CN103518035A - 三冲程、六冲程火箭喷气发动机 - Google Patents

三冲程、六冲程火箭喷气发动机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种发动机/泵,包括:具有气缸空间的壳体(1);在气缸空间内能够进行匀速正圆旋转的、由一个或两个以上的活塞(4)、环形盘(5)和输出盘(3)所构成的输出轴单元(2);相对于活塞(4)的旋转能够以恒定的转速比进行匀速正圆旋转的转子(7);转子导向部(8),其中心与输出轴单元(2)一致并且作为所述气缸的内侧,具有与转子(7)之间的凹面接触保持部以及与活塞(4)之间的面接触外周面,并支承进行匀速正圆旋转的所述输出轴单元(2)的中心以及转子(7);使活塞(4)进行动作的驱动单元,在壳体(1)的气缸的内周壁面的一部分上,具有与转子(7)的一部分外周面进行面接触的密封用的切口部(14)。

Description

三冲程、六冲程火箭喷气发动机
技术领域
虽然21世纪也很快过去了十年,但除了火箭发动机以外,所有的发动机基本上现在都是四冲程(进气、压缩、燃烧、排气)以下的燃烧系统,在上述燃烧系统中还有不能解决的诸多问题,已认识到除了喷气发动机以外,通过发动机外后处理装置不断地使(完全燃烧=无害化)飞跃是有极限的,期望有应对这种诸多问题的突破性技术。不能后处理的喷气发动机的状况,今后当然会变得更严重,已经有要放弃的观点,各国政府和媒体报道似乎也避开其严重性。一台大型喷气式客机的燃料费减半相当于多少台环保汽车的燃料费节约。
私家车平均1年行驶12000公里,假设每升行驶10公里,一年就消耗1200L。大型喷气式客机在东京与洛杉矶之间飞行一次就要消耗其100倍。
而且,在空转时还继续消耗最高效率(巡航时)的60%。
因此出现的是,不需要发动机外后处理装置的喷气发动机系统,也是相对于现在发动机的(进气、压缩、燃烧、排气)四个冲程,通过(增量、定量、减量)的匀速正圆旋转三冲程的所谓(进气、完全气化、压缩)*(燃烧、完全燃烧=无害化、排气)的、以高气密式《三冲程及六冲程系统》为基础原理,并模仿彩虹在七个方面进行展开的、气缸内的可调节的压力从活塞以直角直接作用于输出轴并赋予旋转力的、各种21世纪型的内燃机型的火箭喷气发动机。
尤其是喷气发动机的净化,除了该发动机系统以外没有其他方法。
本发明是将航天飞机用(HH+O)液体燃料作成(HHO)高压、低压气体方式,可消除爆炸燃烧的危险,并且通过火箭发动机以及大型喷气式客机等用的喷气发动机的小型化、简化、降低性能提高版(高速抑制、低速性能提高型),将可以说是飞机专用的高性能发动机用于陆地,而将廉价、安全、高性能、无公害、低公害、省油的发动机用于一般大众的生活。
详细地说,本发明涉及速度容量型(speed volume)、匀速正圆旋转式内燃机型、各种三冲程、六冲程火箭喷气发动机及泵,其与喷气发动机相同,仅通过匀速正圆旋转进行工作,并且在超低速旋转下也没有压力泄漏,不会浪费燃烧气体压力等而作用于活塞,能发挥高转矩来做功,从而具有高气密式压力边界、高速及超低速极限性能和优良的安静性及省油性能。
背景技术
一直以来,在铁路、船舶、汽车、飞机、发电机等中,多种多样的发动机被大量采用在除了宇宙以外的领域中。
例如,负载性能方面最优良的用于飞机的超高转速/超高输出喷气发动机、与大型且重但是热效率优良的超大型船舶用超低转速/超高转矩的超长冲程柴油发动机是对立的。二者都要求依赖于更高效率的超省油、超低公害化。但是,至今开发出的发动机因结构更复杂、追加部件而导致成本升高,即使某特性优良但其他性能差的情况较多,现状是总体上不存在综合性能优良的发动机。
那么未来看好的是,例如在世界性的开创21世纪未来的设计竞赛中荣获发明最高奖的、被认为是容量型的空冷星型发动机的再生即往复式发动机的21世纪型MYT发动机(Mighty Engine),其仅通过最小的四个活塞、以及随之运动的运动部件即16个必要部件,而具有相当复杂的工作机构和动作。MYT发动机虽然在实现压缩的确保、活塞的正圆旋转的方面是优良的,但其动作是包括停止的变速正圆旋转,不能进行匀速正圆旋转。MYT发动机的奇数组和偶数组的活塞虽然不会往复运动,但反复交替地进行停、动、停、动…。这样,消除转矩则动,消除则反复动,既浪费,耐久性和效率也恶化,难以说是理想的。另外,MYT发动机适合小型~中型,在某种程度上其用途受到限制,致命的是不会处于与原始的空冷星型发动机相同的适用范围。
除此以外,还提出了各种的变异转子发动机,但作为容量型,任一个都不能确立完全的压缩要件,作为速度型,不能使匀速正圆旋转和连续燃烧都成立,同时也不能满足任意的理想条件。
于是,在现有技术中,会引起压缩泄漏或高压气体泄漏等,也不能进行匀速正圆旋转。因此,期待开发出在简化的同时、能够谋求新的可能性并具有多种特性的发动机。
日本政府向世界发出宣言,到2020年为止与1990年相比削减25%的CO2,政府以及产业界也在现有技术的改良型、极限追求型和乏味生活中寻求突破,但在目前方向的技术革新中,人们认为是不可能实现的。大量使用稀有金属的强力马达或电池、用于废气净化的贵金属的使用被认为是浪费昂贵资源。
因此,通过与来自现有技术的性能进行比较,从过去的经验中可知的、足以引发革命成功的效率、性能即使最低也要达到4~5倍,要引发大革命,就需要以10倍以上为目标的具有可能性的基本原理作为基础进行替换。
发明内容
因此,本发明的目的是,提供速度容量型、匀速正圆旋转式内燃机型、各种三冲程、六冲程火箭喷气发动机及泵,其与喷气发动机相同,仅通过匀速正圆旋转,而没有压力泄漏,并且被活塞调节的压力全部成为转矩并做功,具有优良的超高速及超低速极限性能以及安静性及省油性能。
本发明人反复进行了如下的研究:有效利用与喷气发动机相同的、仅通过匀速正圆旋转的往复式发动机、转子发动机、蒸气机或电动马达的优点,可实现尽可能的简化、简单化。
而且,为提供具有现在的往复式发动机的至少5倍以上的效率、性能的发动机系统,对于已被认为达到发展极限的喷气发动机以及往复式发动机的后续发动机,进行了更认真的研究。
其结果是得到如下的见解:具有仅通过基本的车床和铣削加工就能制造的特征,作为结构部件当然使用了正圆形或包括该正圆形形状的部件,并由特定结构所构成的发动机/泵(根据需要可以包括除此以外的形状或方形的部件)可以达到上述目的。
本发明是基于上述见解而完成的,并提供具有以下特征的发明。
1.一种发动机/泵,其特征在于,至少包括:
具有气缸空间的壳体(A);
输出轴单元(B),其在所述气缸空间内能够进行匀速正圆旋转,并由一个或两个以上的活塞、环形盘和输出盘所构成;
转子(C),其相对于所述活塞的旋转能够以恒定的转速比进行匀速正圆旋转;
转子导向部(D),其中心与所述输出轴单元(B)一致并且作为所述气缸的内侧,具有与所述转子(C)之间的凹面接触保持部以及与所述活塞之间的面接触外周面,并支承进行匀速正圆旋转的所述输出轴单元(B)的中心以及所述转子(C);
驱动单元(E),其使所述活塞进行动作,
在所述壳体(A)的气缸的内周壁面的一部分上,具有与所述转子(C)的一部分外周面进行面接触的密封用的切口部,
所述输出轴单元(B)的活塞的结构为,其外周面与所述气缸的内周壁面进行面接触的同时还进行匀速正圆旋转,
所述转子(C)具有:在其旋转时用于收纳所述活塞的活塞收纳部,所述活塞收纳部的前端保持与所述活塞行进方向的前后面因线接触产生的压力边界,同时将所述活塞输送到所述气缸的另一侧。
2.如上述1所述的发动机/泵,所述壳体(A)中的气缸空间是以所述转子导向部(D)为中心而成为大致圆环状。
3.如上述1或2所述的发动机/泵,所述输出轴单元(B)是将一个或两个以上的所述活塞、所述环形盘以及所述输出盘进行一体化而成的。
4.如上述1~3中任一项所述的发动机/泵,具有偶数个所述活塞,其中的一对活塞被设置在自所述各盘的中心对置的位置上。
5.如上述1~4中任一项所述的发动机/泵,所述壳体(A)由主体部和侧部构成,所述主体部包括:在中心部能够使所述输出轴单元的轴部伸出的通孔。
6.如上述5所述的发动机/泵,所述壳体(A)的主体部具有主体设置用的基台部,在所述基台内部形成有空间,在所述空间内安装有作为所述驱动单元的系统单元。
7.如上述1~6中任一项所述的发动机/泵,所述转子导向部(D)除了具有与所述转子(C)之间的凹面接触保持部以外,其外周面还具有保持分别与活塞内径面、环形盘内径面、环形盘外侧面进行面接触的三个阶段的外周、侧面,并被所述壳体(A)固定。
8.如上述1~7中任一项所述的发动机/泵,所述驱动单元(E)是,在从所述转子(C)与所述气缸壁面进行面接触的边界部位而没有超过所述活塞外周面的长度范围的位置上所设的系统单元。
9.如上述1~8中任一项所述的发动机/泵,其被用于为了单独或适当组合而完成的、并由(增量、定量、减量)的匀速正圆旋转三冲程系统、以及(进气、完全气化、压缩)*(燃烧、完全燃烧=无害化、排气)的六冲程系统所构成的速度容量型、匀速正圆旋转式内燃机型、各种三冲程及六冲程发动机系统中。
10.如上述1~8中任一项所述的发动机/泵,其被用于所述活塞为一个、或者所述转子为两个的四冲程发动机系统中。
11.如上述1~8中任一项所述的发动机/泵,其被用于火箭燃烧式喷气燃烧式内燃机、或者内燃机型、火箭喷气发动机中。
12.一种发动机系统,其特征在于,其至少包括上述1~11中任一项所述的发动机/泵。
即、本发明或本发明的优选实施方式具有以下的特征。
(1)一种与现在的喷气发动机相同,仅通过匀速正圆旋转进行工作的内燃机型火箭喷气发动机。
(2)具有压力边界,发动机内部的、除了转子前端的线接触部以外所有的压力边界都由面接触构成,压力不会泄漏到发动机外部。
(3)作用于活塞的力始终以直角作用于输出轴,由于从超低速旋转中产生高转矩,因而不需要重量大的驱动装置等。
(4)基本上没有进行往复运动或复杂动作的部件等,构造和动作都简单,两个运动部件仅一起进行匀速正圆旋转。
(5)燃烧效率、机械效率高,即使使用化石类燃料,引起公害的问题也极少。
(6)在现在的四冲程循环(以下省略冲程,称之为“循环”)往复式发动机中,仅有(增量或减量)冲程,将1=进气、2=压缩的两个冲程作成旋转一周,并将3=爆炸、4=排气的两个冲程作成旋转一周,共计四冲程作成旋转两周,由此完成四循环,旋转两周进行一次的二循环式,就成为每旋转一周进行一次的输出冲程。
对此,本发明的四循环发动机是通过1个活塞每旋转四周进行一次的输出冲程,其特征是超长冲程,并被认为对于完全燃烧=无害化的对策很有利。另外,本发明是通过2个转子每旋转一周进行一次的输出冲程的内燃机型喷气发动机。
(7)除了本发明的四循环以外,具有2个活塞的这些发动机是,在增量和减量冲程的中间具有(定量冲程)的匀速正圆旋转式内燃机型、三冲程火箭式发动机、以及输出轴每旋转一周进行所谓的进气、(完全气化)、压缩*爆炸、(完全燃烧=无害化)、排气的全六冲程的内燃机型六冲程式完全燃烧喷气发动机。
(8)其中的1/3循环开放型压力发动机是指,仅其增量冲程的1冲程成为输出冲程,具有每旋转半周进行1次的增量输出冲程,输出轴每旋转一周就反复进行两次的六冲程内的后半的燃烧侧三冲程,从而完成六循环的量。也就是说,其是具有输出轴每旋转一周进行两次的增量输出冲程的内燃机型、外压式压力发动机。
(9)同样,2/3循环密闭型内爆发动机(implosion engine)是指,增量冲程及减量冲程的2/3冲程为输出冲程,并且是HHO爆炸燃烧、真空、收缩型,分别每旋转半周而输出两次的增量、减量。也就是说,其是每旋转一周输出四次的内燃机型、火箭燃烧式内爆火箭发动机。
(10)同样,2/3循环密闭型温差发动机(热膨胀、定量、收缩)是指,增量冲程及减量冲程的2/3冲程为输出冲程,每旋转半周输出两次。也就是说,其是每旋转一周输出四次的内燃机型、外燃式温差发动机。
(11)同样,2/3循环密闭型HHO内爆压发动机是指,输出如下的(1)、(2)和(3)冲程的2/3循环,所述(1)是HHO喷射点火爆炸(燃烧)的膨胀输出增量冲程;所述(2)是真空缓冲定量冲程;所述(3)是真空吸引输出减量冲程、低压燃料喷射、压缩冲程。也就是说,其是每旋转一周输出四次的内燃机型火箭燃烧式内爆压火箭发动机。
(12)同样,1/6循环开放型完全燃烧发动机是指,不用外带或附加两个追加冲程、(完全气化冲程)及(完全燃烧=无害化冲程),而加入到四循环内就能完成的发动机,所述两个追加冲程用于解决在现在的四循环中无法解决的各种问题。
