CN100540864C - 回转引擎 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回转引擎，其系由一具汽轮，一只以上的滑块与支撑杆所组成。其中汽轮外围或两侧设有呈放射螺旋状排列的非倒三角形袋状活塞，具有提高单位能量效益者；滑块对应汽轮形成月眉状，可经由可调式支撑杆改变圆弧滑道与汽轮逆转方向所形成之夹角，俾节省所占空间并改善两者间摩擦力；滑块末端增设动力室用以汇聚燃烧室与冷却室所产生之汽流，进而推动活塞转动汽轮。

Description

回转引擎

技术领域

本发明涉及一种动力机装置，特别是指一种汽轮机的回转引擎。

背景技术

传统引擎除飞机、轮船需要较快速或较大马力配用喷射引擎者外，陆地车辆均广泛使用往复式活塞引擎，于低速时转矩仍属正常，为其独特的优点。喷射引擎由于持续燃烧累积温度高，空气混合比较稳定，燃烧效率佳、体积小、马力大、为其优点，但低速时转矩差为其缺点。往复式引擎通常活塞与汽缸间必须保持适当间隙(Clearance)始能转动，因此必须冷却控制于低温运转以防止热胀冷缩产生应变，其总共热量损耗约占燃料总量的60％，其有效利用率仅约30％，此外间歇性进气系统欲控制空气与燃料混合比例不易，续以燃烧温度低较易产生空气污染，汽缸每次引爆量较大、噪音大、振动大、控制杂、相对结构也重大且坚强，又因爆震关系设限，汽缸内径不宜大于150公分，因此汽油引擎大马力者均采多缸组成，加速性能差，每一、二转加一次混合油气，可能增加的量有限。反观传统各种原动机，诸如马达、水车、涡轮机等、均以简易方法由一股力量沿着圆轮外缘切割线之方向推动产生运转，此为本发明之基础概念。

本发明为中国200410001752.6号发明专利案进一步的改良，该案已于2004年8月4日以CN1517528A号公开。

就引证案所述倒三角形凹穴与燃烧室之作用情况加以探讨，由于汽轮需藉爆炸力直接撞及两者产生推力，但倒三角形凹穴的两斜面较易产生之相反的力矩，形成作用力互相的抵销。

又就引证案所述的滑块，因所需曲率安排的考虑，外形呈三角形状较占空间，但滑块受热胀冷缩产生位移的量很小，如仅为了取得适合弧形滑道与滑轮相互作用的曲率，而增加滑块的厚度实得不偿失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃烧温度高、效率佳、噪音振动少、体积小、马力大、重量轻、成本低、结构简单、故障率低的燃油汽轮机回转引擎。

本发明的另一目的在于提供一种既能节省能源，又能适用多种油料及用途的引擎。

本发明的另一目的在于提供一种汽轮的外围或两侧，设有呈放射螺旋排列且节距相同的非倒三角形袋状活塞，能较充分利用爆炸燃烧后所产生的机械能。

本发明的另一目的在于提供一种外形缩小为月眉形的滑块，其外侧相对于支撑杆的位置形成二组以上的弧形滑道，藉以节省空间。

本发明的另一目的在于提供一种利用冷却水形成的水蒸气，回收注入动力室推动汽轮的装置。

为实现上述目的，本发明针对前案的技术解决方案是：

本发明的回转引擎，它包括一个圆形汽轮和一个与该圆形汽轮外围静态配合一个以上的滑块；所述的汽轮中央固定于一个输出动力的主轴上，汽轮的外围或两侧设有排列节距相同的非倒三角形袋状活塞，其可扩充聚集混合气的容积，当混合气于袋状活塞中爆炸燃烧后，气体沿一定方向，向后方喷射，仿如火箭般，更使施力方趋于集中，此先决条件必须燃烧室保持高压状况，排气时仅小量更换，以维持火焰强烈。

其中放射螺旋状非倒三角形袋状活塞，混合气在袋状活塞中爆炸，气流集中，方向正确，直接推动，正好其所喷出高压气流立即为后续的袋状活塞所吸收，高压气流获得膨胀体积空间，当然会产生推力。

其中滑块之内侧设有进气口、燃烧室及动力室为类似倒三角形凹穴，与汽轮上的袋状活塞相吻合构成类似汽缸体；滑块外形缩小为月眉形，为了取得适合与支撑杆相互作用的曲率，其外侧相对于支撑杆的位置形成二组以上弧形滑道，藉调节支撑杆的位置，改变与汽轮逆转方向构成夹角大小，而汽轮和滑块间之磨擦力大小与夹角大小成反比。

