CN2446281Y - 一种旋转式内燃发动机的基本结构装置 - Google Patents

Abstract

一种能以旋转方式工作的内燃发动机的基本结构装置。主要由圆形的转子和旋转开关组成。两者是相外切放置并同步异向转动,前者的半径等于后者的直径,可使转子的头部定时通过旋转开关。燃料被定时压入转子头部和旋转开关之间,产生能量推动转子连续地转动,实现对外输出功率。它既有活塞式发动机的优点:燃料是以燃爆的方式做功,燃汽压力大油耗低;又有燃汽轮机的优点:运动部件是匀速转动,燃气是作用在转子的边缘这样扭矩大;主要部件是回转体便于精加工精配合。

Description

一种旋转式内燃发动机的基本结构装置

本实用新型属于一种内燃发动机的基本结构装置，它是对传统内燃发动机基本结构的改进。为了能说明本实用新型的特点，首先需详细说明目前传统发动机的技术发展水平。

目前广泛使用的，以旋转方式输出动力的内燃发动机主要有两大类：活塞(往复)式发动机和燃气轮机。1．活塞式发动机

活塞式发动机的运转特点是利用燃料燃烧产生的能量，推动活塞在气缸内不断往复运动，通过连杆转变成曲轴的旋转运动，从而以旋转的方式向外输出功率。其中活塞的往复运动可分吸气、压缩、燃烧作功和排气四个基本的循环的冲程。活塞式发动机的主要优点是燃气在气缸内是以爆炸式的燃烧来作功，这样燃料内能释放的效率高，产生的气体压力非常高。但其本身也有难以克服的缺点。主要有2点：(1)将活塞的直线往复运动通过活塞杆转化为曲轴的转动，会造成机械传动效率降低；(2)活塞仅在四个冲程中的一个冲程里受燃气推动，另外三个冲程都是依曲轴的惯性来完成。

这样会使曲轴旋转不均匀，易产生振动现象。在实际应用中发动机往往采用多缸结构，以

减小此现象。这样会造成结构复杂，体积宠大和磨擦面增多，限制了转速的提高。

活塞式发动机适合应用在需要中低水平功率的场合。如汽车、小型轮船、飞机上。2．燃气轮机

燃气轮机的基本工作原理是：燃料在燃烧室燃烧产生高温高压气体，经燃烧室喷嘴喷出来冲击涡轮的叶片，使其带动机轴转动向外输出功率。和活塞式发动机相比，燃气轮机有2个优点：(1)燃料产生的能量直接驱动机轴旋转，结构简单；(2)燃气作用于机轴叶轮的边缘，扭转力矩大，机械转动效率高。

另一方面，燃气轮机也存在着难以解决的缺点，主要有二点：(1)燃气不象在活塞式发动机气缸里产生爆炸式燃烧，这样燃料的内能释放效率低，产生的气体压力低；(2)涡轮的叶片较单薄，和内壁之间存在较大的缝隙，不可避免地会产生严重的漏气现象，在实际应用中为减少此现象，往往采用多级涡轮的结构。

燃气轮机和活塞式发动机相比，产生同样的功率耗油量要大得多，它适合应用在需要大功率的场合。如轮船、直升机和发电厂等。

三角活塞旋转式发动机(又称汪克尔Wankel发动机)

自从蒸汽机问世以来，直接以旋转方式运行的发动机，一直是人们的梦想。所提出的设计方案很多，其中最具代表性的，并且已进行有限商业生产的，是汪克尔发动机。汪克尔发动机的工作过程和传统的活塞式发动机相同。它的旋转活塞呈三角形气缸壁呈椭圆型，靠三角形活塞沿气缸壁运动而实现工作室的体积有规律地扩大和缩小，来完成燃气的吸气、压缩、燃烧膨胀和排气四个内燃机的基本过程。和活塞发动机相比，汪克尔发动机的主要优点是其活塞为旋转运动，摆脱了往复运动所带来的惯性力，具有运行平稳，体积小的特点。主要缺点是燃气燃爆产生的气体对三角形活塞的推力不够直接，这样三角活塞对转轴所产生的扭转力矩较小且是不稳定的，这样产生一个现象：发动机只有在高速运转时才能显示其优越性，在低速运转时则性能较差。由于这一点限制了汪克尔发动机的广泛应用。据统计在82年，活塞式发动机在汽车市场的占有率为99.95％，而汪克尔发动机仅占0.05％。

本实用新型的目的在于提供一种旋转式内燃发动机的基本结构装置。和现有技术装置相比，它将能够使内燃发动机运行得更平稳，耗油量和污染程度更低，结构更简单。

本实用新型的目的是这样实现的：在其基本结构装置中，主要部件由圆形的转子和旋转开关组成，其它部件有燃料入口、电火花和排气口。转子和旋转开关的位置是相外切放置，燃料入口位于旋转开关旁，电火花位于燃料入口旁，排气口位于旋转开关的另一旁，单个转子有一对对称的并呈直角梯形的头部，单个旋转开关有一个缺口。转子可带动一对旋转开关作同步异向转动，旋转开关的直径等于转子的半径。这样当转子转半周时，旋转开关恰好转一周，可保证转子的头部定时并且是无接触地通过旋转开关的缺口。其工作原理是：每当转子的一对头部通过旋转开关后，外接的压缩机将燃料压入在转子头部和旋转开关之间的空间里，当转子的头部经过电火花时，电火花放电引爆燃料，产生高温高压的气体作用于转子的一对头部，从而连续地推动转子旋转，实现对外输出功率。在转子头部和转子自身都有数条凹形闭气槽，可使从转子头部及转子周围缝隙泄出的气体产生涡旋阻力延缓其泄出，以减少能量的损失。

