CN1197159A - 双转子反动式旋转内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明在于提供一种双转子反动式旋转内燃机。它是由一对同心的内外转子组成,内转子与转动轴成一体结构,内有燃烧室、进气、排气喷嘴,内转子能利用燃烧室内燃料的瞬间燃爆力旋转,排出的高温废气能使回注的水蒸汽迅速膨胀,使外转子高速旋转实现一次爆燃两次膨胀做功。因此它体积小重量轻、能耗低、热效率高,高速转动平稳。集燃气轮机、蒸汽轮机的优点于一体,能适应机动车辆的频繁启动,停车的需要。是现时可取代往复式内燃机的一种优良热机。

Description

双转子反动式旋转内燃机
本发明涉及一种发动机一种双转子反动式旋转内燃机。
目前用于机动车上的发动机，大多采用活塞、曲轴连杆机构的四冲程内燃机。其曲轴连杆机构，配汽机构、冷却系统、点火系统，燃油喷射系统，零部件精度要求高，机构复杂，体积大，效率低，废气排放含有毒成分高，使用振动大，难于高速运转。
而现有燃汽轮机，虽有起动加速快，高速转动平稳，体积小，功率大的优点，但其耗油量大，不适宜于机动车，频繁的停车起动，在机动车上难以应用。
本发明的目的在于提供一种既能利用活塞式内燃机燃料瞬间爆燃的高压力作功，适用机动车频繁启动停车的需要，又具有燃汽轮机起动加速快，高速运转平稳，体积小，功率大，蒸汽回注充分利用了燃料的热能。具有燃料一次燃爆两次澎涨作功，热效率很高的发动机。
本发明是这样实现的，一种双转子反动式旋转内燃机，它包括畜电池，磁电机、空气压缩机、压缩空气储罐，气阀、燃油箱、电动油泵、水箱、水泵、电动机油泵、电脑控制板，其特征在于：一对同心的内外转子，内转子(1)、与转动轴成一体结构，内转子有燃烧室(2)、内转子设置了压缩空气喷射式燃油、空气混合喷射进气喷嘴，它由喷嘴(4)、喷嘴阀塞(5)、复位弹簧(6)、压缩空气腔(7)、燃油腔(8)、气道(9)、组成，喷嘴(4)、与喷嘴阀塞(5)、成一体结构，喷嘴阀塞(5)、内有气孔和气道，压缩空气腔(7)、与压缩空气进气道相连通，它的内转子设置了压缩空气或水蒸气喷射式抽气，排气喷嘴(10)，它由排气喷嘴(11)、排气室(12)、排气阀塞(13)、抽气喷嘴(14)、气室(15)、抽气喷嘴阀塞(16)、复位弹簧(17)、组成，排气室(12)有排气道(92)与燃烧室(2)相连通，抽气喷嘴(14)与抽气喷嘴阀塞(16)成一体结构，抽气喷嘴阀塞(16)内有气孔及气道，抽气喷嘴阀塞(16)的下部即抽气喷嘴(14)套在排气阀塞(13)的内腔内成滑动密封结构，抽气喷嘴阀塞(16)、与排气阀塞(13)的接触面有气室(15)与压缩空气或水蒸气进气道相通，排气阀塞(13)内腔有气道(18)与排气室(12)相连通，抽气喷嘴阀塞(16)的端面紧压着复位弹簧(17)。外转子有辐向气道(21)、和切向喷嘴(22)，外转子(20)内圆有齿槽(23)，内外转子之间有环形流槽(19)、与内转子相联的行星齿轮组合(70)、(71)、(72)、(73)，废气腔集热管(27)、蒸气回注控制阀(29)、内转子外圆有传热槽(30)。
它的轴向进气、进油、进水结构有外环管(96)、(35)、(44)、(45)，控制阀(44)、(45)、喷油嘴(36)，与外环管接头相应连通的旋转轴内环槽，与内环槽相通的轴内孔道，密封环(84)、(85)、(86)、(87)、(88)、(89)、(91)。内外转子所设置的喷嘴方向相反，内外转子的旋转方向是相反方向，外转子(20)通过行星齿轮组合(70)、(71)、(72)将转矩加在内转子转动轴上。
它的排气进气、点火时间控制盘(81)与转动轴齿合，转盘上有磁钢(82)，转盘外与之对应的固定位置安装的霍尔元件(83)。
