CN109057966A - 单缸螺旋气流发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单缸螺旋气流发动机，包括：缸体和沿缸体轴线设置的缸轴，沿缸轴圆周盘旋设置螺旋叶轮，所述螺旋叶轮与缸体内壁以及缸轴之间限定了定向的螺旋气流通道；阻力凸起，其设置在缸轴上，位于螺旋气流通道内，自所述缸轴外周沿缸轴径向排列延伸；喷油嘴和排气孔，分别设置在缸体两端，靠近喷油嘴的一端是燃烧室，靠近排气孔的一端是排气室，所述喷油嘴与油箱连接，喷油嘴处的点火装置点火，燃爆后产生的高压螺旋气流驱动所述阻力凸起和缸轴转动。本发明具有原理简单，结构简单，制造简单，制造成本低，节省材料，重量轻，节省燃油，污染少，体积小，功率大，变速快，速度快，最快时速可达400公里以上，无需变速箱等复杂机构的等优点。

Description

单缸螺旋气流发动机

技术领域

本发明涉及一种新型发动机。更具体地说，本发明涉及一种单缸螺旋气流发动机。

背景技术

发动机是一种能够把其他形式的能转化为机械能的机器，传统意义上的发动机包括内燃机，外燃机、电动机等。发动机既可指动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器。发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，他的本义是指那种“产生动力的机械装置”。

目前，市场上已知的可买到的发电机，其工作原理不外乎两种，二冲程发动机和四冲程发动机工作原理。二冲程发动机工作原理为：发动机气缸上有三个孔，分别为进气孔、排气孔和换气孔，这三个孔分别在一定时刻由活塞关闭，其工作循环包括两个行程：第一冲程，活塞自下止点向上移动，三个气孔同时被关闭后，进入气缸的混合气被压缩，在进气孔露出时，可燃混合气流入曲轴箱；第二冲程，活塞压缩到上止点附近时，火花塞点燃可燃混合气，燃气膨胀推动活塞下移做功，这时进气孔关闭，密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩，当活塞接近下止点时排气孔开启，废气冲出，随后换气孔开启，受预压的可燃混合气冲入气缸，驱除废气，进行换气过程。四冲程发动机工作原理为：汽油机的工作循环由4个活塞行程组成，即进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程，进气行程，进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大，产生真空度，气缸内压力降到进气压力以下，在真空吸力作用下，通过化油器或汽油喷射装置雾化的汽油，与空气混合形成可燃混合气，由进气道和进气门吸入气缸内。进气过程一直延续到活塞过了下止点进气门关闭为止。接着上行的活塞开始压缩气体；压缩行程，进、排气门全部关闭，压缩缸内可燃混合气，混合气温度升高，压力上升，活塞临近上止点前，可燃混合气压力上升到0.6～1.2MPa左右，温度可达330～430℃；做功行程，在压缩行程接近上止点时，装在气缸盖上方的火花塞发出电火花，点燃所压缩的可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热量，缸内燃气压力和温度迅速上升，最高燃烧压力可达3～6MPa，最高燃烧温度可达2200～2500℃，高温高压燃气推动活塞快速向下止点移动，通过曲柄连杆机构对外做功，做功行程开始时，进、排气门均关闭；排气行程，做功行程接近终了时，排气门开启，由于这时缸内压力高于大气压力，高温废气迅速排出气缸，这一阶段属于自由排气阶段，高温废气通过排气门排出，随着排气过程进入强制排气阶段，活塞越过下止点向上止点移动，强制将缸内废气排出，活塞到达上止点附近时，排气过程结束，排气终了时，气缸内气体压力稍高于大气压力，约为0.105～0.115MPa，废气温度约为600～900℃，由于燃烧室占有一定的容积，因此在排气终了时，不可能将废气彻底排除干净，剩余部分废气称残余废气；四冲程汽油机经过进气、压缩、做功、排气四个行程完成一个工作循环，在这个过程中，活塞上下往复运动四个行程，相应的曲轴旋转两周。

由此可以看出，不管是二冲程发动机和四冲程发动机，从其工作原理上来说，其功能转化效率低，只有部分冲程在做功，剩余冲程完成进气，气体压缩和排气，其过程都不做功，发动机的效率低，转速极限值小，多缸多冲程的设置体积大。传统发动机排出的气体只能是废气，既不能做功，也不能回收，还污染环境，可以说是百害而无一利。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种单缸螺旋气流发动机，其工作原理是通过点燃混合油气，喷油嘴处的燃烧室的压力迅速增加，在喷油嘴和排气孔两端形成一个气压差，该气压差转化为定向的螺旋气流，推动缸轴上阻力凸起、螺旋叶轮转动，从而带动缸轴转动，发动机的效率得到极大的提高，具有原理简单，结构简单，制造简单，制造成本低，节省材料，重量轻，节省燃油，体积小，功率大，变速快，速度快，最快时速可达400公里以上，无需变速箱等复杂机构的优点；将排气过程纳入创造动能的过程中，排出来的气体将不仅仅是废气，还推动发动机转动。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种单缸螺旋气流发动机，包括：

