具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機的制作方法

專利名稱：具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于熱機中的一種內(nèi)燃機，一種具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機。
目前世界上采用最廣泛的、也是人們公知的是往復活塞式四行程內(nèi)燃機，在初中教課書和現(xiàn)代汽車發(fā)動機說明書中都有對柴油機和汽油機構(gòu)造及工作原理的介紹。在往復式內(nèi)燃機中，活塞通過活塞銷與連桿連結(jié)在一起，連桿又連結(jié)在曲軸上，當曲軸與飛輪旋轉(zhuǎn)時，連桿帶動活塞在氣缸內(nèi)上下往復直線運動，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞上下往復運動各一次，氣缸的上端用氣缸蓋封閉，氣缸蓋上裝有進氣門和排氣門，在氣缸蓋上汽油機裝有火花塞，柴油機裝有噴油器。為了將燃料在氣缸內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成所需的動力，就需要一系列連續(xù)的過程柴油機把新鮮的空氣吸入氣缸內(nèi)，將空氣壓縮，提高氣體的壓力和溫度，把霧化的高壓燃油噴入氣缸內(nèi)使其自燃，燃燒后放出熱量使氣體迅速膨脹作功，將熱能轉(zhuǎn)化成機械能，最后將燃燒后的氣體排出干凈。汽油機與柴油機的主要區(qū)別在于汽油機吸入的是空氣與燃油的混合物，壓縮比比柴油機的低，由火花塞點燃。它們都要經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個行程，也稱一個工作循環(huán)。
在每個工作循環(huán)中，只有作功行程對外作功，其它三個行程都是輔助行程，但是，如果沒有這三個行程的輔助，作功行程就失去了對外作功的條件，所以就必須在曲軸上安裝一種能貯藏能量的機件--飛輪，使它能在燃氣作功時吸收能量，動力降低和其它三個行程需要能量時提供能量，保證內(nèi)燃機工作平穩(wěn)。在每個作功行程中，燃料混合氣在燃燒室內(nèi)通過點火方式或壓燃方式進行燃燒時，活塞位于上止點附近，燃氣燃燒過程相當于查理定律，氣體發(fā)生等容變化，氣體的溫度急劇升高，壓強增大，推動活塞作功。活塞受到燃氣的作用力向下止點移動，燃氣按氣體的性質(zhì)變化，氣體體積增大，溫度降低，同時壓強減小，燃氣對活塞作功的能量降低。就以上兩方面對燃氣作功進行分析飛輪是往復式內(nèi)燃機中必不可少的機件，它所具有的不可改變的慣性特性，在作功行程中燃氣按氣體的性質(zhì)變化作功時起破壞作用，活塞在上止點附近燃氣壓力最大時，飛輪吸收能量，燃氣壓力隨體積增大而減小時，飛輪提供能量，燃氣只是瞬間做了有用功，造成大部分燃氣熱能不能有效利用，白白損失掉。由此可以看出往復式內(nèi)燃機熱能的利用率對它的效率起很大影響。
在上述內(nèi)燃機中，燃燒室容積和氣缸總?cè)莘e是固定不變的，柴油機在怠速空轉(zhuǎn)時，沒有其它負荷，主要阻力就是壓縮吸入的大量空氣，壓縮空氣時，要消耗機械能造成燃油的浪費。汽油機吸入的是燃油和空氣的混合物，采用量調(diào)節(jié)方式，怠速時，由于進入氣缸的燃料混合物很少，壓縮比非常低，必須供給較濃的可燃混合氣，所以，也造成燃油的浪費。
