[發(fā)明專(zhuān)利]仿生發(fā)動(dòng)機(jī)及其實(shí)現(xiàn)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110228428.8
• 申請(qǐng)日: 2011-08-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102418561A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝本武
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 謝本武
• 主分類(lèi)號(hào): F01D1/02
• 分類(lèi)號(hào): F01D1/02;F02C3/14;F02C3/20;F02C3/32
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所 43114
• 代理人: 黃美成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種仿生發(fā)動(dòng)機(jī)及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

當(dāng)代發(fā)動(dòng)機(jī)種類(lèi)多，也占領(lǐng)了各個(gè)領(lǐng)域，這里只以熱效率高的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)為例，以汽油機(jī)當(dāng)參照機(jī)略述如下：

衡量發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)劣，主要是熱效率，就是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的有效功與工質(zhì)發(fā)出的總功之比，汽油機(jī)僅有η＝0.22-0.3，實(shí)用機(jī)隨機(jī)抽樣數(shù)據(jù)比該值還要低3-5％，對(duì)環(huán)境影響方面，100KW的發(fā)動(dòng)機(jī)，一年內(nèi)向大氣排放CO達(dá)600kg，NO達(dá)40kg，煙塵占排氣量的3-8％。

影響因素：

1.冷卻耗能約30％，高者達(dá)35.5％，其中循環(huán)耗能12-20％.

2.能(利用不到的能量)功耗達(dá)40％，這是熱力學(xué)理論根據(jù)當(dāng)代發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理給的定論，因?yàn)椋?/p>

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程僅膨脹是對(duì)外作功，其余3個(gè)沖程都是消耗能量。

(2)在膨脹沖程中力的授受不理想，當(dāng)活塞壓縮到上止點(diǎn)時(shí)，理論上為點(diǎn)火膨脹開(kāi)始。而實(shí)際上因燃燒膨脹需要時(shí)間，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)者就預(yù)給予了一個(gè)10°-30°的點(diǎn)火提前角，而工況變化引發(fā)的振動(dòng)，燃油的不匹配，地域環(huán)境，季節(jié)的變化使之所引發(fā)的與設(shè)計(jì)者給定的狀態(tài)不一定相匹配，使膨脹可能提前，這將產(chǎn)生反壓性干擾?；驕髣t造成過(guò)后燃燒，即使正好在上始點(diǎn)膨脹，這時(shí)的機(jī)構(gòu)狀態(tài)是；活塞銷(xiāo)、連桿、曲軸偏心臂連成一直線，膨脹力通過(guò)回轉(zhuǎn)中心，無(wú)力矩不能作功！此時(shí)的高壓能量不能利用，當(dāng)然慣性、飛輪使曲軸越過(guò)死點(diǎn)，而力矩隨正弦曲線變化，力的授受最理想位置是曲軸偏心臂與水平線成±45°范圍處，但為了減少返程的背壓力阻抗，使發(fā)動(dòng)機(jī)能連續(xù)正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)者不得不將排氣門(mén)提前40°-80°啟開(kāi)，也就是在最理想的-10°--50°工作的位置啟開(kāi)。工作壓力陡速下降輸出功停止。這時(shí)從排氣門(mén)流出的乏氣溫度達(dá)1200-1700K，流速達(dá)600-720M/S，排量達(dá)60-70％。這已達(dá)到和超過(guò)當(dāng)今燃?xì)廨啓C(jī)的工況。膨脹功不能有效利用。

3.由于膨脹初期溫度達(dá)2900K，極易產(chǎn)生NOx，又因氧化劑分布不勻?？諝膺^(guò)量(大于標(biāo)準(zhǔn)量)系數(shù)ζ＝0.88-0.96。直接造成4％以上的燃料損失，成為CO和煙塵排放污染環(huán)境。

4.工質(zhì)充量(填充量)系數(shù)ψ＝0.7-0.9，加上掃氣不徹底，機(jī)構(gòu)的復(fù)雜，空間利用率低，零件多而精度要求高，隨機(jī)協(xié)調(diào)難度大。

5.換氣過(guò)程，工質(zhì)溫度陡變，流場(chǎng)溫度變化頻率高，造成氣缸套蠕變大，發(fā)動(dòng)機(jī)壽命短。

6.對(duì)燃料有苛求，受季節(jié)地域環(huán)境限制，使用范圍窄。

7.活塞有效功輸出是斷續(xù)的，即作功的時(shí)間利用率不足15％。

追索原因：因四個(gè)沖程在一個(gè)缸室中完成，各沖程所需特殊要求相互制約干擾，協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)多，故障點(diǎn)就多。眾所周知專(zhuān)業(yè)化能達(dá)到高效率，專(zhuān)能能找最佳規(guī)律，發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程要有各自獨(dú)立的流場(chǎng)，讓工質(zhì)單向運(yùn)行，1951年德國(guó)汪克爾開(kāi)創(chuàng)了發(fā)動(dòng)機(jī)由往復(fù)式改為旋轉(zhuǎn)式，各流場(chǎng)獨(dú)立，這是一大進(jìn)步。但是他帶來(lái)了如以轉(zhuǎn)子的曲面形體與定子的旋輪線形體匹對(duì)吻合運(yùn)行，實(shí)質(zhì)上是一種形而上學(xué)的視野觀，不以相對(duì)論的動(dòng)態(tài)觀看問(wèn)題，從常溫常態(tài)下看來(lái)可行?？伤诟邷叵鹿ぷ鳎瑴囟忍荻却?，相吻合零件線性尺寸差大，膨脹不一，曲面多點(diǎn)吻合，密封難度大，導(dǎo)致流場(chǎng)間串氣、失壓、失控。不像齒輪嚙合，單一節(jié)徑，同形曲面，相對(duì)滑動(dòng)量少，又有按1/2ⁿ遞推原則的正壓力，相互有彈性變形來(lái)彌補(bǔ)，可是這類(lèi)形體密封是不可逾越的障礙。燃?xì)廨啓C(jī)雖然也是旋轉(zhuǎn)式工質(zhì)單向運(yùn)行，但流場(chǎng)(工質(zhì)作功或積聚的場(chǎng)所)零部件多而復(fù)雜，需要高溫耐熱合金，制造難度大、噪聲大，熱效率更低，僅利用了部分動(dòng)能，工質(zhì)勢(shì)能和內(nèi)能基本上沒(méi)利用。

以上情況表明，想提高當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的難度相當(dāng)大，只有脫胎換骨式的根本變革，才有望攻克難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種仿生發(fā)動(dòng)機(jī)及其實(shí)現(xiàn)方法，該仿生發(fā)動(dòng)機(jī)及其實(shí)現(xiàn)方法結(jié)構(gòu)獨(dú)特、熱效率高。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種仿生發(fā)動(dòng)機(jī)，整機(jī)包括前后兩套雙能轉(zhuǎn)子定子副和中間的渦輪副；主軸包括輸入軸與輸出軸，主軸平行貫通轉(zhuǎn)子定子副與渦輪副中；輸入軸上安裝有壓氣輪、用于驅(qū)動(dòng)油泵的凸輪、前后兩件能轉(zhuǎn)子、渦輪和同步齒輪，輸出軸上安裝有對(duì)應(yīng)的一套前后兩件能轉(zhuǎn)子、渦輪和同步齒輪，輸出軸外伸輸出端，輸出軸和輸入軸通過(guò)同步齒輪同步做功；

仿生發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體上設(shè)有蓄壓器；

雙能轉(zhuǎn)子定子副包括能定子和轉(zhuǎn)子；