本發(fā)明屬動(dòng)力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種內(nèi)燃機(jī)，具體是一種離心壓縮反動(dòng)輻流內(nèi)燃機(jī)。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃機(jī)是目前世界上廣泛使用的一種動(dòng)力設(shè)備，是一種通過燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，將其放出的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。

目前，內(nèi)燃機(jī)主要有活塞式內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等幾種類型，其中活塞式內(nèi)燃機(jī)是應(yīng)用最廣泛的內(nèi)燃機(jī)，主要為汽車、中小型艦船提供動(dòng)力以及中小型發(fā)電領(lǐng)域；燃?xì)廨啓C(jī)主要用于航空和大型艦船以及大型發(fā)電等領(lǐng)域；火箭發(fā)動(dòng)機(jī)則主要應(yīng)用于航天和導(dǎo)彈武器等領(lǐng)域。隨著科技進(jìn)步，內(nèi)燃機(jī)的熱效率不斷提高，但即使如此，現(xiàn)有各種類型的內(nèi)燃機(jī)的熱效率普遍低于50％，與理想的熱機(jī)效率相比仍然存在較大差距，這意味著燃料中的大部分能量未能通過內(nèi)燃機(jī)有效利用而被浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種離心壓縮反動(dòng)輻流內(nèi)燃機(jī)，離心式壓氣機(jī)構(gòu)將空氣壓縮成壓力較高的壓縮空氣，壓縮空氣與燃料混合并在燃燒室中燃燒，燃燒形成的高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)燃燒室外圍的多級(jí)燃?xì)鉁u輪，渦輪為反動(dòng)輻流式，每級(jí)渦輪由渦輪多個(gè)葉片和葉片兩側(cè)的渦輪環(huán)構(gòu)成，多個(gè)渦輪葉片在周向均勻布置，渦輪葉片兩側(cè)有對(duì)渦輪葉片起固定和冷卻作用的渦輪環(huán)，位于內(nèi)層的渦輪為離心式壓氣機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，位于外層的渦輪通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出扭矩，另外，排出的尾氣可以對(duì)外輸出一部分推力。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：

一種離心壓縮反動(dòng)輻流內(nèi)燃機(jī)，包括操控系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、發(fā)電存儲(chǔ)設(shè)備、燃料供給系統(tǒng)、壓氣燃燒渦輪總成、儲(chǔ)氣罐；操控系統(tǒng)包括電控單元(ECU)、各種傳感器、油門控制機(jī)構(gòu)、開關(guān)、閥門等，通過對(duì)油門、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等傳感器的參數(shù)進(jìn)行采集分析運(yùn)算，進(jìn)而按照一定的策略對(duì)各種開關(guān)、閥門等部件進(jìn)行控制，保證整個(gè)內(nèi)燃機(jī)安全協(xié)調(diào)高效運(yùn)轉(zhuǎn)；潤(rùn)滑系統(tǒng)包括油泵、限壓閥、機(jī)油濾清器、機(jī)油散熱器等，主要對(duì)渦輪、軸承等部件起到潤(rùn)滑、冷卻、清潔、密封、防銹等作用；發(fā)電存儲(chǔ)設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、蓄電池等，發(fā)電機(jī)可以向蓄電池充電，用于提供內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的電能；燃料供給系統(tǒng)包括油箱、高壓油泵、燃油濾清器、輸油管、噴油器、加熱汽化裝置等，其中噴油器可接受電控單元(ECU)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行流量控制，加熱汽化裝置主要用于將噴油器噴出的燃油加熱，使其汽化后更加便于在燃燒室中燃燒；如果內(nèi)燃機(jī)使用的是氣體燃料，則燃料供給系統(tǒng)與燃油的會(huì)有所差異，主要包括燃料儲(chǔ)氣罐、控制閥門、氣體過濾凈化裝置、氣體增壓裝置等；壓氣燃燒渦輪總成包括中心軸，中心軸中設(shè)置進(jìn)氣管、燃料進(jìn)管、潤(rùn)滑油管路，其中，進(jìn)氣管有兩個(gè)進(jìn)口，一個(gè)進(jìn)口通過壓力管、閥門與儲(chǔ)氣罐連接，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)氣罐出口閥門打開，由儲(chǔ)氣罐為壓氣燃燒渦輪總成提供燃燒所需的壓縮空氣，另一個(gè)進(jìn)口通過管道、閥門與壓氣機(jī)構(gòu)的蝸殼相連，當(dāng)啟動(dòng)完成后，儲(chǔ)氣罐出口閥門關(guān)閉，切換為由蝸殼提供壓氣燃燒渦輪總成所需的壓縮空氣；燃料進(jìn)管與燃料供給系統(tǒng)連接，由燃料供給系統(tǒng)為壓氣燃燒渦輪總成提供燃燒所需的燃料；潤(rùn)滑油管路與潤(rùn)滑系統(tǒng)連接，由潤(rùn)滑系統(tǒng)為壓氣燃燒渦輪總成提供潤(rùn)滑油，起到潤(rùn)滑、冷卻、清潔、密封、防銹等作用；