缸体和沿缸体轴线设置的缸轴，沿缸轴圆周盘旋设置螺旋叶轮，所述螺旋叶轮与缸体内壁以及缸轴之间限定了定向的螺旋气流通道；

阻力凸起，其设置在缸轴上，位于螺旋气流通道内，自所述缸轴外周沿缸轴径向排列延伸；

喷油嘴和排气孔，分别设置在缸体两端，靠近喷油嘴的一端是燃烧室，靠近排气孔的一端是排气室，所述喷油嘴与油箱连接，喷油嘴处由点火装置点火，燃爆后高压产生定向螺旋气流驱动所述阻力凸起和缸轴转动。

优选的是，所述阻力凸起的面积占螺旋气道截面积的0.366。

优选的是，所述排气孔处设置排气孔控制板，可旋转安装在排气孔处，代替传统变速箱。

优选的是，所述单缸螺旋气流发动机还包括：

设置两级加压装置，包括利用空气压缩机产生的高压气体进入油箱中，产生高压混合油气，进入油气混合箱，完成一级加压；

高压混合油气通过传输金属油气导管和加热金属油气导管输送到喷油嘴处，所述加热金属油气导管缠绕在缸体外部上，通过发动机自身发热给所述加热金属汽油导管加热加压，完成二级加压；

在油箱与传输金属油气导管之间、传输金属油气导管与加热金属油气导管之间以及喷油嘴前设置三级防高压逆流阀。

优选的是，在所述高压混合油进入传输金属油气导管前，还通过小型制氧机将氧气输入油气混合箱中，提高混合油气5～10％的含氧量。

优选的是，所述喷油嘴处设置两种点火装置，分别是压力点火装置和定时点火装置，第一次点火使用定时点火装置。

优选的是，所述喷油嘴前端处设置限压定压重力阀门，汽油燃爆瞬间限压定压重力阀门关闭；燃室的压力低于预设的阈值时，限压定压重力阀门靠重力作用打开，进油进气；燃室的压力低于预设的最小值时，压力点火装置启动点火。

优选的是，所述缸体呈凹型或者圆柱型，所述排气室体积是燃烧室体积的1/5～2/5。

优选的是，一种应用在汽车上的发动机，包括：单缸螺旋气流发动机，其缸体呈圆柱型，缸轴与汽车车轮的轮轴二轴一体化设置，即在所述缸轴两端直接安装车轮。

本发明至少包括以下有益效果：一、通过点燃混合油气，喷油嘴处的燃烧室的压力迅速增加，在喷油嘴和排气孔两端形成一个气压差，该气压差转化为定向的螺旋气流，推动缸轴上的阻力凸起、螺旋叶轮转动，从而带动缸轴转动，发动机的效率得到极大的提高；二、将排气过程纳入创造动能的过程中，排出来的气体将不仅仅是废气，还推动发动机转动；三，阻力凸起的截面积最优选择是兼顾稳定性、牢固性和美学性的最佳比值，可以说是工程学上的黄金分割；四，通过调节排气孔的大小来控制气压差大小、气流速度，最终实现控制缸轴的转速，代替了昂贵的变速器；五，在油气加压过程中设置了防高压逆流阀，喷油嘴处设置防高压逆流装置，保证了发动机的安全性能；六，设置大燃烧室，既可以储备压力动能，又能延缓点火及燃爆周期；七，所述单缸螺旋气流发动机应用在汽车上时，所述发动机的缸轴与汽车的轮轴一体设置，简单，快速，除摩擦外，中间无其他动能损耗；八，所述单缸螺旋气流发动机应用在汽车上时，还可以通过挡位控制气压差大小来控制车行速度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述单缸螺旋气流发动机的原理结构示意图；

图2为本发明所提出的工程学黄金分割数学模型示意图；

图3为本发明所述排气孔及排气控制板的示意图；

图4为本发明一个实施例中所述两级加压装置和三级防高压逆流阀门的示意图；

图5为本发明一个实施例喷油嘴前端处设置限压定压重力阀门及工作原理图；

图6为本发明一个实施例中所述排气室与燃烧室的体积比值设置示意图；

图7为本发明一个实施例所述汽车用圆柱型单缸螺旋气流发动机的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1和图6所示，本发明提供了一种单缸螺旋气流发动机，包括：

