壓燃分體式轉子發動機的制作方法

專利名稱：壓燃分體式轉子發動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及內燃發動機，特別是轉子發動機。
現通用于汽車、火車、坦克、輪船、工程及農用機械等各種不同用途的，以汽油、柴油、燃氣為燃料的汽油機、柴油機、燃氣機等往復活塞式內燃發動機，基本技術特征是，由活塞、氣缸、氣缸蓋組成一密閉定容定壓氣室，活塞在氣缸內上下直線運動，即吸進空氣，壓縮空氣，使其壓縮氣體與燃料混合發生燃燒，產生膨脹氣體，推動活塞由上止點F行，其動力傳遞給連桿曲軸輸出，如此循環往復。在其傳統技術基礎上，采用增壓、多氣門、電子控制等現代技術，使其熱能效率有了提高。但是，所采用的現代技術，沒有也不可能克服往復活塞式內燃發動機在技術上存在的根本性不足，沒有也不可能使其熱能效率從根本上得以提高。往復活塞式內燃發動機在技術上存在的不足，有如下兩個主要特征一是空氣壓縮與混合氣體燃燒作功，在其系統裝置同軸同速運轉和同一密閉定容定壓氣室條件下進行。由此，活塞在氣缸內進行的“進氣→壓縮→作功→排氣”行程循環，其“作功”周期性地被“進氣、壓縮、排氣”行程所中斷；進氣門和排氣門周期性地同時處于開啟位置，致使其空氣與廢氣混合、燃燒不盡，排放的氣體中有害物過多；膨脹氣體在氣缸內推動活塞由上止點下行的力，隨活塞下行和氣室容積由燃燒室擴大至氣缸而逐步衰減；發動機在變速運轉或在不同工況下，作功氣室的壓縮空氣的密度和混合氣體的濃度不可能同時保持最佳熱能效率所要求的最佳值。由此諸因素，使其內燃發動機熱能效率低下。
二是膨脹氣體在氣缸內推動活塞由上止點下行的力傳遞給連桿曲軸輸出。由此，其曲軸輸出的旋轉力矩，受活塞行程等因素的嚴格制約，不可能取更大值；其曲軸輸出的旋轉力矩，在額定的最大值與最小值之間周期性變動--連桿將其力傳遞給曲軸的力點，處在活塞、連桿與曲軸垂直的直線上，為旋轉力矩的最小值；處在其直線外曲軸旋轉半徑上最遠一點，為旋轉力矩的最大值--不可能保持其最大值；作用于曲軸的力點，在其同一平面只有一個，不具對稱性，因而發動機運轉不具有力點對稱平衡穩定性能為防止混合氣體早燃、爆燃、爆震，限制采用較高空氣壓縮比，使空氣壓縮比過低。此諸因素，使其內燃發動機熱能效率低下。
現通用于飛機的渦輪或渦煽噴氣式發動機。將內燃發動機熱能效率提到了往復活塞式內燃發動機熱能效率根本無法達到的高度，其空氣壓縮比高達38∶1還不為極限。但是，其燃燒室只是一個單純的熱膨脹氣體發生裝置，對混合氣體燃燒時的爆發力未能充分加以利用，使其部分熱能損失；由于其熱能的轉換利用以空氣為介質，不便廣泛使用于地面，取代往復活塞式內燃發動機。
到目前為止，為克服往復活塞式內燃發動機技術存在的根本性不足，試圖取代往復活塞式內燃發動機而研制的各種類型的轉子式內燃發動機，如中國專利申請號為85105764風冷葉輪轉子式內燃機、90103357太極式轉子內燃機、93117267擺動轉子式內燃機、96116876偏心轉子板式內燃機、96122227內切式轉子內燃機、96229482內燃式渦輪轉子發動機以及外國包括日本、美國研制的三角體轉子內燃機等，如國際申請號為PCT／HU96／00039、中國申請號96196798內燃轉缸式發動機，革除了往復活塞式內燃發動機的連桿曲軸機構，改革了組織燃燒及其熱力傳輸方式，但是在技術上沒有從根本上克服往復活塞式內燃發動機技術存在的不足，由于采取的技術方案不同而表現出種種不同的不成熟。例如，具有空氣壓縮與混合氣體燃燒作功在同一氣室進行，或者空氣壓縮裝置與混合氣體燃燒作功裝置只能同軸同速運轉，或者在同一平面同時只有一個氣室作功，或者燃燒室只是一個單純的熱膨脹氣體發生裝置，僅僅是利用排出的熱氣作功，具有以上技術特征的轉子式內燃機，其不足與上述的往復活塞式內燃發動機技術存在的不足相似。
