CN1054292A - 分缸压气燃烧旋转活塞内燃机 - Google Patents

Abstract

本旋转活塞内燃机由同轴的旋转活塞压气室和 旋转活塞燃烧室构成，两室都有机轴、机轴套、旋转活 塞、活动挡气板，在控制装置的作用下，活动挡气板能 够移出与插入气室，移出时，能让旋转活塞旋转，插入 时则与旋转活塞、机轴套、气缸壁组合成密闭气室，从 而使压气室将空气压缩，使燃烧室内的燃料和压缩空 气混合燃烧，推动旋转活塞旋转做功。

Description

本发明涉及两种新型的热机（内燃机和蒸汽机）的构造原理问题。

往复活塞内燃机由于活塞往复运动，惯性大，转速难以提高，又需要连杆、曲轴、飞轮等构件，润滑、冷却比较麻烦，至使机件构造复杂、笨重、摩擦损耗大，影响热机效率，因为只能控制进油量，无法控制进气量，结果进油较多时，燃烧不完全，冒黑烟，污染空气，进油量较少时，部分剩余的氧气和伴随进入气缸的氮气白白带走了部分能量。

为了克服内燃机的上述缺点，目前人们正着手研制旋转活塞内燃机。

根据有关资料记载，目前已有两种设计方案，一种是三角转子旋转活塞内燃机（在何杂志上发表的无法查找）。另一种是双旋转四循环活塞内燃机（见于上海人民出版社1977年新1版，数理化自学丛书，物理第二册）。不过，此两种旋转活塞内燃机有些工作原理跟往复活塞内燃机相同，如在同一气缸内先后进行吸气、压缩、爆发、排气四个冲程，也都只能控制进油量。无法控制进气量。再者，为何不见广泛应用，以取代往复活塞内燃机？可见上述两种设计方案或者是构造原理存在问题，或者是某些技术难关无法突破。

因此，本发明的任务是：摒弃传统的在同一气缸内进行吸气、压缩、爆发、排气四冲程的模式，而将压缩空气与燃烧做功分开在同轴的两只旋转活塞气缸（气室）内进行，其中一只专司压缩空气之职，另一只专司燃烧做功之职，这不仅使机体构造变得较为简单，又保证了两者能顺利地匀速旋转，四冲程（往复或旋转活塞）内燃机做功周比是四分之一，本设计虽然有一只气缸专司压缩空气之职，但燃烧做功室的旋转活塞每转一周至少有三分之二的园心角处于做功状态，所以，即使以两气缸而论，做功的周比至少也在三分之一以上。此外，还可以通过联动装置同时控制进油量和压缩空气进入量，保证气缸内油、气比例始终处于最佳状态。

本发明的优点是：

（1）体积小、重量轻、运转平稳、构造简单，零构件只有同功率往复活塞内燃机的一半。

（2）热机效率比往复活塞内燃机高20%以上。

（3）震动小、噪音小、空气污染小。

（4）用途广，可作汽车、机车、船舶、飞机等动力设备。

赖秀坤旋转活塞内燃机（下简称旋转活塞内燃机）由安装在同一机轴上的旋转活塞压气室（附图1，横剖示意图）和旋转活塞燃烧室（附图2，横剖示意图）构成。（附图3是旋转活塞内燃机压气室和燃烧室的纵剖示意图）。

压气室的构造如附图1所示，它由气缸（1）、机轴（2）、机轴套（3）、旋转活塞（4）、活动挡气板（5）、单向内开进气阀（6）、单向外开压缩空气排气阀（7）、机轴套压缩空气贮腔（8）等构成。

