CN104265447A - 容积式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种容积式发动机，包括压气装置、燃烧装置、气动装置和传动装置，压气装置和气动装置均与传动装置相连接，压气装置和气动装置均与燃烧装置相连通，压气装置设有第一进气口，气动装置设有第一出气口，第一进气口和第一出气口不连通，气动装置的排量大于压气装置的排量，第一进气口进入的气体经压气装置进入燃烧装置进行加热，燃烧得到的高压热气作用在气动装置，并经第一出气口排出。本发明公开的容积式发动机具有能够持续工作，运行平稳，震动小，无喘振现象，实现无级变速，且整体结构简单的特点。

Description

容积式发动机

技术领域

本发明属于一种发动机，尤其是涉及一种容积式发动机。

背景技术

目前，市场上使用最多的发动机种类主要有：活塞式发动机、三角转子发动机和透平式燃气轮机。其中活塞式发动机是利用活塞在气缸中往复运动，完成进气、压缩、作功、排气四个工作行程，优点是技术成熟，制造成本低，但活塞在气缸内往复运动，不断加速减速，影响效率，运行时震动大；活动部件多，噪音大，降低机器可靠性。三角转子发动机利用近似8字形气缸内的三角转子旋转，使三角转子的一个面在旋转一周时就完成吸气、压缩、做功、排气四个行程，优点是活动部件少，可靠性高，运行顺畅，震动小，其不足方面有：转子发动机的耗油量大，润滑不良，排放不易达标，燃烧室在固定的一面，整体气缸冷热不均，技术不够成熟，制造成本和维修成本高。透平式燃气轮机是利用高速使压气机加压空气，通过燃料在燃烧室燃烧产生高温高压气体，推动叶轮旋转，叶轮产生的动能一部分用来驱动压气机，另一部分驱动负载，优点是技术成熟，可生产大功率发动机，缺点是旋转部件转速高，制造难度高，在高速转低速时易发生喘振，发动机寿命较短，价格昂贵，不适用于需求中小功率，速度变化频繁的环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种容积式发动机，能够解决上述问题中的至少一个。

根据本发明的一个方面，提供了一种容积式发动机，包括压气装置、燃烧装置、气动装置和传动装置，压气装置和气动装置均与传动装置相连接，压气装置和气动装置均与燃烧装置相连通，压气装置设有第一进气口，气动装置设有第一出气口，第一进气口和第一出气口不连通，气动装置的排量大于压气装置的排量，第一进气口进入的气体经压气装置进入燃烧装置进行加热，燃烧得到的高压热气作用在气动装置，并经第一出气口排出。

本发明的容积式发动机的有益效果是：通过压气装置将气体压入燃烧装置内，燃烧装置燃烧时对气体进行加热，再经气动装置旋转将气体带出；由于第一进气口和第一出气口不连通，使得燃烧装置形成密闭空间，因此气体在加热时膨胀，气压增加；经燃烧装置得到的高压热气作用在气动装置，使气动装置转动，气动装置带动传动装置转动。同时，由于气动装置的排量大于压气装置的排量，因此，使气动装置在气压作用下除自身转动外，将富余的动力用以驱动压气装置和其余负载转动，保证了本发明的容积式发动机能够持续工作，运行平稳，震动小，无喘振现象，且整体结构简单。

在一些实施方式中，压气装置可以包括第一壳体、第一旋转轮和第二旋转轮，第一旋转轮和第二旋转轮相配合，且均位于第一壳体内，由第一进气口进入的气体通过第一旋转轮和第二旋转轮与第一壳体的间隙进入燃烧装置。由此，可以通过第一旋转轮和第二旋转轮的旋转将气体传送至燃烧装置内，方便气体的输入，同时可以通过控制第一旋转轮和第二旋转轮的转速控制压气装置的空气排量。

在一些实施方式中，气动装置可以包括第二壳体、第三旋转轮和第四旋转轮，第三旋转轮和第四旋转轮相配合，且均位于第二壳体内，经燃烧装置加热后的高压热气作用在第三旋转轮和第四旋转轮上，并经第三旋转轮和第四旋转轮与第二壳体的间隙流至第一出气口。由此，燃烧装置内的高压热气可以作用在第三旋转轮和第四旋转轮上，使两者转动，从而带动传动装置传动，为传动装置传动提供动力，提高工作的可靠性。

