專利名稱：環(huán)流噴氣式轉(zhuǎn)子熱機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于動(dòng)力機(jī)械領(lǐng)域。具體地說，是一種新型結(jié)構(gòu)原理的旋轉(zhuǎn)活塞式內(nèi)燃機(jī)。
按照其活塞運(yùn)動(dòng)的形式分類，目前的內(nèi)燃機(jī)可分為往復(fù)活塞式、旋轉(zhuǎn)活塞式和自由活塞式等，三個(gè)類型。其中，往復(fù)活塞式的內(nèi)燃機(jī)在目前已被廣泛用作各種車輛機(jī)械的動(dòng)力。但是，這種內(nèi)燃機(jī)，功率輸出不均勻；振動(dòng)問題嚴(yán)重；運(yùn)行不平穩(wěn)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其大量零部件的磨損問題、熱腐蝕問題難于解決；熱-機(jī)轉(zhuǎn)換效率也低。這種內(nèi)燃機(jī)還尤其不能用作高速、高功率運(yùn)動(dòng)機(jī)械的動(dòng)力，比如，用作航空發(fā)動(dòng)機(jī)、大功率壓縮機(jī)、泵，等等。
自由活塞式或?qū)χ没钊絻?nèi)燃機(jī)的主要問題則是，附屬設(shè)備太多；適用范圍極窄；尤其不宜用作車輛和飛行器等交通機(jī)械的動(dòng)力。其熱-機(jī)效率也低。
至于目前的旋轉(zhuǎn)活塞式內(nèi)燃機(jī)即，汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)或三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然相對(duì)于上述兩個(gè)類型的內(nèi)燃機(jī)而言，具有功率高，振動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單輕小等優(yōu)點(diǎn)。但是，它的燃?xì)庑孤﹩栴}，汽缸、活塞之間的磨損問題等等，相當(dāng)嚴(yán)重。而且，由于其燃?xì)庖膊荒艹浞值嘏蛎涀龉?，排氣溫度更高，泄壓漏氣更快，其?機(jī)效率比往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)還低。應(yīng)用市場十分有限。
本發(fā)明針對(duì)上述各型內(nèi)燃機(jī)存在的問題，采用了構(gòu)形特征類似于車輪外胎的開口圓環(huán)形腔體，作為內(nèi)燃機(jī)的汽缸或燃?xì)馔ǖ溃徊⑼ㄟ^閥門的控制，使得噴入其圓環(huán)形汽缸中的燃?xì)猓梢酝苿?dòng)其中的若干活塞斗作圓周運(yùn)動(dòng)。又，由于所有這些活塞斗是通過其汽缸內(nèi)緣的圓環(huán)形開口縫隙，與汽缸外的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)子固連或連接的，故活塞斗的運(yùn)動(dòng)又可以帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，并從而輸出功率。
本發(fā)明的具體解決辦法是如水平剖面

圖1、縱剖面圖2及立體示意圖3所示，在單影線所示的圓環(huán)形汽缸1內(nèi)，燃?xì)鈪^(qū)間2或3或4或5中的活塞斗6和7，通過汽缸在其內(nèi)緣中部留下的圓環(huán)形開口縫隙8，與汽缸外的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)子9固連。當(dāng)兩個(gè)燃?xì)鈬娮?0和11(也可以有更多沿圓周對(duì)稱分布的這種噴嘴)，各自將燃?xì)鈬娙肴細(xì)鈪^(qū)間2和4時(shí)，由于活塞斗6和7分別與閉氣閥門12和13之間圍成的這兩個(gè)區(qū)間是密閉的，燃?xì)馀蛎浀膲毫⑼苿?dòng)6、7運(yùn)動(dòng)，并從而帶動(dòng)9旋轉(zhuǎn)，如圖中所示，以輸出功率。與此同時(shí)，位于各活塞斗背部的氣體即，燃?xì)鈪^(qū)間3和5中的低溫低壓氣體，在活塞斗的推動(dòng)下，將分別通過排氣出口14和15，排到汽缸之外。
當(dāng)各活塞繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過了14或15后，分別到達(dá)各自前方的閉氣閥門13或12時(shí)，各閉氣閥門均已自動(dòng)向外旋轉(zhuǎn)，讓出燃?xì)馔ǖ?，以便各活塞暢行通過。越過閥門后，各活塞斗將在其前方燃?xì)鈬娮斓膲毫ψ饔孟?，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)對(duì)外做功。如此循環(huán)。
本發(fā)明所用圓環(huán)形汽缸的橫斷面，可以根據(jù)實(shí)際需要，取成各種形狀；其汽缸上開口縫隙的位置，也可以安排在汽缸的外緣或上、下兩壁；甚至還可以同時(shí)多處開口。其開口縫隙處及其它部位的密封，可以采用軟體材料，并作迷宮式密封。
