活塞机－废气涡轮机联合做功的内燃机组.pdf

一种能够较充分利用内燃式活塞机排出废气余热、提高效率的内燃机组。在内燃式活塞机排气孔处安装废气涡轮机，将废气涡轮机和内燃式活塞机的轴通过齿轮连接、或使废气涡轮机和内燃式活塞机共用一根曲轴，废气涡轮机和内燃式活塞机对曲轴的驱动方向相同。

1.  一种能够直接利用内燃式活塞机排出废气的余热、提高效率的内燃机组。在内燃式活塞机排气孔处安装废气涡轮机，其特征是：将废气涡轮机和内燃式活塞机产生的功率通过齿轮作用于曲轴，废气涡轮机和内燃式活塞机对曲轴的驱动方向相同。

2.  如1.所述的直接利用内燃式活塞机排出废气的余热提高效率的内燃机组。其特征是：废气涡轮机和内燃式活塞机共用一根曲轴，废气涡轮机和内燃式活塞机对曲轴的驱动方向相同。

活塞机-废气涡轮机联合做功的内燃机组
所属技术领域
本发明涉及一种能够提高效率的内燃机，尤其是利用活塞机所排废气对活塞机废气出口加装的涡轮机做功，将活塞机、涡轮机所做的功直接相加输出的内燃机。
背景技术
目前，公知的利用内燃式活塞机排出废气能量的方法，为在活塞机废气出口加装涡轮机，利用活塞机所排出废气推动涡轮机，涡轮机带动压气机，提高活塞机的进气压力。这是一种间接利用排气能量的方法，排气能量利用率约6％，对提高内燃机功率/升很有效，但对提高有效热效率的作用不是很大，此外还有增加压气机、内燃机活塞压缩终点压力容易过高、汽油机增压困难、机组响应速度慢等问题。
发明内容
为了克服现有内燃机涡轮增压技术的不足，本发明提出一种将活塞机、废气涡轮机所做功直接相加提高内燃机效率的方案。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
将废气涡轮机的轴与内燃活塞机的曲轴通过齿轮相联接，燃气涡轮与内燃活塞机对曲轴的转动方向相同，废气涡轮产生的机械能直接加到内燃机曲轴上向外输出；或使涡轮机与内燃活塞机共用一根曲轴，并使涡轮机与活塞机对曲轴的转动方向相同。于是可提高活塞机-涡轮机组的输出功率和效率，降低单位燃油耗率，这种非增压直接利用燃气能量作功的方法对提高内燃机效率特别有利。当涡轮机与内燃机的轴用齿轮联接或共用一根曲轴时，涡轮的转速为几千rpm，为增压时几万rpm的几分之1，对涡轮设计和提高涡轮利用废气能量的效率都有利；涡轮的功直接加在内燃机曲轴上输出，减少了内燃机-涡轮增压机组中的进气管和增压器，内燃机-涡轮机组比内燃机-涡轮增压机组的响应速度快。据计算，若非增压柴油机排气中能量损失占燃料总能量的25％，其中可作功能量占60％，气缸内平均气压P_E＝0.8Mpa，脉冲排气能量传递效率η_N＝68％，涡轮效率η_T＝77％，则柴油机-涡轮机组比非增压柴油机可多利用0.25·0.6·0.68·0.77＝7.85％燃料能量，若非增压柴油机有效热效率η_E＝36.5％，则柴油机-涡轮机组的η_E＝44.35％，而增压柴油机的η_E比非增压柴油机的η_E仅提高3％左右；汽油机η_E一般为20~30％，排气中能量损失占燃料总能量的30~40％，若排气中能量损失占燃料总能量地30％，其它可作功能量比例、η_N、η_T等都与柴油机的相同，则汽油机-涡轮机组可多利用0.3·0.6·0.68·0.77＝9.42％燃料能量，汽油机-涡轮机组的η_E达到29.42％~39.42％。
本发明的有益效果是，可较充分利用内燃式活塞机出口的废气余热，提高响应速度，简化结构，提高内燃机组效率。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明涡轮机轴和活塞机曲轴通过齿轮联接的原理图；
图2是本发明涡轮机和活塞机共用一根曲轴的实施例。
在图1、2中：1.内燃活塞机进气道，2.内燃活塞机曲柄，3.内燃活塞机排气道，4.涡轮，5.涡轮机排气出口，6.内燃活塞机活塞，7.内燃活塞机气缸，8.内燃活塞机曲轴，9.内燃活塞机曲轴齿轮，10.涡轮机直轴齿轮，11.涡轮机直轴。
具体实施方式：
在图1中，在涡轮机直轴(11)和内燃活塞机曲轴(8)上加装齿轮(10)和(9)，使齿轮(10)和(9)啮合，内燃活塞机曲轴(8)对外输出功率。
在图2中，涡轮机和内燃活塞机共用一根曲轴(8)，涡轮机和内燃活塞机通过曲轴(8)直接对外输出功率。