一種電動汽車增程式轉子發動機的制作方法
【專利摘要】本發明屬于發動機研究領域的一種電動汽車增程式轉子發動機，所述發動機包括外端定子、內端轉子、冷卻液系統和潤滑系統；所述外端定子上設有高壓空氣室、高壓燃氣室、冷卻液室、潤滑液進口和潤滑液出口，所述內端轉子設有至少兩個對稱的盲腔，盲腔內部設有燃燒室和排氣室；燃燒室和排氣室之間設有排氣機構，使燃燒室形成封閉的燃燒空間，高壓空氣室和高壓燃氣室的壓力比等于燃氣和空氣的配氣比，所述內端轉子的中心通過花鍵與中心軸連接，對外輸出功率，中心軸通過軸承與外端定1連接；通過對轉子發動機結構的改進，可使用的燃料為甲烷或一氧化碳等可再生能源作為燃料，減輕現在動力源對傳統能源的依賴，進一步提升電動汽車的動力性能和經濟性。
【專利說明】
一種電動汽車増程式轉子發動機
技術領域
[0001]本發明屬于發動機領域，具體涉及一種利用可燃混合氣在轉子盲腔內燃燒膨脹推動轉子運轉，實現化學能轉化為機械能對外做功的電動汽車增程式轉子發動機。
【背景技術】
[0002]目前，汽車發動機通常采用往復式發動機，往復式發動機在工作時活塞在氣缸內做往復直線運動，而為了把活塞的直線運動轉化為旋轉運動，通常在活塞的下側設置曲柄連桿機構，從而使得傳統的往復式活塞發動機系統的附件非常多，配氣、排氣機構復雜，不夠緊湊，且體積和重量也均較大，且燃料為日益匱乏的汽油、柴油，同時受卡諾熱循環和自身機構形式等影響，柴油機效率一般為百分之二十幾，汽油機則更低，對環境污染比較嚴重。目前各界正在尋找替代內燃機的動力源裝置，并向電動汽車方向積極發展，而現在的很多電動汽車增程式轉子發動機為柱塞栗式或偏心輪式的，他們的本質還是利用壓縮式的燃燒方法，還是有一套復雜的配氣及排氣機構，結構甚至比傳統的往復活塞式發動機結構更復雜，實現困難，而且現有轉子發動機燃燒室的形狀不太有利于完全燃燒，火焰傳播路徑較大，使得燃油和機油的消耗增加，效率低。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對上述問題提供一種電動汽車增程式轉子發動機，通過對轉子發動機結構的改進，可使用的燃料為甲烷或一氧化碳等可再生能源作為燃料，減輕現在動力源對傳統能源的依賴，進一步提升電動汽車的動力性能和經濟性。
[0004]本發明的技術方案是:一種電動汽車增程式轉子發動機，包括外端定子和內端轉子;所述外端定子包括對稱的兩個半圓環，兩個半圓環通過螺栓連接成一個封閉的圓環，兩個半圓環上均設有高壓空氣室和高壓燃氣室，高壓空氣室通過空氣輸氣管與氣栗連接，高壓燃氣室通過燃氣輸氣管與燃氣罐連接；
[0005]所述內端轉子設有至少兩個對稱的盲腔，盲腔最里面為半球形向外為逐漸變窄的流線型、且在排氣口處最窄，盲腔內部設有燃燒室和排氣室;燃燒室和排氣室之間設有排氣機構;所述燃燒室頂部設有兩個進氣口，所述高壓空氣室和高壓燃氣室分別設有與進氣口相接的出氣口 ；兩個進氣口之間設有火花塞，進氣口下方設有點火裝置；
[0006]所述內端轉子的中心通過花鍵與中心軸連接，中心軸通過軸承與外端定子連接。
[0007]上述方案中，所述排氣機構包括排氣門、回位彈簧鉸鏈和支撐座；
[0008]所述回位彈簧鉸鏈的一端安裝在排氣門對稱中線下方處，另一端安裝在支撐座的一端，支撐座的另一端固定在盲腔內壁。
[0009]上述方案中，所述排氣室末尾的排氣口處安裝氧傳感器。
[0010]上述方案中，還包括冷卻液系統；所述冷卻液系統包括呈環形的冷卻液室和冷卻液栗;冷卻液室設在外端定子上、且位于高壓空氣室和高壓燃氣室的內環，冷卻液室上設有相對布置的冷卻液進口和冷卻液出口 ；冷卻液進口與冷卻液出口分別通過管道與冷卻液栗連接。
