專利名稱：單螺桿發動機及其能量轉換方法
單螺桿發動機及其能量轉換方法
涉及領域
本發明涉及一種轉子發動機及其能量轉換方法，其轉子是一根螺桿，所以叫 做單螺桿發動機，屬于發動機類，用于工業、農業、動力、電力、水陸交通及運
輸甚至航空航天等任何需要動力源的行業和領域。
背景技術：
一般發動機是往復運動式，工作時活塞在氣缸里做往復直線運動，為 了把活塞的直線運動轉化為旋轉運動，必須使用曲柄連桿機構。由于活塞上 下運動時加速度的改變，造成對曲軸的沖擊，機體運轉不平穩，機械振動和噪聲 大，結構復雜。
轉子發動機則不同，它直接將燃燒膨脹力轉化為驅動扭矩。與往復式 發動機相比，轉子發動機取消了活塞的直線運動，因而同樣功率的轉子發 動機尺寸較小，重量較輕，而且振動和噪聲較低，具有較大優勢。
三角轉子發動機是目前唯一已實用的轉子發動機，它以旋轉運動來控 制氣體的吸取、壓縮和排放。由于三角轉子發動機是由轉子直接與主軸接觸驅 動主軸轉動的，因此由于轉子自身是在氣缸內進行偏心轉動，是一個套在主軸外 緣上作偏心運動的大齒輪，而主軸軸頸相對較小，因此就形成了大齒輪驅動小齒 輪的驅動方式，使得其扭矩大大降低，這就是造成轉子發動機扭矩低的根本原因， 也是轉子發動機不能廣泛應用的重要原因。
單螺桿與兩星輪的組合具有良好的受力平衡特性，特別是當星輪斜向布置 時，星輪齒具有接近長方體的特型，這使單螺桿與兩星輪的組合用于制造單螺桿
發動機成為可能。中國專利200810188256.4提出了單螺桿壓縮機的兩星輪
斜向布置的方式，但目前還沒有應用單螺桿和與其嚙合的兩星輪組合的方式開發
單螺桿發動機的報道。
本專利就是基于這一背景下發明了單螺桿發動機。
發明內容
本發明的目的在于提供一種新的轉子發動機，即單螺桿發動機。該發動機具 有受力均衡、運行平穩、震動小、噪音低、能耗低、體積小和效率高等優點。
根據本發明的實施例l， 一種轉子發動機，其特征在于該轉子發動機只有一 根螺桿，是一種單螺桿轉子發動機簡稱單螺桿發動機。該單螺桿發動機包含螺桿、 與螺桿嚙合的兩個斜向星輪、主軸、機體、燃油霧化器或燃氣噴嘴和火花塞裝置。該發動機機體上還包含兩個吸氣口、吸氣口與燃油霧化器或燃氣噴嘴匹配。發動
機的燃燒室是機體或安裝在機體內的螺桿缸套與螺桿和星輪構成的封閉的螺槽，
火花塞裝置安裝在燃燒部位。
螺桿與星輪的嚙合是(1)垂直嚙合方式。即與螺桿嚙合的兩星輪的軸線 在同一平面內且相互平行，螺桿的軸線垂直兩星輪的軸線所在的平面；或者(2) 斜向嚙合方式。即與螺桿嚙合的兩星輪的軸線之間以及兩星輪的軸線與螺桿的軸 線之間兩兩互不共面。
根據本發明的實施例2， 一種帶增壓機的內燃式單螺桿發動機。燃油或燃氣 在該發動機內部燃燒驅動螺桿旋轉，是內燃式單螺桿發動機。該發動機機體上的 兩個吸氣口吸進經增壓機壓縮了的空氣與燃油霧化器或燃氣噴嘴噴入的燃料混 合氣體。該發動機的燃燒室是機體或安裝在機體內的螺桿缸套與螺桿和星輪構成 的封閉的螺槽，火花塞裝置安裝在燃燒室部位。增壓機是(1) 一單螺桿壓縮機， 或者是(2) —離心式壓縮機，或者是(3) —軸流式壓縮機和一離心式增壓機的 組合。
