專利名稱：增強型多元旋轉高效內燃機的制作方法
技術領域：
本發明屬于內燃機技術領域，更確切地說，涉及一種具有多個做功單元協同工作的內燃機。
背景技術：
現在全球的能源利用途徑很多，其中最主要的就是通過燃燒石油化工產品，將化學能轉化為機械能，并為我們所利用。中國發明專利申請號200310112475.1，
公開日2004年11月17日，發明創造的名稱為“多元旋轉無曲軸概念內燃機”，在該發明方案中公開了在一個環形缸上實現多個做功單元并行運行、提高機械運行效率和燃燒效率的內燃機系統。其不足之處是1、機械運轉速度不能很高，特別是高元數的內燃機；2、由于壓縮室和燃燒室共享同一個環形缸，僅用擋板來分隔，不可避免地會產生壓縮室中的未燃燃氣未能充分進入高壓燃氣轉移器，就被旋轉活塞帶至已燃燒過的燃燒室的廢氣中，并最終直接排出燃燒室，同樣，燃燒室中未能完全排出的廢氣也會被帶入壓縮室，即發生兩室互相串氣的現象，從而增加燃料的損失率、降低運行穩定性；3、由于高壓燃氣轉移器的存在，增加了燃氣的路徑長度，降低了混合燃氣的安全性和效率，同時也增加了成本。
發明內容
本發明克服了現有技術中的缺點，提供一種運轉速度更高、有效減少燃料損失率、有效減小燃氣路徑長度，而且增加運行穩定性和設備集成度、減少附加設備的多元旋轉高效內燃機。
根據本發明的一個方面，提供一種增強型多元旋轉高效內燃機，該增強型多元旋轉高效內燃機包括主體系統、動力輸出系統、配氣系統、燃油系統、冷卻系統、潤滑系統、點火系統和啟動系統組成，其中主體系統由以環形缸為核心的多個做功單元首尾相接環形排列組成。所述的以環形缸為核心的系統包括多元壓縮環形缸系統和多元燃燒環形缸系統，該多元壓縮環形缸系統和多元燃燒環形缸系統在軸向分布上以相同的旋轉軸串行排列，在軸向分布上燃燒環形缸系統比壓縮環形缸系統滯后一定的相位；所述的做功單元按旋轉方向順序分布在多元壓縮環形缸系統和多元燃燒環形缸系統上，分別為壓縮室單元和燃燒室單元；所述的多元壓縮環形缸系統由數量等于元數的壓縮室單元首尾相接環形排列組成，所述的多元燃燒環形缸系統由數量等于元數的燃燒室單元首尾相接環形排列組成；所述的壓縮室單元按照旋轉方向排列由進氣管、進氣閥門、壓縮室、出氣口、壓縮室分隔擋板組成，其中進氣管位于壓縮室單元的首部，一端連接外部的進氣系統，另一端通過進氣閥門連通壓縮室，壓縮室單元的尾部是出氣口，并且以壓縮室分隔擋板結束；所述的燃燒室單元按照旋轉方向排列由燃燒室進氣管、燃燒室進氣管閥門、燃燒室、點火器、排氣管、排氣管閥門、燃燒室分隔擋板組成，其中燃燒室進氣管位于燃燒室單元的首部，一端連接壓縮室單元的出氣口，另一端通過燃燒室進氣管閥門連通燃燒室，點火器布置在燃燒室單元首部的附近并通過導線連接外部的點火系統，燃燒室單元的尾部是排氣管，并且以燃燒室分隔擋板結束，排氣管的一端通過排氣管閥門連通燃燒室的尾部，另一端連接外部的排氣系統；所述的壓縮室為壓縮室單元所占有的壓縮環形缸腔，所述的燃燒室為燃燒室單元所占有的燃燒環形缸腔。
根據本發明的一個方面，提供一種增強型多元旋轉高效內燃機，該增強型多元旋轉高效內燃機包括主體系統、動力輸出系統、配氣系統、燃油系統、冷卻系統、潤滑系統、點火系統和啟動系統組成，其中動力輸出系統由多元旋轉活塞、內殼密封圈、活塞連桿、動力輸出軸和變速系統組成，多元旋轉活塞由數量等于元數的活塞、按照等距的排列方式環形排列在環形缸內，并且通過內殼密封圈和活塞連桿剛性連接動力輸出軸，動力輸出軸連接變速系統，所述的活塞的厚度遠小于壓縮室或燃燒室的弦長，活塞的外周嵌套活塞環。
