專利名稱:通用環形汽缸旋轉活塞發動機的制作方法
技術領域:
通用環形氣缸旋轉活塞發動機屬發動機類技術領域。
二、發明理解、檢索通用環形氣缸旋轉活塞發動機是讓活塞在環氣缸內旋轉運動,利用分塞或分缸飛輪或分缸齒輪等將一節環形氣缸內腔不斷分成由分塞等分缸件和活塞間組成工作腔和排氣腔。
根據發動機用途不同,可分為內燃式和工質式(在氣缸外加熱,使工質在氣缸內膨脹做功,或不對氣缸加熱,直接讓高溫高壓或低溫高壓工質沖入氣缸,推動活塞做功)。
環形氣缸旋轉活塞除用于發動機輸出動力以外,還可用在壓縮機上,輸入動力,將空氣進行壓縮。
內燃式環形氣缸旋轉活塞發動機是利用超高壓送油、氣缸,將油以170公斤/厘米,空氣以70公斤/厘米從分塞或分缸飛輪或分缸齒輪以及缸壁噴入氣缸。進入氣缸的油和超高壓空氣達到700℃以上,經激烈撞擊后,點火燃燒。這種樣式的發動機根據燃料不同,可分為燃液和燃氣兩種類型。燃液型可利用柴油、汽油、酒精等液體燃料,燃氣型可用氫氣、煤氣、天燃氣等氣體燃料。每種類型的發動機都可以通過更換壓送燃料的油缸和供油器吸油管或超高壓送氣缸內套管大小來調節缸容積,使每臺發動機燃燒多種燃料。
工質式環形氣缸旋轉活塞發動機是將工質在氣缸外先預熱(氣體工質經壓縮后,再預熱),進入氣缸后加熱膨脹做功。液體工質加熱到臨界溫度后進入氣缸汽化膨脹做功。
工質式環氣缸旋轉活塞發動機可用與內燃式發動機結合,利用內燃式發動機排出的廢氣熱量和散熱熱量對工質加熱。
三、發明目的為了節省能源、材料、降低廢氣排放量,減少大氣污染。
四
發明內容
通用環形氣缸旋轉活塞發動機其主要工作方式是讓活塞在環形氣內旋轉運動,使分塞做間歇性往復運動(用飛輪分缸的,使飛輪與發動機同速旋轉;用齒輪分缸的,使分缸齒輪做間歇性運動)將氣缸分成工作腔和排氣腔(壓縮機分成吸氣腔和壓縮腔),使做功與排氣(吸氣和壓縮)同時進行,可代替內燃機、熱氣機、蒸氣機、壓縮機、氣馬達上的直缸往復活塞,轉子活塞,氣輪等發動機。
內燃式環形氣缸旋轉活塞發動機(燃用汽油)主要是由工作系、供給系、冷卻系、潤滑系和傳動總成組成。
如
圖1所示,內燃式環形氣缸旋轉活塞發動機的工作氣缸41壓縮氣缸32利用外圈的緊固沿邊卡在U形架34上,在U形架的兩頭有橫擔31用螺栓固定在U形架兩端上,上面擔著動力輸出軸30,工作氣腔和壓縮氣缸的轉臂28固定在動力輸出軸上。在動力輸出軸兩端有扣瓦29(用螺栓27固定在橫擔上),穩固著動力輸出軸上的上滾動軸承或滑動軸承。在工作氣缸和壓縮氣缸間有個飛輪37固定在動力輸出傳動軸上,在飛輪的兩平面上有非圓形槽,向著工作氣缸一面的傳動槽是分塞傳動槽1(圖11);另一面為超高壓送油、氣柱塞傳動槽3(圖11)。
在分塞傳動槽內裝有固定在分塞滑動傳動桿上端的滑輪。由于傳動槽有遠離圓心的位置可推動滑輪運動如圖11左圖所示,傳動槽有大約300°轉角與圓心距離相等;大約從300°開始遠離圓心。到327°時達到最遠點,在最遠點有5°傳動槽的各點與圓心相等,然后再迅速向圓心靠近。當發動機轉動時,使滑輪隨傳運槽的轉動,而向上下或左右作間歇性往復運動,推動分塞滑動傳動桿與傳動杠桿17中間連接的連桿45,傳動杠桿再將動力傳給分塞,使分塞按照傳動槽的形式,在300°軸徑轉角內停在氣缸內。當活塞轉到將要與分塞接近時,滑輪進入傳動槽60°左右遠離圓心轉角,分塞開始迅速向上運動,到最高點后停留5°轉角處,活塞剛轉過分塞時,再迅速向下運動,到最低點后,停留300°轉角處,再向上運動,使分塞作間歇性運動。
超高壓送油、氣柱塞的工作方式也是通過飛輪上的另一面傳動槽,推動滑動傳動桿47,連桿10,傳動杠桿8,橫軸7,傳動給壓油栓塞桿4和壓氣栓塞桿6,推動兩柱塞。
壓油、氣柱塞的運動隨傳動槽轉動,將壓油、氣柱塞在八分之七左右的軸徑轉角內緩慢提起,然后在八分之一左右的轉角內與分塞一起迅速向下運動。
壓油、氣柱塞的傳動連桿支在其傳動杠桿靠后頭的1/5左右處的支點上,分塞傳動杠桿用連桿支在中間支點上,這樣可以減少滑動傳動桿以及連桿的運動量。
壓油、氣柱塞和分塞傳動桿的后端都定在后端點固定架14上。壓油、氣柱塞傳動杠桿在上,用連桿12與端點穩定架上端連接,分塞傳動杠桿在下,用連桿15安裝在端點穩定架矩形口內,分塞傳動杠桿在前1/3左右處分成叉形,左右兩邊安裝在超高壓送氣缸5和送油缸3兩側。由于分塞和壓油、氣柱塞運動時,將使傳動杠桿改變角度,使傳動杠桿的支點和兩端點的水平距離發生變化,所以在支點和后端點上用活動的連桿與滑動傳動桿和端點穩定架連接,利用連桿左右擺動調節水平距離。
由于分塞和壓油、氣柱塞開始往復運動需要很大的外力,使往復運動件加速運動,而到終點后,又會產生很大的慣性力,所以在分塞傳動杠桿前分叉兩桿和橫桿交點下面有兩個彈簧46或中間放一個,緩沖分塞向下運動時產生的慣性,并將慣性力儲存在在彈簧內,到分塞向上運動時,再將儲存的慣性力能釋放出來,輔助外力對分塞作加速往復運動。當活塞開始向上運動時,壓油、氣柱塞已達到終點,分塞上的超高壓送氣缸內和分塞滑腔內已吸滿高壓空氣,分塞向上運動就會對超高壓送氣缸內的高壓空氣進行壓縮,再加上分塞滑腔內的高壓空氣又被壓入超高壓送氣缸。分塞越往上運動,分塞上面的分塞滑腔和超高壓送氣腔內氣壓越大,而傳動杠桿下面彈簧力變小,將分塞向上運動的慣性力緩沖,儲存到氣壓里。在壓油、氣柱塞傳動杠桿的中間有掛拉簧的橫桿9,左右兩側掛拉簧11,拉簧下面掛在兩環形氣缸分塞滑腔上的連臺19上的掛環48上,由于壓油、氣柱塞向上運動比向下運動時間長七倍左右,再加上超高壓送氣缸內沖入高壓空氣,推動壓氣柱塞向上運動,使柱塞向上運動時需要的外力很小,而向下運動時,運動時間短,又要克服超高壓氣缸內的高壓空氣的推力,使柱塞向下運動時需要外力很大,通過傳動杠桿上的拉簧來調節,使柱塞向上運動時,用很大的外力將拉簧拉起,儲存動能,到向下運動時,再釋放出動能,減少向下運動時需要的外力。在超高壓送氣缸底下有緩沖墊圈4(圖5)。緩沖柱塞的慣性力,以免撞壞氣缸底部。
壓縮氣缸分塞傳動總成是在飛輪上的工作氣缸分塞傳動槽內水平處裝有滑輪,滑輪固定在直角搖桿2(圖11)上堅邊下端,直角搖桿的兩邊交點處有軸孔,安裝在固定架39上,當飛輪上的60°遠離圓心的槽段轉到這個滑輪時,將滑輪向外側推出,通過直角搖桿,帶動其橫邊上的連桿38向下拉,使傳動軸前端的搖壁20向下轉動,帶動傳動軸21轉動。在傳動軸的中間有齒箱18,內裝有三個齒輪,第一個齒輪1(圖9)固定在傳動軸上,中間齒輪2(圖9)和第三個齒輪3(圖9)用小橫軸穩定在齒輪箱壁上,三個齒輪并成一排,相互咬合,第三齒輪與分塞桿1(圖7)上的齒牙咬合。傳動軸轉動時,通過齒輪、分塞桿將分塞4(圖7)拉起,使活塞轉過,然后再將直角擺桿向圓心拉,使分塞迅速向下運動。
在分塞傳動軸的后端有個搖臂22與前端搖臂在同一直線上,方向相反,前端搖臂向下轉時,后端搖臂向上轉,通過連桿50帶動下面從底封桿變向齒箱25一側伸出的立齒條24向上運動,立齒條與齒箱內的傳動輪1(圖10)咬合,變向齒輪與底封桿后端的齒條26咬合,將動力傳給封桿,當立齒條向上運動時,通過傳動齒輪,將底封桿拉出,使活塞通過,立齒條向下運動時,再將底封桿推進氣缸。
由于壓縮氣缸分塞向上運動時,要將其滑腔內的空氣壓入貯氣筒,比下行時所用的外力大得多,所以在分塞傳動軸上有個扭簧49將分塞向后動時的慣性力儲存在扭簧內,到向上運動時,釋放出來,使向上運動和向下運動所用的力均勻。并緩沖向下運動慣性力。
壓縮氣缸的分塞傳動滑輪經過傳動槽的60°遠離圓心槽段比工作氣缸慢四分之一轉時間,兩氣缸內活塞相差90°,這樣可使壓縮氣缸在壓縮體用力最大時,與工作氣缸扭矩力最大時重合,使發動機輸出動力較平穩些。
如圖3所示,工作氣缸的缸體是兩個缸口為正半圓形(也可用方形、矩形)的圓環組合體。上面的分塞滑腔6隨著分開,在每個半圓環形缸外圈斷邊上有圈邊13(除滑腔上面沒有),兩半圓環形缸組合在一起時,在兩沿邊間夾上一定厚度的密封墊后,兩面用螺栓交錯擰在另一面的沿邊密封嚴實。
