CN1047429C - 复合多数通道式旋转内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明系关于一种复合多数通道式旋转内燃机的设计，使燃烧气体在半封闭的燃烧室依据多个特定的曲线进行，并在改变燃烧气体进行方向的同时对转子产生冲击力量，进行做功，经过多次阶段运动后可使燃烧气体释放出大部分的内能，并转成有用的机械能，达到做功的目的，本发明的设计可以不用密封以减少机械摩擦，同时不用机油可以减少排气污染，提高机械效率，降低燃料消耗率，且因适当的元件组合，可减少内燃机的体积与重量。

Description

复合多数通道式旋转内燃机

本发明属于内燃机，特别是转子结构的内燃机。

按目前一般习用旋转内燃机产品的设计，依据其运动方式，可区分为下列数种：1、利用偏心圆的转子在圆形空间运转的内燃机，如Maiiory内燃机。2、利用摇动式回转的内燃机，如Kauertz内燃机。3、行星回转，即利用偏心多边形转子在非圆形空间运转的内燃机，如1954年Felix Wankel温格尔内燃机，装在由Mazda马自达汽车公司生产的商用小汽车上。

然而上列的设计方式是将进气压缩动力与排气四个行程安排于同一圆周内完成，且为了区分四个行程，多使用顶端密封元件(ApexSeal)进行隔离，同时利用机油(Motor Oil)进行接触面的气密与润滑，这样的设计虽能解决动力行程问题，但是同时产生1、机械摩擦；2、燃烧不完全；3、废气污染等难题。

本发明的目的在于提供一种复合多数通道式旋转内燃机，以克服上述的缺点，同时充分发挥回转式机械结构在运转上的优点。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本发明的复合多数通道式旋转内燃机，主要具有中心转轴、中心转子、外部转子、外部静子、飞轮、气垫，其中空的转轴与中心转子以机械方式过盈配合结为一体，转轴中心部分为冷却水的通道，中段部位有冷却水道开口；中心转子部分呈部分圆锥状，前端锥面夹角较大，可做为燃料与空气的预热室，中间本体锥面夹角较小，其中刻有凹槽，做为燃烧气体的膨胀管道，以V字形在圆锥表面沿轴向与径向分布，在燃烧的气体被迫转弯，同时推动中心转子旋转，圆锥面有N个U字形凹槽(N≥2)，以360°/N角度分布，同时V字形转弯部分在圆周刻有平衡管道压力的细槽，最后末端呈圆柱状，使排气进行顺利。

本发明的上述目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

前述的复合多数通道式旋转内燃机，所述中心转子外部配合有含有多个内凹槽燃烧管道的外部转子，凹槽在轴向与径向以V字形分布，在径向以准U字形分布，内含平衡压力差的细槽，当燃烧气体在中央转子进行奇数次(第1、3、5等)转弯后进入外部转子的凹槽进行偶数次(第2、4、6等)转弯，使外部转子被燃烧气体推动旋转，转向与中心转子相反，气体每次转弯为一个阶段，如此安排共有M个阶段(M≥3),M与N的数量决定于内燃机的输出功率。

前述的复合多数通道式旋转内燃机，所述外部转子表面装置有各式驱动元件以驱动冷气机和空气压缩机等装置，所述各式驱动元件为齿轮、定时齿轮等。

前述的复合多数通道式旋转内燃机，所述外部转子表面装置永久磁铁，成为发电机转子，在其外部装置含有线圈的定子，以构成发电机。

前述的复合多数通道式旋转内燃机，还安排有无燃烧管道的外壳，亦称静子，所设静子具有与机座结合而固定的各种凸缘；第一类静子前端中空，置放轴承以支持中心转轴运动，其中间部分设有穿透孔，可做为火花塞结合处，也可做为空气、燃料、混合气等各种气体的注入口，成为进气与燃烧的地方；第二类静子，前端内部有N个收集燃烧气体的轴向凹槽，中间部分有径向数个通孔与排气管相通，做为排气歧管，后端内部中空供装置轴承，以支持中心转轴。

前述的复合多数通道式旋转内燃机，所述前方静子与外部转子间，做为防止燃烧气体外泄以及止推轴承之用，设有气垫，静子与外部转子各有同心圆凹槽以放置气垫。

前述的复合多数通道式旋转内燃机，所述中心的转轴与中心转子一体成型，冷却水通道沿着中心线部分设置。

前述的复合多数通道式旋转内燃机，可进一步安排在中心转轴的前端装置采集转速信号的定时器，在中心转轴后方设有飞轮，供与启动马达配合以启动引擎燃烧及将动力传递到变速箱。