根據本發明的實施例3， 一種帶廢氣能量回收渦輪的增壓內燃式單螺桿發動
機。燃油或燃氣在該發動機內部燃燒驅動螺桿旋轉，是內燃式單螺桿發動機。發 動機機體上的兩個吸氣口吸進經增壓機壓縮了的空氣與燃油霧化器或燃氣噴嘴 噴入的燃料混合氣體。該發動機的燃燒室是機體或安裝在機體內的螺桿缸套與螺 桿和星輪構成的封閉的螺槽，火花塞裝置安裝在燃燒室部位。排出的廢氣經渦輪 排出，渦輪回收剩余能量。
根據本發明的實施例4， 一種外壓或外熱驅動的單螺桿發動機，這種單螺桿
發動機推動螺桿旋轉的是外部提供的壓力能或熱力能，是氣動式單螺桿發動機。 該發動機機體上的兩個吸氣口與儲氣罐或其它壓能源或熱能源直通或經中間裝 置連通。
根據本發明的實施例5， 一種帶廢氣渦輪的外壓或外熱驅動的單螺桿發動 機，推動螺桿旋轉的是外部提供的壓力能或熱力能，是氣動式單螺桿發動機。該 發動機機體上的兩個吸氣口與儲氣罐或其它壓能源或熱能源直通或經中間裝置 連通。排出的廢氣經渦輪排出，渦輪回收剩余能量。
單螺桿發動機有著獨特的能量轉換方法，發動機的能量轉換為三個沖程，三 個沖程是(1)吸氣沖程,吸進自然狀態的空氣與燃油或燃氣的混合氣體，或吸進 增壓機提供的壓縮空氣與燃油或燃氣的混合氣體；(2)燃燒沖程，火花塞點燃 含燃油或燃氣的混合氣體，氣體受熱膨脹推動螺桿旋轉；(3)排氣沖程，排去 螺槽里的廢氣或經廢氣能量回收渦輪排去螺槽里的廢氣。同傳統的活塞往復式和 轉子式相比，單螺桿發動機內沒有壓縮沖程。
圖2增壓內燃式單螺桿發動機結構圖
圖3帶廢氣能量回收渦輪的增壓內燃式單螺桿發動機結構圖 圖4外能驅動式單螺桿發動機結構圖
圖5帶廢氣能量回收渦輪的外能驅動式單螺桿發動機結構圖
圖l是內燃式單螺桿發動機結構圖，該單螺桿發動機由一根螺桿101，兩個 與螺桿嚙合的斜向星輪102，螺桿軸103和星輪軸115，機體104等組成。由于 只有一根螺桿101所以是一種單螺桿轉子發動機簡稱單螺桿發動機。主軸103 架支于機體104內的軸承108上。螺桿101與星輪102的嚙合方式是(1)垂 直嚙合方式。與螺桿101嚙合的兩星輪102的軸線在同一平面內且相互平行，螺 桿101的軸線垂直兩星輪102的軸線所在的平面；或者(2)斜向嚙合方式。與螺 桿101嚙合的兩星輪102的軸線之間以及兩星輪102的軸線與螺桿101的軸線之 間兩兩互不共面。該發動機機體上還包含兩個吸氣口 (未示出)、吸氣口與燃油 霧化器或燃氣噴嘴(未示出)匹配。發動機的燃燒室是機體或安裝在機體內的螺 桿缸套與螺桿和星輪構成的封閉的螺槽，火花塞裝置(未示出)安裝在燃燒部位。