在每個半圓形缸的里圈有圈沿邊15,兩沿邊間夾轉環14,截面如圖4所示,在兩半圓環形缸里沿邊中間夾著轉環5。在轉環靠外圈的兩面各有一個圈封氣環3,正好鑲入里圈沿邊上的密封槽1內,在里邊的里圈外面有圈三角斜槽2,在轉環的兩側上有夾圈4,在夾圈的外圈里面也有三角斜槽,正好扣在里沿邊的三角斜槽上,夾圈用螺栓安在轉環上,隨轉環一起轉動,使兩半氣缸不向外脹。
如圖3所示,在轉環內有個直通圓心的軸孔,發動機的動力輸出軸(主軸)16從此通過,用鍵或銷相互固定。
轉臂的兩頭與轉環可制成一體,也可分開。如與轉環分開的,從轉環外向轉環臂頭上擰螺栓連接,在轉環的內圓面用擋片將轉臂夾住。在轉臂外圓面對著轉臂一頭的位置,用一個上面帶方桿螺帽的螺栓擰在轉臂上,活塞17底面有個方孔穿在方桿上,用螺栓穿過兩平面,頂住方桿。再將活塞底下兩面的固定座4(圖6)用螺栓與轉環上擰緊固定,使活塞、轉環、轉臂間連接牢固。
如圖6所示,活塞的兩平面可與轉臂平行,也可根據分塞的大小來決定兩平面與轉臂的角度。在活塞圓柱面上有二道或二道以上的活塞環槽(活塞環槽的底端與轉環相對的位置不通,其寬度與轉環一樣寬或比轉環窄些,使活塞環兩端插入里邊),靠近工作腔一面的活塞環槽內是氣環槽,內鑲有氣環,另一面是油環(油環與氣環不同。在油環上有許多與槽底潤滑油道相通的小孔)。根據氣缸內腔的精細度,可將活塞環制成一節、二節、四節等,如氣缸體制造的精度很高,使兩半缸體扣合在一起時,外圈對接面完全平整,并且缸口呈圓形,可用一節油(氣)環。如果氣缸體制造得不夠精確,用兩節或四節活塞環,使用兩節或四節活塞環時,兩半氣缸體的對接面不能平整,使其中一半缸體的對接面始終高出另一半缸體對接面一兩毫米左右,四節活塞環的每一節活塞環的一端截面是平的,另一端是階梯形的,四節活塞環都一樣,上節活塞環1的階梯面與下節活塞環3的階梯面相扣接。上面兩環對頂著,其中一節的平面上面高出一點兒頂在對面氣缸對接面高出一些的上面。下面兩節頂在活塞環的兩端,在每節活塞環上靠里圈有二三個方孔2,在活塞兩平面靠外圈的相應部位也有方孔或圓孔,活塞環安進槽后,用銷釘穿過活塞上的方孔或圓孔和活塞環上的方孔,將活塞環鎖在槽內。由于銷釘比氣環上的方孔小。可使活塞環在槽內有向左右上下活動的縫隙。在活塞環槽里有頂著活塞環的頂簧6,每節活塞環有二、三個,將活塞環向槽外頂,使活塞環在氣缸內與缸壁間有一定的接觸力。由于活塞在氣缸內旋轉時,將產生離心力,所以在外圈彈簧彈力比里圈的要小。在每兩節活塞環階梯形扣接面下各有一個彈力分片5,將兩節活塞環向兩邊推,使活塞環頂在槽底端和活塞環兩平面對頂的地方結合緊密。
由于氣缸上面分塞進入的位置有道密封槽。再加上氣缸底下的密封桿滑道,以及分塞通過氣缸頂的方孔,使氣缸內壁在這個位置斷開。當活塞運動到此位置時,活塞環便失去了缸壁的壓力,向外彈出一、二毫米后,就被活塞上的銷釘3擋住,氣缸臂斷開的兩側,氣缸內徑半徑比其它正常氣缸內徑大二、三毫米,使活塞通過此位置時,向兩側逐漸減少,過三、四厘米后減小到與正常缸內徑同樣大,使活塞轉過此位置時,活塞環逐漸向外彈出,脫離氣缸壁的壓力,越過氣缸內壁斷處,進入另一側,又開始受到缸壁的壓力,將活塞環再壓入正常位置。當活塞環磨損,彈出不到一毫米時,可將活塞環上的方孔向里磨去一點,使活塞環多彈出一點。
本機的供給系統是將超高壓空氣和燃料(汽油、柴油或氣體燃料等)。在規定時間內,將定量的空氣、燃料送入氣缸內,進行撞擊點火。
如圖1所示,其供氣是將空氣經壓縮氣缸第一次壓縮成高壓空氣后,從分塞滑腔頂的高壓出氣管接頭23,經壓縮氣缸出氣管35進入貯氣筒36內將空氣中的水蒸氣凝結成水,使干燥的高壓空氣經出氣筒輸氣管40進入控制箱2,和(圖3)3所示同一部位,如圖2所示,控制箱內分控油室和控氣室,控氣室內有個可調矩型門塞1,將控氣室分成上下兩腔,矩形閥門塞的上面兩端各有一個拉簧6,與上面的控制拉筋5連接,控制拉筋經上面橫軸3,中間滑輪4改變方向后,通過控油室,穿出控制箱,在穿過控油室與控氣室隔壁時,用小圓柱在隔壁間滑動,并且兩面有氣封,以防高壓空氣漏出,通過拉動控制拉筋可改變彈簧對矩型閥門塞的拉力,以改變通氣量,如將拉筋拉緊些,增大彈簧對矩形閥門塞的拉力,當分塞滑腔和超高壓送氣缸內容積開始增大時,分塞滑腔和超高壓送氣缸內氣壓降低,控氣室上腔的恒壓高壓空氣克服拉簧拉力和下腔氣壓對矩形閥門塞的作用力。將閥門塞向下推,使閥門塞前面的斜面與控氣室直角處的斜面出現縫隙。高壓空氣通過閥門塞縫隙經下腔的出氣孔2和分塞滑腔頂的進氣孔28(圖3)進入分塞滑腔。超高壓送氣缸內壓氣柱塞1(圖3)向上運動時,缸內容積增大,氣壓降低,高壓空氣又通過分塞7(圖3)與頂上超高壓送氣缸4(圖3)間球閥,進入超高壓送氣缸,當分塞滑腔和超高壓送氣缸的容積都達到最大時,且內部氣壓對閥門塞的作用力,加上彈簧拉力正好等于上腔氣壓對閥門塞的壓力時,閥門塞關閉,停止供氣,當分塞向上運動時,又將分塞滑腔內的部分高壓氣體壓入超高壓送氣缸。
如圖2剖視圖A-A所示,在控制箱另一面的控油室內有個定量供油器,其結構是,在分塞上的壓油缸旁邊有個小吸油管7(吸油管在分塞滑腔頂面的密封管20內滑動),在吸油管內有個小壓油柱塞22,柱塞桿17上端的撞塊8與吸油管上口間有個彈簧16。分塞下行時彈簧將柱塞彈起,使吸油管內形成真空。當分塞運動到底時,滑動輸油管23滑體上的油孔與存油室滑道內的油孔相對,使燃油從存油室10內經滑動輸油管進入柱塞桿內,油從柱塞下孔被吸入吸油管。當分塞上行時,吸油管內已吸滿油,隨分塞上行滑動輸油管滑體上的油孔與滑道內的油孔錯開,使吸油管與儲油室的油路斷開,當分塞上行到一定位置時,柱塞桿上的撞塊撞在上面的偏心輪13上,使柱塞不動。吸油缸內的燃油被擠壓,沖開吸油管底下與超高壓送油缸相通進油道18內的球閥21,進入超高壓送油氣缸19。
存油室內的燃油是從油箱42(圖1)經輸油管43(圖1)進入的,可在輸油管間加過濾器、油泵等附加件;也可直接將燃油從油箱內吸入存油室,如圖2A-A剖視圖所示。存油室用濾網9分成左右兩室,燃油從輸油管15進入靠近輸油管的左室,經濾網過后進入靠近滑動輸油管的右室,再進入滑道上的油孔。存油室上的偏心輪與調節桿14固定在同一根橫軸12上,調節桿上端有個控油拉筋11后面與控氣拉筋連在一起(連接處可隨控氣室內的氣壓變化自行調節調節桿與拉簧間的拉筋長度)通過,拉動調節桿,可改變偏心輪下圓面與定量供油器柱塞桿上的撞塊在最低點時的距離,從而改變了撞塊撞在偏心輪底的早晚和柱塞被推下的距離,調節供油量。
當超高壓送油、氣缸內進入足量燃油和高壓空氣后,待分塞剛進入5°最高停留點后,超高壓送油(氣)缸5(圖3)內的柱塞2(圖3)開始下行,在分塞下行時,壓油柱塞1和壓氣柱塞下行比分塞下行速度還快,使超高壓送油、氣缸容積逐漸減小,內部氣壓逐漸升高,在分塞運動到二分之一行程時,超高壓送氣缸內的氣壓已達到70多公斤/厘米2,送油缸內的油壓已達到170多公斤/厘米2。
如圖5所示分塞內微存油腔10與送油缸底直接相通,也同樣達到170多公斤厘米2。作用在三體針閥2前的油壓超過后面的超高壓存氣腔內的氣壓,(三體針閥后面有個拉簧3可補助油壓將三體針閥推開),使超高壓空氣沖開超高壓存氣腔與超高壓送氣缸間的閥門5,推動高壓存氣腔內的超高壓高溫空氣從上噴氣孔1和下噴氣孔11相對噴出。燃油從噴油孔12經五六個直徑為0.36毫米左右的小孔以霧狀噴出,與噴氣孔噴出的超高空氣在距分塞前一兩厘米左處會合,撞擊點火。
由于分塞與高溫高壓燃氣接觸,使分塞受熱,分塞又將其熱量傳給超高壓送油、氣缸內的高壓空氣和燃油。高壓空氣再經壓縮,使空氣溫度再次升高,可達700℃以上,燃油可達400℃度以上,且微存油腔和微存氣腔內的超高壓空氣和燃油更容易受熱。將先沖出分塞,這樣的高溫高壓空氣和燃油會合后,再經撞擊,很容易劇烈燃燒起來。
