圓環(huán)旋轉式涵道發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型發(fā)動機，其結構包括：圓環(huán)外缸體和內缸體、轉動體筋板、耦合轉子、噴射裝置、點火裝置、排汽裝置。其中圓環(huán)外缸體是一個有圓環(huán)形空腔的固定缸體，并與內缸體形成一個密封的圓環(huán)形空腔。轉動體筋板位于圓環(huán)形空腔內，并與內缸體聯結成轉動體。轉動體筋板沿內缸體的圓周表面周向分布，分布方向與內缸體的轉動方向形成夾角。安裝在圓環(huán)外缸體上的耦合轉子上開有耦合槽，轉動體筋板可以穿過耦合槽，使得耦合轉子隨轉動體筋板連續(xù)轉動，耦合轉子與轉動體筋板將圓環(huán)形空腔分隔為施壓區(qū)和卸壓區(qū)，燃燒介質在施壓區(qū)內燃燒膨脹或膨脹介質在施壓區(qū)內膨脹所產生的壓力作用在轉動體筋板上，推動轉動體筋板轉動，使內缸體轉動并向機構輸出動力。
【專利說明】圓環(huán)旋轉式涵道發(fā)動機
發(fā)明領域:
[0001]本發(fā)明涉及一種新型發(fā)動機。
發(fā)明背景:
[0002]本發(fā)明涉及一種新型發(fā)動機，可廣泛應用于交通運輸行業(yè)、工程機械、火車和發(fā)電機組、大型輪船、民航客機、極速賽車等國民經濟領域。
[0003]現有普遍采用的直線往復式活塞發(fā)動機，一般是直線往復四沖程工作形式。在四個沖程中只有一個沖程是動力輸出狀態(tài)，其它三個沖程均為動力損耗狀態(tài)。作為燃燒室產生動力的施壓區(qū)和作為吸入空氣、壓縮空氣、排出廢汽的三個動力損耗的卸壓區(qū)，都在同一個缸體內交替出現。活塞及其推桿處于不斷加速、減速、停止、再加速、減速、停止的間歇性循環(huán)中，燃燒介質的燃燒量、燃燒時間，難以做到完美。燃料的能量不能最大限度地轉變?yōu)榘l(fā)動機的有效功率和輸出扭矩。同時當其轉速，即活塞的往復頻率達到一定限度時，發(fā)動機將產生巨大的噪音和強烈的震動，并伴隨燃料燃燒效率的降低和動力輸出功率的降低。
[0004]附圖1顯示了現有直線往復式活塞發(fā)動機的缸內壓力值在四個沖程過程中的變化情況。曲線ef為吸入空氣，曲線fg為壓縮空氣，曲線ghi為燃燒作功，曲線ie為排出廢汽。在其中的ghi作功沖程中，缸內的壓力要分解成活塞推桿的推力Ftl,Ftl再分解成曲軸的曲柄方向作用力F2和垂直于曲柄的扭力Fp只有F1才是推動曲軸轉動并向機構輸出動力的扭力。在圖1中可見，當缸內壓力為最大值時(約3000-5000kpa)?；钊茥U與缸體軸線的夾角很小，分解到的扭力F1的力值很低。只有交角增大，至F2的力值為零時,F1 = F。。此時的作功效率最大或扭矩輸出的功率最高，因此得出圖2所示的輸出軸旋轉一周的扭矩變化曲線I。
[0005]圖1所示的ghi曲線段，活塞在靠近燃燒室的上止點前后，缸內壓力的瞬時值巨大，這就對缸體的密封性能要求很高，否則將對功率產生極不利的影響。
[0006]針對上述不足，本發(fā)明涉及的圓環(huán)旋轉式涵道發(fā)動機，提供了一種優(yōu)秀的技術方案，不僅具有往復式活塞發(fā)動機的簡單可靠、重量輕、體積小的特點，也具有渦輪風扇發(fā)動機和燃汽輪機的高轉速、高扭矩和大功率，同時可最大限度地將燃燒介質的能量轉化為輸出功率，其特點將更加節(jié)能，更加環(huán)保。
[0007]關于本發(fā)明專利敘述中的名詞解釋:
[0008]1.轉動軸線:轉動體或旋轉空間的轉動軸線。如圖3-2中軸線Op
[0009]2.旋轉面剖視圖:與轉動軸線相垂直的平面上剖切所得的視圖。如圖3-1所示。
[0010]3.軸面視圖或軸面剖視圖:與轉動軸線相平行的平面上投影所得的視圖為軸面視圖。如圖8、圖9 ;與轉動軸線相重合的平面上剖切所得的視圖為軸面剖視圖，如圖3-2。

【發(fā)明內容】
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[0011]本發(fā)明涉及一種新型發(fā)動機，其結構主要包括:圓環(huán)外缸體、內缸體、轉動體筋板、耦合轉子、噴射裝置、點火裝置、排汽裝置。其中圓環(huán)外缸體是一個有圓環(huán)形空腔的固定缸體，并與內缸體形成一個密封的圓環(huán)形空腔。轉動體筋板位于圓環(huán)形空腔內，并與內缸體聯結成轉動體。轉動體筋板沿內缸體的圓周表面周向分布，分布方向與內缸體的轉動方向形成夾角。安裝在圓環(huán)外缸體上的耦合轉子上開有耦合槽，轉動體筋板可以穿過耦合槽，使得耦合轉子隨轉動體筋板連續(xù)轉動，耦合轉子與轉動體筋板將圓環(huán)形空腔分隔為施壓區(qū)和卸壓區(qū)，燃燒介質在施壓區(qū)內燃燒膨脹或膨脹介質在施壓區(qū)內膨脹所產生的壓力作用在轉動體筋板上，推動轉動體筋板轉動，使內缸體轉動并向機構輸出動力。
[0012]耦合轉子是單體結構也可以是多片組合結構，其轉動軸與內缸體的轉動軸平行、垂直或形成一個夾角。轉動體筋板可以是單條或多條筋板，并裝配有筋板環(huán)，與圓環(huán)外缸體保持密封接觸。圓環(huán)外缸體和內缸體形成的密封空腔的軸面剖視圖形狀可以是多種形狀。耦合轉子在轉動體筋板的推力作用下轉動，也可以由其他主動方式傳動，并使得耦合轉子與轉動體筋板同步轉動。發(fā)動機可以是單個圓環(huán)缸體形式，也可以由多個共軸圓環(huán)缸體組合，其中的部分數量的圓環(huán)缸體可以作為壓縮空氣的產生缸體，并向輸出動力的圓環(huán)缸體輸入壓縮空氣。采用由多個輸出動力的圓環(huán)缸體組成形式時，每個圓環(huán)缸體的轉動體筋板處于不同的相互補償的受力位置。當發(fā)動機的一個圓環(huán)缸體擁有多條轉動體筋板時，可以有兩組或兩組以上的耦合轉子、噴射裝置、點火裝置、排汽裝置等配套裝置。
[0013]本發(fā)明所涉及的發(fā)動機，轉動體處于連續(xù)流暢的圓周運動中，燃燒介質或膨脹介質的壓力直接是輸出軸的扭力，如附圖2所示的扭矩曲線2，曲線下方所覆蓋的面積為輸出功率。缸體所承受的壓力及最高溫度都大幅降低(約1500?2000kpa)。
[0014]整個系統(tǒng)沒有曲拐軸、平衡軸、活塞連桿，無傳動死角，因此，無需與此相關的潤滑、支承，機構變得簡單，其重心也大幅降低。在高轉速情況下，機構噪音小、震動輕微，整個機構的穩(wěn)定性、可靠性高。在同等功率輸出的條件下，比直線往復活塞發(fā)動機節(jié)約20%?50%的燃燒介質。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0015]圖1現有直線往復式活塞發(fā)動機扭矩圖
[0016]圖2本發(fā)明實施例之一與直線往復式活塞發(fā)動機對比的扭矩圖
[0017]圖3本發(fā)明第一實施例的剖視圖
[0018]圖4本發(fā)明第一實施例的工作原理簡圖
[0019]圖5本發(fā)明第二實施例的局部剖視圖