本發(fā)明活塞斗的外形，可以根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的需要，優(yōu)化設(shè)計(jì)成各種有利于流態(tài)的形狀。在活塞斗上，也可以安排流體進(jìn)出口，連通其轉(zhuǎn)子軸部的導(dǎo)管，以方便外界流體噴入汽缸，幫助汽缸增壓降溫，或方便汽缸內(nèi)的流體外排外射。
本發(fā)明中，在活塞斗上，靠近其汽缸開口縫隙的一側(cè)，也可以設(shè)有齒輪牙(或齒輪環(huán))。該齒輪牙可以通過該縫隙，與汽缸外一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子上的齒輪連接，以向外輸出功率。
本發(fā)明所用的燃?xì)鈬娮?，一般是設(shè)置在汽缸的外緣；并且，其射流的方位是在圓周的切向。但是，也可以設(shè)置在汽缸的其它部位，并沿其它的方位射流；在某些情況下，其燃?xì)鈬娮煲部砂才旁诨钊飞希⑼ㄟ^轉(zhuǎn)軸中部的導(dǎo)管導(dǎo)入燃?xì)?。其燃?xì)鈬娮靽姎獾姆绞?，既可以是連續(xù)的，也可以是間歇的或長短交替，輪流啟閉的，以方便靈活調(diào)節(jié)功率的輸出。
本發(fā)明所用閉氣閥門的啟閉，可以是上述圖中所示的旋轉(zhuǎn)式；也可以是滑塊式。其旋轉(zhuǎn)式閉氣閥門的轉(zhuǎn)軸和滑塊式閉氣閥門的入口，一般是設(shè)在汽缸的外緣；并平行于轉(zhuǎn)軸或入口的方位。但也可以設(shè)在其它部位和方位。在固連于轉(zhuǎn)軸的圓盤相位凸輪的控制下，閉氣閥門的啟閉，既可以通過齒輪、拉桿或杠桿傳動(dòng)；也可以通過液壓的或電磁的方式傳動(dòng)。閉氣閥門的外形、方位的確定，應(yīng)以有利于流體平穩(wěn)進(jìn)出為原則。
在本發(fā)明的排氣出口處，也可以設(shè)置閥門，以便隨時(shí)調(diào)整汽缸燃?xì)鈪^(qū)間的分布，進(jìn)一步增加功率調(diào)配的靈活性；并提高其熱-機(jī)轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)多個(gè)等直徑的或直徑不等的圓環(huán)形汽缸梯次疊置，并通過閥門逐級(jí)串連時(shí)，流體工質(zhì)可以得到多級(jí)壓縮或多級(jí)膨脹。本發(fā)明的功率輸出和熱-機(jī)轉(zhuǎn)換效率，都可以提到更高。
本發(fā)明不但可以采用燃?xì)庾龉?，也可以采用蒸汽、燃混氣、壓縮氣體或其它具有動(dòng)能、壓能的液體、流體做功。這就相當(dāng)于一種新型的水輪機(jī)、汽輪機(jī)或噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)用作水輪機(jī)時(shí)，其活塞斗上需要安排共振彈簧，以提高功率和效率。
當(dāng)改變本發(fā)明閉氣閥門的啟閉方式及活塞斗的轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，通過外界輸入的功率，本發(fā)明還可以用作航空發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣扇、空氣壓縮機(jī)，以及各種風(fēng)機(jī)和泵。此時(shí)，在上述燃?xì)鈬娮焯帲黧w是外射的。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是在動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)方面，其高功率、低振動(dòng)的突出性能，超過了現(xiàn)有各類轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。因?yàn)樵谙嗤墓β蕳l件下，本發(fā)明轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相對(duì)較小，運(yùn)行將更加均勻、平穩(wěn)。對(duì)于功率波動(dòng)大，機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)烈的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)而言，本發(fā)明在這方面的優(yōu)點(diǎn)將更加突出。在整體結(jié)構(gòu)方面，本發(fā)明也象其它所有轉(zhuǎn)子類發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，簡單輕??；不象往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)，需要用到專門的平衡構(gòu)件或機(jī)構(gòu)如飛輪、平衡塊或蘭徹斯特機(jī)構(gòu)，和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如曲柄、曲軸、連桿，以及其它配套系統(tǒng)如冷卻系統(tǒng)，等等。