在分塞運動到行程一半左右時,開始提前噴油(氣)。分塞運動到底時,活塞距分塞一兩厘米左右,噴出的油氣已燃燒釋放出熱量,使燃氣迅速膨脹,推動活塞轉動。待活塞轉過距分塞四五厘米時,柱塞停止壓送油(氣),開始上行,超高壓油氣缸內壓力降低,停止供油氣,進行下一次吸油吸氣,這時用超高壓微存氣腔內的超高壓余氣和出氣閥門底下的彈簧6將三體針閥和超高壓送氣缸底出氣閥門關閉,而活塞繼續受高壓燃氣的推動而轉動,同時,又將另一側上次燃燒做功完的廢氣從排氣腔的排氣管9排出氣缸。
噴油(氣)裝置的提前噴油(氣)可提高效率,提前時間隨供油、氣的多少而變化。如在發動機負荷大,轉速高,所需空氣和燃油多,噴油、氣提前時間早,可在分塞運動到行程一半以上開始噴油氣,相反,噴油,氣提前時間晚,在最小負荷時,分塞動動到底時,才開始噴油,(氣)。
由于燃油和空氣在活塞與分塞及氣缸壁組成的燃燒室內劇烈燃燒,將產生高溫高壓燃氣,所以要對分塞與氣缸壁以及滑腔壁密封嚴實,以防高溫高壓燃氣進入分塞滑腔和分塞另一面的排氣腔。
如圖3所示,為了使分塞與滑腔壁密封嚴實,在分塞的半圓形頂蓋19的四面有密封鍵與滑腔保持密封,可使氣缸工作腔和滑腔中在空氣氣壓變化時而不相互流動;以及滑腔內有高壓空氣時,滑腔空氣不從排氣腔流出。分塞左右兩面有密封條18在滑腔和氣缸上的密封槽20內滑動,可使高溫高壓燃氣不從兩側向排氣腔泄漏。在分塞底下有個底封桿22,穿在氣缸底左右壁的方孔10內,在兩半氣缸底壁組成的梯形滑道內滑動,壓在轉環上。底封桿的上面正好與分塞底下的方槽8(圖5)相對,分塞底下的方槽內有個緩沖墊7(圖5),當分塞下行到底時,方槽內緩沖墊正好落在底封桿上,即可緩沖分塞下行的慣性力,以免撞壞氣缸底,又可使分塞底與氣缸密封嚴實,以防高溫高壓燃氣從分塞底向排氣端泄漏。
底封桿隨分塞一起拉出氣缸和進入氣缸,底封桿的傳動連桿26上面與分塞的傳動杠桿連接,下面與橫搖桿25的前端連接,橫搖桿的后端與立搖桿的上端之間用搖桿轉軸27相互固定。轉軸在固定在兩氣缸橫臺底面的軸坐21內轉動;底封桿后端有個帶槽的轉動滑塊23(可在底封桿上轉動),立搖桿24下端放在槽內,可隨立搖桿角度改變而轉動,當分塞向上運動時,帶動連桿等運動,使立搖桿向遠離氣缸的方向搖動,將密封桿拉出氣缸,使活塞轉過,然后再隨分塞向下運動,推回氣缸。
發動機在冷機起動時,可能較難些,可以在分塞內加上電熱阻,對分塞內油、氣加熱,或用蒸氣,熱水加熱。也可在燃燒室頂部加上電點火器,使撞擊混合后油、氣經電點火后,立即燃燒,待達到撞擊后可以自然點火的溫度時,關上電點火器。
本機在起動時,將控油、氣拉筋放到中部以上供油、氣位置,將壓縮氣缸的壓縮腔靠近分塞滑腔處的放氣閥門打開,使壓縮氣缸不壓縮空氣,減少起動時所用的外力。本機可利用手搖、電起動機等外力帶動主軸轉動,進而可起動。也可將壓縮氣缸的吸氣管上的阻風門全部關閉,將貯氣筒內的高壓空氣引入壓縮氣缸的吸氣腔,利用一定量的氣壓推動壓縮氣缸的活塞轉動,帶動工作氣缸起動。(如停機后,壓縮氣缸的活塞正好在分塞前不遠的壓縮腔或正對進氣口時,可以用手搖過氣口),發動機能自行轉動時,在將壓縮氣缸放回正常位置。
由于不同的燃油與空氣的配比不同,可通過對超高壓送油缸和吸油管進行內部加減套管來調節。
用氣體作燃料時,將分塞改成燃氣式的,再將定量供油器改成可控閥門式,控制氣流量。根據燃料與空氣的配比濃度,將分塞上的兩個超高壓送氣缸的內徑制成相應的比例,由于氣體燃料與空氣的性質基本一樣,也是經壓縮后進入超高壓送氣缸,再壓縮后分別進入分塞的二體針閥前微存氣室內,一起將二體針閥打開,噴入氣缸,撞擊點火。
在工作氣缸后面的壓縮氣缸結構與工作氣缸基本一樣,只是分塞上面沒有超高壓送油氣缸,分塞通過上端帶齒條的連桿帶動,使分塞在滑腔內做間歇性往復運動。
如圖8所示,壓縮氣缸的分塞內沒有噴油裝置,只有一個進入滑腔氣道3,并在直角進氣道的直角處配有防止氣體倒流的球閥4和一個使氣體返回吸氣腔的限壓回氣道1,直角處有個限壓球閥2。
如圖7所示,當壓縮氣缸內活塞3轉動時,將活塞與分塞組成的壓縮腔內的空氣進行壓縮,,當活塞轉到距分塞十二分之一全行程時,壓縮腔內的壓縮空氣沖開分塞上直角輸氣道內球閥,,使壓縮空氣進入分塞滑腔,待活塞將接觸分塞時,分塞開始迅速向上運動,直角進氣道內球閥關閉。當分塞迅速向上運動時,又將內部氣體繼續壓縮,壓縮到一定氣壓時,,開始沖開分塞滑腔頂的高壓出氣管接頭6內的球閥5,經出氣管將高壓氣體壓入貯氣筒,當貯氣筒內氣壓達到規定氣壓,分塞滑腔內的高壓空氣不再進入貯氣筒,沖開分塞內回氣道內的限壓閥,返回活塞與分塞組成的吸氣腔內。也可在進氣管內按個阻風門,利用氣管內氣壓控制阻風門,貯氣筒內氣壓升高,將阻風門關小,減小流入氣缸內的空氣量,當貯氣筒內氣壓達到規定氣壓后,阻風門全部關閉。
本機的壓縮氣缸活塞與分塞間在壓縮空氣時,同時也在活塞的另一面將空氣經進氣管16(圖1)從空氣濾清器13(圖1)吸入壓縮氣缸。
如圖1所示,內燃式環形氣缸發動機的冷卻系與內燃式直缸發動機的冷卻系基本一樣。在發動機前面也有百葉窗散熱器1,散熱風扇44以及水泵,控制閥等,用水泵將冷水經進水管送入工作氣缸以外的水套12(圖3)內。在水套內循環吸收工作氣缸熱量,使水變熱,從出水管8(圖3)進入百葉窗散熱器,將工作氣缸的熱量帶到散熱器,釋放到大氣中。
如圖12所示,內燃式環形氣缸發動機潤滑系的機油箱20在發動機的一側,內部有油泵、慮清器、閥門等與內燃式直缸發動機一樣的潤滑工作裝置。其工作方式是機油通過濾清器濾清后,經油泵加壓進入主油管19,再通過各個分油管進入各個潤滑部位。進入工作氣缸的潤滑油路是在主油管上分成三路進入工作氣缸上、中、下三個潤滑區,上面潤滑區的潤滑機油經主油管分出的上潤滑區分油管17,在分塞滑腔密封槽外面進入槽內。在密封槽里面有個小出油孔,無論分塞運動到上止點還是下止點,出油孔始終在密封條潤滑油道13里,密封條上的潤滑油道兩端封死下通,與分塞頂蓋相對的位置有個通往分塞頂蓋密封健潤滑油道7的通油孔8,機油通過通油孔后分左右兩路繞分塞頂蓋密封健上的油道流動一周,到另一面的密封槽油道內會合,還有一個油路從通往密封健機油道分出,機油沿超高壓送油、氣缸之間的上升油道9流到超高壓送油,氣缸上面的柱塞桿出口的油道11,分別繞柱塞桿流動一周后,從對面的下降油道10返回密封條油道內,又從密封條上的小油孔進入上潤滑區分回油管5。
中間潤滑區的油路是從主油管分出的中間潤滑區分油管16,將潤滑油送入分塞滑腔右側沿邊內油道14內,經油道上行到超高壓送油氣缸通過滑腔出口內的油道12,機油分前后兩油道繞超高壓送油氣缸流動一周后,在另一側匯合,經滑腔左邊沿潤滑油道6進入中間潤滑區分回油管4。
下潤滑區油路,是從主油管分出的下潤滑區分油管21前半氣缸里圈沿邊的進油孔(在氣缸的工作端,與固定架相平),進入轉環油道1內(轉環油道的長度只有轉環周長的十分之一左右,前端與轉臂相對),當活塞轉過分塞,進入氣缸工作腔時,氣缸里圈沿邊上的油孔與轉環油道相對,將機油向轉環油道內壓送,通過轉環油道前端與固定活塞的方桿螺帽螺栓內油道連通的油道,進入方桿螺帽內的進油道,再進入活塞油環槽底油道2,機油繞油環槽底流動一周后,從另一側方桿螺帽內回油道回到轉環油道,再回到下潤滑區分油道3。由于機油在油環槽內流動時,帶有一定的油壓,油環上又有許多小孔,當油環槽內有機油流動產生油壓時,機油通過油環上的小孔,向氣缸壁壓送。在氣缸壁內上涂一層油膜,減小活塞與氣缸壁的摩擦。當轉環轉過里圈沿邊油孔時,油環槽內機油不再流動,油壓降低,不再向氣缸壁涂油,經涂油膜這段時間,可使活塞在氣缸內轉動一周,得到潤滑。