[0020]圖6裝有筋板環(huán)的實施例的局部剖視圖
[0021]圖7耦合轉子的轉動軸線與內缸體轉動軸線平行的實施例之一的剖視圖
[0022]圖8耦合轉子的轉動軸線與內缸體轉動軸線成夾角的實施例之一的剖視圖
[0023]圖9耦合轉子的轉動軸線與內缸體轉動軸線成夾角的另一實施例的剖視圖
[0024]圖10 —個缸體具有雙耦合轉子的實施例之一的剖視圖
[0025]圖11多缸體組合的實施例之一的工作原理簡圖
[0026]在本發(fā)明專利的【專利附圖】

【附圖說明】中，圖示的零部件的結構、尺寸及形狀并不代表實際的零部件的結構、尺寸及形狀，也不代表零部件之間的實際大小比例關系，圖示只是用簡明的方式對本發(fā)明實施例予以說明。
[0027]圖3顯示了本發(fā)明第一實施例的剖視圖，其中圖3-1為旋轉面剖視圖，圖3-2為本實施例的軸面剖視圖。其結構包括:圓環(huán)外缸體GT1、內缸體P1、兩條轉動體筋板J11和J12、由三個轉子片組成的耦合轉子C1、噴射裝置和點火裝置PF1、排汽裝置PZ11和PZ12等，圖3顯示了這些裝置的位置。圖示的圓環(huán)外缸體GT1是一個有環(huán)形空腔的固定缸體，與內缸體P1形成一個封閉的圓環(huán)形空腔I。其軸面剖視圖為半圓形，轉動體筋板J11和J12位于圓環(huán)形空腔K1中并與內缸體P1聯結成一個轉動體。
[0028]圖4為轉動體筋板在內缸體P1的工作弧面Imn上沿周向展開一周的平面圖。盡管空間的半圓弧面展開為一個圓形的平面會失去精確度，但這樣可簡明地顯示轉動體筋板的工作原理。圖示為轉動體筋板J11和J12與耦合轉子C1的三個不同的相對位置，轉動體筋板沿逆時針方向旋轉并與轉動方向形成α角。耦合轉子C1安裝在圓環(huán)外缸體GT1上，其轉動軸線0/與內缸體轉動軸線O1相垂直。從圖示中可以看出:耦合轉子C1上開有兩道耦合槽，并分別與轉動體筋板J11和J12相耦合，使得耦合轉子C1隨轉動體筋板J11、J12連續(xù)轉動。耦合轉子仏與內缸體？1的工作弧面Imn保持接觸狀態(tài)，并與轉動體筋板Jn、J12將圓環(huán)缸體的圓環(huán)形空腔K1分隔成施壓區(qū)和卸壓區(qū)。圖4-1顯示了，位于耦合轉子C1附近施壓區(qū)一側的噴射裝置PF1，為施壓區(qū)充滿燃燒介質和壓縮空氣，點火裝置已點火并開始燃燒，此時施壓區(qū)的壓力最大，且轉動體筋板J11約有一半處于受力狀態(tài)，同時上一個工作循環(huán)的廢汽通過排汽裝置PZ11排出已近結束，排汽裝置PZ12開始排出廢汽。圖4-2所示，轉動體筋板J11已經轉動到處于施壓區(qū)的完全受力狀態(tài)，此時的耦合轉子的另一個耦合槽已經開始與轉動體筋板J12進入耦合狀態(tài)。圖4-3所示，轉動體筋板J11已經轉動至與耦合轉子脫離接觸的狀態(tài)，施壓區(qū)內的燃燒介質已經進入燃燒的尾期，而轉動體筋板J12與耦合轉子形成了下一個施壓區(qū)。位于耦合轉子施壓區(qū)一側的噴射裝置開始噴入燃燒介質和壓縮空氣，進入下一個作功循環(huán)。排汽裝置PZ11、PZ12輪流排放卸壓區(qū)的廢汽。
[0029]圖5顯示了第二實施例的軸面剖視圖，其旋轉面剖視圖與圖3所示第一實施例相同。其結構包括圓環(huán)外缸體gt2、內缸體P2、兩條轉動體筋板J21和J22、由三個轉子片組成的率禹合轉子C2、圓環(huán)外缸體與內缸體形成的密封圓環(huán)形空腔K2。K2的軸面剖視圖形狀為扇形，其轉動體筋板的受力工作原理、轉動體筋板與耦合轉子的耦合方式等，與第一實施例相同，不再一一贅述。`
