CN111173613A

CN111173613A - 外压气可变气缸数转子发动机

Info

Publication number: CN111173613A
Application number: CN201911333044.5A
Authority: CN
Inventors: 周大立
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-05-19

Abstract

外压气可变气缸数转子发动机，燃气机图1电磁钩(1)释放拨杆(2)使气缸底板(9)可在转子(15)凹凸面至高压室(6)顶板间绕转轴(8)转动，转子点(10)到(9)底端(9)被弹起，转子点(11)到(9)底端(9)进高压室排净烟气从排气导管(7)至气缸(24)，拨杆拨动喷油嘴(3)冲击(9)至虚线，(7)被转子封堵，(2)拨动喷气嘴使(6)增压，转子点(12)经(9)底端时(2)拨动火花塞(5)，(9)沿转子点(12)滑至转子点(13)时(6)燃气冲入(24)，(24)由定子(14)U型槽、(9)、转子凹凸曲面组成，排烟口(19)，动力输出轴(16)，定子连接杆(23)固接轴承(22)与(16)滑接。

Description

外压气可变气缸数转子发动机

技术领域：本装置属于发动机技术，以燃烧石化油气为动力源，采用压气机与燃气机分别做功和定量供给油气的方式达到固定不变的最佳油气配比，以大幅度提高压缩比实现节省燃料的目的，巧妙的技术结构克服了现有发动机存在的很多问题，为有效提升燃油发动机工作效率带来可实现的解决方案。

背景技术：目前市场上广泛使用的发动机主要采用活塞式四冲程发动机技术，它是通过活塞在气缸内往复运动实现排气、进气、压缩、点火燃烧膨胀由连杆带动曲柄轴转动向外输出动力，在工作过程中存在以下缺陷，1不论几缸发动机、不论外部所需动力大小只要启动，每个气缸都必须同时工作，为了应对不断变化的动力需求只能通过油门控制发动机平稳运行，加大油门虽可增大动力但供气量没有变化这就破坏了油气比，燃油不能充分燃烧。2排气不彻底气缸内留有百分之十的废气不能得到排出(压缩比1∶10)减少了气缸做功容积也造成积碳。3进气不充分活塞快速下拉吸气时造成空气稀薄减少了实际进气量，虽然有涡轮增压技术能部份解决进气不足问题但也带来成本增加、使用寿命、维修成本、工作效率等问题，所以仍有很多发动机采用自然吸气技术。4压缩时可能造成爆震。5活塞往复运动、连杆摆动、曲轴转动需要消耗能量。国外早年就有转子发动机，它是以椭圆运动的方式来实现排气进气压缩做功的，因进气不足，油耗大，机械磨损大的缺陷一直没有得到普及。