在往復式內(nèi)燃機中，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，活塞在氣缸內(nèi)向相反方向運行四次，只能做一次功，要想得到大功率的輸出，就必須增加每一次功的油耗量，使它的轉(zhuǎn)速提高，增加單位時間內(nèi)的作功次數(shù)。由此可見往復式內(nèi)燃機在提高功率的同時，也增加了活塞連桿機構(gòu)的慣性力和摩擦次數(shù)，在往復運動中增加了功的消耗。
在提升功率方面，關鍵在于提高空氣的消耗量。而在往復式內(nèi)燃機中，是靠活塞向下運動，氣缸容積增大，壓強減小，活塞將空氣或可燃混合氣吸入氣缸，在內(nèi)燃機高速運轉(zhuǎn)時，進氣門和排氣門開啟的時間都非常短，不利于氣體的進入和排出，使得進氣不充足，排氣不完全，這與提高升功率的關鍵所在形成矛盾。從而可知，上述內(nèi)燃機在大功率輸出方面，存在一定問題。
往復式內(nèi)燃機的噪音問題，主要由于燃料混合物在燃燒室內(nèi)燃燒時，燃燒速度快，時間非常短，高溫、高壓燃氣沖擊氣缸壁，發(fā)出噪音。為保證排氣行程順利排氣，當排氣門提前打開時，燃氣與空氣的壓力差較大，燃氣沖擊排氣管，發(fā)出噪音。
按以上所述可知，往復式內(nèi)燃機因機械機構(gòu)本性所致固有缺點，難以解決效率低、功率小、噪音大的問題。
本發(fā)明的目的是提供一種效率高、功率大、噪音小的具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機。
本發(fā)明是一種利用燃油與空氣混合物在氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的壓力推動葉片，葉片帶動葉輪順時針方向旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)化成機械能的一種機器，將單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置和等壓裝置合為一體，以達到上述之目的。
機體為優(yōu)質(zhì)金屬鑄件，在內(nèi)部可直接車削出氣缸壁，氣缸壁和機體為一體，稱為缸體。缸體由左半缸和右半缸兩部分組合而成，缸體的上部兩個半缸中間設兩個燃燒室，在左半缸上部氣缸壁上設兩個氣道，分別與兩個燃燒室相通，空氣由此氣道被葉片壓入燃燒室，稱為壓氣道。在右半缸上部的氣缸壁上也設兩個氣道，分別與兩個燃燒室相通，燃氣由此氣道噴出推動葉片作功，稱為噴氣道。在左半缸下部氣缸壁上設一個進氣口，空氣由此進氣口被吸入氣缸，在右半缸下部氣缸壁上設一個排氣口，廢氣由此排氣口被排出氣缸。在缸體內(nèi)部，缸壁上、下的距離與葉輪的直徑相等，缸壁左、右兩邊的距離比葉輪直徑要大，在葉輪兩側(cè)形成一定空間，稱為氣缸。氣缸的寬度等于葉片的寬度。葉輪上裝有兩個葉片，葉輪轉(zhuǎn)動時，葉片沿氣缸壁滑動并根據(jù)葉輪與氣缸壁之間距離的大小改變?nèi)~片面積，當葉輪與氣缸壁之間距離變大時，由葉片與葉輪中間所設的彈簧將葉片推出，葉片面積增大，葉輪與氣缸壁之間距離變小時，葉片壓縮彈簧，葉片面積減少。當葉片在缸壁上、下距離與葉輪直徑相等的位置時，葉片全部進入葉輪內(nèi)，相當于葉輪上沒有葉片。當其中一個葉片在左半缸氣缸內(nèi)將空氣壓入燃燒室和將新的空氣吸入缸內(nèi)的同時，另一個葉片正在右半缸氣缸內(nèi)被燃氣推動作功和起將廢氣排出氣缸的作用。在兩個燃燒室的壓氣道和噴氣道中，分別設一根壓氣道軸和一根噴氣道軸，每根氣道軸上都有兩個氣道口，對錯一定角度，由設在機軸上的端面凸輪通過滾子從動桿分別控制兩根氣道軸，氣道軸轉(zhuǎn)動一定角度，起開、關燃燒室氣道的作用，當其中一個燃燒室的壓氣道為開進行壓氣時、噴氣道關閉，另一個燃燒室的噴氣道為開進行噴氣，壓氣道關閉。兩個燃燒室中的氣道交替開、關與兩個葉片相互對應，交替作功，構(gòu)成葉輪在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動一周，能夠兩次完成進氣、壓縮、作功、排氣四種行程，稱為單缸雙功機構(gòu)。