[0030]圖6所示為轉動體筋板上裝有筋板環(huán)的實施例之一的局部軸面剖視圖。上述實施例均可采用這種形式的轉動體筋板，以提高施壓區(qū)的密封性。圖示筋板環(huán)安裝在轉動體筋板的凹槽中，凹槽中裝有彈簧片，以使筋板環(huán)一直保持與缸體GT的接觸。
[0031]圖7顯示了耦合轉子為單體結構并且其轉動軸線與內缸體轉動軸線相平行的實施例剖視圖。圖7-1為旋轉面剖視圖，圖7-2為軸面剖視圖。其結構包括:圓環(huán)外缸體GT4、內缸體P4、單條轉動體筋板J4、單體結構的耦合轉子C4、噴射及點火裝置PF4、排汽裝置PZ4等，圖示顯示了這些裝置的位置。耦合轉子的轉動軸線0/與內缸體轉動軸線O4相平行。圓環(huán)外缸體GT4和內缸體P4形成一個密封的圓環(huán)形空腔K4，K4的軸面剖視圖形狀為矩形。轉動體筋板J4位于空腔K4內，并與轉動盤P4聯成一個轉動體，耦合轉子C4安裝在缸體GT4上，耦合轉子C4上有耦合槽與轉動體筋板J4相嚙合，耦合轉子C4與內缸體P4的外圓周長相等，這樣內缸體逆時針轉動一周時，耦合轉子C4反向順時針轉動一周，耦合轉子C4和轉動體筋板J4將密封的原環(huán)形空腔K4分隔為施壓區(qū)和卸壓區(qū)，其工作原理與上述實施例相同。耦合轉子的控制方式可以按現有的正時齒輪或正時皮帶方式控制，本領域技術人員均已經知曉，不再--贅述。
[0032]圖8所示耦合轉子為單體結構并且其轉動軸線與轉動體轉動軸線形成夾角的實施例之一。為了簡要說明其結構特征，圖中僅僅顯示了耦合轉子與轉動體的結構特征和相對位置關系。圖8-1為正視圖，耦合轉子C6位于內缸體P6的正上方，圖8-2為俯視圖。從圖中可以看出轉動體筋板J6與轉動方向成角β 6，耦合轉子C6的轉動軸線與轉動體的轉動軸線形成角Υ6，β6= Y6，這樣與轉動體筋板J6相嚙合的耦合轉子C6上所開的耦合槽的槽口最小，槽口截面形狀將更加接近轉動體筋板J6的橫截面形狀，這將提高耦合槽與轉動體筋板嚙合的密封性，從而提高施壓區(qū)的密閉性能。同時因內缸體P6為圓柱形而使得耦合轉子C6變成瘦蠻腰型，以保證耦合轉子與轉動盤表面的嚴密接觸。與圖7所示實施例相同，內缸體P6轉動一周，則耦合轉子C6反向轉動一周。以保持耦合槽與轉動體筋板之間的嚙合，其工作方式及轉子的控制方式與圖7所示實施例相同。
[0033]圖9所示為耦合轉子為單體結構并且其轉動軸線與轉動體轉動軸線形成夾角的另一實施例。其轉動體筋板與耦合轉子的耦合槽的嚙合方式、工作方式與圖8所示實施例相同。轉動體筋板J7與轉動方向形成角β7，耦合轉子C7的轉動軸線與內缸體P7的轉動軸線形成角Υ7，β7= Y70與圖8所示實施例不同的是，耦合轉子(:7為圓柱形，內缸體匕則變成瘦蠻腰型，以保證耦合轉子與轉動盤表面的嚴密接觸，從而保證施壓區(qū)的密閉性。
[0034]圖10顯示了一個缸體內具 有2個耦合轉子的實施例之一。圖10-1為本發(fā)明實施例的旋轉面剖視圖，圖10-2為轉動體筋板J81、J82在內缸體P8的工作面上沿周向展開一周的平面圖。本實施例是在第一、第二實施例的基礎上，再加一套耦合轉子及噴射和點火裝置，這樣就擁有2套耦合轉子C81、C82及其配套的噴射和點火裝置PF81和PF82、排汽裝置PZ81和PZ82。本實施例與第一、第二實施例相比，每個噴射系統(tǒng)的噴射量減少，但發(fā)動機的工作將變得更加平穩(wěn)。
