CN1206448A

CN1206448A - 具有再生式预热作用的有叶转子发动机

Info

Publication number: CN1206448A
Application number: CN97191201A
Authority: CN
Inventors: 梅列季斯·埃莱夫塞里奥斯; 迪莫斯·P·乔治乌
Original assignee: MELETIS ELEFTHEROIS
Current assignee: MELETIS ELEFTHEROIS
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 1999-01-27

Abstract

一种有叶的转子发动机,具有圆筒性(圆形横截面)的定子(1)和与定子同轴的转子(2),转子以键与轴连接,轴(2)通过轴承(14)支承在底板上(11)上。凸头前端(17,18)提供对燃烧室足够的堵塞,使有几乎恒定的燃烧过程。燃烧室设在定子壁里面,燃料通过喷嘴(8)喷入。对热力学需要的四个体积:进气体积(21)、压缩体积(13)、膨胀体积(20)及排气体积(19),借助于三个隔板形成在定子内表面及转子外表面之间。隔板(9)把进气体积及排气体积分开并连续与转子表面接触,另两个隔板设在靠近燃烧室处,转子转动时,一个(6)在前,另一个(7)在后。后隔板(6)开始与转子表面接触,而另一个是沉在槽中。当压缩体积及膨胀体积几乎相等时,通过降低前隔板使两隔板位置交换。该交换导致一部分烟气与空气混合,起到空气的再生预热机构。

Description

具有再生式预热作用的有叶转子发动机

本发明涉及有叶转子热发动机。本发明的发动机的操作是基于已知的奥托(OTTO)循环的改型的热动力循环。该改型是基于在压力远高于进气压力下在一部分烟气和压缩空气之间的混合，使得空气在内部预热，并在压缩冲程终了达到较高的温度〔与简单的奥托(OTTO)型循环相比〕。这又使压缩点火可以进行。已经企图由各种机构进行奥托(OTTO)及狄塞尔(DIESEL)热动力循环。很熟知的是往复活塞发动机。还有其它的机械是基于长短幅圆外旋转形状的气缸〔汪格尔(Wankel)发动机是最熟知的应用〕及在静态和动态平衡的转子中运动叶片的概念。后一个概念现在还没有产生商用的开发的发动机，但是已有一些基于该概念的许多不同的发动机的发明。有叶转子发动机的概念，一般考虑在一个圆形横截面气缸中的一个平衡的转子。在气缸内表面和转子外表面之间的空腔产生了实施一预定的循环的热动力学过程要求的体积。当转子转动时体积的变化通过在气缸的圆周设置多个沿径向运动的叶片来达到。这些叶片把空腔分成两个或更多的部分。在这个总概念下提出的许多想法不同点在于叶片的数目、燃烧室的位置。烟气及空气的路径、及腔的体积的密封等。

对于实施有叶转子发动机的概念的发明已授予专利的有：

(ⅰ)US No 631815(1899)，1354189(1920)，1616333(1927)，2049141(1946)，2762346(1956)，3280804(1966)，3467070(1969)，3797464，383723(1974)；