前述的进气口及燃烧室的前端间距均大于袋状活塞的开口长度，以防止活塞跨接进气室及燃烧室或跨出外界范围，避免气体外泄，影响低速转矩者。

兹提供一代表汽油和空气混合气经过燃烧后所产生之化学方程式如下：

C₈H₁₈+12.5O₂→8CO₂+9H₂O

每一莫耳(mole)之CO₂及H₂O在标准状况下(STP)即一大气压力及0℃之环境下两者均会产生22.4公升之气体。

由上述化学方程式可知，废气中水蒸汽含量比二氧化氮多，水蒸汽是一种干净的动力能源，可惜传统引擎冷却水几乎均设定温度在蒸发边缘，据此浪费30％的油料，等同制动作功所耗油料，因此欧、美、日等国均已开发成功一种陶瓷引擎，勿须冷却装置，可节省油料30％，可能仅限于柴油引擎使用，而本发明之引擎可适用于高燃点油料。

本案如使用低燃点油料，可以将用于冷却后形成的水蒸汽注入动力室推动汽轮转动。其使用方法，应用燃烧室产生的高压气体，通过气压信道施加于水箱内金属浮板上，当温度超越设定值，温度控制器令电磁阀开启，水箱因此导通，水流呈喷雾状注入冷却室，吸收热量后形成水蒸汽，再进入动力室推动活塞转动汽轮，直到温度回到设定值，电磁阀才关闭。

通常较稀薄的油雾、空气混合气于常态压力下点火不产生爆炸，因为各油粒间距较疏远，无法相互引燃。依传统引擎将该混合气由汽缸行程压缩至九分之一体积时，各油粒距离推近集中达到可以互相引燃状态下，点火就会产生爆炸，其燃烧方式是由一点传到一线，再到全面，若遇有老旧磨损泄气，造成压降以致油粒间距疏远产生不完全燃烧或中断，甚至无法激活。故须提前5度时间点火，方能发挥最大功能，但本发明燃烧室保持高温高压火焰，任何压缩比的混合气均可立即燃烧产生动力，再者遇有低压缩比时，燃烧室中之高压火焰气流会立即回冲入活塞中，燃烧后产生之高压气流又会回流至燃烧室达到平衡，如此双向交流振荡具有取代压缩混合气之功能，比传统方式静态燃烧更能完全，依照化学原理，气体压力越高反应速度愈快，综合上述理论，本引擎气密度要求不高，不易熄火与故障，此为其独特的进步之处。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的立体示意图；

图1a是本发明支撑杆与支架固定示意图；

图2是本发明汽轮与滑块分解图；

图3是本发明汽轮与滑块密合断面图；

图4是本发明的平面图；

图5、6、7是本发明动作行程的平面图；

图8是本发明完整的断面图；

图9是本发明完整的立体示意图。

图中：

1   汽轮        2   滑块          3   冷却室

10  主轴        13  支架          12  袋状活塞

21  进气口      22  燃烧室        23  火星塞

24  圆弧滑道    25  支撑杆        26  弹簧

27  螺丝        28  动力室        31  电磁阀

30  出口        33  金属浮板      32  水箱

35  螺丝          34  长条孔        37   气压管道

36  冷却水管道    38  雾化喷嘴      251  凸缘

具体实施方式

如图1至9所示，本发明回转引擎是由一只以上的滑块2静态配置于一具圆形汽轮1，其中汽轮1中央固定于一主轴10上，汽轮1周围或两侧设有排列节距相同的非倒三角形袋状活塞12，一只以上的滑块2静态与之保持密合状态。

滑块2呈月眉状，内侧具有类似倒三角形的凹穴，分别形成燃烧室22及动力室28，其开口与汽轮1上的非倒三角形袋状活塞12开口相吻合，当袋状活塞12与燃烧室22及动力室28相遇时，构成类似汽缸体。另滑块2内部设有一侧与动力室28相通的半封闭式冷却室3，外部设有进气口21穿入滑块2内侧。滑块2外侧设有二组以上圆弧滑道24与汽轮1的逆转方向构成夹角，并可利用支撑杆25两端凸缘251上的螺丝35与长条孔34的设置，调整固定于支架13上的位置，藉以支撑圆弧滑道24所承受之反作用力，上述夹角开口端设有螺丝27，弹簧26可调节对滑块2施加小量压力，使其保持与汽轮1的密合，另可防止滑块2沿正转方向滑脱。

燃烧室22设有火星塞23不停点火，持续产生动力，传动最直接，且符合向量力学原理。本发明最主要特征为因应高低气压与热胀冷缩的变化自如，滑块2若施加较高压力则影响转矩产生煞车效应，此为业界盲点。

本发明以圆弧滑道24，由支撑杆25支撑与汽轮1逆转方向构成夹角，热胀时两者间压力增，使摩擦力加大，以致滑块2被汽轮1沿正转方向微量带动松脱夹角后，由反作用力推回夹角重新定位，获得最佳效果。

假如燃烧室22至动力室28之间距离大于袋状活塞12开口长度，则燃烧室22始终保持高压气体，理论上无法产生推力，但可利用此高压、高温火焰冲击袋状活塞12中低压之混合气，获得压缩产生快速反应之特殊效果，袋状活塞12将燃烧后之高压气体送入动力室28产生推力转动，原理上高压气体必须具备可拓展容积空间始能产生推力转动。