根據本發明的一個方面，提供一種增強型多元旋轉高效內燃機，該增強型多元旋轉高效內燃機所包括的多元旋轉活塞按照工作的場所分為兩類，分別是多元壓縮旋轉活塞和多元燃燒旋轉活塞；所述的多元壓縮旋轉活塞工作在多元壓縮環形缸系統內，所述的多元燃燒旋轉活塞工作在多元燃燒環形缸系統內，所述的多元壓縮旋轉活塞和多元燃燒旋轉活塞在徑向分布上具有一定的相位差，在旋轉方向上，多元燃燒旋轉活塞超前于多元壓縮旋轉活塞；同時，多元壓縮旋轉活塞和多元燃燒旋轉活塞分別通過內殼密封圈、活塞連桿剛性連接到同一動力輸出軸上；單個多元壓縮環形缸系統和單個多元燃燒環形缸系統的室的數目相等，并且等于元數；在運行參數上，所述的做功單元的循環周期圓周數的值為2/n(n為元數)，所述的壓縮室單元或燃燒室單元的循環周期圓周數的值為1/n(n為元數)。
由于采用上述技術方案，本發明提供的增強型多元旋轉高效內燃機具有這樣的有益效果即將壓縮室和燃燒室完全隔離在獨立的環形缸之中，運行并行度更高，各個功能區的熱環境更加獨立，容易掌握和控制，燃料的燃燒時間比多元旋轉無曲軸概念內燃機(在相同的元數和轉速的條件下)長一倍，燃燒更加完全；同時，由于壓縮環形缸系統的檔板兩側都是壓縮室，對于為能完全進入燃燒形缸系統的燃氣，可以通過擋板的開啟進入下一個壓縮室，與新的燃氣一齊再壓縮，從而避免了燃氣的損失，同理，在燃燒環行缸系統也具有這個功能，未能完全排除的廢氣并不會影響到新鮮高壓燃氣；另外，與多元旋轉無曲軸概念內燃機相比較，由于完全取消了高壓燃氣轉移器的設計，并增加了一個以上的環行缸系統，大幅減小機械復雜度，使需要附加動力的設備減少，同時，用一個閥門來取代高壓燃氣轉移器的設計，也令燃氣的工作路徑更短，效率也得到提高。
圖1活塞系統的正面圖。
圖2活塞系統的側面圖。
圖3活塞系統的透視圖。
圖4增強型四元旋轉高效內燃機的中心剖面圖。
圖5圖4的A-B剖面圖，即壓縮環形缸系統(包括壓縮活塞系統)的剖面圖。
圖6圖4的B-C的剖面圖，即燃燒環形缸系統(包括燃燒活塞系統)的剖面圖。
圖7圖5和圖6的P-AB徑向延展頂視剖面圖，現處于周期的初始狀態。
圖8圖5和圖6的P-AB徑向延展頂視剖面圖，現處于吸氣壓縮排氣狀態。
圖9圖5和圖6的P-AB徑向延展頂視剖面圖，狀態同上。
圖10圖5和圖6的P-AB徑向延展頂視剖面圖，現處于吸氣壓縮和燃燒室充氣排氣狀態。
圖11圖5和圖6的P-AB徑向延展頂視剖面圖，狀態同上。
圖12圖5和圖6的P-AB徑向延展頂視剖面圖，現處于點火排氣狀態圖13圖5和圖6的P-AB徑向延展頂視剖面圖，現處于燃燒和排氣狀態圖14圖5和圖6的P-AB徑向延展頂視剖面圖，現處于下一周期的初始狀態
具體實施例方式
1、附圖編號
下面對本發明的優選實施例進行描述。為更好和更簡潔地說明本發明，以下的優選實施例的元數設置為4，環形缸的截面形狀為矩形，即以“增強型四元旋轉高效內燃機”為優選實施例，但本發明并不局限與此。
(一)增強型四元旋轉高效內燃機的結構根據上述的發明內容，增強型四元旋轉高效內燃機是一個這樣的增強型多元旋轉高效內燃機它應該具有一個四元燃燒環形缸系統、至少一個四元壓縮環形缸系統，該四元壓縮環形缸系統和四元燃燒環形缸系統平行排列，分別具有四個氣室首尾相接成圓環狀，并以動力輸出軸為共同的旋轉軸；它也應該具有至少一組四元壓縮旋轉活塞、一組四元燃燒旋轉活塞，它們分別工作在四元壓縮環形缸系統和四元燃燒環形缸系統中，并且通過同一根動力輸出軸連接成一體；同時，它還應該具有至少四條進氣管、四條排氣管、四個進氣管閥門、四個排氣管閥門、四個壓縮室分隔擋板、四個燃燒室分隔擋板、四個出氣口、四條燃燒室進氣管、四個燃燒室進氣管閥門、四個點火器。下面是具體結構。(圖1至圖6)