各個分回油管在主回流管18會合后,經主回油管送回油箱。在機油流過1,7,11,13等油道一面滑動油管壁時,機油都可徽量透過,對這些部位進行潤滑。在底封桿滑道內沒有進油管,只有一個回油管15,將從分塞頂位置滴落下來的機油吸回主油管。
通用環形氣缸旋轉活塞發動機的分塞和超高壓油氣缸內的柱塞要做高速度間歇性往復運動,除內燃式環形氣缸發動機用杠桿傳動以外,還可用凸輪式、槽輪式、間歇齒輪等多種傳動方式。
內燃式環形氣缸發動機,除將空氣、燃料、經分塞噴入氣缸以外,還可將空氣和燃料從氣缸壁,靠分塞滑的工作腔噴入工作腔內。
工質式環形氣缸旋轉活塞發動機,可用液體和氣體工質做功。如用水做工質的蒸氣機,先將水泵送入第一加熱段,利用從氣缸排出的廢蒸氣將第一加熱段的水加熱到100℃以上,然后由第二個水泵將水送入第二加熱段,用燃料燃燒后的廢氣熱量將第二加熱段的水加熱到300℃度左右,最后將水用水泵送入第三加熱段,將水加熱到最高溫度,在350℃左右,稍低于臨界溫度。用第三不泵將水定量地推入氣缸上的噴水器(與柴油機上的噴油器一樣),在規定時間內,通過針閥前的許多小孔以霧狀形式噴入環形氣缸的工作腔后,針閥迅速關閉,霧狀超高溫水噴在氣缸壁和活塞上,吸收氣缸內的熱量,(由氣缸外的燃料燃燒放出的熱量傳給氣缸)迅速氣化膨脹,推動活塞做功,蒸氣在氣缸內的氣壓逐漸降低,又吸收氣缸內的熱量,逐漸預熱膨脹。
對氣缸加熱的燃料是在由幾個環形氣缸組成的爐膛(幾個環形氣缸螺起來,或放倒排例)。內燃燒,燃燒方式與鍋爐燃燒方式一樣,將煤粉等燃料和空氣從環形氣缸組成的爐膛底噴入燃燒(上下氣缸疊螺式),在轉臂上安有旋風片。轉臂轉動時,帶動旋風片轉動,使爐膛內燃氣產生渦流,混合均勻,燃燒完全,使高溫燃氣與氣缸外壁多次接觸,將熱量充分傳給氣缸。在環形氣缸的外側,包括分塞滑腔和各傳熱件,換熱裝置的外側都有絕熱層,可減少熱量散失,提高熱效率。在環形氣缸絕熱層圈內有反射板,將爐堂內燃氣輻射來的熱量反射到環形氣缸上活塞轉動產生的動力經轉臂,中間輸出軸從聯合環形氣缸的兩端傳出。
用液體作工質的環形氣缸旋轉活塞發動機還有海洋溫差機、晝夜溫差機、太陽能發動機等。
如用氨作工質的晝夜溫差機,根據氨在不同溫度下,飽和氣壓值不同,將產生氣壓差。如氨在白天時,外界溫度高,飽和氣壓高,夜間時,外界溫度降低,氨的飽和氣壓也隨著降低。
根據這個原理,白天時佇氣箱(帶有自動對外散熱裝置)內飽和氣壓的氨放到夜間時,由于佇氣箱內溫度降低,佇氣箱內氨的飽和氣壓也隨著降低,佇氣箱內一部分氣態氨,凝結成液態氨,用自動控制的吸液泵將佇氣箱液態氨吸入儲液室,到白天時(9-10點鐘)空氣變熱,在規定時間內,用自動供液泵(隨氣溫變化,可自動調節供液量,使發動機在最佳情況下工作)向環形氣缸內噴送液態氨,由于環形氣缸吸收了白天空氣中的熱量,液態氨噴入環形氣缸立即氣化膨脹,所產生的飽和氣壓高于排氣腔,貯氣箱內氣壓(夜間最底溫度時的飽和氣壓),推動活塞轉動,白天最高溫度時,環形氣缸內飽和氣壓最高,由于不斷向貯氣箱內輸送氣態氨,使佇氣箱內氣壓不斷生高,過了白天最高氣溫后,氣溫開始下降,貯氣箱內氣壓開始接近環形氣缸工作腔飽和氣壓(即佇氣箱內氣壓也開始接近該氣溫下的飽和氣壓),直到貯氣箱與環形氣缸工作端氣壓差不能推動活塞轉動時(下午五六點鐘),空氣溫差機停止對外輸出動力,佇氣箱內的氣態氨隨氣溫降低,已達到該氣溫下的飽和氣壓,隨氣溫繼續降低,氨飽和氣壓也降低,氣態氨開始凝結液態氨,夜間最低氣溫時,氨的飽和氣壓降到最低值,兩飽和氣壓差值之間的氣體凝結成液態氨(即氨在最高飽和氣壓降到最低飽和氣壓時,部分氣態氨凝結成液態氨)液態氨在環形氣缸內氣化時所需的熱能是由水用換熱裝置與空氣的熱能進行換熱,傳給環形氣缸(因此又叫空氣溫差機),還可用黑箱吸收太陽光輻射熱能對環形氣缸進行加熱,也可將兩種加熱方式結合起來,使空氣溫差機在陰天也能工作。
晝夜溫差機的貯氣箱體積是環形氣缸排量的5-10萬倍,其結構很簡單,一個巨型方箱或圓筒中間有幾個散熱管,直通兩端佇氣箱壁,放在通風良好的地方,使空氣流過散熱管和佇氣箱外壁時,將氨凝結放出的熱量帶走,使佇氣箱降溫,佇氣箱可用薄鐵、鋁板等導熱好的材料制成,其厚度只要能承受氨等工質在最高氣溫時的飽和氣壓壓力即可。
這種晝夜溫差機只要晝夜溫差在5℃時即可工作,溫差越大,輸出功率越高。
環形氣缸旋轉活塞發動機可以將內燃式和工質式發動機結合起來,利用內燃工作氣缸排出的廢氣的熱量和氣缸散出的熱量,對工質和工質工作氣缸進行加熱。
如圖15所示,內燃和工質聯合發動機,從左面起分別是內燃工作氣缸3,工質工作氣缸51,內燃供氣壓縮氣缸44,工質壓縮氣缸40,這些氣缸都將其外沿邊固定在U形架60上,利用一根動力輸出軸1固定在轉壁中間軸孔內,動力輸出軸用前、中、后三個橫擔上的動力輸出穩定軸承2、50、39,穩定在橫擔上。
兩個壓縮氣缸分塞采用雙凸輪對轉式傳動,其工作原理是在兩壓縮氣中間的動力輸出軸上有個圓椎齒輪41與上面的凸輪主傳動軸42下端的圓錐齒輪43咬合,凸輪主傳動軸在兩壓縮氣缸間軸承36內轉動,上端也有個圓錐齒輪30與凸輪橫傳動軸35上的左圓推柱齒輪29(將圓椎齒輪和圓柱齒輪摞在一起的)和右圓椎柱齒輪31的圓椎齒面相互咬合,其中一個圓椎柱齒輪圓柱齒面通過中間圓柱齒輪與另一側的凸輪傳動軸上的圓柱齒輪相互傳動,并且另一圓椎柱齒輪在其傳動軸上滑動,轉動時,與傳動軸的傳動方向相反,前后兩側的凸輪傳動軸都固定在軸承座32上,凸輪26分別固定在傳動軸兩端,兩傳動軸轉向相反。當主傳動軸轉動時,前后兩個凸輪在橫挺桿27上一起向兩邊或中間傳動,當凸輪突起部分與壓縮氣缸分塞桿25上的橫挺桿接觸時,共同將分塞向上提起,轉過橫挺桿時,左右挺桿上面的彈簧23、33又將分塞推下。
供氣壓縮氣缸分塞底下的底封桿45通過飛輪48圓柱面的傳動槽47,帶動滑動齒條61往復運動,通過傳動齒輪軸組46,將動力傳給底封桿。靠左端的工質壓縮氣缸的底封桿38傳動是通過連桿37傳動的。
兩個工作氣缸上的分塞用搖動齒輪傳動,其工作是在分輪平面傳動槽內上下各有一個滑輪,上面的滑輪固定在短搖桿21上,下面的滑輪固定在長搖桿49上。飛輪轉動時,滑輪在傳動槽內滾動,隨飛分輪平面傳動槽的起落使搖桿在傳動滑槽(用一個轉軸安在工質工作氣缸的相應部位)內作間歇性往復運動內燃工作氣缸分塞傳動軸10(后端穩定在工作氣缸連臺的軸座19內)后端有個搖臂20用轉軸與短搖桿連接,短搖桿上下運動時,通過搖臂帶動傳動軸反復轉動。再通過前端的圓柱齒輪7與分塞桿6上的齒條8咬合,帶動分塞5往復運動(在分塞桿頂有緩沖彈簧9)。
分塞傳動軸大約在中間位置有個底封桿4的傳動搖臂17,通過連桿16搖動下面的直角搖桿14,推動底封桿,使底封桿隨分塞往復運動。
工質工作氣缸分塞和底封桿的傳動方式與內燃工作氣缸的傳動方式一樣(分塞桿頂也有緩沖彈簧18)為了使發動機轉動平穩,其四個氣缸的分塞上下間歇往復運動的時間相差四1/4轉。即先是內燃工作氣缸的分塞運動,然后是內燃供氣壓縮氣缸,工質工作氣缸和工質壓縮氣缸的分塞。內燃工作氣缸超高壓送油、氣缸13在兩個壓縮氣缸與工作氣缸連臺34下面,壓氣活塞15往復運動時,由后面的活塞桿22上的齒牙與變向傳動齒輪23咬合,變向傳動齒輪下有個滑動齒條24與其咬合,齒條下面有個滑輪鑲在分輪圓柱面的傳動槽內。當飛輪轉動時,齒條隨傳動槽的變化,左右往復運動,通過變向傳動齒輪,使活塞運動方向與齒條相反。