本发明的具体结构由以下实施例及其附图详细给出。

图1、2为本发明燃烧气体在特定管道运动示意图。

图3为本发明燃烧气体速度变化与能量传递的向量图。

图4至图7为本发明燃烧管道的空间分布图。

图8为本发明内燃机主体构造图。

图9、图10为本发明内燃机的压力-容积图。

图11为本发明的进气与旋转角度比较图。

图12为本发明的排气与旋转角度比较图。

图13为本发明的功率输出图。

图14为本发明的复合多数通道式旋转内燃机的主要元件图。

图15为本发明的元件结合主视剖面视图。

图号部分：

图中，V_A，燃烧气体转弯前速度。

      V_B，燃烧气体转弯后速度。

      r_o，转子半径。

      R_b，有效转弯半径。

      ι1.，第一阶段(燃烧动力行程)

      ι2.，第二阶段

      ι3.，第三阶段

      ι4.，第四阶段

      M，阶段总数

首先请参阅图14、15所示，其为本发明具体实施例的一种。

主要元件包括：一中空的转轴10，与中心转子20两者以机械方式过盈配合结为一体，转轴10中心部分101为冷却水的通道，其中段部位设有开口102，以利冷却水流经中心转子20内部；中心转子20呈部分圆锥状，前端锥面201夹角较大，以利燃料与空气进行预燃，中间本体锥面夹角较小，其中刻有凹槽203、204，做为燃烧气体的膨胀管道，以V字形在圆锥表面沿轴向与径向分布可使燃烧气体在该V字形顶部转弯，气体被迫转弯并同时推中心转子20旋转，其剖面U字形凹槽以360°/N角度分布(N≥2)，同时V字形转弯部分在圆周刻有细槽205、206，以平衡每个燃烧管道压力，最后末端呈圆柱状202，使排气进行顺利。

一含有N个V字形内凹槽402、602的外部转子40、60，其V字形凹槽402的方向与中心转子20的凹槽203、204方向相反，当燃烧气体在中心转子20进行奇数次(第1、3、5等)转弯后进入外部转子40、60的凹槽进行偶数次(第2、4、6等)转弯，同时使外部转子40、60被燃烧气体推动旋转，转向与中心转子20相反，凹槽402、602在轴向与径向以V字形分布，在径向以准U字形分布，内含细槽401、601以平衡压力差，气体每次转弯为一个阶段，如此安排共有M个阶段(M≥3),M与N的数量决定于内燃机的输出功率。

在外部转子40、60表面，装置有各式驱动元件，如齿轮403、定时齿轮603以驱动冷气机和空气压缩机等装置；或是装置永久磁铁，成为发电机转子，在其外部装置含有线圈的定子，以构成发电机。

三个无燃烧管道的外壳(静子)30、50、70，所有静子30、50、70具有各种凸缘301、501，以便与机座结合固定。第一类静子30前端302中空，置放轴承11以支持中心转轴运动。

中间部分有穿透孔，做为火花塞结合处303，或是空气、燃料、混合气等各种气体注入口304、305，成为进气与燃烧的地方。

第二类静子70，前端内部有N个轴向凹槽702以收集燃烧气体，中间部分有径向N个通孔701与排气管相通可做为排气歧管，后端内部中空供装置轴承12，以支持中心转轴10。

气垫81、82、83、84分别设于前方静子30、50、70与外部转子40、60间，以做为防止燃烧气体外泄以及止推轴承之用，静子与外部转子各形成有同心圆凹槽以放置气垫81、82、83、84。

另可进一步安排在中心转轴10的前端装设定时器17如此做为监视转速的主要讯号来源，而在中心转轴10之后方可装设飞轮15与离合器16，供与启动马达配合，以启动引掣燃烧及将动力由中心转轴10传递到变速箱。

本发明主要的原理在于设计导引气体运动方向的燃烧管道，如图1、2所示，可限制气体在特定曲线空间内通行使其绕着转子的圆周部分进行局部转弯，由于每次转弯所引发气体速度的改变，造成气体对转子产生冲击，形成转子能够承受扭力的负荷旋转，如图3所示：

1、气体速度变化：

2、转子运动源自燃烧气体转弯所产生的推力。

3、转子的冲力，假设稳定状态，流量m $F=\stackrel{.}{P}=d/\mathrm{dt}\left(\mathrm{mVc}\right)=\stackrel{.}{m}\mathrm{Vc}$

4、转子的扭力 $T=F\·\mathrm{Rb}=\stackrel{.}{m}\mathrm{RbVc}$

5、转子所获的动能，源自气体转弯 $\stackrel{-}{W}=T\·W=\stackrel{.}{m}\mathrm{Rb}\·W\·\mathrm{Vc}$

如图4至图7所示，为了充分将释放气体的内能转换为转子的机械能，安排气体在外部转子部分做逆向转弯，而当气体再度进入中心转子时，其方向将与上次一致。如此可形成多次(M)阶段推动转子。同时在中心转子与外部转子间安排多个燃烧管道可使中心转子与外部转子同时有N个管道有燃烧气体通过可达到良好的动态平衡，热平衡，以及空间的适当利用。