設在缸體上部的兩個燃燒室為容積可調(diào)式燃燒室，容積的大小由燃燒室上端的活塞上、下移動來調(diào)解。活塞上部為油缸部分，油缸部分又分主油缸和付油缸，主油缸油量由油泵分配器控制，油缸內(nèi)油量多，燃燒室容積小，油缸內(nèi)油量少，燃燒室容積大。付油缸中的活塞桿與活塞連接，和活塞一起上下移動，由液壓系統(tǒng)控制設在左半缸氣缸壁上的氣量調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)整葉片壓入燃燒室的空氣量，使空氣的壓縮比保持不變。燃燒室內(nèi)空氣量多時，燃氣在氣缸內(nèi)作功時間長，燃燒室內(nèi)空氣量少時，燃氣在氣缸內(nèi)的作功時間短。這種可以根據(jù)所需功率的大小，能夠調(diào)節(jié)燃氣量多少的裝置，稱為排量可調(diào)裝置。
本發(fā)明燃油供給系統(tǒng)有兩個，主供油系統(tǒng)和付供油系統(tǒng)。主供油系統(tǒng)中有兩個壓力噴油器和兩個機械油泵。兩個壓力噴油器分別裝在兩個燃燒室上，兩個機械油泵裝在機軸旁邊，由機軸上的兩個凸輪控制供油時間。付供油系統(tǒng)中有兩個電磁噴油器、一個電動燃油泵、一個燃油壓力調(diào)節(jié)器和一個噴油時間控制器。兩個電磁噴油器裝在作功行程開始處各自燃燒室噴氣道附近的缸壁上，電源與噴油時間控制器相通，油路通過燃油壓力調(diào)節(jié)器與電動燃油泵相通。當葉片將空氣按一定的壓縮比壓入燃燒室時(壓縮比由設計確定)，空氣的壓力和溫度都升高，超過燃油的燃點，機械油泵通過壓力噴油器將一部分燃油噴入燃燒室(這部分燃油是燃燒室的空氣量與燃油量按標準混合比燃燒時，所需燃油量的一小部分，由設計確定)，燃油遇高溫氣體，自燃放熱、燃氣壓強增大。此時，葉片轉(zhuǎn)過燃燒室噴氣道，進入右半缸氣缸內(nèi)，噴氣道打開，燃氣由噴氣道噴出推動葉片作功，在燃氣按氣體的性質(zhì)變化，體積增大，壓強減小的同時，葉片面積增大，使燃氣的壓力基本不變。當葉片移動到面積不能再大的位置時，電磁噴油器按一定的壓力和時間陸續(xù)向氣缸內(nèi)噴射燃油，與噴氣道噴出的燃氣在缸內(nèi)充分混合燃燒，放出新的熱能，為燃氣按蓋·呂薩克定律、氣體等壓膨脹作功時，提供溫度。電磁噴油器的噴油量，也就是燃燒室內(nèi)空氣量與燃油按標準混合比燃燒所需燃油量減去主噴油器的噴油量，噴油壓力由燃油壓力調(diào)節(jié)器通過液壓系統(tǒng)根據(jù)燃燒室的空氣量控制，噴油時間的長短由噴油時間控制器通過液壓系統(tǒng)根據(jù)燃燒室的空氣量控制(噴油壓力和時間按葉片移動到面積不能再大的位置時燃氣體積與壓強、等壓變化的變化規(guī)律，由設計確定)。這種能夠控制氣缸內(nèi)燃氣壓力長時間都相等的裝置，稱為等壓裝置。
由于本發(fā)明采用了單缸雙功機構(gòu)，能使內(nèi)燃機的體積小而功率大，采用葉輪旋轉(zhuǎn)和排量可調(diào)裝置，能保證在低速下對大功率的需求，消除和減少了現(xiàn)有內(nèi)燃機機構(gòu)中存在的慣性力和機械摩擦對功的消耗。利用等壓裝置，將現(xiàn)有內(nèi)燃機燃氣做功一次性供油改為雙噴油器陸續(xù)供油，使燃氣能長時間保持在低壓等壓作功狀態(tài)。采用大力臂，提高本發(fā)明對低壓燃氣熱能的利用率，降低燃料損失，達到提高效率的目的，也解決了現(xiàn)有內(nèi)燃機中一次性供油燃氣燃燒速度快，壓強高，出現(xiàn)的爆震和噪音問題。本發(fā)明采用壓燃式點火方式對燃料沒有一定要求，可應用汽油、煤油、柴油多種油料，于是可使石油提煉大為簡化。
