專利名稱：滾旋式內(nèi)外燃?jí)嚎s空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種以壓縮空氣為工質(zhì)，采取外燃加熱或內(nèi)燃四沖程旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)。
中國(guó)專利，滾旋式內(nèi)燃機(jī)(ZL98111606.X)，對(duì)其結(jié)構(gòu)作了重大改進(jìn)，取得突破性進(jìn)展，并增設(shè)了空氣加熱器和高壓空氣罐等附件，從而構(gòu)成新型原動(dòng)機(jī)，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，使油耗降至更低，排放污染更少。
國(guó)際汽車開發(fā)公司(MDI)，采用居伊·內(nèi)格爾的發(fā)明專利，以壓縮空氣驅(qū)動(dòng)汽車已取得初步成功，據(jù)測(cè)，汽車獲得的驅(qū)動(dòng)能量與用于壓縮空氣所消耗電能的比率是20％，優(yōu)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(13％)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)(9.4％)的相應(yīng)比率。但其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用風(fēng)動(dòng)馬達(dá)功率很小，續(xù)駛里程較短，只能在城市內(nèi)使用，若要長(zhǎng)途行駛，還要在汽車上另外設(shè)置備用發(fā)動(dòng)機(jī)，所用高壓空氣罐的容積較大(300升以上)，于是既增加了汽車的重量，又占了很多有用空間，并提高了制造成本。如果車上不另設(shè)備用發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)壓縮空氣使用殆盡的時(shí)候，汽車就不能啟動(dòng)。此外，全面推廣使用，還需要提供一個(gè)足夠大的充氣站網(wǎng)絡(luò)，基建投資相應(yīng)加大。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)，既能外燃又可內(nèi)燃，可使用多種燃料，也能用壓縮空氣直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所用高壓空氣罐的容積較小(100升左右)，燃料消耗率可降低36％～58％，排放污染達(dá)到歐4標(biāo)準(zhǔn)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)輕微，具有優(yōu)良的可靠性和耐久性，其產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)空間、總質(zhì)量和成本等各項(xiàng)指標(biāo)也比較先進(jìn)。
為了達(dá)到上述目的所采取的具體措施是用該機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車在短途行駛時(shí)，采用壓縮空氣進(jìn)行外燃加熱，減小發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷，相應(yīng)減少能量的損失，降低有害氣體的排放，并能使用多種燃料。長(zhǎng)途行駛時(shí)改用內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，每轉(zhuǎn)完成四沖程工作循環(huán)作功一次，適當(dāng)提高壓縮比，增大膨脹比，采取燃油噴射，運(yùn)用速燃、分層稀燃，并將廢氣中的余熱加以回收應(yīng)用，還可適時(shí)利用本機(jī)自行增加壓縮空氣的儲(chǔ)量，延長(zhǎng)行駛里程。
最初，采用加熱壓縮空氣將發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，活塞從上止點(diǎn)開始沿氣缸內(nèi)壁橢圓軌道滾動(dòng)運(yùn)行，截氣門將內(nèi)外工作室通道阻斷，新鮮空氣由主進(jìn)氣道進(jìn)入氣缸分別對(duì)內(nèi)外工作室同時(shí)充氣，當(dāng)內(nèi)工作室進(jìn)氣過程接近終了，主軸進(jìn)氣口開啟，中冷器貯氣罐中的壓縮空氣通過冷進(jìn)氣道經(jīng)主燃燒室進(jìn)入工作室與新鮮空氣匯合，從而提高進(jìn)氣密度增大充量系數(shù)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