[0035]圖11顯示了一種6缸組合的發(fā)動機的工作示意圖。為了簡明顯示其工作方式，圖示采用了在同一時刻，每個缸體 的轉動體筋板在各自內缸體的工作面上沿周向展開的平面圖。每個缸體的轉動軸線是重合的，每個轉動體按照逆時針方向，也就是圖示從右向左的方向旋轉。其中圖11-1、11-3、11-5顯示的圓環(huán)缸體61'91、61'92、61'93為燃燒的動力的輸出缸體，而圖11-2、11-4、11-6顯示的圓環(huán)缸體GT9/、GT92'、GT93'為壓縮空氣的產生缸體，并通過壓力控制裝置及管路分別向圓環(huán)缸體GT91、GT92, GT93輸送壓縮空氣。在圖示圓環(huán)缸體GT9/、GT92'、GT93'的上側靠近耦合轉子的左側位置安裝有吸空氣裝置E，而下側靠近耦合轉子的右側位置裝有壓力控制裝置及向相應的動力輸出缸體輸送壓縮空氣的輸送管路M0通過改變圓環(huán)缸體GT9/、GV、GV的轉動體筋板J9/ 'V、J93'分別相對于圓環(huán)缸體GT91、GT92、GT93的轉動體筋板J91、J92、J93的相對角度，以及壓力控制裝置的壓力設定值，動力輸出缸體GT91、GT92、GT93可以得到所需要的壓縮空氣的壓縮比例。與直線往復式活塞發(fā)動機一樣，三個動力輸出缸體GT91、GT92、GT93的轉動體筋板J91、J92、J93的起始位置相互錯位120°。三個壓縮空氣產生缸體GT91'、GT92,、GT93,的轉動體筋板J9/、J92'、J93'的起始位置相互錯位120° ,這樣每個動力輸出缸體的轉動體筋板在同一時刻處于不同的相互補償的受力位置。6個缸體的轉動體筋板相互交替工作，使得發(fā)動機的動力輸出平穩(wěn)連續(xù)。
[0036]本發(fā)明所涉及的發(fā)動機也可以直接用膨脹介質作為動力源，例如使用蒸汽則變成蒸汽發(fā)動機。所不同的是，使用膨脹介質作為動力源的發(fā)動機，不需要點火裝置。
[0037]本發(fā)明所述的圓環(huán)缸體與轉動盤形成的密封圓環(huán)形空腔的軸面剖視圖形狀，不局限于上述實施例的形狀，還可以是其它形狀。本專業(yè)技術人員根據形狀的變化容易變更相應的零部件設計，在此不再一一贅述。
[0038]關于噴射裝置、點火裝置、排汽裝置、耦合轉子的機械、電控等控制方式，作為壓縮空氣產生缸體的吸空氣裝置、輸送壓縮空氣裝置、壓力控制裝置、及輸送管路、潤滑系統(tǒng)、燃燒介質的供應系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動系統(tǒng)等等，本領域的技術人員均已知曉，并在本領域廣泛應用，不再在此一一贅述。
[0039]本發(fā)明所涉及的發(fā)動機，可以采用多種材料制造，例如金屬材料、高強度合金材料以及陶瓷材料等等。
[0040]上述實施例以圖示的方式說明了本發(fā)明，但是以圖示方式說明的上述實施例不是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明由權利要求限定。
【權利要求】