超高壓送油氣缸在分塞不運動時,始終停在吸油、氣段。當分塞開始上行時,超高壓送氣缸將吸入定量空氣進行再次壓縮,送油缸將吸入多余的油排出。送油柱塞上直角三角形槽,在柱塞離送油缸頂最遠點前送油缸壁上面有個油孔,用輸油管與油箱連通。改變柱塞上直角三角槽與油孔的位置,可改變送油量。如直角三角槽直邊與油孔距離越遠,從油孔返回余油越少,送入環形氣缸的燃油越多。相反,直角三角槽直邊與油孔越近,流回余油越多當分塞下行中間左右行程時,送油缸內油壓達到170多公斤/厘米2,超高壓送氣缸內氣壓達到70-80公斤/厘米2。當高壓油將針閥推開時,超高壓氣體沖開超高壓送氣缸頂的出氣閥65,經與工作氣缸分塞傳動軸密封接觸的高壓輸氣管11進入傳動軸內氣道,從傳動軸左端的圓柱齒輪平面進入工作氣缸分塞桿滑腔64(分塞桿的上端和下端沒有齒牙的位置與滑腔間密封,使之不泄漏氣體),經分塞桿上的氣孔進入分塞內的噴射器,噴入環形氣缸工作腔。燃油經高壓輸油管送入分塞桿進氣道另一面的進油道,進入分塞噴射器。當定量油、氣全噴入環形氣缸時,壓油、氣柱塞返回,將高壓空氣缸內出氣閥關閉,進氣閥12打開,將高壓空氣吸入,而送油缸上的油孔,錯開柱塞非槽處,與油箱相通,將燃油吸入。
工質工作氣缸氣體經壓縮后進入佇氣筒,如用空氣作工質的,可將外界空氣直接經過空氣濾清器吸入壓縮氣缸,而用其它氣體作工質的,則從工質散熱器內,將散熱冷卻的工質吸入壓縮氣缸。[質進入佇氣筒,經高壓進氣管56進入消音換熱器52下端。
消音換熱器的結構與汽車上的消音器結構基本一樣。只是消音器外殼安有幾道高壓氣體工質流動管,帶孔中心管也是由高壓氣體工質流動管和帶孔鐵片相間組成。氣體工質流通管上下兩端有集連箱,將所有的流通管連起相通。
消音器外殼與中心管間也有兩三個隔板,與汽車消音器的工作方式一樣。廢氣從上面的高溫廢氣排出管59進入消音散熱器上端,通過上端集連箱左邊的通孔,再進入消音換熱器,向下流動,使廢氣在這里氣壓降低,消除火星降低排氣嘈音,并將熱量傳給高壓氣體工質流通管內的低溫工質,降低排氣溫度,然后廢氣通過底下集連箱通孔,經低溫廢氣排出管63排入大氣。由于氣體工質在管內流方向與管外廢氣流動方向相反,可使低溫氣體工質流入底下集連箱后與將要排出的低溫廢氣(比剛流入的工質溫度稍微高些)換熱,然后分別流向各個流通管,再向上流動,與上面逐漸降溫高溫廢氣換熱。到上面集體連箱時,管內氣體工質溫度上升到比管外剛從工作氣缸流出的高溫廢氣溫度稍低些,然后經高溫工質輸出管62流入換轉控制閥門。
如圖14所示,旋控制閥門結構是將固定套管13固定在U形架6上,固定套管內有個轉動槽軸1。利用后面長圓柱齒輪4與下面橫軸10上的短圓柱齒輪9咬合,再通過橫軸上的圓椎齒輪8與下面傳動軸上端圓椎齒輪7咬合(傳動軸下端也有圓椎齒輪與動力輸出軸上的圓椎齒輪咬合)將動力輸出軸的動力傳給轉動槽軸,使轉動槽軸在固定套管內轉動,在轉動槽軸上有直角三角形槽14,其中有個長直邊與軸心線平行(也可與軸心線稍有點角度,從而使供氣量增大時,閥門提前開起時間早)。另一個斜邊從右邊與長直邊相交處開始繞軸心線轉,到左端的開口處時,槽寬大約等于軸周長的三分之二。當分塞下行到中間左右時,轉軸上的三角槽長直邊正滑邊固定套管的進氣孔11,使進氣孔打開,與三角槽相通。從消音換熱器來的高溫高壓氣體工質經進氣孔進入三角槽,向左端流動,經固定套管左端出氣管12,進入氣體工質工作氣缸,當進氣孔轉過三角槽斜邊時,進氣孔被轉動槽軸的非槽部分堵住,使氣體工質不再流入。在U形架一側有個小U形架2,并在橫邊上有個滑槽,其內有個可使轉動槽軸左右運動的擺動體3滑動。擺動體前面有個擺片伸入長圓柱齒輪與轉動槽軸間的環槽內,拉動控制拉筋15,使擺動體向左滑動,帶動轉動槽軸長圓椎齒輪,以及后面的穩定軸5向左運動。從而轉動橫軸向固定套管內伸入,減少進氣孔與三角槽相對轉動角度,減少了供氣量。放回拉筋時,由于拉簧和固定套管內余氣的壓力,又將轉動槽向固定套管處推出,增大供氣量。
由于氣體工質進入氣缸后,膨脹做功,降低溫度,所以可用內燃工作氣缸散熱排出的熱量對工質工作氣缸進行加熱,使氣體工質再次預熱。
如圖15所示,內燃工作氣缸與工質工作氣缸換熱結構,是在兩個工作氣腔外面有個換熱質對流腔,底下有個推動換熱質流動的液泵54,用傳動皮帶55將輸出軸動力傳給液泵,使冷換熱質從工質工作氣缸經過進泵管53,被吸入液泵,通過液泵推動冷換熱質,從出泵管57進入內燃工作氣缸底,分左右向上流動,利用阻流片,使換熱工質向工作腔處流動量大于向排氣腔處流動量換熱質被加熱后,經兩工作氣缸上端高溫輸通管58,使熱換質從內燃工作氣缸進入工質工作氣缸,在工質工作氣缸換熱腔內向下流動。
由于氣體工質在高達700℃以上溫度工作,所以換熱腔內換熱質要用高沸點液體作換熱質,并且工作氣缸活塞,換熱器等要用耐高溫材料制造,在高溫廢氣、氣體工質、換熱質流動的管道工作氣缸等外面用絕熱層包住,以減少熱量損失。
由于內燃工作氣缸內的超高壓送氣缸13離工作氣缸較遠,可用工質工作氣缸排出的熱廢工質對油、氣加熱,以提高撞擊點火速度,和燃燒效果。從工質工作氣缸排出的熱廢工質,除將一部分熱量傳送給超高壓送油、氣缸內的油、氣外,大部分熱量隨廢熱工質進入消音換熱器上中溫段,(如用空氣作工質,可直接進入,隨廢燃氣一起排出,用其它氣體作工質的,在消音換熱器內與廢燃氣隔開,)將熱量傳給冷工質。
要使本機停止運轉時,將控制拉筋拉到最低位置,使供油、供氣裝置停止供油、供氣,起動時,將供油供氣量放在中間位置,并將兩壓縮氣缸進氣管阻風閥門全部關閉,將兩貯氣筒內高壓氣體分別引入壓縮氣缸的吸氣腔,推動活塞轉動,(起動時,貯氣筒內必須達到額定氣壓,也可另安一個起動用的貯氣筒),起動后,將兩壓縮氣缸放回正常位置,將工質工作氣缸進氣閥門全部關閉。待兩工作氣缸達到正常工作溫度后(700℃左右),再將工質進氣閥門打開到需要的位置(或用溫控裝置,控制進氣閥門,使進氣閥門隨溫度的增高而增大通氣量)。
上面所述環形氣缸旋轉活塞發動機都是用分塞做間歇性往復運動,將氣缸不斷分成工作腔和排氣腔(或吸氣腔和壓縮腔),除此以外,還可用如圖16所示的飛輪分缸式和圖17所示的間歇齒輪分缸式環形氣缸旋轉活塞發動機。
如圖16所示,飛輪分缸式環形氣缸發動機的環形氣缸體3缸口是方形或矩形的,利用一個和活塞同速轉動的飛輪8,在環形氣缸缺口內與氣缸里圈壁滑行轉動,飛輪上有個缺口,當活塞轉到與飛輪接近時,正好飛輪上的缺口也轉到與活塞相對位置,使活塞在缺口內轉過飛輪。當飛輪缺口轉進氣缸里時,飛輪內的超高壓送氣缸16內的柱塞7開始將高壓氣體再次壓縮。當飛輪缺口剛轉出環形氣缸時,飛輪圓柱面剛與氣缸圓柱面處的密封鍵6接觸,飛輪圓柱面剛與氣缸圓柱面處的秘密鍵6接觸,飛輪圓柱面與超高壓送氣缸相通的噴油氣孔正好進入環形氣缸的工作腔,這時,超高壓送氣缸內氣壓已達到70-80公斤/厘米2。另一側送油缸15(圖13)內油壓也已達到170公斤/厘米2以上。送油缸內的油壓作用在噴油針閥13(圖13)的凸邊上,克服后面彈簧11(圖13)的彈力,(在彈簧底下有個回油管10(圖13)可將擠入彈簧腔內余油吸走);將針閥打開。同時,作用在噴氣口叉閥塞5和(圖13)2所示同一部位上的油壓,克服叉閥塞后面彈簧3(圖13)的彈力,將叉閥塞向外推,使叉閥塞上面的小孔與噴氣孔17和(圖13)1所示同一部位相對,超高壓氣體便 可從噴氣口噴出,與噴油孔14(圖13)噴出的超高壓霧狀燃油劇烈撞擊,點火。使工作端氣壓急劇增加,推動活塞轉動,做功。同時將上次燃燒廢氣從排氣孔18排出。噴油、氣孔轉到氣缸外壁時,超高壓送油、氣缸內柱塞開始返回,停止供油、供氣從定量供油、供氣器(供油、供氣器內的氣體用可調閥門控制氣體流量,用柴油機上的噴油泵或供油器供油)內將定量油、氣吸入。
飛輪內超高壓送氣缸內送氣柱塞的柱塞桿11在柱塞兩側,后面用橫桿上下連接,在槽桿中間有個傳動滑桿12穿過,滑桿也穿過送油柱塞桿,兩端露出飛輪,在飛輪兩側的固定滑槽體10上的傳動槽13內滑動,由于傳動槽與滑槽體軸心距不同,當飛輪轉動時,使活塞隨后面的滑桿在超高壓送油、氣缸內往復運動。
如圖13所示是飛輪橫剖面內的送氣柱塞和送油柱塞的相互結構的橫剖面。
送氣柱塞5后面的柱塞桿6和送油柱塞9后面的柱塞桿8用傳動滑桿7穿過,使送氣柱塞和送油柱塞在超高壓送氣缸4和送油缸內一起往復運動,以保證送油送氣同時進行。