本發明的目的是克服上述的內燃發動機技術存在的不足。能取代往復活塞式內燃發動機，提供一種新型內燃發動機，即以由可以不同速度運轉的兩個裝置分別進行空氣壓縮和混合氣體燃燒作功為主要特征的壓燃分體式轉子發動機。
為實現上述目的，本發明的解決方案為它由混合氣體燃燒作功裝置和空氣壓縮裝置組成；其混合氣體燃燒作功裝置由定子和轉子兩主件組成，兩端由端蓋密封，混合氣體燃燒作功裝置以圓心對稱設置有兩個以上燃燒室及兩組以上供燃燒室循環作功的裝置，各組供燃燒室循環作功的裝置均由進氣口、燃料噴射口、點火口、排氣口組成，并對應安裝有可調控的進氣氣閥、燃料噴射裝置和點火裝置及排氣裝置；空氣壓縮裝置向混合氣體燃燒作功裝置的燃燒室提供壓縮空氣。
本發明壓燃分體式轉子發動機，由空氣壓縮裝置和混合氣體燃燒作功裝置兩個部分構成。其空氣壓縮裝置的功能是為混合氣體燃燒作功裝置變速運轉提供所需的壓縮氣體；其混合氣體燃燒作功裝置的功能是將空氣壓縮裝置供給的壓縮氣體與燃料混合，實現燃燒，將其熱力轉換為動力輸出。
本發明壓燃分體式轉子發動機，與往復活塞式內燃發動機以及其它轉子式內燃發動機的技術相比較，由于采用了壓燃分體技術，即空氣壓縮與混合氣體燃燒作功由相應的兩個裝置分別進行，且兩個裝置可不同軸即可以不同速度運轉，由此，本發明在技術上具有顯著的特點和優點。其主要優點如下一是空氣壓縮與混合氣體燃燒分室進行，由此，使燃燒室循環作功能夠連續進行，不被進氣、壓縮、排氣等環節中斷；燃燒室進氣充量，燃燒完全，排氣干凈；為同時保持燃燒室最佳空氣壓縮比和空燃比奠定了物質基礎。
二是燃燒室在轉子圓周以其圓心對稱設置，多個對稱設置的燃燒室可同時循環作功，混合氣體燃燒產生的爆發力、熱膨脹力在切線方向以對稱的力點作用于轉子。使轉子在定子內腔作圓周運動，由此，發動機運轉具有力點對稱平衡性能；由此無需顧忌燃燒室的混合氣體早燃、爆燃、爆震，使燃燒室的空氣壓縮比可取所能達到的更高最佳比值；由此發動機輸出的旋轉力矩始終能保持額定的最大值。
三是空氣壓縮裝置與混合氣體燃燒作功裝置可不同軸即可以不同速度運轉，由此可以啟用或關閉單個燃燒室循環作功的方式對發動機輸出功率和轉速進行系統控制，實現無級變速運轉；由此發動機在不同工況下變速運轉時，燃燒室內空氣壓縮比和空燃比可同時保持熱能效率所要求的最佳比值。
下面結合附圖，對本發明的實施例作進一步詳細說明

圖1為本發明結構示意2為本發明實施例的多出口式離心空氣壓縮機剖視3為本發明實施例1的混合氣體燃燒作功裝置結構剖視4為圖3的A-A剖視5為本發明實施例2的混合氣體燃燒作功裝置結構剖視6為圖5的B-B剖視7為圖5的C-C剖視8為本發明實施例1、2的混合氣體燃燒作功裝置的轉子燃燒室結構示意9為本發明實施例3的混合氣體燃燒作功裝置結構剖視10為圖9的D-D剖視11為本發明實施例4的混合氣體燃燒作功裝置結構剖視12為圖11的E-E剖視13為圖11的F-F剖視14為本發明實施例5的混合氣體燃燒作功裝置結構剖視15為圖14的G-G剖視16為本發明實施例的混合氣體燃燒作功裝置的熱氣膨脹作功的渦輪裝置結構剖視1，為本發明壓燃分體分式轉子發動機最佳實施例結構示意圖，即該發動機由空氣壓縮裝置39和混合氣體燃燒作功裝置41及附設的熱氣膨脹作功裝置42兩主體裝置構成；即其發動機由電動機38起動空氣壓縮裝置39運轉，即多級葉片式空氣壓縮機吸進空氣，逐級加壓，送給離心式空氣壓縮機再次加壓，由出氣口37經高壓氣管40進入混合氣體燃燒作功裝置41，與燃料混合、燃燒、作功，在次作功后的熱氣進入熱氣膨脹作功裝置42繼續作功，最后排出；混合氣體燃燒作功裝置41處低速運轉狀態，空氣壓縮裝置39由電動機38直接驅動運轉；當混合氣體燃燒作功裝置以高速運轉時，離合器43使其混合氣體燃燒作功裝置41與空氣壓縮裝置39結合，即空氣壓縮裝置由混合氣體燃燒作功裝置直接驅動，此時，電動機38退出對空氣壓縮裝置的驅動；當混合氣體燃燒作功裝置由高速變為低速運轉時，離合器43使其混合氣體燃燒作功裝置41與空氣壓縮裝置39分離，退出對空氣壓縮裝置的驅動，空氣壓縮裝置由電動機驅動運轉。