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的機構(gòu)及裝置做進一步說明。


圖1是本發(fā)明機械機構(gòu)基本視圖。
圖2是圖1所示右半缸缸體斜視圖。
圖3是圖1所示葉片及葉輪斜視半剖面圖。
圖4是圖1所示葉片處形斜視及構(gòu)造圖。
圖5是圖1所示氣缸內(nèi)，壓氣道和噴氣道及付噴油器仰視圖。
圖6是圖1所示氣道軸半剖視圖。
圖7是圖1所示氣量調(diào)節(jié)閥工作示意圖。
圖8是圖1所示單一燃燒室及油缸部分構(gòu)造橫剖視圖。
圖9是本發(fā)明燃油及空氣供給控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖10是往復式內(nèi)燃機與本發(fā)明中，燃氣作功時壓力、力臂、力矩大小的示意圖。
圖11是往復式內(nèi)燃機與本發(fā)明的示功圖。
圖12是往復式內(nèi)燃機與本發(fā)明中，曲軸與葉輪各轉(zhuǎn)動兩周720°內(nèi)，燃氣做功次數(shù)及所做有用功時間示意圖。
參照附圖，圖1是本發(fā)明機械機構(gòu)基本視圖，圖(2-6)是圖1中的部分部件圖，而在圖1中有些名稱無法使用標記，為表達具體，現(xiàn)將圖(1-6)一并說明缸體1上部左半缸和右半缸兩部分中間，設有兩個燃燒室4，在左半缸上部氣缸壁上設兩個氣道，分別與兩個燃燒室4相通，空氣由此氣道被葉輪2上的葉片3壓入燃燒室，稱為壓氣道34，在右半缸上部氣缸壁上也設兩個氣道，分別與兩個燃燒室4相通，燃氣由此氣道噴出推動葉片3作功，稱為噴氣道35。在左半缸下部氣缸壁上設一個進氣口29，空氣由此進氣口被吸入氣缸14，在右半缸下部氣缸壁上設一個排氣口30，廢氣由此排氣口被排出氣缸14。葉輪2上裝有兩個葉片3，葉輪轉(zhuǎn)動時，葉片沿氣缸壁滑動，當葉片3在葉輪2上的位置與氣缸壁之間的距離變大時，由葉片3與葉輪2中間所設的彈簧28將葉片推出，葉片面積增大，在距離變小時，葉片壓縮彈簧，葉片面積減小。當葉片3在葉輪2上下位置、壓氣道34與噴氣道35中間位置或進氣口29與排氣口30中間位置時，葉片全部進入葉輪內(nèi)。在兩個燃燒室4的壓氣道34和噴氣道35中，分別設一根壓氣道軸10和一根噴氣道軸11，壓氣道軸10中有兩個氣道口36，對錯一定角度與兩個壓氣道34相對應。噴氣道軸11中有兩個噴氣道口36對錯一定角度與兩個噴氣道35相對應，由設在機軸27上的端面凸輪26通過滾子從動桿17分別控制兩根氣道軸，滾子從動桿17上下移動，使氣道軸轉(zhuǎn)動一定角度起開關燃燒室氣道的作用。當葉片3A在左半缸將氣缸內(nèi)的空氣壓入燃燒室4A和將新的空氣吸入缸內(nèi)的同時，葉片3B正在右半缸氣缸內(nèi)被燃氣推動作功和起將廢氣排出缸內(nèi)的作用，此時，燃燒室4A的壓氣道34A開，噴氣道35A關，燃燒室4B的壓氣道34B關，噴氣道35B開。當葉片3A將氣缸內(nèi)的空氣全部壓入燃燒室4A的同時，壓氣道軸10轉(zhuǎn)動，壓氣道34A關閉，壓氣道34B開。葉輪2繼續(xù)轉(zhuǎn)動，葉片3A經(jīng)過噴氣道35進入右半缸氣缸內(nèi)，噴氣道軸11轉(zhuǎn)動，噴氣道35B關閉，噴氣道35A開，葉片3B經(jīng)過排氣口30和進氣口29進入左半缸氣缸內(nèi)。兩個燃燒室中的氣道交替開關，與兩個葉片相互對應，能夠連續(xù)完成上述動作。在缸體1兩側(cè)底部設有回油道32缸體內(nèi)潤滑油由此道流回油底殼。