如图8所示，本发明内燃机E利用外加的增压器C，将空气90与燃料喷射器I的燃料91加压后，喷射注入转子的燃烧管道内，经过点火装置92点火后，燃烧气体膨胀，沿着燃烧管道进行转弯，推动转子旋转做功，最后在末端排气93。压力-容积的变化曲线，如图9、图10中所示。

中心转子20在外部转子40、60内旋转，每次燃烧管道前端开口通过注入口时，引进燃料与空气经过点火后，开始燃烧，待废气通过排气口，利用压力差将废气排除，如此燃烧过程，就每个燃烧管道而言，是以集束(Bunch)方式间歇(Intermittent)燃烧(图11、图12中所示)。

整体而言，由于N个管道与M次转弯重叠效果，如图13所示。将呈现出平滑与连续的功能输出。

综合以上所述，本项发明可以充分发挥回转机构特性，其特点如下：1、振动、低噪音；2、无需外加进气排气装置；3、完全消除顶端密封元件；4、不用机油进行气密与润滑；5、温度差分布于长轴方向，不会在圆周方向有显著差异，同心度较好，动平衡效果良好；6、可以有效控制废气污染量，避免温格尔(Wankel)内燃烧的缺点。本项发明与其他内燃机的预期效果比较请参阅附表一所示。

综上所述，本发明对于熟悉此项技艺的人士而言，根据上述对实施例的说明，可能对具体实施例作部分的变更及修改，但仍包括在本发明技术方案范围中。

Claims (10)

1、一种复合多数通道式旋转内燃机，具有中心转轴、中心转子、外部转子、外部静子、飞轮、气垫，其特征在于：一中空的转轴与中心转子以机械方式过盈配合结为一体，转轴中心部分为冷却水的通道，中段部位有冷却水道开口；中心转子部分呈部分圆锥状，前端锥面夹角较大，做为燃料与空气的预热室，中间本体锥面夹角较小，其中刻有凹槽，做为燃烧气体的膨胀管道，以V字形在圆锥表面沿轴向与径向分布，圆锥面有N个U字形凹槽，以360°/N角度分布，同时V字形转弯部分在圆周刻有平衡管道压力的细槽，最后末端呈圆柱状，使排气进行顺利。

2、根据权利要求1所述的复合多数通道式旋转内燃机，其特征在于，所述N为≥2。

3、根据权利要求1所述的复合多数通道式旋转内燃机，其特征在于，所述中心转子外部配合有含有多个内凹槽燃烧管道的外部转子，凹槽在轴向与径向以V字形分布，在径向以准U字形分布，内含平衡压力差的细槽，当燃烧气体在中央转子进行奇数次转弯后进入外部转子的凹槽进行偶数次转弯，使外部转子被燃烧气体推动旋转，转向与中心转子相反，气体每次转弯为一个阶段，如此安排共有M个阶段，M与N的数量决定于内燃机的输出功率。

4、根据权利要求3所述的复合多数通道式旋转内燃机，其特征在于，所述M为≥3。

5、根据权利要求1所述的复合多数通道式旋转内燃机，其特征在于，所述外部转子表面装置有驱动元件以驱动冷气机和空气压缩机；或装置永久磁铁，成为发电机转子，在其外部装置含有线圈的定子，以构成发电机。

6、根据权利要求5所述的复合多数通道式旋转内燃机，其特征在于，所述驱动元件为齿轮、定时齿轮。

7、根据权利要求1所述的复合多数通道式旋转内燃机，其特征在于，还安排有无燃烧管道的外壳，亦称静子，所设静子具有与机座结合而固定的各种凸缘；第一类静子前端中空，置放轴承以支持中心转轴运动，其中间部分设有穿透孔，做为火花塞结合处，或是空气、燃料、混合气的各种气体注入口，成为进气与燃烧的地方；第二类静子，前端内部有N个收集燃烧气体的轴向凹槽，中间部分有径向数个通孔与排气管相通，做为排气歧管，后端内部中空供装置轴承，以支持中心转轴。

8、根据权利要求1所述的复合多数通道式旋转内燃机，其特征在于，所述前方静子与外部转子之间，做为防止燃烧气体外泄以及止推轴承之用，设有气垫，静子与外部转子各有同心圆凹槽以放置气垫。

9、根据权利要求1所述的复合多数通道式旋转内燃机，其特征在于，所述中心的转轴与中心转子一体成型，冷却水通道沿着中心线部分设置。

10、根据权利要求1所述的复合多数通道式旋转内燃机，其特征在于，进一步安排在中心转轴的前端装置采集转速信号的定时器，在中心转轴后方设有飞轮，供与启动马达配合以启动引擎燃烧及将动力传递到变速箱。

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