專利名稱：組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動(dòng)力機(jī)械，尤其是組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)技術(shù)。二背景技術(shù)：
組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)。申請(qǐng)?zhí)?00410040484.9。申請(qǐng)日2004.8.19。公開號(hào) CN1831312A。
公開日2006.9.13。公開了組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的主要

發(fā)明內(nèi)容
組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)是由6個(gè)系統(tǒng)組成、沖壓內(nèi)燃機(jī)；2、容積式往復(fù)壓縮機(jī)和泵；3、燃 氣輪發(fā)電機(jī)；4、能量回收裝置；5、冷卻、潤滑、消聲輔助設(shè)備；6、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。 上述1~5個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用余正發(fā)明專利往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)，專利號(hào)ZL96117438.2。將它們有機(jī)地組合起來，然后通過計(jì)算機(jī)，定壓、定容、配氣、配油，對(duì)各 個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合監(jiān)視，測(cè)算、調(diào)節(jié)和控制，使其形成以下3個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。1、 機(jī)械循環(huán)通過往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)，將機(jī)組的各個(gè)系統(tǒng)有機(jī)的組合 起來，使機(jī)組內(nèi)的功率由往復(fù)運(yùn)動(dòng)變旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變往復(fù)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡單，自 身能耗極低。2、 壓力和熱力循環(huán)又分為兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，即由渦輪壓氣機(jī)和容積式往復(fù)壓縮機(jī)和泵組成的氣體和燃料梯級(jí)增壓系統(tǒng)，可將壓縮空氣和燃料的壓力提高到60kg'f/cr^直至 150kg*f/cm2以上，為沖壓內(nèi)燃機(jī)的氣缸沖氣、配比燃料，在提高氣體壓縮比的同時(shí)，按各 類燃料的性質(zhì)，尋求最佳的當(dāng)量配比燃料，以求節(jié)約能源；由沖壓內(nèi)燃機(jī)的氣缸和燃?xì)廨啺l(fā) 電機(jī)組成的壓力和熱力梯級(jí)利用系統(tǒng)，可從多個(gè)熱源取熱，擴(kuò)大能源范圍，使用生物能源和 氫能源；將高壓高溫燃燒與低壓低溫燃燒結(jié)合起來，使油、氣充分燃燒，充分膨脹作功，清 除污染物，建立起零污染排放系統(tǒng)；這個(gè)循環(huán)又分為氣缸工作循環(huán)和透平機(jī)工作循環(huán)，氣缸 燃燒、膨脹、作功后排出的高溫廢氣，在透平機(jī)中再利用；沖壓內(nèi)燃機(jī)的氣缸改成雙向作功， 氣缸的容積，活塞的壓力、行程和速度，按照進(jìn)氣的壓力，使用燃料的性質(zhì)，燃燒示功圖和 充分利用熱效率的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，活塞一個(gè)往復(fù)有2個(gè)作功行程和2個(gè)排氣行程，作功行程 又由沖氣行程和燃燒膨脹作功行程組成，燃燒膨脹作功行程，應(yīng)使油氣混合良好，稀薄、快 速，充分燃燒，提高熱效率，它是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，充分利用熱效率的行程，必須科 學(xué)地提高活塞的壓力、行程和速度，以求最佳利用熱效率；透平機(jī)的工作循環(huán)必須合理的加 長，有效地提高通流^面積、密度、壓力、溫度和速度，采用回?zé)崂玫妊b置，將熱力和壓 力轉(zhuǎn)化為機(jī)械力或電力，力求接近于全能利用熱效率。3、 能量再利用循環(huán)，在動(dòng)力學(xué)上作用力和反作用力，動(dòng)力和阻力，運(yùn)動(dòng)和制動(dòng)，速度和 慣性都是矛盾運(yùn)動(dòng)，能量回收裝置就是利用它們的矛盾，將一部分功率回收再利用，例如汽 車、火車、飛機(jī)遇到空氣的阻力，可以吸進(jìn)一部份氣體作功，以降低阻力；又如汽車、火車 有眾多的動(dòng)輪，在輪轂上增加內(nèi)嚙的齒圈或摩擦圈，當(dāng)車輪產(chǎn)生比較大的慣性力，或下坡須 要減速剎車時(shí)，將一種發(fā)電機(jī)或氣壓、液壓的回收裝置嚙上，從慣性力和剎車西力中，回收 電力或氣壓力、液壓力；電力可以儲(chǔ)存在蓄電池備用，氣壓力、液壓力可以增加動(dòng)力的功能。 能量回收裝置在動(dòng)輪比較多的運(yùn)輸機(jī)械中效果較好，而且行駛速度愈高，效果愈好。這一循 環(huán)是有條件的安裝使用。上述6個(gè)系統(tǒng)和3個(gè)循環(huán)，可以根據(jù)各種工況的需要，對(duì)各系統(tǒng)的組合進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整， 使其組成多種形式的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)。例如公開的實(shí)施例A、 應(yīng)用于電站、艦船電站和火車內(nèi)燃電力機(jī)車的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，由渦輪壓氣機(jī)、容 積式往復(fù)壓縮機(jī)和泵組成的氣體梯級(jí)增壓和燃料霧化與噴射系統(tǒng)和由沖壓內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啺l(fā) 電機(jī)組成的壓力和熱力梯級(jí)利用系統(tǒng)，由這兩個(gè)系統(tǒng)組成基本工作循環(huán)；火車內(nèi)燃電力機(jī)車 增加能量再利用循環(huán)系統(tǒng)。B、 應(yīng)用于汽車、捭拉機(jī)、坦克、礦山工程機(jī)械的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，由容積式往復(fù)壓縮 機(jī)和泵組成氣體梯級(jí)增壓和燃料霧化與噴射系統(tǒng)，由沖壓內(nèi)燃機(jī)、透平發(fā)電機(jī)組成的壓力和 熱力梯級(jí)利用系統(tǒng)，由這兩個(gè)系統(tǒng)組成基本工作循環(huán)；汽車增加能量再利用循環(huán)系統(tǒng)。C、 應(yīng)用于航空的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，由渦輪吸氣機(jī)、容積式往復(fù)壓縮機(jī)和泵組成的氣體 梯級(jí)增壓和燃料霧化與噴射系統(tǒng)，由沖壓內(nèi)燃機(jī)和渦輪噴氣機(jī)組成的推力系統(tǒng)，由這兩個(gè)系 統(tǒng)組成基本工作循環(huán)。以上各種形式的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)均力求提高能源轉(zhuǎn)化為能量的效率和能量轉(zhuǎn)化為功率的 效率，并力求優(yōu)化各個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)和各個(gè)系統(tǒng)的匹配。組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)是嶄新一代高效率、低能耗、低污染以至零污染的機(jī)電一體化的發(fā)動(dòng)機(jī)。 但是，按照以上的技術(shù)方案設(shè)計(jì)制造的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，必然會(huì)遇到下列的技術(shù)問題1、 由于氣缸的進(jìn)氣壓力和配比的燃料超常的增加，所產(chǎn)生的壓力和熱力效應(yīng)，需要開發(fā) 出超超耐高溫耐高壓ri能優(yōu)良的材料制成的零部件。2、 由于氣缸的進(jìn)氣壓力和配比的燃料超常的增加，在其燃燒過程中必須控制和克服回火、 早燃和爆震的現(xiàn)象，因?yàn)檫@些現(xiàn)象的嚴(yán)重性會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行。3、 由于壓縮氣體充量與燃料配量的超常增加，必須建立一套高效、節(jié)能、減排為核心的 自動(dòng)控制系統(tǒng)。4、 創(chuàng)造上述條件，能夠?qū)崿F(xiàn)由使用碳?xì)淠茉聪驘o碳的氫能源過渡，無論是使用何種能源， 組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)均能成為高效益、高效率、低能耗、低污染以至零污染的機(jī)電一體化的發(fā)動(dòng)機(jī)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述的技術(shù)問題，提高和完善組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)
