專利名稱：一種旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)裝置，它是對傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)基本結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。為了能說明本實(shí)用新型的特點(diǎn)，首先需詳細(xì)說明目前傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的技術(shù)發(fā)展水平。
目前廣泛使用的，以旋轉(zhuǎn)方式輸出動力的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)主要有兩大類活塞(往復(fù))式發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)。1．活塞式發(fā)動機(jī)活塞式發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)是利用燃料燃燒產(chǎn)生的能量，推動活塞在氣缸內(nèi)不斷往復(fù)運(yùn)動，通過連桿轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而以旋轉(zhuǎn)的方式向外輸出功率。其中活塞的往復(fù)運(yùn)動可分吸氣、壓縮、燃燒作功和排氣四個基本的循環(huán)的沖程?；钊桨l(fā)動機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是燃?xì)庠跉飧變?nèi)是以爆炸式的燃燒來作功，這樣燃料內(nèi)能釋放的效率高，產(chǎn)生的氣體壓力非常高。但其本身也有難以克服的缺點(diǎn)。主要有2點(diǎn)(1)將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動通過活塞桿轉(zhuǎn)化為曲軸的轉(zhuǎn)動，會造成機(jī)械傳動效率降低；(2)活塞僅在四個沖程中的一個沖程里受燃?xì)馔苿?，另外三個沖程都是依曲軸的慣性來完成。
這樣會使曲軸旋轉(zhuǎn)不均勻，易產(chǎn)生振動現(xiàn)象。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)動機(jī)往往采用多缸結(jié)構(gòu)，以減小此現(xiàn)象。這樣會造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積寵大和磨擦面增多，限制了轉(zhuǎn)速的提高。
活塞式發(fā)動機(jī)適合應(yīng)用在需要中低水平功率的場合。如汽車、小型輪船、飛機(jī)上。2．燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)的基本工作原理是燃料在燃燒室燃燒產(chǎn)生高溫高壓氣體，經(jīng)燃燒室噴嘴噴出來沖擊渦輪的葉片，使其帶動機(jī)軸轉(zhuǎn)動向外輸出功率。和活塞式發(fā)動機(jī)相比，燃?xì)廨啓C(jī)有2個優(yōu)點(diǎn)(1)燃料產(chǎn)生的能量直接驅(qū)動機(jī)軸旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡單；(2)燃?xì)庾饔糜跈C(jī)軸葉輪的邊緣，扭轉(zhuǎn)力矩大，機(jī)械轉(zhuǎn)動效率高。
另一方面，燃?xì)廨啓C(jī)也存在著難以解決的缺點(diǎn)，主要有二點(diǎn)(1)燃?xì)獠幌笤诨钊桨l(fā)動機(jī)氣缸里產(chǎn)生爆炸式燃燒，這樣燃料的內(nèi)能釋放效率低，產(chǎn)生的氣體壓力低；(2)渦輪的葉片較單薄，和內(nèi)壁之間存在較大的縫隙，不可避免地會產(chǎn)生嚴(yán)重的漏氣現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中為減少此現(xiàn)象，往往采用多級渦輪的結(jié)構(gòu)。
燃?xì)廨啓C(jī)和活塞式發(fā)動機(jī)相比，產(chǎn)生同樣的功率耗油量要大得多，它適合應(yīng)用在需要大功率的場合。如輪船、直升機(jī)和發(fā)電廠等。
三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)(又稱汪克爾Wankel發(fā)動機(jī))
