[发明专利]叶轮活塞复合高爆压发动机

说明书

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种发动机。

背景技术

传统活塞式热动力系统（即内燃机）要想更有效地将燃料的热能转换成机械功，就要大幅度提高工质的压力，然而在传统活塞式发动机中，如果将活塞气缸的直径设计较大，则严重影响其承压能力，因此目前传统活塞式发动机的燃烧室的最高承压能力不过在两百个大气压左右；如果将活塞气缸的直径设计较小，则严重影响发动机的动力输出能力。因此，需要发明一种爆压高而且动力输出能力大的高效发动机。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种叶轮活塞复合高爆压发动机，包括活塞式内燃机和叶轮压气机，所述叶轮压气机的压缩气体出口与所述活塞式内燃机的内燃机进气道连通，所述活塞式内燃机的压缩比小于6，所述叶轮压气机的压缩气体出口的承压能力大于0.8MPa。

所述活塞式内燃机的燃烧室的承压能力大于25MPa。

所述活塞式内燃机的曲轴箱的承压能力大于0.8MPa。

在所述叶轮压气机的压缩气体出口与所述活塞式内燃机之间的所述内燃机进气道上设降温器。

在所述活塞式内燃机的内燃机排气道上设动力叶轮机构。

在所述活塞式内燃机的燃烧室上设膨胀剂入口。

所述膨胀剂入口设为热摩可调燃料入口。

所述叶轮压气机设为多级叶轮压气机。

在所述多级叶轮压气机内设级间降温器。

所述活塞式内燃机的内燃机排气道与活塞做功机构的做功机构进气道连通。

在所述活塞做功机构的做功机构排气道上设动力叶轮机构。

一种提高所述叶轮活塞复合高爆压发动机效率的方法，调整所述活塞式内燃机的燃烧室产生的气体工质的温度到2000K以下，调整所述燃烧室产生的气体工质的压力到15MPa以上，使所述燃烧室产生的气体工质的温度和压力符合类绝热关系。

一种提高所述叶轮活塞复合高爆压发动机效率的方法，调整所述活塞式内燃机的燃烧室的进气量，使所述燃烧室内的空气过量系数小于1.95。

在内燃机中，如果能使燃烧化学反应的放热过程在高工质压力条件下进行（即相当于提高压缩比），就能够提高内燃机的效率，然而由于传统内燃机即便是传统增压内燃机，进入气缸时的气体压力一般均在0.5MPa以下，这就不可避免的形成了一对矛盾，即如果保持气缸直径处于较大水平，气缸的承压能力（即燃烧室承压能力）就很难达到较高的水平；如果将气缸直径缩小，虽然能够提高所述气缸的承压能力，但是内燃机的空气质量流量会大幅度减小，最终影响所述内燃机的功率输出能力。

本发明的原理是：利用所述叶轮式压气机对进入所述活塞式内燃机的气体进行大幅度增压使气体的体积缩小、密度增加，再将此压力高、密度高的压缩气体导入所述活塞式内燃机内进一步压缩提高气体压力，然后在所述活塞式内燃机内发生燃烧化学反应，以达到燃烧化学反应的放热过程在高于传统发动机的压力条件下进行，以提高发动机的效率；在这一过程中，由于进入所述活塞式内燃机的气体处于较高压力和较高密度状态，所以可以降低所述活塞式内燃机的气缸的直径，以大幅度提高所述活塞式内燃机的所述燃烧室的承压能力。

本发明所公开的叶轮活塞复合高爆压发动机可以在压缩过程中进行冷却，进而可以在温度较低的情况下实现高爆压。

本发明所公开的叶轮活塞复合高爆压发动机在相同的空气质量流量的情况下，将所述活塞式内燃机的气缸的直径设计较小，以承受更高的爆炸压力。

本发明中，由所述活塞式内燃机的所述内燃机排气道排出的气体应进一步膨胀做功，以提高所述活塞式内燃机的效率。

本发明中，所谓的动力叶轮机构是指一切利用气体流动膨胀对外做功的机构，例如动力透平、动力涡轮等。

本发明中，所谓的叶轮压气机是指一切利用叶轮对气体进行压缩的装置，例如涡轮压气机等。

本发明中，所述动力叶轮机构可以对所述叶轮压气机输出动力，也可以与所述活塞式内燃机一同对外输出动力。

本发明中，所谓的降温器是指一切能够降低工质温度的装置，例如散热器、热交换器或混合式降温器；所谓的混合式降温器是指通过向工质内混入其它物质以达到使工质温度降低目的的装置。

本发明中，所述活塞式内燃机的燃烧室内的空气过量系数小于1.90、1.85、1.80、1.75、1.70、1.65、1.60、1.55、1.50、1.45、1.40、1.35、1.30、1.25、1.20、1.15、1.10或小于1.05，或等于1.00。