所述壓氣燃燒渦輪總成包括中心軸，在中心軸的前端設(shè)置由葉輪、擴(kuò)壓器、蝸殼構(gòu)成的離心式壓氣機(jī)構(gòu)(離心式壓氣機(jī))，離心式壓氣機(jī)構(gòu)的蝸殼通過管道與進(jìn)氣管、通過壓力管與儲(chǔ)氣罐連接，內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)后，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，空氣被葉輪的葉片壓縮，然后經(jīng)由擴(kuò)壓器進(jìn)一步增壓后進(jìn)入蝸殼，蝸殼中壓力較高的壓縮空氣經(jīng)過管道進(jìn)入進(jìn)氣管；當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的空氣壓力不足以啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)時(shí)，操控系統(tǒng)打開儲(chǔ)氣罐進(jìn)口的閥門，促使蝸殼中部分壓力較高的壓縮空氣經(jīng)壓力管補(bǔ)充到儲(chǔ)氣罐中，以彌補(bǔ)儲(chǔ)氣罐中空氣的不足；在中心軸上于離心式壓氣機(jī)構(gòu)后部設(shè)置燃燒腔，燃燒腔近似于圓柱形,由兩個(gè)圓形燃燒腔殼體以及中心軸圍成的空間構(gòu)成，燃燒腔殼體內(nèi)設(shè)有潤(rùn)滑油管路，用于潤(rùn)滑油的輸送，燃燒腔內(nèi)設(shè)置兩個(gè)圓盤形的通氣隔板，通氣隔板上設(shè)置通孔，通氣隔板將燃燒腔內(nèi)部空間分成三部分，中間部分為燃燒室，兩側(cè)的部分為壓縮空氣室，中心軸中的進(jìn)氣管、燃料進(jìn)管分別連通到壓縮空氣室、燃燒室，燃料進(jìn)管的出口處于中心軸上設(shè)置導(dǎo)氣環(huán)，導(dǎo)氣環(huán)中空，其兩側(cè)的軸向開有多個(gè)小孔，燃料進(jìn)管中的燃料氣體進(jìn)入導(dǎo)氣環(huán)，在導(dǎo)氣環(huán)中改變流動(dòng)方向，分別沿軸的兩個(gè)方向噴出，進(jìn)入燃燒室，進(jìn)氣管中的壓縮空氣進(jìn)入壓縮空氣室后經(jīng)通氣隔板上的通孔進(jìn)入燃燒室與燃料混合，燃燒室內(nèi)設(shè)有點(diǎn)火裝置(可以是內(nèi)燃機(jī)常用的火花塞，也可以是電熱絲)，壓縮空氣與燃料混合后被點(diǎn)火裝置點(diǎn)火燃燒，燃燒室的外側(cè)邊緣設(shè)置環(huán)形噴口，燃燒室內(nèi)燃燒后產(chǎn)生的高溫高壓氣體從環(huán)形噴口噴出；在燃燒腔外圍設(shè)置數(shù)級(jí)渦輪(具體級(jí)數(shù)可以根據(jù)需要設(shè)置，從內(nèi)向外分別稱為一級(jí)渦輪、二級(jí)渦輪、三級(jí)渦輪等)，其中一級(jí)渦輪與離心式壓氣機(jī)構(gòu)的葉輪連接，二級(jí)渦輪與離心式壓氣機(jī)構(gòu)的擴(kuò)壓器連接，其它渦輪通過傳動(dòng)盤與動(dòng)力輸出軸連接，燃燒室燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，將燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為離心式壓氣構(gòu)提供動(dòng)力，用于空氣壓縮，并對(duì)外輸出動(dòng)力；渦輪外圍設(shè)置內(nèi)燃機(jī)殼體和尾氣收集罩，內(nèi)燃機(jī)殼體對(duì)內(nèi)燃機(jī)起支撐和固定作用，尾氣收集罩與內(nèi)燃機(jī)殼體相連，用于收集從渦輪排出的尾氣。