自從蒸汽機(jī)問世以來，直接以旋轉(zhuǎn)方式運(yùn)行的發(fā)動機(jī)，一直是人們的夢想。所提出的設(shè)計方案很多，其中最具代表性的，并且已進(jìn)行有限商業(yè)生產(chǎn)的，是汪克爾發(fā)動機(jī)。汪克爾發(fā)動機(jī)的工作過程和傳統(tǒng)的活塞式發(fā)動機(jī)相同。它的旋轉(zhuǎn)活塞呈三角形氣缸壁呈橢圓型，靠三角形活塞沿氣缸壁運(yùn)動而實(shí)現(xiàn)工作室的體積有規(guī)律地擴(kuò)大和縮小，來完成燃?xì)獾奈鼩狻嚎s、燃燒膨脹和排氣四個內(nèi)燃機(jī)的基本過程。和活塞發(fā)動機(jī)相比，汪克爾發(fā)動機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是其活塞為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，擺脫了往復(fù)運(yùn)動所帶來的慣性力，具有運(yùn)行平穩(wěn)，體積小的特點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是燃?xì)馊急a(chǎn)生的氣體對三角形活塞的推力不夠直接，這樣三角活塞對轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩較小且是不穩(wěn)定的，這樣產(chǎn)生一個現(xiàn)象發(fā)動機(jī)只有在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時才能顯示其優(yōu)越性，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時則性能較差。由于這一點(diǎn)限制了汪克爾發(fā)動機(jī)的廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計在82年，活塞式發(fā)動機(jī)在汽車市場的占有率為99.95％，而汪克爾發(fā)動機(jī)僅占0.05％。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)裝置。和現(xiàn)有技術(shù)裝置相比，它將能夠使內(nèi)燃發(fā)動機(jī)運(yùn)行得更平穩(wěn)，耗油量和污染程度更低，結(jié)構(gòu)更簡單。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在其基本結(jié)構(gòu)裝置中，主要部件由圓形的轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)開關(guān)組成，其它部件有燃料入口、電火花和排氣口。轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)開關(guān)的位置是相外切放置，燃料入口位于旋轉(zhuǎn)開關(guān)旁，電火花位于燃料入口旁，排氣口位于旋轉(zhuǎn)開關(guān)的另一旁，單個轉(zhuǎn)子有一對對稱的并呈直角梯形的頭部，單個旋轉(zhuǎn)開關(guān)有一個缺口。轉(zhuǎn)子可帶動一對旋轉(zhuǎn)開關(guān)作同步異向轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)開關(guān)的直徑等于轉(zhuǎn)子的半徑。這樣當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)半周時，旋轉(zhuǎn)開關(guān)恰好轉(zhuǎn)一周，可保證轉(zhuǎn)子的頭部定時并且是無接觸地通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)的缺口。其工作原理是每當(dāng)轉(zhuǎn)子的一對頭部通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)后，外接的壓縮機(jī)將燃料壓入在轉(zhuǎn)子頭部和旋轉(zhuǎn)開關(guān)之間的空間里，當(dāng)轉(zhuǎn)子的頭部經(jīng)過電火花時，電火花放電引爆燃料，產(chǎn)生高溫高壓的氣體作用于轉(zhuǎn)子的一對頭部，從而連續(xù)地推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對外輸出功率。在轉(zhuǎn)子頭部和轉(zhuǎn)子自身都有數(shù)條凹形閉氣槽，可使從轉(zhuǎn)子頭部及轉(zhuǎn)子周圍縫隙泄出的氣體產(chǎn)生渦旋阻力延緩其泄出，以減少能量的損失。
