[实用新型]活塞汽轮发动机

说明书

(一)技术领域

本活塞汽轮发动机是将活塞式内燃机(简称活塞机，下同)与汽轮发动机(简称汽轮机，下同)结合而成的一种新型发动机。本活塞汽轮发动机属于发动机技术领域。目的是提高热机效率，达到节省燃油，节能减排。 

(二)背景技术

内燃机自1876年发明以来，发展至今，技术已很成熟，性能也很好了。但热机效率还不是很理想，据初中《物理》第二册第37-38页(人民教育出版社2001年12月第一版，2003年5月第2次印刷)介绍：汽油机效率只有20％-30％，柴油机效率只有30％-45％。据说电喷机会好些，但未见到具体数据。 

将热机效率再提高些，使发动机更省油些，还是很有可能的。本人作了一些探索，有所收获。 

(三)发明内容

前面提到的《物理》书中还说道：废气的温度较高，废气带走很大一部分热能，在热机的各种损失中，废气带走的热能最多。本发明创造就从回收利用废气热能着手，在活塞机上装一台汽轮机，用引导管(2)把活塞机排气口(1)和汽轮机喷嘴接口(3)连接起来，成为一体。用活塞机排出的高温高压“废气”驱动汽轮机旋转做功，再将汽轮机的输出功与原活塞机的输出功进行合成叠加(后面再说具体如何合成叠加)，构成总输出。这样，“废气”的部分热能得以回收利用，转化成有用功，热机效率明显提高，燃油就节省了。因是由两种机结合而成，取两机之特征合起来命名，故就叫活塞汽轮发动机。 

引导管等效容积约等于一个气缸工作容积；汽轮机可以是单级汽轮机，其叶轮用径向叶轮，径高比可取4～8，蜗壳等效容积约等于一个气缸工作容积；汽轮机可以是多级汽轮机，用同轴多级叶轮，第一级用径向叶轮，后面各级用轴向叶轮，第一级蜗壳等效容积同单级，后面逐级增大；汽轮机轴可通过皮带传动方式与活塞机主轴(即往复式活塞机的曲轴或旋转转子活塞机的输出轴，下同)联接、联动，也可把汽轮机叶轮直接安装在活塞机主轴上。 

(四)附图说明

附图1是本活塞汽轮发动机的结构原理示意图(仅仅是示意图)及部分剖面图。在图1中，1是活塞机排气口，2是引导管，3是汽轮机喷嘴及接口，4是汽轮机，5是排气消声器，M是台面，也可以是活塞机主轴的支承端面，6是引导管(2)在A-A处的横截面图，r是其内半径。 

附图2是汽轮机叶轮和蜗壳示意图。8是径向叶轮，9是蜗壳。D₁是蜗壳等效内径，h₁是蜗壳高；D₂是叶轮等效直径，h₂是叶轮高。 

附图3是套管式管连接示意图。10是带法兰的小外径管一侧，11是石棉密封垫圈，12是大口管一侧，紧固螺栓未画。 

(五)具体实施方式

汽轮机与活塞机的结合有两种方式。其一是单结合方式，只用引导管把活塞机排气口和汽轮机喷嘴接口连接起来，汽轮机直接单独输出。就是汽轮机作为原动机，通过某种传动方式(比如直接连接，皮带传动，齿轮传动，摩擦传动等)驱动从动机(如散热风扇，发电机)。 暂称这种方式的机器为I型活塞汽轮发动机。这样由于原活塞机主轴不需消耗部分功率去驱动散热风扇和发电机，主轴净输出功率增大了，所以效率提高了，也就省油了。 

其二是双结合方式，它又分为两种。其一是，活塞机排气口用引导管与汽轮机喷嘴接口连接；同时，在汽轮机轴上装一皮带轮，在活塞机主轴上也装一皮带轮，再用传动皮带把二者联起来，成为一体。这里要强调注意：汽轮机带动活塞机主轴转动方向要与活塞机主轴原转向相同。把这种结合方式的机器称II型活塞汽轮发动机。它适合像汽车发动机那样的主轴一端装有散热风扇，另一端又连接变速箱的发动机。由于汽轮机带动主轴转向与主轴原转向相同，所以二者功率直接相加。像汽车发动机也可以用下面说的III型结合方式，这时蜗壳排气口要开在蜗壳圆周侧面上，而且密封可能困难些。 

另一种双结合方式，具体做法是将活塞机主轴的一端加长一些，让它伸出主轴支承端面，汽轮机的叶轮直接安装固定在该伸出主轴上，外面再固定上蜗壳，喷嘴接口3经引导管2与活塞机排气口1连接，形成一个整体。把这种结合方式的机器称为III型活塞汽轮发动机。它适合像摩托车用的发动机。这里要特别强调注意：“废气”冲击叶轮旋转方向要与主轴原转向相同。这样叶轮的转矩对主轴起到助推作用，由于二者转向相同，所以二者功率直接相加。这样就完成了二者功率合成叠加。此法较简单，较好。可以最大限度回收利用“废气”热能，主轴获得最大输出。