在一些实施方式中，第一旋转轮或第二旋转轮的转轴与传动装置相连接，第三旋转轮或第四旋转轮的转轴与传动装置相连接，压气装置与气动装置的转动速度相等。由此，可以通过气动装置的转动带动压气装置的转动，保证了提供能量的稳定性，以及保证了工作时的平稳性。

在一些实施方式中，第一旋转轮和第二旋转轮的轴向长度或轴径均小于第三旋转轮和第四旋转轮的轴向长度或轴径。由此，在保证气动装置和压气装置相同的转速前提下，气动装置所受的压力大于压气装置所受的压力，使得气动装置在克服压气装置的阻力后可以正常运转并对外输出做功，保证了输出功率。

在一些实施方式中，第一旋转轮或第二旋转轮的转轴与传动装置相连接，第三旋转轮或第四旋转轮的转轴与传动装置相连接，气动装置的转动速度与压气装置的转动速度不相等。由此，气动装置的转动速度与压气装置的转动速度不相等，可以使得各旋转轮的轴向长度或轴径可以相对变化，保证气动装置能够正常带动压气装置转动，以及对外界负载做功。

在一些实施方式中，第一旋转轮和第二旋转轮的转速与第三旋转轮和第四旋转轮的转速不相等。由此，可以在不限定各旋转轮的轴向长度或轴径，在转速不相等的情况下，可以保证气动装置的排量大于压气装置的排量。

在一些实施方式中，燃烧装置可以包括燃烧气缸、燃烧器和燃料输送管道，燃烧气缸与气动装置和压气装置相连通，燃烧器位于燃烧气缸内，燃料输送管道与燃烧器相连接。由此，可以保证燃烧气缸处于密封状态，以及使得燃烧器通过对燃料的燃烧对燃烧气缸内的气体加热，保证气体的压力。

在一些实施方式中，压气装置和气动装置均为罗茨风机。由此，方便压气装置对气体的传入，以及气动装置的正常运转。

附图说明

图1是本发明的容积式发动机的一种实施方式的结构示意图；

图2是本发明的容积式发动机的一种使用状态结构示意图；

图3是本发明的容积式发动机的另一种使用状态结构示意图；

图4是本发明的容积式发动机的另一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

参照图1和图2:容积式发动机，包括压气装置1、燃烧装置2、气动装置3和传动装置6，压气装置1和气动装置3均与传动装置6相连接，压气装置1和气动装置3均与燃烧装置2相连通。压气装置1开设有第一进气口4，气动装置3开设有第一出气口5，第一进气口4和第一出气口5不连通，气动装置3的排量大于压气装置1的排量，第一进气口4进入的气体经压气装置1进入燃烧装置2进行加热，燃烧得到的高压热气作用在气动装置3，并经第一出气口5排出。

燃烧装置2包括燃烧气缸21、燃烧器22和燃料输送管道23，燃烧气缸21与气动装置3和压气装置1相连通，燃烧器22位于燃烧气缸21内，燃料输送管道23与燃烧器22相连接。压气装置1与燃烧气缸21连通处开设有第二出气口7，通过第二出气口7可以将由压气装置1进入的气体直接进入到燃烧气缸21内。气动装置3与燃烧气缸21连通处开设有第二进气口8，燃烧气缸21内的高压热气通过第二进气口8进入气动装置3，使气动装置3开始工作。当燃料通过燃料输送管道23到达燃烧器22后，点火后燃料持续燃烧，实现对燃烧气缸21内的气体持续加热，提高气体压力，实现持续做功，不同于活塞式机械的爆炸做功，本发明中的燃烧装置2对燃料的要求低，使用无铅燃料也可达到良好性能，可减少铅污染，持续燃烧方便增加水汽助燃，使燃料燃烧更安全，提升燃烧效率并减少空气污染。

压气装置1包括第一壳体11、第一旋转轮12和第二旋转轮13，第一旋转轮12和第二旋转轮13相配合，且均位于第一壳体11内，由第一进气口4进入的气体通过第一旋转轮12和第二旋转轮13与第一壳体11的间隙进入燃烧装置2。第一旋转轮12和第二旋转轮13可以是相配合的叶轮，在使用时，压气装置1可以采用三叶罗茨风机或六叶罗茨风机。