180°，外工作室完成了進(jìn)、排氣過程，內(nèi)工作室也完成了進(jìn)氣和壓縮兩個(gè)過程，活塞再次到達(dá)上止點(diǎn)，截氣門被鎖定，噴咀將燃料提前注入主燃燒室形成混合氣而發(fā)火燃燒，火焰通過喉道進(jìn)入兩側(cè)付燃燒室，急劇擾動(dòng)，爆發(fā)氣流沖出燃燒室，主軸進(jìn)氣口再次開啟，空氣加熱器中的高壓熱空氣，通過熱進(jìn)氣道經(jīng)主燃燒室涌入氣缸與燃?xì)饬鲄R合而作功，到膨脹過程終了，旋轉(zhuǎn)閥的排氣口打開，將廢氣導(dǎo)入空氣加熱器中，對(duì)壓縮空氣進(jìn)行加熱，隨后排放，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)360°發(fā)動(dòng)機(jī)完成了一個(gè)熱力循環(huán)。
在膨脹過程中，活塞驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的同時(shí)，又將進(jìn)入外工作室的新鮮空氣壓縮，由旋轉(zhuǎn)閥的輸氣道引進(jìn)中冷器的下環(huán)管，一部分通過環(huán)列支管冷卻后經(jīng)上環(huán)管儲(chǔ)于貯氣罐中，以保持對(duì)冷進(jìn)氣道的連續(xù)供氣，其余部分輸入空氣加熱器利用廢氣余熱進(jìn)行加熱，保持對(duì)熱進(jìn)氣道的必要供氣，并使能量利用率得到很大提高。
發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中可隨時(shí)停止內(nèi)燃，而以外燃加熱，將高壓空氣罐中的外供壓縮空氣，由空氣加熱器外壁進(jìn)氣口輸入其夾腔，與自產(chǎn)壓縮空氣匯合一同進(jìn)行加熱，隨后由熱進(jìn)氣道經(jīng)主軸進(jìn)氣口輸入氣缸，在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷不大的時(shí)候，可將外供壓縮空氣截止，僅以自產(chǎn)壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)高壓空氣罐中的壓縮空氣消耗殆盡的時(shí)候，可用小型電動(dòng)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行充氣。同樣，也可對(duì)中冷器貯氣罐進(jìn)行充氣。
主軸前段兼作進(jìn)氣閥，主燃燒室設(shè)置其中，軸側(cè)開有進(jìn)氣口可與進(jìn)氣道接通，軸端設(shè)有甩油盤，并以端蓋加的封閉，在端蓋中心錐管中設(shè)置燃料噴咀，錐管末端與主燃燒室的上口相接，錐管與主軸錐孔嚴(yán)密配合，并設(shè)動(dòng)圈加以密封，主軸前后兩端各裝有軸承及密封構(gòu)件。
轉(zhuǎn)子兩側(cè)凹坑前側(cè)壁平面相互平行而對(duì)稱，后側(cè)壁通過門軸與截氣門鉸鏈相接，并將門軸兩端裝入前后轉(zhuǎn)子檔內(nèi)，在門槽底部設(shè)有逆止閥片用于封閉進(jìn)氣孔，防止進(jìn)氣回流和泄漏，進(jìn)氣孔有兩排，分別對(duì)內(nèi)外工作室供氣，截氣門由相等的兩半拼接而成，在其接縫的槽中嵌入阻氣片及彈簧。在凹坑底部設(shè)置付燃燒室，通過喉道與主燃燒室連通。
主進(jìn)氣道設(shè)于后氣缸蓋上與環(huán)繞主軸承座一周的環(huán)形氣道相接，在主軸承座的突緣上設(shè)置隔離罩，以免油氣相混。新鮮空氣經(jīng)過濾清以后，由主進(jìn)氣道通過轉(zhuǎn)子內(nèi)腔進(jìn)入氣缸。
冷進(jìn)氣道和熱進(jìn)氣道設(shè)于前氣缸蓋上，繞主軸軸線呈螺旋狀使進(jìn)氣形成渦流，主軸每轉(zhuǎn)其進(jìn)氣口與冷、熱進(jìn)氣道各有一次接通過程，分別將冷、熱壓縮空氣輸入氣缸，冷進(jìn)氣道開度較小，熱進(jìn)氣道開度較大，冷壓縮空氣進(jìn)入氣缸時(shí)的氣壓不低于4公斤/厘米2(0.39MPa)，熱壓縮空氣進(jìn)入氣缸時(shí)的氣壓不超過82公斤/厘米2(8MPa)。
雙流式旋轉(zhuǎn)閥設(shè)于氣缸兩側(cè)，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由裝在主軸上的凸輪通過滾子驅(qū)動(dòng)從動(dòng)框，在從動(dòng)框兩側(cè)各裝有導(dǎo)輪兩個(gè)，在導(dǎo)軌上往復(fù)移動(dòng)，經(jīng)連桿帶動(dòng)閥軸上的搖柄，使兩側(cè)閥體聯(lián)動(dòng)，隨著轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)180°，啟閉排氣口及輸氣道各一次，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)整體置于機(jī)匣中，并連續(xù)噴灑潤(rùn)滑油對(duì)各活動(dòng)部位進(jìn)行潤(rùn)滑。