本發明壓燃分體式轉子發動機，由受自動調控系統調控的空氣壓縮裝置和混合氣體燃燒作功裝置兩個部分構成。其中，如圖2，空氣壓縮裝置39最好是由軸流式多級葉片空氣壓縮機和多出口式離心空氣壓縮機兩部分同軸串聯組成。其軸流式多級葉片空氣壓縮機部分，與航空發動機實用的同類空氣壓縮機類似，其葉片級數、相關尺寸及功率按需設汁。其多出口式離心空氣壓縮機部分，與其它離心式空氣壓縮機相似，只是其出氣口37為多個，即出氣口37的個數與混合氣體燃燒作功裝置的進氣口的個數相等，并與之一一對應相通。如圖2所示的多出口式離心空氣壓縮機，它由外殼32、葉輪33、葉片34、轉軸35、腔室36、出氣口37等構成。空氣壓縮裝置工作的基本過程是，該裝置被驅動運轉，軸流式多級葉片空氣壓縮機將空氣逐級加壓，并將其壓縮氣體直接壓入多出口式離心空氣壓縮機的腔室36，在隨葉輪33旋轉的葉片34的作用下，經出氣口37分配分別進入與之一一對應相通的混合氣體燃燒作功裝置的進氣口及其燃燒室。
空氣壓縮裝置由可控轉速的電動機驅動，由自動調控系統調控而變速運轉，由此使其提供的壓縮氣體滿足混合氣體燃燒作功裝置變速運轉對壓縮氣體的變量需求。
空氣壓縮裝置的功能是為混合氣體燃燒作功裝置在不同工況下的變速運轉提供所需的壓縮氣體。空氣壓縮裝置也可采用其它現有空氣壓縮技術。
如圖3、圖4及圖8、圖16所示的本發明實施例1的混合氣體燃燒作功裝置，為渦輪式轉子型，該裝置由定子1和轉子2兩主件構成。其定子1為圓筒形，兩端由端蓋3和端蓋4密封。其轉子2外圓面呈渦輪形，以同心圓置于定子1腔內，其轉軸5伸出兩端蓋外。轉子2外圓面在定子1內圓面可滑動旋轉。在其轉子與定子滑動配合鄰端蓋4一端的結合處設置密封槽18。在其轉子2外圓面鄰密封環槽18的一段，按圓心對稱設置端面呈半截子月牙形或彎曲的楔形穴槽若干個，由定子內圓面封閉形成燃燒室11。在其轉子外圓面鄰端蓋3的一段，軸向與燃燒室11對應設置渦輪狀穴槽，由定子內圓面封閉形成第二燃燒室12。其燃燒室11與第二燃燒室12軸向一一對應相通，徑向由轉子外圓面部分相隔。如圖8所示。由此，轉子2外圓面呈渦輪形狀。其燃燒室徑向間的轉子外圓面部分為轉子裙部13。在其燃燒室11一段的轉子裙部，軸向設置滑片槽14及滑片15。滑片隨轉子旋轉可從滑片槽離心滑出，外端面在定子內圓面上滑動，加強燃燒室11徑向間的密封。在其定子1與燃燒室11相對的圓周同一平面，按圓心對稱、依次、相間設置由一次進氣口6、二次進氣口7、燃料噴射口8、點火口9為一組裝置若干組，相應安裝可控氣閥、燃料噴射裝置、點火裝置。其點火口9的定子內圓面處為凹形，即為附燃燒室16。其各組裝置的間距即定子1內圓弧長大子轉子外圓面單個燃燒室11弧長。其端蓋3圓周邊軸向與一次進氣口6對應的位置設置排氣口10。混合氣體燃燒作功裝置單個燃燒室單次作功的工作過程是，由空氣壓縮裝置供給的壓縮氣體，由一次進氣口6徑向流入燃燒室11乃至軸向相通的第二燃燒室12，掃除其室內未排盡的廢氣由排氣口10排出，由此轉子2類同于氣動馬達旋轉；轉子旋轉至轉子裙部13封閉一次進氣口6和排氣口10，燃燒室11與二次進氣口7徑向相對，燃燒室第二次進氣；轉子繼續旋轉至轉子裙部13封閉二次進氣口7，燃燒室11與燃料噴射口8相對，燃料噴射裝置向其室內噴射燃料；轉子繼續旋轉至燃燒室11與點火口9相對，點火裝置點燃其室內氣體，氣體燃燒產生的膨脹氣體由燃燒室11作用于轉子的同時，與由旁通進氣口道17進入的由空氣壓縮裝置供給壓縮空氣混合，軸向流入第二燃燒室繼續燃燒膨脹作用于轉子，因轉子外圓面呈渦輪形而受力不均繞轉軸5的軸心旋轉，其動力由轉軸5輸出，燃燒后的廢氣在第二燃燒室12與排氣口10軸向相對時由此排出進入外接的熱氣膨脹作功的渦輪裝置(如圖16所示)的渦輪氣室再次作功最后排出。