气动装置3包括第二壳体31、第三旋转轮32和第四旋转轮33，第三旋转轮32和第四旋转轮33相配合，且均位于第二壳体31内，经燃烧装置2加热后的高压热气作用在第三旋转轮32和第四旋转轮33上，并经第三旋转轮32和第四旋转轮33与第二壳体31的间隙流至第一出气口5。第三旋转轮32和第四旋转轮33可以是相配合的叶轮，在使用时，气动装置3可以采用三叶罗茨风机或六叶罗茨风机。

在工作过程中，压气装置1和气动装置3之间的各部件不直接接触，大大减小了各部件的摩擦损耗，降低了对各部件的加工精度要求，降低了制造和加工成本。

第一旋转轮12或第二旋转轮13的转轴与传动装置6相连接，第三旋转轮32或第四旋转轮33的转轴与传动装置6相连接，压气装置1与气动装置3的转动速度相等。其中，传动装置6可以为一根转动轴，传动装置6与第一旋转轮12的转轴以及第三旋转轮32的转轴通过销轴固定连接，使得第三旋转轮32在旋转时，可以通过传动装置6带动第一旋转轮12转动，实现压气装置1持续压入空气。

第一旋转轮12和第二旋转轮13的轴向长度或轴径均小于第三旋转轮32和第四旋转轮33的轴向长度或轴径，即压气装置1的叶轮轴向长度或轴径小于气动装置3的叶轮轴向长度或轴径。从而使得相同压强作用力下，面积越大，单位时间内所受的作用力越大，即单位时间内气动装置3的排量大于压气装置1的排量。因此，气动装置3所受的作用力大于压气装置1所受的作用力。由此，使得气动装置3在高压热气的作用力可以自身转动，还有富余的动力带动压气装置1和负载转动，对外界做功。

本发明的容积式发动机在工作时，压气装置1的第一旋转轮12和第二旋转轮13旋转，气体随着第一旋转轮12和第二旋转轮13的转动，气体由第一进气口4进入后，再通过第一旋转轮12和第二旋转轮13与第一壳体11的间隙进入燃烧气缸21内。同时，燃料通过燃料输送管道23进入到燃烧器22处，燃烧器22点火后，对燃烧气缸21内的气体进行加热，使得气压升高，高压气体作用在第三旋转轮32和第四旋转轮33上。第三旋转轮32和第四旋转轮33在高压气体的作用下转动，并带动传动装置6转动。由于，气动装置3的排量较压气装置1的排量大，使得气动装置3可以克服压气装置1的阻力后带动压气装置1转动，同时，将富余的动力带动负载转动，对外界进行做功。

在使用过程中，可以通过调节压气装置1的转速提高压入燃烧装置2的气体量，从而增加燃烧气缸21内单位时间的气体流量，单位时间可燃烧更多燃料，进而提高气动装置3的输出功率，由此实现了本发明的无级变速，使得容积式发动机在使用时运行平顺，振动小，噪音低，可以适用于速度变化频繁和速度变化大的工作环境。同时，由于在本发明的容积式发动机在运作过程中，燃烧气缸21始终处于密封状态，使气动装置3在较低转速下也能正常工作，不会出现高压区气体向低压区回窜的现象，即不会出现透平式燃气轮机在高速转低速时发生的喘振现象。

如图3所示，本发明的容积式发动机在使用时也可以将多个压气装置1串联后再与多个气动装置3串联，压气装置1安装于气动装置3前。相互串联的压气装置1中各旋转轮的轴向长度或轴径逐渐减小，使后面的压气装置1在转动时处于加压状态。相互串联的气动装置3中各旋转轮的轴向长度或轴径逐渐增大，使后面的气动装置3在转动时处于减压状态，相当于高压气体膨胀做功。同时整个容积式发动机采用一套燃烧装置2，即在压气装置1与气动装置3连接处安装，燃烧装置2前串联的压气装置1，排量总是从大到小排列，属于多级加压，可以增加进气量，提升发动机功率，燃烧装置2后串联的多级气动装置3，排量总是从小往大排列，相当于利用前一级排出的高压废气膨胀做功，降低最终排气的温度和压力，提升了发动机的效率。

实施例2

如图4所示，本实施例中的容积式发动机的结构与实施例1基本相同，其区别在于：第一旋转轮12或第二旋转轮13的转轴与传动装置6相连接，第三旋转轮32或第四旋转轮33的转轴与传动装置6相连接，气动装置3的转动速度与压气装置1的转动速度不相等，保证单位时间内气动装置3的排量大于压气装置1的排量。