从结构上可以看出，内转子所设置的压缩空气喷射式燃油空气混合喷射进气喷嘴，使燃油与空气充分混合雾化，实现快速进气。内转子所设置的压缩空气或蒸气喷射式排气喷嘴是一个具有抽气、排气功能的复合喷嘴，它能快速抽出燃烧室内的残余废气形成负压，有利于喷射式进气燃油与空气充分混合和雾化，克服无活塞燃烧室残余废气无法排出，严重影响发动机升功率的缺陷。这种双转子反动式旋转内燃机，它的内转子、燃烧室、进、排气喷嘴组成一个燃气轮机，而内外转子间的环形流槽，外转子喷嘴，外转子又组成一个蒸气轮机，是一种既能利用活塞式内燃机燃料瞬间燃爆的高压力作功，又具有燃料一次爆燃两次膨胀作功的高效率旋转内燃机。
以下结合附图实施例进一步说明本发明。
图1是本发明的双转子反动式旋转内燃机结构原理图。
图2是本发明内外转子、废气腔、集热器、排气喷嘴结构剖视图。
如图1转动轴经主动齿轮(74)、传动齿轮(79)、(80)带动压气机(38)运转，空气经滤清器(37)进入压气机，压气机运转将空气压缩，压缩空气经导管进入压缩空气储罐(39)。启动时，电脑获得启动信号，输出指令，打开压缩空气阀(40)、(41)，压缩空气经导管(42)、(43)进入环管(44)、(45)，经控制阀(47)进入转动轴气道，气道与抽气喷嘴气室(15)相通，压缩空气或蒸气的压力克服喷嘴复位弹簧(17)的张力，将抽气喷嘴阀塞(16)及抽气喷嘴(14)向左推开，压缩空气便进入内喷嘴气道，由喷嘴喷出，高速喷射气流产生负压，燃烧室(2)内的残余废气经排气道(92)、喷嘴排气腔(12)、气道(18)抽出。电脑根据废气腔集热管的蒸气压力，控制蒸气回注控制阀(29)及压缩空气阀(40)，转换抽气射流。在压缩空气或水蒸气压力和复位弹簧(17)的作用下，抽气喷嘴阀塞(16)可以快速往复运动。本发明的实施例按120°分布设置了三个喷射式抽气排气喷嘴，所以能在极短的时间内抽尽燃烧室内的残余废气，使燃烧室瞬间变为负压，使喷射式进气中的燃油与空气充分混合雾化，取代活塞排气，这是本发明的废气排气过程。排气结束，电脑便关闭压缩空气控制阀(47)，打开压缩空气控制阀(46)，压缩空气进入转动轴内气道，气道与喷射式进气喷嘴气室(7)相通，压缩空气使喷嘴阀塞(5)、克服喷嘴弹簧(6)的张力，喷嘴阀塞(5)便快速向上移动，压缩空气进入喷嘴内气室，由喷嘴(4)高速喷射入燃烧室(2)，由于高速气流产生负压，使进气喷嘴内油腔(8)的燃油被吸入，在气流喷射过程中充分混合雾化，这就是本发明的燃油、空气混合喷射式进气过程。由于本发明的实施例同样按120°分布设置了三个喷射式进气喷嘴，能在极短时间内使燃烧室充满可燃性气休。
排气做功过程：燃烧室(2)充满可燃性气体后，电脑根据进气、点火、排气控制转盘(81)的信号，输出点火指令，火花塞(3)便获得高压点火脉冲，燃烧室(2)的可燃混合气爆燃后产生高温、高压气体，喷射式排气喷嘴的阀塞(13)在燃烧气体的压力作用下克服复位弹簧(17)的张力，排气孔打开，高温高压气体便由喷嘴(11)喷射出环形流槽(19)，高速气流在喷嘴处产生极强的反冲力，使内转子获得旋转力矩，顺时针旋转做功。燃烧室(2)的气体压力下降后，在喷嘴内复位弹簧(17)的张力作用下，排气阀塞(13)便封闭排气孔，电脑根据排气、进气、点火、排气控制转盘的信号，按排气→进气→点火作功→排气的程序，循环操作控制机器做功。
