排出口2-6,所述动力气缸体2-1通过第一
换向阀2-7与所述混合高压可燃气体入口2-5和所述废气排出口2-6循环逐一导通;在所述
压气机缸体2-2上设有空气进气口2-8和压缩空气出口2-9,所述压气机缸体2-2通过第二换
向阀2-10与所述空气进气口2-8和所述压缩空气出口2-9循环逐一导通;在所述活塞杆2-3
上连接有复位气缸2-11,用来辅助实现活塞杆2-3的复位。所述混合高压可燃气体入口2-5
和所述压缩空气出口2-9与所述储气罐1连接,且在所述压缩空气出口2-9与所述储气罐1之
间设有单向阀4。
[0041] 优选地,所述混合高压可燃气体入口2-5和所述废气排出口2-6通过第一通道与所述动力气缸体2-1连通,所述第一换向阀2-7设置在该第一通道内;所述空气进气口2-8和所
述压缩空气出口2-9通过第二通道与所述压气机缸体2-2连通,所述第二换向阀2-10设置在
该第二通道内;结构简单,便于换向阀的安装使用。
[0042] 所述压气机构2的工作原理是:活塞2-3到达动力气缸体2-1顶部,第一换向阀2-7关闭废气排出口2-6,打开混合高压可燃气体入口2-5,从储气罐1出来的高压空气混合燃料
形成高压可燃气体,高压可燃气体注入动力气缸体2-1内,同时第二换向阀2-10关闭空气进
气口2-8,打开压缩空气出口2-9,活塞下行,动力气缸体2-1内推力与压气机缸体2-2内的反
推力平衡,动力气缸体2-1内火花塞点火,释放出的热能使汽缸内产生更高的高温高压的燃
气,燃气膨胀继续推动活塞2-3下行,对压气机缸体2-2内的空气进行压缩,压气机缸体2-2
输出压缩空气至储气罐1储存起来,活塞2-3下端下行至压气机缸体3-2底部,第一换向阀2-
7、第二换向阀2-10同时换向,动力气缸体2-1进行关闭混合高压可燃气体入口2-5,打开废
气排出口2-6排出废气的状态,压气机缸体2-2进行关闭压缩空气出口2-9,打开空气进气口
2-8进入吸气状态,复位气缸2-11推动活塞12上行复位至动力气缸体2-1顶部,形成一个行
程的循环。
[0043] 为了给推力喷嘴3提供足够的压缩空气,在其他实施方式中,压气机机构2采用多组同缸径压气机构或从小缸径到大缸径递增的多级压气机构(容积放大器)。结合图3所示,
其为一种双缸压气机构,双缸压气机机构和单缸压气机构的工作原理相同,双缸压气机构
的两活塞杆共用一个复位气缸。
[0044] 结合图4所示,所述推力喷嘴3包括:壳体3-1,设置在所述壳体3-1上的喷嘴口3-2、第二火花塞口3-3、高压空气入口3-4、燃料入口3-5,以及设置在所述壳体3-1内的阀芯3-6,
所述阀芯3-6的一端通过弹簧与所述壳体3-1弹性接触,所述阀芯3-6的另一端与所述喷嘴
口3-2配合、用来启闭所述喷嘴口3-2。所述高压空气入口3-4与所述储气罐1连接,并在两者
之间设置单向阀5。
[0045] 所述推力喷嘴3的工作原理是:由储气罐1供应的高压空气从高压空气 3-4进入推力喷嘴3内部,这时阀芯3-6稍微上行,打开少许喷嘴口3-2,完成扫除废气的动作,再通过燃
料入口3-5注入燃料,推力喷嘴3内的火花塞点火,使壳体 3-1内部产生高温高压燃气,燃气
推动阀芯3-6继续上行,完全打开喷嘴口3-2,燃气从打开的喷嘴口3-2向外膨胀喷射,产生
喷射推力动能。
[0046] 与现有技术相比,本实施例提供的活塞式喷气发动机具有以下特点:
[0047] 1、由于是外部分别输入高压空气和燃料进入动力气缸体,经火花塞点火燃爆推动活塞下行,对压气机缸体作功,输出的是压缩空气;因而,在活塞下行中途,可继续补充注入
压缩空气和燃料以维持活塞继续下行,从而获得高的压缩比。另外,还可在储气罐上连接多
级压气机构,通过储气罐给下一级更大缸径的动力气缸体提供压缩空气,可推动超大缸径
的压气机缸体,实现压制超大容积的压缩空气。实际应用时,可利用推力喷嘴产生的高温高
压燃气直接正面喷射在齿轮面,形成大扭力动力输出系统,从而推动齿轮旋转输出机械能。
大扭力动力输出系统的具体结构参见图5-图8所示。上述各种大扭力动力输出系统由于没
有曲柄连杆机构,压缩比将不再受限制,可制作更高压缩比的压气机,发动机也不存在震动
的现象。
[0048] 2、由于压气机构是独立的机构,推力喷嘴内的高温燃气是完全100%以喷射动能的方式喷出形成推力,所产生的推力远远高于燃气轮机作完机械能后余功所产生的推力。
并且高温高压燃气直接正面喷射在齿轮面推动齿轮旋转输出机械能的,输出的机械能也远
远高于燃气轮机的高温高压燃气作用在涡轮斜面叶轮旋转所输出的机械能。气缸、齿轮的
生产并不需很高精度的技术要求,是成熟的技术。由于压缩比不受限制,在相同输出功率的
情况下,通过提高压缩比来降低燃气温度,这就可以降低气缸、齿轮的使用材料的耐温要
求。结构简单、较低的加工工艺技术和加工难度及使用普通的耐温材料就可以生产的活塞
式喷气发动机在成本上可大大降低,也促进燃机的大规模生产、应用和普及,从而也打破外
国燃气轮机的垄断封锁。
[0049] 3、活塞式喷气发动机可使用气体燃料、液体燃料、固体燃料(火药,只可用在推力喷嘴上,活塞式喷气发动机变成火箭发动机),燃料选择范围广。活塞式喷气发动机属于内
燃机,应用范围与内燃机一样。
[0050] 4、活塞式喷气发动机需微型压缩机提供压缩空气来启动,启动成功脱开微型压缩机。
[0051] 5、活塞式喷气发动机除了通过大扭力输出系统将机械功输出,驱动从动机械工作外,还可以将活塞式喷气发动机固定在车辆上,直接以喷射动能产生的反向推力来驱动车
辆前进,如图9、图10,这种车辆没有传动机构,只有转向机构和刹车系统就可以了。
[0052] 6、压气机机构和推力喷嘴可分为两独立机构,以便于实行标准化、规模化批量大生产。
[0053] 7、活塞式喷气发动机还可应用在个人喷气飞行器上,也可组合成飞行运输平台。活塞式喷气发动机的普及,将带动个人喷气飞行器的普及,将改变人们出行的方式。个人喷
气飞行器和飞行运输平台的普及,也带动居住的改变,人们可以居住过百层或几百层的大
楼,大楼配停机坪,大楼间通过公共飞行运输平台来往,将一座城市建设成一座巨型高楼,
这样将腾出大量的土地。
[0054] 通过上述的结构和原理的描述,所属技术领域的技术人员应当理解,本发明不局限于上述的具体实施方式,在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发
明的保护范围,本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中
未阐述的部分均为现有技术或公知常识。
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