CN1004567B - 离心喷气内燃机 - Google Patents

Abstract

离心喷气内燃机无活塞，它用离心力进气、压气、爆发和排气，并用高温、高压排气喷射的反作用推动自己旋转。内燃机有独特结构的动力轴和动力盘，轴大段为空心，燃气、冷却水和润滑油经轴空心进入动力盘。动力盘内设置１或多个气缸、阀控进排气管和燃烧室，边缘反冲槽与固定冲击槽相匹配，排气喷射到固定冲击槽反推动盘旋转，并利用冷却水被汽化膨胀增大喷气流。本机具有结构简单效率高，节省金属燃料，体积小重量轻造价低之优点。

Description

离心喷气内燃机

本发明属于无活塞内燃机。

众所周知，现有的活塞式内燃机（如四冲程内燃机JP59-201923，多缸内燃机DE3315383），在活塞和连杆作往复运动时，会产生随运动速度增大的惯性阻力和摩擦阻力，同时，由于金属机体热传导的散热，必要的降温，高温废气的排放等等，都使活塞式内燃机在热能转换方面有过份的热损失。现在，人们仅管采取了许多提高热能利用率的措施，但对效率低的实质问题，尚不能完美的解决，加之活塞式内燃机运转速度与进气之矛盾，在高转带时要增加动力输出也受到限制，总之，以上问题的存在都是因活塞式内燃机的结构所致。离心喷气内燃机以它独特的结构，可以轻而易举地克服活塞式内燃机上存在的上述不足，它将发动机发出的热能转换过程集中由一个动力盘来完成，从而提高了热能利用率。本发明多以离心力和喷气反作用原理来实现其运转的，故称为离心喷气内燃机。

本发明的目的在于克服现有活塞式内燃机的不足，采用独特的离心喷气动力盘结构来集中实现热能高效率转换，并使输出动力可以随转速的提高而增加，同时可以简化结构，减轻重量和缩小体积。

为实现以上目的，本发明有效地利用离心动力盘来实现燃气进气、燃气压缩、燃气爆发和排气，它不用活塞和曲柄连杆，而是在动力盘内设置径向辐射式气缸在与通燃气的动力轴空心连通情况下，利用动力盘旋转离心力造成的负压进燃气，进入气缸的燃气而受离心力作用被压缩，受压燃气经可控旋塞伐进入燃烧室，通过高压电跳火花点火而爆发，产生的高压高温燃烧气经可控旋塞阀从动力盘边缘喷出，以高压热气流喷射到动力盘外固定架的冲击槽而反喷射到动力盘外边缘的反冲槽，由此推动动力盘旋转。当动力盘转速增大时，它的离心力也将增大，随之进气量、压缩比、爆发力和燃烧气喷射力都将随之增大，这就是离心喷气内燃机的输出动力随转速增高而增大的结构原理和工作原理。其次，对因燃烧和高温高压喷气流所造成的金属体的升温，本发明不是单纯用水去冷却降温，而是把水喷射到炽热金属体的表面被汽化膨胀去补助喷气流推动动力盘旋转，这样既起到降温作用又增加了热能利用效率。本发明喷水阀的开、关设计与动力盘内的测温计互为联锁，当所测金属体的温升达到200℃以上时便打开电动放水阀通水冷却，低于200℃时则关闭电动放水阀。为使运动部件减少摩擦而作正常运转，本发明设计有供给润滑油系统去进行可靠润滑。本发明的点火和燃烧室进、排气旋塞阀的开、关的可靠控制，是用火点凸轮和配气盘及扇形传动齿轮来实现有效控制的。本发明汽化器与传统的内燃机相似，不同的是设有防爆孔门，以及进燃气阀与进冷风阀设计互为联锁轮流工作，即动力盘停止工作时要立即通冷风进行冷却循环。