发明内容：本装置设有四台转子燃气机、三台转子压气机，串联在同一根动力输出轴上顺时针旋转。燃气机在油门踏板电路控制下可分别启动燃气机的台数。转子压气机同时启动采用三级递进式增压方式提高压缩比，压气机受制动踏板、储气罐气压表电磁阀拨杆开关、车速表电磁阀拨杆开关控制。1燃气机正立面透视图1和1_1断面图2中可以看到定子上部设有电磁钩(通电时释放气缸底板拨杆，断电时抓住拨杆)、气缸底板拨杆(通过与气缸底板转轴轴芯固接延伸至燃气机外并与气缸底板垂直，根据气缸底板不同位置分别拨动喷油、喷气、点火电磁阀开关)、喷油嘴、喷气嘴、火花塞。内部设有高压室、高压室排气导管(用于排净高压室废气)、气缸底板，在喷油的作用下气缸底板从紧贴高压室顶部顺时针转动，受转子凸起部支撑到达虚线位置(在喷油的同时转子凸起部已封闭排气导管)形成高压室，转子设有两个凸起部和两个凹陷部，定子设有加厚部(气缸U型槽)和减薄部(烟气通道)转子与定子之间在密封环的作用下形成密闭气道，在气缸底板的阻隔下加厚部形成气缸，高压室在喷油喷气完成后压缩比提升至1∶40、容积为一个单位，气缸容积为39个单位，气缸中心线弧长是12点钟到15点15分钟位置，在断面图可以看到右边气缸槽完全被转子凸起部封闭，左边定子与转子之间除密封环外没有接触，高压室喷油密度等于活塞式气缸压缩比1∶10密度，也就是相同燃料，转子燃气机可在气缸内扩大39倍，活塞式发动机只能扩大9倍，相同的气缸体积做功，转子燃气机耗油量只有活塞式发动机的四分之一，本装置气缸做功直接推动转子，用力始终沿转动切线方向，运转时没有活塞往复运动、连杆的摆动、曲柄轴转动所消耗的能量，转子的运动方式决定不会有爆震情况发生，由于是外压油气至高压室，电磁阀可以控制每一次喷油喷气量恒定。定子下方两侧设有排烟道，废气由此排出，底部设有定子底座固定燃气机，环形气道与动力输出轴之间的外部空间设有由定子连杆和转子连杆组成的风扇。立面图中气缸底板所在位置燃气机正在做功，要燃气机停止工作，只须气缸底板被弹起至高压室紧贴顶部电磁钩抓住气缸底板拨杆，此时油气不再喷射，转子继续以惯性陀螺方式旋转。2压气机正立面透视图3和断面2_2图4，图中表示第二台压气机结构，它的外观尺寸与燃气机相同，宽度(延动力输出轴方向长度)与燃气机相同，第一台压气机宽度是第二台的三倍，第三台压气机宽度是第二台的三分之一，图中看到定子上部设有进气口、排气口、电磁钩、压气底板拨杆、拉力弹簧，下部设有底座，内部设有压气底板和转轴(拨杆与转轴压气底板联为一体通过轴芯延伸至压气机外与压气底板垂直，电磁钩通过控制拨杆来控制压气底板)，定子内设有一个环形U型槽，转子设一处凸起部在槽内扫动，在压气底板阻隔下将环形槽分割成压气区和吸气区，被压缩气体从排气口排出，需要压缩的气体从进气口进入吸气区，压气机要停止工作只须转子凸起部弹起压气底板至紧贴顶部位置，电磁钩抓住压气底板拨杆，使压气底板不再动作，转子继续以惯性陀螺的方式旋转。环形气道与动力输出轴之间的外部空间是定子连杆和转子连杆组成的风扇，在断面图中右侧定子与转子之间完全密闭，左侧定子与转子之间是压缩气道，定子与转子联系处设有环形密封条，联系方式为勾接滑行。3油气系统图5，图中设有三台压气机和一个储气罐由输气管线串联，一个油箱通过输油管线与四台燃气机并联，储气罐输出压缩气体通过输气管线与四台燃气机并联。三台压气机转子凸起部设计成三角对称分布使其受力均匀，四台燃气机凹陷部按米字型分布使其均匀输出动力，压气机转动一周的压气量等于四台燃气机同时做功时转动一周所需的用气量，每台燃气机转动一周做功两次。第一台压气机自然空气从进气口吸入进行压缩后经管线送入第二台压气机，再压缩后经管线送入第三台压气机进行第三次压缩，压缩后气体经管线送入储气罐备用，储气罐设有进气口、出气口、压力表电磁阀拨杆开关、过压阀、渗水阀，储气罐设定最高压缩比为1∶45，输出气体压缩比为1∶40，输出压缩气体通过管线分别送入四台压气机喷气嘴。供油部份，油箱内是已经被雾化的油气，工作气压等于1∶3压缩比，油气通过管线分别与四台燃气机喷油嘴相接。4油门踏板控制电路图6，图中有第一台、第二台、第三台、第四台燃气机上部的电路控制设备，包括燃气机气缸底板拨杆、喷油嘴电磁阀及上部触碰开关、喷气嘴电磁阀及上部触碰开关、火花塞电磁阀及上部的触碰开关，电路分为四个独立回路分别与燃气机各相关设备连接，各回路在左端油门踏板前断开，电源安装在总回路上由启动钥匙控制，顺箭头方向轻踩油门时第一个触点与踏板电路接通，表明第一台燃气机启动，电磁钩通电放开气缸底板拨杆，根据气缸底板所在不同位置由拨杆分别拨动(虚线表示)喷油、喷气、火花塞电磁阀开关，使燃气机工作，油门踏板深踩依次接通第二、第三、第四台燃气机，慢松油门踏板电磁钩断电抓住气缸底板拨杆燃气机依次第四、第三、第二、第一台燃气机停止工作。5制动踏板控制电路图7，三台压气机并联在同一电路中，电路接通时三台压气机同时工作，回路接通有两条，第一条是制动踏板回路(用于停车时储气罐气压严重不足时利用电动机驱动压气机)，第二条是自动接通回路，在这条回路上有储气罐压力表电磁阀拨杆开关，当储气罐气压低于1∶40压缩比时拨杆接通回路开关，当气压高于1∶45压缩比时拨杆断开回路开关，在这条回路上还串连着时速表电磁阀拨杆开关，当车辆时速大于30公里时拨杆接通回路开关，当车辆时速小于30公里时拨杆断开回路开关，车辆正常行驶中只要储气罐还能装气压气机就能自动工作，第三条回路是自循环怠速回路，回路上串联一台电动机和发动机转速表电磁阀拨杆开关，当转子都在做陀螺惯性转动时依靠电动机提供动力维持怠速，转速高于每分钟800转时转速表电磁阀拨杆断开回路开关，转速低于每分钟800转时接通回路，第一、第二条回路接通时三台压气机同时工作，车辆在滑行时可通过压气机工作回收能量。