而提出的技術(shù)方案1、 改進(jìn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)，將原來的介圓弧半周齒輪與對(duì)應(yīng)的半周圓 弧齒輪的對(duì)應(yīng)嚙合改成兩個(gè)圓弧齒輪與對(duì)應(yīng)的兩個(gè)半周圓弧齒輪交替嚙合，使其嚙合能夠進(jìn) 行微調(diào)，使機(jī)構(gòu)變得更加靈活。2、 隨氣缸進(jìn)氣壓力和配比燃料的逐步增加，為適應(yīng)壓力和熱力效應(yīng)的需要，開發(fā)出超超 耐高溫、耐高壓性能優(yōu)良的材料制成的零部件A、 將氣缸進(jìn)氣壓^提高到60kg'f/ci^左右，燃料使用清潔汽油、柴油或添加生物質(zhì)燃料或使用其它的清潔的液化石油氣、液化天然氣、二甲醚等燃料，開發(fā)應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、礦山工程機(jī)械、坦克的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，需要開發(fā)超耐高溫150(TC、耐高壓10.5Mpa以上的 性能優(yōu)良的零部件，這個(gè)層次的材料通過開發(fā)鈦釩基合金(鈦的熔點(diǎn)1675°C，釩的熔點(diǎn)1890 土1(TC)，納米陶瓷涂料及工程陶瓷能夠得到解決。B、 將氣缸進(jìn)氣壓力提高到90~120kg f/cm2，使用汽油、柴油、氫氣作燃料，開發(fā)應(yīng)用 于艦船、電站、火車內(nèi)燃電力機(jī)車的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，需要開發(fā)超超耐高溫210(TC、耐高壓 16.5Mpa以上的性能優(yōu)良的零部件。這個(gè)層次的材料通過開發(fā)鉬錸基合金(鉬的熔點(diǎn)261(TC， 錸的熔點(diǎn)3180。C)，鉬纖維復(fù)合材料，鉬纖維復(fù)合鉻鎂合金，及陶瓷/陶瓷復(fù)合材料能夠得到 解決。C、 將氣缸進(jìn)氣壓力提高到150kg'f/cm2，使用氫燃料，或完全配比使用氫、氧燃料，開 發(fā)應(yīng)用于航空航天的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)提高各種發(fā)動(dòng)機(jī)的品質(zhì)；這個(gè)層次必須開發(fā)超超 耐高溫260(TC，耐高壓21.5Mpa以上的性能優(yōu)良的零部件，這個(gè)層次的材料通過開發(fā)鉤纖維 復(fù)合材料(鎢的熔點(diǎn)3410土20'C)、碳/碳纖維復(fù)合材料、碳化鎢、碳化鉭(鉭的熔點(diǎn)2996'C， 而碳化鉭的熔點(diǎn)高達(dá)388(TC)、碳化鈮(鈮的熔點(diǎn)2468士1(TC)合金能夠解決。只要這個(gè)層 次的材料開發(fā)好，能直接配比氫氧作燃料，無論使用碳?xì)淙剂匣驓淙剂希苓_(dá)到高效、節(jié) 能、減排的目的。3、 由于氣缸的進(jìn)氣壓力和配比燃料超常的增加，在其燃燒過程中必須控制和克服回火、早燃和爆震的現(xiàn)象。引起爆震的原因A、燃料的成份，如汽油的辛烷值，決定其抗爆性能；B、壓縮氣體的壓力和溫度，如汽油90#~98#限定壓縮比8.0~10.5; C、燃料的溫度和濃度； 隨著進(jìn)氣壓力的超常提高，靠調(diào)整汽油的辛烷值來控制爆震已不可能；因此，控制爆震的措 施只能依靠控制壓縮氣體的溫度，燃料的溫度和濃度，氣缸的溫度來實(shí)現(xiàn)。A、 增加壓縮氣體的濕度，向從空氣濾清器吸入的空氣噴霧，給壓縮空氣增加濕度，以 利于提高增壓效率，控制壓縮氣體溫度和提高熱效率；B、 控制壓縮氣體控制缸的壓縮氣體溫度，使其溫度保持在所使用的燃料的燃點(diǎn)溫度以下。C、 控制燃料箱里燃料的溫度，將燃料溫度控制在其燃點(diǎn)溫度以下，并在燃料霧化和噴 射過程中使其溫度保^在著火點(diǎn)溫度以下，避免回火和爆震的產(chǎn)生。D、 控制沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸噴射燃料前的溫度，從進(jìn)氣的壓力和使用燃料的性質(zhì)測(cè)定能 夠避免爆震的則將氣缸噴射前的溫度保持在著火點(diǎn)溫度以上，使其壓縮氣體充量與燃料當(dāng)量 混合后的混合氣能夠自燃；從進(jìn)氣的壓力和所使用燃料的性質(zhì)測(cè)定可能發(fā)生爆震的則將氣缸 噴射燃料前的溫度保持在著火點(diǎn)溫度以下，沖入壓縮氣體和配入燃料當(dāng)量后的混合氣，需要 使用點(diǎn)火裝置點(diǎn)火燃燒，可以避免回火、早燃和爆震的產(chǎn)生。E、 對(duì)燃料箱、壓縮氣體控制缸以及沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸周圍設(shè)置冷卻和換熱裝置；使用清 潔汽油、柴油時(shí)可使用水冷和氣冷技術(shù)裝置，使用液氫、液氧時(shí)則需要建立液氨、液氦的冷 卻和換熱技術(shù)裝置及其自動(dòng)控制系統(tǒng)，確保安全運(yùn)行。4、 由于壓縮氣體和燃料配量超常的增加，必須建立以高效、節(jié)能、減排為核心的計(jì)算機(jī) 自動(dòng)控制系統(tǒng)。氣缸內(nèi)的燃燒膨脹有三個(gè)基本要素 一是空氣的壓縮比(含氧量)；二是燃料 的熱值與濃度；三是燃燒的時(shí)間與空間；這三個(gè)基本要素的科學(xué)結(jié)合能達(dá)到氧氣與燃料的恰 當(dāng)配比，稀薄、快速、充分燃燒，有充足的燃燒時(shí)間與空間，燒掉有害的氣體，并使能量得 到充分的利用，就能夠達(dá)到高效、節(jié)能、減排的目的。A、 按照上述的要求，建立以高效、節(jié)能、減排為核心的檢測(cè)、調(diào)節(jié)、監(jiān)控的計(jì)算機(jī)自 動(dòng)控制系統(tǒng),準(zhǔn)確的控制每一個(gè)工作循環(huán)沖入氣缸的壓縮氣體充量Gs與每一個(gè)工作循環(huán)噴入 氣缸的燃料當(dāng)量Gi的比例，提高A/F值，科學(xué)配比，達(dá)到稀薄、快速、充分燃燒的要求。B、 提高S/D值，使燃燒膨脹作功有充足的時(shí)間和空間，若與現(xiàn)有技術(shù)相比，沖壓式內(nèi) 燃機(jī)氣缸比4沖程內(nèi)燃機(jī)的氣缸燃燒時(shí)間延長2倍，比2沖程延長1倍，S值提高l倍以上， 這就創(chuàng)造了充足的燃燒、膨脹、作功的時(shí)間和空間，通過燃燒過程中的化學(xué)反應(yīng)，燒燼CO、 HC、 NO等有害氣體，，清除污染物；實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、減排的目的。C、 采取環(huán)狀射流、旋轉(zhuǎn)射流等技術(shù)，增大氣缸內(nèi)混合氣的流動(dòng)速度，有助于燒掉污染 物，穩(wěn)定燃燒火焰，避免和降低高溫火焰區(qū)NOx的生成。在汽油和柴油中添加氫氣燃燒是降低污染的有力措施，由于氫氣火焰?zhèn)鞑サ乃俣瓤欤?在非常稀薄的混合氣中燃燒，添加20%左右的氫氣，能降低NOx排放40。/。；在高壓縮比的空 氣中配比使用氫燃料，則僅生成少量的NOx;如完全配比使用氫氧燃燒，則生成汽水、潔凈 無污染。5、 具備上述條件的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，除使用清潔的汽油、柴油作燃料，還可使用液化石 油氣、液化天然氣作燃料；由于氣缸溫度的提高，可以使用生物質(zhì)能源；由于壓縮比2倍、3 倍的提高， 一航氧氣同比增加，可以使用氫作燃料；組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸可以按充氣量、 燃料配量、燃燒示功圖及最佳利用壓力和熱力效率的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠克服氫燃料體積能 量密度低的缺點(diǎn)，而發(fā)揮氫的質(zhì)量能量密度高，火焰?zhèn)鞑サ乃俣瓤?，能在稀薄的混合氣中?燒的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)揮壓力和熱力效應(yīng)，進(jìn)一步提高熱力效率和功率效率。目前，使用氫作燃料，必須克服儲(chǔ)存和攜帶這兩個(gè)技術(shù)障礙。因?yàn)闅涞捏w積質(zhì)量密度小， 體積大，攜帶不便，如采用壓縮氫攜帶，壓力為20Mpa時(shí)，16.2L壓縮氫的熱量，只相當(dāng)于 1L汽油的熱量，使用氫氣燃料箱的容積要比汽油箱大16.2倍，不可?。蝗绮捎靡簯B(tài)氫，在 2(TC時(shí)密度約0.0708g/cm3，其體積約是汽油的3倍，由于其熱值是汽油的2.7倍，與汽油相 當(dāng)；但是液態(tài)氫需要深冷技術(shù)制備氫，需要性能良好的液氫容器和性能要求很高的液氫泵， 儲(chǔ)氫容器還要克服氫脆問題；目前，氫化物儲(chǔ)氫攜帶，能夠?qū)涞捏w積縮小到千分之一以下； 碳納米管儲(chǔ)氫攜帶，單壁碳納米管可以吸附5%~10%的氫氣，多壁碳納米管、堿金屬嵌入碳 納米管儲(chǔ)氫性能更好，很有希望為發(fā)動(dòng)機(jī)攜帶氫燃料創(chuàng)造條件。至于應(yīng)用于電站、艦船電站 的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，可以采取從大氣中壓縮氧氣，從氫化物中提取氫氣配比燃燒；也可以直 接從水中分離出氫氣配比燃燒的途徑解決；這一途徑只要努力降低分離氫的成本，使其低于 汽油或柴油的成本，就能為使用氫燃料鋪平道路。前面所述的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)技術(shù)，全面的提高和完善組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能。組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)^后續(xù)技術(shù)具有下列的效果1、提高壓力、熱力效應(yīng)和功率效率。氣體梯級(jí)增壓系統(tǒng)，能將壓縮氣體的壓力從現(xiàn)有技術(shù)的30kg f/cr^左右提高到60 卯 120 150kg f/cm2，為沖壓式內(nèi)燃機(jī)沖氣，按照壓縮氣體 的充氣量配比燃料，達(dá)到稀薄快速充分燃燒，為高效、節(jié)能、降污創(chuàng)造條件；能量梯級(jí)利用 系統(tǒng)，能夠充分利用壓力效應(yīng)和熱力效應(yīng)，提高了活塞的平均壓力和平均速度，按功率公式； 平均壓力PX平均速度V二輸出功率W，從活塞導(dǎo)出的功率隨進(jìn)氣壓力同比提高。雖然沖壓式 內(nèi)燃機(jī)拖動(dòng)壓縮機(jī)要耗去產(chǎn)生功率的2/5 3/5，但是，由于提高的壓力效應(yīng)和熱力效應(yīng)，輸出 凈功率仍成倍以至幾倍的提高。