[0011]上述方案中，所述外端定子內側的軌道和內端轉子上的燃燒室分別由隔熱材料制成。
[0012]上述方案中，還包括潤滑系統;所述潤滑系統包括兩個潤滑液進液口、潤滑液出液口和潤滑液栗;潤滑液進液口和潤滑液出液口均設在外端定子上，兩個潤滑液進液口設在外端定子縱向的兩邊，滑液進液口和潤滑液出液口呈橫向180度布置，環形外端定子的內側為圓形軌道，內端轉子嵌在外端轉子的圓形軌道內，外端定子和內端轉子之間的間隙為潤滑間隙，所述潤滑間隙與滑液進液口和潤滑液出液口相通，滑液進液口與潤滑液栗連接，潤滑液出液口與油箱連接。
[0013]上述方案中，高壓空氣室和高壓燃氣室的壓力比等于燃氣和空氣的配氣比。
[0014]上述方案中，所述點火裝置為繼電器。
[0015]上述方案中，所述斷電器沿內端轉子旋轉方向在進氣口下方15度的位置。
[0016]上述方案中，高壓燃氣室與燃氣罐之間連接的燃氣輸氣管上設有減壓閥。
[0017]本發明的優點是:
[0018]1、本發明的轉子式發動機結構緊湊，原理簡單，燃燒室對稱布置，整個旋轉部分為旋轉對稱，滿足動平衡與靜平衡，運行更加平穩可靠。
[0019]2、本發明轉子發動機做功方向與轉子運動方向一致，不需要像傳統活塞式發動機那樣，將活塞的直線往復運動通過曲軸連桿機構轉化為循環旋轉運動，從而運行平穩，噪聲小，機械損失更少。
[0020]3、本發明燃燒室為半球形燃燒室，結構緊湊，火花塞布置在燃燒室球面上，火焰行程短，故燃燒速率高，散熱少，熱效率高;本發明中盲腔中部安裝排氣機構形成封閉的燃燒室，有利于完全燃燒，且由于回位彈簧鉸鏈是非對稱安裝在排氣門上，作用在排氣門上端的壓力與下端的壓力差大于回位彈簧的彈力時將自動打開排氣門，沒有因排氣附件帶來的能力損失。
[0021]4、空氣與氣體燃料進給靠外端定子出氣口與內端轉子的進氣口對接來保證，且空氣與氣體燃料的配氣比等于高壓空氣室和高壓燃氣室的室壓力比，實現配氣簡便準確。
[0022]5、本發明發動機每旋轉一周兩個燃燒室分別做功兩次，發出的扭矩大，且大大減少了空行程的能量損耗。
[0023]6、燃燒室與外界冷卻系統接觸面積大，散熱容易。
[0024]7、離心式潤滑需要的潤滑油的壓力比較低，因油壓帶來的能量損失小，且潤滑更加充分。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明一實施方式的結構全剖示意圖；
[0026]圖2是本發明一實施方式的結構左剖面圖；
[0027]圖3為本發明一實施方式的俯視面結構示意圖；
[0028]圖4是本發明一實施方式的轉子發動機主視圖；
[0029]圖5是本發明一實施方式的定子出氣口與轉子進氣口對接時縱剖面圖；
[0030]圖6是本發明一實施方式的轉子在斷電器處縱剖面圖；[0031 ]圖7是本發明一實施方式的斷電器接合時縱剖面圖；
[0032]圖8是本發明一實施方式的燃燒室局部放大圖；
[0033]圖9是本發明一實施方式的排氣機構放大圖；
[0034]圖10是本發明一實施方式的潤滑液進口放大圖；
[0035]圖11是本發明一實施方式的潤滑液出口放大圖。
[0036]圖中:1、外端定子;2、排氣機構;3、排氣室;4、導流面;5、內端轉子;6、燃燒室;7、中心軸;8、螺栓孔;9、高壓空氣室；10、冷卻液室；11、高壓燃氣室；12、斷電器;14、空氣輸氣管；
15、氧傳感器；16、排氣口； 17、螺栓；18、火花塞；19、排氣門；20、回位彈簧鉸鏈;21、支撐座；22、潤滑液進液口； 23、進氣口； 24、出氣口； 25、潤滑液出液口； 26、軸承;27、燃氣輸氣管;28、潤滑間隙。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不限于此。