上述渦輪是從高速氣流中捕獲動(dòng)能的裝置，由多個(gè)葉片和葉片兩側(cè)的渦輪環(huán)構(gòu)成，渦輪葉片在周向均勻布置，渦輪葉片間隙構(gòu)成燃?xì)馔ǖ溃渲辛鲃?dòng)的是燃燒室燃燒后的高溫燃?xì)?，渦輪葉片內(nèi)有氣體冷卻的通道和小孔；渦輪葉片的側(cè)端是渦輪環(huán)，渦輪環(huán)對(duì)葉片起支撐固定和冷卻作用，同時(shí)對(duì)渦輪起到軸承的作用(其與潤(rùn)滑油接觸的表面按動(dòng)壓軸承的構(gòu)造加工)，渦輪環(huán)的軸向截面設(shè)計(jì)為V形結(jié)構(gòu)，V形兩側(cè)設(shè)置有兩個(gè)密封圈，兩個(gè)密封圈之間注有潤(rùn)滑油，密封圈與居于外側(cè)的渦輪環(huán)固定在一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)渦輪環(huán)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，橡膠材質(zhì)的密封圈在離心力的作用下向外側(cè)渦輪環(huán)發(fā)生變形，從而使其與內(nèi)側(cè)的接觸面分離或部分分離，摩擦阻力減小，當(dāng)渦輪環(huán)低速或靜止時(shí)，密封圈則在彈力的作用下與內(nèi)側(cè)較緊密的接觸，一方面起到油封的作用，防止?jié)櫥屯饬?，另一方面起支撐作用，防止被?rùn)滑的兩個(gè)表面直接接觸和摩擦；渦輪環(huán)的截面設(shè)計(jì)成V形，一方面可以起到軸向固定作用，防止渦輪環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生軸向位移，同時(shí)，潤(rùn)滑油在渦輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)在離心力的作用下向V形油道的尖端聚集，V形油道兩邊的氣壓差會(huì)導(dǎo)致兩邊的液面產(chǎn)生高度差，這個(gè)液面高度差會(huì)平衡兩邊的氣壓差，從而起到氣體密封的作用，防止空氣通道的空氣側(cè)漏。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述燃燒腔殼體于環(huán)形噴口附近的部位內(nèi)部加工成與壓縮空氣室相通的空腔，并在燃燒室噴口及其附近的位置開有大量小孔，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入壓縮空氣室后，部分壓縮空氣進(jìn)入空腔內(nèi)，然后從小孔內(nèi)流向燃燒室和噴口，在燃燒腔殼體(噴口及其附近)高溫部分的表面形成氣膜，防止和減輕高溫燃?xì)鈱?duì)燃燒腔殼體的燒蝕。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述渦輪葉片的兩側(cè)設(shè)有與燃燒腔殼體的空腔相通的徑向空氣通道，空氣通道與燃?xì)馔ǖ李愃疲ǖ纼?nèi)設(shè)置有葉片，燃燒腔殼體空腔內(nèi)的壓縮空氣沿空氣通道徑向流動(dòng)，推動(dòng)葉片為渦輪提供部分動(dòng)力，空氣通道中高速流動(dòng)的空氣對(duì)燃?xì)馔ǖ廊~片有較好冷卻作用。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在各級(jí)渦輪中，一級(jí)渦輪與外面的渦輪結(jié)構(gòu)有所不同，一級(jí)渦輪設(shè)置有多個(gè)在圓周上均勻分布的切向噴射孔或者設(shè)置多個(gè)能將徑向氣流轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢驓饬鞯娜~片，使燃燒室環(huán)形噴口徑向噴出的燃?xì)饨?jīng)過一級(jí)渦輪后沿渦輪切向噴出，利用反作用力推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)；二級(jí)渦輪及以外的渦輪葉片為半圓月牙形，為減輕重量和便于冷卻，葉片加工成中空(內(nèi)部設(shè)置有提高強(qiáng)度的肋條)，表面加工有大量小孔與內(nèi)部相通，葉片內(nèi)部有從壓氣機(jī)過來的冷空氣，通過表面小孔流向葉片外，對(duì)葉片起到冷卻作用，最外面一級(jí)的渦輪與傳動(dòng)盤相連，用于對(duì)外輸出扭矩，傳動(dòng)盤通過軸承與中心軸相連。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，渦輪葉片冷卻方式由主要靠氣體冷卻改進(jìn)為主要靠潤(rùn)滑油冷卻，即在渦輪葉片內(nèi)部和渦輪環(huán)內(nèi)部設(shè)置相互連通的空腔，空腔中填充滿具有高導(dǎo)熱率的高效導(dǎo)熱材料，渦輪葉片的熱量可通過導(dǎo)熱材料傳遞到渦輪兩側(cè)的潤(rùn)滑油，進(jìn)而被潤(rùn)滑系統(tǒng)的機(jī)油散熱器發(fā)散到外部，這樣可以有效控制渦輪葉片的溫度，延長(zhǎng)渦輪的使用壽命。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓氣機(jī)構(gòu)葉輪的葉片和擴(kuò)壓器的葉片為魚尾型，即葉片在末端一分為二，呈魚尾形狀。這種改進(jìn)后的葉片形狀可以降低壓氣機(jī)內(nèi)部非定常渦流的形成，有利于提高壓氣機(jī)的壓縮效率。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓氣機(jī)構(gòu)葉輪的魚尾葉片的壓力面開孔，并通過管道與一級(jí)渦輪的燃?xì)馔ǖ老嗤ǎ蓪⑷~輪中的部分壓縮氣體導(dǎo)入一級(jí)渦輪中央的燃?xì)馔ǖ?；或葉輪的葉片設(shè)計(jì)為兩層，一層的空氣進(jìn)入擴(kuò)壓器繼續(xù)增壓，另一層通過管路與一級(jí)渦輪的燃?xì)馔ǖ老嗤ǎ瑑蓪尤~片可以有自己獨(dú)立的進(jìn)氣道，并可分別控制進(jìn)氣流量。經(jīng)過此改進(jìn)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，向渦輪中補(bǔ)充空氣，一方面可以對(duì)一級(jí)渦輪的燃?xì)鉁u輪葉片進(jìn)行冷卻，延長(zhǎng)渦輪的使用壽命，同時(shí)還可以使燃燒室中未充分燃燒的燃料在渦輪中進(jìn)一步燃燒，另外還可吸收高溫燃?xì)獾臒崃?，膨脹做功，因此，補(bǔ)充進(jìn)的空氣不僅可以降低排氣溫度，同時(shí)還可以降低排氣速度，有助于提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓氣機(jī)構(gòu)空氣進(jìn)口處設(shè)置有過濾網(wǎng)，將空氣中的大顆粒雜質(zhì)進(jìn)行過濾，為內(nèi)燃機(jī)提供符合要求的潔凈空氣，同時(shí)壓氣機(jī)進(jìn)口處設(shè)置有控制進(jìn)氣量的流量控制裝置，這種流量控制裝置的結(jié)構(gòu)可以是類似照相機(jī)光圈調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的裝置，也可以是旋轉(zhuǎn)擋板等其他起到流量控制的裝置。經(jīng)過此改進(jìn)，可以根據(jù)內(nèi)燃機(jī)不同的工況需要調(diào)節(jié)空氣流量。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述尾氣收集罩上設(shè)置消音降噪裝置，降低噪音，這種改進(jìn)主要適用于對(duì)內(nèi)燃機(jī)噪音比較敏感的領(lǐng)域。