如圖16所示飛輪內的超高壓送油氣缸所吸入的油、氣,由高壓輸油管和輸氣管將油氣進入固定滑槽體中心通軸孔附近油氣道(靠近超高壓送氣缸側的固定滑槽體進氣,靠近送油缸一側進油),經固定滑槽體內通往軸孔油氣道的油道,進入軸孔油氣道(軸孔油道在固定滑槽通軸孔中間,軸孔油道兩側用封密環將通軸孔與軸間密封,以防油、氣從軸孔油道兩側漏出),再從軸內油道與軸孔油、氣道相通的油、氣孔進入軸內油、氣道進入軸內油氣道,向飛輪內流動,經飛輪內的油、氣道14、球閥15進入超高壓送油、氣缸,(進油孔12(圖13)在油缸柱塞桿到達前止點的前面)。
飛輪分缸式發動機工作氣缸后面有兩個同樣大小的圓柱齒輪相互咬合,分別固定在動力輸出軸1(活塞轉臂2中間軸孔上有活塞動力輸出軸)和飛輪傳動軸9上,當活塞轉動時,將動力輸出軸動力通過兩齒輪、傳動軸傳給飛輪,使飛輪與活塞同速運動。
飛輪分缸式發動機壓縮氣缸與工作氣缸基本一樣,只是沒有飛輪內的噴油、氣裝置。將工作氣缸的工作腔改成吸氣腔,排氣腔改成壓縮腔,吸氣腔用吸氣管從空氣濾清器內吸氣,排氣腔用高壓排氣管向貯氣筒內沖氣,吸氣管上也有與貯氣筒連接的氣壓控制阻風門,排氣管上有球閥等。
如圖17所示的是間歇齒輪分缸式發動機結構。
這種發動機象間歇齒輪那樣,以活塞3作主動齒輪,分缸齒輪10作從動齒輪運動(它們運動到一起時,并不接觸傳動,而是通過后面固定在活塞轉臂中間軸孔內動力輸出軸1上的主動齒輪和齒輪傳動軸12上的從動間歇齒輪或槽輪等使分缸齒輪作間歇性運動)。分缸齒輪上有六個齒牙,當活塞轉過分缸齒輪時,分缸齒輪也轉過一個齒牙,使活塞從齒縫間轉過。當齒牙頂面轉到氣缸內圈上面時,分缸齒輪停下,這時上一個齒牙下面與氣缸外圈內壁拉平接觸,利用兩齒牙縫間與氣缸壁、活塞組成工作腔,使油、氣從對著工作腔的齒根上的噴油、氣孔6噴出,撞擊點火,產生高溫高壓燃氣,推動活塞做功。分缸齒輪每個齒頂都有個密封鍵5,分別與排氣腔外圈延長壁13,氣缸內圈、工作腔外圈延長壁與齒頂間密封。氣缸兩側夾著分缸齒輪的側壁,每側有三個密封鍵,在分缸齒輪停下時,分別與齒頂密封鍵相對,每側三個密封鍵前端有兩個密封鍵,利用這些密封鍵,可使工作腔內高壓燃氣不向氣缸外和排氣腔泄漏和減小排氣腔內廢氣的泄漏。
間歇齒輪分缸式發動機氣缸內燃燒的油、氣,是由外面的超高壓送油、氣缸將油加壓到170公斤/厘米3,將高壓空氣再壓縮到70公斤/厘米2以上,經高壓輸油、氣管進入封油、氣環11內的油、氣道8(齒輪一側是封油環,另一側是封氣環),封油環套在齒輪傳動軸很粗的根部上,固定不動,使齒輪傳動軸在其內轉動,并且與轉動軸密封。轉動軸的粗根內從中間起兩側各有六個油道和氣道9,油道一端出口壓在油封環下,另一端出口與齒輪噴油孔的噴油室相通。氣道一端出口壓在氣環下,另一端與齒輪內噴氣孔的氣室相通。油、氣封環上的油、氣道出口只與通往對著工作腔的噴油、氣孔的油、氣室相對,使超高壓油、氣經傳動軸油、氣道,進入齒輪內的油氣室,油壓作用在針閥和噴氣孔上的油控叉閥7上,在活塞剛轉過齒輪,而齒輪要停下時,將油、氣一起噴入氣缸的工作腔內,撞擊點火,使氣缸內氣壓迅速增加,推動活塞轉動,廢氣從排氣腔、齒縫處的排氣孔14排出,每個齒縫間的噴油、氣孔在規定時間內噴完定量油、氣后,立即將出氣叉閥和針閥以及送油、氣缸前出油、氣孔球閥關閉,使低壓燃油和超高壓空氣儲存在超高壓輸油氣管和各油氣道內,在下一次噴油、氣時,超高壓輸油氣管內、油,氣封環油道內的油、氣進入下一個油、氣室、而油氣室和傳動軸油氣道內的低壓油和超高壓空氣在傳動軸油氣道進口轉過封油、氣環油道出孔時,就在油、氣室和傳動軸油、氣道內停留,到齒輪轉動一周(活塞轉動6周)后,下次與工作腔相對時,再次噴出。而油、氣室和傳動軸油、氣道內又儲存入新來的油、氣。
間歇齒輪分缸發動機的壓縮氣缸與工作氣缸結構基本一樣,只是在齒輪內設有噴油、氣裝置,將工作腔改成吸氣腔,排氣腔改成壓縮腔。
飛輪分缸式和間歇齒輪分缸式發動機與分塞分缸式發動機一樣,可以燃用氣體燃料和用工質,做功除用空氣做工質外,用其他氣質做工質時,應該用外殼將飛輪或分缸齒輪與飛缸間封閉好,防止工質從飛輪缺口或齒縫等位置泄漏。
上面所述的環形氣缸旋轉活塞發動機都是用單個活塞在環形氣缸內旋轉,用特定的分缸裝置,將環氣缸不斷的分成工作腔和壓縮腔,除此之外還可以用雙活塞接力轉動,無需用特定分缸裝置工作。
這種發動機在環形氣缸內一共有兩個活塞,利用三個轉臂轉環(其中兩個轉臂轉環固定一個活塞,相互穩定。)利用兩層套管傳動軸套在主輸出軸徑上,外層套管分兩節與兩側轉臂軸孔固定,里層套管與中間轉臂固定,在兩層套管傳動軸一端上有一個帶一個或兩個刺爪的轉輪,轉輪外有一個與主輸出軸固定的套筒,套在兩轉輪上,并切套筒內相應部位有一個刺牙或整個套筒內全是刺牙,當活塞轉動時,可通過轉輪上刺牙頂在套筒內刺牙上,帶動主輸出軸轉動,在活塞停止轉動時,主輸出軸仍然可轉動。
兩層套管傳動軸另一端各有一個帶銷口或刺牙的轉輪,在固定架相應位置有固定刺牙或銷釘,可使每個活塞在固定位置停下。兩個帶銷口轉輪的外側各有一個凸輪分別固定在里層套管傳動軸和外層套管傳動軸上,每個凸輪驅動一組超高壓送油氣缸和控制一個銷釘,使超高壓送油氣缸在規定時間內將油、氣送入氣缸。使銷訂在規定時間內提起。
本機在工作時是用兩個活塞交替轉動,其工作方式是中間轉臂活塞運動時,兩側轉臂活塞外層套管傳動軸上帶銷口轉輪,則被固定架上銷針鎖住,使活塞不動,中間轉臂活塞轉到與兩側轉臂活塞夾角為60°左右時,中間轉臂活塞越過排氣孔,利用活塞轉動的慣性,開始將兩活塞間廢氣進行壓縮(或在中間轉臂活塞沒有轉過排氣孔時,在兩側轉臂活塞后面向氣缸內放入一定量高壓空氣,將廢氣排出氣缸,然后再將空氣進行壓縮),當兩活塞間距離為一厘米左右時。里層套管傳動軸上的凸輪,將外層銷口轉輪上的銷釘提起,利用兩活塞間的高氣壓,推動兩側轉臂活塞轉動,由于中間轉臂活塞以及里層套管轉動軸上的轉輪等,有一定的慣性力,繼續向前轉動,并且用凸輪等將超高壓送油、氣缸內的油、氣壓縮到超高壓(到下一次,中間轉臂活塞開始轉動時,才向氣缸內噴射),在中間轉臂活塞轉輪銷口將要對準銷訂時,第二超高壓送油氣缸內壓縮完畢的油、氣開始經高壓輸油、氣管等從中間轉臂活塞停下前0.5厘米處的氣缸壁上的噴油氣孔被兩側轉臂活塞傳動噴入氣缸,迅速撞擊點火,而中間轉臂活塞用最后一點慣性力再向前運動一點,使銷釘落入中間轉臂活塞銷口內,中間轉臂活塞停止轉動,高壓燃氣開始推動兩側轉臂活塞象中間轉臂活塞那樣工作。
五、環形氣缸旋轉活塞發動機與直缸往復活塞發動機相比,具有以下優點1、體積小,重量輕。
一個寬30厘米(不包括油箱和貯氣筒),高70厘米(從U型架底到送油、氣柱塞傳動杠桿前端點向上運動到最高點),長70厘米的環形氣缸旋轉活塞發動機(用分塞分缸)在1500轉時輸出的額定功率相當于汽車用的6100型直缸往復活塞汽油發動機在3000轉時所輸出的額定功率(100KW),而它的體積只有這種型號發動機2/3左右,重量相當于這種型號發動機一半左右。
2、參加運動件和往復運動件少。
環形氣缸旋轉活塞發動機運動中只有直缸往復活塞發動機的一半左右,并且利用彈簧還可將往復運動件的慣性力與加速沖力間相互調節,可減少使往復運動件運動時所需的外力。
3、消除活塞對氣缸的側推力,延長活塞和氣缸使用壽命。
由于活塞在環形氣缸內旋轉運動,可以避開高壓燃氣作用在往復運動件上做功,消除往復活塞運動時與氣缸壁間產生側推力對氣缸壁摩擦。
4、減少運動行程。
由于活塞在環形氣缸內旋轉運動,活塞一側在做功(壓縮)時,另一側則在排氣(吸氣),減少一半工作量,降低活塞與氣缸間摩擦距離。
5、消除往復活塞用曲軸傳動時,活塞、連桿往復運動件對曲軸和曲軸上各軸承、活塞與連桿間軸承的沖擊摩擦,減少軸承數量。
由于活塞在環形氣缸內旋轉運動,用直軸將動力輸出,只要在直軸上安放兩三個滾動或滑動軸承,并且這些軸承受到的沖擊很小,而六缸的直缸往復活塞發動機在曲軸和連桿上的軸承有18個以上,并且這些軸承都要承受很大的沖擊摩擦。