為了適應(yīng)不同需要，變更燃料供給系，增設(shè)點(diǎn)火系，改壓燃式為點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)型，將火花塞裝在主軸前端主燃燒室上口，隨同主軸旋轉(zhuǎn)，燃料噴咀設(shè)于冷進(jìn)氣道上接近主軸進(jìn)氣口，當(dāng)內(nèi)工作室由主進(jìn)氣道的進(jìn)氣接近終了，主軸進(jìn)氣口開啟，通過冷進(jìn)氣道將壓縮空氣連同燃料一起經(jīng)主燃燒室充入內(nèi)工作室，于是就在主燃燒室中形成濃混合氣，而進(jìn)入內(nèi)工作室的是稀混合氣，當(dāng)內(nèi)工作室壓縮過程終了，主燃燒室中的濃混合氣已被提前點(diǎn)燃，發(fā)出強(qiáng)烈火焰，爆發(fā)氣流涌進(jìn)付燃燒室，引燃稀混合氣，從而實(shí)現(xiàn)分層稀燃，于膨脹初期，主軸進(jìn)氣口再次開啟，高壓熱空氣通過熱進(jìn)氣道輸入氣缸與燃?xì)庖煌鞴Γ脚蛎涍^程終了，將廢氣導(dǎo)入空氣加熱器利用其余熱加熱壓縮空氣。中冷器貯氣罐對(duì)氣缸的供氣，由壓力控制閥調(diào)節(jié)，使氣缸的氣壓適合點(diǎn)燃要求。
貯罐式中冷器，由貯氣罐、上環(huán)管、下環(huán)管、環(huán)列支管及散熱片構(gòu)成，出氣口設(shè)在頂部，在罐底設(shè)有充氣接口。
殼管式空氣加熱器，其殼體由盔蓋、外筒和內(nèi)筒構(gòu)成，外筒表面用防護(hù)層包裹，在內(nèi)筒外壁設(shè)置螺旋導(dǎo)流板，環(huán)列管置于內(nèi)筒中，其外端與內(nèi)筒上沿相接，內(nèi)端焊在集氣環(huán)管上，環(huán)列管所構(gòu)成的圓心為空氣加熱器內(nèi)膛，燃燒器置于內(nèi)膛上部，氣缸輸出的壓縮空氣由外筒底部進(jìn)氣道通過盤形截流閥進(jìn)入加熱器夾腔，經(jīng)過初步加熱以后，通過環(huán)形截流閥進(jìn)入環(huán)列管再次加熱，隨后經(jīng)集氣環(huán)管輸入氣缸，由氣缸排出的燃?xì)馔ㄟ^盔蓋進(jìn)氣口進(jìn)入加熱器內(nèi)膛穿過環(huán)列管的間隙，再返回盔蓋夾腔，然后由排氣口排放，高壓空氣罐中的壓縮空氣，由罐頂出氣口通過管道經(jīng)加熱器外壁進(jìn)氣口輸入其夾腔中，與氣缸輸入的壓縮空氣一同加熱。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)或積極效果有下述幾點(diǎn)1、該機(jī)將膨脹過程直接轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因而具有燃?xì)廨啓C(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但其有效功率的獲得是由氣體對(duì)活塞的壓力，熱力循環(huán)的各個(gè)過程與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)相似，于是具有往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的基本優(yōu)點(diǎn)，卻排除了其固有的缺點(diǎn)，這是因?yàn)榇朔N發(fā)動(dòng)機(jī)沒有曲軸連桿機(jī)構(gòu)等往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量影響，也無變角速運(yùn)動(dòng)的限制，并且消除了燃?xì)廨啓C(jī)的泄漏、混流及再循環(huán)等項(xiàng)損失，以及部分負(fù)荷時(shí)燃料消耗率過高等難以解決的問題，所以具有很高轉(zhuǎn)速和優(yōu)良性能。
2、本發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為中軸式，其幾何形狀規(guī)則、均稱，兩只相同的活塞相對(duì)配置，所受各種作用力完全相等而且同時(shí)，方向相反，形成力偶，因而運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、均衡，振動(dòng)輕微，轉(zhuǎn)子和活塞同步運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量足以保持穩(wěn)定而均勻地轉(zhuǎn)速，因而無須另外加裝飛輪及平衡塊。