附图说明：下面结合附图对本装置各部件及特征进一步说明，图1是燃气机正立面透视图，图中电磁钩(1)是控制燃气机部件，气缸底板拨杆(2)，气缸底板(9)宽度与气缸U型槽相同，转轴(8)，气缸底板拨杆和气缸底板与转轴固接，拨杆是转轴轴芯向外延伸与气缸底板垂直，喷油嘴(3)，喷气嘴(4)，火花塞(5)，高压室(6)宽度与气缸U型槽相同，排气导管(7)可排净高压室废气并对气缸底板弹起至高压室后的转动起到阻尼作用，转子点(10)到达气缸底板端点时气缸底板被弹起，转子点(11)到达气缸底板端点时气缸底板被弹至紧贴高压室上沿，此时拨杆触碰喷油嘴喷射油气冲击气缸底板至虚线位置(被转子凸起部顶托同时排气导管封闭)，拨杆触碰喷气嘴喷气使高压室增压至1∶40压缩比，转子点(12)到达气缸底板端点时开始沿弧线下滑拨杆触碰火花塞点火高压室燃气冲入气缸，转子点(13)到达气缸底板端点气缸燃气推动转子旋转，气缸外壳(14)(外壳加厚部形成气缸U型槽)，转子(15)，动力输出轴(16)烟道外壳(17)(外壳减薄部转子周边留有空隙)废气通道(18)，排气口(19)，底座(20)，外空气通道(21)，定子支撑轴承(22)，定子支撑杆(23)，气缸室(24)。图2是燃气机1_1断面图，图中定子外壳(17)，废气通道(18)，转子(15)环形密封条(26)转子与定子之间始终相靠滑行，定子支撑杆(23)，转子连接杆(25)，定子支撑轴承(22)，动力输出轴(16)，气缸外壳(14)。图3是压气机正立面透视图，电磁钩(27)是控制压气机是否工作是部件，压气底板拨杆(28)，拉力弹簧(29)，转轴(30)，压气底板(31)，(拨杆和压气底板与转轴固接联动，拨杆是转轴轴芯向外延伸与压气底板垂直，电磁钩通过控制拨杆来控制压气底板)，进气口(32)，排气口(33)，外壳(34)，外壳支撑杆(38)，进气空间(36)，动力输出轴(16)与燃气机同轴，压缩空间(37)，底座(20)，外空气通道(21)。电磁钩释放拨杆，在弹簧的拉力下压气底板紧贴转子表面，在转子凸起部推动下压缩空间压气从排气口排出，同时进气口进气。图4是图3的2_2断面图，外壳(34)，压缩空间(37)，外壳支撑杆(38)，环型密封条(41)，此处转子与定子之间勾接滑行，转子连杆(40)，动力输出轴(16)，定子轴承(39)。图5是油气系统图，压气机和储气罐进气口(32)，排气口(33)，第一台压气机(42)(宽体压气机立面构造与图3相同宽度是图4的三倍)，自然吸气，压气后送入第二台压气机(43)(图3、图4)，压气后送入第三台压气机(44)(窄体压气机立面构造与图3相同，宽度是图4的三分之一)压气后送入储气罐(47)备用，储气罐气压上限压缩比1∶45，储气罐压缩气体经管线(49)分别送入第一台燃气机(51)、第二台燃气机(52)、第三台燃气机(53)、第四台燃气机(54)喷气嘴(4)，储气罐压力表电磁阀拨杆开关(45)在气压高于或低于上限时断开或接通压气机电路，渗水阀(48)排出储气罐内积水，储气罐安全阀(46)，油箱(55)(内装已雾化的油气并增压至压缩比1∶3)通过管线(50)分别送入第一台燃气机(51)、第二台燃气机(52)、第三台燃气机(53)、第四台燃气机(54)喷油嘴(3)，燃气机气缸底板拨杆(2)分别触碰喷油、喷气、火花塞(5)开关，图6是油门踏板控制电路图，第一台燃气机(51)、第二台燃气机(52)、第三台燃气机(53)、第四台燃气机(54)，电磁钩(1)，燃气机气缸底板拨杆(2)，当电磁钩回路接通释放拨杆，气缸底板动作时拨杆分别拨动喷油电磁阀开关(56)、喷气电磁阀开关(57)、火花塞电磁阀开关(58)，油门踏板(59)按箭头方向踩下踏板依次接通第一台触点(60)、第二台触点(61)、第三台触点(62)、第四台触点(63)燃气机电路，燃气机工作，电源(64)受启动钥匙控制，电源回路(65)并联连接电磁钩、喷油、喷气、火花塞电磁阀开关电路，喷油嘴电磁阀、喷气嘴电磁阀每次定量喷射后关闭。图7是制动踏板控制电路，制动踏板(67)按箭头方向踩下踏板电路接通触点(68)三台压气机同时工作，储气罐压力表电磁阀拨杆开关(45)，罐内气压小于1∶45压缩比时开关接通，车辆行驶速度表电磁阀拨杆开关(69)，车速大于每小时30公里开关接通，小于30公里时速开关断开回路，当(45)、(69)同时接通压气机工作，电动机(70)维持发动机怠速，发动机转速表电磁阀拨杆开关(71)转速低于每分钟800转时开关接通回路，高于每分钟800转时开关断开回路，当储气罐内气压严重不足时，停车利用怠速给储气罐压气，踩下制动踏板使压气机工作，压气机压气底板拨杆(28)，电磁钩(27)用来控制压气底板拨杆，电路回路(66)，电源(64)由启动钥匙控制。