利用沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸排出廢氣在渦輪發(fā)電機(jī)中再利用，輸出的功率是凈功率，因?yàn)樗?無需加熱量。將廢氣經(jīng)再熱利用的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，二次燃燒加熱需要的加熱量，是凈化燃燒 劑，目的是清除污染物，建立零污染排放系統(tǒng)，加熱量很低，熱效率很高。按照簡單的燃?xì)?輪機(jī)理想循環(huán)熱效率公式計(jì)算<formula>formula see original document page 10</formula>燃?xì)廨啓C(jī)的理想循環(huán)熱效率ns，比功Ws，加熱量^' 3'、增壓比e。熱效率ils隨增壓比 e的提高而增加，K值隨溫度T值增加，因加熱量q/很低，熱效率很高；沖壓式內(nèi)燃機(jī)的 最佳利用加燃?xì)廨啓C(jī)二次燃燒的循環(huán)利用，使熱效率達(dá)到接近于全能利用。所以，輸出凈功 率成倍以至幾倍的提^是有保證的。使用氫作燃料，能夠進(jìn)一步提高熱力效應(yīng)和功率效率。因?yàn)榻M合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)能夠克服氫 的密度小、體積大的缺點(diǎn)，而充分發(fā)揮氫燃料的優(yōu)點(diǎn)氫的低熱值(MJ，kg—1)是汽油的2.69 倍，是柴油的2.82倍；火焰?zhèn)鞑サ乃俣缺绕涂? 8倍，著火界限寬，空燃比246:1，為其 理論空燃比的7倍；能夠在非常稀薄的混合氣中著火燃燒；自燃點(diǎn)高，抗爆性強(qiáng)，可以增加 氣體壓縮比；點(diǎn)火能量低，能被高溫?zé)霟狳c(diǎn)點(diǎn)燃；氫的燃燒火焰輻射相對(duì)微弱；特別是氫鏈 的支化(活化)是以3的級(jí)數(shù)增加，需氧量是碳的3倍，而溫度越高鏈的支化反應(yīng)速度越快； 加上沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸沖壓提高進(jìn)氣壓力和直噴配比燃料的特點(diǎn)，使用氫燃料的熱力效應(yīng)和 壓力效應(yīng)潛力巨大。2、 降低能源消耗。組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)開創(chuàng)利用空壓機(jī)增壓，并對(duì)壓縮氣體的壓力、濕度、 溫度、充氣量實(shí)現(xiàn)全^控制，使壓縮氣體充量較現(xiàn)有技術(shù)2~5倍的提高，按壓縮氣體充量配 比燃料，以達(dá)到稀薄、快速、充分燃燒，有利于充分釋放燃料的發(fā)熱量，有利于提高熱力和 壓力效率，降低能源消耗30%左右。尤其使用氫燃料，既能提高壓縮比，又能提高A/F值，使用汽油的壓縮比限定在8-10.5 (90# 98#汽油)之間，使用氫氣的壓縮比能夠提高到14以上；使用汽油的A/F值為14.7:1, 使用氫氣能夠提高到34:1以上；氫氣具有火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?氫3.1m's"，汽油1.2m's")， 著火界限寬(4.5%~74.2%)，氫在氣缸內(nèi)燃燒的濃限和稀限兩側(cè)較汽油相應(yīng)值寬，可在過量 空氣系數(shù)0.15 9.6范圍內(nèi)正常燃燒，真正達(dá)到稀薄、快速、充分燃燒，從而提高熱力和壓力 效率，降低氫燃料消耗。3、 建立以高效、節(jié)能、減排為核心的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。開創(chuàng)對(duì)充氣量、燃料當(dāng)量的 配比，燃燒膨脹作功過程及能量的充分利用過程實(shí)行全面的控制，真正達(dá)到高效、節(jié)能、減 排的目的；能夠提高A/F值，按空氣壓縮比充量科學(xué)的配比燃料，提高S/D值，擴(kuò)大燃燒空 間，延長燃燒時(shí)間；增大燃燒氣流速度，有條件的添加凈化燃燒劑；能夠創(chuàng)造條件在燃燒的 過程中，通過化學(xué)反應(yīng)燒燼CO、 HC、 HO等有害氣體，并通過循環(huán)利用和過濾排放，建立 起零污染排放系統(tǒng)。4、 實(shí)現(xiàn)碳?xì)淠茉聪驓淠茉催^渡，能夠產(chǎn)生無可估量的經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益和環(huán)境效益。 迄今為止，最好的內(nèi)燃機(jī)的熱效率只達(dá)到40~50%，最好的燃?xì)廨啓C(jī)熱效率只達(dá)到50 60%，其余的熱力都排放到大氣中，能源浪費(fèi)很大，對(duì)大氣的污染嚴(yán)重。組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī) 組合了渦輪壓氣機(jī)、容積式往復(fù)壓縮機(jī)、泵、沖壓式內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)、渦輪噴氣機(jī)的 優(yōu)點(diǎn)，將其工作循環(huán)組成氣體梯級(jí)增壓和燃料霧化與噴射系統(tǒng)和能量梯級(jí)利用系統(tǒng)，通過循
環(huán)將熱效率提高到90以上，能源消耗降低30%左右，并建立起零污染排放系統(tǒng)，使功率效率 成倍以至幾倍的增加；這是動(dòng)力機(jī)的一次革命性的發(fā)展。鑒于人類對(duì)碳?xì)淠茉吹囊蕾嚦潭龋M合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)技術(shù)，立足于碳?xì)淠茉刺岣咝?率，降低能耗、降低污染；并創(chuàng)造條件向氫能源過渡，氫能源是不含碳的能源，氫的來源很 廣，能從植物、礦物、有機(jī)液體中提取，氫可以水作原料，特別是海水，取之不盡，用之不 竭；氫氧配比燃燒生成的物質(zhì)是汽水，潔凈無污染；能夠迅速形成良性循環(huán)，消除危害人體 健康的有害排放，控制地球的溫室效應(yīng)；改變能源結(jié)構(gòu)，有助于社會(huì)經(jīng)濟(jì)獲得可持續(xù)發(fā)展的 動(dòng)力。組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，無論是使用碳?xì)淠茉椿驓淠茉?，均能成為高效率、高效益、低能耗?低污染以至于零污染的機(jī)電一體化的高度自動(dòng)化的發(fā)動(dòng)機(jī)；經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益無可估量。四

'附圖l、描述組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)后續(xù)技術(shù)的要點(diǎn)。附圖2、描述改進(jìn)后的往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)。附圖、3、描述超耐高溫耐高壓性能優(yōu)良的材料制成的零部件開發(fā)的方案。附圖4、描述氣缸超常的提高進(jìn)氣壓力和配比燃料后，控制和克服回火、早燃、爆震的技術(shù)措施。附圖5、描述提高進(jìn)氣充量和燃料配量后，建立以高效、節(jié)能、減排為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)。附圖6、描述組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)引領(lǐng)使用新能源及使用氫作燃料的功能。五具體實(shí)施方式
，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)技術(shù)作進(jìn)一步說 明。 ，圖1、描述組合機(jī)i發(fā)動(dòng)機(jī)后續(xù)技術(shù)的要點(diǎn)，組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)由沖壓式內(nèi)燃機(jī)(Al、 Bl、 Cl、 Dl)缸，容積式往復(fù)壓縮機(jī)(A2、 B2、 C2、 D2)缸，往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換 機(jī)構(gòu)(3)，燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)(4)的渦輪壓氣機(jī)(5)、燃燒室(6)、透平機(jī)(7)、發(fā)電機(jī)(8)， 能量回收裝置(9)，冷卻、潤滑、消聲裝置(10)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)(11)組成；通過往 復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)(3)，將渦輪壓氣機(jī)(5)、容積式往復(fù)壓縮機(jī)(A2、 B2、 C2、 D2)缸組成壓縮氣體梯級(jí)增壓和燃料霧化與噴射系統(tǒng)，將沖壓式內(nèi)燃機(jī)(Al、 Bl、 Cl、 Dl)缸、透平機(jī)(7)、發(fā)電機(jī)(8)組成能量梯級(jí)利用系統(tǒng)，由這兩個(gè)系統(tǒng)組成的基本工作 循環(huán)，輔以能量回收裝置(9),冷卻、潤滑、消聲裝置(10)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)(11)， 并按工況的需要組成多種形式的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)；其后續(xù)技術(shù)的要點(diǎn)1、改進(jìn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)，使其變得更加靈活；2、按照逐步提高進(jìn)氣壓力，配比使用燃料的性 質(zhì)及燃燒示功圖和充分利用熱力和壓力效率的要求，開發(fā)沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)、燃燒室(6)、透平機(jī)(7)、渦輪噴氣機(jī)(123)、燃燒室(131)，使用的超超耐高溫(1500 °C~2600°C)、耐高壓(10.5~21.5MPa)及可靠性優(yōu)良的材料制成的零部件；3、控制和克服回