單個燃燒室單次作功過程如上所述。由于所設置的燃燒室為若干個，供燃燒室循環作功的進氣、供燃、點火的“加油站”裝置為若干組，故轉子每旋轉一周，若干個燃燒室可同時作功若干次，即燃燒室的個數與“加油站”裝置的組數的乘積為其轉子旋轉一周燃燒室循環作功的額定室次數，其額定的燃燒室循環作功室次數與單個燃燒室單次作功的功率的乘積為發動機額定輸出的最大功率。發動機在不同工況下的輸出功率在其額定的最大輸出功率范圍內由自動調控系統按指令調控。即以該裝置額定的燃燒室循環作功室次數為調控基礎和范圍，應用現代自動控制技術，對單個燃燒室的進氣、燃料噴射裝置進行開與關的控制，啟用或關閉若干個燃燒室作功，增加或減少燃燒室循環作功的室次數，提高或降低混合氣體燃燒作功裝置運轉的速度，達到其調控目的。例如，轉子外圓面設置的燃燒室為4個，定子圓周設置的進氣、燃料噴射、點火等裝置即燃燒室循環作功“加油站”裝置為4組。由此，轉子旋轉一周，單個燃燒室在每一“加油站”作功一次共循環作功4次，其4個燃燒室循環作功最多為16室次，即發動機額定輸出的最大功率和轉速為燃燒室循環作功16室次，即為往復活塞式四行程4缸內燃發動機曲軸旋轉一周燃燒室作功次數的4倍。若降低其輸出功率和轉速，就減少其投入工作的燃燒室循環作功室次數。為使發動機運轉具有力點對稱平衡穩定性能，就使其若干個燃燒室對稱同時作功。由此，轉子每旋轉一周，在其額定的最大功率即燃燒室循環作功室次最多的16室次范圍內，投入工作的燃燒室循環作功室次數可以2、4、6、8、10、12、16等若干排列組合，發動機輸出功率和轉速相應地分為若干檔級。由此，可按其若干檔級調控燃燒室循環作功室次數，即啟用或關閉旋轉方向不同的多級裝置的若干個燃燒室交替作功，增強或減少燃燒室循環作功室次數，以提高或降低混合氣體燃燒作功裝置的輸出功率和轉速，同時使其按所控方向旋轉，輸出動力。在上述調控基礎上，對單個燃燒室循環作功的空氣供給量和燃料供給量進行微量調控。其微量調控與現通用于往復活塞式內燃發動機的同類調控基本相同，不贅述。
如圖5、圖6、圖7及圖8、圖16所示的本發明實施例2的混合氣體燃燒作功裝置，為渦輪式轉子型，該裝置由定子1和以同心圓置于其定子腔內的轉子2兩主件構成。定子1為圓筒形，兩端由端蓋3和端蓋4密封。在其端蓋4的圓周邊按圓心對稱設置以一次進氣口6和二次進氣口7為一組的進氣口若干組，在其進氣口安裝可控氣閥(如1997年7月《人民交通出版社》錢耀義編著的《現代汽車發動機燃料供給裝置》第58-59頁所述的阻風門執行器)。其兩個進氣口的間距即其弧長小于轉子外圓面單個燃燒室的弧長；各組進氣口的間距即其弧長大于轉子外圓面單個燃燒室的弧長。在其定子1的鄰端蓋4一段圓周同一平面軸向對應二次進氣口7的位置，設置燃料噴射口8，安裝可控燃料噴射裝置(如現代汽車發動機電控噴射系統)；在其同一平面軸向對應各組進氣口的中間位置，設置點火口9，安裝可控點火裝置。其點火口的定子內圓面處為凹形，即為附燃燒室16。在其端蓋3圓周邊按圓心角對稱設置與進氣口組數相等的排氣口10，與另設置的熱氣膨脹作功裝置的鍋輪氣室相通。轉子2外圓面呈渦輪形，以同心圓置于定子1內，其轉軸5伸出端蓋3和端蓋4外。其轉子2外圓面在定子1內圓面可滑動旋轉。轉子外圓面鄰端蓋4一段，與定子圓周同一平面設置的燃料噴射口8、點火口9相對，按圓心角對稱設置端面呈半截子月牙形或彎曲的楔形穴槽若干個，由定子內圓面封閉形成燃燒室11。其轉子外圓面鄰端蓋3一段，軸向與其燃燒室11分別對應設置渦輪狀穴槽，由定子內圓面封閉形成第二燃燒室12。其燃燒室11與第二燃燒室12軸向一一對應相通，徑向由轉子外圓面部分相隔，如圖8所示。由此，轉子外圓面呈渦輪形狀。其燃燒室徑向間的轉子外圓面部分為轉子裙部13。