在圖4中，葉片3由葉片架60、滑板61、62、63、銷件64、彈性片65、彈性環(huán)66、彈性架67組成，每塊滑板都由兩部分組成，合在一起中間裝有彈性環(huán)66或彈性片65通過銷件64使滑板有一種向兩側(cè)的力緊貼在氣缸壁上?；鍍刹糠种g留有一定間隙，能保證滑板受熱后有膨脹的余地，在滑板61、滑板62的底部和滑板63內(nèi)部裝有彈性架67，使滑板與葉片架60之間有一種斥力，能使氣缸壁不同角度時各滑板上邊都與氣缸壁接觸。在葉片3中，外層為滑板61，第三層為滑板62，中間部分為滑板63由多層組成，相鄰兩個滑板的間隙開口要錯開。在滑板61的背面有拉片68，拉片68穿過滑板62中的孔道69插入葉片架60的槽孔70中，銷件64穿過彈性片65從葉片架小孔71插入，再穿過拉片68上的長形孔72，銷住滑板61和滑板62。銷件64的外邊與滑板63內(nèi)的槽口73相對應。組成葉片3。參照附圖，在缸體1內(nèi)壁上下位置，壓氣道34和噴氣道35之間，排氣口30和進氣口29之間，葉輪兩側(cè)邊緣附近及葉片與葉輪接觸面葉輪邊緣附近，每根氣道軸上的兩個氣道口36附近，都設有氣環(huán)33，在氣環(huán)的背面，不同的相應位置，都有不同的彈性部件支撐，保證氣環(huán)33的密封作用。
圖7是圖1所示氣量調(diào)節(jié)閥工作示意圖，在左半缸缸壁上下位置裝有兩個轉(zhuǎn)盤47，兩個轉(zhuǎn)盤各有一個氣孔48，分別與氣缸壁上的弧形氣道49和付氣道50相對應。兩個轉(zhuǎn)盤47的力壁連在一起，力作用在(開)的方向時，兩個轉(zhuǎn)盤都轉(zhuǎn)動，弧形主氣道49與相對應轉(zhuǎn)盤上的氣孔48相通，轉(zhuǎn)盤47再轉(zhuǎn)動，付氣道50與相對轉(zhuǎn)盤上的氣孔48也相通，兩個氣量調(diào)節(jié)閥16都被打開。用力在(關)的方向時，兩個轉(zhuǎn)盤向相反方向轉(zhuǎn)動，氣量調(diào)節(jié)閥16的開度減小，直至半閉。轉(zhuǎn)盤47的力臂與液壓閥19a相連。
圖8是圖1所示單一燃燒室及油缸部分構(gòu)造橫剖視圖，在缸體1上部兩半缸中間裝有缸套9，缸套內(nèi)有活塞5，活塞下部為燃燒室4，活塞上部為主油缸6，主油缸上面由缸蓋31封閉，缸蓋上部設有小型付油缸8，付油缸內(nèi)的活塞桿7與活塞5相連，主軸缸6內(nèi)的液壓油由缸蓋31上的油道37流進、流出。主油缸油量增加時，活塞5下行，燃燒室4變小。主油缸油量減少時，活塞上行，燃燒室變大。在燃燒室4容積變大時，活塞桿7上行，壓縮付油缸8內(nèi)的液壓油，通過付油缸上部的液壓油分配閥18控制液壓閥19a，使氣量調(diào)節(jié)閥16開度減小，被壓入燃燒室4中的空氣量增多。在燃燒室4容積變小時，活塞桿7下行，液壓油分配閥18內(nèi)的液壓油被吸回付油缸8，氣量調(diào)節(jié)閥16開度增大，氣缸內(nèi)的空氣被壓縮時，部分從氣量調(diào)節(jié)閥16中被壓出，壓入燃燒室4的空氣量相應減少。保證燃燒室4內(nèi)的空氣壓縮比不變。
參照圖1部分從氣量調(diào)節(jié)閥16中被壓出的空氣，經(jīng)氣量調(diào)節(jié)氣道21流回進氣口29。在燃燒室4容積小時，相當于本發(fā)明的排量減小，燃氣做功時在右半缸的下部的氣缸內(nèi)有可能產(chǎn)生負壓(低于大氣壓)，空氣或廢氣可由負壓氣道22經(jīng)過負壓閥23進入氣缸，減少負壓對功的消耗。在燃燒室4左側(cè)缸體上裝有壓力噴油器15，由設在機軸27旁的機械油泵20提供燃油。在右半缸上部氣缸壁上噴氣道35附近裝有電磁噴油器12，由電動燃油泵13提供燃油。主油缸6內(nèi)的液壓油由設在機軸旁的液壓油泵25和分配器24提供。
