CN111350587A - 一种磨推式内燃发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磨推式内燃引擎装置，属于内燃发动机领域，其机电结构包括（1）气缸；（2）与气缸连接的防回火燃料及氧化剂进气、点火、排气、过滤和净化；（3）固定在气缸的中心轴；（4）上磨盘,圆形，圆心与中心轴滑动贴合、侧面与气缸内壁滑动贴合,其下盘面具有沟槽状构造并伸入到气缸内，上盘面与挡板连接、且位于气缸外、并与转轴同步运动,含运动控制机构；（5）下磨盘,圆形，侧面滑动贴合在气缸内壁、上盘面具有沟槽状构造且通过套环套在转轴上并通过弹性装置与上磨盘连接；其显著特征是内燃机连续做功、输出功率为线性，很好地解决了现有转子发动机面临的技术难题。

Description

一种磨推式内燃发动机
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机，具体涉及的是一种磨推式内燃发动机。
背景技术
内燃发动机或内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，即将还原性气体（燃料）与氧化性气体 ( 空气或压缩空气 ) 混合并使之在机器内部燃 烧，从而将其放出的热能直接转换为动力的热力发动设备。内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的喷气式发动机，但大体可分为活塞式 和转子式。
活塞式内燃机，以往复活塞式最为普遍，是依靠曲轴连杆机构带动活塞在气缸内作往复运动的机制，驱动从动机械工作；一开始，燃料混合气在汽缸内燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气，燃气膨胀推动活塞、再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，从而实现内燃机 进气、压缩、做功和排气过程，将燃料的内在化学能转化成机械动能。该种内燃机虽然输出功率较大，但结构 复杂，工作时容易产生强烈的振动，因而磨损较为严重。
转子内燃机或转子发动机，是直接依靠燃烧产生的高压气体推动转子在气缸内旋转，实现内燃 机进气、压缩、做功和排气过程，从而对外输出机械能。该种内燃机相比活塞式内燃机来说，结构相对简单的多，重量轻、转速大，并且工作时不产生振动，较适合氢气作为直接燃料，但机械效率低，且密封性也比较差。如日本马自达公司的RX-8转子发动机油耗极大、维护成本极高，且对油品要求十分苛刻。
因此，如何对现有的转子内燃机结构进行改进，开发一种氢燃料直接发动机，是目前我国发展氢能产业急需解决的本质问题之一。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明提供了一种磨推式内燃引擎装置及关联系统，具有结构简单、输出功率 大、密封性好、易于控制的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下 ：
一种磨推式内燃引擎装置及关联系统，包括（1）气缸(chamber)；（2）与 气缸连接的防回火燃料及氧化剂进气(fuel and oxidant injection, inlet)装置、装置与点火(ignition)装置、排气装置(outlet)、排气过滤（filter）装置和排气净化装置；（3）固定在气缸的中心轴(central axis)；（4）上磨盘(upper plate), 圆形，圆心与中心轴滑动贴合、侧面与气缸内壁滑动贴合, 其下盘面具有沟槽状构造并伸入到气缸内，上盘面与挡板连接、且位于气缸外、并与转轴 同步运动, 含运动控制机构；（5）下磨盘(lower plate), 圆形，侧面滑动贴合在气缸内壁、上盘面具有沟槽状构造且通过套环套在转轴上 并通过弹性装置与上磨盘连接。