这是仅1/6的增量冲程为输出冲程,并且是每旋转一周输出一次的内燃机型、六冲程式完全燃烧喷气发动机,作为广泛的各种设备的发动机,能够安全、廉价地提供无公害、低公害、高效率的发动机。
以上就是仅使用了喷气发动机的相当于燃烧侧的气缸、并以小型轻量化、简单简化作为优选的实施方式。
(13)同样,2/6循环开放型连续完全燃烧发动机是指,作为双气缸,直接采用本来分成压缩侧和燃烧侧的喷气发动机的机构,并将分别具有的多个涡轮叶片替换成各两个的活塞,由此进行连续压缩、连续燃烧,具有每旋转一周进行两次的输出冲程,其是从超低速到超高速性能都优良的超简单的21世纪型内燃机型、双三冲程独立式连续完全燃烧喷气发动机。
该型原本是基本的,能够用于所有类型。
发明的效果
根据本发明,由于压力边界利用面接触,因而能够确保完全的压缩,由此,不会产生压缩泄漏或高压气体泄漏等。因此,该发动机系统能够使只能在超高转速工作的喷气发动机的转速降低到三位数(1/1000),当然是省油、低噪音的发动机系统。
如果说明燃料费削减到何种程度,则在空转时,可削减99.9%的燃料费,现在的喷气发动机的转速增加2倍左右就超过最高效率燃料费区域,对此,在本发明中,转速增加10倍可削减99%的燃料费,增加100倍可削减9.9%的燃料费,即使增加到1000倍,也仅仅与现在的喷气发动机在空转时的燃料费相等。
另外,与现在的往复式发动机相比,在空转时可削减90%的燃料费,即使增加10倍的极限转速时,也相当于空转的燃料费并可削减90%的燃料费,现在的往复式发动机虽然不能进一步提高转速,但在具有5倍效率性能的本发明的发动机中,通过增加20%的燃料费,就能进一步达到其增加10倍的转速区域,并且,其10倍是在喷气发动机的空转区域,但没有任何不稳定就能达到的通常转速区域。
另外,当然也不用消除惯性,转矩完全没有浪费,全部都成为有效的旋转运动力,高转矩、高输出以与发动机的尺寸成正比例的方式直接增大。
因此,通过设定从超小型到超大型的精细的尺寸,能够根据所要求的输出、转矩简单地进行选择。
根据本发明,第一的压力发动机,准确地说是速度容量型、匀速正圆旋转式内燃机型(以下简称为(SB/CVC/IE型))、外压式开放型1/3循环压力发动机。
第二的内爆发动机为(SB/CVC/IE型)、火箭燃烧式密闭型(HHO燃烧、真空、收缩)2/3循环内爆火箭发动机。
第三的温差发动机为(SB/CVC/IE型)、外燃式密闭型(膨胀、定量、收缩)2/3循环温差发动机。
第四的内爆压发动机为(SB/CVC/IE型)、火箭燃烧式密闭型(HHO燃烧、真空、吸引喷射压缩)2/3循环内爆压火箭发动机。
第五的四循环一般发动机为(SB/CVC/IE型)、喷气燃烧式开放型1/4/4、1/4循环喷气发动机。
第六的完全燃烧发动机为(SB/CVC/IE型)、喷气燃烧式开放型多种燃料完全燃烧的、进气/(完全气化)/压缩*爆炸/(完全燃烧=无害化)/排气的、1/6循环完全燃烧喷气发动机。
第七的连续完全燃烧发动机为(SB/CVC/IE型)、连续喷气燃烧式开放型多种燃料连续完全燃烧=无害化的、2/6循环连续完全燃烧喷气发动机。
本发明能够作为各种形式进行利用。
这些发动机全部是速度型,也是容量型,并兼有超过双方型号的性能,正好是21世纪型火箭喷气发动机衍生出的内燃机。
作为小型、简化、降低性能提高版(高速抑制、低速性能提高型),可以实现将某航天飞机的火箭发动机的猛烈的轰隆声、喷气发动机的高转速噪音、高热排气、大量燃料消耗和昂贵价格,达到一般大众在日常生活中能够安全且有效利用的水平。由于缩短了与原来的往复式发动机之间的性能差距,所以,可以说已降低性能(detune、高速抑制),其高性能状态相差悬殊,可以说是非常理所当然的。另外,进行了调整(tune up、低速性能提高),实现了超低速的性能提高。
作为具体例,1/3循环500cc压力发动机现在具有输出轴每旋转一周进行两次的燃烧冲程,且相当于V型8气缸4000cc发动机,2/3循环500cc内爆、温差、内爆压发动机现在具有输出轴每旋转一周进行四次的燃烧冲程,且相当于W型16气缸8000cc发动机,1/6循环500cc完全燃烧发动机相当于现在的直列5气缸2500cc发动机,2/6循环500cc连续完全燃烧发动机相当于现在的V型10气缸5000cc发动机。也就是说,估计大致如此。此外,1活塞1/4循环500cc发动机相当于单气缸500cc发动机,但可以说,该类型虽然对于应对公害有效,但在输出方面的优点少。另外,2转子1/4/4循环500cc发动机虽然相当于4气缸2000cc发动机,但若使用通用的壳体、输出轴单元,排气量就会减半,并相当于4气缸1000cc发动机。在性能方面为2~3倍左右,仅通过该发动机系统难以实现今后的环境、能源革命。
但是,现在的一般的往复式发动机的转速极限是从空转600rpm左右到(10倍)的6000rpm左右,对此,这些发动机的转速极限是从非空转0rpm或低速型10rpm、中速型30rpm、高速型60rpm而轻松地达到60000rpm左右(高速型为1000倍、中速型为2000倍、低速型为6000倍),并且相当于现在的喷气发动机空转的转速、即20000rpm~60000rpm。
作为参考,克莱斯勒曾经试售的喷气发动机汽车的空转为60000rpm,若不使发动机进一步提高转速,则不能行驶。
作为喷气发动机是非常理所当然的,这就是本来能发挥的转速区域。
与此相比,能使人预感到本发明发动机的极不合乎常理的、远远超出想象的无限的高性能吗?
以此作为参考,虽然真实地感受到1000倍的差距是非常困难的,但就相当于身边的空气与水的重量正好是1000倍。
通过可怕的海啸的威力,可以使人真实地感受到其能源的不同。如果与台风相比,则台风看起来是平静的,其威力远远超出想像。
这样的发动机也适用于同样的事件,其应该是不难想像的。
另外,根据本发明,作为内燃机、外燃机,可使用多种燃料及蒸气、空气、惰性气体等,另外,也能够使各种泵进行工作。
本发明基本上完全不包含往复运动的(SB/CVC/IE型),作为仅通过匀速正圆旋转进行工作的无压力泄漏的发动机及泵而发挥功能。
并且,根据本发明,通过提供这些发动机及泵,进而,能够同时削减石油的依赖和CO2
附图说明
图1是表示本发明的第一、第六实施方式的两个发动机(1/3压力、1/6完全燃烧发动机)的简要分解立体图。
图2是表示本发明的第一实施方式的压力发动机的工作冲程的一部分的剖视图。
图3是表示本发明的第一实施方式的压力发动机的工作冲程的一部分的剖视图。
图4是表示本发明的第一实施方式的压力发动机的工作冲程的一部分的剖视图。
图5是表示本发明的第三实施方式的温差发动机的工作冲程的一部分的剖视图。
图6是表示本发明的第三实施方式的温差发动机的工作冲程的一部分的剖视图。
图7是表示本发明的第四实施方式的内爆压发动机的工作冲程的一部分的剖视图。
图8是表示本发明的第四实施方式的内爆压发动机的工作冲程的一部分的剖视图。
图9是用于说明本发明的各实施方式的发动机的简要说明图。
图10是表示本发明的第六实施方式的完全燃烧发动机的工作冲程的一部分的局部剖视图。
图11是表示本发明的第六实施方式的完全燃烧发动机的工作冲程的一部分的局部剖视图。
图12是表示本发明的第六实施方式的完全燃烧发动机的工作冲程的一部分的局部剖视图。
具体实施方式
本发明的优选实施方式是具有以下的基本结构的发动机/泵(参照图1~图12)。
在成为该发动机主体的壳体1中,在中心部具有输出轴通孔和圆环状的气缸空间,在该内周壁面13的一部分上,具有与密封用的转子7外周面进行面接触的面接触用切口部14,在主体设置用基台内部,形成有各循环用系统单元91(参照图9)的安装空间。
该输出轴单元2是将输出盘3、一个以上的偶数个即两个的对置位置的活塞4、环形盘5和环形齿轮6进行一体化而成的(参照图1)。
活塞4外周面一边与圆环气缸内周壁面13进行面接触一边进行匀速正圆旋转。
该转子7的一部分一边与圆环气缸切口部14进行面接触一边进行匀速正圆旋转,相对于活塞4的旋转,保持恒定的转速比(例如活塞1:2转子),该转子7的活塞收纳部前端,一边保持与活塞4的前后面因线接触产生的压力边界,一边起到将该活塞4输送到气缸的另一侧的作用。
转子导向部8作为与输出轴中心一致的圆环气缸的内侧,除了具有与转子7之间的凹面接触保持部以外,转子导向部8的外周面还具有保持与活塞4内径面、环形盘5内径面、环形盘5外侧面进行面接触的三个阶段的外周、侧面,为了支承进行匀速正圆旋转的输出轴单元2的中心和转子7,该转子导向部8被侧壳体固定。
各种循环用的系统单元的安装是,在从转子7与6点的气缸壁面进行面接触的边界部位朝向两侧而没有超过活塞外周面的长度范围的位置上,安装与各个所需求的性能相对应的各种系统单元。
可提供由这样构成的基本结构;以及单独或适当组合第一实施方式~第七实施方式而成的(增量、定量、减量)的匀速正圆旋转三冲程系统;以及由(进气、完全气化、压缩)*(燃烧、完全燃烧=无害化、排气)的六冲程系统所构成的速度容量型、匀速正圆旋转式内燃机型〔以下简称为(SB/CVC/IE型)〕、各种三冲程及六冲程发动机/泵系统;以及由1活塞或2转子形成的四冲程的发动机/泵系统。
它们是火箭燃烧式喷气燃烧式内燃机、或者是内燃机型火箭喷气发动机/泵。
〔第一实施方式〕
本发明提供作为第一实施方式的压力发动机。本第一实施方式是以如下为重点而构成的发明:即以热效率、省油性能最优良的超强转矩为目的的(容量型)超大型船舶用超长冲程柴油发动机、和以负载性能最优良的超强马力为目的的(速度型)飞机用喷气发动机为起点,并且如何打破它们的极限,并旨在发挥现在的往复式发动机的5倍以上、且以10倍为目标的性能、效率,是否能胜任作为与产业革命相匹敌的环境、能源革命的原动力。
此外,关于该构成,在本发明的下述其他的全部实施方式中都相同。
图1是分解结构部件来表示本发明第一实施方式的压力发动机、第六实施方式的完全燃烧发动机的简要分解立体图。
这是在重视低速性能的单气缸最终型的1/6循环用的结构中,直接设置1/3循环用的压力导入口11及排出口12。
另外,作为压力、内爆、内爆压用的结构,可省略大且重的环形齿轮、同步齿轮,而完成了在动力卡盘内侧内置有同步齿轮组的轻量紧凑型的设计,但也包括2/3、1/4、1/6、2/6循环,能够适用于所有发动机,并能够进一步实现小型、轻量、高性能。
在本第一实施方式的压力发动机19中,除了具有上述的基本结构以外,还直接设置用于将压力从外部导入到气缸内的压力导入口11、和用于从气缸向外部释放压力的压力排出口12,或者与这些部件一起还安装具有瞬时工作转换阀的压力用系统单元,由此能够进行瞬时的反转。
由此可成为(SB/CVC/IE型)、外压式开放型1/3循环压力发动机/泵,其特征是,设置由如下冲程构成的驱动单元,所述冲程通过来自压力导入口11的压力喷入以及来自压力排出口12的压力释放,而使活塞进行旋转动作。
作为泵,通过外力使其旋转而发挥作用。
为制造本第一实施方式的发动机,可以使用基本的车床和铣削。能够自由地设计特定的结构部件的截面形状,如正圆形和包括该正圆形的形状、以及除此以外的方形及其他的形状。此外,上述情况在本发明的下述其他的全部实施方式中都相同。
如图1所示,本第一实施方式的压力发动机19由以下的部件构成。
1=壳体(气缸)
2=输出轴单元
(=将输出盘3+活塞4+环形盘5+环形齿轮6进行一体化而成)
3=输出盘
4=活塞
5=环形盘
6=环形齿轮
7=转子
8=转子导向部(三个阶段外径)
9=同步齿轮
侧壳体(未图示)
瞬时工作转换阀(未图示)
11=压力导入口
12=压力排出口
13=气缸内周壁面
14=转子面接触用气缸切口部
压力用系统单元(未图示)
18=转子导向部(三个阶段外径)壁部
19=1/3循环压力发动机
(1)在形成发动机外壁的壳体1的内周壁面圆形的圆环型气缸的气缸内周壁13上,设置有用于导入压力的导入口11以及用于释放内部压力的排出口12,在其中间底部(6点)的位置上,形成有沿着转子7外周面的旋转轨道的切口部14。
(2)输出轴单元2是将自输出盘3的中心对置的一对活塞4、4、环形盘5和环形齿轮6进行一体化而成的。
通过从压力导入口11喷入的压力,而从输出增量冲程成为保持恒定的缓冲定量冲程,再通过排出减量冲程,将压力释放出排出口12,由此,可持续进行这样的匀速正圆旋转的三循环运动。
(3)与活塞4卡合的转子7,比活塞外周直径的一半稍大,(在环形齿轮形式时)其成为陷入到气缸壁面的形式,从而实现面接触。