圖9是本發(fā)明燃油及空氣供給控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，機軸27上裝有大小機同的、位置對錯180°的兩個平面盤形凸輪39，分別控制兩個液壓油泵25，液壓油泵與分配器24合作，共同控制主油缸6的油量，分配器24中的滑閥38在(小)的位置時，液壓油箱40內(nèi)的液壓油被液壓油泵25吸入并壓入主油缸6，燃燒室容積減小。滑閥38在(大)的位置時，主油缸6內(nèi)的液壓油被燃氣壓回液壓油箱40，燃燒室容積增大。滑閥38在(定)的位置時，主油缸6內(nèi)的液壓油不能增加或減少，燃燒室容積不變。兩個平面盤形凸輪39還分別控制兩個機械油泵20，兩個機械油泵將燃油分別分配給兩個壓力噴油器15。電磁噴油器12的噴油時間分別由裝在機軸27上的噴油時間控制器41控制。噴油時間控制器41上的三角形滑片42與機軸27絕緣，與電源45相通，電磁噴油器12上的兩個導線觸點43對錯180°，三角形滑片42轉(zhuǎn)動時，兩個導線觸點43交替與滑片42接觸，交替控制兩個電磁噴油器12的噴油時間。在燃燒室增大時，付油缸8內(nèi)的液壓油通過液壓油分配閥18控制液壓閥19a，使氣量調(diào)節(jié)閥16開度減小，進入燃燒室的空氣量增多，又通過液壓油分配閥18控制液壓閥19b使油量調(diào)節(jié)架44移動，機械油泵20油量增加，裝在油量調(diào)節(jié)架44上的兩個導線觸點43一起移動，電磁噴油器12噴油時間延長。通過液壓油分配閥18還能使燃油壓力調(diào)節(jié)器46壓力增大，電磁噴油器12噴入氣缸內(nèi)的油量增加。當燃室容積減小時，液壓油分配閥18內(nèi)的液壓油被吸回付油缸8，使壓入燃燒室內(nèi)的空氣量減少、機械油泵20的供油量減少、電磁油器12的噴油時間縮短、燃油壓力調(diào)節(jié)器46壓力減小、電磁噴油器12噴入氣缸內(nèi)的油量減少。
參照附圖，圖10a是往復式內(nèi)燃機燃氣作功時壓力、力臂、力矩大小示意圖。當曲柄角度約15°在OA位置時，燃氣對活塞的壓力F最大，而它通過連桿作用在曲柄上的力臂L非常小，當活塞下移距離為d時，壓力為F1，力臂為L1，活塞再下移距離為d時，壓力為F2，力臂L2最大。當燃氣體積增大，壓力F1和F2減小時，力臂L2增長的距離(L2-L1)小于力臂L1增長的距離(L1-L)。由此可見，各壓力點的力臂不隨燃氣壓力的降低而增長，各壓力點的力矩F·L＞F1·L1＞F2·L2。由圖還可看出，在力臂增長的同時，連桿移動的方向與活塞力的方向存在的夾角增大，使連桿方向的作用力減小。分析可知，在整個作功行程中，燃氣壓力最大、力臂最小時，扭矩最大，而時間非常短。圖10b是本發(fā)明燃氣做功時，壓力、力臂、力矩大小示意圖。在本發(fā)明中，為了更好的提高低壓燃氣的利用率，采用大力臂，低壓強的作功方式，按照燃燒室空氣量與燃油的標準混合比燃燒所需燃油量的一小部分由壓力噴油器噴入燃燒室，燃氣產(chǎn)生一定壓強，推動葉片作功，當葉片由OO′位置移動到OA′的位置時，燃氣的體積增大，壓強再次降低，但葉片的面積增大，使燃氣的壓力F和F′基本不變。此時，根據(jù)燃氣體積和壓強等壓變化時的變化規(guī)律及所需油量，由電磁噴油器按適當?shù)膲毫蜁r間將另一部分燃油陸續(xù)噴入氣缸，為葉片由OA′位置移動到OA″位置，燃氣作等壓變化時提供溫度。使燃氣在較低的壓強下對葉片的壓力長時間不變，各壓力點的壓力2P·S=P·2S。力矩F·L=F′·L′=F″·L″。分析可知，在整個作功過程中，力臂大，壓強低，扭矩能長時間不變。