本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：

1、熱效率高，由于內(nèi)燃機(jī)所采用離心式壓氣機(jī)構(gòu)的葉輪和擴(kuò)壓器反向旋轉(zhuǎn)，相對(duì)速度可以達(dá)到數(shù)倍音速，因而壓氣機(jī)構(gòu)可以達(dá)到更高的壓力，有利于提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率，同時(shí)，在渦輪中補(bǔ)充進(jìn)新鮮空氣，有利于降低內(nèi)燃機(jī)排氣溫度和速度，亦可提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率。

2、與現(xiàn)有的軸流式燃?xì)廨啓C(jī)相比，本發(fā)明壓氣機(jī)和渦輪的級(jí)數(shù)大大減小，因而重量大大減小，因而有望實(shí)現(xiàn)更大的功重比。

3、與活塞式內(nèi)燃機(jī)相比，本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)中的燃料是持續(xù)燃燒的，控制系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，不需要像活塞式內(nèi)燃機(jī)那樣精確控制點(diǎn)火時(shí)機(jī)和噴油量；渦輪動(dòng)力輸出比活塞曲軸方式更加平穩(wěn)；由于離心式壓氣機(jī)構(gòu)空氣流量遠(yuǎn)大于活塞式內(nèi)燃機(jī)，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同等重量的活塞式內(nèi)燃機(jī)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的壓氣燃燒渦輪總成剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是壓氣機(jī)構(gòu)葉輪和擴(kuò)壓器的魚尾葉片示意圖。

圖中：圖中：1、動(dòng)力輸出軸；2、中心軸；3、傳動(dòng)盤；4、壓縮空氣室；5、通氣隔板；6、燃燒腔殼體；7、一級(jí)渦輪；8、二級(jí)渦輪；9、三級(jí)渦輪；10、內(nèi)燃機(jī)殼體；11、尾氣收集罩；12、燃?xì)鉁u輪葉片；13、空氣渦輪葉片；14、蝸殼；15、壓力管；16、擴(kuò)壓器葉片；17、密封圈；18、潤(rùn)滑油道；19、葉輪葉片；20、燃燒室；21、導(dǎo)氣環(huán)；22、進(jìn)氣管；23、燃料進(jìn)管；24、葉輪；25、進(jìn)氣道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種離心壓縮反動(dòng)輻流內(nèi)燃機(jī)，包括操控系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、發(fā)電存儲(chǔ)設(shè)備、燃料供給系統(tǒng)、壓氣燃燒渦輪總成、儲(chǔ)氣罐；

所述操控系統(tǒng)與普通內(nèi)燃機(jī)的操控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能類似，包括電控單元(ECU)、各種傳感器、油門控制機(jī)構(gòu)、開關(guān)、閥門等，是整個(gè)內(nèi)燃機(jī)的控制中樞和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過對(duì)油門、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等傳感器的參數(shù)進(jìn)行采集分析運(yùn)算，進(jìn)而按照一定的策略對(duì)各種開關(guān)、閥門等部件進(jìn)行控制，保證整個(gè)內(nèi)燃機(jī)安全協(xié)調(diào)高效運(yùn)轉(zhuǎn)；

所述潤(rùn)滑系統(tǒng)與普通內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)類似，包括油泵、限壓閥、機(jī)油濾清器、機(jī)油散熱器等組成，主要對(duì)內(nèi)燃機(jī)渦輪、軸承等部件起到潤(rùn)滑、冷卻、清潔、密封、防銹等作用；

所述發(fā)電存儲(chǔ)設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、蓄電池等，發(fā)電機(jī)可以向蓄電池充電，用于提供內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的電能；

