CN103195559A

CN103195559A - 新型发动机

Info

Publication number: CN103195559A
Application number: CN2012104171804A
Authority: CN
Inventors: 袁丽君
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明涉及一种新型发动机，其结构主要包括：圆形缸体(GT)、转动盘(P)、闪存缸体(SG)、耦合转子(C)、吸空气装置(XM)、喷射装置和点火装置(PF)、排汽装置(PZ)，其中圆形缸体(GT)是一个有圆形空腔的固定缸体，转动盘(P)是一个位于圆形缸体(GT)内的可转动的凸轮体，转动盘(P)的转动轴线与圆形缸体(GT)的圆形空腔的转动轴线重合，转动盘(P)的最大半径外缘与圆形缸体(GT)的缸壁保持接触，并与非接触缸壁之间形成弧形空腔(K)；闪存缸体(SG)是一个有圆形空腔的固定缸体并与圆形缸体(GT)相交，耦合转子(C)位于闪存缸体(SG)的圆形空腔内并至少有两个外缘端与闪存缸体(SG)的缸壁保持接触，将闪存缸体(GT)的圆形空腔分隔成至少两个相同的等分空间。

Description

新型发动机

发明领域：

本发明涉及一种新型发动机。

发明背景：

本发明涉及一种新型发动机，可广泛应用于交通运输行业、工程机械、火车和发电机组、大型轮船、民航客机、极速赛车等国民经济领域。

现有普遍采用的直线往复式活塞发动机，一般是直线往复四冲程工作形式。在四个冲程中只有一个冲程是动力输出状态，其它三个冲程均为动力损耗状态。作为燃烧室产生动力的施压区和作为吸入空气、压缩空气、排出废汽的三个动力损耗的卸压区，都在同一个缸体内交替出现。活塞及其推杆处于不断加速、减速、停止、再加速、减速、停止的间歇性循环中，燃烧介质的燃烧量、燃烧时间，难以做到完美。燃料的能量不能最大限度地转变为发动机的有效功率和输出扭矩。同时当其转速，即活塞的往复频率达到一定限度时，发动机将产生巨大的噪音和强烈的震动，并伴随燃料燃烧效率的降低和动力输出功率的降低。

附图1显示了现有直线往复式活塞发动机的缸内压力值在四个冲程过程中的变化情况。曲线ef为吸入空气，曲线fg为压缩空气，曲线ghi为燃烧做功，曲线ie为排出废汽。在其中的ghi做功冲程中，缸内的压力要分解成活塞推杆的推力F₀，F₀再分解成曲轴的曲柄方向作用力F₂和垂直于曲柄的扭力F₁。只有F₁才是推动曲轴转动并向机构输出动力的扭力。在图1中可见，当缸内压力为最大值时(约3000-5000kpa)。活塞推杆与缸体轴线的夹角很小，分解到的扭力F₁的力值很低。只有交角增大，至F₂的力值为零时，F₁＝F₀。此时的作功效率最大或扭矩输出的功率最高，因此得出图2所示的输出轴旋转一周的扭矩变化曲线l₁。

图1所示的ghi曲线段在靠近燃烧室的上止点前后，缸内压力的瞬时值巨大，这就对缸体的密封性能要求很高，否则将对扭矩产生极不利的影响。

针对上述不足，本发明提供了一种优秀的技术方案，不仅具有往复式活塞发动机的简单可靠、重量轻、体积小的特点，也具有涡轮风扇发动机和燃汽轮机的高转速、高扭矩和大功率，同时可最大限度地将燃烧介质的能量转化为输出功率，其特点将更加节能，更加环保。关于本发明专利叙述中的名词解释：

1.旋转面视图或剖视图：在与转子轴线相垂直的平面上投影或剖切所得的视图。如图3和图5所示。

2.转动轴线：转动体或旋转空间的转动轴线。如图3中的轴线O₁和O₂。

发明内容：

本发明涉及一种新型发动机，其结构主要包括：圆形缸体(GT)、转动盘(P)、闪存缸体(SG)、耦合转子(C)、吸空气装置(XM)、喷射装置和点火装置(PF)、排汽装置(PZ)，所述圆形缸体(GT)是一个有圆形空腔的固定缸体；所述转动盘(P)是一个位于圆形缸体(GT)内的可转动的凸轮体，转动盘(P)的转动轴线与所述圆形缸体(GT)的圆形空腔的转动轴线重合，转动盘(P)的最大半径外缘与圆形缸体(GT)的缸壁保持接触，并与其它非接触缸壁之间形成弧形空腔(K)；