3、這種發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸具有內(nèi)外工作室，在進(jìn)排氣和壓縮過程內(nèi)外工作室被截氣門隔開，在內(nèi)工作室開始?jí)嚎s前再將冷壓縮空氣注入其中，從而提高進(jìn)氣密度，增大充量系數(shù)，在膨脹過程內(nèi)外工作室暢通，氣流向外噴發(fā)，流動(dòng)湍急，擾動(dòng)強(qiáng)烈，而且在膨脹初期又將高溫高壓空氣注入其中，使燃燒更加充分，并且利用廢氣余熱對(duì)壓縮空氣進(jìn)行加熱，從而提高熱效率，取得良好燃油經(jīng)濟(jì)性及減少排氣污染。
4、該機(jī)以其活塞側(cè)壁的矩形面積進(jìn)行工作，高溫高壓氣體作用于不停滾動(dòng)變換的活塞側(cè)壁，因而受熱均勻、便于冷卻，而且滾動(dòng)摩擦阻力較小，不易磨損，這比往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)越得多，因?yàn)橥睆降幕钊?，圓形的面積比矩形的面積小很多，而且往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)僅局限于活塞頂部承受高溫高壓氣體的沖擊，活塞與氣缸壁為滑動(dòng)摩擦，阻力大且受力不均，磨損相當(dāng)嚴(yán)重。
5、此種發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞在作功同時(shí)并將進(jìn)入氣缸的新鮮空氣進(jìn)行壓縮，自行實(shí)施增壓并中冷，無須另設(shè)增壓器。在進(jìn)行外燃作功時(shí)可全部或部分采用自產(chǎn)壓縮空氣進(jìn)行工作，減少高壓空氣的消耗。在以內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)時(shí)，實(shí)施增壓可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率，據(jù)測(cè)，容積效率提高1％，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率約提高3％左右，中冷也是一種很有效的措施，實(shí)驗(yàn)表明，在壓縮空氣進(jìn)入氣缸時(shí)的溫度每降低10℃，燃燒消耗率約下降0.5％，而發(fā)動(dòng)機(jī)功率可提高2％～4％。
6、該機(jī)外燃可使用液體或氣體各種燃料，對(duì)燃料的質(zhì)量要求不高。
7、此種發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度不高，熱能損失較少，能量利用率得以提高，而且便于冷卻。
8、該機(jī)采用外燃加熱的壓縮空氣進(jìn)行啟動(dòng)，因而不受氣候影響和環(huán)境的限制。
9、該機(jī)用作工質(zhì)的壓縮空氣可從大氣中取之不竭，便于供應(yīng)，使用比較安全可靠、操作控制方便。
本發(fā)明的細(xì)節(jié)和特征結(jié)合下列附圖作進(jìn)一步闡述

圖1和圖2所示為滾旋式內(nèi)外燃?jí)嚎s空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖3所示為點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)型火花塞及燃料噴咀所設(shè)位置圖4表達(dá)轉(zhuǎn)子體及其凹坑后側(cè)壁設(shè)置的截氣門結(jié)構(gòu)圖5和圖6示出雙流式旋轉(zhuǎn)閥及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖7示出該機(jī)及其中冷器和空氣加熱器工作原理和工作循環(huán)各個(gè)過程示意8和圖9所示為殼管式空氣加熱器的基本結(jié)構(gòu)圖10為高壓空氣罐的略圖從圖1和圖2可見，本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)是在橢圓形氣缸1中間設(shè)置一個(gè)裝有主軸4的轉(zhuǎn)子3，在其兩側(cè)有兩個(gè)工作空間，轉(zhuǎn)子兩側(cè)的對(duì)稱凹坑各與一只活塞5、5′嚙合，從而將凹坑和兩側(cè)的工作空間構(gòu)成兩個(gè)內(nèi)工作室6、6′和兩個(gè)外工作室7、7′，兩只截氣門9、9′裝于兩側(cè)凹坑后側(cè)壁的門槽中，在截氣門兩半接縫的槽中嵌有阻氣片24，主軸分作前后兩段4、4′，分別與前后轉(zhuǎn)子檔10、10′構(gòu)成一體，主軸前段4又兼作進(jìn)氣閥，以氣封環(huán)18等構(gòu)件加以密封，其外設(shè)軸套19，主燃燒室16設(shè)置其中，分別由冷進(jìn)氣道14和熱進(jìn)氣道17通過進(jìn)氣口15供應(yīng)冷、熱壓縮空氣，端蓋28將軸端封閉，在端蓋的中心錐管中設(shè)置噴油咀21，在主軸中設(shè)有油道與轉(zhuǎn)子體的油孔13相通，以潤(rùn)滑油對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻并輸送到各部位進(jìn)行潤(rùn)滑。