1.本發(fā)明涉及一種新型發(fā)動機，其結構主要包括:圓環(huán)外缸體、內缸體、轉動體筋板、耦合轉子、噴射裝置、點火裝置、排汽裝置。 本發(fā)明所述發(fā)動機，其特征在于:所述圓環(huán)外缸體是一個有圓環(huán)形空腔的固定缸體，并與所述內缸體形成一個封閉的圓環(huán)形空腔。所述轉動體筋板位于圓環(huán)形空腔內，并與所述內缸體聯結成轉動體。轉動體筋板沿內缸體的圓周表面周向分布，其分布方向與內缸體的轉動方向形成交角。 所述耦合轉子安裝在圓環(huán)外缸體上，耦合轉子上開有耦合槽。轉動體筋板可以穿過耦合槽，使得耦合轉子隨轉動體筋板連續(xù)轉動。耦合轉子與轉動體筋板將所述圓環(huán)形空腔分隔為施壓區(qū)和卸壓區(qū)。燃燒介質在施壓區(qū)內燃燒膨脹或膨脹介質在施壓區(qū)內膨脹所產生的壓力，作用在轉動體筋板上，推動轉動體筋板轉動，從而使所述內缸體轉動，并向機構輸出動力。
2.由權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于:所述噴射裝置向圓環(huán)形空腔內噴射燃燒介質和壓縮空氣，噴射裝置和點火裝置位于耦合轉子附近的施壓區(qū)一側，所述排汽裝置位于卸壓區(qū)一側。
3.由權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于:耦合轉子的轉動軸線與內缸體轉動軸線平行、垂直、或形成一個交角。
4.由權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于:所述耦合轉子可以是單體結構，也可以是多片組合結構。
5.由權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于:所述轉動體筋板可以是單條筋板，也可以是多條筋板。
6.由權利要求5所述的發(fā)動機，其特征在于:所述轉動體筋板上裝有筋板環(huán)，用以提高施壓區(qū)的密封性和改善轉動體筋板與缸體之間的潤滑。
7.由權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于:所述圓環(huán)外缸體與所述內缸體形成封閉的圓環(huán)形空腔。所述圓環(huán)形空腔的軸面剖視圖的形狀可以是圓形、矩形、扇形、也可以是其它形狀。
8.由權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于:所述耦合轉子可以在轉動體筋板推力作用下轉動，也可以由其它主動控制方式傳動，并使得耦合轉子與轉動體筋板保持同步轉動。
9.由權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于:所述發(fā)動機可以是單個圓環(huán)缸體形式，也可以由多個共軸圓環(huán)缸體組合構成。多個圓環(huán)缸體組合時,其中部分數量的圓環(huán)缸體可以作為壓縮空氣的產生缸體，并向輸出動力的圓環(huán)缸體提供壓縮空氣。
10.由權利要求9所述的發(fā)動機，其特征在于:所述圓環(huán)缸體可以有多個向機構輸出動力的缸體組成，每個輸出動力的圓環(huán)缸體的轉動體筋板，在同一時刻處于不同的相互補償的受力位置。
11.由權利要求5所述的發(fā)動機，其特征在于:所述發(fā)動機的一個圓環(huán)缸體內擁有多條轉動體筋板時，可以有兩組或兩組以上的耦合轉子、噴射裝置、排汽裝置等配套裝置。
【文檔編號】F02B55/02GK103452652SQ201210171072
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月28日 優(yōu)先權日:2012年5月28日
【發(fā)明者】劉勇 申請人:袁麗君