圖2是增壓內燃式單螺桿發動機結構圖，該單螺桿發動機由一根螺桿201、 兩個與螺桿嚙合的斜向星輪202、螺桿軸203和星輪軸215、機體204、空氣濾 清器205、增壓機轉子212、增壓機機體213等組成。燃油或燃氣在該發動機內 部燃燒驅動螺桿201旋轉，是內燃式單螺桿發動機。該發動機機體上的兩個吸氣 口 (未標出)吸進經增壓機壓縮了的空氣與燃油霧化器或燃氣噴嘴噴入的燃料混 合氣體。該發動機的燃燒室是機體204或安裝在機體內的螺桿缸套與螺桿201 和星輪202構成的封閉的螺槽，火花塞裝置(未示出)安裝在燃燒室部位。增壓 機是(1) 一單螺桿壓縮機，或者是(2) —離心式壓縮機，或者是(3) —軸流 式壓縮機和一離心式增壓機的組合。
圖3是帶廢氣能量回收渦輪的增壓內燃式單螺桿發動機結構圖，該單螺桿發 動機由一根螺桿301、兩個與螺桿嚙合的斜向星輪302、螺桿軸303和星輪軸315、 機體304、空氣濾清器305、渦輪310、渦輪殼體311、增壓機轉子312、增壓機 機體313等組成。燃油或燃氣在該發動機內部燃燒驅動螺桿301旋轉，是內燃式 單螺桿發動機。該發動機機體上的兩個吸氣口 (未示出)吸進經增壓機壓縮了的 空氣與燃油霧化器或燃氣噴嘴(未示出)噴入的燃料混合氣體。該發動機的燃燒 室是機體304或安裝在機體內的螺桿缸套與螺桿301和星輪302構成的封閉的螺 槽，火花塞裝置(未示出)安裝在燃燒部位。發動機的尾氣經廢氣回收渦輪310 排出。圖4是外能驅動式單螺桿發動機結構圖，該單螺桿發動機由一根螺桿401、 兩個與螺桿嚙合的斜向星輪402、螺桿軸403和星輪軸415、機體404等組成。 這種單螺桿發動機推動螺桿401旋轉的是外部提供的壓力能或熱力能，是氣動式 單螺桿發動機。該發動機機體上的兩個吸氣口 (未示出)與儲氣罐405或其它壓 能源或熱能源經管道406直通或經中間裝置407連通。
圖5是帶廢氣能量回收渦輪的外能驅動式單螺桿發動機結構圖，該單螺桿發 動機由一根螺桿501、兩個與螺桿嚙合的斜向星輪502、螺桿軸503和星輪軸515、 機體504、渦輪510、渦輪殼體511等組成。這種單螺桿發動機推動螺桿501旋 轉的是外部提供的壓力能或熱力能，是氣動式單螺桿發動機。該發動機機體上的 兩個吸氣口 (未標出)與儲氣罐505或其它壓能源或熱能源經管道506直通或經 中間裝置507連通。發動機的尾氣經廢氣回收渦輪510排出。
單螺桿發動機有著獨特的能量轉換方法，同傳統的活塞往復式發動機和轉子 式發動機相比，單螺桿發動機內沒有壓縮沖程。發動機的能量轉換為三個沖程， 三個沖程是(1)吸氣沖程，吸進自然狀態的空氣與燃油或燃氣的混合氣體，或吸 進增壓機提供的壓縮空氣與燃油或燃氣的混合氣體；(2)燃燒沖程，火花塞點 燃含燃油或燃氣的混合氣體，氣體受熱膨脹推動螺桿旋轉；(3)排氣沖程，排 去螺槽里的廢氣或經廢氣能量回收渦輪排去螺槽里的廢氣。
本發明的核心是由一螺桿和與其嚙合的兩星輪構成的單螺桿轉子發動機簡 稱單螺桿發動機，所有圖例僅用于舉例，如與螺桿斜向嚙合的星輪都可以用垂直 嚙合方式代替；各單螺桿轉子發動機可以部分或全部包含燃料供給系統、點火系 統、潤滑系統、冷卻系統和液氣或油氣分離系統等；各單螺桿轉子發動機可以包 含也可以不包含增壓器；各單螺桿轉子發動機可以包含也可以不包含廢氣回收渦 輪；等等結構形式都在本專利的保護范圍內。