在主軸兩端裝有軸承及其密封裝置。旋轉(zhuǎn)閥8、8′設(shè)置于氣缸兩側(cè)的排氣道上。前后氣缸蓋2、2′將氣缸兩端封閉，主進(jìn)氣道56設(shè)置于后氣缸蓋上與環(huán)繞主軸承座一周的環(huán)形氣道38相接，使其與后轉(zhuǎn)子檔10′兩側(cè)進(jìn)氣口始終保持貫通。密封環(huán)11、11′設(shè)于前后轉(zhuǎn)子檔10、10′的圓周上，密封片12、12′設(shè)于氣缸體兩側(cè)。在活塞兩端裝有圓臺(tái)狀堵頭31，中心軸32貫穿其中，在堵頭上設(shè)塞環(huán)33和塞圈34密封，在堵頭外底設(shè)集油坑35并于其內(nèi)底設(shè)碟簧36，扭簧絆扣37、37′與集油坑壁貼近，以限制活塞的跳動(dòng)。
圖3所示點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)型，將火花塞30裝在主軸前端主燃燒室16上口，燃料噴咀21′設(shè)于冷進(jìn)氣道14上，當(dāng)主軸進(jìn)氣口15與冷進(jìn)氣道14接通時(shí)，即將壓縮空氣連同燃料一起經(jīng)主燃燒室16輸入氣缸。付燃燒室20設(shè)在轉(zhuǎn)子凹坑底部經(jīng)喉道與主燃燒室16連通。
圖4所表達(dá)的轉(zhuǎn)子體，其內(nèi)腔分作內(nèi)外兩部分，新鮮空氣由內(nèi)向外通過門槽底部的進(jìn)氣孔26分別流入內(nèi)、外工作室。截氣門9與凹坑后側(cè)壁通過門軸23鉸鏈相接，門軸兩端凸出，可裝入前后轉(zhuǎn)子檔內(nèi)，在門槽底部設(shè)有逆止閥片25。付燃燒室20設(shè)于凹坑底部。凹坑前側(cè)壁27、27′兩側(cè)平面相互平行。
圖5和圖6所示，在旋轉(zhuǎn)閥8的閥體上設(shè)有排氣口40、輸氣道41、閥片45及閥環(huán)46。在輸氣道41的入口處設(shè)笛簧片42與勾狀托43，用螺釘44加以固定。旋轉(zhuǎn)閥的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由裝在主軸上的凸輪48通過滾子51、51′驅(qū)動(dòng)從動(dòng)框49，在從動(dòng)框兩側(cè)各裝有導(dǎo)輪50兩個(gè)，在導(dǎo)軌54上往復(fù)移動(dòng)，通過連桿52、52′與裝在閥軸上的搖柄53、53′帶動(dòng)兩側(cè)閥體同步作往復(fù)旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)整體置于機(jī)匣57中，并不斷噴灑潤(rùn)滑油對(duì)各活動(dòng)部位加以潤(rùn)滑，從而使排氣和輸氣得以連續(xù)進(jìn)行。
圖7示出的示意圖按該機(jī)內(nèi)燃循環(huán)順序?yàn)?br> (1)活塞從上止點(diǎn)開始沿氣缸內(nèi)壁滾動(dòng)運(yùn)行，新鮮空氣從主進(jìn)氣道經(jīng)轉(zhuǎn)子內(nèi)腔由內(nèi)向外流動(dòng)，通過進(jìn)氣孔分別對(duì)內(nèi)、外工作室進(jìn)行充氣，這時(shí)截氣門將內(nèi)外工作室通道阻斷，外工作室進(jìn)氣的同時(shí)又將廢氣排出氣缸，經(jīng)管道輸入空氣加熱器65內(nèi)膛，對(duì)壓縮空氣進(jìn)行加熱。內(nèi)工作室進(jìn)氣終了，開始進(jìn)行壓縮，主軸進(jìn)氣口開啟，中冷器貯氣罐58中的壓縮空氣，從冷進(jìn)氣道通過主燃燒室涌入氣缸；(2)活塞即將再次到達(dá)上止點(diǎn)，進(jìn)氣、排氣和壓縮過程都已結(jié)束，噴油咀將燃料注入主燃燒室中，旋轉(zhuǎn)閥輸氣道開通，開始輸出壓縮空氣；(3)燃料在燃燒室中形成混合氣而發(fā)火燃燒并開始膨脹，這時(shí)截氣門已被鎖定，內(nèi)外工作室暢通，活塞離開上止點(diǎn)，主軸進(jìn)氣口再次開啟，空氣加熱器65中的高壓熱空氣經(jīng)熱進(jìn)氣道通過主燃燒室進(jìn)入氣缸與燃?xì)饬鲄R合；(4)熱進(jìn)氣道供氣即將截止，膨脹加速進(jìn)行，活塞驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子作功同時(shí)繼續(xù)輸出壓縮空氣，氣流的一部分經(jīng)冷卻后進(jìn)入貯氣罐58儲(chǔ)存，其余部分輸入空氣加熱器65再次加熱。