圖11a是往復式內(nèi)燃機示功圖，圖11b是本發(fā)明示功圖，A點至B點為壓縮行程各位置的氣體壓力，B點至C點為上止點附近燃氣燃燒時的燃氣壓力，C點至E點是作功行程各位置的燃氣壓力。(僅供參考)圖12a是往復式內(nèi)燃機中曲軸轉(zhuǎn)動兩周720°內(nèi)，燃氣作功次數(shù)及作有用功時間示意圖。在往復式內(nèi)燃機中曲軸轉(zhuǎn)動兩周720°，能完成吸氣、壓縮、作功、排氣四個行程，只有一個作功行程。而在這個作功行程中，隨曲軸的轉(zhuǎn)動扭矩越來越小。由于飛輪所固有的特性，在扭矩大時吸收能量，在扭矩小時提供能量，所以，燃氣所作的有用功是在扭矩最大時，時間t非常短。圖12b是本發(fā)明中葉輪轉(zhuǎn)動兩周720°內(nèi)，燃氣作功次數(shù)及作有用功時間示意圖，在本發(fā)明中，葉輪轉(zhuǎn)動兩周720°，能四次完成吸氣、壓縮、作功、排氣四個行程。每個180°內(nèi)都有一個作功行程，在本發(fā)明中葉輪也具有慣性特性，扭矩最大時吸收能量，扭矩小時提供能量，而本發(fā)明采用了等壓作功方式，扭矩能長時間保持不變，所以，燃氣所做有用功時間是t+t+t+t，次數(shù)多且時間長。
在本發(fā)明中，葉輪的直徑，葉片的最大面積，燃燒室的最大和最小容積及主、付噴油器的噴油量、最高轉(zhuǎn)速、空氣壓縮比都由設計確定，潤滑油可通過機軸內(nèi)和缸體內(nèi)所設的油道與機件相通，達到潤滑和散熱的目的。油泵、水泵、噴油器等與現(xiàn)有往復式內(nèi)燃機相同的部件，此處省略說明，請諒解。
權(quán)利要求
1．具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機的單缸雙功機構(gòu)。其特征在于，氣缸壁的上、下距離和氣缸內(nèi)部的葉輪(2)直徑相等，左、右的距離比葉輪(2)的直徑要大，在葉輪兩側(cè)形成氣缸(14)，在左半缸上部氣缸壁上設兩個壓氣道(34)與缸體(1)上部的兩個燃燒室(4)相通，下部設一個進氣口(29)；右半缸上部氣缸壁上設兩個噴氣道(35)也與兩個燃燒室(4)相通，下部設一個排氣口(30)；在兩個壓氣道(34)和兩個噴氣道(35)中分別設一根壓氣道軸(10)和一根噴氣道軸(11)，由設在機軸(27)上的端面凸輪(26)通過滾子從動桿(17)分別控制，轉(zhuǎn)動一定角度起開、關燃燒室氣道的作用；葉輪(2)上的兩個葉片(3)可根據(jù)在葉輪上的位置與氣缸壁之間的距離的大小改變面積，距離變大時，由葉輪(2)與葉片(3)中間的彈簧(28)將葉片推出，距離變小時，葉片壓縮彈簧；當其中一個葉片(3)在左半缸將空氣壓入燃燒室(4)并將新的空氣吸入氣缸時，另一個葉片正在右半缸被另一個燃燒室(4)的燃氣從噴氣道(35)噴出推動作功，兩個燃燒室的氣道交替開、并與兩個葉片(3)相互對應，在葉輪(2)轉(zhuǎn)動一周時，能兩次完成吸氣、壓縮、作功、排氣四個行程。
2．如權(quán)利要求1所述的具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機的單缸雙功機構(gòu)。其特征在于，葉片(3)由銷件(64)將外層滑板(61)、第二層滑板(62)和中間部分滑板(63)銷在葉片架(60)上，內(nèi)部由彈性片(65)、彈性環(huán)(66)和彈性架(67)起支撐作用。
3．具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機的排量可調(diào)裝置。其特征在于，液壓油泵(25)由機軸(27)上的凸輪(39)控制、與液壓油分配器(24)合作，共同控制主油缸(6)內(nèi)的油量，使活塞(5)和付油缸(8)內(nèi)的活塞桿(7)上下移動，燃燒室(4)容積大小變化；并通過液壓油分配閥(18)控制液壓閥(19a)，使氣量調(diào)節(jié)閥(16)的轉(zhuǎn)盤(47)轉(zhuǎn)動，壓入燃燒室(4)的空氣量發(fā)生變化，燃氣在氣缸內(nèi)的作功時間長短發(fā)生變化。