6、吸氣,排氣不需閥門控制,延長了吸氣、排氣時間,使發動機能充分的吸氣、排氣。
發動機工作氣缸的排氣腔(壓縮氣缸的吸氣腔)始終與外界相通,(除活塞轉到進氣或排氣口處),每次吸氣,排氣時間長達發動機轉動一周。
7、減少了排氣阻力(壓縮氣缸內的壓縮阻力)。
在環形氣缸內,工作氣體(工作氣缸)或新鮮空氣(壓縮氣缸)始終按活塞轉動方向運動,使工作后的廢氣利用運動時的慣性力和活塞的推力排出氣缸,新鮮空氣順著進入氣缸的慣性力和活塞的推動力被壓縮,而在直缸往復活塞發動機上。空氣被吸入氣缸后,活塞要克服空氣向下活動的慣性力,將空氣壓縮。排氣時,活塞又要克服廢氣向下的俯沖的慣性力,將廢氣排出氣缸,從而降低了排氣、壓縮的阻力。
8、利用撞擊點火方式,增大高壓工作行程,減少固定燃燒容積(相當于直缸往復活塞上的壓縮容積),提高發動機榆出功率。
如一個周長為50厘米的環形氣缸(即缸口的中心圓周周長),其工作氣體推動活塞行程占40厘米,而固定燃燒容積中活塞與分塞間距離只有1厘米,(其余9厘米為活塞越過分塞行程),其比率為40∶1(相當于直缸往復活塞發動機壓燃或點燃式的壓縮比)。缸口直徑為10厘米,工作行程為40厘米環形氣缸容積相當于6100型(6個氣缸,缸口徑10厘米,行程11.5厘米),直缸往復活塞汽油發動機轉動一周的工作容積(三個工作氣缸總容積之和)。利用同量空氣和燃油在兩種發動機中做功,環形氣缸內燃氣推動活塞做功行程比三個直缸氣缸內燃氣推動活塞做功行程5厘米,并且長出5厘米工作行程都是高壓段做功行程(在前3厘米工作行程段內氣壓可達100公斤/厘米3,到活塞距分塞6-8厘米時,內部氣壓與直缸往復活塞汽油發動機氣缸內活塞在上止點時氣壓基本相等),長出的5厘米高壓工作行程段所做的功相當于6100型直缸往復活塞轉動一周(三個氣缸做功)所做功的2/3左右。
由于油、氣是從分塞按照最佳配比濃度噴出、會合,并且油、氣流速很高,相互撞擊產生很大的渦流使油氣混合均勻燃燒迅速,再加上燃燒時間長(按燃氣推動活塞做功算,可達4/5轉,而在直缸往復活塞發動機上還不到1/2轉),使油、氣燃燒完全。
9、由于內燃式環形氣缸旋轉活塞發動機據有上述幾個優點,使環形氣缸旋轉活塞發動機的效率明顯提高,利用柴油和汽油作燃料的可達50%以上。
10、與直缸往復活塞熱氣機相比,不但具有以上優點外,還具有容易密封,減輕活塞轉臂和動力輸出軸的承受力。
11、在環形氣缸旋轉活塞發動機上,轉環和分塞、分塞桿出口處的密封問題要比直缸往復活塞發動機上的活塞與氣缸間密封容易得多。如用氫氣作工質的,即使稍有泄漏,也只是進入大氣中,不會使氫氣在發動機內于空氣混合到一定濃度發生爆炸。由于燃氣推動活塞做功時,也在排氣(相當于直缸往復活塞熱氣機上的壓縮)。從而減輕了活塞和轉臂、動力輸出軸的承受力。
12、與轉子活塞發動機相比,排氣噪音低(由于燃氣在氣缸內停流時間長,并助具排氣時間長,使發動機的排氣噪音比直缸往復活塞的發動機還低),最適合低速動轉。
13、與蒸氣輪機組相比,同樣具有體積小、結構簡單、節省材料、提高熱效率等。
蒸氣在環形氣缸內流動于氣缸壁所產生的摩擦阻力很小,而在蒸氣輪機上,蒸氣推動氣輪機氣輪轉動時,將于葉片間產生很大的摩擦阻力,并且還存在著蒸氣從前一葉片向后一葉片過渡時的空流澎脹,這些都可使蒸氣輪機的熱效率下降。
14、內燃式環形氣缸旋轉活塞發動機不會因溫度過高而產生爆燃現象。并且可在高溫(700℃)下工作。
如在內燃工質聯合機上,內燃工作氣缸需在700℃以上工作,才能使工質工作氣缸正常工作。
六、圖面說明圖1(第1頁),內燃式環形氣缸旋轉活塞發動機總體結構圖。
1、百葉窗散熱器;2、油、氣流量控制箱;3、超高壓送油缸;4、壓油柱塞桿;5、超高壓送氣缸;6、超高壓送氣柱塞桿;7、橫軸;8、壓油、氣柱塞傳動杠桿;9、掛拉簧橫桿;10、壓油、氣柱塞傳動連桿;11、拉簧;12、壓油、氣柱塞傳動杠桿后端點穩連桿;13、空氣濾清器;14、傳動杠桿后端點穩定架;15、分塞傳動杠桿后端點穩定連桿;16、壓縮氣缸進氣管;17、分塞傳動杠桿;18、壓縮氣缸分塞傳動齒箱;19、連臺;20、壓縮氣缸分塞傳動軸前端搖臂;21、壓縮氣缸分塞傳動軸;22、壓縮氣缸分塞傳動軸后端搖臂;23、高壓出氣管接頭;24、壓縮氣缸底封桿傳動利齒條;25、底封桿變向傳動齒箱;26、底封桿后端齒條;27、扣瓦固定螺栓;28、壓縮氣缸活塞轉臂;29、軸承扣瓦;30、動力輸出軸;31、橫擔;32、壓縮氣缸;33、橫擔固定螺栓;34、U型架;35、壓縮氣缸出氣管;36、貯氣筒;37、飛輪,38、壓縮氣缸分塞傳動連桿;39、直角搖桿固定架;40、出氣筒輸氣管;41、工作氣缸;42、油箱;43、輸油管;44、散熱風扇;45、分塞傳動連桿;46、彈簧;47、壓油、氣柱塞滑動傳動桿;48、拉簧掛環;49、扭簧;50、壓縮氣缸底封桿傳動連桿。
圖2(第2頁),油、氣流量控制箱剖視圖。A-A剖視圖為控油室內結構圖。
1、矩形閥門塞;2、控氣室下腔出氣孔;3、氣室內橫軸;4、控氣拉筋變向滑輪;5、控氣拉筋;6、拉簧;7、吸油管;8、撞塊;9、濾網;10、存油室;11、控油拉筋;12、油室橫軸;13、偏心輪;14、調節桿;15、輸油管;16、彈簧;17、柱塞桿;18、超高壓送油缸進油道;19、超高壓送油缸;20、密封管;21、球閥;22、小壓油柱塞;23、滑動輸油管。
圖3(第2頁),工作氣缸剖視圖。
1、壓氣柱塞;2、壓油柱塞;3、油、氣流量控制箱;4、超高壓送油氣缸;5、送油缸,6、分塞滑腔;7、分塞;8、進水管;9、排氣管;10、底封桿穿入方孔;11、轉臂;12、水套;13、氣缸外圈沿邊;14、轉環;15、里圈沿邊;16、動力輸出軸;17、活塞;18、密封條;19、分塞頂半圓蓋;20、密封條滑槽;21、轉軸座;22、底封桿;23、轉動滑塊;24、立搖桿;25、橫搖桿;26、底封桿傳動連桿;27、搖桿轉軸;23、分塞滑腔頂進氣孔。
圖4(第3頁)環形氣缸橫剖面圖1、封氣槽;2、里圈沿邊三角斜槽;3、封氣環;4、夾缸圈;5、轉環。
圖5(第3頁)工作氣缸分塞剖面圖1、上噴氣孔;2、三體針閥;3、三體針閥拉簧;4、超高壓送氣缸;5、超高壓送氣缸底出氣閥門;6、出氣閥彈簧;7、分塞底方槽緩沖墊;8、分塞底方槽;9、超高壓微存氣室;10、微存油室;11、下噴氣孔;12、噴油孔。
圖6,(第3頁)活塞剖視圖。
1、上節活塞環;2、活塞環方孔;3、下節活塞環;4、活塞固定座;5、活塞環彈力分片;6、活塞環彈出頂簧。
圖7(第4頁),壓縮氣缸剖視圖。
1、分塞桿;2、進氣孔;3、活塞;4、分塞;5、球閥;6、高壓出氣管接頭圖8,(第4頁)壓縮氣缸分塞縱剖面圖。
1、限壓返回氣道;2、限壓閥;3、進滑腔氣道;4、球閥。
圖9,(第4頁)分塞傳動齒箱縱剖面圖。
1、與傳動軸固定齒輪;2、中間齒輪;3、與分塞齒條咬合的齒輪。
圖10(第4頁),底封桿傳動齒箱橫剖面圖。
1、傳動齒輪。
圖11,飛輪兩平面傳動槽位置圖。
1、分塞傳動槽;2、直角搖桿;3、超高壓送油、氣柱塞傳動槽。
圖12(第5頁),工作氣缸內潤滑油路圖。
1、轉環油道;2、油環槽底油道;3、下潤滑區分回油管;4、中間潤滑區分油管;5、上潤滑區分回油管;6、左沿邊潤滑油道;7、分塞頂蓋密封鍵潤滑油道;8、通油孔;9、超高壓送油氣缸上升油道;10、超高壓送油氣缸下降油道;11、柱塞桿出口內潤滑油道;12、超高壓送油、氣缸出口內潤滑油道;13、密封條潤滑油道;14、右側外沿邊內油道;15、底封桿回油管;16、中間潤滑區分油管;17、上潤滑區分油管;18、主回油管;19、主油管;20、機油箱,21、下潤滑區分油管圖13(第5頁),飛輪分缸發動機飛輪橫剖面圖1、噴氣孔;2、噴氣口叉閥塞;3、叉閥塞彈簧,4、超高壓送氣缸;5、送氣柱塞;6、送氣柱塞桿;7、傳動滑桿;8、送油柱塞桿;9、送油柱塞;10、回油管;11、針閥彈簧;12、進油孔;13、針閥;14、噴油孔;15、送油缸。