进一步地，本发明还包括位于气缸外、且与第一进气通道连通的进气系统，所述中心转轴上开设有球形槽，所述进气系统通过气管与第一进气通道连通，并且该气管上还设有与球形 槽相匹配的球体。
再进一步，所述进气系统上还设有防回火气阀。
具体地说，所述上磨盘上带有沿中心轴转动及螺旋流动的燃料及氧化剂系列流体通道, 通道入口设计有隔板开关, 每次允许一个入口打开, 而同时其它入口则关闭，所述的燃料为氢气、气化的汽油、气化的柴油或甲醇等其它可燃物质的一种或两种以上组合，所述氧化剂为空气、压缩空气、液氧或其它具有氧化作用的物质，所述隔板被自动控制、收放自如。
进一步，所述上磨盘上带有沿中心轴转动及螺旋流动的燃料及氧化剂系列流体通道, 通道出口设计有回流装置，可将一个通道出口处燃烧后形成的高压流体引入到另一个通道的入口，所述的燃料为氢气、气化的汽油、气化的柴油或甲醇等其它可燃物质的一种或两种以上组合，所述氧化剂为空气、压缩空气、液氧或其它具有氧化作用的物质，所述回流系统可自动调节流量。
更进一步，所述上磨盘上带有沿中心轴转动及螺旋流动的燃料及氧化剂系列流体通道, 通道出口设计有收集装置，可将一个通道出口（排气口）处高压废气引入到另一个通道的入口，以回收能量、增加发动机效率，所述的燃料为氢气、气化的汽油、气化的柴油或甲醇等其它可燃物质的一种或两种以上组合，所述氧化剂为空气、压缩空气、液氧或其它具有氧化作用的物质，所述收集装置被自动控制、收放自如。
更进一步，所述磨盘沟槽构造包括但不限于扇形沟槽、螺旋形沟槽、辐射状沟槽、涡轮沟槽、爆震沟槽、顺时针旋转沟槽、逆时针旋转沟槽、阴阳八卦对称沟槽、上下盘面同向沟槽、上下盘面反向沟槽、上下盘面同调沟槽、上下盘面异调沟槽、上下盘机械波共振沟槽、上下盘冲击波沟槽的一种或两种以上组合，以使得上下磨盘转动配合，使内燃机进气、做功、压缩和排气过程同步进行，连续做功。
更进一步，所述进气装置，可使进气嘴最小化，以使进气达到超声速度。
更进一步，所述进气装置包括与燃料汽化器、储气罐、压缩机、空气压缩机相连的系统。
更进一步，所述弹性装置为可作往复移动的弹簧，所述弹簧由与气缸外壁连接的所述交叉式伸缩机构带动；作为优选，所述弹性装置为弹簧。
具体说，所述交叉式伸缩机构包括均由至少三个顺次交错转动连接的条杆构成的第一连杆和第二连杆 ；所述第一连杆位于第二连杆下方，二者至少有三个相交点，其中，首尾两个相交点均各自套在一个固定杆上，并且最后一个相交点固定在固定块上，而第一连杆和第二连杆中间部分的相交点均各自套在一个转动杆上 ；所述固定杆与气缸外壁连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果 ：
(1) 本发明通过设计磨推式转子结构设计上下磨盘，并依靠弹性装置的连接，然后利用往复运动，从而在中心轴转动力和弹性装置弹力的作用下，使得两个磨盘有规律地连 续转动，进而在配合进气装置、点火装置和排气装置、高压燃气回流装置、高温废气能量回收装置，并通过进气阵列联动控制系统，尤其是上下磨盘的沟槽设计，使得内燃机气缸内进气、做功、压缩和排气的过程由传统的转轴-汽缸模式转变成上下磨盘间同步进行，如此便可很好地实现内燃机功率的连续输出。本发明与一般的四冲程内燃机每旋转两圈才做功一次相 比，具有高马力容 积比 ( 引擎容积较小就能输出较多动力 ) 的优点。
(2) 与一般转子内燃机磨损严重、零部件寿命短、油耗高、污染严重、生产工艺要求 高相比，本发明的动力转子与转轴紧密相连，并且在运转过程中，其推动力始终与气缸内壁 相切，因而很大程度上降低了内燃机对制造工艺的要求，不仅降低了零部件的磨损，而且大 幅延长了内燃机的使用寿命，并且提高了内能的转化率和空气压缩比，使燃烧更加充分。本 发明既降低了油耗和对冷却系统的要求，又减少了废气污染物的排放，因而具有节能环保 的特点。
(3) 由于中心转轴的轴向运转特性，因而本发明不需要精密的曲轴平衡就能达到较高 的运转速度，整个内燃机只有两个转动部件，与一般的四冲程内燃机具有进、排气活门等二十多个气门组部件相比，其结构大幅简化，发生故障的可能性也大大减少。本发明独特的 环形气缸，不仅尺寸选用更加灵活，而且重量轻、低重心、震动小，噪音小 ；并且本发明安装 方式非常灵活，并且其可在实现全方位安装的同时，达到完全隐没的效果。
