CN101852127A - 连续循环发动机 - Google Patents

Abstract

一种连续循环发动机，由两个或三个泵守尾相连构成整机，当使用两个泵构成整机时，其泵分别为压气机与做功机；当使用三个泵时，在压气机前连接增压器泵；燃烧室被放置在压气机与做功机之间，压气机的流量小于做功机的流量，且每个泵的转子使用输出轴连接；工作时，燃烧室内的气体膨胀压力实现做功机带动压气机转动，从而使压气机持续将可燃混合气压入在燃烧室内实现连续燃烧，构成连续循环发动机。

Description

连续循环发动机

一技术领域

本发明涉及一种连续循环发动机，尤其涉及一种由多个摆线转子泵首尾相连构成的连续循环的发动机。

二背景技术

目前现有的技术中，较成熟的发动机主要为车用的往复活塞式发动机，赛车或部分飞机使用的三角转子发动机，航空用的燃气轮机或导弹用的脉冲爆震发动机及冲压发动机。

在以上发动机中，车用的发动机相对航空用发动机的功率要小得多，但其比航空用发动机要节省燃油。航空用的发动机多为涡轮轴式，其涡轮在转动时无偏心转动，使其震动相对车用发动机要小，而车用发动机不管是往复活塞式或三角转子式其都不同程度的存在震动，其极限转速相对航空用发动机要低，另外其使用的循环方式也不可能达到很高的转速，这就使车用发动机功率要比航空发动机要小的多。另外又因为往复活塞式或三角转子式的汽缸做功形式是气体膨胀的压力推动活塞来产生机械能，而航空用的发动机是将高温高压的气体向后喷射，其主要的动能来源并不是机械能，而是气体向后喷射的反作用力。所以车用的发动机较比航空用发动机能产生更多的机械能，其机械能的能量转化效率较比航空发动机要高。

当某种设备需使用航空发动机那样的大功率，其还要比航空发动机要节省燃油，而且该设备并不需要很大的动能，而是需要很大的机械能。这时如将车用发动机拿来使用，其功率太小。将航空发动机拿来使用，其后方喷射的高温高压气体很容易导致人员及其他设备损伤。

三发明内容

本发明根据以上情况，采用全新的循环方式，设计出一种结构紧凑，部件较少的连续循环发动机，首先考虑到大功率，本发明要采用类似航空发动机的压气机及燃烧室的进气原理；其次考虑到发动机并不需要喷射气体来产生动能，本发明燃烧后的气体还要类似活塞一样采用压力能转化为机械能；最后考虑到发动机中也要采用转子机构，该机构无往复运动，无偏心转动，也无涡扇等构件，所以其循环原理要介于航空发动机与车用发动机之间；综上所述，本发明开创了一种全新的循环方式，即连续循环。

连续循环的原理如下，发动机采用两个或三个摆线转子泵守尾相连来构成整个系统；当由两个摆线转子泵构成整机时，其中一个泵作为压气机来使用，另一个泵作为做功机来使用。其原理为，将压气机连接做功机，压气机的流量要小于做功机的流量，将两个机器的转子使用同轴直接连接或间接的连接，使压气机的转子与做功机的转子相对固定并互相带动。之后将燃烧室置于两个泵之间，并连接压气机泵的出口与做功机泵的入口。当燃烧室内的气体膨胀时，气体在压力的作用下对压气机及做功机同时做功，因为做功机的流量大于压气机的流量，所以作用在做功机正向转动的力要大于压气机反向转动的力，所以在高压气体的作用下，做功机会带动压气机向前转动，使压气机实现将新的可燃气体压入在燃烧室内，进入在燃烧室内的可燃气体遇到持续红热的火花塞点火燃烧，气体膨胀压力同时又对压气机及做功机做功，从而又实现了上述过程，构成连续循环原理；当由三个摆线转子泵构成整机时，将一个流量稍大点的泵放在最守端，使其连接压气机，这样本发明就又多出一个增压器结构，当做功机工作时，其还带动增压器转动，增压器能将更多的气体压入在压气机内使本发明体积增加一点的同时，输出的功率成倍提升。

本发明显著的有益效果是。

1.整机采用转子与定子的结构，且转子是实现摆线转子泵原理，其由转子及其外套构成，以上构件使本发明部件极少，生产容易，使用寿命长。

2.本发明的循环方式是连续循环燃烧，该循环方式使本发明并非像传统发动机那样实现四个冲程，该方式使燃料燃烧速度快，极限转速高。

3.本发明在燃烧室内的火花塞无需使用分电器或点火电路，点火时，只需要火花塞持续红热，温度大于燃料燃点即可。

4.在启动发动机时，与传统的启动方式一样，无需像航空发动机那样比较麻烦，本发明启动较容易。

5.本发明在同等耗油量时其扭矩输出较比航空发动机要高很多，因为其是由高压气体实现泵原理产生机械能，而航空发动机是使用高压气体吹动尾部叶片产生机械能，所以本发明的机械能的能量转化效率较高。