附圖反映了本實(shí)用新型的實(shí)施例，說明如下


圖1是主機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖，圖2是主機(jī)工作的功能關(guān)系圖。
圖中零部件名稱說明1.燃料入口 2.電火花 3.轉(zhuǎn)子頭部 4.轉(zhuǎn)子 5.轉(zhuǎn)軸 6.旋轉(zhuǎn)開關(guān) 7.排氣口 8.閉氣槽9.旋轉(zhuǎn)開關(guān)的缺口
以下結(jié)合附圖對本實(shí)施例作進(jìn)一步說明結(jié)合
圖1和圖2在AB段當(dāng)轉(zhuǎn)子的一對頭部[3]通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)[6]后，開關(guān)隨之閉合，外接的壓縮機(jī)由燃料入口[1]向轉(zhuǎn)子頭部與開關(guān)之間的空間壓入混合可燃?xì)怏w。在BC段轉(zhuǎn)子頭部通過電火花[2]后，電火花放電點(diǎn)燃可燃?xì)怏w，產(chǎn)生爆炸式的燃燒，壓力驟升。在CD段產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動轉(zhuǎn)子頭部，使轉(zhuǎn)子[4]帶動轉(zhuǎn)軸[5]轉(zhuǎn)動對外做功，在其間可燃?xì)怏w仍繼續(xù)燃燒，但隨著空間的迅速擴(kuò)大，氣體的壓力不斷下降。在DE段在轉(zhuǎn)子充分利用氣體的壓力后，轉(zhuǎn)子頭部經(jīng)過排氣孔[7]，燃燒后的廢氣在余壓的作用下迅速排出。在EA段旋轉(zhuǎn)開關(guān)準(zhǔn)時開啟，其缺口[9]和轉(zhuǎn)子頭部相吻合，使轉(zhuǎn)子的頭部通過，然后同步關(guān)閉，以后又開始新的循環(huán)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1．和活塞式發(fā)動機(jī)一樣，燃?xì)馐潜ㄊ降娜紵@樣可產(chǎn)生高溫高壓的氣體對轉(zhuǎn)子頭部作功；2．和燃?xì)廨啓C(jī)一樣，氣體作用于轉(zhuǎn)子的邊緣，并直接推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這樣扭轉(zhuǎn)力矩大，作用力直接，機(jī)械傳動效率高。
另外，本實(shí)用新型還將具有4個特點(diǎn)1．氣體推動轉(zhuǎn)子頭部的長度幾乎等于轉(zhuǎn)子的半個周長，遠(yuǎn)長于活塞式發(fā)動機(jī)活塞在氣缸內(nèi)的行程。這樣可使燃?xì)獾玫匠浞值厝紵?，對轉(zhuǎn)子頭部有足夠長的作功距離，可提高燃料的熱效率和減少廢氣的污染和噪音程度。2．可望實(shí)現(xiàn)運(yùn)行平穩(wěn)的目標(biāo)。在傳統(tǒng)的活塞式發(fā)動機(jī)中，四個工作沖程都在同一個氣缸內(nèi)進(jìn)行，這樣會出現(xiàn)一個難以解決的問題就是隨著氣缸內(nèi)溫度的升高會減少進(jìn)氣的效率，這樣燃?xì)鈺貌坏阶銐虻难鯕庵级沟竭\(yùn)行不平穩(wěn)，在實(shí)際應(yīng)用中往往采用燃?xì)庠鰤菏侄我詼p少此現(xiàn)象。在旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)中，四個工作沖程的兩個，即進(jìn)氣和壓縮是由外接的壓縮機(jī)來完成，燃燒和排氣是在自身內(nèi)完成。這樣壓縮機(jī)就不受高溫高壓燃?xì)獾挠绊?，可維持較低的工作溫度，這將能保持穩(wěn)定的進(jìn)氣和壓氣效率，以保證發(fā)動機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的運(yùn)行平穩(wěn)。3．可望實(shí)現(xiàn)不需冷卻運(yùn)行的目標(biāo)。因?yàn)樾D(zhuǎn)開關(guān)是由轉(zhuǎn)子來帶動的，在運(yùn)行過程中可做到和轉(zhuǎn)子的頭部無接觸，這樣運(yùn)行部件避免了互相碰撞，轉(zhuǎn)子頭部的結(jié)構(gòu)很堅固(如