(4) 本发明进气装置先进，可以达到超声速度，使燃烧十分完全，大大减少NOx的排放，且使用氢燃料，可望实现零排放。
(5) 本发明还在进气装置上设置防回火阀门，且在第二进气口设置了第二气阀，利用气压推动第二气阀开启的方式，很好地确保了气缸内进气通道的密闭性，从而进一步保证了内燃机的 安全性。
(6) 本发明设计合理、结构巧妙、运转基本不需要机油，能够更快地实现加速，并在较低转速下仍然具有较大的扭矩。由于同步实现进气、做功、压缩、排气流程，很好地突破了现有技术的束缚，具有很高的实用价值和推广价值，尤其适合氢气及含氢混合燃料系统，应用前景广泛。

Claims (9)

1.一种磨推式内燃引擎装置及关联系统，包括（1）气缸(chamber)；（2）与气缸连接的防回火燃料及氧化剂进气(fuel and oxidant injection, inlet)装置、装置与点火(ignition)装置、排气装置(outlet)、排气过滤（filter）装置和排气净化装置；（3）固定在气缸的中心轴(central axis)；（4）上磨盘(upper plate), 圆形，圆心与中心轴滑动贴合、侧面与气缸内壁滑动贴合, 其下盘面具有沟槽状构造并伸入到气缸内，上盘面与挡板连接、且位于气缸外、并与转轴 同步运动, 含运动控制机构；（5）下磨盘(lower plate), 圆形，侧面滑动贴合在气缸内壁、上盘面具有沟槽状构造且通过套环套在转轴上 并通过弹性装置与上磨盘连接。
2. 根据权利要求 1 所述的磨推式内燃引擎装置及关联系统，其特征还包括还包括位于气缸外、且与第一进气通道连通的燃料及氧化剂进气系统，所述转轴上开设有球形槽，所述进气系统通过气管与第一进气通道连通，并且该气管上还设有与球形 槽相匹配的球体，所述燃料供气系统上还设有防回火气阀。
3. 根据权利要求 1 所述的磨推式内燃引擎装置及关联系统，其特征还包括上磨盘上带有沿中心轴转动及螺旋流动的燃料及氧化剂系列流体通道, 通道入口设计有隔板多路开关阵列, 每次允许一个入口打开, 而同时其它入口则关闭。
4. 根据权利要求 1 所述的磨推式内燃引擎装置及关联系统，其特征还包括上磨盘上带有沿中心轴转动及螺旋流动的燃料及氧化剂系列流体通道, 通道出口设计有回流装置，可将一个通道出口处燃烧后形成的高压流体引入到另一个通道的入口。
5. 根据权利要求 1 所述的磨推式内燃引擎装置及关联系统，其特征还包括上磨盘上带有沿中心轴转动及螺旋流动的燃料及氧化剂系列流体通道, 通道出口设计有收集装置，可将一个通道出口（排气口）处高压废气引入到另一个通道的入口，以回收能量、增加发动机效率。
6. 根据权利要求 1 所述的磨推式内燃引擎装置及关联系统，其特征在于，所述磨盘沟槽构造包括但不限于扇形沟槽、螺旋形沟槽、辐射状沟槽、涡轮沟槽、爆震沟槽、顺时针旋转沟槽、逆时针旋转沟槽、阴阳八卦对称沟槽、上下盘面同向沟槽、上下盘面反向沟槽、上下盘面同调沟槽、上下盘面异调沟槽、上下盘机械波共振沟槽、上下盘冲击波沟槽的一种或两种以上组合，以使得上下磨盘转动配合，使内燃机进气、做 功、压缩和排气过程同步进行，连续做功。
7.根据权利要求 1 所述的磨推式内燃引擎装置及关联系统，其特征在于，所述进气装置，可使进气嘴最小化，以使进气达到超声速度。
8. 根据权利要求 1 所述的磨推式内燃引擎装置及关联系统，其特征在于，所述进气装置包括与燃料汽化器、储气罐、压缩机、空气压缩机相连的系统。
9. 根据权利要求 1 所述的磨推式内燃引擎装置及关联系统，其特征在于，所述弹性装置为可作往复移动的弹簧，所述弹簧由与气缸外壁连接的所述交叉式伸缩机构带动。
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