另外,以活塞1:2转子的转速比进行旋转,在内部具有圆形截面的活塞收纳空间,该收纳部前端与活塞4的前后面进行线接触的同时,起到将活塞送出到气缸另一侧的作用。
(4)转子导向部8与输出盘中心一致,并具有沿着转子7的正圆旋转轨道而形成的圆弧状的切口部,其第一阶段的外周面与活塞4、4的内周面进行面接触,用于确保压力边界。
(5)第二阶段的外周面与环形盘内周面进行面接触。
(6)第三阶段的外周侧面与环形盘侧面进行面接触。
(7)在它们的相反外侧,设置有同步齿轮9的收纳空间。
(8)设置有用于对配置在壳体1内的所述规定的各部件进行收纳且固定在恒定位置的侧壳体(在图1中示出了第六实施方式所使用的侧壳体60,但在第一实施方式中,使用了除了没有进气口以外其他都与该侧壳体60相同的侧壳体)。
本发明的发动机/泵的特征是,均由全部的实施方式所构成,转子7的轨道与活塞的轨道不同,在形成间隙90的同时进行工作(参照图9)。此外,图9是为了容易理解本发明的特征,而用于说明各实施方式的发动机的简要说明图,作为包括下述的内爆、温差、内爆压、以及完全燃烧、连续完全燃烧的、各种发动机所采用的各种专用构造的一例,列举出系统单元91。
此外,在图1中,为了容易理解并说明本第一实施方式的压力发动机和下述第六实施方式的完全燃烧发动机的内部结构,而采用分解立体图。另外,在图1中,示出了设置有完全燃烧发动机用的侧壳体60的方形进气口的结构,还示出了在输出轴单元2的环形盘5上设置有进气口、以及在输出盘3上设置有排出口的结构。
它们不仅用于本第一实施方式,在下述第六实施方式的完全燃烧发动机中也是必须的。
本第一实施方式的压力发动机由上述的结构所构成,压力边界除了转子前端以外全部成为面接触,完全没有压力泄漏,因而所施加的压力全部直接且以直角作用于活塞4,即成为转矩并做功。
虽然是唯一的线接触压力边界部分,但几乎都是在发动机内部,压力或燃烧气体没有泄漏到发动机外。现在的喷气发动机无论是往复式发动机还是转子发动机都是重叠的,若考虑到无接触、无边界的情况,则可以说是1级、2级高级。由此,能够进行更可靠且稳定的工作,从超低转速高转矩开始,输出增加与发动机转速大致成正比例,其转速极限与喷气发动机相等。由此,由于从超小型到超大型,输出以正比例增大,所以能够简便且详细地应对。此外,这在本发明的下述其他的全部实施方式中都相同。空转是无用的,与蒸气机相同,将发挥最大转矩的0转速时的停止状态设为每分钟旋转一周,若以其1000~2000倍进行旋转则是充分的。与现在的容量型发动机从空转开始只能提高10倍的转速相比,1000~2000倍可以理解为非常惊人。(例如,若旋转一周前进1m时,则成为1~2Km/分,若换算成时速,则成为60Km~120Km/小时,在3000转时成为180Km/小时,在往复转速极限附近的6000转时成为360Km/小时。这可以说与V型8气缸4000cc级的赛车是相等的。
显然有余力能够轻松地超过100000rpm的转速极限。与以往的蒸气汽车相同,用于汽车时,也不需要具有重量的变速装置或倒档齿轮,倒车可以通过瞬时工作转换阀的切换即可。
此外,即使在下述的各实施方式中,基本原理也与本实施方式相同。
本发动机系统由上述的结构所构成,由于除了转子前端以外,全部被设计成通过面接触来构成压力边界,因而在达到某程度的速度的时刻,即使无接触,也没有空气泄漏,也不会发生引起压缩泄漏和燃烧气体泄漏的现象。因此,从最初就能够在无接触、无压缩泄漏的前提下进行设计。发生该现象的活塞最低速度旋转能够成为温差、一般能够成为完全燃烧发动机的空转旋转,能够实现无止境地追求摩擦损失为0(零)的设计。
本压力发动机19所使用的壳体1,成为主体外壁及设置用基台,在其内部通过各结构部件形成正圆的圆环形的气缸。该壳体1通过车床等而做成内部端面、输出轴用孔和正圆的气缸内周壁面13。另外,将转子7进行面接触的切口部14设置在6点的位置上,在其两侧,在不超出活塞外周部的长度的范围内设置有通用尺寸的各种系统单元设置部,或者能够直接进行铣削加工。
如图2的剖视图所示,通过直接设置用于从外界导入压力的导入口11和用于向外界释放压力的排出口12,能够廉价地制造出单一型号的发动机。
这样的发动机由于能够适用所有原料、制法,因而适合大量生产。
本压力发动机19所使用的输出轴单元2的外周是,沿着壳体1的内周壁面13面接触而能够进行匀速正圆旋转运动,并采用了同步用环形齿轮6和一对齿数比2:1的同步齿轮9。
与转子7一体的转子轴17和同步齿轮9被键固定,通过使环形齿轮6与同步齿轮9啮合,而以恒定比使环形齿轮1:2转子进行同步旋转。
为提高效率,两个活塞4、4的内部是空洞的,在其后部及外周部分别设置有贯穿到外部的孔。此外,虽然效率降低,但针对用于除了第五、第六实施方式以外的发动机,可以不特别设置这些空洞、孔,也能够使用中间没有空洞的活塞。另外,活塞4采用了从输出盘的中心至25°的扩口形状的部件,但不局限于此,根据目的能够适当变更。
本压力发动机19所使用的转子7,与上述的基本结构中的转子7相同。
在本发明中,该转子7在旋转工作时,其收纳空间的前端一边与气缸面切口部14进行面接触,一边与活塞4的前后面进行线接触,并起到将活塞4输送到气缸另一侧的作用。
转子导向部8在侧壳体的内侧,与封闭气缸的壁部18进行固定,转子轴17与同步齿轮9组合,并贯穿壁部18的孔而伸出到侧壳体外。侧壳体通过车床加工而做成转子轴17的通孔和内部端面。
下面,关于本第一实施方式的压力发动机的工作,使用附图进行说明。图2~图4是按时间顺序表示压力发动机的工作冲程的剖视图。
此外,用钟表的时间来表示结构部件的位置(在以下的实施方式中也相同)。
首先,图2是从7~8点左右,在下方的活塞4开始压力喷入增量输出冲程的位置,与被1~2点左右的上方的活塞4夹持的空间,处于使排气轰隆声降低的定量移动的缓冲冲程中,上方活塞前面处于减量排出冲程中,也是将剩余压力释放出排气口的位置。
其次,图3是直到过了9点左右,在通过压力喷入进行增量输出冲程的位置,左右的活塞4、4的空间处于进一步继续进行定量移动的缓冲冲程中,过了3点的活塞前面的释放已结束,剩余的压力通过转子7的边缘被排出。
最后,图4所示的是在顺时针旋转大约半周(140度旋转)的位置,仅2个冲程的成为增量输出冲程和减量排气冲程的瞬间。
然后,活塞成为与最初的活塞相同的状态,即成为图2的状态,反复进行该旋转。
本第一实施方式能够提供一种外压式压力发动机,其具有通过面接触产生的完美的压力边界,仅通过匀速正圆旋转进行工作,仅由两个运动部件构成,只要供给压力就不需要燃料,即使在涡轮式的不能工作的低压下,也能够有效地活用。
本第一实施方式的压力发动机能够提供一种压力发动机/泵,其是低转速高转矩、高转速超高输出的(SB/CVC/IE型),可代替现有的低转速极低性能、超高转速高输出的速度型涡轮发动机/泵,具有与喷气发动机相等的高速旋转、耐久力,并利用空气、气体、水蒸气、水、油等的压力。
本压力发动机作为用于将工厂等废弃的剩余原料、水蒸气、高压空气、高压气体等转换成电力的发电系统,与涡轮式相比更小型、轻量、简单、廉价,有用性高。另外,对于各种气动工具、免费使用的自来水压力用的旋转清洗刷等,能够以高转矩且可靠地工作,并且可实现成本降低和耐久力提高。
除此以外,还有各种各样的发动机应用系统等,例如,能够提供用于环保汽车的空气、蒸气发动机系统等。
本压力发动机因其效率良好,所以能够应用于气垫汽车。在将本实施方式的发动机应用于气垫汽车的情况下,由于是使用空气和水的气垫汽车系统,因而与大多采用昂贵的稀有金属等的高转矩马达、或者使用高性能电池的PHV或EV相比,就成为极其廉价且放心的系统,从能够直接利用现在已有的基础结构的观点和全部的性价比方面来看,都是有利的。不需要点火装置等,搭载了本压力发动机的气垫汽车,能够提高到现有气垫汽车的2倍至3倍的性能。
并且,通过将压力发动机与温差发动机组合,能够作为利用太阳能的自由能系统进行应用。
例如,作为温差发动机可采用太阳能温差发电,作为直连压力泵可采用压缩空气,由此,能够设置运行成本为“0”的适合气垫汽车的加气站。另外,若很好地利用使用了本压力发动机/泵的加气站或廉价的夜间电力,则燃料费用与汽油相比也极少,对气垫汽车的所有车主来说,非常有益。
以往的气垫汽车搭载4气缸、6气缸的变形往复式发动机,能够实现160km的续航距离,但例如在等待信号时,需要空转,排气音也相当令人烦恼,能源也被浪费了。若该气垫汽车的储罐的气体用尽,则另外的汽油发动机也能够发挥功能,从而消除了远行多的用户对气体用尽的担心。
对此,本压力发动机将水作为预备的动力源来代替汽油,通过使所有的热源手段产生低温蒸气,而直接使其转变成蒸气发动机。另外,使其在密闭循环下工作,也可有效利用在蒸气变成水滴时的真空吸引力。不用担心水的补给并且是省油型。
并且,若有充电站,则通过内置泵能够急速填充空气。另外,在家中通过夜间电力,能够廉价地填充空气。EV用充电站的普及能够直接用于气垫汽车,也是受欢迎的系统。
无论是否有高压加气站,都能够在1~2分钟内加满。
只要免费(无费用)放开使用加气站,谁都不会再购买高价的汽油,所述加气站通过太阳能温差发动机和本压力泵对免费(无费用)的空气进行压缩。与氢气站不同,除了高压以外,没有任何危险,即使稍有泄漏,也不需要担心,与汽油的自助加油站相比更安全放心,也是谁都能使用的系统。
本第一实施方式能够提供空气压力发动机、蒸气压力发动机,能够减少化石燃料的消耗,这就相当于削减CO2,并且还极大地有助于在其制造过程中所产生的CO2的削减。
另外,能够提供一种利用现在废弃的蒸气、高压气体、高压空气等而有效地进行发电的简易发电系统。
能够活用小型廉价且低转速高转矩这样的特性,即使是小规模的办事处也能易于引进。只要有压力源、空气和水,在任何地方都能够设置利用。
另外,用于汽车时,与EV或PHV的高性能电池的昂贵、大重量相比,储罐重量轻且便宜,并具有50年的较长寿命,维护成本便宜,处理简便,不会劣化,无需担心短路或起火、原因不明的故障,因仅用高压空气而安全放心,并能够仅通过瞬时工作阀的切换和开放量来控制等,这在很多方面都是有利的。
〔第二实施方式〕
另外,本发明的第二实施方式可提供内燃机型HHO火箭燃烧式、内爆发动机、以及第四实施方式的内燃机型HHO火箭燃烧式、内爆压火箭发动机,但关于这些发动机都在第四实施方式中进行说明。
本第二实施方式的内爆发动机,超过氢燃料电池的汽油发动机的效率的3倍,能够达到效率性能的5倍以上,其是将电解水所得的氢氧气体(HHO)作为燃料,采用(1)反复进行高压/连续燃料喷射点火/连续爆炸(燃烧)的增量输出冲程、(2)真空缓冲定量冲程、以及(3)活塞吸引输出减量冲程的、2/3冲程为输出冲程的HHO火箭燃烧式内爆发动机。
这是对压力发动机进行密闭,并设置H2O回收管路从转子面接触用切口部14进行回收。仅通过将高压喷嘴和辉光火花塞安装在压力导入口的位置,就能够完成HHO火箭燃烧式内爆发动机(未图示)。另外,通过将它们简单地组合,将瞬时工作转换阀设置在系统单元或主体上,就能够实现内爆用和压力用之间的转换。
在本第二实施方式的内爆发动机中,除了具有上述的基本结构以外,在相当于压力导入口11的位置,设置HHO气体高压喷嘴和辉光火花塞,或者安装内爆用系统单元。其是反复进行如下冲程的密闭循环:与HHO气体高压喷射同时通过辉光火花塞进行点火的连续爆炸燃烧/增量输出冲程1;以被夹持在下一活塞之间形式的真空缓冲定量冲程2;同时进行前一活塞被真空吸引输出的减量冲程3。
通过安装内爆用系统单元,能够实现瞬时的转换、反转。
一种(SB/CVC/IE型)、火箭燃烧式密闭型2/3循环内爆火箭发动机/泵,其特征是,设置由用于使活塞进行旋转动作的冲程所构成的驱动单元。
根据外力,与第一实施方式相同,作为自力泵,通过在真空定量冲程时吸入流体、在减量时压缩或者排出流体来实现。
即使有各种各样的现在被白白丢弃的来自工厂等废弃的高压气体、蒸气、空气等,每当在使用时,也受到此时此地的所谓时间或空间的制约。
虽然在大工厂等没有自己发电自己消费的问题,但需要使用较多的白天电力,现状是利用便宜的夜间电力并以各种方式蓄积能量而用于白天消费。其中,还考虑到电解水并取出氢,用于燃料电池。但是,燃料电池成本过高,还没有普及的迹象。
在同样使用氢气的原动力系统中,简单廉价的内燃式压力/内爆(压)发动机,基本上是将HHO气体填充到一个储罐中进行使用,但由于有些国家法律不允许将HHO等的两种混合气体填充到储罐,在这些国家中,能够用储罐单独地填充氧气、氢气,所以在世界范围内没有问题都可以使用。氢气有爆炸的危险,与导致爆炸原因的氧气进行混合并填充于储气瓶被认为是疯狂的行为,但只要不进行液化,就不会引起如航天飞机那样的爆炸事故,相反会进行内爆,通过实验已确认高压储罐压扁的情况,可以说比汽油储罐更安全。