圖14(第5頁)旋轉控制閥門剖視圖。
1、轉動槽軸;2、小U形架;3、擺動體;4、長圓柱齒輪;5、轉動槽軸后穩定油;6、U形架;7、傳動軸上端圓椎齒輪;8、橫軸固定圓椎齒輪;9、短圓柱齒輪;10、橫軸;11、固定套管進氣孔;12、固定套管出氣孔;13、固定套管;14、直角三角槽;15、控制拉筋。
圖15(第6頁)內燃、工質聯合環形氣缸旋轉活塞發動機縱剖面圖1、動力輸出軸;2、動力輸出軸前穩定軸承;3、內燃工作氣缸;4、內燃工作氣缸底封桿;5、內燃工作氣缸分塞;6、內燃工作氣缸分塞桿;7、內燃工作抽缸分塞傳動齒輪;8、內燃工作氣缸分塞桿上端齒條;9、內燃工作氣缸分塞桿頂緩沖彈簧;10、內燃工作氣缸分塞傳動軸;11、于分塞傳動軸密封接確超高壓輸氣管;12、超高壓送氣缸進氣閥;13、超高壓送氣缸;14、直角搖桿;15、壓氣活塞;16、底封桿傳動連桿;17、底封桿傳動搖臂、18、工質工作氣缸分塞桿頂緩沖彈簧;19、工作氣缸分塞傳動軸穩定軸坐;20、內燃工作氣缸分塞傳動軸后端搖臂;21、短搖桿;22、壓氣活塞桿;23、變向傳動齒輪;24、滑動齒條;25、壓縮氣缸分塞桿;26、凸輪;27、橫延桿;28、左橫延桿上端彈簧;29、左圓椎柱齒輪;30、凸輪主傳動軸上端圓椎齒輪;31、右圓椎柱齒輪;32、凸輪橫傳動軸穩定軸承座;33、右橫延桿上端彈簧;34、兩壓縮氣缸與工作氣缸間連臺;35、凸輪橫傳動軸;36、凸輪主傳動軸穩定軸承;37、工質壓縮氣缸底封桿傳動連桿;38、工質壓縮氣缸底封桿;39、動力輸出軸后端穩定軸承;40、工質壓縮氣缸;41、動力輸出軸固定圓椎齒輪;42、凸輪主傳動軸;43、凸輪主傳動軸下端圓椎齒輪;44、內燃供氣壓縮氣缸;45、供氣壓縮氣缸底封桿;46、底封桿傳動軸組;47、飛輪圓柱面傳動槽;48、飛輪;49、長搖桿;50、動力輸出軸中間軸承;51、工質工作氣缸;52、消音換熱器;53、換熱工質進泵管;54、液泵;55、傳動皮帶;56、冷高壓氣體工質進挽熱器管;57、換熱工質出泵管;58、高溫換熱工質輸通管;59、高溫廢氣排出管;60、U形架;61、內燃供氣壓縮氣缸底封桿傳動滑動齒條;62、高溫工質輸出管;63、低溫廢氣排出管;64、內燃工作氣缸分塞桿滑腔;65、超高壓送氣缸出氣閥。
圖10(第7頁)飛輪分缸式環形氣缸旋轉活塞發動機。
1、動力輸出軸;2、轉臂;3、環形氣缸;4、活塞;5、叉閥塞;6、密封鍵;7、壓氣柱塞;8、飛輪;9、飛輪傳動軸;10、固定滑槽體;11、壓氣柱塞桿;12、傳動滑桿;13、傳動槽;14、進氣道;15、球閥;16、超高壓送氣缸;17、噴氣孔;18、排氣孔。
圖17(第7頁)間齒輪分缸環形氣缸旋轉活塞發動機。
1、輸出軸;2、轉臂;3、活塞;4、工作腔外圈延長;5、齒頂前端密封鍵;6、噴氣孔;7、油控叉閥塞;8、封氣環內氣道;9、齒輪傳動軸粗根內氣道;10、分缸齒輪;11、封氣環;12、傳動軸粗根;13、排氣腔外圈延長壁;14、廢氣排氣孔。
七、實現通用環形氣缸旋轉活塞發動機的最好方式是將環形氣缸制成如圖3那樣的兩半圓形缸體,分塞的形狀隨活塞的薄厚制成如圖5那樣的三角形。
活塞的圓柱面應隨環形氣缸的形裝造成上下兩面同心弧形,其活塞環最好分成四節,利用銷釘鎖環式。
在轉臂安活塞端的另一端側安上重量適當的配重鐵(本圖未視),使轉臂運轉平穩。
本機最好采用缸口直徑小些(5-10厘米)短行程(20-50厘米)的環形氣缸,這樣可提高轉速,最好是多缸組合成的發動機,如四缸組合的發動機要比8缸直缸發動機運轉平穩得多。
本機最好在100℃以上的溫度工作,只要氣缸和潤滑油等能夠承受的高溫。發動機即可工作,并且工作溫度越高,熱體效率越高。
蒸氣機最好采用缸口直徑大些(50-100厘米)長行程(10-20米)低轉速的環形氣缸,這樣可延長氣化、再熱、予熱時間,增大燃燒爐膛。
權利要求
1.一種發動機,在環形氣缸內,旋轉的活塞與環形氣缸上的轉環、轉臂連接。在環形氣缸上,分塞或分缸飛輪或分缸齒輪與傳動裝置連接。其特征是在內燃機上,超高壓燃油和空氣從分塞或分缸飛輪或分缸齒輪或氣缸壁噴入環形氣缸內會合,撞擊點火,在分塞或分缸飛輪和分缸齒輪或活塞組成的工作腔內,產生高溫高壓燃氣,推動活塞旋轉,或兩塞接力轉動,在熱氣機上,將氣體工質經環形氣缸壓縮,加熱成高溫高壓氣體,噴入氣缸、膨脹,推動活塞轉動。降壓后,再預熱、膨脹,推動活塞繼續轉動;或在蒸氣機上,將加熱到臨界溫度以下的水或其它液體,加壓后噴入氣缸,吸收氣缸壁、活塞上的熱量,迅速汽化膨脹,再逐漸預熱、膨脹,推動活塞轉動;或在氣馬達上,將低溫高壓氣體直接引入環形氣缸,推動活塞轉動。熱氣機和蒸汽機等工質發動的工質用各種燃料燃燒放出的熱能或太陽能或晝夜溫差能或海洋溫差能對工質加熱,或用消音換熱器與內燃發動機換熱。
2.根據權利要求1所述的發動機,其特征是環形氣缸為兩個半圓形缸口的環形氣缸體組合。
3.根據權利要求1所述的發動機,其特征是內燃環形氣缸旋轉活塞發動機是一個工作氣缸和一個壓縮氣缸組合機。空氣經壓縮后進入貯氣筒,再經油、氣控制箱內控氣室的可控矩形門、分塞滑腔、進入超高壓送氣缸,由超高壓送氣柱塞再次壓縮,送入氣缸工作腔。燃油從油箱被吸入存油室,經滑動輸油管進入定量供油器吸油管,被吸油管內柱塞擠壓,送入送油缸,再由送油缸加到一定壓力,從分塞內三體針閥與超高壓空氣一起噴入氣缸工作腔,撞擊點火。用氣體作燃料發動機氣體燃料和空氣一樣從分塞內二體針閥噴入氣缸工作腔。
4.根據權利要求1所述的發動機,其特征是利用內燃機的廢熱對工質式發動機的工質加熱的內燃、工質聯合環形氣缸發動機,此機為冷工質經壓縮后,進入貯氣筒,再進入消音換熱器的工質流動管,由旋轉控制閥門定時定量向工質工作氣缸內輸送高溫高壓氣體工質,工質降壓降溫后,再吸收氣缸內的熱量,預熱膨脹,工作完畢后的廢工質再回消音換熱器,在工質流動管外與工質流動管內的冷工質換熱。內燃工作氣缸和工質工作氣缸外側為換熱工質流動腔。
5.根據權利要求1所述的發動機,其特征是蒸氣機內的水和別的工質經三次加熱泵分別送入三個加熱段。由第三個加熱泵向環形氣工作腔定時定量壓送超高溫高壓霧狀水。其燃料燃燒爐膛,為幾個環形氣缸疊螺或放倒排列,利用蒸氣廢熱和排氣廢熱對水預熱到臨界溫度以下。
6.根據權利要求1所述的發動機,其特征是用晝夜溫差能作功的晝夜溫差發動機,是將低沸點工質在白天時以液體狀態進入環形氣缸,汽體膨脹,推動活塞轉動;將工作完畢的廢氣工質向貯氣筒內壓送,直到貯氣筒內的工質達到比白天最高溫度稍低時飽合氣壓為止,停止向貯氣筒內壓送氣體工質 貯氣筒內到夜間最低溫度飽合氣壓時,部分氣體工質冷凝成液體工質,進入貯液室,白天又被送入氣缸工作腔工作。
全文摘要
通用環形汽缸屬發動機類技術領域。需要解決的問題是在高轉速的發動機上,其分塞的運動速度和噴射油、汽速度應達到極高速度,環形汽缸圓周各點,應達到很高的正圓精確度,并且動力輸出軸于環形汽缸圓周的同心度也應相當精確。在內燃發動機上,分塞和上面的超高壓送油汽缸,應采用質量輕、耐高溫、抗沖擊力強的材料。而在內燃、工質聯合機上,兩工作汽缸和各工作件等都須采用耐高溫、高壓,抗沖擊,膨脹系數小等材料。本機主要技術特征是活塞在環形汽缸內作旋轉運動。用分塞或分缸飛輪或飛缸齒輪將環形汽缸不斷分開、接通。本機的主要用途是,將燃料燃燒放出的熱量直接或間接地轉化成動能,用在各種車輛、各種工業作動力。
文檔編號F02B53/02GK1090015SQ93116730
公開日1994年7月27日 申請日期1993年8月18日 優先權日1992年8月21日
發明者顏世龍 申請人:顏世龍