第一部分是四元壓縮環形缸系統。它由一個壓縮環行缸、四個壓縮室分隔擋板、四個進氣管、四個進氣管閥門、四個出氣口組成。四個壓縮室分隔擋板等距排列在壓縮環行缸中，將壓縮環行缸分隔成四個相同的、首尾相接的壓縮室；這些壓縮室分隔擋板在輔助動力設備電磁鐵的作用下，可以完全移入或移出壓縮環行缸，目的就是為了使壓縮室具有密封的空間，但又不影響活塞的旋轉運動；在每一個壓縮室的首部，都分布著一個進氣管，并且通過進氣管閥門連接外部的配氣系統；在每一個壓縮室的末端，都分布著一個出氣口。(圖5)第二部分是四元燃燒環形缸系統。它由一個燃燒環行缸、四個燃燒室分隔擋板、四個燃燒室進氣管、四個燃燒室進氣管閥門、四個排氣管、四個排氣管閥門、四個點火器組成。四個燃燒室分隔擋板等距排列在壓縮環行缸中，將燃燒環行缸分隔成四個相同的、首尾相接的燃燒室；這些燃燒室分隔擋板在輔助動力設備電磁鐵的作用下，可以完全移入或移出燃燒環行缸，目的就是為了使燃燒室具有密封的空間，但又不影響活塞的旋轉運動；在每一個燃燒室的首部，都分布著一個燃燒室進氣管和點火器，并且通過燃燒室進氣管閥門連接四元壓縮環行缸系統的出氣口；在每一個燃燒室的末端，都分布著一個排氣管，并且通過排氣管閥門連接外部的排氣系統。(圖6)第三部分是活塞系統。它由一組四元壓縮旋轉活塞、一個壓縮環形缸系統的內殼密封圈、一組四元燃燒旋轉活塞、一個燃燒環形缸系統的內殼密封圈、以及活塞連桿和動力輸出軸組成。四元壓縮旋轉活塞組由四個活塞片組成，每個活塞片的周邊嵌套了活塞環，這四個活塞片等距地剛性連接在壓縮環形缸系統的內殼密封圈上，并且通過活塞連桿剛性連接在動力輸出軸上；四元燃燒旋轉活塞組的結構和四元壓縮旋轉活塞組一樣，但在相位排列上要比四元壓縮旋轉活塞組超前。(圖1至圖3)其他參數要求(1)、要求壓縮環形缸的深度尺寸等于燃燒環形缸的深度尺寸的1.5倍；(2)、要求各種分隔擋板的質量要輕和堅硬；(3)、要求燃燒室進氣管和燃燒室進氣管閥門的總長度盡可能短、流通量盡可能大；(4)、壓縮旋轉活塞組和燃燒旋轉活塞組的相位差根據實際情況來決定燃燒的壓縮比。
(二)增強型四元旋轉高效內燃機的周期運行原理由于每組做功單元的運行周期和運行時序、原理完全一樣，在這里就專門解釋一組做功單元的一個周期運行原理。
(1)、初始狀態各氣室分隔擋板處于環行剛內，四元壓縮旋轉活塞組剛越過進氣管，進氣管閥門打開，燃燒室進氣管閥門關閉。這樣，壓縮室被壓縮旋轉活塞分隔成兩部分前部分在壓縮旋轉活塞的運動作用下，形成負壓，從進氣管吸入燃氣；后部分由于處于密封狀態，壓縮旋轉活塞壓縮后部分的燃氣。由于四元燃燒旋轉活塞組超前四元壓縮旋轉活塞組，并且燃燒環形缸的排列滯后于壓縮環形缸的排列，四元燃燒旋轉活塞組比四元壓縮旋轉活塞組更先到達下一個氣室分隔擋板，在此時，排氣管閥門早已打開，四元燃燒旋轉活塞組正對燃燒室的后部氣體進行排氣工作。(圖7)(2)、四元燃燒旋轉活塞組運行至排氣管前燃燒室進氣管閥門仍然關閉，進氣管閥門仍然打開，壓縮環形缸系統仍然進行著吸氣和壓縮的工作；在燃燒環形缸系統，排氣管閥門關閉，燃燒室分隔擋板在電磁鐵的作用下滑行至燃燒環形缸外，貫通了前后兩個燃燒室，這樣，燃燒旋轉活塞組就可順利地進入下一個燃燒室。