4．具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機的等壓裝置。其特征在于，在氣缸壁上裝有電磁噴油器(12)，它由燃油壓力調(diào)節(jié)器(46)和噴油時間控制器(41)根據(jù)燃燒室(4)的空氣量、通過付油缸(8)內(nèi)的活塞桿(7)和液壓分配閥(18)控制燃油壓力調(diào)節(jié)器(46)的壓力確定供油壓力；并通過液壓閥(19b)和油量調(diào)節(jié)架(44)控制電磁噴油器(12)的兩個導線觸點(43)在噴油時間控制器(41)上與三角形滑片(42)的接觸時間、確定供油時間，將燃油陸續(xù)噴入氣缸、與從噴氣道噴出的燃氣混合燃燒、放出新的熱能，使燃氣在氣缸內(nèi)保持長時間低壓、等壓作功狀態(tài)。
5．具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機提升功率的方法。其特征在于，利用單缸雙功機構(gòu)，使葉輪在氣缸內(nèi)運轉(zhuǎn)一周能兩次作功，在進氣口無任何阻力、進氣充足；利用排量可調(diào)裝置，使燃燒室容積大、空氣消耗量多。
6．具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機提高效率的方法。其特征在于，利用單缸雙功機構(gòu)，沒有往復運動慣性力對功的消耗；利用排量可調(diào)裝置，能在較低的轉(zhuǎn)速下滿足對功的需求，減少摩擦次數(shù)以減少對功的消耗，在怠速空轉(zhuǎn)時又能節(jié)約燃料；利用等壓裝置，使燃氣能在低壓、等壓狀態(tài)下長時間作功，減少低壓燃氣的熱能損失。
7．具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機降低噪音的方法。其特征在于，利用雙噴油器、陸續(xù)供油的方式，使燃氣燃燒速度慢、時間長、燃氣壓強低；利用大容積氣缸，可使廢氣與空氣的壓力差較小。
8．將具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機中所述的單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置，這三種機構(gòu)或裝置的一種、兩種、三種機構(gòu)或裝置用于內(nèi)燃機中。
全文摘要
本發(fā)明是一種具有單缸雙功機構(gòu)、排量可調(diào)裝置及等壓裝置的葉輪內(nèi)燃機。利用單缸雙功機構(gòu)使雙葉片葉輪在氣缸內(nèi)運轉(zhuǎn)一周能兩次完成吸氣、壓縮、做功、排氣四個行程;利用排量可調(diào)裝置在燃燒室容積變化而空氣壓縮比保持不變的情況下,使燃氣在氣缸內(nèi)的做功時間長短發(fā)生變化;利用等壓裝置,根據(jù)燃燒室的空氣量及燃氣在氣缸內(nèi)的壓強由副噴油器將燃油陸續(xù)噴入氣缸,使燃氣在低壓、等壓狀態(tài)下能夠長時間做功。該發(fā)明能夠達到輸出功率大、效率高、噪音低的目的。
文檔編號F02B75/00GK1204721SQ98100580
公開日1999年1月13日 申請日期1998年3月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月2日
發(fā)明者吳煥才 申請人:吳煥才