离心喷气内燃机依靠动力盘的离心力和喷气流反作用原理进行运转，没有往复运动的活塞和曲柄连杆的复杂机构，不仅冷却系统简单而且还使冷却吸收的热量得到有效的利用。本发明的热能转换过程能够集中在一个动力盘进行，所以热损失就很小，因而可以大量地节约燃料，提高内燃机的输出功率和效率。由于本发明具有独特的设计结构和工作原理，所以就能够克服现有内燃机和燃气轮机因本身结构所致造成的热能转换效率不高的问题，因此离心喷气内燃机具有很大的现实性、经济性和广泛的适用性。使用本发明将会使现有汽车和轮船的内燃机技术得到本质的改观，可以简化结构，减轻重量缩小体积，降低制造成本，节约燃料和金属材料，并能提高效率和输出动力，从而可以获得很大的经济效益。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明如下：

附图说明：

图1是离心喷气内燃机整体结构剖视总图。

图2是动力盘和冲击架的剖视图。

图3是进气、排气的配气盘平面图。

图4是配气盘、扇形齿轮和旋塞阀转杆的组合结构图。

图5是冲击槽、反冲槽、排气罩与左右壳盖的组合结构图。

图6是密封定环的密封面平面图。

图7是带风扇的密封动环与低压断电器组合结构图。

图8是动力盘侧面风扇叶片分布结构图。

图9是汽化器与左壳盖连接结构图。

离心喷气内燃机，如图1和图2所示，它由动力轴（1）、离心压缩喷气动力盘（2）、冲击架（5）、废气罩（6）、左、右壳盖（12、13）、密封定环（19）、密封动环（20）、配气盘（46）、汽化器（18）、点火系统、冷却系统、润滑系统和支承机架（56）等有机组合而成。动力盘（1）是一根左大段（1-1）为空心，右小段（1-2）为实心的直轴，其中部套上一个圆形金属动力盘（2），并通过环状法兰盘（36）用螺钉相互固定连接，轴的空心分别与汽化器（18）、动力盘气缸（3）相通，冷却水管（16-2）和润滑油总管（17-1）也通过轴空心分别以支管穿过轴空心壁进入动力盘（2）、左、右壳盖轴承（14、15），轴两端以轴承（14、15）转动地支承在左、右壳盖（12、13）上，轴左端与密封动环（20）固定连接，右端与输出动力的皮带轮（44）固定连接，其端面上有手摇发动机的凹槽（45）。动力盘（2）是一个套在动力轴（1）中间的厚形金属圆盘，其动力盘厚度的中间有1或多个瓶状气缸（3）位于盘心到边缘约1/3半径上呈辐射状，顶部瓶口与动力轴空心（1-1）相通，底部瓶底与进气支管（8）连接。进气支管（8）从气缸（3）底沿盘周通燃烧室（4），中部连接一个可控旋塞阀（9）。燃烧室（4）是一个位于进气支管（8）延伸稍斜向盘外缘的圆形小室，进、出口分别与进气支管（8）、排气支管（10）连接，后中部有一小孔接通火花塞（7）。排气支管（10）是一根斜至动力盘（2）边缘的喷气管，其中间连接一个开、关排气的可控旋塞阀（11），起端接燃烧室（4），末端向冲击架的冲击槽（5-1）喷射出燃烧气。旋塞阀（9、11）位于进、排气支管（8、10）中间，其旋塞腰有一个通孔，打开阀时接通进、排气，关阀时截断进、排气，旋塞的密合转动面开有润滑油槽，旋塞大端与带齿轮（38、50）的旋塞转杆（37、49）以万向叉连接。如图4所示，旋塞转杆的端部齿轮（38、50）与一个扇形齿轮（40、53）啮合，扇形齿轮的柄伸出动力盘（2）右侧面，并与进、排气配气盘（46）的凸出圆环接触，以此来控制进气、点火、排气的顺序和时间，扇形齿轮轴（41、54）和旋塞转杆（37、49）上各有一个回位弹簧（39、42）。如图1所示，紧接动力盘右侧活套在动力轴上并固定在右壳盖里面的圆形配气盘（46），其配气盘的凸出圆环的设置数与配气旋塞数量相同，在配气盘周的360度中，大约排气占200度，间歇30度，再进气90度，再间歇20度点火，点火后20度排气，以此重复循环。