所述闪存缸体(SG)是一个有圆形空腔的固定缸体，在旋转平面内，所述闪存缸体(SG)与所述圆形缸体(GT)相交，使得闪存缸体(SG)的圆形空腔与所述圆形缸体(GT)的圆形空腔相联通，闪存缸体(SG)的缸壁外径圆与转动盘(P)的最小半径圆相切；

所述耦合转子(C)是一个位于闪存缸体(SG)的圆形空腔内的转动体，其转动轴线与所述闪存缸体(SG)的圆形空腔的转动轴线重合，所述耦合转子(C)至少有两个外缘端与闪存缸体(SG)的缸壁保持接触，并将闪存缸体(SG)的圆形空腔分隔成至少两个相同的等分空间；

所述耦合转子(C)与所述转动盘(P)同向转动，在相同时间内，转动盘(P)的旋转圈数是耦合转子(C)旋转圈数的整数倍；

所述转动盘(P)转动时，当转动盘(P)的最大半径外缘与圆形缸体(GT)的缸壁脱离接触进入圆形缸体(GT)与闪存缸体(SG)的相交空间时，耦合转子(C)的外缘端均与闪存缸体(SG)的缸壁保持接触状态；当耦合转子(C)旋转至外缘端与闪存缸体(SG)的缸壁脱离接触进入圆形缸体(GT)与闪存缸体(SG)的相交空间时，则所述耦合转子(C)的外缘端均与转动盘(P)的工作面保持接触，当耦合转子(C)的任何一个外缘端与转动盘(P)的工作面接触时，耦合转子(C)和转动盘(P)将圆形缸体(GT)和闪存缸体(SG)的内部空间分隔成高压区和低压区；

所述耦合转子(C)的外缘端与所述转动盘(P)的工作面相接触的接触线是一条与转动轴线形成夹角的斜线；

所述吸空气装置(XM)位于转动盘(P)最大半径外缘转离圆形缸体(GT)与闪存缸体(SG)的相交空间开始与圆形缸体(GT)的缸壁相接触的位置，所述喷射装置和点火装置(PF)位于闪存缸体(SG)内，所述排汽装置(PZ)位于转动盘(P)最大半径外缘即将转离圆形缸体(GT)的缸壁脱离接触进入圆形缸体(GT)与闪存缸体(SG)的相交空间之前的位置。

本发明所述新型发动机在吸入空气后，转动盘(P)在下一个转动周将空气压缩后，送入闪存缸体(SG)的闪存区，压缩空气在闪存区被喷射装置(PF)喷入燃烧介质，再被闪存缸体(SG)的耦合转子(C)转送到转动盘(P)的下一个转动周进行燃烧膨胀，压缩空气被燃烧介质燃烧膨胀，产生的压力推动转动盘(P)转动，向机构输出动力。

所述耦合转子(C)上装有转子环，所述转动盘(P)上装有盘环。所述转动盘(P)和耦合转子(C)以均匀速度转动时，使得耦合转子(C)与转动盘(P)的工作面保持接触。

本发明所述新型发动机可以由多个共轴圆形缸体(GT)组成，每个圆形缸体(GT)的转动盘(P)和耦合转子(C)形成等分角度，使得每个圆形缸体(GT)的点火时间相互错开，在同一时刻每个圆形缸体(GT)的转动盘(P)处于不同的相互补偿的受力位置。所述转动盘(P)和所述耦合转子(C)由正时齿轮装置联结。

这样设计的新型发动机，转动盘(P)作连续的圆周运动，转动盘(P)所受燃烧介质膨胀所产生的压力直接是输出轴的扭力，同时通过改变调整圆形缸体(GT)、闪存缸体(SG)的外径以及两个缸体的转动轴线中心距等，可以改变压缩比，同时在闪存缸体(SG)内被压缩的空气又有充足的停留时间与燃烧介质混合。图2所示的扭矩曲线l₂，曲线下方的覆盖面积为输出功率，动力输出缸体所承受的最高压力及最高温度都大幅降低，压力范围可以降到2000kpa，整个系统没有曲轴、活塞及其推杆，因此，也无此相关的润滑、支承系统，机构变得简单，其重心大幅降低，无传动死角，在高转速条件下，机构噪音小、震动轻微，工作稳定性好，可靠性高，在同等功率输出条件下，比直线往复式活塞发动机可节约30％以上的燃烧介质。