缸体1和沿缸体轴线设置的缸轴2，沿缸轴2圆周盘旋设置螺旋叶轮3，所述螺旋叶轮3与缸体1内壁以及缸轴2之间限定了定向的螺旋气流通道5；

阻力凸起4，其设置在缸轴2上，位于螺旋气流通道5内，自所述缸轴2外周沿缸轴2径向排列延伸；

喷油嘴7和排气孔6，分别设置在缸体1两端，靠近喷油嘴7的一端是燃烧室，靠近排气孔6的一端是排气室，所述喷油嘴7与油箱连接，喷油嘴7处的点火装置点火，燃爆后产生螺旋气流驱动所述缸轴2上的阻力凸起4转动。

集燃烧室14、排气室13以及缸体1于一体，喷油嘴7处点火燃爆时，强大的气压在螺旋气流通道5内形成一个定向的螺旋气流，推动阻力凸起4做旋转运动，产生旋转动力，带动缸轴2转动；

所述单缸螺旋气流发动机的动力大小与以下因素有关：1、与缸体1直径大小成正比；2、与缸体1长度、缸轴2长度成正比；3、与缸轴2上螺旋叶轮3间距成正比；4、与燃烧室体积、燃爆压力和储存压力动能量成正比；5、与螺旋气流量、气流速度成正比；6、在一定范围内，与阻力凸起4的截面积大小成正比。

当燃烧室油气点火燃爆时，强大的气压在螺旋气道内形成一个向前推进的定向的螺旋气流，推动阻力凸起4延轴心做旋转运动，产生旋转动力。

在其中一个实施例中，所述阻力凸起的面积占螺旋气道截面积的0.366，所述螺旋气流通道截面积包括气流截面积和阻力凸起的面积，那么气流截面积占螺旋气流通道截面积的0.634。如图2所示，等边三角形(60°角)是最稳定的三角形结构，斜边是底边的两倍的直角三角形，较长直角边与两个直角边长度总和的比值是0.634，在工程学上兼顾稳定性、牢固性和美学性的最佳比值，与数学上的黄金分割比0.618相差0.016，于此同时，较短直角边与两个直角边长度总和的比值是0.366，本发明所述阻力凸起4的面积与所述螺旋气道的截面积的最优比值就是0.366，是动力与速度平衡的最佳比值。

如图3，在其中一个实施例中，所述排气孔6处设置排气控制板8，可旋转安装在排气孔6处，通过排气控制板控制排气孔开放大小，从而控制高压燃烧室与低压排气室之间的气压差以及气流速度大小，以调节气压差大小的方式控制气流速度和缸轴转速，从而实现了控制所述缸轴2的转速，代替传统昂贵的变速箱。

如图4所示，在其中一个实施例中，所述单缸螺旋气流发动机还包括：

两级加压设置，包括利用空气压缩机产生的高压气体进入油箱中，产生高压混合油气，进入油气混合箱，完成一级加压设置；

高压混合油气通过传输金属油气导管9和加热金属油气导管10输送到喷油嘴处，所述加热金属油气导管10缠绕在缸体外部上，通过发动机自身发热给所述加热金属汽油导管10加热加压，完成二级加压设置；

在油箱与传输金属油气导管9之间、传输金属油气导管9与加热金属油气导管10之间以及喷油嘴前设置三级防高压逆流阀11。

如图4，在其中一个实施例中，在所述高压混合油进入传输金属油气导管9前，还通过小型制氧机将氧气输入混合油气箱中，提高高压混合油气5～10％的含氧量，有利于点火，更利于燃油充分燃烧，节省燃油。

在其中一个实施例中，所述喷油嘴处设置两种点火装置，分别是压力点火装置和定时点火装置，第一次点火使用定时点火装置。

如图5所示，在其中一个实施例中，所述喷油嘴前端处设置限压定压重力阀门12，汽油燃爆瞬间限压定压重力阀门12关闭；燃室的压力低于预设的阈值时，限压定压重力阀门12靠重力作用打开，进油进气；燃室的压力低于预设的最小值时，定压点火装置启动燃爆，限压定压重力阀门12关闭。

如图6、7所示，在其中一个实施例中，所述缸体呈凹型或者圆柱型，所述排气室13体积是燃烧室14体积的1/5～2/5，大燃烧室的设置可以储存大量压力动能，另一方面，延长点火及燃爆的周期。