6.本发明较比车用发动机有着很大优势，比如无震动，混合气燃烧充分使其排放尾气污染降低，极限转动高使其功率较大等优点。

7.本发明在工作时，其转子与其外套的滑动摩擦较小，在转子及其外套上都设置轴承，所以本发明摩擦损耗较少，机械效率较高。

8.本发明无气体阀门机构，气进方式类似航空发动机，所以其进气效率较高，从而再一次提高燃烧效率。

9.本发明因其结构特殊所以其较适合应用各种小体积大功率设备，应用于各种恶劣环境，因其结构简单构件较少其维修与换件容易。

四附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1本发明外观示意图

图2本发明剖面示意图

图3上下两个转子泵示意图

图4各种摆线机构示意图

图5摆线转子安装图

图6本发明壳体构件示意图

图7燃烧室壳体示意图

图8本发动机做功原理图

图9添加增压器的发动机做功原理图

图中1.输出轴2.压气机转子3.压气机转子外套4.做功机转子5.做功机转子外套6.压气机盖7.压气机壳体8.燃烧室壳体9.火花塞10.做功机壳体11.做功机盖12.转子外套轴承13.壳体螺栓14.输出轴上外花键15.输出轴下外花键16.压气机转子内花键17.做功机转子内花键18.压气机轴承轴颈19.做功机轴承轴颈20.压气机外套内三角腔21.做功机外套内三角腔22.压气机盖输出轴孔23.做功机盖输出轴孔24.压气机进气口25.做功机排气口26.壳体螺栓孔27.燃烧室壳体输出轴孔28.火花塞孔29.燃烧室进气口30.燃烧室31.燃烧室气道

五具体实施方式

如图1所示为发动机外观示意图，从图中可以了解到本发明的发动机形状是一个圆柱状，输出轴从圆柱的上下两个顶面的非中心点位置探出，用于连接负载设备。发动机的定子是由多个壳体构件拼合排置，由一圈多个壳体螺栓固定，在圆柱上下两个顶面上，设置有发动机的进气口与排气口，在发动机的定子圆柱上设置有本发明的火花塞。

如图2所示为本发明的剖面示意图，图中标示了本发明的几大重要构件，观察示意图可以了解，发动机内部，由上下两个摆线转子泵构成，两个转子泵的转子由一根输出轴(1)进行连接。其中位于上方的泵为压气机泵，由压气机转子(2)、压气机转子外套(3)及压气机壳体(7)构成。其中位于下方的泵为做功机泵，由做功机转子(4)、做功机转子外套(5)及做功机壳体(10)构成，其中压气机泵的流量要小于做功机的流量。此两个泵被放在由定子壳体构成的两个空间内，该定子壳体分别为压气机盖(6)、压气机壳体(7)、燃烧室壳体(8)、做功机壳体(10)、做功机盖(11)。在定子壳体与转子外套之间设置有多个转子外套轴承(12)，其可使转子外套(3)(5)在定子壳体(7)(10)内做无偏心转动，本发明的两个泵由燃烧室壳体(8)来连接，在燃烧室壳体(8)内部设置有一个通道，该通道连接压气机泵与做功机泵，且在通道内设有火花塞，其作用是点燃压气机压进燃烧室的可燃气。另外本发明在输出轴上设置有上下外花键，该花键与转子的内花键相匹配，使输出轴与上下两个转子构件(2)(4)固定并带动它们同时转动。

如图3所示为本发明的上下两个泵的结构图，本发明使用的是摆线式转子泵，因为摆线式转子泵的机械效率相对较高些，所以本发明采用此结构来构成整机，另外也可以采用叶片转子泵、活塞泵或其他泵来构成本发明，跟据本发明的循环原理，只要将两个泵的出口与入口相互连接，其中一个泵的流量小于另一个泵的流量，当将两个泵中的转子使用同轴直接或间接的连接时，都可构成本发明原理实现连续循环原理。图中位于中间的是输出轴(1)在输出轴上设置有上外花键(14)、下外花键(15)；位于左侧的是压气机转子(2)与做功机转子(4)，在两个转子的中心孔内都设置有内花键(16)(17)，该内花键与输出轴上的外花键相匹配，使输出轴可以与上下两个转子构件相固定。因为本发明使用了摆线式转子结构，所以在转子外还套有压气机转子外套(3)与做功机转子外套(5)；在每个外套外部圆周设置有上下两个轴承轴颈，其分别为压气机轴承轴颈(18)，做功机轴承轴颈(19)，在轴颈上放置轴承以使外套可以实现无偏心转动；在每个外套内部都设置有三角形空腔，其分别为压气机外套内三角腔(20)、做功机外套内三角腔(21)，其作用是当椭圆转子安装在三角腔内部时，其边缘刚好相互匹配，当转子与其外套以一定比例转动时，由转子与其外套所间隔出的空间容积发生周期性变化，所以构成泵原理。