如图1和图5所示，动力盘（2）的圆周边缘上设计有三段反冲槽（2-1、2-2、2-3），其中段（2-1）与冲击槽（5-1）相对应起主反冲作用，两个边段反冲槽（2-2、2-3）起扩张反冲作用，并可以降低排气温度，提高热能转换效率。冲击架（5）呈圆环形状，其两侧面与左、右壳盖（12、13）固定连接，内面中部的凹形槽是波状形冲击槽（5-1），并与动力盘的反冲槽的形状相对应（如图2和图5所示），冲击架（5）与动力盘（2）之间形成曲折环形排气通道，排气由此通过冲击架两端部的排气孔（5-2）进入废气罩（6）。废气罩（6）是一个带有两个出气管口的半圆形环形罩，位于冲击架（5）的外圆周，底面两侧边分别与左、右壳盖（12、13）固定连接。左、右壳盖（12、13）互为对称，呈蝶形帽状，其顶中部的轴承孔（12-1、13-1）与支承动力轴（1）两端的轴承（14、15）静配合，轴承孔的外部通过弹性垫片固定在支承机架（56）上，左、右壳盖的内边缘与运力盘（2）两顶部侧面保持一定间隙，为防止排气流出在动力盘两侧面靠边缘部设计有排风叶片（2-4）以顶住排气流出。如图6所示，密封定环（19）与汽化器（18）的下弯管口固定连接，右端面上开有一个冷却水圆形槽（19-，冷却水管（16-1）连接，并与密封动环（20）上的冷却水管（16-2）的进口相对应，环上开有一个润滑油孔（19-2）与油池（30）相通。如图1和图7所示，密封动环（20）是带短筒的环状体，其右侧圆形短筒与动力轴（1）左外端固定连接，内圆孔设计有一个十字排风扇（20-1），风扇中心孔与润滑油管（17）滑动连接，外圆凸出部有一个断电搭铁触点，左边有绝缘体用以控制断电器（27）断电产生高压点火，环形体下部有一个进水孔（20-2）。如图1和图2所示，点火系统由断电器（27）、跳火塞（28）、火花塞（7）和变压器输出的低压电线和高压电线组成，其断电器（27）装在左壳盖（12）外端部上，低压电碳质触点（27-1）与绝缘支架（27-2）绝缘，断电器有一个断电回位弹簧（27-3），由此碳质触点（27-1）、密封动环（20）的搭铁触点（20-3）和变压器的低压电线构成低压断电线路。跳火塞（28）设计放在左壳盖上，其中央电极（28-1）与变压器来的高压电线（48）连接，在点火时最接近动力盘内燃烧室（4）上火花塞（7）的中央电极（7-1），燃料系由汽化器（18）、空气滤清器（23）和电动油泵（22）、输燃油管（21）、浮子室（24）、燃料箱组成。如图1和图9所示，在汽化器下弯管的两外侧各有两个滑槽块，它与固定在左壳盖上的导轨（12-2）滑动配合，通过压缩弹簧（51）使连接于汽化器上的密封定环（19）与左壳盖上的密封动环（20）保持动密封连接。汽化器的供燃气阀门（25）与供冷风阀门（26）设计互为联锁，即前者打开后者关闭，相反前者关闭后者打开，汽化器弯管部的背面有一个防爆门（29），此门让因不正常的爆炸时产生的膨胀气体从此冲出，并在防爆门外装置有防爆断电开关与点火低压线路串联。本发明设计有简单而完整的冷却系统和润滑系统。如图1所示，冷却系统由水箱（33）出水管（16）、电控放水阀（32）、连接在密封定环（19）上的供水管（16-1）、通过动力轴空心进入动力盘的冷却水管（16-2）、接在冷却水管（16-2）上的单向阀（34）和冷却水喷射出口管（16-3）组成，其电控放水阀（32）与放在冲击架中的热电偶温度计（35）互为联锁，当金属体升温超过200℃时打开电控阀供水冷却，低于200℃时则关闭电控放水阀停止供水冷却。润滑系统是由有压紧弹簧的供润滑油管（17）、该油管通过汽化器弯管端的密封定环（19）内孔与密封动环十字排风扇（20-1）的中心孔滑动连接，并接通动力轴空心内的润滑油总管（17-1），从总管（17-1）引到左、右壳盖上的轴承（14、15）和进、排气阀装置室（55）的润滑油支管（17-2、17-3、17-4），以及轴承排油管（17-5、17-6）、进、排气阀装置室挡油盘（52）、集油盆（47）及放油管（17-7）和润滑油箱（43）等有机组成简单而完整的供、排油润滑循环系统。