為了提高熱空氣進(jìn)入氣缸時(shí)的工作壓力，需要將高壓空氣罐中的壓縮空氣由進(jìn)氣口76輸入空氣加熱器中。因?yàn)閴嚎s空氣在減壓時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重降溫現(xiàn)象，必要時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行外燃加熱，以充分利用其能量。
注a-空氣b-壓縮空氣c-燃?xì)鈭D8和圖9所示殼管式空氣加熱器，其殼體由盔蓋66、外筒67及內(nèi)筒69構(gòu)成，外筒表面用防護(hù)層68包裹，內(nèi)筒外壁設(shè)有螺旋導(dǎo)流板70，環(huán)列管71置于內(nèi)筒中，其外端與內(nèi)筒上沿相接，內(nèi)端焊在集氣環(huán)管72上，環(huán)列管所構(gòu)成的圓心為加熱器內(nèi)膛，燃燒器77置于內(nèi)膛上部，由氣缸輸出的壓縮空氣通過外筒底部進(jìn)氣道73經(jīng)盤形截流閥74進(jìn)入加熱器夾腔，在夾腔上部設(shè)置環(huán)形截流閥75。燃?xì)膺M(jìn)氣口78及廢氣排氣口79設(shè)置在盔蓋66上。高壓熱空氣出氣口55設(shè)在集氣環(huán)管75上。加熱器外壁進(jìn)氣口76通過管道與高壓空氣罐81聯(lián)接。
圖10所示高壓空氣罐，其外表面用防護(hù)層84包裹，高壓空氣出氣口82設(shè)在罐頂，在罐底設(shè)有充氣接口83。罐體容積根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率確定，對(duì)于小型汽車其容積在100升以下，氣壓為300公斤/厘米2(29.4MPa)。
權(quán)利要求
1.一種滾旋式內(nèi)外燃?jí)嚎s空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，包括橢圓形氣缸體、前后氣缸蓋、活塞、轉(zhuǎn)子、主軸、進(jìn)排氣道、旋轉(zhuǎn)閥及密封裝置，所述轉(zhuǎn)子連同主軸配置于氣缸中間，兩側(cè)形成兩個(gè)工作空間，轉(zhuǎn)子兩側(cè)對(duì)稱凹坑各與其活塞嚙合，將工作空間構(gòu)成內(nèi)外工作室，前后氣缸蓋將氣缸兩端封閉，進(jìn)氣道設(shè)在前后氣缸蓋上，排氣道及其旋轉(zhuǎn)閥設(shè)于氣缸兩側(cè)，其特征在于(1)最初，采用加熱壓縮空氣將發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，活塞[5、5′]從上止點(diǎn)開始沿氣缸內(nèi)壁橢圓軌道滾動(dòng)運(yùn)行，截氣門[9、9′]將內(nèi)外工作室通道阻斷，新鮮空氣由主進(jìn)氣道[56]進(jìn)入氣缸分別對(duì)內(nèi)外工作室同時(shí)充氣，當(dāng)內(nèi)工作室[6、6′]進(jìn)氣過程接近終了，主軸進(jìn)氣口[15]開啟，中冷器貯氣罐[58]中的壓縮空氣通過冷進(jìn)氣道[14]經(jīng)主燃燒室[16]進(jìn)入工作室與新鮮空氣匯合，從而提高進(jìn)氣密度，增大充量系數(shù)；(2)當(dāng)轉(zhuǎn)子[3]旋轉(zhuǎn)180°，外工作室[7、7′]完成了進(jìn)排氣過程，內(nèi)工作室[6、6′]也完成了進(jìn)氣和壓縮兩個(gè)過程，活塞[5、5′]再次到達(dá)上止點(diǎn)，截氣門[9、9′]被鎖定，噴咀[21]將燃料提前注入主燃燒室[16]形成混合氣而發(fā)火燃燒，火焰通過喉道進(jìn)入兩側(cè)付燃燒室，急劇擾動(dòng)爆發(fā)氣流沖出燃燒室，主軸進(jìn)氣口[15]再次開啟，空氣加熱器[65]中的高壓熱空氣，通過熱進(jìn)氣道[17]經(jīng)主燃燒室涌入氣缸與燃?xì)饬鲄R合而作功，到膨脹過程終了，旋轉(zhuǎn)閥的排氣口[40]打開，將廢氣導(dǎo)入空氣加熱器[65]中，對(duì)壓縮空氣進(jìn)行加熱，隨后排放，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)360°發(fā)動(dòng)機(jī)完成了一個(gè)熱力循環(huán)；(3)在膨脹過程中，活塞[5、5′]驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的同時(shí)，又將進(