在其燃燒室11一段的轉子裙部，軸向設置滑片槽14及滑片15。其滑片隨轉子旋轉從滑片槽離心滑出，外端面在定子內圓面上滑動，加強燃燒室11徑向間的密封。該混合氣體燃燒作功裝置單個燃燒室單次作功的工作過程是，由空氣壓縮裝置供給的壓縮氣體，由一次進氣口6軸向流入燃燒室11乃至軸向相通的第二燃燒室12，掃除其室內未排盡的廢氣由排氣口10排出，進入另設置的熱氣膨脹作功的渦輪裝置的渦輪氣室(如圖16所示)，由此轉子類似于氣動馬達旋轉；轉于旋轉至轉子裙部13的兩端面分別封閉一次進氣口6和排氣口10時，燃燒室11軸向與二次進氣口7相對、徑向與燃料噴射口8相對，壓縮空氣由二次進氣口7軸向流入燃燒室11的同時，燃料噴射裝置于燃料噴射口8向其燃燒室噴射燃料，其燃料由其噴射點與二次進氣的氣流相對即刻混合；轉子繼續旋轉至轉子裙部的端面封閉二次進氣口7的同時，燃燒室11徑向與點火口9相對，點火裝置于點火口9點燃其室內混合氣體，氣體燃燒產生的膨脹氣體由其燃燒室11作用于轉子的同時，與由旁通進氣口道17進入的由空氣壓縮裝置供給壓縮空氣混合，軸向流入第二燃燒室12繼續燃燒膨脹，由第二燃燒室12作用于轉子，轉子因外圓面呈渦輪形而受力不均繞轉軸5的軸心旋轉，其動力由轉軸5輸出。轉子旋轉至第二燃燒室12軸向與排氣口10相對，燃燒后的氣體由第二燃燒室12經排氣口10排出；而進入附設置的通軸串聯的熱氣膨脹作功的渦輪裝置(圖16所示)的渦輪氣室再次作功后排出，單個燃燒室單次作功過程如上所述。其燃燒室和燃燒室循環作功室次的設置與上述實施例1相同，由此其燃燒室循環作功過程及其調控也相同，不贅述。
如圖9、圖10及圖8、圖16所示的本發明實施例3的混合氣體燃燒作功裝置，該裝置由定子1和轉子2兩主件組成。其轉子2與上述渦輪式轉子實施例1、2的轉子相同，不贅述。其定子1為圓筒形。在其定子1圓周，與以同心圓置于定子腔內的轉子2燃燒室11相對應的同一平面，以其圓心對稱開設若干個預燃燃燒室20，其預燃燃燒室呈小口瓶狀，其瓶口向內，其軸線向定子內圓面與轉子外圓面相切的切線方向傾斜，在其定子的外圓面設置燃燒室封蓋19，在其預燃燃燒室封蓋設置可控的進氣7、供燃8、點火9裝置。燃燒室20的定子內圓面的斜端面由轉子2的外圓面封閉時，燃燒室即進氣7、噴燃8、點火9，室內混合氣體燃燒，產生的膨脹氣體在轉子旋轉至與轉子外圓面設置的燃燒室11相對時，以其切線方向作用于轉子，在其燃燒室11和12內繼續燃燒，使轉子旋轉。其燃燒室循環作功的室次設置與調控，與上述實施例1、2相同，不贅述。
本發明混合氣體燃燒作功裝置渦輪式轉子的實施，除上述實施例之外，還可將上述實施例綜合，演變成其它實施例。如將其實施例1、2、3同軸串聯組合成多級結構的混合氣體燃燒作功裝置，其轉子半徑可以不相等，使發動機具有不同功率不同轉速不同力矩的輸出功能；或將其多級結構的旋轉方向相反設置，使發動機具有逆向旋轉功能；或將其燃燒室的形狀和進氣、燃料噴射、點火及排氣口道的設置方位作某些改變，包括根據所使用的不同燃料進行某些改變，可采取不同的實施方法，如將上述渦輪式轉子實施例1、2中的燃料噴射口8設置在二次進氣口7的進氣口前處，使由二次進氣口進入燃燒室的氣體是可燃的混合氣體等，不贅述。
如圖11、圖12、圖13、圖16所示的本發明實施例4的混合氣體燃燒作功裝置，為葉輪式轉子型，該裝置由定子1和轉子2兩主件構成。其定子1為圓筒形。兩端由端蓋3和端蓋4密封。其轉子2為圓柱形，在轉子2圓周以圓心對稱徑向開設2個以上葉片槽14，內置可滑動的葉片15，由此轉子2為葉輪式轉子型。轉子旋轉時，葉片在離心力作用下由葉片槽內滑出，外端面在定子內圓面上滑動。轉子偏心置于定子內，轉軸5伸出端蓋3和4外，為動力輸出軸。轉子2外圓面與定子內圓面一點相切，由此形成月牙形腔室21，被若干葉片分隔成若干個氣窒即小燃燒室。