在這個過程中，未能排除的廢氣在燃燒室分隔擋板滑開時就進入下一個燃燒室。(圖8)(3)、四元燃燒旋轉活塞組剛越過燃燒室分隔擋板，燃燒室分隔擋板就用最快的速度滑入燃燒環形缸內，重新形成充滿廢氣的燃燒室。同時，排氣管閥門打開，這樣，燃燒旋轉活塞就對下一個燃燒室里的廢氣進行排氣，直到燃燒旋轉活塞到達下一個排氣管為止。(圖9)(4)、四元燃燒旋轉活塞組剛越過燃燒室進氣管，燃燒室進氣管閥門就打開。這樣，壓縮室后部正被壓縮的燃氣就通過燃燒室進氣管噴射入燃燒室的首部。由于燃燒環形缸的深度小于壓縮環形缸的深度，壓縮室尾部的體積變化要大于燃燒室首部的體積變化，這樣，燃燒室首部就可以獲得較高的壓縮比值。(圖10)(5)、四元壓縮旋轉活塞組運行至出氣口附近，進氣管閥門關閉，燃燒室進氣管閥門關閉，壓縮室分隔擋板準備滑出壓縮環形缸。(圖11)(6)、四元壓縮旋轉活塞剛越過出氣口，壓縮室分隔擋板在電磁鐵的作用下滑出壓縮環形缸，同時，點火器點火。這樣，貫通前后兩個壓縮室，四元壓縮旋轉活塞就可以順利進入下一個壓縮室，沒有進入燃燒室的壓縮燃氣重新混合前部分吸入的燃氣；同時，燃燒室的首部高壓燃氣開始燃燒做功，推動燃燒旋轉活塞。由于燃燒旋轉活塞和壓縮旋轉活塞都是剛性連接在動力輸出軸上的，所以燃燒旋轉活塞所獲得的動能不但驅動了壓縮旋轉活塞，還向外部的變速系統提供了動力。(圖12)(7)、四元壓縮旋轉活塞組剛越過壓縮室分隔擋板的位置，壓縮室分隔擋板便迅速滑入壓縮環形缸，重新形成充滿新鮮燃氣的壓縮室。壓縮旋轉活塞在后續的運行中，將繼續對這部分燃氣進行壓縮，直到壓縮旋轉活塞到達出氣口為止。在燃燒環形缸系統中，燃燒旋轉活塞將燃燒室分成前后兩部分，前部分是燃燒室的首部的正在燃燒做功的氣體，后部分是燃燒室的尾部充滿且正在排除的廢氣，燃燒環形缸系統回到了初始狀態。(圖13)(8)、四元壓縮旋轉活塞組剛越過進氣管，進氣管閥門便迅速打開。這樣，壓縮環形缸系統也回到了初始狀態，整個系統進入下一周期的循環運轉中。(圖14)(三)增強型四元旋轉高效內燃機的運行結果(1)、燃燒室的運行周期是0.25個圓周，換算成公式就是t＝1/n(n為元數，t的單位是圓周數)而多元旋轉無曲軸概念內燃機的燃燒室的運行周期為t＝1/2n(n為元數，t的單位是圓周數)明顯地可以看到，增強型多元旋轉高效內燃機的燃燒時間是多元旋轉無曲軸概念內燃機的一倍，燃燒可以更充分，運轉速度提升空間較大。
(2)、壓縮室和燃燒室獨立工作，互相干擾的程度降到最低，有利于保持各個氣室的熱環境，保障良好的燃燒和排放。
(3)、復雜的高壓燃氣轉移器的取消，簡化了系統的設計和制造難度，提高了系統的穩定性和效率。
盡管參照本發明的某實施例在上面描述了本發明，但本發明不局限于上述實施例。根據上面的陳述，本發明具有很大的拓展余地，也有很多需要改進的地方，同時也是一種非常靈活的內燃機設計方案。但對上述實施例的改進和變形對于本領域的普通技術人員來講是顯而易見的。例如本發明可以應用到這樣的增強型多元旋轉高效內燃機中在該增強型多元旋轉高效內燃機中，燃燒環形缸系統的內表面采用陶瓷技術，以加強系統的熱環境；或者通過改變各進(排)氣口(管)的數量和布置所產生的高效率；或者通過改變各種組合如一個大容量的壓縮環形缸系統與兩個小容量的燃燒環形缸系統間隔排列組成多元復系統以提高運轉效率等。本發明的范圍參照下面的權利要求來限定。
權利要求