附图说明：

图1现有直线往复式活塞发动机扭矩图

图2本发明实施例之一与直线往复式活塞发动机对比的扭矩图

图3本发明实施例之一的旋转面剖视图

图4本发明图3所示实施例的工作原理简图

图5本发明另一实施例的旋转面剖视图

图6装有转子环的实施例的局部视图

图7装有盘环的实施例的局部视图

在本发明专利的附图说明中，图示的零部件的结构、尺寸及形状并不代表实际的零部件的结构、尺寸及形状，也不代表零部件之间的实际大小比例关系，图示只是用简明的方式对本发明实施例予以说明。

图3显示了本发明实施例之一的视图，从图中可以看出，其结构包括圆形缸体(GT)、转动盘(P)、闪存缸体(SG)、耦合转子(C)、吸空气装置(XM)、喷射装置和点火装置(PF)、排汽装置(PZ)，其中圆形缸体(GT)是一个有圆形空腔的固定缸体，转动盘(P)是一个位于圆形缸体(GT)内的可转动的凸轮体，转动盘(P)的转动轴线与圆形缸体(GT)的圆形空腔的转动轴线重合，如图示的转动轴线O₁，转动盘(P)的最大半径外缘pq与圆形缸体(GT)的缸壁保持接触，并与其它未接触的缸壁之间形成弧形空腔K。

图3所示的闪存缸体(SG)是一个有圆形空腔的固定缸体，在旋转平面内闪存缸体(SG)与圆形缸体(GT)相交，使得两个缸体的圆形空腔联通，闪存缸体(SG)的缸壁外径圆R₂与转动盘(P)的最小半径圆相切；耦合转子(C)是一个位于闪存缸体(SG)的圆形空腔内的转动体，其转动轴线与闪存缸体(SG)的圆形空腔的转动轴线相重合，如图所示的转动轴线O₂，耦合转子(C)有两个外缘端m、n与闪存缸体(SG)的缸壁保持接触，并将闪存缸体(SG)的圆形空腔分隔成两个相同的等分空间。

耦合转子(C)和转动盘(P)均同向逆时针转动，在相同的时间内，转动盘(P)的旋转圈数是耦合转子(C)的旋转圈数的两倍。

从图3可以看出，当转动盘(P)转动时，转动盘(P)的最大半径外缘pq与圆形缸体(GT)的缸壁脱离接触进入闪存缸体(SG)与圆形缸体(GT)相交的空间时，耦合转子(C)的外缘端m、n均与闪存缸体(SG)的缸壁保持接触状态；当耦合转子(C)旋转至外缘端m或者n与闪存缸体(SG)的缸壁脱离接触进入闪存缸体(SG)与圆形缸体(GT)的相交空间时，则耦合转子(C)的任何一个外缘端与转动盘(P)的工作面接触时，例如图4-1、4-2等所示，耦合转子(C)和转动盘(P)将圆形缸体(GT)和闪存缸体(SG)的内部空间分隔成高压区和低压区两部分。

耦合转子(C)的外缘端m或n与转动盘(P)的工作面相接触的接触线可以与转动轴线O₁和O₂平行，也可以与O₁和O₂形成一个夹角，这类似于一对斜齿轮的接触线，这样的设计使转动盘(P)和耦合转子(C)的转动更加平顺连续，缸体工作更稳定。

图3所示，吸空气装置(XM)位于转动盘(P)外缘接触点pq转离圆形缸体(GT)与闪存缸体(SG)的相交空间开始与圆形缸体(GT)的缸壁相接触的位置；喷射装置和点火装置(PF)位于闪存缸体(SG)内，可对闪存区内的压缩空气进行燃烧介质的喷射处理时间最长的位置，同时又可在压缩空气开始与转动盘(P)的工作面接触的位置进行点火操作；排汽装置(PZ)位于转动盘(P)的外缘接触点pq即将转离圆形缸体(GT)的缸壁与圆形缸体(GT)的缸壁脱离接触进入圆形缸体(GT)与闪存缸体(SG)的相交空间之前的位置。

图4显示了图3所示实施例的工作原理图，图4-1所示，转动盘(P)的最大半径外缘刚转离圆形缸体(GT)与闪存缸体(SG)的相交空间，转动盘(P)与耦合转子(C)将圆形缸体(GT)和闪存缸体(SG)分隔成两个空间