[0038]本發明公開一種電動汽車增程式轉子發動機，所述轉子發動機沒有活塞及曲柄連桿機構，圖1、2、3和4所示為本發明所述一種電動汽車增程式轉子發動機的一種實施方式，所述電動汽車增程式轉子發動機包括外端定子1、內端轉子5、冷卻液系統和潤滑系統。
[0039]所述外端定子I包括對稱的兩個半圓環，兩個半圓環的兩端分別設有螺栓孔8，兩個半圓環通過螺，17連接成一個封閉的圓環，作為整個機構的殼體并與外界固定件相連;兩個半圓環上均設有高壓空氣室9和高壓燃氣室11，高壓空氣室9通過空氣輸氣管14與氣栗連接，高壓燃氣室11通過燃氣輸氣管27與燃氣罐連接。所述內端轉子5設有至少兩個對稱的盲腔，盲腔可以開設4個甚至更多，盲腔最里面為半球形向外為逐漸變窄的流線型、且在排氣口處最窄，盲腔內部設有燃燒室6和排氣室3;燃燒室6位于盲腔內部半球形的位置，燃燒室6和排氣室3之間設有排氣機構2，使燃燒室6形成封閉的燃燒空間，有利于完全燃燒。如圖5所示，所述燃燒室6頂部設有兩個進氣口 23，所述高壓空氣室9和高壓燃氣室11分別設有與進氣口 23相接的出氣口 24，且出氣口 23具有使燃氣和空氣混合的導流作用；高壓空氣室9和高壓燃氣室11的壓力比等于燃氣和空氣的配氣比，當進氣口23開度和進氣時間相同的時候進氣量即為配氣比，實現配氣簡便準確。高壓燃氣室11與燃氣罐之間連接的燃氣輸氣管27上設有減壓閥，減壓閥用于調整燃氣罐的開度。兩個進氣口23之間設有火花塞18，半球形的燃燒室6結構緊湊，火花塞18布置在燃燒室6球面上，火焰行程短，具有燃燒速率高，散熱少、熱效率高的優點。沿內端轉子5旋轉方向在進氣口 23下方設有點火裝置，如圖6所示，所述點火裝置為結構簡單、價格便宜的繼電器12。所述斷電器12沿內端轉子5旋轉方向在進氣口 23下方15度的位置。這樣的位置設定可以形成一個點火延遲角，給空氣和燃氣一個充分混合的時間，從而達到充分燃燒的效果。
[0040]所述內端轉子5的中心通過花鍵與中心軸7連接，對外輸出功率，中心軸7通過軸承26與外端定子I連接。
[0041]如圖7和圖8所示，所述排氣機構2包括排氣門19、回位彈簧鉸鏈20和支撐座21;所述回位彈簧鉸鏈20的一端安裝在排氣門19對稱中線下方處，另一端安裝在支撐座21的一端，支撐座21的另一端固定在盲腔內壁。回位彈簧鉸鏈20安裝在支撐座21上，當燃燒室6內混合氣燃燒達到一定高壓的時候，由于回位彈簧鉸鏈20是非對稱安裝在排氣門19上，作用在排氣門19上端的壓力與下端的壓力差大于回位彈簧的彈力時將自動打開排氣門19，沒有因排氣附件帶來的能力損失。
[0042]所述排氣室3對排出的廢氣有導流作用，所述排氣室3末尾的排氣口16處安裝氧傳感器15，所述氧傳感器15可與汽車E⑶電連接，將檢測的氧氣信號傳送至IjE⑶中，ECT控制高壓空氣室9的空氣壓力。
[0043]所述冷卻液系統包括呈環形的冷卻液室10和冷卻液栗;冷卻液室10設在外端定子I上、且位于高壓空氣室9和高壓燃氣室11的內環，冷卻液室10上設有相對布置的冷卻液進口和冷卻液出口 ；冷卻液進口與冷卻液出口分別通過管道與冷卻液栗連接。
[0044]如圖10和圖11所示，所述潤滑系統包括兩個潤滑液進液口 22、潤滑液出液口 25和潤滑液栗;潤滑液進液口 22和潤滑液出液口 25均設在外端定子I上，兩個潤滑液進液口 22設在外端定子I縱向的兩邊，滑液進液口 22和潤滑液出液口 25呈橫向180度布置，環形外端定子I的內側為圓形軌道，內端轉子5嵌在外端轉子的圓形軌道內，外端定子I和內端轉子5之間的間隙為潤滑間隙28，所述潤滑間隙28與滑液進液口 22和潤滑液出液口 25相通，滑液進液口 22與潤滑液栗連接，潤滑液出液口 25與油箱連接。潤滑液從潤滑液進液口 22連續不斷的通入潤滑間隙28，并從外端定子的潤滑液進口(23)流出。