所述燃料供給系統(tǒng)與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)燃料供給系統(tǒng)類似，其主要作用是為內(nèi)燃機(jī)工作提供燃燒所需要的燃料，主要包括油箱、高壓油泵、燃油濾清器、輸油管、噴油器、加熱汽化裝置等組成，其中噴油器可接受電控單元(ECU)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行流量控制，加熱汽化裝置主要用于將噴油器噴出的燃油加熱，使其汽化后更加便于在燃燒室中燃燒，內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)可使用電加熱，正常工作后可使用尾氣加熱，加熱汽化裝置可以和尾氣收集罩11設(shè)計(jì)成一體，以便于利用尾氣余熱；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于較高功率的工作狀態(tài)時(shí)，燃燒室內(nèi)溫度較高，燃料可以由設(shè)置在燃燒室內(nèi)的噴油器向燃燒室內(nèi)直噴，利用燃燒室內(nèi)的高溫直接將燃油汽化燃燒。如果內(nèi)燃機(jī)使用的是壓縮氣體燃料，則燃料供給系統(tǒng)與燃油的會(huì)有所差異，主要包括燃料儲(chǔ)氣罐、控制閥門、氣體過濾凈化裝置、氣體增壓裝置等；

所述壓氣燃燒渦輪總成是內(nèi)燃機(jī)的核心部件，如圖1所示，包括中心軸2，中心軸內(nèi)部設(shè)置進(jìn)氣管22、燃料進(jìn)管23、潤(rùn)滑油管路，其中，進(jìn)氣管22通過管道和閥門與儲(chǔ)氣罐連接，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，閥門打開，儲(chǔ)氣罐中的壓縮空氣通過中心軸中的進(jìn)氣管22進(jìn)入燃燒室，為內(nèi)燃機(jī)提供燃燒所需的壓縮空氣，燃料進(jìn)管23與燃料供給系統(tǒng)連接，由燃料供給系統(tǒng)為壓氣燃燒渦輪總成提供燃燒所需的燃料，潤(rùn)滑油管路與潤(rùn)滑系統(tǒng)連接，由潤(rùn)滑系統(tǒng)為壓氣燃燒渦輪總成提供潤(rùn)滑油，起到潤(rùn)滑、冷卻、清潔、密封、防銹等作用；在中心軸的前端設(shè)置由葉輪24、擴(kuò)壓器、蝸殼14構(gòu)成的離心式壓氣機(jī)構(gòu)(離心式壓氣機(jī))，在其空氣進(jìn)口處設(shè)置有過濾網(wǎng)，離心式壓氣機(jī)構(gòu)的葉輪葉片19和擴(kuò)壓器葉片16設(shè)計(jì)為魚尾型結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，即葉片在末端一分為二，呈魚尾形狀，可以降低壓氣機(jī)構(gòu)內(nèi)部非定常渦流的形成，有利于提高壓氣機(jī)的壓縮效率，而且葉輪的魚尾葉片19的壓力面開孔，并通過管道與一級(jí)渦輪的燃?xì)馔ǖ老嗤ǎ蓪⑷~輪中的部分壓縮氣體導(dǎo)入一級(jí)渦輪中央的燃?xì)馔ǖ?；蝸?4通過管道和閥門與進(jìn)氣管22連接，蝸殼14還通過壓力管15和閥門與儲(chǔ)氣罐連接，內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)后，葉輪24高速旋轉(zhuǎn)，空氣被葉輪葉片19壓縮，然后經(jīng)由擴(kuò)壓器進(jìn)一步增壓后進(jìn)入蝸殼14，蝸殼中壓力較高的壓縮空氣經(jīng)過管道進(jìn)入進(jìn)氣管22,為內(nèi)燃機(jī)的工作提供連續(xù)性的壓縮空氣；當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的空氣壓力不足以啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)時(shí)，操控系統(tǒng)制動(dòng)儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣閥門打開，促使蝸殼中部分壓力較高的壓縮空氣經(jīng)管道補(bǔ)充到儲(chǔ)氣罐中，以彌補(bǔ)儲(chǔ)氣罐中空氣的不足，在儲(chǔ)氣罐中空氣壓力達(dá)到設(shè)定值(能啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的壓力)后操控系統(tǒng)制動(dòng)儲(chǔ)氣罐進(jìn)氣閥門關(guān)閉；在中心軸2上于離心式壓氣機(jī)構(gòu)后部設(shè)置圓柱形燃燒腔，燃燒腔殼體6內(nèi)設(shè)有潤(rùn)滑油道18，用于潤(rùn)滑油的輸送，燃燒腔內(nèi)設(shè)置兩個(gè)圓盤形的通氣隔板5，通氣隔板上設(shè)置通孔，通氣隔板將燃燒腔內(nèi)部空間分成三部分，中間部分為燃燒室20，兩側(cè)的部分為壓縮空氣室4，中心軸中的進(jìn)氣管22、燃料進(jìn)管23分別連通到壓縮空氣室4、燃燒室20，在燃料進(jìn)管的出口處于中心軸上設(shè)置導(dǎo)氣環(huán)21，導(dǎo)氣環(huán)中空，其兩側(cè)的軸向開有多個(gè)小孔，燃料進(jìn)管中的燃料氣體進(jìn)入導(dǎo)氣環(huán)21，在導(dǎo)氣環(huán)中改變流動(dòng)方向，分別沿中心軸2的兩個(gè)方向噴出，進(jìn)入燃燒室，進(jìn)氣管22中的壓縮空氣進(jìn)入壓縮空氣室4后經(jīng)通氣隔板5上的通孔進(jìn)入燃燒室20與燃料混合，燃燒室20內(nèi)設(shè)有內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置，如常用的火花塞，也可以是電熱絲，壓縮空氣與燃料混合后被點(diǎn)火裝置點(diǎn)火燃燒，燃燒室的外側(cè)邊緣設(shè)置環(huán)形噴口，燃燒室內(nèi)燃燒后產(chǎn)生的高溫高壓氣體從環(huán)形噴口噴出，燃燒腔殼體6于環(huán)形噴口附近的部位內(nèi)部加工成與壓縮空氣室相通的空腔，并在燃燒室噴口及其附近的位置開有大量小孔，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入壓縮空氣室后，部分壓縮空氣進(jìn)入空腔內(nèi)，然后從小孔內(nèi)流向燃燒室和噴口，在燃燒室殼體(噴口及其附近)高溫部分的表面形成氣膜，防止和減輕高溫燃?xì)鈱?duì)燃燒室殼體的燒蝕；在燃燒腔外圍設(shè)置三級(jí)渦輪，從內(nèi)向外分別為一級(jí)渦輪7、二級(jí)渦輪8、三級(jí)渦輪9，其中一級(jí)渦輪7設(shè)置有多個(gè)在圓周上均勻分布的近似切向噴射孔或者設(shè)置多個(gè)能將徑向氣流轉(zhuǎn)變?yōu)榻魄邢驓饬鞯娜~片，使燃燒室環(huán)形噴口徑向噴出的燃?xì)饨?jīng)過一級(jí)渦輪后沿渦輪近似切向噴出，利用反作用力推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，一級(jí)渦輪7與離心式壓氣機(jī)構(gòu)的葉輪24連接，二級(jí)渦輪8與離心式壓氣機(jī)構(gòu)的擴(kuò)壓器連接，三級(jí)渦輪9通過傳動(dòng)盤3與動(dòng)力輸出軸1連接，燃燒室燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)渦輪旋轉(zhuǎn)，將燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為離心式壓氣機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，用于空氣壓縮，并對(duì)外輸出動(dòng)力；渦輪外圍設(shè)置內(nèi)燃機(jī)殼體10和尾氣收集罩11，內(nèi)燃機(jī)殼體對(duì)內(nèi)燃機(jī)起支撐和固定作用，尾氣收集罩與內(nèi)燃機(jī)殼體相連，用于收集從渦輪排出的尾氣。