具体实施方式：将这台外压气可变气缸数转子发动机安装在小型客车上，它是这样实施的，开启车钥匙启动车辆，电源(64)和电动机接通，在发动机转速表电磁阀拨杆开关(71)的控制下发动机以每分钟800转怠速转动，在仪表上看到储气罐压力表显示压缩比为1∶20，先给储气罐增压至压缩比1∶40，(在这个情况下其实可以启动燃气机的，就算压缩比1∶10时同样可以启动燃气机，只是气缸底板在完成气缸容积四分之一时气缸内外气压相等环形气道内气流冲开气缸底板)踩下制动踏板(67)使压气机电路接通，压气机工作给储气罐增压，当压缩比大于1∶40后松开制动踏板压气机停止工作，踩下离合进一档轻踩油门，第一台燃气机回路触点(60)与油门踏板触点(59)接通燃气机电磁钩(1)松开释放气缸底板拨杆(2)使拨杆和气缸底板(9)绕转轴(8)在高压室顶与转子凹凸表面之间转动，同时气缸底板拨杆分别触碰喷油嘴(3)电磁阀开关(56)接通喷油、触碰喷气嘴(4)电磁阀开关(57)接通喷气、触碰火花塞(5)电磁阀开关(58)接通点火，发动机转速提高大于每分钟800转，转速表电磁阀拨杆开关(71)断开后电动机停止工作，变速箱进一档慢松离合松开手刹放开离合，车辆起步加速前行，变换挡位至二到三档使车辆在每小时30至40公里较均匀速度行驶，此时车速表电磁阀拨杆开关(69)接通压气机回路(66)，电磁钩(27)释放压气底板拨杆(28)在弹簧(29)拉力的作用下使压气底板紧贴压气机转子表面，三台压气机同时工作，踩下离合进四到五档，稍加力踩踏油门使第二台燃气机回路触点(61)与踏板触点(59)接通，第二台燃气机工作，松开离合车辆在每小时70至80公里速度范围内行使，踩下离合进六到七档，再加力踩踏油门使第三台燃气机回路触点(62)与踏板触点(59)接通，第三台燃气机工作，松开离合车辆在每小时110至120公里速度范围内行使，踩下离合进八档松开离合，重踩油门使第四台燃气机回路触点(63)与踏板触点(59)接通，第四台燃气机工作，车辆在每小时120公里以上的速度行驶。前方有长下坡松开油门踏板使燃气机依次退出工作，退出顺序是第四台、第三台、第二台、第一台燃气机，燃气机转子做惯性陀螺旋转，同时压气机继续工作回收能量并起到发动机拖拽作用。最经济的时速是一台燃气机工作状态，时速在每小时30至40公里行驶，适合在城市道路上行驶，临时停车发动机退出工作，怠速由电动机自动启动维持。

