[发明专利]仿生发动机及其实现方法

说明书

技术领域

本发明属于发动机技术领域，涉及一种仿生发动机及其实现方法。

背景技术

当代发动机种类多，也占领了各个领域，这里只以热效率高的活塞式发动机为例，以汽油机当参照机略述如下：

衡量发动机的优劣，主要是热效率，就是发动机输出的有效功与工质发出的总功之比，汽油机仅有η＝0.22-0.3，实用机随机抽样数据比该值还要低3-5％，对环境影响方面，100KW的发动机，一年内向大气排放CO达600kg，NO达40kg，烟尘占排气量的3-8％。

影响因素：

1.冷却耗能约30％，高者达35.5％，其中循环耗能12-20％.

2.能(利用不到的能量)功耗达40％，这是热力学理论根据当代发动机的结构原理给的定论，因为：

(1)发动机的四个冲程仅膨胀是对外作功，其余3个冲程都是消耗能量。

(2)在膨胀冲程中力的授受不理想，当活塞压缩到上止点时，理论上为点火膨胀开始。而实际上因燃烧膨胀需要时间，所以发动机的设计者就预给予了一个10°-30°的点火提前角，而工况变化引发的振动，燃油的不匹配，地域环境，季节的变化使之所引发的与设计者给定的状态不一定相匹配，使膨胀可能提前，这将产生反压性干扰。或滞后则造成过后燃烧，即使正好在上始点膨胀，这时的机构状态是；活塞销、连杆、曲轴偏心臂连成一直线，膨胀力通过回转中心，无力矩不能作功！此时的高压能量不能利用，当然惯性、飞轮使曲轴越过死点，而力矩随正弦曲线变化，力的授受最理想位置是曲轴偏心臂与水平线成±45°范围处，但为了减少返程的背压力阻抗，使发动机能连续正常运行，设计者不得不将排气门提前40°-80°启开，也就是在最理想的-10°--50°工作的位置启开。工作压力陡速下降输出功停止。这时从排气门流出的乏气温度达1200-1700K，流速达600-720M/S，排量达60-70％。这已达到和超过当今燃气轮机的工况。膨胀功不能有效利用。

3.由于膨胀初期温度达2900K，极易产生NOx，又因氧化剂分布不匀。空气过量(大于标准量)系数ζ＝0.88-0.96。直接造成4％以上的燃料损失，成为CO和烟尘排放污染环境。

4.工质充量(填充量)系数ψ＝0.7-0.9，加上扫气不彻底，机构的复杂，空间利用率低，零件多而精度要求高，随机协调难度大。

5.换气过程，工质温度陡变，流场温度变化频率高，造成气缸套蠕变大，发动机寿命短。

6.对燃料有苛求，受季节地域环境限制，使用范围窄。

7.活塞有效功输出是断续的，即作功的时间利用率不足15％。

追索原因：因四个冲程在一个缸室中完成，各冲程所需特殊要求相互制约干扰，协调机构多，故障点就多。众所周知专业化能达到高效率，专能能找最佳规律，发动机的四个冲程要有各自独立的流场，让工质单向运行，1951年德国汪克尔开创了发动机由往复式改为旋转式，各流场独立，这是一大进步。但是他带来了如以转子的曲面形体与定子的旋轮线形体匹对吻合运行，实质上是一种形而上学的视野观，不以相对论的动态观看问题，从常温常态下看来可行。可它在高温下工作，温度梯度大，相吻合零件线性尺寸差大，膨胀不一，曲面多点吻合，密封难度大，导致流场间串气、失压、失控。不像齿轮啮合，单一节径，同形曲面，相对滑动量少，又有按1/2ⁿ递推原则的正压力，相互有弹性变形来弥补，可是这类形体密封是不可逾越的障碍。燃气轮机虽然也是旋转式工质单向运行，但流场(工质作功或积聚的场所)零部件多而复杂，需要高温耐热合金，制造难度大、噪声大，热效率更低，仅利用了部分动能，工质势能和内能基本上没利用。

以上情况表明，想提高当前发动机的热效率，优化结构的难度相当大，只有脱胎换骨式的根本变革，才有望攻克难点。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是提供一种仿生发动机及其实现方法，该仿生发动机及其实现方法结构独特、热效率高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种仿生发动机，整机包括前后两套双能转子定子副和中间的涡轮副；主轴包括输入轴与输出轴，主轴平行贯通转子定子副与涡轮副中；输入轴上安装有压气轮、用于驱动油泵的凸轮、前后两件能转子、涡轮和同步齿轮，输出轴上安装有对应的一套前后两件能转子、涡轮和同步齿轮，输出轴外伸输出端，输出轴和输入轴通过同步齿轮同步做功；

仿生发动机的机体上设有蓄压器；

双能转子定子副包括能定子和转子；