以上是离心喷气内燃机的一种实施例总体设计结构和工作控制原理说明，本发明不受这个实施例的限制，利用本发明的结构设计原理工作原理，还可以设计出多种变体的离心喷气内燃机实施例，比如动力盘（2）内可以设计1个或多个内燃系统等等。

Claims (17)

1、一种离心喷气内燃机，它由动力轴（1）、冲击架（5）、废气罩（6）、左壳盖（12）、右壳盖（13）、汽化器（18）、点火系统、冷劫系统、润滑系统和支承机架（56）组成，其特征在于还有一个内盘有离心压缩气缸（3）与动力轴空心（1-1）直通、中盘有燃烧室（4）和受配气盘（46）控制的燃气进气及燃烧气排气旋塞阀（9、11）、边盘有燃烧气喷气口和提高热能转换率的三段波状及冲槽（2-1、2-2、2-3）以及冷水喷射出口管（16-3）向燃烧和高温喷气流引起的炽热金属体喷水降温并被汽化补助喷气流的离心压缩喷气动力盘（2），一个控制进燃气、排燃烧气旋塞阀（9、11）并使燃烧室（4）按时进排气的配气盘（46），一个与密封动环（20）转动密封连接并接通混合燃气出口、连接冷水总管（16-1）的密封定环（19），一个与密封定环（19）转动接触并接通润滑油总管（17）、混合燃气、冷水管（16-1）到动力轴空心（1-1）的密封动环（20），动力轴（1）的空心（1-1）内有通过密封动环（20）引入的混合燃气、冷水管（16-2）、润滑油管（17-1）分别以出口、支管（16-3、17-2、17-3、17-4）引到动力盘燃烧气喷气口部（2-1）、动力轴的轴承（14、15）和排气阀装置（55），冲击架（5）与动力盘（2）之间形成曲折环形排气通道并使三段圆形波状冲击槽（5-1）与动力盘波状反冲槽（2-1、2-2、2-3）相对置，废气罩（6）位于冲击架（5）的外圆有利于喷气排气，冷却系统有向炽热金属体喷水的冷水喷射出口管（16-3），有配合实用可靠的汽化、点火和润滑系统，以及上述零件和系统等有机组合而成为一个效率高输出动力大节约燃料和结构简单造价低的离心压缩喷气内燃机。

2、如权利要求1所述的内燃机，它的动力轴（1）是一根左空心右实心的直轴，轴两端通过轴承（14、15）转动支承在左、右壳盖（12、13）上，右端轴上与输出动力的皮带轮（44）固定连接，其特征在于中部套有一个离心压缩喷气动力盘（2）并用法兰盘（36）固定在动力轴（1）上，动力轴空心（1-1）与汽化器（18）、离心压缩气缸（3）直通，左端与密封动环（20）固定连接，通过密封动环进入冷却水管（16-2）、润滑油管（17-1）并以支管穿过空心轴壁分别进入离心压缩喷气动力盘（2）和左、右壳盖轴承（14、15），右端面上有摇发动机的凹槽（45）。