或者,采用开放式,可以作为使氢气与空气中或空气储罐中的氧气反应的氢气发动机来发挥功能。
此时,就成为1/3循环,难以维持与2/3循环相等的性能。
原本不能选择时间和地点,由于其目的是在移动体中使用,所以在气垫汽车用发动机中用于动力不足的山道、坡道时,通过追加该功能,能够实现舒适的驾驶。
该空气压力/HHO内爆(压)发动机汽车是100%完全无公害的。
此外,这同样适用于下述第四实施方式的三冲程内爆压发动机/泵。
〔第三实施方式〕
另外,本发明的第三实施方式可提供温差发动机(SB/CVC/IE型)、外燃式密闭型温差发动机/泵。
如图5及图6所示,在本第三实施方式的温差发动机30中,在与转子7的外周轨道进行面接触的气缸的切口部14的两外侧上,在主体或温差系统单元35上,设置有旁通,所述旁通被转子7遮断并通过气缸的两侧,在从旁通的入口到出口的中间处,设置缓冲室33而发挥功能。气缸内部的流体控制为,防止从旁通低温侧到高温侧的流体的逆流,将用于低速时的低温侧以及高温侧的止回阀31、32,同样安装在主体或温差用系统单元35上。在气缸内周壁旁通的入口附近安装有低温传导体36,在旁通的出口附近安装有高温传导体37。
这样的活塞4分别是中空的,在其后面设置有贯穿于气缸与转子空间的通孔,在外周面设置有与旁通相连通的通孔。
一种(SB/CVC/IE型)外燃式密闭型2/3循环温差发动机/泵,其特征是,设置由如下的冲程所构成的驱动单元,所述冲程通过由低温传导体36和高温传导体37产生的气缸内、活塞内、转子内、旁通内、缓冲室33内的温度差、压力差、以及控制低温止回阀31、高温止回阀32的开闭,而使活塞4进行旋转动作。
作为泵,通过外力使其反转,能够使高温侧通过高压热泵效果成为高温,使低温侧通过真空泵效果成为低温,不直接使用制冷剂用压缩机等,就能够实现空调、冷冻/冷藏/保温箱等。
现在主流的太阳能发电是利用将太阳光聚集到一点的热量而产生150度以上的蒸气,并通过蒸气涡轮机进行发电的系统。为实现高效率化,而需要系统的大型化。
虽然是几乎没有技术问题的成熟的技术,但已经达到发展极限。
所谓的大型化是唯一的高效率手段的技术,已经在此时无法回避巴别塔现象。已经达到极限程度的大型化的发电系统的维护、或者必须停止全系统进行检修是非常麻烦的。另外,一部分的不正常会影响整体,并存在系统整体被破坏的危险性。
因此,一直以来,作为理论热效率最好的发动机之一的已知的容量型斯特林发动机,还因最近的高油价而突然引起了关注。在加利福尼亚,已经达成了由使用该容量型斯特林发动机的太阳能温差发电装置来提供未来40年的一部分电力的合同。这也是相当大的规模,但如蜻蜓的复眼那样,由于是一个一个独立的发电系统,因而维护要一个一个按顺序进行,才能365日不停地运转。
本第三实施方式可代替该容量型斯特林发动机,并涉及一种温差发动机/泵,其是以超过容量型往复式斯特林发动机效率的5倍以上为目标而开发的。
本第三实施方式的温差发动机的基本原理,与上述第二实施方式的压力/HHO内爆发动机通用。为了作成密闭型温差发动机而追加的部件是两个止回阀、高温传导体和低温传导体。追加加工是,在壳体上设置高温、低温传导体安装部,以及在温差用系统单元或主体上设置从低温侧到高温侧的旁通和缓冲室,在低温侧、高温侧分别设置止回阀和瞬时工作转换阀安装部。
根据本第三实施方式的温差发动机,与只能设置在沙漠或荒野的现在的太阳能蒸气发电的系统不同,能够将太阳能温差发电设备简便地设置在建筑物的屋顶或后院。而且,在期待指数第一的阳台设置型、公馆公寓用太阳能温差发电装置中,只要有大的卫星天线的大小,就能够提供白天的用于空调的电力。
另外,由于本温差发动机为小型轻量,因而与纤细、容易损坏且不稳定的太阳能电池板不同,处理简单,也能容易制造移动简便的便携型等。在灾害时等,尤其可发挥其能力。一台作为通过外力使其反转的泵使用,由此,能够对高温侧加热、对低温侧冷却,一方面能够冷却医药品等,另一方面,能够烧热水,用于热汤或应急食品。但是,这与太阳能发电不同,在夜间只要有任何热源或冷源,就能够利用它们的温差持续发电。
现在认为热效率最优的发动机之一即容量型外燃式密闭型斯特林发动机等、温差发动机是非常有希望开发的领域。现在也认为,其机械效率不良,会阻碍其普及。因此,若通过该热效率和机械效率优良的本第三实施方式的温差发动机,来实现卡诺或斯特林的基础理论,则能够产生高效率的性能。
本发明人从无论如何要达到第二次产业革命(环境、能源)的观点出发,将不依赖于化石燃料的原动机作为第一条件进行开发,第一:完成了压力发动机的理论,第二:完成了HHO内爆发动机的理论,第三:完成了温差发动机的理论。
下面,对本发明的第三实施方式的空气/温差发动机的21世纪型进行说明。
关于容量型发动机的性能极限,由于其是往复(往复运动)型,所以在转速上存在极限。首先,为了打破该极限,为了使往复的活塞能够进行与喷气发动机相同的匀速正圆旋转,在壳体1上设置圆环型气缸,通过设有在该气缸内进行匀速正圆旋转的活塞4等的输出轴单元2、以及也进行匀速正圆旋转的转子7,来保障依赖于完全的面接触的压力边界。由此,作为(SB/CVC/IE型),诞生了如下的发动机:其能够达到与喷气发动机相同的转速极限,还能够同时克服喷气发动机的缺点即低速时的超低性能的极限。
如图5~图6所示,在本温差发动机中,能源是温差,向圆环型气缸的膨胀侧输送的冷气被高温传导体加热并发生膨胀,成为始终垂直于输出轴并以170度左右有效地持续地直接作用于进行匀速正圆旋转的活塞4(B)的膨胀输出增量冲程。而且,在圆环型气缸的收缩侧,通过低温传导体而被急剧冷却并发生收缩,由于收缩吸引输出减量冲程同样作用于进行匀速正圆旋转的活塞4(A),所以在往复活塞型内燃机中,以45度通过热机(蒸气)作为往路复路都有效的膨胀冲程,与90度相比,一举实现大约4倍~8倍的输出冲程,可达到凭借经验可知的革命所需的最低4~5倍以上的性能、效率。
此外,关于温差发动机工作的详细情况将在下面说明。
另外,与速度型喷气发动机不同,为了不引起压力泄漏,以压力边界全部由面接触构成的方式,设计带有活塞4的输出轴单元2和转子7,可实现完美的密封并完全没有高温高压气体或低温低压气体的压力泄漏,全部有效地作用于活塞4而没有浪费。通过将这两个运动部件和温差用系统单元35组装到圆环型气缸、或者直接加工安装在主体上,由此完成了21世纪型的外燃式温差发动机。
没有压力发动机19的辅助,MYT发动机能够从低于50%以上的低速空转中产生较大的转矩,因而很有希望作为不需要变速齿轮等的各种结构的原动机。
由于有效输出冲程为360度分之340度左右,所以达到现在的大约4~8倍,可以认为是高效率的发动机。
本第三实施方式的温差发动机,在其构造上能够达到与喷气发动机相等的高速旋转。这就是说,远远超越现在的容量型活塞曲柄式温差发动机(斯特林发动机)的转速极限,已经达到喷气发动机的区域。而且,由于是(SB/CVC/IE型),所以完全没有冷、热气体的泄漏,也完全没有惯性矩的消除。
最近,设置家庭用太阳能电池板进行全部电气化,利用白天自家发电的电力来提供全部的用电,并出售剩余的部分,仅在夜间购买电力(0能量或产生能量)的系统开始普及。另外,由于利用气体发动机并同时进行发电和热水供应的系统的效率非常好,所以相互之间存在性能、效率、价格竞争。虽然处于实验阶段,但已呼吁家庭用的燃料电池系统也能够作为发电和热水供应系统,折旧年限不明确。
太阳能电池板式或气体发动机式从20年的折旧年限到现在的10年期限回购制度,就是以折旧年限的减半为目标。
如果是本发明的第三实施方式的太阳能温差发动机,则能够达到4~5年的折旧年限。无论如何构造简单的两个运动部件,由于不需要特别的加工,所以在任何地方的小工厂都能够制造,并且是轻且设置面积小的省资源型。其已被认为是太阳能电池板式或气体发动机式的有力的竞争对手。
根据本第三实施方式的发明,太阳能温差发电与太阳能发电一起得到了普及,希望日本以至于全世界摆脱石油依赖的那一天能够尽早到来。
通过转变思路就能够实现5倍以上的效率。
本温差发动机也涉及已被认为达到发展极限的喷气发动机以及往复式发动机的后续发动机的原理,也是为了提供具有至少5倍的效率、性能的发动机系统而完成的。
本第三实施方式是继压力、内爆发动机之后的温差发动机,也涉及容量型往复式斯特林发动机的后续发动机的结构及其原理。
本温差发动机的专用部件个数是以下所示的16个之内的31、32、35、36、37这5个,基本的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、16这11个是除了1/4/4、1/6、2/6循环以外全部通用的。将各个追加加工部件直接组装在主体或组装在各单元,由此实现差别化。其中的运动部件仅是基本的输出轴单元2和转子7这两个以及两个止回阀。此外,下面除了本第三实施方式的专用部件以外,还表示根据与其他实施方式所使用的部件之间的关系而通用的实施方式、以及使用需要加工的部件等特有部件的实施方式。
1=壳体、内周壁面正圆形的圆环型气缸
通用的实施方式是,第一实施方式的压力发动机(以下简称为“第一压力”,以下相同)、第二内爆、第三温差、第四内爆压。
需要加工的实施方式是,第五一般、第六完全燃烧、第七连续完全燃烧。
2=输出轴单元=输出盘3+活塞4+环形盘5+环形齿轮6
通用的实施方式是,第一压力、第二内爆、第三温差、第四内爆压、第七连续完全燃烧。
第五实施方式没有环形齿轮的情况是,输出轴内部前端齿轮加工2:1转子轴齿轮。
第六实施方式是输出盘排出口端面方向,第五实施方式是外周壁方向,其他通用。
第七实施方式是活塞和环形盘这两个。
7=转子,除了第五实施方式的小型双转子用以外,全部实施方式通用,第七实施方式是2个。
8=转子导向部,除了小型双转子用以外,全部实施方式通用,第七实施方式是2个。
9=同步齿轮,第五实施方式是除了大1×小4的5组专用以外,全部实施方式能够同时使用两个规格。
60=侧壳体,第六实施方式、第五实施方式、第七实施方式为厚度W尺寸,具有各自独立的进气口。第一、第二、第三、第四的各实施方式都通用且无进气口。
瞬时工作转换阀,除了第七实施方式的连续完全燃烧以外,全部实施方式通用(未图示)。
31=低温止回阀,第三温差、第四内爆压、第五一般、第六完全燃烧的各实施方式通用。
32=高温止回阀,第三温差、第四内爆压、第五一般、第六完全燃烧的各实施方式通用。
36=低温传导体,除了第一压力、第五一般、第七连续完全燃烧以外,全部实施方式通用。
37=高温传导体,除了第一压力、第五一般、第七连续完全燃烧以外,全部实施方式通用。
35=温差用系统单元,缓冲室33完备(独自组合各实施方式等)
即、如图5~图6所示,本温差发动机30由以下部件构成:壳体1;输出轴单元2的输出盘3、活塞4、环形盘5、环形齿轮6;转子7;转子导向部8;形成了设有低温、高温止回阀31、32的旁通和缓冲室的温差用系统单元35;低温、高温传导体36、37;瞬时工作转换阀;以及侧壳体。
参照图5及图6,下面对由以上的专用部件构成的本实施方式的温差发动机的制造方法进行说明。
壳体1为,首先通过车床做成中心的输出轴单元轴通孔,其次做成内部端平面和正圆的内周壁面13。不与转子7的外周相接触,将连接低温侧、高温侧气缸的旁通设置在主体或温差系统单元35上,在中间设置缓冲室33,并在它们的出入口设置用于防止气体逆流的止回阀31、32。在该左右的气缸内周壁13的4~5点和7~8点的位置上,通过铣削加工来设置低温、高温传导体36、37的安装部。
活塞4、环形盘5和环形齿轮6与输出盘3成为一体化,可构成输出轴单元2。通过车床做成活塞4、环形盘5和环形齿轮6的内外周侧面。
本第三实施方式的两个活塞是1/3、2/3、2/6循环通用的活塞。
转子7与其轴部17一起通过车床进行精加工。活塞收纳空间通过铣削进行精加工。
低温、高温止回阀31、32通过铣削进行精加工。
低温、高温传导体36、37通过车床而做成与主体外径和气缸面齐平。
通过铣削加工,将瞬时工作转换阀、安装部(未图示)设置在主体或系统单元上。
侧壳体是通过车床加工而做成内周、侧面、端面,在6点一侧的位置上,做成了转子轴17的通孔。
下面用附图,来说明本第三实施方式的外燃式温差发动机的工作原理。图5~图6(a)~(f)是按时间顺序,来表示本实施方式的外燃式2/3循环温差发动机的工作冲程的剖视图。