如图7所示，在其中一个实施例中，一种应用在汽车上的发动机，包括：单缸螺旋气流发动机，其缸体1呈圆柱型，缸轴2与汽车车轮15的轮轴二轴一体化设置，即在所述缸轴2两端直接安装车轮15，实现双轴一体化。

综上所述，本发明具有如下有益效果：一、通过点燃混合油气，喷油嘴处的燃烧室的压力迅速增加，控制排气孔大小，使燃爆室与排气室两端形成一个气压差，该气压差转化为定向的螺旋气流，推动缸轴2上的阻力凸起4和螺旋叶轮转动，从而带动缸轴转动，发动机的效率得到极大的提高；二、将排气过程纳入创造动能的过程中，推动发动机转动；三，阻力凸起4面积的最优选择，是兼顾稳定性、牢固性和美学性的最佳比值，也是动力与速度平衡的最佳比值，可以说是工程学上的黄金分割；四，通过调节排气孔的大小来控制气压差大小，控制螺旋气流速度，实现控制缸轴的转速，代替了昂贵的变速器；五，在油气加压过程中设置了防高压逆流阀，喷油嘴处设置防高压逆流装置，保证了发动机的安全性能；六，设置大燃烧室，既可以在4～5秒内储备更多压力动能，又能延缓燃爆周期；七，所述单缸螺旋气流发动机应用在汽车上时，所述发动机的缸轴与汽车的轮轴二轴一体设置，简单，快速，除摩擦外，中间无其他动能损耗；八，利用制氧机提高混合油气5～10％的含氧量，有利于点火，更有利于燃油充分燃爆，节省燃油，同时可减少污染排放量。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的多个领域，如；汽车、直升机、发电机、船舶等等，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种单缸螺旋气流发动机，其特征在于，包括：

缸体和沿缸体轴线设置的缸轴，沿缸轴圆周盘旋设置螺旋叶轮，所述螺旋叶轮与缸体内壁以及缸轴之间限定了定向的螺旋气流通道；

阻力凸起，其设置在缸轴上，位于螺旋气流通道内，自所述缸轴外周沿缸轴径向排列延伸；

喷油嘴和排气孔，分别设置在缸体两端，靠近喷油嘴的一端是燃烧室，靠近排气孔的一端是排气室，所述喷油嘴与油箱连接，喷油嘴处由点火装置点火，燃爆后高压产生定向螺旋气流驱动所述阻力凸起和缸轴转动。

2.如权利要求1所述的单缸螺旋气流发动机，其特征在于，所述阻力凸起的面积占螺旋气道截面积的0.366。

3.如权利要求1所述的单缸螺旋气流发动机，其特征在于，所述排气孔处设置排气孔控制板，可旋转安装在排气孔处，代替传统变速箱。

4.如权利要求3所述的单缸螺旋气流发动机，其特征在于，还包括：

设置两级加压装置，包括利用空气压缩机产生的高压气体进入油箱中，产生高压混合油气，进入油气混合箱，完成一级加压；

高压混合油气通过传输金属油气导管和加热金属油气导管输送到喷油嘴处，所述加热金属油气导管缠绕在缸体外部上，通过发动机自身发热给所述加热金属汽油导管加热加压，完成二级加压；

在油箱与传输金属油气导管之间、传输金属油气导管与加热金属油气导管之间以及喷油嘴前设置三级防高压逆流阀。

5.如权利要求4所述的单缸螺旋气流发动机，其特征在于，在所述高压混合油进入传输金属油气导管前，还通过小型制氧机将氧气输入油气混合箱中，提高混合油气5～10％的含氧量。

6.如权利要求4所述的单缸螺旋气流发动机，其特征在于，所述喷油嘴处设置两种点火装置，分别是压力点火装置和定时点火装置，第一次点火使用定时点火装置。

7.如权利要求5或者6所述的单缸螺旋气流发动机，其特征在于，所述喷油嘴前端处设置限压定压重力阀门，汽油燃爆瞬间限压定压重力阀门关闭；燃室的压力低于预设的阈值时，限压定压重力阀门靠重力作用打开，进油进气；燃室的压力低于预设的最小值时，压力点火装置启动点火。

8.如权利要求7所述的单缸螺旋气流发动机，其特征在于，所述缸体呈凹型或者圆柱型，所述排气室体积是燃烧室体积的1/5～2/5。

9.一种应用在汽车上的发动机，其特征在于，包括：单缸螺旋气流发动机，其缸体呈圆柱型，缸轴与汽车车轮的轮轴二轴一体化设置，即在所述缸轴两端直接安装车轮。