高压气体的释放，其体积膨涨速度越快引擎转速愈快，气体压力越高获得转矩愈大。如果上述燃烧室22至动力室28之间距离小于活塞12开口长度，则袋状活塞12有时会跨接两室，燃烧室22获得压降，再次爆炸燃烧，高压气体具快速冲撞空间，两室均能产生推力且作用力比较平衡，上述两种模式权宜，燃烧室22经常保持高压状态，排气仅以小量调节为佳，亦即燃烧室22至动力室28之间距稍微小于袋状活塞12之开口长度为宜。

本引擎使用高燃点燃料毋须冷却装置，可节省油耗约30％。但低燃点者如汽油，它的自燃点只有300℃操控不易，必须装置冷却系统。其可应用燃烧室22之高压气流通过高压管道37施加压力于水箱32内金属浮板33上，当温度超越设定值时，温度感知器(未标示)令电磁阀31开启，水流通过冷却水管道36由雾化喷嘴38注入与动力室22相通的冷却室3，吸收热量变成水蒸汽后，直接进入动力室22推动袋状活塞12转动汽轮1。

本发明的回转引擎必须由外部空气压缩机吸入空气、油气经压缩后，输出高压混合气，由管路供给本引擎使用，亦可选择空气压缩机按能量相匹配，以一对一直接与本引擎结合，惟须另加设激活马达装置。由于燃烧运转均处高温状况，汽轮1与滑块2宜采碳化硅、氧化锆、钻石镀膜、陶瓷材料及耐温耐磨断热材料被覆。至于排气温度较高，产生较多NOX、SO₂、剧毒，必须触媒转换排除，亦可串接一具旋风(Cyclone)内设循环水雾，降低排气温度，同时大量二氧化碳被水雾吸收，成为碳酸液收集排放。

本引擎设定高温燃烧方式，不需要借助于压缩比提升混合气温度，亦不必担忧泄气会熄火，更不用严格考量混合气之浓淡，油粒之间距，宁可让空气多些，获得完全燃烧，本发明非旦改善了传统引擎的所有缺点，而且增加许多优点不胜枚举。

综合上述进行可行性动力分析：激活马达转动时混合气由进气口21注入袋状活塞12中，转进燃烧室22，其高压火焰立即冲击袋状活塞12中，引爆混合气，经燃烧后产生大量高压气流回吐，部份流回燃烧室22中，部份进入后续的袋状活塞12中，三者压力平衡，由袋状活塞12跨接注入动力室28，由于袋状活塞12的转动造成动力室28之空间对外交互开启与关闭，其结果接近排气端高压气流一阵阵的释放逃脱，快速冲撞袋状活塞12的转动。动力室28内气体的压力高低起伏不定，当压力降低时表示气体膨胀必有力矩产生，所有气流行径均为单向不可逆反应，气流必定向正转方向推动。再由燃烧室22分析它一股沿着圆周方向正转的向量(VECTOR)必定大于另一股通过圆心的向量力接近于零，转动方向必定有力量。袋状活塞12中爆炸时会产生直接推力转动，之后袋状活塞12将高压气体带入动力室28时气体开始膨胀，产生力矩直接作用力推动活塞之转动，其反作用力碰及滑块2为静止态折返成为作用力，最后排气出口末端虽然气压较低，但部份残存能量也会产生动力。

Claims (5)

1、一种回转引擎，它包括一个圆形汽轮和与该圆形汽轮外围静态配合的一个以上的滑块，其特征在于：该汽轮外围设有呈放射螺旋状排列节距相同的非倒三角形袋状活塞；该滑块呈月眉状，内侧具有类似倒三角形的凹穴，分别形成燃烧室及动力室，凹穴的开口与汽轮上的非倒三角形袋状活塞开口相吻合，当袋状活塞与燃烧室及动力室相遇时，构成类似汽缸体；另滑块内部设有一侧与动力室相通的半封闭式冷却室，外部设有进气口穿入滑块内侧；该滑块外侧设有二个或二个以上圆弧滑道，滑块被活动夹持在汽轮与支撑杆之间且与汽轮的逆转方向构成圆弧形夹角。

2、根据权利要求1所述的回转引擎，其特征在于：该支撑杆具有可调整位置的装置，藉以改变支撑杆与圆弧滑道上支撑点，汽轮与滑块间所形成之圆弧形夹角大小足以影响两者间的摩擦压力，且压力大小与圆弧形夹角成反比。

3、如权利要求1所述的回转引擎，其特征在于：该滑块内的冷却室藉冷却水管道与水箱连接，水箱藉气压管道与燃烧室连接。

4、如权利要求3所述的回转引擎，其特征在于：该水箱内部具有浮板，与冷却水管道间连接一电磁阀，该电磁阀的启闭受冷却室中温度感知器的指挥。

5、如权利要求1所述的回转引擎，其特征在于：该滑块内的动力室供汇聚水蒸汽与气流作间歇性排放推动活塞产生力矩，以增进转动力。

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