本發(fā)明所設(shè)計(jì)的渦輪是從高速氣流中捕獲動(dòng)能的裝置，有三個(gè)徑向氣流通道，中間為燃?xì)馔ǖ?，兩?cè)為與燃燒腔殼體的空腔相通的空氣通道，燃?xì)馔ǖ朗侵鳉饬魍ǖ?，是渦輪動(dòng)力的主要來源，其中流動(dòng)的是燃燒室燃燒后的高溫燃?xì)?，燃?xì)馔ǖ乐性O(shè)置有燃?xì)鉁u輪葉片12，葉片內(nèi)有氣體冷卻的通道和小孔，空氣通道中設(shè)置有空氣渦輪葉片13，可使壓縮空氣室的壓縮空氣流向渦輪，主要起冷卻作用，其次可提供少量動(dòng)力；燃?xì)馔ǖ赖膫?cè)端是渦輪環(huán)，渦輪環(huán)對(duì)葉片起支撐固定作用，渦輪環(huán)的軸向截面設(shè)計(jì)為V形結(jié)構(gòu)，V形兩側(cè)設(shè)置有兩個(gè)密封圈17，兩個(gè)密封圈之間注有潤(rùn)滑油，密封圈與居于外側(cè)的渦輪環(huán)固定在一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)渦輪環(huán)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，橡膠材質(zhì)的密封圈在離心力的作用下向外側(cè)渦輪環(huán)發(fā)生變形，從而使其與內(nèi)側(cè)的接觸面分離或部分分離，摩擦阻力減小，當(dāng)渦輪環(huán)低速或靜止時(shí)，密封圈則在彈力的作用下與內(nèi)側(cè)較緊密的接觸，一方面起到油封的作用，防止?jié)櫥屯饬?，另一方面起支撐作用，防止被?rùn)滑的兩個(gè)表面直接接觸和摩擦；渦輪環(huán)的截面設(shè)計(jì)成V形，一方面可以起到軸向固定作用，防止渦輪環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生軸向位移，同時(shí)，潤(rùn)滑油在渦輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)在離心力的作用下向V形油道的尖端聚集，V形油道兩邊的氣壓差會(huì)導(dǎo)致兩邊的液面產(chǎn)生高度差，這個(gè)液面高度差會(huì)平衡兩邊的氣壓差，從而起到氣體密封的作用，防止空氣通道的空氣側(cè)漏。