權利要求
1、一種轉子發動機，其特征在于該轉子發動機由一根螺桿組成，是一種單螺桿轉子發動機簡稱單螺桿發動機。該單螺桿發動機包含螺桿、與螺桿嚙合的兩個星輪、主軸、機體、燃油霧化器或燃氣噴嘴和火花塞裝置。該發動機機體上還包含兩個吸氣口、吸氣口與燃油霧化器或燃氣噴嘴匹配。發動機的燃燒室是機體或安裝在機體內的螺桿缸套與螺桿和星輪構成的封閉的螺槽，火花塞裝置安裝在燃燒部位。
2、 根據權利要求1所述的單螺桿發動機，其特征在于該發動機的螺桿與星輪嚙合是(1) 垂直嚙合方式。即與螺桿嚙合的兩星輪的軸線在同一平面內且相互平行，螺桿的軸線垂直兩星輪的軸線所在的平面；或者是-(2) 斜向嚙合方式。即與螺桿嚙合的兩星輪的軸線之間以及兩星輪的軸線與螺桿 的軸線之間兩兩互不共面。
3、 根據權利要求1所述的單螺桿發動機，其特征在于該發動機可以配置一增壓 機，增壓機設置在進氣端，提高進氣壓力。
4、 根據權利要求1和3所述的單螺桿發動機，其特征在于增壓機是(1) 一單螺 桿壓縮機，或者是(2) —離心式壓縮機，或者是(3) —軸流式壓縮機和一離心 式增壓機的組合。
5、 根據權利要求1所述的單螺桿發動機，其特征在于可以配置一廢氣能量回收 渦輪，廢氣能量回收渦輪安裝于排氣端，回收剩余能量。
6、 根據權利要求1所述的單螺桿發動機的能量轉換方法，其特征在于發動機的 能量轉換為三個沖程，即(1)吸氣沖程，吸進自然狀態的空氣與燃油或燃氣的 混合氣體，或吸進增壓機提供的壓縮空氣與燃油或燃氣的混合氣體；(2)燃燒 沖程，火花塞點燃含燃油或燃氣的混合氣體，氣體受熱膨脹推動螺桿旋轉；(3) 排氣沖程，排去螺槽里的廢氣或經廢氣能量回收渦輪排去螺槽里的廢氣。
7、 根據權利要求1所述的單螺桿發動機，其特征在于支持該發動機運行的輔助 系統部分或全部包含燃料供給系統、點火系統、潤滑系統、冷卻系統和液氣或油 氣分離系統。
8、 一種轉子發動機，其特征在于該轉子發動機由一根螺桿組成。該單螺桿發動 機還包含與螺桿嚙合的兩個星輪以及主軸和機體，主軸架支于機體內的軸承上。 該單螺桿發動機推動螺桿旋轉的是外部提供的壓力能或熱力能，是氣動式單螺桿 發動機。該發動機機體上的兩個吸氣口與儲氣罐或其它壓能源或熱能源直通或經 中間裝置連通。
全文摘要
單螺桿發動機有著獨特的能量轉換方法，同傳統的活塞往復式和轉子式相比，單螺桿發動機內沒有壓縮沖程。發動機的能量轉換為三個沖程，三個沖程是(1)吸氣沖程，吸進自然狀態的空氣與燃油或燃氣的混合氣體，或吸進增壓機提供的壓縮空氣與燃油或燃氣的混合氣體；(2)燃燒沖程，火花塞點燃含燃油或燃氣的混合氣體，氣體受熱膨脹推動螺桿旋轉；(3)排氣沖程，排去螺槽里的廢氣或經廢氣能量回收渦輪排去螺槽里的廢氣。
文檔編號F02B53/02GK101655032SQ20091017749
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者李錦上 申請人:李錦上