附图反映了本实用新型的实施例，说明如下：

图1是主机的基本结构图，图2是主机工作的功能关系图。

图中零部件名称说明：1.燃料入口  2.电火花  3.转子头部  4.转子  5.转轴  6.旋转开关  7.排气口  8.闭气槽9.旋转开关的缺口

下面结合附图对本实施例作进一步说明：

结合图1和图2：在AB段：当转子的一对头部[3]通过旋转开关[6]后，开关随之闭合，外接的压缩机由燃料入口[1]向转子头部与开关之间的空间压入混合可燃气体。在BC段：转子头部通过电火花[2]后，电火花放电点燃可燃气体，产生爆炸式的燃烧，压力骤升。在CD段：产生的高温高压气体推动转子头部，使转子[4]带动转轴[5]转动对外做功，在其间可燃气体仍继续燃烧，但随着空间的迅速扩大，气体的压力不断下降。在DE段：在转子充分利用气体的压力后，转子头部经过排气孔[7]，燃烧后的废气在余压的作用下迅速排出。在EA段：旋转开关准时开启，其缺口[9]和转子头部相吻合，使转子的头部通过，然后同步关闭，以后又开始新的循环。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：1．和活塞式发动机一样，燃气是爆炸式的燃烧，这样可产生高温高压的气体对转子头部作功；2．和燃气轮机一样，气体作用于转子的边缘，并直接推动转子旋转，这样扭转力矩大，作用力直接，机械传动效率高。

另外，本实用新型还将具有4个特点：1．气体推动转子头部的长度几乎等于转子的半个周长，远长于活塞式发动机活塞在气缸内的行程。这样可使燃气得到充分地燃烧，对转子头部有足够长的作功距离，可提高燃料的热效率和减少废气的污染和噪音程度。2．可望实现运行平稳的目标。在传统的活塞式发动机中，四个工作冲程都在同一个气缸内进行，这样会出现一个难以解决的问题就是随着气缸内温度的升高会减少进气的效率，这样燃气会得不到足够的氧气助燃而使到运行不平稳，在实际应用中往往采用燃气增压手段以减少此现象。在旋转发动机中，四个工作冲程的两个，即进气和压缩是由外接的压缩机来完成，燃烧和排气是在自身内完成。这样压缩机就不受高温高压燃气的影响，可维持较低的工作温度，这将能保持稳定的进气和压气效率，以保证发动机在不同转速下的运行平稳。3．可望实现不需冷却运行的目标。因为旋转开关是由转子来带动的，在运行过程中可做到和转子的头部无接触，这样运行部件避免了互相碰撞，转子头部的结构很坚固(如图1所示)，这些都有利于使用陶瓷或陶瓷金属来制造转子头部、内壁和旋转开关。这样的材料有极好的耐高温性能和极低的热膨胀系数，可使长期处于高温状态的工作部件无需冷却。4．可望实现无磨擦运转的目标。由于新旋转发动机的转子和内壁都是以转轴为基准圆心的圆形结构，易做到部件的精密加工，并使活塞周边的缝隙控制得很小。由于部件可用陶瓷或陶瓷金属来制造，这样易做到在高温状态下缝隙变化也很小，在转子的头部和自身都有数条凹形闭气槽[8]，可使从转子头部及转子周围缝隙泄出的气体产生涡旋阻力延缓其泄出，使到发动机在不采用密封手段的前提下，也不会产生严重的漏气现象，以实现无磨擦运行。

本实用新型会涉及的重大研究问题：1．旋转开关是处于高压下运转，如不采取有效措施，将会产生较大的磨擦力造成功率下降。2．如果使用柴油燃料，将不可避免地存在积碳现象，所以发动机的设计要有除碳的功能。3．旋转开关和转子的相接处呈尖状的喇叭口，易产生缝隙使高压气体从此处大量泄出。4．压缩机如何能及时地向高速旋转的发动机中注入足够多的燃料。

Claims (4)

1．一种旋转式内燃发动机的基本结构装置，主要部件由圆形的转子和旋转开关组成，其它的部件有燃料入口、电火花和排气口，其基本结构特征是：

a．转子和旋转开关的位置是相外切放置，

b．燃料入口位于旋转开关旁，电火花位于燃料入口旁，排气口位于旋转开关的另一旁，

c．单个的转子有一对对称的并呈直角梯形的头部，

d．单个的旋转开关有一个缺口。

2．如权利要求1所述的基本结构装置，其特征是：旋转开关的直径等于转子的半径。

3．如权利要求1所述的基本结构装置，其特征是：在单个转子所配的部件，如旋转开关，燃料入口，电火花，排气口都有两个并且是对称的。

4．如权利要求1所述的基本结构装置，其特征是：转子头部和自身都有数条凹形闭气槽。

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