和

空间

开始吸入空气，空间

是上一个转动周吸入的空气，在此时进入压缩阶段，随着耦合转子(C)和转动盘(P)的转动，到了图4-2所示的状态，耦合转子(C)的其中一个外缘与转动盘(P)的最小半径工作面接触，空间

和空间处于等分状态，空间

继续吸入空气，空间

的空气继续被压缩，图4-3所示，转动盘(P)与已经进入了与耦合转子(C)的外缘脱离接触的临界位置，空间

的空气被压缩到最终进入闪存缸体(SG)内的闪存区，而空间

的空气吸入已经接近结束，图4-4所示，转动盘(P)的最大半径外缘端已进入圆形缸体(GT)和闪存缸体(SG)的相交空间，此时耦合转子(C)的两个外缘端均与闪存缸体(SG)的缸壁相接触，空间中的压缩空气随着耦合转子(C)的旋转而逆时针转动，此时的喷射装置和点火装置(PF)处于喷射燃烧介质的状态，图4-5所示，转动盘(P)的最大半径外缘转离圆形缸体(GT)与闪存缸体(SG)的相交空间，耦合转子(C)的另一个外缘端已与转动盘(P)的工作面开始接触，喷射装置和点火装置(PF)点火，此时空间

的压缩空气与燃烧介质的混合物开始进入燃烧膨胀的状态即空间

转动盘(P)受到膨胀推力作用开始向机构输出动力，同时空间

的空气开始进入压缩状态，图4-6显示，随燃烧膨胀继续，空间

不断增大，转动盘(P)继续旋转，空间

继续被压缩，随着转动盘(P)的旋转，空间

的燃烧结束，进入排汽状态，而空间

的压缩空气进入下一周的燃烧膨胀阶段，在此不再依次赘述。

从本实施例的工作过程可以看出，本发明所述的新型发动机的转动盘(P)转动4周为一个工作周期，在一个工作周期内，分别有2次吸空气冲程，2次排汽冲程，2次燃烧膨胀冲程，以及2次压缩冲程，在每一个转动周内有2个不同的冲程同时进行，例如在吸空气时，同时也在进行空气压缩或者排汽，在燃烧膨胀时，同时也在进行空气压缩或者排汽，在一个工作周期的4个转动周，燃烧膨胀在2个转动周进行，这也是本发明的燃烧效率高于现有直线往复式活塞发动机的重要因素。

转动盘(P)的工作曲面是源于耦合转子(C)和转动盘(P)同时同向并以均匀转速转动的情况下，耦合转子(C)的外缘端在转动盘(P)的旋转面上运行的轨迹，因此，在工作时，耦合转子(C)的外缘端与转动盘(P)的工作面保持接触。

图5所示为本发明的另一实施例的旋转面剖视图，其结构组成与图3所示的实施例相同，不同之处是耦合转子(C)有3个外缘端并与转动轴线形成3个等分角度，因此，转动盘(P)每转动3周，相对应的耦合转子(C)转动一周，与图3所示的实施例相比，本实施例耦合转子(C)的转速慢，压缩空气在闪存区停留的时间长，压缩比更高，

图6所示为装有转子环的实施例的局部剖视图，图示的转子环安装在耦合转子(C)的外缘端的凹槽中，转子环与耦合转子(C)之间装有弹簧或者同级磁性排斥装置，以使转子环一直保持与缸体壁面或者转动盘(P)工作面的接触，用以提高压力区的密封性能。

图7所示为安装有盘环的实施例的局部视图，盘环的安装方式、结构、作用与图6所示的转子环相同，在此不再一一赘述。

上述实施例所述的新型发动机，可以由多个相同的圆形缸体(GT)共轴组成，例如由4个共轴缸体组成，每个圆形缸体(GT)的转动盘(P)在同一时刻所处的角度相互错位依次成90°夹角，也就是每个转动盘(P)以及耦合转子(C)所处的角度形成等分角，在同一时刻，每个圆环缸体(GT)的转动盘(P)处于不同的相互补偿的受力位置。

本发明无论是单缸发动机形式，还是多缸组合的发动机形式，转动盘(P)和耦合转子(C)由正时齿轮装置联结，也可以采用其它方式联结，以使转动盘(P)与耦合转子(C)保持匹配运转。