如图4所示为本发明的各种摆线机构示意图，本发明采用的是摆线式转子机构构成泵原理，该摆线机构的构成方式为：在一个规则的带有多个角的图形外部，套有比其多一个角的空腔外套，当两个图形以一定比例进行无偏心旋转时，两个图形之间所间隔的空间成封闭状态，且容积发生周期性变化，即构成了摆线式泵的原理。图中a为四角转子的摆线结构，其转子与外套的转速比为5∶4。图中b为三角转子的摆线结构，其转子与外套的转速比为4∶3。图中a为两角转子的摆线结构或称为椭圆转子的摆线结构，其转子与外套的转速比为3∶2。另外也可以采用更多个角的转子及其外套构成本发明中的摆线式转子泵原理。

如图5所示为摆线转子安装图，图中在输出轴(1)的上下两端连接有两个摆线式转子泵，且位于上方的转子泵流量要小于位于下方的转子泵。其构成为，由压气机转子(2)与压气机转子外套(3)构成本发明的摆线式压气机。由做功机转子(4)与做功机转子外套(5)构成本发明的摆线式做功机。在每个外套构件(3)(5)的外径上设置有上下两个轴承(12)，其目的是使外套构件可以在定子腔内做无偏心转动。当两个泵都安装好后，由转子构件，外套构件，及壳体构件可将两个泵分别间隔出多个独立的空间，当输出轴转动时，上述空间的容积发生周期性变化从而是实现泵原理。

如图6所示为本发明壳体构件示意图，本发明的定子是由多个壳体构件并列排置由螺栓固定而成。其构件分别为压气机盖(6)压气机壳体(7)，位于中间的燃烧室壳体(8)，做功机壳体(10)做功机盖(11)。在安装压气机时，将上述的压气机构件放置在由压气机盖(6)、压气机壳体(7)、燃烧室壳体(8)封闭出的空间中。当安装做功机时将上述做功机构件放置在由做功机壳体(10)、做功机盖(11)、燃烧室壳体(8)、封闭的空间中。其中在压气机盖(6)的非中心位置设置有输出轴孔(22)，在做功机盖(11)的非中心位置也设置有输出轴孔(23)，且上下两个输出轴孔(22)(23)是对应的。其可使输出轴(1)穿过并可在定子内进行无偏心转动。在压气机盖(6)上还设置有本发明的压气机进气口(24)，在做功机盖(11)上还设置有本发明的做功机排气口(25)。在每个壳体构件的边缘都设置有壳体螺栓孔(26)，可使壳体螺栓(13)穿过将整机固定。

如图7所示为本发明的燃烧室壳体构件示意图，本发明的燃烧室壳体(8)的作用是起到连接上下两个泵的作用，在燃烧室壳体(8)的上下两个端面，设置有燃烧室入口(29)，燃烧室(30)，及它们之间的连接通道，即燃烧室气道(31)。在燃烧室(30)的内侧设置有火花塞孔(28)在孔内安装本发明的火花塞(9)。在燃烧室壳体端面的非中心位置，还设置有燃烧室壳体输出轴孔(27)，且该孔与壳体上下盖上的输出轴孔(22)(23)可连成一条直线。

如图8所示为本发明的做功原理图。本发明的做功原理为，整机内部安装有上下两个泵，当发动机在工作时，可燃混合气从上方的进气口进入到压气机泵中，在压气机的作用下可燃混合气被压入到位于中间的燃烧室内，气体遇到火花塞进行点火燃烧。高温高压的膨胀气体随后会向两个方式施加压力，第一个方向是做功机泵，第二个方向是压气机泵，该两个力是相反的两个力。因为本发明的做功机的流量大于压气机的流量，所以气体作用在做功机上的压力要大于作用在压气机上的压力，导致做功机在输出轴的作用下带动压气机向前转动，从而实现了压气机将新的可燃混合气压入在燃烧室内，之后燃烧后的气体会通过位于下方的排气口排出。

