CN1055410A - 燃气活塞转子发动机 - Google Patents

Abstract

一种用来直接产生旋转动力的燃气活塞转子内 燃发动机。其特征是由缸外独立燃烧室、吸气压缩缸 及膨胀排气缸、径向隔板活塞、压缩缸转子、膨胀缸转 子及主轴等组成。气缸型面、转子与主轴同心，两缸 转子由主轴同轴串联，燃气在燃烧室内连续燃烧，推 动活塞使转子产生连续旋转动力，该机无曲轴连杆， 无进排气阀，无相位内外齿轮，燃烧室面积容积比小， 转子无偏心运动，发动机无震动，噪音小，结构简单， 制造成本低，单位容积功率大，单位功率质量小，能量 转换效率高，环境污染小。

Description

本发明涉及一种转子内燃发动机。特别是由缸外独立燃烧室、吸气压缩缸、膨胀排气缸、压强平衡连通管、单向导通阀、中隔板、隔板活塞及转子、转子轴等组成的转子内燃发动机。

在以往的往复活塞内燃发动机中，为了得到旋转驱动力，必须把活塞的直线往复运动，通过连杆推动曲轴才能得到，进排气一般通过凸轮轴驱动进排气阀进行控制，当进一步提高发动机转速时，活塞、曲轴、气门机构的往复惯性力急剧增大，使轴承及曲轴负荷加大，震动增强，并同时破坏气门机构的正常工作，所以它的结构复杂，可靠性差，另件繁多，发动机单位容积功率小，单位功率质量大，震动大，噪音大，能量转换效率低，环境污染大。

在以往的燃气涡轮内燃发动机中，为了获得较高的增压比，必须在很高的转速下，由多级的转子叶片、静子叶片所组成的压气机来完成，因此它的结构复杂，由于没有密闭的气室，低速旋转时，增压比急剧减小，输出扭矩骤减。后轴承受高温影响，使用寿命短。所以燃气涡轮发动机制造难度大，制造成本高，噪音大，环境污染大。

在以往的三角转子内燃发动机中，转子与转子轴不同心，主机构是由一对相位内外齿轮和偏心轴所组成的行星机构，气缸理论型线为双弧长短幅圆外旋轮线，转子的理论型线为气缸型线族的内包络线，几何原理复杂，制造难度大。燃烧室的形状为偏平盒状，因此燃烧室的面积容积比大（约等于2）火焰淬熄层面积大，难以组织最佳燃烧，故此燃烧效率低，燃烧室对缸盖的投影面积大，至使缸盖承受很大的气压，密封困难，由于该发动机只有一个燃烧作功点，至使偏心轴所受的气体爆发压力较大，而且主轴颈必须穿过中空的相位外齿轮，至使主轴颈直径因受到相位齿轮齿圈内径的限制而不能增加。因此偏心轴是受力大而情况复杂，尺寸又受到一定限制，为了抵消转子的偏心惯性力，还必须设置平衡重。由于吸气室的容积等于燃烧室的容积，因此该发动机也不具备主动增压功能。另外受形状参数K值的影响，发动机总尺寸受限制，将不能制成巨型大功率发动机。所以三角转子发动机能量转换效率低，震动大，噪音大，制造成本高，使用寿命短，环境污染大。

本发明的目的就是要取消往复活塞发动机中的连杆曲轴，凸轮轴及进排气阀，改善燃气涡轮发动机的低速旋转时输出扭矩小的缺点，取消三角转子发动机中的相位内外齿轮及曲轴，使气缸、转子及转子轴同心，燃气在两个对称的燃烧室内连续均匀的燃烧，转子可获得连续均匀的旋转力矩，推力只作用于转子的最大半径处，始终保持等力矩输出，力臂的大小与转角无关，燃烧室形状可任意设计，可获得最小面积容积比（约等于1），可组织最佳燃烧，可燃用多种燃料（包括氢气），由于在两个吸气室之间及两个膨胀室之间有压强平衡连通管连接，因此可确保相应气室之间压强始终平衡，从而使各转子工作面不产生偏压，主轴不受剪切力，前后轴承所受支反力最小，轴承寿命大大延长，同时气室对缸盖的投影面积小，故密封良好。在冷缸转子宽度大于热缸转子时，吸气室的容积将大于膨胀室的容积，从而使该发动机具备主动增压吸气功能，这一功能的获得不需增加任何另部件。由于转子无偏心运动，无偏心质量，故可不设平衡重，且各部件受力均衡，无强负荷冲击，发动机容易实现陶磁化，发动机的大小尺寸不受限制，可以制成转子直径小于一分米的超小型发动机，也可制成转子直径大于一米的超大型发动机，可以用于小型动力机械、摩托车、发电机、汽车、火车及飞机跟轮船用的发动机。综上所述，这种发动机无震动，噪音小，结构简单，零件数量少，单位容积功率大，单位功率质量小，能量转换效率高，环境污染小。