外转子的做功过程：外转子(20)与内转子(1)之间有环形流槽(19)，水由水箱(24)经水泵(25)导管(26)压入废气腔集热管(27)，水吸收废气的热，蒸发成水蒸汽，经导管(28)，水蒸气回注控制阀(29)进入环管(44)，由电脑按排气时间程序控制阀(47)进入转动轴气道，由转动轴气道进入喷射式抽气、排气喷嘴气室(15)，作抽气射流，由喷嘴喷出，进入环形流槽(19)。水蒸气在环形流槽内与内转子排气喷嘴喷出的高温气流混合，迅速膨胀成高压混合气，高压混合气以极强的冲力由辐向气道(21)、喷嘴(22)切向喷出，产生极强的反冲力，使外转子(20)获得转矩，外转子(20)沿着内转子(1)相反方向高速旋转做功。外转子(20)在环形流槽的内圆开有齿槽(23)，能很好地吸收内转子喷嘴喷射出的高速气流冲力，因而外转子(20)所获得的旋转力矩是其本身喷嘴切向喷出的高速气流的反冲力和内转子排气喷嘴喷出的高速气流的冲力两个力矩之和。
外转子(20)的旋转力矩通过太阳齿轮(70)、行星齿轮(71)、齿圈(72)、行星架(73)组成的行星齿轮组合加在内转子转动轴上，由转动轴输出动力。
水喷入环形流槽(19)内，既控制转动轴(内转子)以及进排气喷嘴的温升，又有效地利用了热能，实现了燃料一次爆燃，两次膨胀做功的目的。
润滑油冷却：本发明系用油冷，水冷双冷却系统。水冷由电脑根据检测温度，经注水控制阀(95)控制环管(96)的水压达到控制向内转子、环形流槽注水量来实现控制内外转子的温升在一定范围内。油冷是通过油泵接头(48)、机油泵(49)，从行星齿轮箱内腔(67)抽出，经输油管(50)，接头(51)、(52)，经油道(53)、(54)向转动轴内腔(55)以及轴承(58)分内外油道输油润滑冷却。内油道经油道(53)、(54)转动轴内腔(55)，油道(56)进入进气喷嘴内弹簧腔，再经内转子油道进入排气喷嘴(10)弹簧腔，经油道(57)流入行星齿轮箱内腔(67)，达到润滑冷却内转子进气喷嘴和排气喷嘴的机件的目的。外油道经轴承(58)与轴承(58)相通的油道(61)进入轴承(62)，再由集油环(63)，辐向油道(64)，由旋转时的离心力抛出集油腔(65)，然后流进轴承(66)，经集油环(67)，油道(68)、(69)，回流入行星齿轮箱内腔(67)实现冷却润滑轴承的目的。润滑油经油泵从内腔抽出，经外循环输油管风冷油温下降，再分内外油道注入，转动轴内油腔和轴承，实现冷却润滑。
本发明采用轴向进气、进油、进水结构，轴向进气、进油、进水结构由汽环管(44)、(45)，油环管(35)，水环管(96)蒸汽回注控制阀(29)，喷油嘴(36)，进气控制阀(46)、(47)，转动轴内相对应的气环道、油环道、水环道，以及分别与各环道连通的，按120°等分分布的轴向气道、油道、水道及填料密封环(84)、(85)、(86)、(87)、(88)、(89)组成，使气、油，水互相不渗漏，实现转动轴机械密封。
本发明的排气、进气、点火时间控制信号由与转动轴齿合的排气、进气、点火时间控制转盘(81)以及安装在转盘上的磁钢(82)跟随转动轴减速旋转，与之对应的固定角度位置安装的霍尔元件(83)分别获得每转一周的排气、进气、点火信号，这些信号脉冲经电脑处理后分别输出排气、进气、点火指令，控制有关元件，协调动作循环做功。
本发明由内转子(1)的转轴经主动齿轮(74)减速齿轮(75)、(76)将转矩传给变速传动箱的传动轴(77)，由变速传动箱的输出轴(78)输出力矩做功。
本发明的废气排出经废气腔(93)、废气出口(94)排入消声器，排出体外。
现有技术燃汽轮机无论涡轮、涡轴、涡扇或喷嘴反冲等方式都只能利用燃料的连续燃烧所产生的能量不能象活塞式内燃机那样利用燃料的瞬间爆燃的爆发力作功，所以现有技术的燃汽轮机尽管有许多优点，由于其效率低，耗油量大，限制了应用范围，尤其不能应用在机动车上。