1.一種多元旋轉概念內燃機，包括主體系統、動力輸出系統、配氣系統、燃油系統、冷卻系統、潤滑系統、點火系統和啟動系統組成，其中主體系統由以環形缸為基礎的多個做功單元首尾相接至環形排列組成，其特征是所述的以環形缸為基礎的主體系統包括多元壓縮環形缸系統和多元燃燒環形缸系統兩大組成部分，該多元壓縮環形缸系統和多元燃燒環形缸系統在軸向分布上以相同的旋轉軸串行排列，在旋轉方向分布上燃燒環形缸系統比壓縮環形缸系統滯后一定的相位；所述的做功單元按旋轉方向順序分布在多元壓縮環形缸系統和多元燃燒環形缸系統上，分別為壓縮室單元和燃燒室單元；所述的多元壓縮環形缸系統由數量等于元數的壓縮室單元首尾相接環形排列組成，所述的多元燃燒環形缸系統由數量等于元數的燃燒室單元首尾相接環形排列組成；所述的壓縮室單元按照旋轉方向排列由進氣管、進氣閥門、壓縮室、出氣口、壓縮室分隔擋板組成，其中進氣管位于壓縮室單元的首部，一端連接外部的進氣系統，另一端通過進氣閥門連通壓縮室，壓縮室單元的尾部是出氣口，并且以壓縮室分隔擋板結束；所述的燃燒室單元按照旋轉方向排列由燃燒室進氣管、燃燒室進氣管閥門、燃燒室、點火器、排氣管、排氣管閥門、燃燒室分隔擋板組成，其中燃燒室進氣管位于燃燒室單元的首部，一端連接壓縮室單元的出氣口，另一端通過燃燒室進氣管閥門連通燃燒室，點火器布置在燃燒室單元首部的附近并通過導線連接外部的點火系統，燃燒室單元的尾部是排氣管，并且以燃燒室分隔擋板結束，排氣管的一端通過排氣管閥門連通燃燒室的尾部，另一端連接外部的排氣系統；所述的壓縮室為壓縮室單元所占有的壓縮環形缸腔，所述的燃燒室為燃燒室單元所占有的燃燒環形缸腔。
2.一種多元旋轉概念內燃機，包括主體系統、動力輸出系統、配氣系統、燃油系統、冷卻系統、潤滑系統、點火系統和啟動系統組成，其中動力輸出系統由多元旋轉活塞、內殼密封圈、活塞連桿、動力輸出軸和變速系統組成，多元旋轉活塞由數量等于元數的活塞、按照等距的排列方式環形排列在環形缸內，并且通過內殼密封圈和活塞連桿剛性連接動力輸出軸，動力輸出軸連接變速系統，所述的活塞的厚度遠小于壓縮室或燃燒室的弦長，活塞的外周嵌套活塞環。
3.按照權利要求2所述的多元旋轉概念內燃機，其特征在于所述的多元旋轉活塞按照工作的場所分為兩類，分別是多元壓縮旋轉活塞和多元燃燒旋轉活塞；所述的多元壓縮旋轉活塞工作在多元壓縮環形缸系統內，所述的多元燃燒旋轉活塞工作在多元燃燒環形缸系統內；所述的多元壓縮旋轉活塞和多元燃燒旋轉活塞在軸向分布上具有一定的相位差，在旋轉方向上，多元燃燒旋轉活塞超前于多元壓縮旋轉活塞。
4.按照上述權利要求任一項所述的多元旋轉概念內燃機，其特征在于所述的多元壓縮旋轉活塞和多元燃燒旋轉活塞分別通過內殼密封圈、活塞連桿剛性連接到同一動力輸出軸上。
5.按照權利要求1所述的多元旋轉概念內燃機，其特征在于所述的單個多元壓縮環形缸系統和單個多元燃燒環形缸系統的室的數目相等，并且等于元數。
6.按照權利要求1所述的多元旋轉概念內燃機，其特征在于所述的做功單元的循環周期圓周數的值為2/n(n為元數)，所述的壓縮室單元或燃燒室單元的循環周期圓周數的值為1/n(n為元數)。
全文摘要
提供一種具有多個旋轉活塞協同工作的、通過多環形缸系統的協同工作而形成一種運轉速度更高、有效減少燃料損失率、有效減小燃氣路徑長度、增加運行穩定性和設備集成度、減少附加設備的多元旋轉高效內燃機。
文檔編號F02B55/16GK1621670SQ200410155319
公開日2005年6月1日 申請日期2004年9月29日 優先權日2004年9月29日
發明者鐘敏唯 申請人:鐘敏唯