在其定子1圓周上順轉子2旋轉方向過切點處設置1組供燃燒室循環做功的裝置即進氣道7、燃料噴射口道8、點火口道9、排氣口道10、22，分別安裝相應的可控裝置。該混合氣體燃燒作功裝置單次作功的過程，在轉子順時針方向旋轉時，由空氣壓縮裝置供給的壓縮氣體或可燃混合氣體由進氣口道7進入氣室21作用于葉片15，轉子順時針方向旋轉，氣室旋轉移位至與燃料噴射口道8和點火口道9相對，燃料供給裝置噴射燃料，點火裝置點燃室內可燃混合氣體，生成熱膨脹氣體，作用于葉片15推動轉子2順時針旋轉，在此作功后的熱膨脹氣體在隨轉子旋轉的葉片的作用下旋轉至與排氣口道10相對，由此排出而進入與之相聯通的熱氣膨脹作功的渦輪裝置(如圖16所示)的葉輪式轉子型渦輪氣室繼續作功。在此未排盡的剩余的熱氣隨轉子旋轉至氣道口22排出。由于葉片15為若干片，將定子腔室分隔成若干個燃燒室，故各燃燒室隨轉子旋轉依次作功。上述為單級裝置。為使發動機工作力點對稱、功率加強，可將其裝置至少設置兩級，如圖11所示，兩級之間由隔板23相隔。其裝置的轉子共軸串聯，轉子外圓面與定子內圓面相切的兩個切點按圓心以180°對稱，各級裝置的燃燒室及定子圓周設置氣道、點火口道均按此圓心角對稱。由此各級裝置的燃燒室可同時循環作功。以此設置為基礎，對燃燒室的進氣、供燃進行開或關的控制，實現對其裝置輸出功率及旋轉方向的調控。例如上述裝置以兩級結構設置，各級葉片數相等分別為8片，則該裝置轉子與定子兩圓面相切的兩個切點按180°對稱，兩級燃燒室按180°對稱，燃燒室循環作功則有兩個燃燒室同時作功，轉子旋轉一周，燃燒室循環作功室次數為16室次。可分為2、4、6、8、10、12、14、16室次等8級輸出功率進行調控。轉子旋轉一周，最小輸出功率為2個燃燒室作功；最大輸出功率為16個燃燒室作功。
如圖14、圖15所示的本發明實施例5的混合氣體燃燒作功裝置，為葉輪式轉子型，該裝置由定子1和轉子2兩主件構成。其定子1呈內腔為橢圓的圓筒形。兩端由端蓋3和端蓋4密封。其轉子2為圓柱形。在轉子2圓周以圓心對稱徑向開設2個以上葉片槽14，內置可滑動的葉片15，在其葉片處設置葉片導滑板槽24，內置葉片導滑板25，葉片導滑板25的一端護蓋葉片15的外端面，另一端連接在其槽內。轉子2以同心圓置于內腔為橢圓的圓筒形定子1腔內，轉軸5伸出定子1的兩端蓋外，為動力輸出軸。轉子2外圓而與定子1內腔為橢圓的短軸兩端點面相切，在其面上滑動。轉子2旋轉時，葉片15由葉片槽14離心而滑出，其外端面頂壓葉片導滑板25的一端離心而向外張開，其外端面緊壓在定子1內腔為橢圓的內圓面滑動，過切點時自然回復槽內。由此，兩切點將轉子2外圓面與定子1為橢圓的長軸兩端內圓面之間的腔室對稱分隔成兩個呈月牙形的腔室21。其月牙形腔室被若干葉片15分隔成若干個氣室即小燃燒室。在其定子1圓周順轉子的旋轉方向過切點處以180°對稱開設兩組供燃燒室循環作功的裝置，各組裝置均有進氣口道7、燃料噴射口道8、點火口道9、排氣口道10，分別安裝相應的可控裝置。該混合氣體燃燒作功裝置作功的過程是，在轉子順時針方向旋轉時，由空氣壓縮裝置供給的壓縮氣體或可燃混合氣體由進氣口道7同時進入氣室作用于葉片15推動轉子2旋轉，氣室旋轉移位至與燃料噴射口8及點火口道9相對，燃料供給裝置噴射燃料，點火裝置點燃室內可燃混合氣體，生成熱膨脹氣體，作用于葉片15推動轉子2旋轉，在此作功后的熱膨脹氣體在隨轉子旋轉的葉片的作用下旋轉至與排氣口10相對，由此排出而進入與之相通的熱氣膨脹作功的渦輪裝置(如圖16所示)的渦輪氣室繼續作功。由于葉片15為若干片，分別將相互分隔的兩個月牙形腔室分隔成若干個氣室即小燃燒室，故各燃燒室隨轉子旋轉可依次連續作功若干次。如葉片15數目為6片，則轉子2旋轉一周，燃燒室循環作功室次數為12室次。即可分為2、4、6、8、10、12室次等6個檔級調控其輸出功率。本裝置可多級布置，不贅述。