本发明和现有技术相比，其积极效果在于：双转子反动式结构，燃烧室在转动轴内，燃料由空气喷射式喷嘴带入能充分混合雾化，混合气在燃烧室内的爆燃象活塞式内燃机一样属于脉动间歇燃烧，能有效地利用燃料瞬间爆燃力作功，设置的空气喷射式排气喷嘴既能抽吸燃烧室内的残余废气，使燃烧室形成负压，使喷射式进气的燃料能充分混合雾化，有利于完全燃烧，又能切向排出燃烧室高温高压燃气，喷嘴喷射出的高温高压气流的动能，使内转子旋转做功，取消了活塞，曲轴连杆结构。设置的注水结构，回收废气的热量，既控制了内转子的温升，又实现了燃料一次性爆燃，两次膨胀做功，所以，本发明是一种热效率很高的内燃机。

Claims (8)

1、一种双转子反动式旋转内燃机，它包括蓄电池、磁电机、空气压缩机、压缩空气储罐、气阀、燃油箱、电动油泵、水箱、水泵、电动机油泵、电脑控制板，其特征在于：一对同心的内外转子，内转子(1)与转动轴成一体结构，内转子有燃烧室(2)，内转子设置了压缩空气喷射式燃油、空气混合喷射进气喷嘴(4)，和压缩空气或水蒸气喷射式抽气、排气喷嘴(10)，外转子(20)内圆有齿槽(23)，内外转子之间有环形流槽(19)，与内转子相联的行星齿轮组合(70)、(71)、(72)、(73)，废气排出腔有集热管(27)，与集热管相连的蒸气回注控制阀(29)，外转子有辐向气道(21)和切向喷嘴(22)。
2、如权利要求1所述的双转子反动式旋转内燃机，其特征在于：它的燃油空气混合进气喷嘴由喷嘴(4)、喷嘴阀塞(5)、复位弹簧(6)、压缩空气腔(7)、燃油腔(8)、气道(9)组成，喷嘴(4)与喷嘴阀塞(5)成一体结构，喷嘴阀塞(5)内有气孔和气道，压缩空气腔(7)与压缩空气进气道相连通。
3、如权利要求1所述的双转子反动式旋转内燃机，其特征在于：它的抽气、排气喷嘴由排气喷嘴(11)、排气室(12)、排气阀塞(13)、抽气喷嘴(14)、气室(15)、抽气喷嘴阀塞(16)、复位弹簧(17)组成，排气室(12)有排气道(92)与燃烧室(2)相连通，抽气喷嘴(14)与抽气喷嘴阀塞(16)成一体结构，抽气喷嘴阀塞(16)内有气孔及气道，抽气喷嘴阀塞(16)的下部即抽气喷嘴(14)套在排气阀塞(13)的内腔内成滑动密封结构，抽气喷嘴阀塞(16)与排气阀塞(13)接触面有气室(15)与压缩空气或水蒸气进气道相通，排气阀塞(13)的内腔有气道(18)与排气室(12)相连通，抽气喷嘴阀塞(16)的端面紧压着复位弹簧(17)。
4、如权利要求1所述的双转子反动式旋转内燃机，其特征在于：它的轴向进气、进油、进水结构有外环管(35)(96)、(44)、(45)及控制阀(46)、(47)、喷油嘴(36)，与外环管接头相对应连通的旋转轴内环槽，与内环槽相通的轴内孔道，密封环(84)、(85)、(86)、(87)、(88)、(89)。
5、如权利要求1所述的双转子反动式旋转内燃机，其特征在于：内外转子所设置的排气喷嘴方向相反，内外转子的旋转方向是相反方向，外转子(20)通过行星齿轮组合(70)、(71)、(72)将转矩加在内转子转动轴上。
6、如权利要求1所述的双转子反动式旋转内燃机、其特征在于：它的内转子外圆有传热槽(30)。
7、如权利要求1所述的双转子反动式旋转内燃机，其特征在于：它的排气、进气、点火时间控制盘(81)与转动轴齿合，转盘上有磁钢(82)，转盘外与之对应的固定位置安装的霍尔元件(83)。
8、如权利要求1所述的双转子反动式旋转内燃机，其特征在于：压缩空气喷射式燃油、空气混合喷射进气喷嘴可以是1个或多个结构，压缩空气或水蒸气喷射式抽气，排气喷嘴，根据功率的大小设置可以是2个或多个结构。
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