图5(a)是,首先预先通过活塞4(B)在旁通内缓冲室33被低温压缩的位置到12点左右,气体在高温侧膨胀,从而成为增量输出冲程,相反气体在低温侧收缩,活塞4(A)已受到吸引作用,从而成为减量输出冲程。
图5(b)是,新的冲程由活塞4(B)开始,经过了6点半~7点的位置左右,感知到压力差的高温止回阀32会打开,由此在活塞4(B)内和圆环型气缸内从缓冲室33喷出直到压力差是0为止。此时,活塞4(B)和4(A)之间,处于定量移动缓冲冲程中。
图5(c)是,由高温传导体37加热而膨胀的高温高压气体,因关闭高温止回阀32,而直接垂直于旋转轴并在170度的范围内作用于活塞4(B),就产生较大的转矩,从输出轴直接输出动力并做功。在这里,高温传导体37的热源可以列举出火力、太阳能等,但没有特别的限制。
同时先行旋转的活塞4(A),从11点半左右到4点左右,会被通过低温传导体31进行急速冷却而收缩的气体的负压所吸引,将从4点左右冷却的低压气体,加压输送到包括缓冲室33的旁通内。在包括该缓冲室33的旁通内,被输送的冷气体的压力会上升。
在这里,作为低温传导体36的冷源,可以列举出雪、冰、自来水等,但没有特别的限制。
将圆环型气缸分成,从7点左右到12点左右的热区;从12点左右到6点左右的冷区。沿着顺时针的空气流动由两个止回阀31、32进行控制。
像这样就能够从内爆发动机,简单地扩展为温差发动机。
通过这样的改进带来的好处是,作为发电设施,能够在有太阳照射的任意地点进行设置并运转,与太阳能发电不同,不需要将水暂且转换成高温高压的蒸气,不需要用于产生蒸气的高压锅炉设备,不需要建造大型设施,不需要高压配管设备,不需要高压蒸气管理系统,不需要其他的各种相关装置,也相当节省资源。此外,小型聚光镜和送电配电设备等是通用的必要装备部件。
那么,虽然现状是要求大输出并推进大型化的太阳能蒸气发电,但本实施方式的2/3循环温差发动机的出现,已被认为是本身没有追求这些的必要性。这是因为输出随着转速增高而增高,与发动机转速大致成正比例地增大,可以说其转速极限与喷气发动机相等。
无论如何由于低速转矩强大,因而通常不需要高速旋转。全部作为余量,用于紧急情况的处置。
太阳能蒸气发电尤其是原子能蒸气发电,由于仅利用高热而浪费的热量大约有70%都被废弃在空中、海洋或河流。尤其是,原子能发电站附近的海洋正变成热带化,这已成为很大的环境破坏问题。对此,温差发动机是能够从这些废热中回收足够发电能量的高效率的发动机,这对环境有利。
温差发动机还将低温的雪、冰等作为能源进行利用,由此,废弃物不过热也不过冷而是中性的,从对环境有利的观点来看,不是将大型设施设置在海岸线,而是将中小设施设置在雪多的内陆,通过自产自消,不需要高压送电线,也没有任何危险,就可以在其周边生活。
冷的雪或冰也能够作为能源资源进行活用。
该温差发动机在实用上达到从现在一般发动机的空转(600~800)rpm的中速用至高速用的2倍左右的转速,其被认为是充分的。现在省油性能优良且广泛利用的船舶用或高速柴油机车用长冲程高速柴油发动机的最高转速为1600rpm,该温差发动机正好是这样。
在现在省油性能最优的超大型低速柴油发动机中,还存在活塞为油桶以上的直径1m左右,其以2~4m左右进行上下往复、100次/每分这样的情景是很可怕的。因撞击声、振动、排热等,而只有20~30年的耐久性。
与此相比,匀速正圆旋转式温差发动机从10转/每分以下的空转开始,与油桶以上相等的活塞,一方面仅通过做正圆旋转,从几乎没有撞击、振动且散热也少的状况来看,能够达到5~10倍以上的耐久性。
作为参考,10万马力以上的船舶用柴油发动机的大小大约为,全长25m全高15m全宽5m重量2500吨排气量25000升。
在匀速正圆旋转式2/3冲程温差发动机中,全长、全高、全宽只要为5m的空间就足够了。
现在计划生产的这样的大型船舶的寿命为20~30年左右。由于大的发动机不能改装,因而发动机的寿命就是船的寿命。小型、轻量、简化的本实施方式的温差发动机的寿命为100~150年左右,若能够实现完全无接触设计,则可以具有更高的耐久性,对于今后制作各种物体来说,就成为从根本上促进思路转变的起点。
另外,从在水上容易进行水冷却的观点来看,比陆地方便。并且,作为高空飞行的用于航线的发动机则非常有利。1万米的高空是外气温-50℃的世界,与雪相比,能源的质、量更多,应考虑对其进行有效利用。
若代替直接排放高温的有害废气的现在的喷气发动机,而使用该外燃式温差发动机,则对于环境是非常有利的。另外,在宇宙中,日照一侧和背阴一侧的温度大约为150℃和-150℃,该温差300℃对外燃式温差发动机来说是惊人的能源资源。与纤细的太阳能电池板相比,在宇宙中应考虑更可靠的动力源发电系统。
本第三实施方式的外燃式温差发动机是,能够将从空中无穷无尽地倾盆而降的太阳光的热量、地热、雪或冰、工厂等废弃的不能再利用的废热等变为动力源的梦想中的发动机。由此,不需要将热能变换成150℃以上的蒸气来获得动力。
这里说的是史无前例的领域,已成为斯特林发动机的21世纪型汽车版,但对于现今展开激烈竞争的环保汽车的开发来说,是一种具有能够提出新方向性的潜力的外燃式空气温差发动机系统。由于不管热源的种类,所以只要利用太阳能或燃烧氢,就能够成为完全无公害的交通工具。
在世界范围内,在曾经进行过汽车用往复式斯特林发动机的研究开发竞争时,因输出不足、油门响应性和启动性的不良,曾有放弃开发的情况。
但是,本实施方式的空气温差发动机,通过气压能够瞬时运转,从大约5倍的动力提高和小型轻量的特征来看,具有不可估量的可能性。
在搭载了本第三实施方式的空气温差发动机的用于汽车的情况下,若是近距离,则直接利用气压,若是长距离,则不等待储气瓶的空气用尽,就保护发动机,可以使用外燃式空气温差发动机。代替汽油,将所有的物质作为热源,而使高温高压空气发生膨胀,若用空气或水冷却,则直接使其变成空气温差发动机。完全不需要点火装置等,若替换成本发动机,则现在的气垫汽车的性能必然会提高3倍或4倍。
空气压力发动机汽车在用气压行驶95%之后,在紧急情况下,能够用蒸气行驶。
外燃式空气温差发动机汽车在用气压行驶20%之后,能够利用温差发动机进行长距离行驶。当然,外燃式空气温差发动机能够并用压力发动机的机构,但压力及温差发动机的独立型双混合动力更高级,优点当然也会相应增加。
环境、能源革命的第一步首先是压力发动机,其次是内爆发动机,即该外燃式空气温差发动机。本实施方式的发动机尤其是为了瞬时地起动汽车,而仅通过一个阀的操作,瞬时地转换成压力或空气温差。在长时间停滞时,转换成压力是经济的,在较长的下坡时也是如此。在此期间填充空气。正好就是空气版混合动力的再生系统。
本发明人自身考虑到与环保汽车相比,更大型且移动距离更长的大型卡车、公共汽车、货物旅客列车、客货船、航空客货机的需求和经济效果极大。而且,内爆压、完全燃烧以及连续完全燃烧的匀速正圆旋转式内燃型发动机均如下所述。
这些全部是速度容量型,也是同时具有速度型和容量型的良好性能的发动机,具有以燃料费少且简便地实现在低速时具有容量型以上的性能、且在高速时具有接近于速度型的性能的实力,正是21世纪型的内燃机型火箭喷气发动机。
从20世纪至今现在最活跃的又一个发动机是,与20世纪最活跃的容量型的直列往复式发动机的单气缸独立型至2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、16气缸的直列、并列、水平对置、V型、W型相当的直列式发动机(它们的21世纪型也已完成发明)。
但是,该容量型的空冷星型往复式发动机的21世纪型,在2006年度的开创21世纪未来的设计竞赛中荣获发明最高奖。该空冷星型发动机是在第二次世界大战中,主要用于轰炸机的发动机、格鲁曼战斗机、日本零式战斗机、猎鹰战斗机以及其他很多的战斗机。对此,直列式是喷火战斗机、梅塞施米特战斗机、野马战斗机和飞燕战斗机等所采用的主要用于战斗机的液冷发动机。而且,该直列式在陆地、海洋和空中得到了大力发展。其原因可以说是相当简单、廉价、紧凑、容易制造、容易处理、方便,本发明的发动机也有力地继承了这些特点。
由于本第三实施方式是基本原理,因而期待有更多的应用。由于削减燃料消耗也就是削减CO2,所以当然要开发提高燃料效率的技术,但在其制造过程中所产生的CO2的削减也是重要的因素。能够通过1打左右的部件个数进行制造的本实施方式的发动机,在该意义上是非常有希望的。
本第三实施方式是容量型直列式的往复式斯特林发动机的后续发动机,作为21世纪型的进一步的小型化、简单简化为,仅通过将同步齿轮内置于动力卡盘内侧,并省去与大的环形齿轮对应的同步齿轮而实现轻量化的发动机,这也已经完成了设计。
21世纪型的(SB/CVC/IE型)、外燃式空气温差发动机的必要条件如下:
首先,第一仅通过匀速正圆旋转进行工作;
其次,第二确保完全的压缩;
最后,第三可调节的压力直接以直角作用于输出轴。这三点是必要条件。
本实施方式的空气温差发动机完全没有浪费转矩,全部有效地成为旋转运动力,从低速产生强大的转矩并做功。另外,由于与发动机容积的大小大致成正比例而使转矩、输出增加,所以易于进行精细的分级开发。
代替从温度差=温差中直接输出旋转力的往复式斯特林发动机,根据本第三实施方式,可提供一种(SB/CVC/IE型)、外燃式空气温差发动机/泵,其将太阳能、地热、发电站废热、工厂废热、发动机废热等的高温、雪或冰等的低温、沙漠表面与地下或者深层海水与表层海水的温度差等的温差作为动力源,并仅通过匀速正圆旋转运动,来实现卡诺或斯特林的热膨胀、热收缩发动机的理论。
现在,还有使用不能再利用的被废弃的人工的各种工厂排热、原子能/火力蒸气发电站废热、柴油发电站废热、船舶发动机排热、天然自然的太阳能、地热和冰雪等有效发电的温差发动机发电系统,其具有小型且低转速高转矩的特性,也能够易于引入到小规模的办事处。
尤其是,如果原子能蒸气发电站废弃的发热量中的70%被该温差发动机回收,则甚至能够实现超过原效率30%的回收。
另外,由于其效率良好,所以能够应用于节能的空气温差发动机/汽车。
空气温差发动机/汽车的应用为,如果仅设置利用免费的太阳能的空气温差发动机和压力发动机,仅压缩免费的空气,仅将免费的加气站设置在干道上,就不需要石油。与汽油或氢不同,由于没有爆炸的危险,所以能够成为完全无人化,也不花费运行成本,作为公共的动力源,在有公共精神的日本是能够成立的。首先,如果以日本为样板来展示,追随者会更多。如果像这样引领世界是很了不起的。
那么,在用于家庭时,组合直径1.2m左右的反射镜和外燃式空气温差发动机,能够实现利用太阳能的自由能源系统。尤其是,由于能期望小型化,因而在通过公馆公寓用太阳能温差发电来操作空调的情况下,能够以65%效率来提供12榻榻米用的电力,可解决白天的电力不足并大幅度节约电费。
本实施方式的外燃式空气温差发动机是从全新的观点来重新认识万物的起源即太阳、空气和水,并开辟了有效利用它们的渠道。
〔第四实施方式〕
本发明还提供作为第四实施方式的(SB/CVC/IE型)火箭燃烧式密闭型HHO低压连续喷射爆炸、真空缓冲、吸引喷射压缩、内爆压火箭发动机。
这是作为第二实施方式的续航距离延长系统而追加的,在轻负荷恒定速、节能行驶时很有效,能够节约高压储气瓶内的气体,仅在紧急情况下使用高压气体。
本第四实施方式涉及(SB/CVC/IE型)火箭燃烧式密闭型、2/3冲程内爆压火箭发动机/泵,其为了超过3倍的氢燃料电池效率,能够使效率、性能成为5倍以上,将电解水所得的氢氧的气体(HHO)作为燃料,并将如下的2/3循环作为输出冲程进行工作:即火箭燃烧式的、反复进行HHO低压连续喷射/点火爆炸(燃烧)/真空收缩(吸引喷射)的增量输出冲程(1)、真空缓冲移动定量冲程(2)、以及活塞真空吸引输出减量冲程/低压燃料喷射/压缩冲程(3)的2/3循环。
在这里,当使用一个储罐的情况下,以电解的两个例子为前提进行说明。
在氢氧混合高压储罐内预先放入规定量的水,当通过其中的电极进行电解时,在其中积存有高压的氢氧的混合气体(HHO)。若将其在本第四实施方式的内燃机型内爆压发动机的气缸燃烧室内进行喷射并点火,则成为因强有力的爆炸、燃烧产生的高压会推动活塞的连续内爆的膨胀输出增量冲程。下一个活塞进入燃烧室之后,立即停止燃料供给,然后在膨胀冲程结束时,夹持在两个活塞之间的燃烧气体成为水滴并形成真空化,从而成为缓冲移动定量冲程。而且,对于前一个活塞来说,在相反侧的冷侧即在12点左右~6点左右之间,已完成真空吸引输出减量冲程、低压燃料喷射、压缩减量冲程的内爆压3循环,分别确保输出冲程为170度左右,最大(无压缩时)360度分之340度就成为有效的输出冲程。详细情况将在下面叙述(参照图7~图8)。