第一旋转轮12和第二旋转轮13的转速与第三旋转轮32和第四旋转轮33的转速不相等。在保证气动装置3的排量大于压气装置1的排量的前提下，当第一旋转轮12和第二旋转轮13的转速大于或等于第三旋转轮32和第四旋转轮33的转速的转速时，第三旋转轮32和第四旋转轮33的轴向长度或轴径大于或等于第一旋转轮12和第二旋转轮13的轴向长度或轴径；当第一旋转轮12和第二旋转轮13的转速小于第三旋转轮32和第四旋转轮33的转速的转速时，第三旋转轮32和第四旋转轮33的轴向长度或轴径可以大于或等于或小于第一旋转轮12和第二旋转轮13的轴向长度或轴径。本实施例中的传动装置6为两根通过齿轮相连接的转动轴，其中一根转动轴的一端与第二旋转轮13的转轴通过销轴固定连接，另一根转动轴的一端与第四旋转轮33的转轴通过销轴固定连接。两根转动轴的另一端通过齿轮相配合，两转动轴的另一端均套设有齿轮，两个齿轮相啮合。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.容积式发动机，其中，包括压气装置(1)、燃烧装置(2)、气动装置(3)和传动装置(6)，所述压气装置(1)和气动装置(3)均与传动装置(6)相连接，所述压气装置(1)和气动装置(3)均与燃烧装置(2)相连通，所述压气装置(1)设有第一进气口(4)，所述气动装置(3)设有第一出气口(5)，所述第一进气口(4)和第一出气口(5)不连通，所述气动装置(3)的排量大于压气装置(1)的排量，所述第一进气口(4)进入的气体经压气装置(1)进入燃烧装置(2)进行加热，燃烧得到的高压热气作用在气动装置(3)，并经第一出气口(5)排出。

2.根据权利要求1所述的容积式发动机，其中，所述压气装置(1)包括第一壳体(11)、第一旋转轮(12)和第二旋转轮(13)，所述第一旋转轮(12)和第二旋转轮(13)相配合，且均位于第一壳体(11)内，由所述第一进气口(4)进入的气体通过第一旋转轮(12)和第二旋转轮(13)与第一壳体(11)的间隙进入燃烧装置(2)。

3.根据权利要求2所述的容积式发动机，其中，所述气动装置(3)包括第二壳体(31)、第三旋转轮(32)和第四旋转轮(33)，所述第三旋转轮(32)和第四旋转轮(33)相配合，且均位于第二壳体(31)内，经所述燃烧装置(2)加热后的高压热气作用在第三旋转轮(32)和第四旋转轮(33)上，并经第三旋转轮(32)和第四旋转轮(33)与第二壳体(31)的间隙流至第一出气口(5)。

4.根据权利要求3所述的容积式发动机，其中，所述第一旋转轮(12)或第二旋转轮(13)的转轴与传动装置(6)相连接，所述第三旋转轮(32)或第四旋转轮(33)的转轴与传动装置(6)相连接，所述压气装置(1)与气动装置(3)的转动速度相等。

5.根据权利要求4所述的容积式发动机，其中，所述第一旋转轮(12)和第二旋转轮(13)的轴向长度或轴径均小于第三旋转轮(32)和第四旋转轮(33)的轴向长度或轴径。

6.根据权利要求3所述的容积式发动机，其中，所述第一旋转轮(12)或第二旋转轮(13)的转轴与传动装置(6)相连接，所述第三旋转轮(32)或第四旋转轮(33)的转轴与传动装置(6)相连接，所述气动装置(3)的转动速度与压气装置(1)的转动速度不相等。

7.根据权利要求6所述的容积式发动机，其中，所述第一旋转轮(12)和第二旋转轮(13)的转速与第三旋转轮(32)和第四旋转轮(33)的转速不相等。

8.根据权利要求1～7任一项所述的容积式发动机，其中，所述燃烧装置(2)包括燃烧气缸(21)、燃烧器(22)和燃料输送管道(23)，所述燃烧气缸(21)与气动装置(3)和压气装置(1)相连通，所述燃烧器(22)位于燃烧气缸(21)内，所述燃料输送管道(23)与燃烧器(22)相连接。

9.根据权利要求8所述的容积式发动机，其中，所述压气装置(1)和气动装置(3)均为罗茨风机。