如图9所示为添加增压器的发动机做功原理图，图中在原有的基础上增加了第三个泵，并将这个泵放在最守位置。在工作时，输出轴带动增压器转动，可燃混合气从增压器泵的进气口进入，因为增压器泵的流量要大于压气机的流量，所以气体会在增压器与压气机之间的储气室内形成高压，之后在输出轴的带动下，压气机的进气口会进入更多的可燃混合气，从而使更多的气体进入到燃烧室内，燃烧室内的气体与火花塞接触燃烧并迅速膨胀推动做功机转动，从而又带动压气机及增压器转动。

当本发明使用三个泵组成时，其可将压气机的流量再减小些，因为本发明添加了增压器，所以进入压气机的气体反而会比使用两个泵组成的整机要多些，又因为压气机流量较小，做功机流量较大，所以做功机输出的扭矩会在原有的基础上大幅度提升，所以当使用三个泵组成整机时，本发明增加较小体积的同时将整机功率成倍增加，构成大功率连续循环发动机。

Claims (10)

1.一种连续循环发动机，由两个或三个泵守尾相连构成整机，当使用两个泵构成整机时，其泵分别为压气机与做功机；当使用三个泵时，在压气机前连接增压器泵；燃烧室被放置在压气机与做功机之间，压气机的流量小于做功机的流量，且每个泵的转子使用输出轴连接；工作时，燃烧室内的气体膨胀压力实现做功机带动压气机转动，从而使压气机持续将可燃混合气压入在燃烧室内实现连续燃烧，构成连续循环发动机。

2.根据权利要求1所述，其特征在于本发明的循环原理为，将压气机出口与做功机的入口连接，将燃烧室置于压气机与做功机之间的气道内，使用输出轴将压气机转子与做功机转子连接，当气体燃烧膨胀时，气体作用在做功机上的压力大于作用在压气机上的压力，从而使做功机带动压气机转动，将可燃混合气持续压入在燃烧室内，实现连续燃烧，构成连续循环原理。

3.根据权利要求1所述，其特征在于本发明可由两个泵或三个泵构成，并且在连接时将前一个泵的出口连接后一个泵的入口；当使用两个泵时，其连接顺序为压气机泵连接做功机泵；当使用三个泵时，其连接顺序为增压器泵连接压气机泵再连接做功机泵。

4.根据权利要求2所述，其特征在于本发明内部的多个泵使用输出轴直接或间接的连接，使多个泵的转子可互相带动；安装泵时，其压气机泵的流量要小于做功机泵的流量，从而使燃烧室内的气体作用在做功机上的力大于作用在压气机上的力，实现做功机带动压气机转动。

5.根据权利要求2所述，其特征在于本发明在压气机泵与做功机泵之间的气道内设置燃烧室；在燃烧室内设置有火花塞，火花塞的工作方式是持续打火或持续高热来点燃可燃混合气。

6.根据权利要求1所述，其特征在于本发明机体内部的泵可使用摆线式转子泵，可使用叶片泵，也可使用活塞泵或其它各类泵构成，只要在选择泵时，压气机泵的流量要小于做功机泵的流量即可实现连续燃烧循环。

7.根据权利要求6所述，其特征在于本发明在使用摆线式转子泵时，转子可使用椭圆转子，三角转子，四角转子或多角转子构成摆线式转子泵；之后使用一根输出轴穿过位于每个转子中心的孔内，转子中心孔内的内花键与输出轴上的外花键相匹配，使得输出轴与转子相固定，从而实现每个泵的转子之间的互相带动。

8.根据权利要求1所述，其特征在于本发明在使用摆线式转子泵时，在转子外还设置有转子外套，外套呈柱状，其内部设置有比转子多一个角的空腔；安装后外套与转子间封闭出的空间即为本发明气体的工作腔，在外套外径上还套有多个轴承实现外套在定子内的无偏心转动；工作时工作腔的容积可周期性变化实现气体的输送与做功。

9.根据权利要求1所述，其特征在于当本发明使用摆线式转子泵时，在壳体上下盖及燃烧室壳体的非中心位置设置有输出轴孔，且该三个孔的连线是一条直线；在孔内可设置轴承，使输出轴穿过并实现无偏心转动。

10.根据权利要求1所述，其特征在于本发明设置的进气口与排气口位于整机的首部与尾部；当使用两个泵构成整机时，进气口设置在压气机盖上，排气口设置在做功机盖上；当使用三个泵构成整机时，进气口设置在增压器盖上，排气口设置在做功机盖上。

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