或者,若油门返回一半以下,则成为依赖于发电机、电池对水进行电解的同时,依赖于积存的气体进行运转,但此时由于气压为低压,因而最低也需要空转量的HHO气体的压缩冲程。在减量输出冲程中成为负压的吸引冲程时,从低压喷嘴向气缸内和活塞内供给(HHO)气体。而且,由于被压缩的(HHO)气体通过旁通在缓冲室停留,再进入主燃烧室气缸,然后活塞刚一进入主燃烧室就成为负压,所以从缓冲室推开止回阀,向活塞内或气缸内喷出的同时进行点火(着火)。作为空转或低中速转速区域还是充分的。但是,在起动加速、追逐超车、陡坡行驶时需要额外动力,通过增压器进行高压喷射来提高动力,这是以此为前提的系统。
当然,由于不是永久发动机,所以因高压、低压储罐的容量、发电机、电池的容量不同,续航距离也不同。但是,储罐尺寸等可根据目的进行选择。
本第四实施方式的HHO内爆压发动机基本上是密闭式,也是即使开放也能使用的在水移动时具有电解功能的发动机系统。对于氢的处理需要专业知识和资格,由于存在危险,因而一般大众难以完全自己进行,但本第四实施方式的密闭式内爆压发动机系统是自己生产自己消费的,如果泄漏则不需要填充危险的氢等,其是以与PHV或EV相等的处理方便性,能够向一般大众普及氢燃料应用的有效的解决手段。
该内爆压发动机存在与温差发动机相近的关系。温差发动机通过加热气体使其膨胀、并通过冷却使其收缩,来推动或拉动活塞从而获得旋转力。对此,因爆炸燃烧产生的气体膨胀、以及之后燃烧气体变成水滴化而成为真空所产生的吸引力,会推动或拉动活塞从而获得旋转力,从该观点考虑,该内爆压发动机更强有力。而且,由于所谓的真空吸引力的力是相当强有力的,所以还蕴藏着仅通过热效率而无法估量的效率、性能。
本第四实施方式的火箭燃烧式内爆压发动机,涉及替换成所谓的现在最新的燃料电池的将氢氧的混合气体(HHO)作为燃料的完全无公害发动机的结构、原理,其是为了提供具有至少5倍的效率性能的发动机系统而完成的。
在成为其要点的系统理论中,涉及在此具有喷气发动机或往复式发动机、转子发动机或蒸气机、电动马达的优点的(SB/CVC/IE型)火箭燃烧式密闭型内爆压发动机,并涉及与燃料电池相同的将氢作为燃料的完全无公害的、燃料电池对置发动机的结构/原理。
本HHO内爆压发动机的制造,也可以通过基本的车床和铣削来进行。
这些结构部件为,截面必然是正圆形和包括该正圆形的形状,也可以是其他形状。
本第四实施方式的专用部件个数,包括内爆发动机用和温差发动机用在内的以下的15个,其中的运动部件是基本的输出轴单元2和转子7这两个和两个止回阀。
1=壳体、内周壁面正圆形的圆环型气缸
2=输出轴单元,输出盘3+活塞4+环形盘5+环形齿轮6
7=转子
8=转子导向部
9=同步齿轮
侧壳体(未图示)
瞬时工作转换阀(未图示)
21=高压喷嘴
22=辉光火花塞
31=低温止回阀
32=高温止回阀
36=低温传导体
37=高温传导体
41=低压喷嘴
45=内爆压用系统单元
即、如图7~图8所示,本第四实施方式的火箭燃烧式HHO内爆压发动机40由以下部件构成:壳体1、内周面正圆形的圆环型气缸;将输出盘3、活塞4、环形盘5、环形齿轮6进行一体化而成的输出轴单元2;系统单元45,其设置有转子7、转子导向部8、同步齿轮9、内爆压用的低温止回阀31、高温止回阀32、瞬时工作转换阀、高压喷嘴21、低压喷嘴41和辉光火花塞22等;以及侧壳体。此外,关于本第四实施方式的发动机,与第一、第二、第三实施方式的发动机构造通用的部件的上述记载,也适用于第四实施方式。
本第四实施方式的内爆压发动机40,除了具有与上述的基本结构及第三实施方式相同的结构以外,还在温差用系统单元35或主体上,并在高温止回阀32的工作空间,新设置有喷射HHO气体的高压喷嘴21及辉光火花塞22,与低温止回阀31相邻,来设置用于低温侧气缸、活塞、转子内的低压喷嘴41。或者,也可以设置在内爆压用系统单元45的内部。
从旁通缓冲室33到外部设置有H2O回收管路42。一种(SB/CVC/IE型)火箭燃烧式密闭型2/3循环内爆压火箭发动机/泵,其特征是,设置有包括如下冲程的驱动单元,所述冲程通过对高压喷嘴21的HHO气体喷射、辉光火花塞22的点火燃烧、低压喷嘴41的HHO气体向气缸内的喷射、因旁通内缓冲室33的压缩所产生的压力差和温度差、以及低温、高温止回阀31、32的开闭进行控制,而使活塞4进行旋转动作。
作为自力泵,仅在使用高压气体时正转,这与第二实施方式相同,并通过外力使其反转,并产生与第三实施方式相同的效果。
下面参照图7及图8,来说明本HHO内爆压发动机的制造方法。
首先,壳体1通过车床而做成内端平面、正圆的内周面和中心的输出轴盘2用的通孔。不会与转子7的外周面相接触,而在内爆压用系统单元45中,设置从低温侧气缸到高温侧气缸的旁通和缓冲室33,并设置有燃烧侧高温止回阀32,在其工作空间中设置有高压喷嘴21和辉光火花塞22的安装口,在设置有压缩侧低温止回阀31的系统单元45内(也可以在外部)通过钻削加工出低压喷嘴41的安装口。在旁通中间的缓冲室33,通过钻削加工设置有H2O排出回收用管路42。若将这样加工所构成的内爆压用系统单元45组装到壳体1的系统单元设置部,则完成了内燃机型、火箭燃烧式HHO内爆压发动机。
其次,使用附图,来说明本第四实施方式的(SB/CVC/IE型)火箭燃烧式密闭型HHO内爆压发动机的工作原理。
图7~图8(a)~(d)是按时间顺序,表示本第四实施方式的HHO内爆压发动机的工作冲程的剖视图。
首先,预先通过活塞4(B),在旁通内、中间的缓冲室33中被低温压缩的气体(HHO),通过在活塞4(B)经过了6点半~7点左右的位置,打开已感知到压力差的高温止回阀32,从而喷出到活塞内和圆环型气缸内直到压力差是0为止,关闭高温止回阀,通过辉光火花塞22进行点火(着火)而发生爆炸燃烧的高温高压气体,始终垂直于旋转轴并沿直角方向以170度的范围直接作用于活塞4(B),成为产生大转矩的增量输出冲程,从输出轴输出动力并做功。
此时,当通过一次的内爆作用而旋转的活塞4(B)没有超过12点时,自动地追加供给(HHO)气体,反复进行二次三次的内爆,直到超过12点而成为真空化为止并作为输出冲程发挥作用,然后,旋转的活塞4(B)就会受到吸引输出作用。
利用该吸引作用从低压喷嘴41中供给(HHO)气体,反复进行相同的冲程。在高压储罐中有富余时,活塞直接进入气缸燃烧室时,通过高压喷嘴21喷射出(HHO)气体,依赖于辉光火花塞22进行点火(着火),由此得到更强有力的输出。此时,低压侧被切断。
通常在低、中速时对水进行电解,并且在起动加速、上坡或高速道路的超车时,若进行高压的(HHO)气体喷射,则能够实现与现在的带有涡轮增压器或增压器的发动机相同的性能提高。
该发动机本来是压力发动机,因此,能够追加内爆发动机、温差发动机和内爆压发动机的系统。当然,也能够采用单独的方式。
本实施方式的(SB/CVC/IE型)火箭燃烧式密闭型HHO内爆压发动机,能够与原来的压力发动机、内爆发动机、温差发动机一起组装到一个发动机主体上,根据使用条件,选择最适应的循环,其是能够单独或组合使用发动机的发动机系统。尤其是,附带有内爆压发动机被认为是至今未有的燃烧理论形态。
根据本第四实施方式,能够提供如下的发动机系统:通过用上述的压力发动机或温差发动机等进行发电的电力,来电解水,将所得的氢氧的气体(HHO)存储在高压储罐中,追加该内爆压发动机的功能(低压喷射/压缩、点火爆炸增量输出/收缩喷射、真空缓冲定量移动、吸引输出),通过高压喷射点火进一步进行高输出化,并且与时间或地点没有关系,通过使用移动体能够进一步发挥有效性。
〔第五实施方式〕
本发明的第五实施方式可提供(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式4循环发动机/泵。在本第五实施方式中,明确表示了即使是4循环的一般发动机也能够衍生出(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式4循环发动机。
本第五实施方式由以下的结构部件构成(整体未图示)。除了本第五实施方式特有的构造以外,其他的与上述实施方式基本上相同。
(1)1/4/4循环一般发动机用、双转子用气缸壳体
(2)输出盘内周壁面排出口式,组装转子后,环形盘后置式
(3)小型活塞4循环用,与完全燃烧用活塞64(A)、64(B)(参照图10~图12:第六实施方式)同型的大内径型
(4)4循环用系统单元
(5)旁通副燃烧室
(6)2个小型转子
(7)2个小型转子用转子导向部
(8)双转子用侧壳体
在本第五实施方式的一般4循环发动机中,除了具有上述的基本结构以外,从性能方面考虑,作成双转子是妥当的选择。
为采用双转子,将转子直径做成气缸直径的一半,使各中心向外侧移动而实现面接触。相应地切削气缸壁而成为切口部。
圆环型气缸的内径增大到转子中心部向外侧偏移的量,活塞就变成小型化。
通过将小型同步齿轮组收纳在输出盘内侧,就不需要大型环形齿轮6和同步齿轮9。设置在12点位置的第二转子会承担排气和进气,从变成朝向输出盘外周面的排出口中排出燃烧气体,通过设置在气缸壁的排气坑道而由设置在11点左右位置的排气口进行排气。进气是通过设置在侧壳体的2点左右位置的进气口、进气坑道,从环形盘的进气口进入到气缸内,具有在与1/6循环相同的单元中的相同冲程。
一种(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式开放型1/4/4循环喷气发动机/泵,其特征是,设置包括用于使活塞进行旋转动作的冲程的驱动单元。
虽然部件个数、加工作业会增加,排气量也减半,性能方面、效率方面都比1/6循环差,但可以欣赏独自的排气音或进排气系统的设计等,兴趣和价值以及20世纪十分活跃的4循环系统的衍生,对于后世的意义是很大的。尽管如此,虽然应该发挥现在4循环的2倍~3倍的效率、性能,但据此要推进环境能源革命,性能上还是稍有不足。另外,单活塞型也同样,因超长冲程,对于低公害化对策是有利的。并且,该四冲程型也能够部署在压力、内爆、温差、内爆压、连续燃烧发动机上。
作为泵,虽然在第一~第五实施方式中同样成立,但只不过是4循环。
本第五实施方式虽然在性能方面比本发明其他的全部实施方式都差,但也具有现在的4循环的2~3倍的性能效率。但是,2~3倍对于引发革命成功是不足的。
遗憾的是,即使对今后的环境能源革命有帮助,也不能达到承担一部分任务的程度。但是,由于还具有使基本的4循环发动机留在世界上的意义和价值,所以作为(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式喷气发动机而衍生出的1/4、1/4/4循环发动机,就取决于哈雷爱好者对此热爱的期望程度。
〔第六实施方式〕
本发明还提供:作为第六实施方式的(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式多种燃料完全燃烧、1/6循环〔(1)进气、(2)完全气化、(3)压缩、(4)燃烧、(5)完全燃烧=无害化、(6)排气〕的六冲程完全燃烧喷气发动机。
本第六实施方式的(SB/CVC/IE型)、喷气燃烧式、多种燃料完全燃烧1/6循环喷气发动机是,代替已取得20世纪最活跃发展的速度型喷气发动机和容量型2或4循环内燃发动机的直列式,并有效利用两发动机的特性而衍生出的完全燃烧喷气发动机,是一种21世纪型的(SB/CVC/IE型)、多种燃料完全燃烧喷气发动机。
现在主流的发动机大多是双流(速度型)喷气发动机(主要用于飞机)和(容量型)往复式发动机的直列式(用于其他的陆海空),除此以外,还有往复式发动机的空冷星型的幸存品和少量的转子式以及特别的火箭发动机。
其中,空冷星型往复式发动机的发展阶段已经结束并处于末日阶段,现在除了模型以外已经不制造了。但是,其21世纪型已经在2006年作为(MYT)发动机重新出现,在开创21世纪未来的设计竞赛中,荣获了发明最高奖。
依赖于原型的各种测试数据的收集已结束,作为有5倍实力的21世纪型星型发动机(MYT发动机)的衍生是成功的。
由于超大型或超小型的制造很困难,因而要从小中型高输出的实用机的生产开始。据此能够联想到,毕竟直列式或速度型喷气发动机的21世纪型的出现是必然、必定的事件。
本第六实施方式提供21世纪型匀速正圆旋转式内燃机型、多种燃料完全燃烧喷气发动机,其基本上是(SB/CVC/IE型),在高速区域具有速度型的喷气发动机的轴输出性能特征,在低速区域具有远远超过容量型的性能。