本發明壓燃分體式轉子發動機，除采取上述的〔空氣壓縮裝置+電動機〕→〔混合氣體燃燒作功裝置+熱氣膨脹作功的渦輪裝置〕”的實施方案，還可采取如下實施方案A方案，將上述方案中空氣壓縮裝置的電動機舍去，使空氣壓縮裝置與上述任一實施方案的混合氣體燃燒作功裝置和熱氣膨脹作功的渦輪裝置共軸串聯，即“空氣壓縮裝置+混合氣體燃燒作功裝置+熱膨脹氣體作功的渦輪裝置”，由混合氣體燃燒作功裝置直接驅動空氣壓縮裝置，同時直接輸出動力。此方案適用于對發動機變速運轉的要求不高的場所。如作為發電機的動力機。
B方案，將上述的A方案作為以提供壓縮氣體的方式輸出其動力驅動其它工作機械的源動力機，即組合式空氣壓縮機，如同空氣壓縮機，提供壓縮氣體，驅動氣動機械。
C方案，將上述A、B兩方案作為空氣壓縮裝置與上述任一實施方案的混合氣體燃燒作功裝置相結合但不同軸構成壓燃分體式轉子發動機，即“〔空氣壓縮裝置+混合氣體燃燒作功裝置〕〔混合氣體燃燒作功裝置+熱氣膨脹作功的渦輪裝置〕”。
圖16，熱氣膨脹作功的渦輪裝置。該裝置是利用混合氣體燃燒作功裝置產生并作功后的熱膨脹氣體再次作功的裝置。即為本發明壓燃分體式轉子發動機的附設裝置。該裝置采用常規的渦輪機技術。可采取多級結構。如圖所示，該裝置由定子26、定子葉片27、若干進氣口道28、排氣口道29、軸5、渦輪30、渦輪葉片31等構成。由混合氣體燃燒作功裝置排氣口10排出的熱膨脹氣體由直接相聯通的進氣口28進入推動渦輪葉片31帶動與混合氣體燃燒作功裝置的轉軸共軸的軸5旋轉，廢氣最后由排氣口道29排出。
本發明壓燃分體式轉子發動機，上述各實施方案的起動運轉，均由蓄電池起動電動機驅動其空氣壓縮裝置首先運轉、產生壓縮氣體，以其壓縮氣體驅動其混合氣體燃燒作功裝置旋轉，調控系統裝置同時運行，調控其混合氣體燃燒作功裝置進入作功狀態，即開始作功運轉。
本發明壓燃分體式轉子發動機的混合氣體燃燒作功裝置，可以多級布置，其各級轉子半徑可以不相等，或其中一級旋轉方向可相反設置，在外界條件允許的尺寸范圍內可加大轉子的半徑，由此可設置更多的燃燒室以增大其輸出功率；由此在相同燃耗時可使發動機輸出的旋轉力矩取更大值；由此發動機輸出的額定功率、旋轉力矩及轉速高低的設計有了極大的自由度。由此，發動機具有以不同功率、轉速、力矩及不同旋轉方向適應不同工況需要的性能。
本發明壓燃分體式轉子發動機，整機結構簡單，體積小重量輕而功率大效率高，其主體結構和部件，能使氫、汽油、柴油、燃氣等不同燃料同機通用，制造成本和使用成本低，基本技術能通用輸出功率和轉速以及外形尺寸不同的各種用途的內燃發動機的設計制造。
本發明壓燃分體分式轉子發動機的的壓燃分體技術即空氣壓縮與混合氣體燃燒作功由相應的兩個裝置分別進行，且兩個裝置可不同軸即可以不同速度運轉，其空氣壓縮裝置和混合氣體燃燒作功裝置，還可以采用氣缸活塞式，即氣缸活塞式空氣壓縮和氣缸活塞式混合氣體燃燒作功裝置。氣缸活塞式混合氣體燃燒作功裝置實施方案，與現通用的往復活塞式內燃發動機相似，不同的是活塞在氣缸內由下止點運行到上止點不再是壓縮空氣的過程，僅僅是排氣過程；而由上止點運行到下止點不再是吸氣過程，僅僅是混合氣體燃燒膨脹作功過程設置在活塞到達上止點的活塞頂部的燃燒室的壓縮空氣由不同軸運轉的空氣壓縮裝置提供。即“空氣壓縮裝置→氣缸活塞式混合氣體燃燒作功裝置”。其氣缸可采取直立排列、V形排列或星式排列。
權利要求
1．壓燃分體式轉子發動機，其特征在于它由混合氣體燃燒作功裝置41和空氣壓縮裝置39組成；混合氣體燃燒作功裝置41由定子1和轉子2兩主件組成，定子1兩端由端蓋3和端蓋4密封，轉子2設置在定子1腔內，轉子2的轉軸5伸出定子1兩端端蓋3、4外，轉子2的轉軸5為動力輸出軸；定子1和轉子2按轉子2圓心對稱設置有兩個以上燃燒室和成組的供燃燒室循環作功的進氣口、燃料噴射口、點火口、排氣口并安裝相應裝置；空氣壓縮裝置39出氣口37與混合氣體燃燒作功裝置41的進氣口聯通。