压气室的工作原理是：当旋转活塞（4）逆时针旋转从右侧接近活动挡气板（5）时，控制装置（图中未画出）将活动挡气板（5）迅速抽出气缸外，让旋转活塞（4）转过去，当旋转活塞转到活动挡气板左侧时，控制装置立即将活动挡气板（5）插入气缸内，并使挡气板（5）同机轴套（3）紧密接触，而此时旋转活塞（4）已超过进气口（6），故使气室（Ⅰ）内的空气与外界隔绝，随着旋转活塞继续旋转，气室（Ⅰ）内的空气被迅速压缩，最后冲开排气阀门（7）压入高压贮气筒或机轴套贮气腔（8），紧接着，控制装置又将活动挡气板（5）移出气缸外，让旋转活塞转过去，从而开始下一冲程。

因为旋转活塞（4）尚未紧贴活动挡气板（5）时，活动挡气板（5）即需开始向缸外移动。故会有少量压缩空气不能压进贮气腔（8），为减少能量损失，空气进口（6）必须设计成单向内开。

燃烧室的构造如附图2所示，它由气缸（1）、机轴（2）机轴套（3）、旋转活塞（4）、活动挡气板（5）、压缩空气进口（9）、高压喷油咀（10）、电火花塞（11）、废气排出口（12）等构成。

燃烧室的工作原理是：当旋转活塞（4）逆时针旋转从右侧接近活塞挡气板（5）时，控制装置迅速将活动挡气板（5）移到气缸外，让旋转活塞（4）转过去，当旋转活塞转到活动挡气板左侧后，控制装置又将活动挡气板（5）插入气缸内，并使之和机轴套（3）紧密接触，从而使活动挡气板（5）左侧与旋转活塞（4）之间形成了一个密闭气室（Ⅱ），（附图2所示），紧接着，控制装置先后打开压缩空气进气阀（9），让压缩空气进入气室，打开高压喷油咀（10）让燃油喷入，电火花塞（11）通电点火，燃料爆发，高温高压气体推动旋转活塞（4）旋转，并将动力传给机轴，当旋转活塞越过排气口（12）时，废气排出气缸外。

紧接着，活动档气板（5）又被移出气缸外，让旋转活塞继续旋转，从而开始下一冲程。

下面对主要部件的构造原理及工作原理作进一步说明。

（一）旋转活塞

压气室和燃烧室的旋转活塞（4）的构造都差不多，形近似矩形片板，如附图4所示，固定在机轴套（3）上，它的外侧面（14）为园柱面，其曲率半径与气缸内壁相同，为防止漏气，它的外侧面（14）和两端面（15）都要设置1-2根密封条（16），因为无论采用哪种活动挡气板，气缸内壁都会有一两条槽缝，若是用直条形密封条，则很容易与这些槽疑缝相撞，产生磨损。解决这个问题的办法是：

（1）将密封条做成“弓”形或波浪形。附图4（16）即为弓形密封条，密封条（16）顶视左右占宽约等于插入式活动挡气板厚度的1.5-2倍，（采用转动式活动挡气板因槽缝宽度很小，弯宽的比例随便）先端（17）做成向下斜坡形，这样，在旋转活塞（4）转越活动挡气板（5）处时，由于密封条后端被气缸壁顶着。使得先端低于外侧面（14）和两端面（15），不会被弹出产生磨损，转至密封条后部越过槽缝时，其先端又被气缸壁顶住。

（2）大型旋转活塞内燃机，可以采用附图5所示装置，即外侧面及两端面的密封条（16）都做成直条形而由穿过机轴（2）的拉索装置控制其弹、缩，当旋转活塞（4）接近槽缝时，控制装置（19）牵动拉索（18）将密封条（16）向内拉，使之低于旋转活塞的外侧面（14）及两端面（15），转越槽缝以后，控制装置放松拉索，让密封条（16）在弹簧作用下弹出，紧压气缸壁。

（二）活动挡气板

活动挡气板有三种设计方案。

（1）矩形板轴向插入式。用高强度轻合金板制做，将其顺着气缸的轴向摆置，如附图1-3所示，由控制装置（图中未画出）控制其插入或移出气缸，此种挡气板的优点是构造简单，机械强度高，能保证旋转活塞内燃机获得最大的做功/空转比（在机轴套条详述）。