关于喷射装置和点火装置(PF)、排汽装置(PZ)、吸空气装置(XM)、压缩空气输送装置及其压力控制装置、压缩空气输送管路、还有密封装置、润滑系统、燃烧介质的供应系统、冷却系统、起动系统等等，本领域的技术人员均已知晓，并在本领域广泛应用，不再在此一一赘述。

本发明所述的新型发动机，可以采用多种材料制造，例如各种金属材料、高强度合金材料、非金属材料以及陶瓷材料等等。

上述实施例以图示的方式说明了本发明，但是以图示方式说明的上述实施例不是对本发明的限制，本发明由权利要求限定。

Claims

1.本发明涉及一种新型发动机，其结构主要包括：圆形缸体、转动盘、闪存缸体、耦合转子、吸空气装置、喷射装置和点火装置、排汽装置，其特征在于：所述圆形缸体是一个有圆形空腔的固定缸体，所述转动盘是一个位于圆形缸体内的可转动的凸轮体，转动盘的转动轴线与所述圆形空腔的转动轴线重合，转动盘的最大半径外缘与圆形缸体的缸壁保持接触，并与其它非接触缸壁之间形成弧形空腔；

所述闪存缸体是一个有圆形空腔的固定缸体，在旋转平面内，所述闪存缸体与所述圆形缸体相交，使得闪存缸体的圆形空腔与所述圆形缸体的圆形空腔相联通，闪存缸体的缸壁外径圆与转动盘的最小半径圆相切；

所述耦合转子是一个位于闪存缸体的圆形空腔内的转动体，其转动轴线与所述闪存缸体的圆形空腔的转动轴线重合，所述耦合转子至少有两个外缘端与闪存缸体的缸壁保持接触，并将闪存缸体的圆形空腔分隔成至少两个相同的等分空间；

所述耦合转子与所述转动盘同向转动，在相同时间内，转动盘的旋转圈数是耦合转子旋转圈数的整数倍；

所述转动盘转动时，当转动盘的最大半径外缘与圆形缸体的缸壁脱离接触进入圆形缸体与闪存缸体的相交空间时，耦合转子的外缘端均与闪存缸体的缸壁保持接触状态，当耦合转子旋转至外缘端与闪存缸体的缸壁脱离接触进入圆形缸体与闪存缸体的相交空间时，则所述耦合转子外缘端均与转动盘的工作面保持接触，当耦合转子的任何一个外缘端与转动盘的工作面接触时，耦合转子和转动盘将圆形缸体和闪存缸体的内部空间分隔成高压区和低压区。

2.根据权利要求1所述的新型发动机，其特征在于：所述耦合转子的外缘端与所述转动盘的工作面相接触的接触线是一条与转动轴线形成夹角的斜线。

3.根据权利要求1所述的新型发动机，其特征在于：所述吸空气装置位于转动盘最大半径外缘转离圆形缸体与闪存缸体的相交空间开始与圆形缸体的缸壁相接触的位置，所述喷射装置和点火装置位于闪存缸体内，所述排汽装置位于转动盘最大半径外缘即将转离圆形缸体的缸壁脱离接触进入圆形缸体与闪存缸体的相交空间之前的位置。

4.根据权利要求1、2和3所述的新型发动机，其特征在于：所述新型发动机在吸入空气后，转动盘在下一个转动周将空气压后，送入闪存缸体的闪存区，压缩空气在闪存区被喷射装置喷入燃烧介质，再被闪存缸体的耦合转子转送到转动盘的下一个转动周进行燃烧膨胀，压缩空气被燃烧介质燃烧膨胀产生压力推动转动盘转动向机构输出动力。

5.根据权利要求1和2所述的新型发动机，其特征在于：所述耦合转子装有转子环，所述转动盘上装有盘环。

6.根据权利要求1所述的新型发动机，其特征在于：所述转动盘和耦合转子以均匀速度转动时，所述转动盘的工作面使得耦合转子与转动盘的工作面保持接触。

7.根据权利要求1所述的新型发动机，其特征在于：所述新型发动机可以由多个共轴缸体组成，每个缸体的转动盘和耦合转子形成等分角度，使得每个缸体的点火时间相互错开，在同一时刻每个缸体的转动盘处于不同的相互补偿的受力位置。

8.根据权利要求1和7所述的新型发动机，其特征在于：所述转动盘和所述耦合转子由正时齿轮装置联结。