[0045]本發明的轉子發動機做功方向與轉子運動方向一致，不需要像傳統活塞式發動機那樣，將活塞的直線往復運動通過曲軸連桿機構轉化為循環旋轉運動，從而運行平穩，噪聲小，機械損失更少。轉子式發動機結構緊湊，原理簡單，燃燒室6對稱布置，整個旋轉部分為旋轉對稱，滿足動平衡與靜平衡，運行更加平穩可靠。
[0046]本發明工作過程:
[0047]與外端定子I相連的空氣輸氣管14和燃氣輸氣管27分別用于輸送高壓空氣和高壓可燃氣如甲烷和一氧化碳等，二者的氣壓比等于可燃混合氣的配氣比；在外端定子I的出氣口 24與內端轉子5的進氣口 23對接時，高壓可燃氣與高壓空氣分別進入燃燒室6形成可燃混合氣，內端轉子5轉過一定角度后，優選的為15度角；外端定子I與內端轉子5之間的斷電器12接合并迅速分離，斷電后火花塞18點火，燃燒室6內的可燃混合氣燃燒，燃燒室6內壓力溫度迅速上升；由于排氣門19上的回位彈簧鉸鏈20位于排氣門19中心對稱線的下方，作用在排氣門19上的上部分壓力大于下部分壓力，當壓力差大于回位彈簧鉸鏈20處回位彈簧的回位力時，排氣門19打開，在排氣室3導流作用下，從排氣口 16排出廢氣，并推動內端轉子5做功，內端轉子5通過中心軸7對外輸出功率;對于配有ECU的發動機，排氣口 16處氧傳感器15采集燃燒后廢氣中的氧氣信號發送給ECU，監測燃燒質量，如果尾氣中氧含量過高說明氧氣過量，可以通過發動機ECU去控制并調節高壓空氣室的空氣壓力來改變配氣比。本發明的轉子發動機做功方向與轉子運動方向一致，不需要像傳統活塞式發動機那樣，將活塞的直線往復運動通過曲軸連桿機構轉化為循環旋轉運動，從而運行平穩，噪聲小，機械損失更少；轉子式發動機結構緊湊，原理簡單，燃燒室6對稱布置，整個旋轉部分為旋轉對稱，滿足動平衡與靜平衡，運行更加平穩可靠;發動機每旋轉一周兩個燃燒室分別做功兩次，發出的扭矩大，且大大減少了空行程的能量損耗。
[0048]潤滑液連續的從外端定子I的潤滑液進液口 22通入到外端定子I與內端轉子5之間的潤滑間隙28中，由于內端轉子5高速旋轉，將潤滑液帶入整個內側軌道實現潤滑，由于離心力作用，潤滑液匯聚于軌道頂側，潤滑液由外端定子I的潤滑液出液口 25流出，完成潤滑液的循環，這種離心式潤滑形式潤滑更加充分，且需要的潤滑油的壓力比較低，因油壓帶來的能量損失小。
[0049]冷卻液系統中冷卻液進口和冷卻液出口相對布置于環形冷卻液腔上內，在冷卻液栗的作用下由冷卻液進口源源不斷的通入循環的冷卻液，燃燒室6超過一半的面積與冷卻系統接觸，散熱更加容易。對于小功率的轉子發動機，所述外端定子I內側的軌道和內端轉子5上的燃燒室6分別由如隔熱陶瓷、玻璃纖維、石棉、真空隔熱板等隔熱材料材料制成，可以不需要冷卻系統，可以進一步提高熱效率。
[0050]應當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