圖1所示)，這些都有利于使用陶瓷或陶瓷金屬來制造轉(zhuǎn)子頭部、內(nèi)壁和旋轉(zhuǎn)開關(guān)。這樣的材料有極好的耐高溫性能和極低的熱膨脹系數(shù)，可使長期處于高溫狀態(tài)的工作部件無需冷卻。4．可望實(shí)現(xiàn)無磨擦運(yùn)轉(zhuǎn)的目標(biāo)。由于新旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子和內(nèi)壁都是以轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)圓心的圓形結(jié)構(gòu)，易做到部件的精密加工，并使活塞周邊的縫隙控制得很小。由于部件可用陶瓷或陶瓷金屬來制造，這樣易做到在高溫狀態(tài)下縫隙變化也很小，在轉(zhuǎn)子的頭部和自身都有數(shù)條凹形閉氣槽[8]，可使從轉(zhuǎn)子頭部及轉(zhuǎn)子周圍縫隙泄出的氣體產(chǎn)生渦旋阻力延緩其泄出，使到發(fā)動機(jī)在不采用密封手段的前提下，也不會產(chǎn)生嚴(yán)重的漏氣現(xiàn)象，以實(shí)現(xiàn)無磨擦運(yùn)行。
本實(shí)用新型會涉及的重大研究問題1．旋轉(zhuǎn)開關(guān)是處于高壓下運(yùn)轉(zhuǎn)，如不采取有效措施，將會產(chǎn)生較大的磨擦力造成功率下降。2．如果使用柴油燃料，將不可避免地存在積碳現(xiàn)象，所以發(fā)動機(jī)的設(shè)計要有除碳的功能。3．旋轉(zhuǎn)開關(guān)和轉(zhuǎn)子的相接處呈尖狀的喇叭口，易產(chǎn)生縫隙使高壓氣體從此處大量泄出。4．壓縮機(jī)如何能及時地向高速旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)中注入足夠多的燃料。
權(quán)利要求1．一種旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)裝置，主要部件由圓形的轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)開關(guān)組成，其它的部件有燃料入口、電火花和排氣口，其基本結(jié)構(gòu)特征是a．轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)開關(guān)的位置是相外切放置，b．燃料入口位于旋轉(zhuǎn)開關(guān)旁，電火花位于燃料入口旁，排氣口位于旋轉(zhuǎn)開關(guān)的另一旁，c．單個的轉(zhuǎn)子有一對對稱的并呈直角梯形的頭部，d．單個的旋轉(zhuǎn)開關(guān)有一個缺口。
2．如權(quán)利要求1所述的基本結(jié)構(gòu)裝置，其特征是旋轉(zhuǎn)開關(guān)的直徑等于轉(zhuǎn)子的半徑。
3．如權(quán)利要求1所述的基本結(jié)構(gòu)裝置，其特征是在單個轉(zhuǎn)子所配的部件，如旋轉(zhuǎn)開關(guān)，燃料入口，電火花，排氣口都有兩個并且是對稱的。
4．如權(quán)利要求1所述的基本結(jié)構(gòu)裝置，其特征是轉(zhuǎn)子頭部和自身都有數(shù)條凹形閉氣槽。
專利摘要一種能以旋轉(zhuǎn)方式工作的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)裝置。主要由圓形的轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)開關(guān)組成。兩者是相外切放置并同步異向轉(zhuǎn)動,前者的半徑等于后者的直徑,可使轉(zhuǎn)子的頭部定時通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)。燃料被定時壓入轉(zhuǎn)子頭部和旋轉(zhuǎn)開關(guān)之間,產(chǎn)生能量推動轉(zhuǎn)子連續(xù)地轉(zhuǎn)動,實(shí)現(xiàn)對外輸出功率。它既有活塞式發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn):燃料是以燃爆的方式做功,燃汽壓力大油耗低;又有燃汽輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn):運(yùn)動部件是勻速轉(zhuǎn)動,燃?xì)馐亲饔迷谵D(zhuǎn)子的邊緣這樣扭矩大;主要部件是回轉(zhuǎn)體便于精加工精配合。
文檔編號F01C1/00GK2446281SQ0022798
公開日2001年9月5日 申請日期2000年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月27日
發(fā)明者施平 申請人:施平