火、早燃、爆震的措施，通過冷卻和換熱裝置(12、 13)與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)(11)，控制 壓縮氣體控制缸(A14、 B14)缸內(nèi)氣體的壓力、濕度和溫度，在沖入氣缸前的溫度保持在所 使用燃料的著火點(diǎn)溫度以下；控制燃料箱(A15、 B15)箱內(nèi)燃料的溫度，使燃料在噴入氣缸 前的溫度保持在著火點(diǎn)溫度以下；控制沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)在噴入燃料 前的溫度保持在所使用燃料的著火點(diǎn)溫度以下；以克服回火、早燃、爆震的現(xiàn)象；4、建立以 高效、節(jié)能、減排為核心的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)(11)，準(zhǔn)確的控制每一個(gè)工作循環(huán)沖入氣缸 的壓縮氣體充量Gs與每一個(gè)工作循環(huán)噴入氣缸的燃料當(dāng)量Gi的比例，科學(xué)的提高A/F值 (17)， S/D值(18)，延長燃燒的時(shí)間(m力s) 2倍以上，提高S值1倍以上，擴(kuò)大燃燒的空 間，增大氣缸內(nèi)混合氣旋流速度，達(dá)到稀薄、快速、充分燃燒，通過燃燒中的化學(xué)作用，燒 燼CO、 HC、 NO等有害氣體，清除污染物，建立高效、節(jié)能、降污以至零污染的動(dòng)力系統(tǒng)； 5、具備上述條件的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)使用氫作燃料， 將燃料箱(A15)改作液氫儲(chǔ)箱，建立氫燃料供給系統(tǒng)，沖壓式內(nèi)燃機(jī)的氣缸能夠克服氫燃 料體積能量低的缺點(diǎn)，發(fā)揮氫的質(zhì)量能量高的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于航空航天的燃?xì)涞慕M合機(jī)電發(fā)動(dòng) 機(jī)，能夠充分發(fā)揮氫氧燃燒的壓力和熱力效應(yīng)，降低能源消耗和對(duì)大氣的污染，提高熱力和 功率效率。圖2、描述改進(jìn)j^的往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)(3)，該機(jī)構(gòu)由兩個(gè)幾何尺寸 相同的圓弧齒輪(19、 20)和兩個(gè)幾何尺寸相同的半周圓弧齒輪(21、 22)與兩個(gè)幾何尺寸 相同的全周齒輪(23、 24)組成；兩個(gè)幾何尺寸相同的圓弧齒輪(19、 20)同軸結(jié)合，分別 與兩個(gè)幾何尺寸相同的半周圓弧齒輪(21、 22)交替嚙合，即圓弧齒輪(19)嚙上半周圓弧 齒輪(21)時(shí)，圓弧齒輪(20)即脫開半周圓弧齒輪(22)，反之，當(dāng)圓弧齒輪(20)嚙上半 周圓弧齒輪(22)時(shí)，圓弧齒輪(19)即脫開半周圓弧齒輪(21)，圓弧齒輪(19、 20)和半 周圓弧齒輪(21、 22)的交替嚙合，構(gòu)成360°的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；半周圓弧齒輪(21、 22)分別 與兩個(gè)幾何尺寸相同的全周齒輪(23、 24)同軸結(jié)合；半周圓弧齒輪(21)與全周齒輪(23) 通過A軸(25)結(jié)合，半周圓弧齒輪(22)與全周齒輪(24)通過B軸(26)結(jié)合，圓弧齒 輪(19、 20)通過C軸(27)結(jié)合，A軸(25) B軸(26)兩軸心的直線構(gòu)成三角形的底邊， 與C軸(27)的軸心，成等腰三角形，等腰三角形的兩邊線為理論嚙合線，實(shí)際嚙合線力求 接近理論嚙合線；半j^圓弧齒輪(21、 22)保留輪齒的分度圓積等于往復(fù)行程，往復(fù)行程還 可通過在C軸(27)上結(jié)合變矩齒輪(28)延長或縮短往復(fù)行程；在A軸(25)或B軸(26) 上結(jié)合變速齒輪(29)，能夠增速減矩或減速增矩；大型的互換機(jī)構(gòu)可將半周圓弧齒輪(21、 22)改成半周圓弧滾柱輪(21、 22),使其與圓弧齒輪(19、 20)嚙上或脫開時(shí)滾柱產(chǎn)生自轉(zhuǎn)， 產(chǎn)生分力，降低反轉(zhuǎn)時(shí)的慣性力；軸(25、 26、 27)通過軸承(30)組裝在箱體(31)上； 從變矩齒輪(28)輸入往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從變速齒輪(29)輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，反之，從變速齒輪(29) 輸入旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則從變矩齒輪(28)輸出往復(fù)運(yùn)動(dòng)；如此構(gòu)成往復(fù)變旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)變往復(fù)運(yùn)動(dòng) 的互換機(jī)構(gòu)，使機(jī)構(gòu)變得更加靈活。圖3、描述開發(fā)超超耐高溫(1500°C~2600°C)、耐高壓(10.5~21.5MPa)及可靠性優(yōu)良 的材料制成的零部件，組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)材料功能的選擇具有三個(gè)特性， 一是耐高溫(°C=K) 的功能；二是耐高壓(lMPa=10.1791kg*f/Cm2)的功能；三是可靠性(包括抗拉屈服強(qiáng)度、 拉伸延伸率、疲勞蠕變強(qiáng)度)功能；圖中所示是尋找具備這些功能的材料的解決途徑A、 將氣缸的進(jìn)氣壓力提高到60kg f/cm2，燃料使用清潔汽油、柴油或添加生物質(zhì)燃料，或使用 液化石油氣、液化天然氣等碳?xì)淠茉?，沖壓式內(nèi)燃機(jī)(1)、燃燒室(6)、透平機(jī)(7)，需要 開發(fā)耐高溫1500'C、耐高壓10.5MPa以上及可靠性優(yōu)良的零部件，這個(gè)層次的材料通過開發(fā) 工程陶瓷、納米陶瓷涂料(35)，鈦釩基合金、晶體定向合金(36)能夠解決；B、將氣缸的 進(jìn)氣壓力提高到90 120kg，f/cm2，使用碳?xì)淙剂?，配比使用氫燃料，沖壓式內(nèi)燃機(jī)(l)、燃 燒室(6)、透平機(jī)(73需要開發(fā)耐高溫210(TC、耐高壓16.5MPa及可靠性優(yōu)良的零部件， 這個(gè)層次的材料通過開發(fā)鉬、錸基合金、鉬纖維強(qiáng)化鉻鎂合金(37)，鉬纖維復(fù)合材料、碳纖 維復(fù)合材料、陶瓷/陶瓷復(fù)合材料(38)能夠解決；C、將氣缸的進(jìn)氣壓力提高到150kg ，f/cm2, 配比氫作燃料，或直接配比氫、氧作燃料，需要開發(fā)耐高溫260(TC，耐高壓21.5MPa及可靠 性優(yōu)良的沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(1)、燃燒室(6)、渦輪噴氣機(jī)(123)、燃燒室(131)的零部件， 耐高溫2100'C、耐高壓16.5MPa及可靠性優(yōu)良的透平機(jī)(7)的零部件，這個(gè)層次的材料通 過開發(fā)C/C碳纖維復(fù)合材料，鉤纖維復(fù)合材料、碳纖維與鎢纖維強(qiáng)化工程陶瓷(39)，碳化鎢、 碳化鉭、碳化鈮合金(40)等材料解決，這個(gè)層次的材料解決好了，可以充分發(fā)揮氫作燃料 的優(yōu)點(diǎn)，并確保安全運(yùn)行。選用這么多的稀有金屬材料，目的是要保持耐高溫、耐高壓及可靠性、持久性強(qiáng)度，同 時(shí)要作比較成本，特另l是工藝性成本；盡可能選擇通用的標(biāo)準(zhǔn)型材，以求得到成本比較低的 材料制成的零部件；使'用液氫、液氧作燃料，還要使用超低溫材料(41)，這個(gè)層次的材料開 發(fā)已經(jīng)比較成熟。圖4、描述氣缸超常的提高進(jìn)氣壓力和配比燃料后，控制和克服回火、早燃、爆震的技 術(shù)措施A、增加壓縮空氣的濕度，容積式往復(fù)壓縮機(jī)(2)渦輪壓氣機(jī)(5)在空氣濾清器 的室內(nèi)，安裝噴頭(42)，如圖4的A圖所示，噴頭(42)向吸入的空氣噴霧加濕，噴頭(42) 在噴出霧點(diǎn)前形成渦流(43)，噴出噴嘴后形成霧點(diǎn)(44)，霧點(diǎn)與吸入的空氣撞擊破碎形成 更加細(xì)小的霧點(diǎn)，直徑不超過5 60微米，增加空氣濕度而不形成水點(diǎn)，以利提高壓縮空氣的 壓縮效率，控制壓縮空氣的溫度和提高混合氣的燃燒熱效率。B、控制壓縮氣體溫度，如圖4 的圖C所示，壓縮氣體控制缸(A14、 B14)缸內(nèi)的壓縮氣體溫度控制在所使用燃料的燃點(diǎn)溫 度(56)以下，在噴入氣缸時(shí)接近于著火點(diǎn)溫度(57)，壓縮氣體控制缸(A14、 B14)缸由 內(nèi)缸體(46)、外缸體.(47)、中間冷卻循環(huán)管路(48)、壓力表(49)、溫度與濕度表(52)、 進(jìn)氣閥(50)、排氣閥(51)構(gòu)成；C、控制燃料的溫度。將燃料箱(A15、 B15)里的燃料溫