在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，可以在燃燒腔殼體上設(shè)置有相應(yīng)的機(jī)械裝置，在一定范圍內(nèi)改變?nèi)紵噎h(huán)形噴口的截面積，噴油量大的時(shí)候噴口截面積增大，噴油量小時(shí)，噴口截面積減小，使內(nèi)燃機(jī)在不同的工況下燃燒室內(nèi)都保持較高的壓力，從而保證內(nèi)燃機(jī)在不同的工況下都有較高的熱效率。

本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、飛行器、發(fā)電等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景，為了適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的轉(zhuǎn)速需求，內(nèi)燃機(jī)一般需要與減速機(jī)構(gòu)或變速機(jī)構(gòu)配合適應(yīng)。

應(yīng)用在汽車上，可以增加相應(yīng)的減速或變速機(jī)構(gòu)，并設(shè)置一套空氣壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)可以是活塞式壓縮機(jī)、蝸旋式壓縮機(jī)或是其他類型的壓縮機(jī)，在汽車制動(dòng)時(shí)啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，從而將汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓縮氣體存儲(chǔ)到儲(chǔ)氣罐中供內(nèi)燃機(jī)在需要的時(shí)候使用，實(shí)現(xiàn)剎車能量回收。

當(dāng)內(nèi)燃機(jī)用于汽車、船舶、發(fā)電時(shí)，需要的是扭矩，不需要推力，因此可以在三級(jí)渦輪的外圍增加第四級(jí)渦輪，用以將尾氣中的動(dòng)能進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為扭矩進(jìn)行輸出，一種輸出方式是四級(jí)渦輪通過自己的傳動(dòng)盤和輸出軸，獨(dú)立作為輔助動(dòng)力輸出，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)力輸出和輔助動(dòng)力輸出分別輸出動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)雙動(dòng)力輸出；另一種輸出方式是，通過齒輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)將三級(jí)渦輪和四級(jí)渦輪聯(lián)動(dòng)，將三級(jí)渦輪和四級(jí)渦輪的動(dòng)力在一根動(dòng)力輸出軸上輸出，同時(shí)，可以將齒輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)與齒輪減速機(jī)構(gòu)融合，將動(dòng)力輸出軸的轉(zhuǎn)速降低，便于應(yīng)用。

應(yīng)用在飛行器上，可以增加設(shè)置減速機(jī)構(gòu)和風(fēng)扇，動(dòng)力輸出軸通過減速機(jī)構(gòu)再驅(qū)動(dòng)外圍的風(fēng)扇，其功效等同于現(xiàn)在的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，并有望實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)更高的推重比和熱效率。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。