jìn)入外工作室[7、7′]的新鮮空氣壓縮，由旋轉(zhuǎn)閥的輸氣道[41]引進(jìn)中冷器的下環(huán)管[60]，一部分通過環(huán)列支管[61]冷卻后經(jīng)上環(huán)管[59]存于貯氣罐[58]中，以保持對(duì)冷進(jìn)氣道[14]的連續(xù)供氣，其余部分輸入空氣加熱器[65]利用廢氣余熱進(jìn)行加熱，保證對(duì)熱進(jìn)氣道[17]的必要供氣，并使能量利用率得到很大提高；(4)發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中可隨時(shí)停止內(nèi)燃，而以外燃加熱，將高壓空氣罐[81]中的外供壓縮空氣，由空氣加熱器外壁進(jìn)氣口[76]輸入其夾腔，與自產(chǎn)壓縮空氣匯合一同進(jìn)行加熱，隨后由熱進(jìn)氣道[17]經(jīng)主軸進(jìn)氣口[15]輸入氣缸，在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷不大的時(shí)候，可將外供壓縮空氣截止，僅以自產(chǎn)壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；(5)除所述壓燃式機(jī)型外，還有將火花塞[30]設(shè)置在主軸前端的點(diǎn)燃式機(jī)型，可適應(yīng)不同需要。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述滾旋式內(nèi)外燃?jí)嚎s空氣發(fā)動(dòng)機(jī)其特征在于主軸前段[4]兼作進(jìn)氣閥，主燃燒室[16]設(shè)置其中，軸側(cè)開有進(jìn)氣口[15]可與進(jìn)氣道接通，在軸端設(shè)有甩油盤[22]，并以端蓋[28]加以封閉，在端蓋中心錐管中設(shè)置燃料噴咀[21]，錐管末端與主燃燒室上口相接，錐管與主軸錐孔嚴(yán)密配合，并設(shè)動(dòng)圈[29]加以密封，主軸前后兩端各裝有軸承及密封構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述滾旋式內(nèi)外燃?jí)嚎s空氣發(fā)動(dòng)機(jī)其特征在于轉(zhuǎn)子兩側(cè)凹坑前側(cè)壁[27、27′]平面相互平行而對(duì)稱，后側(cè)壁通過門軸[23、23′]與截氣門[9、9′]鉸鏈相接，并將門軸兩端裝入前后轉(zhuǎn)子檔[10、10′]內(nèi)，在門槽底部設(shè)有逆止閥片[25、25′]用以封閉進(jìn)氣孔，防止進(jìn)氣回流和泄漏，進(jìn)氣孔[26]有兩排，分別對(duì)內(nèi)外工作室供氣，截氣門由相等的兩半拼接而成，在中間接縫的槽中嵌入阻氣片[24]及彈簧，在凹坑底部設(shè)有付燃燒室[20]，通過喉道與主燃燒室連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述滾旋式內(nèi)外燃?jí)嚎s空氣發(fā)動(dòng)機(jī)其特征在于主進(jìn)氣道[56]設(shè)于后氣缸蓋[2′]上與環(huán)繞主軸承座一周的環(huán)形氣道[38]相接，在主軸承座的突緣上設(shè)置隔離罩[39]，以免油氣相混，冷進(jìn)氣道[14]和熱進(jìn)氣道[17]設(shè)于前氣缸蓋[2]上，繞主軸軸線呈螺旋狀使進(jìn)氣形成渦流，主軸每轉(zhuǎn)其進(jìn)氣口[15]與冷進(jìn)氣道[14]和熱進(jìn)氣道[17]各有一次接通過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述滾旋式內(nèi)外燃?jí)嚎s空氣發(fā)動(dòng)機(jī)其特征在于雙流式旋轉(zhuǎn)閥[8、8′]設(shè)于氣缸兩側(cè)，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由裝在主軸后段[4′]的凸輪[48]通過滾子[51、51′]驅(qū)動(dòng)兩側(cè)裝有導(dǎo)輪[50]的從動(dòng)框[49]使其在導(dǎo)軌[54]上往復(fù)移動(dòng)，經(jīng)連桿[52、52]和搖柄[53、53]帶動(dòng)兩側(cè)閥體聯(lián)動(dòng)，隨著轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)180°，啟閉排氣口[40]及輸氣道[41]各一次，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)整體置于機(jī)匣[57]中，并連續(xù)噴灑潤(rùn)滑油對(duì)各活動(dòng)部