度控制在所使用燃料的燃點(diǎn)溫度(56)以下，在霧化和噴射過程中使其接近于著火點(diǎn)溫度(57);D、控制沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)內(nèi)的溫度。如圖4的B圖所示，分兩種狀 況，當(dāng)其測(cè)定的混合氣無爆震現(xiàn)象時(shí)，將沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)內(nèi)噴入燃 料前的溫度保持在著火點(diǎn)溫度(57)以上，使氣缸內(nèi)的混合氣能夠自燃；當(dāng)其測(cè)定混合氣要 產(chǎn)生爆震現(xiàn)象時(shí)，則將沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)內(nèi)噴入燃料前的溫度保持在 著火點(diǎn)溫度(57)以下，使氣缸內(nèi)的混合氣需要通過點(diǎn)火裝置(55)點(diǎn)火燃燒；這樣控制壓 縮氣體的溫度，燃料的溫度，沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸的溫度，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)(11) 控制噴入氣缸的燃料濃度，能夠克服回火、早燃和爆震現(xiàn)象的產(chǎn)生；D、為了控制壓縮氣體 的溫度、燃料的溫度和氣缸的溫度，應(yīng)建立吸收式制冷循環(huán)與復(fù)疊式制冷循環(huán)相結(jié)合的冷卻 和換熱系統(tǒng)，如圖4的D圖所示，沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)內(nèi)的工作溫度在 1500 2600。C之間，透平機(jī)(7)的工作溫度在2100 500。C之間，壓縮氣體控制缸(A14、 B14) 和燃料箱(A15、 B15)則視所使用燃料燃點(diǎn)溫度(56)、著火點(diǎn)溫度(57)的不同進(jìn)行不同 溫度的控制；吸入式的制冷循環(huán)由沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)的冷卻循環(huán)管路 (57)的制冷劑發(fā)生器(58)加熱，作為發(fā)生器(58)的驅(qū)動(dòng)熱源，發(fā)生器(58)通過溶液 節(jié)流閥(59)節(jié)流，蒸發(fā)的工質(zhì)經(jīng)冷凝器(60)、節(jié)流閥(61)、蒸發(fā)器(62)的制冷量提供 吸收器(63)低溫冷量，吸收器(63)與壓縮氣體控制缸(A14、 B14)的制冷循環(huán)管路(48) 連接，為其提供制冷溫度，制冷劑經(jīng)溶液泵(64)回到發(fā)生器(58);復(fù)疊式制冷循環(huán)由發(fā)電 機(jī)(8)為壓縮機(jī)(65、 66)提供電力，制冷劑在B回路(68)中經(jīng)冷凝器(69)、節(jié)流閥(70)、 冷凝蒸發(fā)器(73)造成A回路(67)中制冷劑的冷凝，在A回路中(67)中制冷劑經(jīng)冷凝蒸 發(fā)器(73)、節(jié)流閥(72)、蒸發(fā)器(71)回到壓縮機(jī)(65)，蒸發(fā)器(71)產(chǎn)生更低的制冷溫 度，蒸發(fā)器(71)與燃料箱(A15、 B15)的冷卻循環(huán)管路連接為其提供冷源；透平機(jī)(7) 按同樣機(jī)理建立吸收式制冷循環(huán)；并根據(jù)工況的需要選擇好制冷劑、吸收劑及擴(kuò)散劑；這樣 的系統(tǒng)利用高溫工作的制冷源為低一級(jí)的工作溫度制冷提供驅(qū)動(dòng)熱源，利用熱源的循環(huán)，以 節(jié)約能源；能夠滿足大、中、小機(jī)型的制冷要求，滿足普通制冷、低溫制冷和超低溫制冷的 需要。圖5、描述氣缸超常的提高充氣量和燃料配量后，必須建立高效、節(jié)能、減排為核心的 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)(11)，對(duì)每一個(gè)工作循環(huán)沖入氣缸的充氣量定壓、定濕、定溫、定量與 每一個(gè)工作循環(huán)按照^氣量和燃料的熱值配入定量、定壓、定溫的燃料，科學(xué)配比，并對(duì)燃 燒膨脹作功和充分利用壓力和熱力效應(yīng)的過程實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)和控制A、創(chuàng)造稀薄、快速、充分燃燒的條件，如圖5的A圖所示壓縮氣體沖氣與燃料噴射 系統(tǒng)，由燃料箱(A15、 B15)、電動(dòng)油泵(74)、濾清器(75)、燃料噴射配量計(jì)量器(76)、 微處理器控制單元(77)、點(diǎn)火線圈(78)、高壓分電器(79)、火花塞(80)、燃料溫度控制 器(81)、電磁閥噴油器(16)、壓縮氣體控制缸(A14、 B14)、沖氣閥門(83)、沖氣閥開關(guān)
(84)、壓縮氣體沖量計(jì)量器(85)、電位計(jì)和壓縮氣體溫度傳感器(86)、氧氣傳感器(87)、 氣缸溫度傳感器(88)、旋轉(zhuǎn)式怠速傳感器(89)、主軸轉(zhuǎn)速傳感器(90)、蓄電池組(91)、 點(diǎn)火啟動(dòng)開關(guān)(92)、壓縮氣體調(diào)節(jié)器(93)構(gòu)成；通過壓縮氣體沖量計(jì)量器(85)、電位計(jì) 和壓縮氣體溫度傳感器(86)、氧氣傳感器(87)、氣缸溫度傳感器(88)、使壓縮氣體沖量達(dá) 到四定定壓、定濕、定溫、定量；通過燃料噴射配量計(jì)量器(76)、燃料溫度控制器(81)、 電磁閥噴油器(16)、旋轉(zhuǎn)式怠速傳感器(89)、主軸轉(zhuǎn)速傳感器(90)，使燃料配量達(dá)到四定 即按照壓縮氣體充量和燃料的熱值配比燃料當(dāng)量、定量、定壓、定溫給每一個(gè)工作循環(huán)噴射 最佳燃料當(dāng)量，提高A/F值(17)，科學(xué)配比，達(dá)到稀薄、快速、充分燃燒，為節(jié)能、減排創(chuàng) 造了條件；B、創(chuàng)造充分燃燒、膨脹、作功的時(shí)間和空間，如圖5的B圖所示，以柴油機(jī)增 壓燃燒的示功圖進(jìn)行分析，隨著氣缸進(jìn)氣壓力提高，氣缸的S/D值也在跟著提高，現(xiàn)有技術(shù) 氣缸活塞行程S值到達(dá)E點(diǎn)60° (94)廢氣即排出缸外，進(jìn)氣壓力提高到60kg f/cm2時(shí)，S 值E點(diǎn)可延至120?！?5)廢氣才排出氣缸，并排入透平發(fā)電機(jī)的透平機(jī)中再利用；進(jìn)氣壓 力提高到90~120~150kg f/cm2時(shí)，S值E點(diǎn)還可以繼續(xù)延長，提高S/D值(18)， E點(diǎn)的延 伸，S值提高1倍以上，由于沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸只有沖氣和燃燒膨脹作功行程，燃燒時(shí)間(m—Vs) 延長1倍以上，提供充分的燃燒、膨脹、作功的時(shí)間和空間，因此，沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸產(chǎn)生 的壓力效應(yīng)和熱力效率成倍以至幾倍的增加，進(jìn)氣壓力提高到60kg* f/cm2 (99)，活塞平均 壓力約70kg 'f/cm2(102)！當(dāng)進(jìn)氣壓力提高到90kg 'f/cm2(100)，活塞平均壓力約100kg *f/cm2(103);當(dāng)進(jìn)氣壓力提高到150kg'f/cm2 (101)，活塞平均壓力約160kg f/cm2 (104);即 使活塞的速度保持在現(xiàn)有技術(shù)水平，活塞的平均壓力PX活塞的平均速度V-功率W，從沖壓 式內(nèi)燃機(jī)導(dǎo)出的功率成倍以至3倍5倍的增加；即使沖壓式內(nèi)燃機(jī)拖動(dòng)容積式往復(fù)壓縮機(jī)要 耗去2/5~3/5的功率，但是，沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸廢氣排出E點(diǎn)時(shí)(95、 96、 97)，壓力P尚有 40 50%左右，熱力T尚有60 70y。左右，能在渦輪機(jī)中繼續(xù)利用，通過再熱利用、再壓利用、 循環(huán)利用，力求接近—全能利用；如果沒有再熱的加熱量，則從透平機(jī)中導(dǎo)出的功率是凈功 率；從沖壓式內(nèi)燃機(jī)中導(dǎo)出的功率，加上從透平機(jī)中導(dǎo)出的功率，輸出凈功率成倍以至3倍 5倍的增加是有保證的；燃料的熱值與能量成正比，熱值低于柴油的能量降低，熱值高于柴 油的，能量增高；C、采用旋轉(zhuǎn)射流提高混合氣的流動(dòng)速度和燃燒速度，如圖5的C圖所示， 電磁閥噴油器(16)噴入氣缸時(shí)形成渦流(105)，進(jìn)入氣缸后與壓縮氣體混合形成環(huán)狀旋轉(zhuǎn) 的流場速度(106)、軸向速度(107)、切向速度(108)、前滯點(diǎn)(109)、后滯點(diǎn)(110)，這 種混合氣旋狀的流速能夠強(qiáng)化燃燒速度，穩(wěn)定火焰范圍，提高燃燒效率，燒燼有害氣體；D、 充足的燃燒時(shí)間和空間，能夠燒燼有害氣體，如圖5的D圖所示，現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)燃燒過程中有 害氣體生成的機(jī)理，當(dāng)混合比稀薄(111)，燃燒溫度在70(TC左右時(shí)，CO濃度(112)在缸 內(nèi)燒輝，HC濃度(113)燃?xì)庠贓點(diǎn)排出時(shí)燒去2/3， NOx濃度(114)居高不下，若將熄火 時(shí)間(116)從17.5°舉至22° ，則NOx濃度(114)燒去2/3，按此機(jī)理，沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣
缸提高A/F值，混合比(lll)堅(jiān)持稀薄，提高S/D值，S值提高1倍以上，延長熄火時(shí)間(116)、 燃燒時(shí)間(m—Vs)延長1倍以上，提高流場速度(106)，提供充足的燃燒時(shí)間和空間，能夠 燒輝一氧化碳(CO)、碳?xì)浠?HC)，氮氧化物(NOx)燒掉2/3以上，二氧化碳(C02) 極低，經(jīng)過凈化和過濾，建立零污染排放系統(tǒng)；使用氫燃料是降污的有力措施，由于氫氣具 有火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，著火界限寬的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)混合氣稀薄、快速、充分燃燒；如在汽油、 柴油中適當(dāng)滲入氫氣燃燒，由于氫氣在燃燒過程中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生大量的活化中心，有利于 CO、 HC、 NO成分在缸內(nèi)充分地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，貝UCO、 HC可以燒燼，NO可以燒掉2/3以 上；如使用液氫與壓縮氣體配比燃燒，則僅生成少量的NOx;如使用液氫與液氧配比燃燒， 則生成的物質(zhì)是汽水，潔凈無污染。