Claims

1.本装置外压气可变气缸数转子发动机，其特征是，发动机系统图5，由三台压气机四台燃气机串联在同一根动力输出轴上，定子外壳尺寸相同，转子转速相同，顺时针方向旋转，第一台压气机(42)宽度(动方轴方向长度)是第二台压气机(43)的三倍，第三台压气机(44)宽度是第二台压气机的三分之一，第二台压气机图3压气容积等于第一台燃气机图一、第二台、第三台、第四台气缸容积之和，第一台压气机由进气口(32)自然吸气，压缩空气由排气口(33)经管线送入第二台压气机进气口，再压缩空气由排气口经管线送入第三台压气机进气口，三次压缩后空气由排气口经管线送入储气罐(47)，经过三次接力式压缩使储气罐内压缩空气压缩比超过1∶40，通过气压表电磁阀拨杆开关(45)(由表上指针位置感应电磁阀拨杆开启或关闭)拨动制动踏板控制电路图7中第二条自动控制回路开关，储气罐气压高于1∶45压缩比时拨杆断开回路，气压低于1∶40压缩比时接通回路，超压排气阀(46)，渗水阀(48)，三台压气机各转子凸起部三角对称分布，压缩空气从储气罐排气口经管线(49)分别送入第一台燃气机(51)、第二台燃气机(52)、第三台燃气机(53)、第四台燃气机(54)喷气嘴电磁阀(4)，油箱(55)(油箱内是已雾化的油气，压缩比为1∶3)经管线(50)将油气分别送入四台燃气机喷油嘴电磁阀(3)，燃气机拨杆(2)控制喷油、喷气、点火电磁阀，燃气机受油门踏板控制电路图6控制。

2.根据权利要求1所述外压气可变气缸数转子发动机，其特征是，燃气机正立面透视图1外壳与转子之间形成环型气道，气缸(24)由气缸底板(9)、外壳加厚部(14)形成的U型槽体、转子凹面圆弧、转子凸面点(12)沿曲线滑至转子凹面点(13)的曲面所组成，转子(15)与气缸U型槽同宽，气缸长度是12点钟位置至15点15分钟位置中心线弧长，高压室(6)是气缸底板紧贴高压室顶部时由喷油嘴(3)喷射油气使气缸底板转动到虚线位置受转子凸起部支撑形成，宽度与气缸相同，喷气嘴(4)增压，转子点(12)过气缸底板下端点时火花塞点火，高压室燃气喷入气缸，电磁钩(1)释放拨杆(2)燃气机工作，转轴(8)和气缸底板固接，在气缸内来回转动，拨杆是转轴轴芯向壳体外伸出并垂直于气缸底板，与底板联动，根据气缸底板不同的位置拨动(3)、(4)、(5)电磁阀开关，气缸底板被转子点(10)转子点(11)弹起挤压高压室排净烟气从烟气导管(7)排出，转子与动力输出轴(16)固接，定子支撑杆(23)通过轴承(22)与(16)滑接，薄壁外壳(17)与转子间产生空隙，生成烟气室(18)，烟气从排气口(19)排出，转子与定子之间通过密封环(26)靠接滑行。