下面根据附图对燃气活塞转子发动机进行详细说明：附图1是燃气活塞转子发动机的平面工作原理图，附图2为侧剖图。在皮带轮（62）带动下，吸气压缩缸转子（以下简称冷缸转子）（20）及膨胀排气缸转子（以下简称热缸转子）（55）带动径向隔板活塞（以下简称活塞）（3）、（11）、（18）、（27）、（31）、（42）、（44）、（54）以主轴（16）为圆心，分别在吸气压缩缸体（以下简称冷缸）（5）及膨胀排气缸体（以下简称热缸）（30）内向右旋（28）转动，同时在离心力跟复位弹簧及缸体型面的共同作用下，便在活塞槽中做往复运动，活塞（11）跟活塞（3）及冷缸型面、冷缸转子外表面与缸盖、中隔板、密封条、密封柱所组成的气密空间，在活塞（11）开始转过进气管（7）时，这一空间的容积由于进入冷缸型面大半径区，因此它的容积逐渐增大，吸气室（9）出现负压，吸气行程开始。燃气通过进气管（7）被吸入吸气室（9），由活塞（18）及活塞（11）等组成的气密空间，由于进入冷缸型面小半径区，此时容积被压缩，压缩行程开始。高压燃气由出气管（14）及单向导通阀（15）进入压缩气导管（17）、储气室（24），然后高压燃气又通过单向导通阀（33）、压缩气喷嘴（34）进入燃烧室（36），此时燃气被火花塞（35）点燃，燃气压力陡然升高，高压热气由热气喷管（37）喷入膨胀室（39），由活塞（42）、活塞（31）等组成的气密空间，由于进入热缸型面大半径区，此时容积逐渐增大，膨胀作功行程开始。因为此时活塞（42）所处的半径大于活塞（31），因此热缸转子（55）通过活塞（42）获得右旋（28）的推动力，由活塞（44）、（42）等组成的气密空间，进入热缸型面小半径区，此时容积逐渐被缩小，排气行程开始。热废气由排气管（43）排出，至此转子已旋转180度，完成4个发动机工作循环。同理在另半用活塞（27）、（18）等组成的气密空间进入吸气行程，活塞（3）、（27）进入压缩行程，高压燃气由出气管（2）及单向导通阀（1）进入压缩气导管（52）、储气室（51），高压燃气又通过单向导通阀（46）压缩气喷嘴（47）进入燃烧室（49），此时燃气被火花塞（48）点燃，高压热气由热气喷管（50）喷入膨胀室（53），活塞（54）、（44）进入膨胀作功行程，热缸转子（55）又通过活塞（54）获得右旋（28）的推动力，活塞（31）、（54）进入排气行程，热废气由排气管（29）排出，下半周4个发动机循环完成。至此转子已旋转360度，完成8个发动机工作循环。旋转动力通过主轴由飞轮（67）输出。活塞（11）、（3）及（27）（18）又进入吸气行程，因此又开始了第二个周期循环，依次重复，进行不息。

（4）为冷却通道，（6）为机油过孔，（8）为吸气室压强平衡连通管，（10）为密封环，（12）为密封条，（13）为机油通道，（19）为螺孔，（21）为小密封柱，（23）为吸气室，（25）、（40）为大密封柱，（32）、（45）为燃料直接喷嘴，（38）为燃烧室压强平衡连通导管，（56）为中隔板机油过孔，（57）为缸体紧固螺钉，（58）为前缸盖，（59）、（65）为冷却通道进出嘴，（60）（66）为油封，（61）、（68）为轴承，（63）、（70）为机油进出嘴，（64）为中隔板，（69）为轴承锁紧圈，（71）为后缸盖，（72）为转子垫圈。

Claims (6)

1、一种用来直接产生旋转推动力的燃气活塞转子发动机，其特征是由吸气压缩缸、缸外独立燃烧室、膨胀排气缸及中隔板(64)、主轴等组成，独立燃烧室(36)、(49)对称固定在膨胀排气缸体(30)外，燃烧室与膨胀室(39)、(53)分别由热气喷管(37)、(50)连接，燃烧室与吸气室(9)、(23)分别由压缩气导管(17)、(52)连接，转子(20)、(55)与主轴(16)同轴串联，转子转动360度完成8个发动机工作循环。

2、根据权利要求1所述的发动机，其特征是冷缸转子（20）及热缸转子（55）分别被径向隔板活塞等分镶嵌。

3、根据权利要求1所述的发动机，其特征是吸气室（9）与吸气室（23）之间有压强平衡连通管（8）连接。

4、根据权利要求1所述的发动机，其特征是膨胀室（39）与膨胀室（53）之间有压强平衡连通管（38）连接。

5、根据权利要求1所述的发动机，其特征是独立燃烧室内至少有一个压缩气喷嘴、燃料直接喷嘴及一个火花塞构成。

6、根据权利要求1所述的发动机，其特征是压缩气导管（17）、（52）内，至少有一个单向导通阀及一个储气室构成。

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