（2）矩形板端向插入式，将矩形挡气板从气缸的一端或两端（即将活动挡气板分成两半）插入与移出气缸。工作原理同轴向插入式一样。

（3）转动式活动挡气板，如附图6所示，挡气板（20）做成园弧形，安设在气缸内壁凹槽（22）处，内园面与气缸壁齐平，它的一侧做成转轴（21），整块挡气板可以绕设置在气缸壁两端的轴承转动。

工作原理是：当旋转活塞（4）转越排气口（12）之后，控制装置将活动挡气板（20）转动，使它藏于气缸内壁凹槽（22）中。让旋转活塞转过，当旋转活塞转离挡气板（20）之后，控制装置又将挡气板（20）向缸内转动。（或打开压缩空气进气阀，用压缩空气将其冲下）。使它另一侧与机轴套（3）紧密接触，从而使档气板与旋转活塞之间形成密闭气室。

转动式挡气板的优点是：整体性好，安设在气缸内，机体较为紧凑。

（三）机轴套

因为任何一种挡气板移动或转动都需要一定的时间，如果将旋转活塞（4）直接安设在小小的机轴（2）上，那么，在插入式挡气板进、出气缸或转动式挡气板两度转动的时间里，旋转活塞-此时是空转，将要转过很大的园心角，空转所占的比例很大，影响机械效率和输出功率，甚至使旋转活塞内燃机成为无用，加设机轴套（小直径气缸则用大机轴）可以降低空转周比，粗略计算可知，旋转活塞

(做功的园心角)/(空转的园心角) ＝k (机轴套直径)/(气缸直径)

式中k决定于活动挡气板移动或转动的速度。

为了尽可能地加大机轴套。可以利用机轴套空腔（8）做压缩空气贮腔，压缩空气进入燃烧室则由控制装置（13）控制，这样，一方面可以提高做功周比，另一方面可以去掉比较笨重的高压贮气罐，大大缩短乃至全部去掉高压输出管道，大机轴套还能起飞轮蓄能作用。

为兼顾热机效率与功率，宜将气缸轴向缩短直径加大，呈果盒形状。

（四）进油量和进气量的控制

内燃机转动过程中，为使气缸内燃料和氧气的比例始终保持最佳状态，以利提高燃烧效率，可以设置一套手动或脚踏的联动装置，同时控制进油量和压缩空气进入量。

（五）双旋转活塞内燃机

气缸直径大于500mm的旋转活塞内燃机的燃烧室可以设置两片旋转活塞，并相应设置两组进气、喷油及通电点火装置，这不仅可以增大单机功率，还能使机轴受力对称，延长使用寿命。

（六）进气、喷油、点火及活动挡气板移动的控制

活动挡气板插入与移出气缸，压缩空气进入燃烧室，喷油及通电点火都由安装在机轴上的凸轮或碰撞桩控制，这样能保证各种装置协调动作。

在实用中可以以1-2个压气室组成压气组，供应2-4个燃烧室，而燃烧室的进气，燃烧可以交错进行，以使整个机体运转更加平稳。

附一、利用附图1所示的旋转活塞构造原理，可以制成旋转活塞蒸汽机，只要在进气口接上蒸汽管，装上控制阀，然后往汽室内（活动挡气板左侧与旋转活塞之间）通入高温高压蒸汽，旋转活塞即会运转起来。此种旋转活塞蒸汽机体积小，重量轻，构造十分简单，操作十分方便，热机效率比往复活塞蒸汽机高20%以上，逆转容易，只要将进汽口与排汽口设计得能对调，用途广泛，可作机车、船舶、山区火电站及小工厂的动力设备。

附二、附图1所示的旋转活塞装置，若用压力水流作动力，则可制成旋转活塞水力发动机，用途有：用作中小水电站、小工厂的动力机械，因为可以通过控制阀门的开闭程度来控制水量进入速度，从而实现无级变速，所以是陶瓷成形机群、缝纫机群、纺织机群理想的动力设备，实用方法是：先用大电机将水抽到15-20米高水塔中，再用水管送到各台机组，操作人员只要用脚踏阀门，即可获得如意的运转速度。