位進(jìn)行潤(rùn)滑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述滾旋式內(nèi)外燃?jí)嚎s空氣發(fā)動(dòng)機(jī)其特征在于點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)型將火花塞[30]裝在主軸前端主燃燒室[16]上口，隨同主軸旋轉(zhuǎn)，燃料噴咀[21′]設(shè)于冷進(jìn)氣道[14]上，接近主軸進(jìn)氣口[15]，當(dāng)內(nèi)工作室由主進(jìn)氣道的進(jìn)氣接近終了，主軸進(jìn)氣口開啟，通過冷進(jìn)氣道[14]將壓縮空氣連同燃料一起經(jīng)主燃燒室充入內(nèi)工作室，于是就在主燃燒室中形成濃混合氣，而進(jìn)入內(nèi)工作室的是稀混合氣，當(dāng)內(nèi)工作室壓縮過程終了，主燃燒室中的濃混合氣已被提前點(diǎn)燃，發(fā)出強(qiáng)烈火焰，爆發(fā)氣流涌進(jìn)付燃燒室[20]，引燃稀混合氣，從而實(shí)現(xiàn)分層稀燃，于膨脹初期，主軸進(jìn)氣口再次開啟，高壓熱空氣通過熱進(jìn)氣道[17]輸入氣缸與燃?xì)庖煌鞴?，到膨脹過程終了，將廢氣導(dǎo)入空氣加熱器利用其余熱加熱壓縮空氣，中冷器貯氣罐對(duì)氣缸的供氣，由壓力控制閥調(diào)節(jié)，使氣缸的氣壓適合點(diǎn)燃要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述滾旋式內(nèi)外燃?jí)嚎s空氣發(fā)動(dòng)機(jī)其特征在于貯罐式中冷器由貯氣罐[58]、上環(huán)管[59]、下環(huán)管[60]、環(huán)列支管[61]及散熱片[62]構(gòu)成，出氣口[63]設(shè)在頂部，在罐底設(shè)有充氣接口[64]。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述滾旋式內(nèi)外燃?jí)嚎s空氣發(fā)動(dòng)機(jī)其特征在于殼管式空氣加熱器，其殼體由盔蓋[66]、外筒[67]和內(nèi)筒[69]構(gòu)成，在外筒表面用防護(hù)層[68]包裹，在內(nèi)筒外壁設(shè)置螺旋導(dǎo)流板[70]，環(huán)列管[71]置于內(nèi)筒中，其外端與內(nèi)筒上沿相接，內(nèi)端焊在集氣環(huán)管[72]上，環(huán)列管所構(gòu)成的圓心為空氣加熱器內(nèi)膛，燃燒器[77]置于內(nèi)膛上部，氣缸輸出的壓縮空氣由外筒底部進(jìn)氣道[73]通過盤形截流閥[74]進(jìn)入加熱器夾腔，經(jīng)過初步加熱以后，通過環(huán)形截流閥[75]進(jìn)入環(huán)列管[71]再次加熱，隨后經(jīng)集氣環(huán)管[72]輸入氣缸，由氣缸排出的燃?xì)馔ㄟ^盔蓋燃?xì)膺M(jìn)氣口[78]進(jìn)入加熱器內(nèi)膛穿過環(huán)列管的間隙，再返回盔蓋夾腔[80]，然后由排氣口[79]排放，高壓空氣罐[81]中的壓縮空氣由罐頂出氣口[82]通過管道經(jīng)加熱器外壁進(jìn)氣口[76]輸入加熱器夾腔。
全文摘要
一種滾旋式內(nèi)外燃?jí)嚎s空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，將轉(zhuǎn)子連同主軸及兩只活塞配置于橢圓形氣缸中，雙流式旋轉(zhuǎn)閥設(shè)于氣缸兩側(cè)。以壓縮空氣為工質(zhì)，外燃可用液體或氣體各種燃料，又可隨時(shí)改為內(nèi)燃，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)作功一次，四沖程工作循環(huán)并能自行增壓、中冷，其膨脹過程直接變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，無往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量及變角速運(yùn)動(dòng)限制，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、均衡、振動(dòng)輕微，轉(zhuǎn)速高而性能好，內(nèi)外工作室使膨脹比大增，并利用廢氣余熱獲得很高熱效率，滾動(dòng)活塞工作面積大、受熱均勻，機(jī)械效率高，顯著降低能耗與排放污染。
文檔編號(hào)F01C1/00GK1854483SQ20051003916
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者蘇興起 申請(qǐng)人:蘇興起