圖6、描述組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)引領(lǐng)使用新能源和以氫作燃料的功能，組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)具備 附圖3所述的開發(fā)出超超耐高溫耐高壓性能優(yōu)良的材料制成的零部件；附圖4所述的超常的 提高進(jìn)氣壓力和配比燃料后，能夠控制和克服回火、早燃和爆震的現(xiàn)象；附圖5所述的超常 的提高進(jìn)氣充量和燃料配量以后，能夠建立高效、節(jié)能、減排為核心的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)； 具備上述條件能夠使用新能源，除使用汽油、柴油作燃料，還能夠使用液化石油氣、液化天 然氣、二甲醚作燃料，使用生物質(zhì)能源作燃料，使用氫作燃料；沖壓式內(nèi)燃機(jī)(1)的氣缸是 按照充氣量、燃料配量及燃燒示功圖，最佳利用壓力和熱力效率的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，能夠克 服氫燃料體積能量低的缺點(diǎn)，而發(fā)揮質(zhì)量能量高，燃燒速度快，能在稀薄的混合氣中燃燒的 優(yōu)點(diǎn)，提高熱力和壓力效應(yīng)；使用氫作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)其工作循環(huán)如圖6的A圖所示，由渦輪 壓氣機(jī)(5)、容積式往復(fù)壓縮機(jī)(A2、 B2、 C2、 D2)缸和(E2、 F2、 G2、 H2)缸組成三級(jí) 壓縮氣體梯級(jí)增壓系統(tǒng)，能夠?qū)嚎s空氣的壓力提高到90~120kg f/cm，為沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣 缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)沖氣，按充氣量配比氫作燃料，達(dá)到稀薄快速充分燃燒，充分發(fā)揮 氫氧配比燃燒的熱力和壓力效應(yīng)；沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)和透平機(jī)(7)、 發(fā)電機(jī)(8)組成熱力和壓力的梯級(jí)利用系統(tǒng)，沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)約利 用壓力的60~70%、熱力的30~40%，透平機(jī)(7)約利用壓力的30~40%、熱力的60~70%， 透平機(jī)(7)按充分利用的要求，采用多級(jí)利用，再熱利用、再壓利用、回?zé)崂茫谘h(huán)利 用中，力求接近于熱力和壓力的全能利用；組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)使用氫作燃料，必須在圖5的圖 A所描述的建立高效、節(jié)能、減排為核心的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)(11)的基礎(chǔ)上，建立氫燃 料供給系統(tǒng)，由液氫儲(chǔ)箱(82)、氫傳感器(117)、調(diào)壓闊(118)、液氫泵(119)、計(jì)量噴射 器(120)、溫度調(diào)節(jié)器'(121)、真空絕熱輸送管(122)構(gòu)成；液氫儲(chǔ)箱(82)的壓力約20MPa， 噴射前要通過調(diào)壓器(118)調(diào)整壓力，通過溫度調(diào)節(jié)器(121)增溫或降溫，要有質(zhì)量優(yōu)良 的液氫泵(119)，通過計(jì)量噴射器(120)按壓縮氣體充量通過計(jì)量噴入氫燃料當(dāng)量；大中型 組合機(jī)電氫發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)直接建立從氫化物中取氫，從大氣中壓縮氧氣配比燃燒，或從水中直 接裂化氫氣、氧氣，可按化學(xué)式配比燃燒，達(dá)到高效、節(jié)能、降污的目的。 圖6的B圖所示，是應(yīng)用于航空航天的的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)能夠充分發(fā)揮燃?xì)涞膲毫蜔?力效應(yīng)；燃?xì)涞慕M合機(jī),電發(fā)動(dòng)機(jī)其工作循環(huán)由渦輪吸氣機(jī)(5)、容積式往復(fù)壓縮機(jī)(A2、 B2、 C2、 D2)缸和(E2、 +2、 G2、 H2)缸三級(jí)組成的壓縮氣體梯級(jí)增壓系統(tǒng)，從大氣中吸入空 氣將氣體加壓到90~120kg f/cm2，壓入壓縮氣體控制缸(A14、 B14)，為沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)沖入壓縮氣體；由沖壓式內(nèi)燃機(jī)(1)、燃燒室(6)、渦輪噴氣機(jī)(123)、 燃燒室(131)組成三級(jí)燃燒膨脹的推進(jìn)系統(tǒng)；這三級(jí)燃燒膨脹的推進(jìn)系統(tǒng)是按照航空器在大 氣中飛行的速度(飛行馬赫數(shù))與氣流流入函道(135)的速度(氣流馬赫數(shù))的比值依次啟 動(dòng)，當(dāng)航空器起飛時(shí)，啟動(dòng)沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)燃燒膨脹作功，驅(qū)動(dòng)主 動(dòng)軸(124)帶動(dòng)從動(dòng)軸(125)驅(qū)動(dòng)渦輪吸氣機(jī)(5)、從進(jìn)氣口 (126)吸入空氣，通過氣門(127)調(diào)節(jié)壓入容積式往復(fù)壓縮機(jī)(A2、 B2、 C2、 D2)缸的氣體，經(jīng)加壓后壓入(E2、 F2、 G2、 H2)缸經(jīng)加壓后壓入壓縮氣體控制缸(A14、 B14);主動(dòng)軸(124)經(jīng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)(3)與渦輪噴氣機(jī)(123)合力，沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)排出的廢氣驅(qū)動(dòng)禍輪噴氣機(jī)(123)排向噴氣管(134)，與函道流過的氣體匯合噴向大 氣取得推進(jìn)力，推動(dòng)航空器飛行；當(dāng)航空器的速度大于700~1000m/s，氣流流入函道(135) 的速度所產(chǎn)生的沖氣壓力(kg*f/cm2)大于壓縮氣體控制缸(A14、 B14)的沖氣壓力時(shí)，啟 開函道上的氣門(130)，將氣流引入燃燒室(6)、噴入燃料(129)、發(fā)動(dòng)燃燒室(6)的燃燒， 燃燒室(6)燃燒膨脹的氣體，加速渦輪噴氣機(jī)(123)，廢氣排向噴氣管(134)，增大噴氣管(134)內(nèi)的噴氣壓力；隨后啟動(dòng)噴氣管(134)頂部的燃燒室(131)的燃燒，將函道(135) 上的氣門(132)閉合，使進(jìn)入函道(135)的氣流全部流入噴氣管(134)頂部的燃燒室(131)， 從噴管(136)噴出氫氣混合燃燒；氫氣燃燒的特點(diǎn)是氫鏈的支化(活化)是以3的級(jí)數(shù)增長， 而且支化的速度是溫度的函數(shù)，由于從沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)和燃燒室(6) 通過渦輪噴氣機(jī)(123)噴出的廢氣溫度已經(jīng)很高，滲加新鮮空氣，再噴氫燃燒膨脹，在高溫 下的氫氣燃燒需要大量的氧氣，按良性循環(huán)水一氫、氧燃燒一水的化學(xué)式配比燃燒，氫與氧 的配比約1:9，由函道沖入的高速氣流提供了這樣的氧氣條件，使第三次氫氧混合高溫高壓燃 燒膨脹，產(chǎn)生離子化效應(yīng)，噴出的高壓高溫氣流達(dá)300(TC以上，能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的推進(jìn)力，將 航空器推上5 6馬赫(Ma)以上的速度；組合機(jī)電燃?xì)涞陌l(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)氫燃料電池組供自身消耗 的能源；能夠適用于航天器的飛行，在對(duì)流層飛行時(shí)，依靠壓縮氣體和氣流沖壓氣體中的氧 氣配氫燃料，在平流層飛行時(shí)依靠氣流沖入的臭氧(03)配氫燃燒膨脹取得推進(jìn)力，當(dāng)其進(jìn) 入電離層以上時(shí)，才依靠自身攜帶的氫氧燃燒推進(jìn)，這樣可以減輕大部份攜帶氧氣的自重， 提高航天器的性能。組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用于航空航天能夠節(jié)約能源，降低污染，并引起飛行 速度革命性的發(fā)展。
權(quán)利要求
1、組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)技術(shù)，其特征在于組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)是由沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(A1、B1、C1、D1)，容積式往復(fù)壓縮機(jī)氣缸(A2、B2、C2、D2)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)(3)，燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)(4)的渦輪壓氣機(jī)(5)，燃燒室(6)，透平機(jī)(7)，發(fā)電機(jī)(8)，能量回收裝置(9)，冷卻、潤滑、消聲裝置(10)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)(11)組成；通過往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)(3)，將渦輪壓氣機(jī)(5)、容積式往復(fù)壓縮機(jī)氣缸(A2、B2、C2、D2)組成壓縮氣體梯級(jí)增壓和燃料霧化與噴射系統(tǒng)，將沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(A1、B1、C1、D1)，透平機(jī)(7)、發(fā)電機(jī)(8)組成能量梯級(jí)利用系統(tǒng)，由這兩個(gè)系統(tǒng)組成基本的工作循環(huán)，輔以能量回收裝置(9)，冷卻、潤滑、消聲裝置(10)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)(11)，并按照工況的需要組成多種形式的