3、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于离心压缩喷气动力盘（2）是由一个带反冲槽的厚形金属盘和1个或多个瓶状气缸（3）、进排气支管（8、10）、进排气旋塞阀（9、11）、带齿轮（38、50）的万向叉旋塞转杆（37、49）、带轴的扇形齿轮（40、53）、火花塞（7）、冷却水管（16-3）及单向伐（34）等有机组合而成为一个进气压气点火爆发和喷射排气推动自身旋转的动力盘。

4、如权利要求1或3所述的内燃机，其特征在于瓶状气缸（3）位于盘心到边缘的1/3半径上呈辐射状，瓶口与动力轴空心（1-1）相通，瓶底与进气支管（8）相通。

5、如权利要求1或3所述的内燃机，其特征在于旋塞阀（9、11）的旋塞腰有一个通气的通孔，其旋塞大头有万向叉与带齿轮（38、50）的旋塞转杆（37、49）的万向叉连接。

6、如权利要求1或3所述的内燃机，其特征在于扇形齿轮（40、53）的扇形齿与旋塞转杆齿轮（38、50）啮合，其扇柄伸出动力盘右侧面外与配气盘（46）的配气凸出圆环接触。

7、如权利要求1或3所述的内燃机，其特征在于旋塞转杆（37、49）和扇形齿轮轴（41、54）上固定有回位弹簧（39、42）。

8、如权利要求1或3所述的内燃机，其特征在于动力盘的外边缘带有三段圆形反冲槽（2-1、2-2、2-3），其反冲槽（2-1）的位置和形状与冲击架的冲击槽（5-1）相对应。

9、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于冲击架（5）是一个圆形环状体，其两侧面与左、右壳盖（12、13）固定连接，内面中部的凹形槽是波状形冲击槽（5-1），两边部有排气孔（5-2）与废气罩（6）相通。

10、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于废气罩（6）是一个带有1个或2个出气管口的半圆形环形罩，它位于冲击架（5）的外圆周，并与架的排气孔（5-2）相通，底面两侧边分别与左、右壳盖（12、13）固定连接。

11、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于左、右壳盖（12、13）是一对对称呈蝶形帽状的支承密封端盖，其顶中部内轴承孔（12-1、13-1）与支承动力轴两端的轴承（14、15）静配合，在轴承孔的外下部通过弹性垫片把左、右壳盖固定在支承机架（56）上。

12、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于配气盘（46）是一个活套在动力轴（1）上并固定于右壳盖内面上的圆形金属盘，其盘上有凸出的圆环，圆环的数与进排气旋塞阀相同，圆形金属盘周360度中，大约排气占200度，间歇30度，再进气90度，再间歇20度点火，点火后20度排气。

13、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于点火系统是由断电器（27）、跳火塞（28）、火花塞（7）和变压器输出的低压电线和高压电线等有机组成。

14、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于冷却系统是由水箱（33）、出水管（16）、电控放水阀（32）、冷却水管（16-1、16-2）单向阀（34）、冷却水喷射出口管（16-3）、汽化器上的冷风门和动力盘上的固定通风道等有机组成。

15、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于润滑系统是由带压紧弹簧的供油管（17）、润滑油总管（17-1）、从总管引出的支管（17-2、17-3、17-4）、排油管（17-5、17-6、17-7）、挡油盘（52）、集油盆（47）和贮油箱（43）等有机组合而成为一个完整的润滑系统

16、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于密封定环（19）与汽化器（18）的下弯管口固定连接，右端面上开有一个冷却水圆形槽（19-1）与冷却水管（16-1）连接，并与密封动环（20）的冷却水管（16-2）的进口相对应，环上开有一个润滑油孔（19-2）与油池（30）相通。

17、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于密封动环（20）是一个带短筒的环状体，其右侧圆形短筒与动力轴（1）左外端固定连接，内圆孔设有一个十字排风扇（20-1），风扇中心孔与润滑油管（17）滑动连接，外圆凸出部有一个断电搭铁触点（20-3），左边有控制断电器（27）断电产生高压点火的绝缘体，环形体下部有一个进水孔（20-2）。

Images