当然,这样的发动机是现在最普及的,从排气量0.1cc以下的模型用、到2亿5000万cc以上的10万马力以上的大型船舶用,都是能够用于陆海空的所有用途的双发动机并用的21世纪型。当然,单气缸独立型的优点也能够直接用于所有的用途中。
MYT发动机作为容量型、空冷星型发动机的21世纪型,对于本发明人来说,具有非常宝贵的存在价值。MYT发动机是新世纪的先驱,今后,若直列式、速度型由此衍生成21世纪型时,则由于其带来极大期待的同时,还足以鼓舞类似信心的感情,所以有存在价值。
超小型或超大型的MYT发动机从耐久方面和经济方面考虑,其实用机的制作是不经济的,但对于大型卡车、公共汽车、小船、游艇、小中型飞机等来说有用武之地。
对此,本第六实施方式的发动机仅具有两个专用的运动部件,并且是构造变得更简单的(SB/CVC/IE型),除了止回阀以外,其他都与喷气发动机相同,完全没有匀速正圆旋转以外的运动。
为了实现现在的往复式发动机的5倍以上的效率、性能,对现在的喷气发动机降低性能(高速抑制),而开发出本多种燃料完全燃烧发动机,当然,其具有能承受与喷气发动机相等的高转速的构造。在现在的分类上,可能称为速度型喷气发动机的21世纪型才是正确的。
通过转变思路,本多种燃料完全燃烧喷气发动机的性能、效率能够达到现在的往复式发动机的5倍以上。
作为21世纪型多种燃料完全燃烧喷气发动机,不论燃料的种类以及能源,都能够全方位地使用这样的发动机。
现在主流的往复式发动机(容量型)是通过喷气发动机或气体涡轮发动机的(速度型)进行其性能极限的超越,但其轰隆声、高热排气、超高速旋转高输出、燃料消耗惊人等都是公知的,不能直接载置在汽车上,燃料费少、省资源是现今全人类的要求,革命的技术革新是必不可少的。但是,现在主流的往复式发动机或喷气发动机的基本原理,在任何意义上已经超过极限点(本发明人的个人看法),即使今后进行任何改良、部分革新,到2020年也不会成功。
现在在世界中所使用的内燃发动机,全部包括喷气发动机并由(进气、压缩、燃烧、排气)的四个循环构成。在130年前被认为是理想状态,但即使在数年后的当时,也发现了需要在进气的前阶段设置气化装置(即气化冲程)。现今,出来了更多的缺陷,需要设置各种催化剂(即有毒尾气的后处理工程)。若将它们按顺序表示时,则成为气化、进气、压缩、燃烧、排气、后处理。但是,喷气发动机不能进行后处理。
总之、关于21世纪的要求,可知在4循环系统中,(完全燃烧=无害化)和由此产生的(气化=完全气化)的2循环是不足的。
但是,还没有创造出理想地配置有六个循环的新的发动机。
因此,本第六实施方式提供一种(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式多种燃料完全燃烧喷气发动机。
本第六实施方式也是以如下为重点而构成的发明:即以热效率、省油性能最优良的超强转矩为目的的(容量型)超大型船舶用超长冲程柴油发动机、和以负载性能最优良的超强马力为目的的(速度型)飞机用喷气发动机为起点,并且如何打破它们的极限,并旨在发挥现在的往复式发动机的5倍以上、且以10倍为目标的性能、效率,是否能胜任作为与产业革命相匹敌的环境、能源革命的原动力。
本第六实施方式的完全燃烧发动机由于能够进行与喷气发动机相等的匀速正圆旋转,所以如图1所示,其是如下的发动机:在壳体1设置圆环型气缸,以确保依赖于完全的面接触的压力边界的方式,来设置在该气缸内进行匀速正圆旋转的将输出盘3、活塞4、环形盘5、环形齿轮6进行一体化而成的输出轴单元2、以及进行匀速正圆旋转的转子7,由此成为速度容量型,在高速区域能够达到与喷气发动机相等的转速极限,同时在低速区域也能够克服喷气发动机的最大缺点即低速极低性能极限,使容量型往复式发动机即使在低速或高速,也能够发挥远远超过现在发动机的高性能,能够实现燃料费少和低公害化,并能够将所有的燃料作为能源进行有效利用。
本第六实施方式的完全燃烧发动机虽然具有与上述的基本结构和第三实施方式相同的结构,但需要对壳体1、输出盘3、环形盘5和活塞4进行加工。通常,在主体或系统单元的副燃烧室S进行高压燃料喷嘴和辉光火花塞安装用的螺纹孔加工,以及在燃烧气体喷射止回阀的工作空间设置燃烧气体喷射止回阀自动开闭用锁止阀。
另外,对这样的活塞进行分工,在第一活塞的先行侧的输出盘上设置排出口,在与另一端连接的环形盘的后行侧设置进气口,由此使其承担排出和进气。使第二活塞承担先行侧的压缩和后行侧的燃烧,而且,在第一和第二活塞的空间内承担完全气化冲程,以及在第二和第一活塞的空间内,承担完全燃烧=无害化冲程。在第二活塞上设置有从外周面到后面的燃烧气体通道。一种(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式开放型1/6循环多种燃料完全燃烧喷气发动机/泵,其特征是,设置有包括如下的使活塞进行旋转动作的冲程的驱动单元,所述冲程包括:从该侧壳体的进气口通过位于第一活塞的后行侧的环形盘的进气口将空气吸入到气缸内的进气冲程(1);气缸内直接喷射燃料后的混合气在被第一和第二活塞夹持的空间中所形成的完全气化冲程(2);在转子内和第二活塞内,大部分被压缩在旁通内的副燃烧室内而一部分着火、被点火的压缩冲程(3);燃烧气体的一部分通过喷射孔直接进入到转子内和在第二活塞内从通道进入到转子内,并使转子内的气体进行二次燃烧,在使第二活塞发挥作用以便从转子内排出气体的同时,通过第二活塞内通道,喷射燃烧气体并打开自动开闭用锁止阀,燃烧喷射止回阀瞬时被打开,从而在气缸内进行燃烧的主燃烧冲程(4);以被第二和第一活塞夹持的方式所形成的完全燃烧=无害化(还包括消音、消除冲击波等)的冲程(5);通过第一活塞的先行侧的输出盘的排出口,从设置在壳体端面的排气坑道经由壳体排气口进行排气的排气冲程(6)。
作为泵,通过外力进行正转,并通过进行第一实施方式中的反转,能发挥与第三实施方式相同的效果。
本第六实施方式的完全燃烧喷气发动机能够通过基本的车床和铣削来制造。专用部件个数是以下的10个,其中的运动部件是基本的2个即输出轴单元2和转子7、2个止回阀(31、32)、1个锁止阀(66)(参照图1及图10~图12)。
1=专用壳体、内周正圆形的圆环型气缸(排气口、排气坑道的加工)
〔1/6循环完全燃烧发动机兼气缸壳体61〕
2=输出轴单元,需要对输出盘3进行排出口的加工,对一个专用活塞4进行通道加工〔64(B)〕,对环形盘5进行进气口的加工。
〔输出轴单元完全燃烧用,输出盘完全燃烧用壳体端面排出口式,在环形盘设置有进气口〕
7=转子
8=转子导向部
瞬时工作转换阀(未图示)
60=专用侧壳体(参照图1,进气口、进气坑道的加工)
31=压缩侧(低温)止回阀
32=燃烧喷射侧(高温)止回阀
66=自动开闭用锁止阀
65=完全燃烧用系统单元
即、本实施方式的完全燃烧发动机是,在壳体1(61)上设置将输出盘3、活塞4、环形盘5、环形齿轮6进行一体化而成的输出轴单元2和转子7,在转子导向部8上设置压缩侧以及燃烧喷射侧止回阀31、32和燃烧喷射侧止回阀自动开闭用锁止阀66等,或者由上述设置的完全燃烧用系统单元65和侧壳体60构成,并分别被固定在壳体主体1(61)上。
此外,对于本实施方式的完全燃烧发动机与内爆压发动机、温差或内爆发动机的构造通用的部件,不进行特别的详细说明,上述的记载也适用于第六实施方式。
下面对本第六实施方式的完全燃烧发动机的制造方法进行说明。首先,壳体1(61)的内周壁面正圆形的圆环型气缸,通过车床而做成正圆的内周壁面和内部端面以及沿中心的输出轴单元2用的通孔。加工出沿着排出口移动到壳体内部端面的1点~5点左右位置的排气坑道、和在4点左右位置朝向外部的排气口。
由于在壳体主体1(61)或系统单元65上,通过铣削加工不会与转子7的外周相接触,通过旁通来连接被转子7隔开的进气/燃烧侧气缸和压缩/排气侧气缸,因而在中间设置副燃烧室S,用钻削加工出朝向转子内的燃烧气体喷射口,并安装副燃烧室S的头部,或设置完全燃烧用系统单元65用的安装部。
输出轴单元2通过车床和铣削加工,做成活塞64(A)、64(B)及输出盘3,并在活塞64(A)的先行侧的输出盘3上加工出排出口。在环形盘5的活塞64(A)的后行侧加工出进气口。
通过车床加工,同时做成了转子7和转子轴17。
通过铣削加工,做成了活塞收纳用空间及其边缘。
转子导向部8通过车床加工,做成了3段的外径。首先,做成与环形齿轮内径无接触的外径和宽度且与环形盘5的侧面进行面接触,其次,做成与环形盘5的内径进行面接触的外径和宽度且与活塞侧面进行面接触,最后,做成与活塞内径进行面接触的外径和宽度。通过车床、铣削加工,做成转子轴通孔以及同心圆的转子外径面接触保持用的外径。在相反侧,加工出转子同步齿轮9设置用空间。
在主体或系统单元的旁通部的出入口,做成用于设置防止气体逆流的止回阀的空间。压缩侧止回阀31、燃烧喷射侧止回阀32及其自动开闭用锁止阀66是与设置锁止阀用的空间的同时,通过铣削加工做成燃料喷嘴安装部。
侧壳体60通过车床加工做成内端平面,并且通过铣削加工做成进气口和进气坑道,并加工出转子轴17用通孔。由外部加工出进气口。
下面对本第六实施方式的1/6循环完全燃烧喷气发动机的工作原理进行说明。
首先,活塞64(A)在先行侧承担排气以及在后行侧承担进气,活塞64(B)在先行侧承担压缩以及在后行侧承担燃烧(参照图10~图12)。
利用已结束排气的活塞64(A)的进气冲程(1)为,从经过6点开始直到240度左右的范围内,从侧壳体60的进气口进入到侧壳体内的进气坑道的空间,且通过位于活塞64(A)的后行侧的环形盘5的进气口而被吸入到转子7和圆环型气缸内的空气,与由燃料喷嘴喷射出的燃料成为混合气,在经过12点的位置时,以被活塞64(B)夹持的形式,在下一次的完全气化冲程(2)〔120度左右〕中完全气化,在压缩冲程(3)〔240度左右〕中,一部分在转子7内和活塞64(B)内且大部分被压缩在旁通内的副燃烧室S内并进行着火(点火)。此外,在本实施方式中,假设是均质预混合压缩着火(HCCI),当然也可以是火花塞点火、副燃烧室内直接喷射柴油燃料。这样,在本发明中,虽然能够采用均质预混合压缩着火、火花塞、副燃烧室内的直接喷射等,但特别是从成本方面的观点来考虑,将来最有希望采用仅在启动时通过辉光火花塞辅助的均质预混合压缩着火。虽然在现在的4循环往复式发动机中取得成功很艰辛,但在具有无重叠的可靠的压力边界和动作的该1/6循环完全燃烧喷气发动机中,能够很简单地实现。
在这里,通过附图再详细说明本实施方式的特征,图10(a)是在1/6循环的压缩已结束并开始了着火燃烧的位置上,现在正好被转子7堵塞的副燃烧室喷射口正要打开的瞬间,同时是活塞64(B)后端的通道口正要封闭的位置。然后气体立刻从喷射口进入。图10(b)是副燃烧室喷射口关闭,来自转子7的燃烧气体从活塞64(B)外周的通道口反向喷射到锁止阀66,并解除锁定的瞬间。燃烧喷射止回阀32打开时,活塞64(B)外周的通道口被气缸外周堵塞。图11(a)是在最终排气冲程的瞬间之前,副燃烧室喷射口打开,进行副燃烧室S的排气的瞬间,同时使燃烧喷射止回阀32关闭。图11(b)是转子7空间成为最小的时刻。
图12(a)是副燃烧室喷射口关闭,即使在副燃烧室S残留有压力也不能进一步排气,所以关闭了喷射口的位置,就是在转子7内开始重新吸入空气的位置。图12(b)是在圆环型气缸内开始吸入空气的位置。
理想的是,从6点之前的位置开始燃烧冲程,燃烧气体压力的一部分通过设置在副燃烧室S的喷射口瞬间直接进入到转子7内,并从活塞64(B)内部通道进入到转子7内部,使转子7内的气体燃烧,由此,使活塞64(B)发挥作用以便从转子7内排出。活塞64(B)在经过7点左右,相反从活塞64(B)内部通道,向自动开闭用锁止阀66喷射转子7内的燃烧气体从而使其打开,然后,通过使燃烧喷射止回阀32打开,大部分的燃烧就在圆环型气缸内进行,始终垂直于输出轴并以240度左右有效地持续作用于输出轴。
然后,完全燃烧=无害化冲程达到120度之后,由于通过位于活塞64(A)的先行侧的输出盘的排出口,并通过设置在壳体端面上的排气用坑道经由排气口进行排气,所以与往复活塞型(在内燃机中大约为45度)相比,一举成为5倍以上的输出冲程,再加上优良的燃烧效率以及机械效率等的相乘效果,可以推断出达到至少5倍以上、以10倍为目标的性能、效率。