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)；其后續(xù)技術(shù)的要點(diǎn)是1、改進(jìn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)(3)；2、開發(fā)沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(A1、B1、C1、D1)、燃燒室(6)、透平機(jī)(7)、渦輪噴氣機(jī)(123)、燃燒室(131)使用的超超耐高溫(1500℃-2600℃)，耐高壓(10.5MPa-21.5MPa)及可靠性優(yōu)良的材料制成的零部件；3、控制和克服回火、早燃、爆震的措施通過冷卻和換熱裝置(12、13)與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)(11)，控制壓縮氣體控制缸(A14、B14)缸內(nèi)氣體的壓力、濕度和溫度，在沖入氣缸前的溫度保持在所使用燃料的著火點(diǎn)溫度以下；控制燃料箱(A15、B15)箱內(nèi)燃料的溫度，在燃料噴入氣缸前的溫度保持在著火點(diǎn)溫度以下；控制沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(A1、B1、C1、D1)的溫度，在噴入燃料前的溫度保持在所使用燃料的著火點(diǎn)溫度以下；4、建立以高效、節(jié)能、減排為核心的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)(11)，準(zhǔn)確的控制每一個(gè)工作循環(huán)沖入氣缸的壓縮氣體充量Gs與每一個(gè)工作循環(huán)噴入氣缸的燃料當(dāng)量Gi的比例，提高A/F值(17)、S/D值(18)，延長燃燒時(shí)間(m-1/s)1倍以上，提高S值1倍以上，達(dá)到稀薄快速充分燃燒，有充足的燃燒膨脹作功的時(shí)間和空間，燒燼CO、HC、NO等有害氣體，清除污染物，建立高效、節(jié)能、減排的動(dòng)力系統(tǒng)；5、沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(A1、B1、C1、D1)使用氫作燃燒，將燃料箱(A15)改作液氫儲(chǔ)箱，建立氫燃料供給系統(tǒng)，應(yīng)用于航空航天燃?xì)涞慕M合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠充分利用氫氧燃料的壓力和熱力效應(yīng)。
2、 按照權(quán)利要求1所述的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)技術(shù)，其特征是改進(jìn)后的往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)(3);由兩個(gè)幾何尺寸相同的圓弧齒輪(19、 20)和兩個(gè)幾何尺寸相 同的半周圓弧齒輪(21、 22)與兩個(gè)幾何尺寸相同的全周齒輪(23、 24)組成；兩個(gè)幾何尺 寸相同的圓弧齒輪(19、 20)同軸結(jié)合，分別與兩個(gè)幾何尺寸相同的半周圓弧齒輪(21、 22) 交替嚙合，即圓弧齒輪(19)嚙上半周圓弧齒輪(21)時(shí)，圓弧齒輪(20)即脫開半周圓弧 齒輪(22)，反之，當(dāng)圓弧齒輪(20)嚙上半周圓弧齒輪(22)時(shí)，圓弧齒輪(19)即脫開半 周圓弧齒輪(21),圓弧齒輪(19、 20)和半周圓弧齒輪(21、 22)的交替嚙合，構(gòu)成360° 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；半周圓弧齒輪(21、 22)分別與兩個(gè)幾何尺寸相同的全周齒輪(23、 24)同軸 結(jié)合；半周圓弧齒輪(21)與合周齒輪(23)通過A軸(25)結(jié)合，半周圓弧齒輪(22)與 全周齒輪(24)通過B軸'(26)結(jié)合，圓弧齒輪(19、 20)通過C軸(27)結(jié)合，A軸(25) B軸(26)兩軸心的直線構(gòu)成三角形的底邊，與C軸(27)的軸心構(gòu)成等腰三角形，等腰三 角形的兩邊線為理論嚙合線，實(shí)際嚙合線力求接近理論嚙合線；半周圓弧齒輪(21、 22)保 留輪齒的分度圓積等于往復(fù)行程，往復(fù)行程還可通過在C軸(27)上結(jié)合變矩齒輪(28)延 長或縮短往復(fù)行程；在A軸(25)或B軸(26)上結(jié)合變速齒輪(29)，能夠增速減矩或減 速增矩；大型的互換機(jī)構(gòu)可將半周圓弧齒輪(21、 22)改成半周圓弧滾柱輪(21、 22)，使其 與圓弧齒輪(19、 20)嚙上或脫開時(shí)滾柱產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生分力，降低反轉(zhuǎn)時(shí)的慣性力；軸(25、 26、 27)通過軸承(30)組裝在箱體(31)上；從變矩齒輪(28)輸入往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從變速齒 輪(29)輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，反之，從變速齒輪(29)輸入旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從變矩齒輪(28)輸出往 復(fù)運(yùn)動(dòng)；如此構(gòu)成往復(fù)變旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)變往復(fù)運(yùn)動(dòng)的互換機(jī)構(gòu)。
3、 按照權(quán)利要求1所述的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)技術(shù)，其特征是開發(fā)沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸 (1)、燃燒室(6)、透平機(jī)(7)、渦輪噴氣機(jī)(123)、燃燒室(131)使用的超超耐高溫(1500'C一2600'C)、耐高壓(10.5MPa—21.5MPa)及可靠性優(yōu)良的材料制成的零部件A、將氣缸 的進(jìn)氣壓力提高到60kg，f/cm2，燃料使用清潔汽油、柴油或添加生物質(zhì)燃料，沖壓式內(nèi)燃機(jī) (1)、燃燒室(6)、透平機(jī)(7)，需要開發(fā)耐高溫150(TC、耐高壓10.5MPa以上及可靠性優(yōu) 良的零部件，這個(gè)層次的材料通過開發(fā)陶瓷復(fù)合材料，納米陶瓷涂料(35),鈦釩基合金、晶 體定向合金(36)解決；B、將氣缸的進(jìn)氣壓力提高到90~120kg f/cm2，使用碳?xì)淙剂?，?配比使用氫燃料，沖壓式內(nèi)燃機(jī)(1)、燃燒室(6)、透平機(jī)(7)需要開發(fā)耐高溫210(TC、 耐高壓16.5MPa及可靠性優(yōu)良的零部件，這個(gè)層次的材料通過開發(fā)鉬、錸基合金、鉬纖維強(qiáng) 化鉻鎂合金(37)，鉬,千維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料、強(qiáng)化工程陶瓷材料(38)解決；C、 將氣缸的進(jìn)氣壓力提高到150kg'f/cm2以上，配比氫作燃料，或直接配比氫、氧作燃料，需 要開發(fā)超耐高溫260(TC、耐高壓21.5kg，f/cit^及可靠性優(yōu)良的沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(1)、燃燒 室(3)、渦輪噴氣機(jī)(123)、燃燒室(131)的零部件，耐高溫2100'C、耐高壓16.5MPa及 可靠性優(yōu)良的透平機(jī)(7)的零部件，這個(gè)層次的材料通過開發(fā)C/C碳纖維復(fù)合材料，鎢纖維 復(fù)合材料、碳纖維與鎢纖維強(qiáng)化工程陶瓷材料(39)，碳化鎢、碳化鉭、碳化鈮合金(40)解 決。
4、 按照權(quán)利要求1所述的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)技術(shù)，其特征是控制和克服回火、早燃、 爆震的措施A、增加壓縮空氣的濕度，容積式往復(fù)壓縮機(jī)(2)或渦輪壓氣機(jī)(5)在空氣 濾清器的室內(nèi)，安裝噴頭(42)向吸入的空氣噴霧加濕，噴頭(42)在噴出霧點(diǎn)前形成渦流(44)，噴出噴嘴后形成霧點(diǎn)(45)，霧點(diǎn)直徑不超過5 60微米；B、控制壓縮氣體溫度，壓 縮氣體控制缸(A14、 fel4)缸內(nèi)的壓縮氣體溫度控制在所使用燃料的燃點(diǎn)溫度(56)以下， 在沖入氣缸時(shí)接近于著火點(diǎn)溫度(57); C、控制燃料的溫度，將燃料箱(A15、 B15)里的燃 料溫度控制在所使用的燃料的燃點(diǎn)溫度(56)以下，在燃料霧化和噴射的過程中使其接近于 著火點(diǎn)溫度(57); D、控制沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)內(nèi)的溫度，分兩種狀況， 當(dāng)其測(cè)定的混合氣無爆震現(xiàn)象時(shí)，將沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)內(nèi)在噴入燃料 前的溫度保持在著火點(diǎn)溫度(57)以上，使氣缸內(nèi)的混合氣能夠自燃；當(dāng)其測(cè)定混合氣要產(chǎn) 生爆震現(xiàn)象時(shí)，則將沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)內(nèi)在噴入燃料前的溫度保持在 著火點(diǎn)溫度(57)以下，使氣缸內(nèi)的混合氣需要通過點(diǎn)火裝置(55)點(diǎn)火燃燒；E、為了控制 壓縮氣體的溫度、燃料的溫度和氣缸的溫度，應(yīng)建立吸收式制冷循環(huán)與復(fù)疊式制冷循環(huán)相結(jié) 合的冷卻和換熱系統(tǒng)，控制壓縮氣體控制缸(A14、 B14)的壓縮氣體溫度，燃料箱(A15、 B15)內(nèi)燃料的溫度，沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)內(nèi)噴射燃料前的溫度。