2．如權利要求1所述壓燃分體式轉子發動機，其特征在于定子1為圓筒，轉子2以同圓心設置于定子1腔內；轉子2外圓面按圓心對稱、分兩段設置兩個以上穴槽，其一段為端面呈半截子月牙形或彎曲的楔形穴槽，由定子1內圓面封閉形成燃燒室11，轉子2另一段外圓面軸向與燃燒室11分別對應設置渦輪狀穴槽，由定子1內圓面封閉形成第二燃燒室12，徑向由轉子2外圓面部分即轉子裙部13相隔，轉子2外圓面呈渦輪形；燃燒室11一段的轉子裙部13，徑向設置葉片槽14及可在其中滑動的用來徑向隔開各燃燒室11的葉片15，葉片15外端面在定子1內圓面上滑動。
3．如權利要求1所述壓燃分體式轉子發動機，其特征在于定子1圓周上以圓心對稱、按轉子2旋轉的切線方向設置兩個以上預燃燃燒室20，其燃燒室的內端口由轉子2外圓面部分封閉，外端口由在定子1外圓面設置的燃燒室封蓋19密閉，封蓋19上設有成組的、供預燃燃燒室20循環作功的進氣口、燃料噴射口、點火口，并安裝相應裝置。
4．如權利要求1所述壓燃分體式轉子發動機，其特征在于定子1為圓筒，轉子2為圓柱體，轉子2偏心置于定子1腔內，轉子2的外圓面與定子1的內圓面一點相切在其定子1的圓周上順轉子2旋轉方向過切點處，設置一組供燃燒室循環作功的進氣口、燃料噴射口、點火口、排氣口，并安裝相應裝置；轉子2圓周以圓心對稱徑向設置兩個以上葉片槽14及可在其中滑動的葉片15，葉片15外端面在定子1內圓面上滑動；由定子1和轉子2組成的混合氣體燃燒作功裝置41以兩級設置，兩級間用隔板23相隔，轉子2共軸串聯，其兩級的轉子2外圓面與定子1內圓面的兩個切點按轉子2圓心對稱。
5．如權利要求1所述壓燃分體式轉子發動機，其特征在于定子1為內腔為橢圓的圓筒；其轉子2為圓柱體，轉子2以同心置于定子1腔內，轉子2外圓面與定子1內圓面兩點即橢圓短軸兩端點相切；轉子2圓周以圓心對稱徑向設置兩個以上葉片槽14及可在其中滑動的葉片15，葉片15外端面在定子1內圓面上滑動；在各葉片15處設置葉片導滑板25，葉片導滑板25一端固定在轉子2外圓面開設的導滑板槽24內，另一端護蓋葉片15的外端；在定子1的圓周上順轉子2旋轉方向過切點處，即以180°對稱設有兩組供燃燒室循環作功的進氣口、燃料噴射口、點火口、排氣口并安裝相應裝置。
6．如權利要求1所述壓燃分體式轉子發動機，其特征在于空氣壓縮裝置39由軸流式多級葉片空氣壓縮機與多出口離心式空氣壓縮機同軸串聯組成。
7．如權利要求1所述壓燃分體式轉子發動機，其特征在于空氣壓縮裝置39與混合氣體燃燒作功裝置41同軸串聯。
8．如權利要求7所述壓燃分體式轉子發動機，其特征在于空氣壓縮裝置39出氣口與氣動機械的進氣口聯通。
9．如權利要求1所述壓燃分體式轉子發動機，其特征在于空氣壓縮裝置39由電動機38驅動，空氣壓縮裝置39轉軸35與混合氣體燃燒作功裝置41轉軸5之間由離合器43連接。
10．如權利要求1或2或3或4或5所述壓燃分體式轉子發動機，其特征在于轉軸5與一熱氣膨脹作功裝置42的轉動軸同軸串聯，排氣口與熱氣膨脹作功裝置42的進氣口聯通。
全文摘要
本發明涉及壓燃分體式轉子發動機,由可以不同速度運轉的空氣壓縮裝置39和混合氣體燃燒作功裝置41兩主體裝置構成,空氣壓縮與混合氣體燃燒作功由其兩裝置分別進行。混合氣體燃燒作功裝置41由定子1和轉子2兩主件構成,該裝置將空氣壓縮裝置按需供給的壓縮氣體納入其燃燒室與燃燒混合并實現燃燒,其熱能由其燃燒室直接作用于轉子,使轉子在定子內按所控的輸出功率、轉速、力矩和方向旋轉;轉子旋轉一周,若干個燃燒室同時循環作功若干次。其熱能效率及其發動機重力比等整機性能優于其它任何一種內燃發動機。
文檔編號F01C1/344GK1282833SQ00115930
公開日2001年2月7日 申請日期2000年8月1日 優先權日2000年8月1日
發明者黃有文, 黃崢嶸 申請人:黃有文