在材料應(yīng)用方面，由于工作溫度相對(duì)較低，排氣溫度更低，本發(fā)明不需用到往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的高溫耐磨材料和高溫潤滑劑，以及各種渦輪噴氣機(jī)，燃?xì)狻⒄羝啓C(jī)的超高溫葉片材料；其密封問題也相對(duì)簡單。在熱-機(jī)轉(zhuǎn)換的效率方面，由于沖程很長，燃?xì)饪梢猿浞值嘏蛎涀龉?；又沒有冷卻系統(tǒng)散熱耗能，本發(fā)明的熱能利用率將不但遠(yuǎn)高于現(xiàn)用各類渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞式三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；而且，將遠(yuǎn)高于現(xiàn)有各類往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。在環(huán)保方面，由于在同樣的功率條件下，消耗的燃料較少，本發(fā)明排出的廢氣總量也少；而且，由于燃燒的溫度、壓力以及尾氣排放的溫度都較低，燃料燃燒平穩(wěn)、充分，在本發(fā)明的排氣中，有害的成分可以較少；熱污染及噪聲污染也小。在實(shí)際應(yīng)用的適應(yīng)性方面，由于結(jié)構(gòu)簡單，熱-機(jī)效率高，本發(fā)明既可以做成圓環(huán)直徑達(dá)十幾米、幾十米的大型燃?xì)?、蒸汽輪機(jī)；也可以做成直徑幾個(gè)厘米，甚至幾個(gè)毫米的微型內(nèi)燃機(jī)。因而可以廣泛用作一切領(lǐng)域內(nèi)的各種熱機(jī)。
權(quán)利要求
1，環(huán)流噴氣式轉(zhuǎn)子熱機(jī)，在結(jié)構(gòu)特征上，其汽缸是一個(gè)在內(nèi)緣留有圓環(huán)形開口縫隙的，類似于車輪外胎的圓環(huán)形腔體；
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)流噴氣式轉(zhuǎn)子熱機(jī)，其汽缸體上的圓環(huán)形開口縫隙也可以留在汽缸的其它部位和方位；
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)流噴氣式轉(zhuǎn)子熱機(jī)，其閉氣閥門必需可以伸入其圓環(huán)形汽缸中活塞斗運(yùn)動(dòng)的軌道上；
4，根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)流噴氣式轉(zhuǎn)子熱機(jī)，其功率輸出的途徑是，其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的活塞斗，通過其圓環(huán)形汽缸上的圓環(huán)形開口縫隙，向外傳遞功率；
5，根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)流噴氣式轉(zhuǎn)子熱機(jī)，其活塞斗向外傳遞功率的方式包括了兩種即，其活塞斗與其汽缸外的轉(zhuǎn)子直接固連的方式，和活塞斗上的齒輪牙與轉(zhuǎn)子上的齒輪相連接的方式；
6，根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)流噴氣式轉(zhuǎn)子熱機(jī)，其工作流體或工質(zhì)，既可以是燃?xì)?、蒸汽、燃混氣，也可以是其它各種具有動(dòng)能或壓力的流體，包括液體；
7，根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)流噴氣式轉(zhuǎn)子熱機(jī)，當(dāng)改變其閉氣閥門的啟閉順序時(shí)，可以將其用作各種類型的噴氣機(jī)、壓縮機(jī)、以及風(fēng)機(jī)和泵。
全文摘要
本發(fā)明屬于動(dòng)力機(jī)械領(lǐng)域。具體地說,是一種新型結(jié)構(gòu)原理的旋轉(zhuǎn)活塞式內(nèi)燃機(jī),其具體特征是,在某個(gè)側(cè)緣留有圓環(huán)形開口縫隙的,構(gòu)形類似于車輪外胎的圓環(huán)形汽缸內(nèi),運(yùn)動(dòng)的活塞斗可以通過該縫隙,與汽缸外面的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)子直接固連,以輸出功率;或者,也可以借助其活塞斗上,緊貼開口縫隙一側(cè)的齒輪牙或齒輪環(huán),與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)子上齒輪連接,輸出功率。
文檔編號(hào)F01C1/063GK1299000SQ99114599
公開日2001年6月13日 申請(qǐng)日期1999年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月9日
發(fā)明者李愛清 申請(qǐng)人:李愛清