附三、若用人力、畜力、电力或内燃机驱动附图1所示的旋转活塞，可以制成人力、畜力、机动旋转活塞抽水机。人力（畜力）旋转活塞抽水机的摩擦阻力比龙骨水车、人力往复活塞抽水机要小，机械效率比它们高20%以上。安装使用亦十分方便。离心式轴水机转速适应范围较小，转速太低时便抽不到水。机动旋转活塞抽水机的转速可以根据需要在很大范围内变动，因而可以控制流量，适宜于流量经常变动的地方使用。此机最适用于高扬程，即使低速运转也能将水压上百米高度，是高层建筑理想的供水设备和消防设备。

Claims (11)

1、赖秀坤旋转活塞内燃机(下简称旋转活塞内燃机)由同轴的旋转活塞压气室和旋转活塞燃烧室构成，其特征在于：两室都有气缸(1)、机轴(2)、机轴套(3)、旋转活塞(4)、活动挡气板(5)、机轴套(3)固定在机轴(2)上，旋转活塞(4)则固定在机轴套(3)上，三者为一整体，活动挡气板(5)可由控制机构移出或插入气缸，压气室还有单向内开进气阀(6)、单向外开压缩空气排气阀(7)、机轴套压缩空气贮腔(8)、燃烧室还有单向内开进气阀(9)高压喷油咀(10)、电火花塞(11)、废气排出口(12)。

2、根据权利要求1的旋转活塞内燃机，其特征在于：小直径气缸的旋转活塞内燃机有一较粗的机轴、大直径气缸的旋转活塞内燃机在一般的机轴（2）上加上一机轴套（3），机轴或机轴套的直径大于气缸直径的四分之一。

3、根据权利要求1的旋转活塞内燃机，其特征在于：活动挡气板（5）可以顺轴向插入与移出气缸（1）;或从气缸（1）的两端插入与移出;或活动挡气板（5）可以嵌入气缸内壁，并能以一侧做转轴，使活动挡气板（5）向气缸内转动。

4、根据权利要求（1）的旋转活塞内燃机的旋转活塞的特征在于：小直径气缸旋转活塞为一片，大直径气缸（内径大于500mm）旋转活塞可以是两片。

5、根据权利要求1的旋转活塞内燃机其特征在于：采用插入式活动挡气板时，旋转活塞的外侧面或两端面的密封条做成弓形或波浪形（附图4），其顶视宽度大于活动挡气板的厚度，或其密封条可以由穿过机轴的拉索装置控制其弹出或缩入旋转活塞的外侧面及端面。

6、根据权利要求1的旋转活塞内燃机，其特征在于：压缩空气和燃料燃烧是分开在两个气缸（气室）内进行。

7、根据权利要求1的旋转活塞内燃机，其特征在于：可以通过一个联动装置同时控制进油量和压缩空气进气量。

8、根据权利要求1的旋转活塞内燃机，其特征在于：机轴套的空腔可作为压缩空气的贮腔（8）。

9、根据权利要求1、2、3、4、5的旋转活塞内燃机的旋转活塞压气室可以单独使用，成为一种新型空气压缩机，其特征在于：由气缸（1）、机轴（2）、机轴套（3）、旋转活塞（4）、活动挡气板（5）等构成。

10、根据权利要求1、2、3、4、5的构造原理制成的旋转活塞装置，其特征在于：以高温高压蒸气为动力。可以制成“赖秀坤旋转活塞蒸气机”。

11、根据权利要求1、2、3、4的构造原理制成的旋转活塞装置，其特征在于：以高压水流为动力，可以制成旋转活塞水力发动机，反之，若以人力、蓄力、电力驱动旋转活塞，则可制成旋转活塞抽水机。

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