3.根据权利要求1所述外压气可变气缸数转子发动机，其特征是压气机正立面透视图3，定子(34)与转子(35)间形成气道(36)、(37)，转子凸起部断面与气道断面尺寸相同，在气道内扫动，电磁钩(27)释放拨杆(28)，在弹簧(29)的拉力下带动转轴(30)和压气底板(31)逆时针从虚线位置转到转子表面，转子凸起部推气，压气底板栏阻，使压缩空气从排气口(33)排出进入下一部压气机进气口，同时在转子凸起部拉伸和压气底板的栏阻下使需要压缩的空气从进气口(32)进入压缩机内，定子支撑杆(38)通过轴承(39)与动力输出轴(16)滑接，转子通过支撑(40)与动力输出轴固接，转子与定子之间通过环型密封条(41)勾接滑行，转子凸起部通过压气底板时压气底板被弹起至虚线位置，此时要使压气机停止工作只要电磁钩抓住拨杆使压气底板停在虚线位置即可。

4.根据权利要求1所述外压气可变气缸数转子发动机，其特征是，油门踏板控制电路图6，电源(64)由启动钥匙开关，第一台燃气机(51)、第二台燃气机(52)、第三台燃气机(53)、第四台燃气机(54)，电磁钩(1)、喷油嘴上电磁阀(3)、喷气嘴上电磁阀(4)、火花塞上电磁阀(5)串联在电路(65)上，第一台触点(60)、第二台触点(61)、第三台触点(62)、第四台触点(63)电路分别与各台燃气机电磁钩(1)、喷油嘴电磁阀开关(56)、喷气嘴电磁阀开关(57)、火花塞电磁阀开关(57)联接，当按箭头方向踩踏油门踏板时，分别启动第一台、一二台、一二三台、一二三四台燃气机工作，可变气缸数在此体现。启动燃气机只要触点接通电路。电磁钩释放拨杆(2)即可，在气缸底板弹至高压室顶板时，拨杆触碰开关(56)接通电路喷射油气使气缸底板到达虚线位置。拨杆触碰开关(57)接通电路喷射高压气体使高压室增压至1∶40压缩比，气缸底板随转子凹面到来时拨杆触碰开关(58)接通电路使火花塞电磁阀点火，要停止燃气机工作，抬起踏板触点断开，电磁钩断电抓住拨杆使气缸底板紧贴高压室顶板。

5.根据权利要求1所述外压气可变气缸数转子发动机，其特征是，制动踏板控制电路图7，电源(64)，第一台压气机(42)、第二台压气机(43)、第三台压气机(44)通过电路(66)并联在同一回路上，通电后三台压气机同时工作，控制电路有两条，第一条制动踏板(67)按箭头方向踩下触碰回路触点(68)接通电源，三台压气机电磁钩(27)同时释释放各自板拨杆(28)，在弹簧拉力下拨杆转动带动转轴和压气底板动作，压气机做功，此电路主要用于停车时储气罐内气压严重不足时给储气罐增压，第二条控制电路上串联储气罐气压表电磁阀拨杆开关(45)，时速表电磁阀拨杆开关(69)(由时速表上指针位置决定，时速大于每小时30公里电磁阀拨杆接通此电路，小于每小时30公里电磁阀拨杆断开此电路)，当储气罐气压小于1∶45压缩比、行车时速大于30公里时电路自动接通，第三条自循环怠速电路，电路中串联一台电动机(70)和发动机转速表电磁阀拨杆开关(71)(由转速表上指针位置决定，拨杆电磁阀感应到转速低于每分钟800转时启动电磁阀令拨杆接通此电路开关，转速高于每分钟800转时电磁阀令拨杆断开此电路开关)，停车时踩下制动踏板可给储气缸增压。