此外,在本发明的完全燃烧发动机中,即使分别分成包括上述进气冲程(1)、完全气化冲程(2)和压缩冲程(3)在内的专用气缸、以及包括燃烧冲程(4)、完全燃烧=无害化冲程(5)和排气冲程(6)在内的专用气缸的独立的气缸,也能够实现。这正是本来的喷气发动机的构造本身,在W型气缸中追加一组活塞和转子,在其之间设置旁通和副燃烧室,由此也能够实现。这在第七实施方式中会进行详细说明。
另外,本第六实施方式的完全燃烧发动机与现在的喷气发动机(速度型)不同,为了不引起压力泄漏,而以压力边界全部由面接触构成的方式,来设计输出盘3、活塞4、环形盘5、环形齿轮6、转子7、转子导向部8,可实现完美的密封,完全没有压力泄漏,且没有燃烧气体压力的泄漏。若将这两个运动部件和转子导向部组装在圆环型气缸内,就完成了本实施方式的21世纪型(SB/CVC/IE型)、喷气燃烧式、1/6循环多种燃料完全燃烧喷气发动机。
本第六实施方式的完全燃烧发动机不需要多变速齿轮,并且有希望作为各种用途的原动机,所述多变速齿轮用于从低于MYT发动机的空转极限的6~60rpm左右的、即现在的往复式发动机的1/10~1/100的低速空转中产生较大转矩。另外,由于有效输出冲程为360度分之240度左右,所以是达到现在的往复式发动机的5倍以上的高效率的发动机。另外,在构造上达到与喷气发动机相等的高速旋转、在高输出的区域是没有什么问题的。该完全燃烧喷气发动机即使在低速区域或者在高速区域,都远远超过现在的容量型活塞曲柄式内燃发动机的转速极限,而且,该完全燃烧喷气发动机完全没有压力泄漏,能够将燃烧气体压力全部转换成旋转力。
另外,没有消除惯性,全部没有浪费地作用于旋转方向,并具有优良的机械效率,输出增大与排气量和转速大致成正比例。
本第六实施方式作为速度型喷气发动机的21世纪型,已实现了达到极限的简化、单纯化,进一步的省略、简化被认为是难以实现的。
完全燃烧喷气发动机的制造所需要的两个运动部件的构造简单且不需要特别的加工,并能够容易地进行制造。
本第六实施方式的完全燃烧发动机是以如下的(1)、(2)及(3)作为必须构成要件,作为有效的构成要件包括以下的各要件。
(1)仅通过匀速正圆旋转进行工作。
(2)确保完全的压缩。
(3)活塞的力直接以直角作用于输出轴并提供旋转力。
除此以外,虽然不需要阀机构等、不需要飞轮等,这都不是必须构成要件,但也是有效的点。
根据本第六实施方式,作为代替现在最活跃的往复式发动机以及喷气发动机的、21世纪型(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式多种燃料完全燃烧喷气发动机,还能够作为所有用途的原动机发挥功能。
该完全燃烧喷气发动机可用于例如从超小型模型到割草机、从带有原动机的自行车到大型摩托车、从轻型汽车到普通汽车、大型卡车或公共汽车、从船外机到小船·游艇、再到大型船舶、原子能发电站发电、从超轻型运动飞机和小型自家用飞机到近距离通勤、再到国际航线客机等其他的所有需要原动机的全部用途中,能够实现小型、轻量、低价格、高转矩、高输出、省油、低维持费以及5倍以上的效率、性能且低公害。
它仅通过如一般大众能够容易理解的(众所周知的)马达那样的完全的正圆旋转进行工作。与现在的喷气发动机完全相反,它没有轰隆声、高热排气、超高速旋转高输出、燃料的大量消耗等,并且是组装简单的小型、轻量、高转矩、高输出、省油、低公害的所谓能实现简单明快的理想的发动机。本第六实施方式通过从现有技术中转变思路,能够实现5倍以上、且以10倍为目标的效率。
〔第七实施方式〕
本发明的第七实施方式为(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式2/6循环多种燃料连续完全燃烧喷气发动机。在连续完全燃烧发动机中,通过分别分成包括上述第六实施方式的进气冲程(1)、完全气化冲程(2)和压缩冲程(3)在内的专用气缸、以及包括燃烧冲程(4)、完全燃烧=无害化冲程(5)和排气冲程(6)在内的专用气缸并使其独立的气缸,能够使该连续完全燃烧发动机成立。换言之,这正是本来的喷气发动机的构造本身,通过在双气缸中追加一组活塞和转子,在其之间设置旁通和副燃烧室,由此也能够实现。其是性能效率达到1/6循环的2倍的高性能型。
通过该型终于在与现在的往复式发动机的对比中实现最终目标的(10倍的性能效率),可以准确地说已成为良好的阶段。
不用止回阀等,同时通过其连续燃烧能够证明并体会到该发动机是名符其实的21世纪型的喷气发动机。
另外,使用两个1/3循环,即使设置旁通副燃烧室也能够实现。
本第七实施方式由以下的结构部件构成(整体未图示)。除了本第七实施方式特有的构造以外,与上述的实施方式基本相同。
(1)2/6循环连续完全燃烧发动机兼气缸壳体两用
(2)输出轴单元连续完全燃烧用双联两用
(3)连续完全燃烧用系统单元双气缸连接型用
(4)双联双转子
(5)双联双转子导向部
(6)旁通副燃烧室=双气缸连接型用
(7)连续完全燃烧用侧壳体
本第七实施方式的连续完全燃烧发动机除了具有上述的基本结构以外,还将作为1/6循环集中于单气缸而构成的结构,分成压缩侧和燃烧侧的两个专用气缸,并成为回到原始的形式。
一种(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式开放型2/6循环多种燃料连续完全燃烧喷气发动机/泵,其特征是,双气缸2/6循环是原始的基本结构,并且是将与现在的喷气发动机相同结构的压缩专用侧气缸、带有副燃烧室的系统单元和燃烧专用侧气缸进行连接而成的结构,设置有包括1/6循环的2倍输出冲程的、并使活塞进行旋转动作的冲程的驱动单元。
当然,该双气缸型号能够用于全部类型。
作为泵,利用该形式也能够用于全部类型。
〔其他的实施方式〕
本发明的发动机/泵可以是上述第一实施方式的(压力)发动机、第二实施方式的(内爆)发动机、第三实施方式的(温差)发动机、第四实施方式的(内爆压)发动机、第五实施方式的(一般4循环)发动机、第六实施方式的(进气、完全气化、压缩、燃烧、完全燃烧=无害化、排气)完全燃烧发动机、第七实施方式的2/6循环的(连续完全燃烧=无害化)发动机以及它们的组合,除此以外,还可以是在本发明的范围内进行变更的实施方式,能够对应于所有的燃料、能源,并能够对全部的环境、能源问题予以解答。
在这里,对于以紧凑化为重点的内转子型进行了说明,但在有限的较长空间内需要设置大输出型的情况下,可以是外转子型。
相对于内齿轮的组合方式,采用普通的外齿轮的组合方式,虽然单独来看体积大,但连接性优良,直列多气缸化变得容易,仅拆卸转子就能够进行检修,其检修性良好且制造更容易。除此以外,基本上与现在的齿轮的组合相同,仅改变形式就能够实现。
另外,对于内转子型来说,双气缸是合适的,但还能够进一步与多气缸相连接。
在环形齿轮式中不能实现的2活塞/2转子,通过在输出轴盘内侧设置同步齿轮,也能够变成内转子式,并能够进行连接。
在3活塞/1或2转子的1/3、2/3、2/6冲程专用以及4活塞/2转子中,能够抑制转矩变动,并且连接无限制,在日后分解检修时,完全进行大修很困难。在外部转子式的情况下,仅拆卸转子就能够检修内部。对于大型来说,这点很好。
产业上的可利用性
本发明没有压力泄漏,因而被调节的压力全部成为转矩并做功。作为高速低速、两种转速极限性能优良的(SB/CVC/IE型)火箭/喷气燃烧式等、各种类型的发动机及泵,都具有产业上的可利用性。
本发明尤其能够利用(1)1/3循环(SB/CVC/IE型)外压式压力发动机、(2)2/3循环(SB/CVC/IE型)火箭燃烧式(HHO爆炸、定量、真空收缩)内爆火箭发动机、(3)2/3循环(SB/CVC/IE型)外燃式(膨胀、定量、收缩)温差发动机、(4)2/3循环(SB/CVC/IE型)火箭燃烧式(HHO爆炸、真空收缩喷射压缩)内爆压火箭发动机、(5)1/4/4循环(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式(一般4循环)喷气发动机、(6)1/6循环(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式多种燃料完全燃烧喷气发动机、以及(7)2/6循环(SB/CVC/IE型)喷气燃烧式多种燃料连续完全燃烧喷气发动机等。
附图标记的说明
1=壳体(气缸)
2=输出轴单元
(=将输出盘3+活塞4+环形盘5+环形齿轮6进行一体化而成)
3=输出盘
4=活塞〔4(A)、4(B)〕
5=环形盘
6=环形齿轮
7=转子
8=转子导向部(三个阶段外径)
9=同步齿轮
11=压力导入口
12=压力排出口
13=气缸内周壁面
14=转子面接触用气缸切口部
18=转子导向部(三个阶段外径)壁部
19=1/3循环压力发动机
30=2/3循环温差发动机
31=低温止回阀(压缩侧)
32=高温止回阀(燃烧喷射侧)
33=旁通缓冲室
35=温差用系统单元
36=低温传导体
37=高温传导体
40=2/3循环内爆压发动机
21=高压HHO喷嘴
22=辉光火花塞
41=低压HHO喷嘴
42=H2O回收管路
45=内爆压用系统单元
61=1/6循环完全燃烧发动机兼气缸壳体
64=活塞A、B完全燃烧用
65=完全燃烧用系统单元
66=自动开闭锁止阀、高温止回阀用
S=旁通副燃烧室
60=完全燃烧用侧壳体
90=间隙
91=(各种)系统单元

Claims (12)

1.一种发动机/泵,其特征在于,至少包括:
壳体(A),其具有气缸空间;
输出轴单元(B),其在所述气缸空间内能够进行匀速正圆旋转,并由一个或两个以上的活塞、环形盘和输出盘所构成;
转子(C),其相对于所述活塞的旋转能够以恒定的转速比进行匀速正圆旋转;
转子导向部(D),其中心与所述输出轴单元(B)一致并且作为所述气缸的内侧,具有与所述转子(C)之间的凹面接触保持部以及与所述活塞之间的面接触外周面,并支承进行匀速正圆旋转的所述输出轴单元(B)的中心以及所述转子(C);
驱动单元(E),其使所述活塞进行动作,
在所述壳体(A)的气缸的内周壁面的一部分上,具有与所述转子(C)的一部分外周面进行面接触的密封用的切口部,
所述输出轴单元(B)的活塞的结构为,其外周面与所述气缸的内周壁面进行面接触的同时还进行匀速正圆旋转,
所述转子(C)具有:在其旋转时用于收纳所述活塞的活塞收纳部,所述活塞收纳部的前端保持与所述活塞行进方向的前后面因线接触产生的压力边界,同时将所述活塞输送到所述气缸的另一侧。
2.如权利要求1所述的发动机/泵,其中,
所述壳体(A)中的气缸空间是以所述转子导向部(D)为中心而成为大致圆环状。
3.如权利要求1或2所述的发动机/泵,其中,
所述输出轴单元(B)是将一个或两个以上的所述活塞、所述环形盘以及所述输出盘进行一体化而成的。
4.如权利要求1~3中任一项所述的发动机/泵,其中,
具有偶数个所述活塞,其中的一对活塞被设置在自所述各盘的中心对置的位置上。
5.如权利要求1~4中任一项所述的发动机/泵,其中,
所述壳体(A)由主体部和侧部构成,所述主体部包括:在中心部能够使所述输出轴单元的轴部伸出的通孔。
6.如权利要求5所述的发动机/泵,其中,
所述壳体(A)的主体部具有主体设置用的基台部,在所述基台内部形成有空间,在所述空间内安装有作为所述驱动单元的系统单元。
7.如权利要求1~6中任一项所述的发动机/泵,其中,
所述转子导向部(D)除了具有与所述转子(C)之间的凹面接触保持部以外,其外周面还具有保持分别与活塞内径面、环形盘内径面、环形盘外侧面进行面接触的三个阶段的外周、侧面,并被所述壳体(A)固定。
8.如权利要求1~7中任一项所述的发动机/泵,其中,
所述驱动单元(E)是,在从所述转子(C)与所述气缸壁面进行面接触的边界部位而没有超过所述活塞外周面的长度范围的位置上所设的系统单元。
9.如权利要求1~8中任一项所述的发动机/泵,其中,
其被用于为了单独或适当组合而完成的、并由(增量、定量、减量)的匀速正圆旋转三冲程系统、以及(进气、完全气化、压缩)*(燃烧、完全燃烧=无害化、排气)的六冲程系统所构成的速度容量型、匀速正圆旋转式内燃机型、各种三冲程和六冲程发动机系统中。
10.如权利要求1~8中任一项所述的发动机/泵,其中,
其被用于所述活塞为一个、或者所述转子为两个的四冲程发动机系统中。
11.如权利要求1~8中任一项所述的发动机/泵,其中,
其被用于火箭燃烧式喷气燃烧式内燃机、或者内燃机型、火箭喷气发动机中。
12.一种发动机系统,其特征在于,
其至少包括权利要求1~11中任一项所述的发动机/泵。
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