5、按照權(quán)利要求1所述的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)技術(shù)，其特征是建立以高效、節(jié)能、減 排為核心的計(jì)算機(jī)自^控制系統(tǒng)(11): A、創(chuàng)造稀薄快速充分燃燒的條件，壓縮氣體沖氣與 燃料噴射系統(tǒng)由燃料箱(A15、 B15)、電動(dòng)油泵(74)、濾清器(75)、燃料噴射配量計(jì)量器(76)、微處理器控制單元(77)、點(diǎn)火線圈(78)、高壓分電器(79)、火花塞(80)、燃料溫 度控制器(81)、電磁閥噴油器(16)、壓縮氣體控制缸(A14、 B14)、沖氣閥門(83)、沖氣 閥開關(guān)(84)、壓縮氣體沖量計(jì)量器(85)、電位計(jì)和壓縮氣體溫度傳感器(86)、氧氣傳感器(87)、氣缸溫度傳感器(88)、旋轉(zhuǎn)式怠速傳感器(89)、主軸轉(zhuǎn)速傳感器(90)、蓄電池組(91)、點(diǎn)火啟動(dòng)開關(guān)(92)、壓縮空氣調(diào)節(jié)器(93)構(gòu)成；通過壓縮氣體沖量計(jì)量器(85)、 電位計(jì)和壓縮氣體溫度傳感器(86)、氧氣傳感器(87)、氣缸溫度傳感器(88)，使壓縮氣體 沖量達(dá)到四定定壓、定濕、定溫、定量；通過燃料噴射配量計(jì)量器(76)、燃料溫度控制器(81)、電磁閥噴油器(16)、旋轉(zhuǎn)式怠速傳感器(89)、主軸轉(zhuǎn)速傳感器(90)，使燃料配量 達(dá)到四定即按照壓縮氣體充量和燃料熱值配比燃料當(dāng)量、定量、定壓、定溫給每一個(gè)工作 循環(huán)噴射最佳燃料的當(dāng)量，提高A/F值(17)，達(dá)到稀薄、快速、充分燃燒；B、創(chuàng)造充分燃 燒、膨脹、作功的時(shí)間和空間，從柴油機(jī)增壓燃燒膨脹作功的過程分析，隨著進(jìn)氣壓力逐步 提高，氣缸的S/D值也隨著提高，進(jìn)氣壓力提高到60kg 'f/cm2時(shí)，S值E點(diǎn)可延至120° (95) 廢氣才排出氣缸，并排入透平發(fā)電機(jī)的透平機(jī)中再利用；進(jìn)氣壓力提高到9(M2(M50kg f/cm2 時(shí)，S值E點(diǎn)還要繼續(xù)延長，提高S/D值，E點(diǎn)延伸，S值提高l倍以上，沖氣式內(nèi)燃機(jī)氣缸 燃燒時(shí)間(m力s)延長1倍以上，提供充分的燃燒、膨脹、作功的時(shí)間和空間；進(jìn)氣壓力提 高到60kg f/cm2 (99)，活塞平均壓力約70kg f/cm2 (102);當(dāng)進(jìn)氣壓力提高到90kg f/cm2(100)，活塞平均壓力約100kg'f/cm2 (103);當(dāng)進(jìn)氣壓力提高到150kg'f/cm2 (101)，活 塞平均壓力約160kg* f/cm2 (104);活塞的平均壓力PX活塞的平均速度V-功率W，從沖壓 式內(nèi)燃機(jī)導(dǎo)出的功率成倍以至3倍5倍的增加；即使沖壓式內(nèi)燃機(jī)拖動(dòng)容積式往復(fù)壓縮機(jī)要 耗去2/5~3/5的功率，但是，沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸廢氣排出E點(diǎn)時(shí)(95、 96、 97),壓力P尚有 40~50%左右，熱力T尚有60~70%左右，能在透平機(jī)中繼續(xù)循環(huán)使用，從透平機(jī)中導(dǎo)出的功 率是凈功率；從沖壓式內(nèi)燃機(jī)中導(dǎo)出的功率，加上從透平機(jī)中導(dǎo)出的功率，等于輸出凈功率 成倍以至3倍5倍的增加；C、采用旋轉(zhuǎn)射流提高混合氣的流動(dòng)速度和燃燒速度，電磁闊噴 油器(16)噴入氣缸時(shí)形成旋流(105)，噴入氣缸后與壓縮氣體混合形成環(huán)狀旋轉(zhuǎn)的流場速 度(106)、軸向速度(107)、切向速度(108)、前滯點(diǎn)(109)、后滯點(diǎn)(110),提高混合氣的旋轉(zhuǎn)流速，能提高燃燒速度，穩(wěn)定火焰范圍，燒掉有害氣體；D、充足的燃燒時(shí)間與空間， 燒燼有害氣體，提高A/F值，混合比(111)稀薄；提高S/D值，S值提高l倍以上，延長熄 火時(shí)間(116)，使燃燒時(shí)間(m力s)延長1倍以上；提高流場速度(106)，能夠燒燼一氧化 碳(CO)、碳?xì)浠?HC)，氮氧化物(NOx)燒掉2/3以上，二氧化碳(C02)極低，通過 凈化和過濾，建立零污染排放系統(tǒng)。
6、按照權(quán)利要求1所述的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)技術(shù)，其特征是應(yīng)用于航空航天的組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)能夠充分發(fā)揮燃?xì)涞膲毫蜔崃π?yīng)燃?xì)涞慕M合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作循環(huán)由渦輪吸氣機(jī)(5)、容積式往復(fù)壓縮機(jī)(2)三級(jí)組成的壓縮氣體梯級(jí)增壓系統(tǒng)，由沖壓式內(nèi)燃機(jī) (1)、燃燒室(6)、渦輪噴氣機(jī)(123)、燃燒室(131)組成的三級(jí)燃燒膨脹的推進(jìn)系統(tǒng)組成； 三級(jí)燃燒膨脹的推進(jìn)系統(tǒng)是按照航空器在大氣中飛行的速度(飛行馬赫數(shù))與氣流流入函道 (135)的速度(氣流馬'赫數(shù))的比值依次啟動(dòng)，當(dāng)航空器起飛時(shí)，啟動(dòng)沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(A1、 Bl、 Cl、 Dl)燃燒，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)軸(124)帶動(dòng)從動(dòng)軸(125)驅(qū)動(dòng)渦輪吸氣機(jī)(5),從進(jìn)氣口 (126)吸入空氣，通過氣門(127)調(diào)節(jié)壓入容積式往復(fù)壓縮機(jī)(A2、 B2、 C2、 D2)缸的 氣體，經(jīng)加壓后壓入(E2、 F2、 G2、 H2)缸經(jīng)加壓后壓入壓縮氣體控制缸(A14、 B14)，主 動(dòng)軸(124)經(jīng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)(3)與渦輪噴氣機(jī)(123)合力，沖壓式 內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)排出的廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪噴氣機(jī)(123)排向噴氣管(134)，與 函道流過的氣體匯合噴向大氣取得推進(jìn)力；當(dāng)航空器的速度大于700~1000m/s，氣流流入函 道(135)的速度所產(chǎn)生的沖壓力(kg*f/cm2)大于壓縮氣體控制缸(A14、 B14)的沖氣壓 力時(shí)，啟開函道上的氣門(130)，將氣流引入燃燒室(6)，噴入燃料(129),發(fā)動(dòng)燃燒室(6) 的燃燒，燃燒室(6)燃燒膨脹的氣體，加速渦輪噴氣機(jī)(123)的噴力，廢氣排向噴氣管(134), 增大噴氣管(134)的噴氣壓力；隨后啟動(dòng)噴氣管(134)頂部的燃燒室(131)的燃燒，將函 道(135)上的氣門(132)閉合，使進(jìn)入函道(135)的氣流全部流入噴氣管(134)頂部的 燃燒室(131)，從噴管(136)噴出氫氣混合燃燒；氫氣燃燒的特點(diǎn)是氫鏈的支化(活化)是 以3的級(jí)數(shù)增長，而且支化的速度是溫度的函數(shù)，由于從沖壓式內(nèi)燃機(jī)氣缸(Al、 Bl、 Cl、 Dl)和燃燒室(6)通過渦輪噴氣機(jī)(123)噴出的廢氣溫度已經(jīng)很高，滲加新鮮空氣，再噴 氫燃燒膨脹，在高溫下的氫氣燃燒需要大量的氧氣，按良性循環(huán)水一氫、氧燃燒一水的化學(xué) 式配比燃燒，氫與氧的配比約1:9，由函道沖入的高速氣流提供了這樣的氧氣條件，使第三次 氫氧混合高溫高壓燃燒膨脹，產(chǎn)生離子化效應(yīng)，噴出的高壓高溫氣流達(dá)3000'C以上，能夠產(chǎn) 生強(qiáng)大的推進(jìn)力，將航空器推上5 6馬赫(Ma)以上的速度；組合機(jī)電氫發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)氫燃料電 池組供自身消耗的能源，能夠適用于航天器的飛行，在對(duì)流層飛行時(shí)，依靠壓縮氣體和氣流 沖壓氣體中的氧氣配氫燃料，在平流層飛行時(shí)依靠氣流沖入的臭氧(03)配氫燃燒膨脹取得 推進(jìn)力，當(dāng)其進(jìn)入電離層以上時(shí)，才依靠自身攜帶的氫氧燃料燃燒推進(jìn)，這樣可以減輕大部 份攜帶氧氣的自重，提高航天器的性能。
全文摘要
組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)技術(shù)，其特征是提高和完善組合機(jī)電發(fā)動(dòng)機(jī)的功能；改進(jìn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪式互換機(jī)構(gòu)；開發(fā)超超耐高溫耐高壓性能優(yōu)良的零部件；克服氣缸超常的提高進(jìn)氣壓力和燃料配量以后可能出現(xiàn)的回火、早燃和爆震的現(xiàn)象；建立以高效、節(jié)能、減排為核心的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)由碳?xì)淠茉聪驓淠茉吹倪^渡；無論是使用碳?xì)洹⑸镔|(zhì)或氫能源，均能成為高效益、高效率、低能耗、低污染以至零污染的機(jī)電一體化和高度自動(dòng)化的發(fā)動(dòng)機(jī)；廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、礦山機(jī)械、坦克、艦船、火車內(nèi)燃電力機(jī)車、發(fā)電站、航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F02C6/00GK101117915SQ20071004986
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者正 余 申請(qǐng)人:正 余