(ⅱ)JP-A-56126601；

(ⅲ)DE 3426853 Al；

(ⅳ)FR 2406072；

(ⅴ)WPO No 1480985．

所有这些发明实施有叶转子发动机概念的一个变型及企图实现奥托(OTTO)或／和狄塞尔(DIESEL)循环。

本发明的目的是提供一种能达到恒定体积燃烧接着压缩点火的有叶转子发动机。该发动机包括一个有圆形横截面的外气缸和与外气缸转轴同轴的多个凸头叶片。在气缸的内表面与转子的外表面之间的空间形成等于凸头数目的多个腔。最少要求有两个凸头，但考虑转子的平衡要求有四个凸头。否则动力平衡要由多气缸的发动机达到。下面对发动机的基本说明基于双凸头的转子，因为其它的结构只简单地减少由两个顺序的腔形成的弧度，所有其它的位置都成比例安排。由双凸头转子中形成的两腔占了气缸横截面的内表面的360°弧度。为实施热动力循环需要的四个体积(也就是进气-压缩-燃烧和膨胀-排气体积)在任何时候共同存在在两个腔中。这借助三个隔板来达到。这些隔板设在气缸横截面的圆周上(沿其整个长度)，在由凸轮轴机构或电气机构或其它装置合适致动下隔板的前端跟随转子的外表面移动。在任何时刻只有两个隔板这样做，一个是分开进气-排气体积的隔板，另一个是靠近燃烧室的隔板。(对双凸头转子结构而言)该室设在离(邻近的)进气-排气孔180°弧度处，及设在气缸壁的里面。该室的两侧设有两个隔板。当转子(顺时针)转动时，在室右边的隔板称为“前隔板”；而室左边的隔板称为“后”隔板。在任何时候，只有两个隔板(即“后”隔板和“前”隔板)中的一个与转子表面接触。在一定的转子的角度位置下，两隔板交换作用，当“后”隔板(朝着气压壁内的腔)升起，“前”隔板朝着转子表面降低。在烟气在膨胀体积中部分膨胀及新鲜空气已部分地在压缩体积中压缩后及当在两部分体积中的压力几乎相等时发生上述情况。在这个过程，一部分烟气卷在新的扩大的压缩体积中，并与空气混合导致空气的温度升高。当新的气体混合物被强制进入燃烧室，继续压缩过程导致新的气体混合物温度很高。该温度允许燃料很快蒸发及燃烧，不需要任何外加的点火辅助手段。

这里通过成形凸头的形状，使得对于完成燃烧过程的足够的弧度，它具有等于气缸横截面的恒定的半径，来阻塞燃烧室的出口而实现。端板及合适的密封机构堵住从四个体积的轴向泄漏。

除了上述的两个弧度外，转子表面的几何尺寸设计成可提供必要的体积及对于隔板而言有平滑的加速。

下面通过附图及实施例说明本发明，附图中：

图1示出发动机的热动力学循环的理想的方案；

图2a及2b分别示出发动机的轴向及横向剖面；

图3是一个横剖面，示出第一相位；

图4-7分别示出第二～五相位。

理想的热动力学循环

图1的P-V轴示出了本发明发动机的热动力学循环的理想的方案。第一过程是从点100到101的等熵压缩。在该点(在压缩完成前)“后”隔板升起，而“前”隔板下降。这样导致了膨胀的烟气与压缩空气的混合，因此它们在P-V图上的相应点在点102。由于两隔板交换导致把一部分志膨胀体积转为压缩体积。随后发生等熵压缩，直到点103。在该点，燃料引入燃烧室进行恒定体积的燃烧过程，直到点104。从点104直到点105，烟气等熵膨胀。在该点发生隔板的交换(同时压缩及膨胀体积和压力几乎相同)，使得膨胀体积减小，因为一部分膨胀体积转为压缩体积。烟气的最终状态是点106。随后，继续膨胀过程直到点107。在点107，排气孔打开，使烟气膨胀到空气中，到点108。随后过程继续到排气过程，直到点110，其是一个等压缩过程，对转子轴在进气孔和邻近的排气孔之间转过半弧度，完成了整个循环。因为在这里详细说明的结构中，两孔之间的弧度是360°，该半弧度是180°。对于更实际的四叶片转子(其是静态及动态平衡的)，相应的弧度是90°和180°。

下面参照图2a及2b示出的两个剖面图详细说明本发明。

圆柱形(圆形横剖面)的定子1把隔板9支承在进气孔5和出气孔4之间，及把隔板7，8支承在燃烧室12前面和后面，燃烧室12设在定子的壁的里面。定子壁还包括冷却液的腔10及对发动机操作(冷却、润滑、控制、燃料等)需要的亚支承系统。转子与定子1同轴，并与动力轴2用键连接，动力轴2由相应的轴承14支承在底板支座11上。带相应密封件16的端板15能抵抗任何轴向漏泄。燃料通过喷嘴8喷入燃烧室12。