[0051]上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施例的具體說明，它們并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施例或變更均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種電動汽車增程式轉子發動機，其特征在于，包括外端定子(I)和內端轉子(5);所述外端定子(I)包括對稱的兩個半圓環，兩個半圓環通過螺栓連接成一個封閉的圓環，兩個半圓環上均設有高壓空氣室(9)和高壓燃氣室(11)，高壓空氣室(9)通過空氣輸氣管(14)與氣栗連接，高壓燃氣室(11)通過燃氣輸氣管(27)與燃氣罐連接； 所述內端轉子(5)設有至少兩個對稱的盲腔，盲腔最里面為半球形向外為逐漸變窄的流線型、且在排氣口處最窄，盲腔內部設有燃燒室(6)和排氣室(3);燃燒室(6)和排氣室(3)之間設有排氣機構(2);所述燃燒室(6)頂部設有兩個進氣口(23)，所述高壓空氣室(9)和高壓燃氣室(11)分別設有與進氣口(23)相接的出氣口(24);兩個進氣口(23)之間設有火花塞(18)，進氣口(23)下方設有點火裝置； 所述內端轉子(5)的中心通過花鍵與中心軸(7)連接，中心軸(7)通過軸承(26)與外端定子(I)連接。2.根據權利要求1所述的電動汽車增程式轉子發動機，其特征在于，所述排氣機構(2)包括排氣門(19)、回位彈簧鉸鏈(20)和支撐座(21); 所述回位彈簧鉸鏈(20)的一端安裝在排氣門(19)對稱中線下方處，另一端安裝在支撐座(21)的一端，支撐座(21)的另一端固定在盲腔內壁。3.根據權利要求1所述的電動汽車增程式轉子發動機，其特征在于，所述排氣室(3)末尾的排氣口(16)處安裝氧傳感器(15)。4.根據權利要求1所述的電動汽車增程式轉子發動機，其特征在于，還包括冷卻液系統;所述冷卻液系統包括呈環形的冷卻液室(10)和冷卻液栗;冷卻液室(10)設在外端定子(I)上、且位于高壓空氣室(9)和高壓燃氣室(11)的內環，冷卻液室(10)上設有相對布置的冷卻液進口和冷卻液出口 ；冷卻液進口與冷卻液出口分別通過管道與冷卻液栗連接。5.根據權利要求1所述的電動汽車增程式轉子發動機，其特征在于，所述外端定子(I)內側的軌道和內端轉子(5)上的燃燒室(6)分別由隔熱材料制成。6.根據權利要求1所述的電動汽車增程式轉子發動機，其特征在于，還包括潤滑系統；所述潤滑系統包括兩個潤滑液進液口( 22)、潤滑液出液口( 25)和潤滑液栗；潤滑液進液口(22)和潤滑液出液口(25)均設在外端定子(I)上，兩個潤滑液進液口(22)設在外端定子(I)縱向的兩邊，滑液進液口(22)和潤滑液出液口(25)呈橫向180度布置，環形外端定子(I)的內側為圓形軌道，內端轉子(5)嵌在外端轉子的圓形軌道內，外端定子(I)和內端轉子(5)之間的間隙為潤滑間隙(28)，所述潤滑間隙(28)與滑液進液口(22)和潤滑液出液口(25)相通，滑液進液口(22)與潤滑液栗連接，潤滑液出液口(25)與油箱連接。7.根據權利要求1所述的電動汽車增程式轉子發動機，其特征在于，高壓空氣室(9)和高壓燃氣室(11)的壓力比等于燃氣和空氣的配氣比。8.根據權利要求1所述的電動汽車增程式轉子發動機，其特征在于，所述點火裝置為繼電器(12) ο9.根據權利要求8所述的電動汽車增程式轉子發動機，其特征在于，所述斷電器(12)沿內端轉子(5)旋轉方向在進氣口(23)下方15度的位置。10.根據權利要求1所述的電動汽車增程式轉子發動機，其特征在于，高壓燃氣室(11)與燃氣罐之間連接的燃氣輸氣管(27)上設有減壓閥。
【文檔編號】F02B53/10GK106014613SQ201610327937
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月17日
【發明人】江浩斌, 陳彪, 王亞平, 栗歡歡
【申請人】江蘇大學