凸头的几何形状有两个要求：(1)对于足够堵住燃烧室的出口的圆弧，其半径是恒定的并且几乎等于定子的内表面的半径，(2)必须开发可用的空间以使各腔中的体积为最大，但是其表面也须光滑，使加在与转子表面接触的隔板上的加速不会过分，有双凸头的转子具有两个凸头前端17，18，设成隔180°的圆弧。该两前端的中心形成转子的主轴。

在转子的开始位置(转角为零)，主轴通过燃烧室12的中部，隔板9在两孔之间。

第一相位(图3)：

燃烧室被转子凸头的前端17堵住，而两个孔4，5被相对的凸头前端18堵住。燃料通过喷嘴8喷入燃烧室，与空气-烟气混合物以恒定的体积燃烧(至少如前端17堵住燃烧室出口那样长的时间)。隔板9和6与转子表面接触。

第二相位(图4)：

转子3顺时针转动，膨胀体积9增加，从燃烧室出来的烟气的压力减小。当出口孔4没有被凸头前端18的运动盖住，在排气体积20中的上一循环的烟气通过排气孔4排出，而隔开的膜片9向里运动，以便与转子表面接触。“后”隔板6也移动，而前隔板留在定子壁的隔板槽中。压缩体积13减少，使得新的空气的压力增加。

第三相位(图5)：

转子的转动导致近气孔5未被凸头前端18盖住，形成进气体积21。

第四相位(图6)：

当压缩体积13及膨胀体积20的压力几乎相等时，“后”隔板6升离转子的表面，“前”隔板7(其在一些时间前已开始向里移动)与转子表面接触。在该交换中，部分膨胀体积加到压缩体积中，卷入的烟气与原来的压缩体积中的空气混合。

在(较小的)膨胀体积中的减少量的烟气继续膨胀。

第五相位(图7)：

转子转过180°的弧度。凸头前端17，18的位置互换。进气体积21成为压缩体积13，而膨胀体积20成为排气体积19。压缩的烟气混合物已包在燃烧室气体中。转子准备作下一个循环。

Claims

1．一种有叶转子发动机，具有圆筒形定子(1)包着一个以键与轴(2)连接的转子(3)，转子(3)与定子(1)同轴，轴(2)通过轴承(14)支承在支承底板(11)上，端板(15)及相应的密封件(16)阻止轴向的泄漏，转子表面设有相隔180°的两个凸头前端(17，18)，其在继续燃烧过程时提供燃烧室(12)出口的封闭，燃烧室(12)设在定子的内壁里面，燃料通过喷嘴喷入燃烧室，定子还包括对发动机的其它操作如燃料、冷却控制等需要的其它亚支承系统，在定子内表面和转子外表面之间形成的两个腔借助于支承在定子壁内的三个滑动隔板分成四个部分，也就是发动机的四个体积：进气体积(21)、压缩体积(13)、膨胀体积(20)和排气体积(19)，其中一个隔板(9)把进气体积及排气体积隔开，使不允许通过气孔(12)进入的空气与通过排气孔(4)的废烟气混合，在该双凸头转子发动机中，该隔板设在相对燃烧室的180°弧度处，另两个隔板(6，7)设在燃烧室(12)的前后，尽可能与其靠近，任何时候只有一个隔板与转子表面接触，后隔板(6)首先致动，当压缩体积(13)的压力及膨胀体积(20)中的压力几乎相等时，后隔板(6)升起，而前隔板降下，该转换导致一部分烟气及压缩空气混合，起到空气的内再生预热的作用。

2．按照权利要求1的发动机，其特征在于所述的凸头数目大于两个，使得在与两个相邻的进气孔-排气孔之间相应的弧度实现上述的过程。

3．按照权利要求1的发动机，其特征在于所述的圆筒形的定子可分为多个定子，转子在各定子内转动到另一个，以便达到动力平衡。

4．按照权利要求1的发动机，其特征在于还用用在现有的再生发动机中的增压。