CN109139242A - 切向力发动机及其核心组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种切向力发动机及其核心组件，包括：外壳，具有进气口和排气口；旋转轮，位于外壳内，旋转轮可轴向转动，旋转轮包括：旋转轮本体，旋转轮本体的横截面为圆形；至少一个燃烧室，燃烧室设于旋转轮本体的外圆周上；压气件，压气件对应于燃烧室设置，压气件可轴向转动，关闭或打开燃烧室和改变燃烧室的开口方向；以及着力件，设于外壳上；其中，进气口、外壳、着力件及旋转轮本体围成的空腔为进气腔，排气口、外壳、着力件及旋转轮本体围成的空腔为排气腔，进气腔的体积小于排气腔的体积。切向力发动机结构简单，机械摩擦小，在做功过程中消耗的能量少，同时，膨胀比大于压缩比，燃油效率高。

Description

切向力发动机及其核心组件

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种切向力发动机及其核心组件。

背景技术

目前市面上有活塞式往复运动发动机，涡轮涡扇发动机等主流发动机。活塞往复运动式发动机是将活塞的直线往复运动通过曲轴转化为旋转动力而输出，涡轮涡扇发动机是将高温高压气体冲压到旋转轴的叶片上而转化为旋转动力输出。

活塞式往复运动发动机包括活塞，活塞上连接的曲柄连杆机构，曲轴，正时机构，配气机构等运动部件。运动部件多，机械摩擦大，在做功过程中消耗的能量多。另外，常规的活塞式发动机的压缩比与膨胀比相等，燃油效率不高。目前市面上有一种阿特金森发动机，其使用了较为复杂的连杆作为动力从活塞到曲轴的输出，用不同的连杆机制协同工作，使得各个行程幅度不同，从而膨胀比大于压缩比，燃油效率比常规的活塞式往复运动发动机要高。但复杂的连杆在体积上和故障情况都不如常规的活塞式往复运动发动机，所以未能普及。涡轮涡扇发动机虽然结构简单，但对发动机材料和加工要求非常高，目前主要在航空领域中使用。

发明内容

为解决发动机结构复杂，热效率低，燃油效率不高的问题，本发明提供了一种切向力发动机及其核心组件。

本发明提供一种切向力发动机的核心组件，包括：外壳，具有进气口和排气口；旋转轮，位于外壳内，旋转轮可轴向转动，旋转轮包括：旋转轮本体，旋转轮本体的横截面为圆形；至少一个燃烧室，燃烧室设于旋转轮本体的外圆周上；压气件，压气件对应于燃烧室设置，压气件可轴向转动，关闭或打开燃烧室和改变燃烧室的开口方向；以及着力件，设于外壳上；其中，进气口、外壳、着力件及旋转轮本体围成的空腔为进气腔，排气口、外壳、着力件及旋转轮本体围成的空腔为排气腔，进气腔的体积小于排气腔的体积。

进一步的，压气件包括压气件主体及旋转轴，压气件主体与旋转轴一体成型，旋转轴安装在旋转轮本体上。

进一步的，压气件还包括转动件，转动件包括：曲杆，曲杆的一端设于旋转轴远离压气件主体的一端；曲杆导向轮，设于曲杆远离旋转轴的一端；以及弹簧，套于旋转轴上，弹簧的一端固定在旋转轮本体上，弹簧的另一端固定在曲杆上。

进一步的，外壳靠近进气腔的圆周上设有导轨，曲杆导向轮在导轨上滑行。

进一步的，外壳还包括隔板，隔板用于将进气口和排气口分隔开。

进一步的，隔板与着力件在外壳上的位置相对。

进一步的，燃烧室的数量为两个，两个燃烧室在旋转轮本体的外圆周上的位置相对。

进一步的，着力件靠近外壳圆心的一侧为弧形，着力件安装在外壳内的厚度是逐渐增加的。

本发明还提供了一种切向力发动机，包括上文所述的切向力发动机的核心组件，切向力发动机还包括：点火装置，点火装置包括火花塞，高压点火电极以及受电电极，高压点火电极设于外壳上，火花塞设于燃烧室内，受电电极设于旋转轮本体上，并与火花塞电性连接；以及喷油嘴，设于外壳靠近进气腔的圆周上。

本发明的有益效果是：

相比于活塞式发动机的运动部件多，机械摩擦大，在做功过程中消耗的能量多，切向力发动机只有旋转轮本体和压气件两个运动部件，所以结构简单，机械摩擦就小，在做功过程中消耗的能量少，热效率高。另外，由于进气腔的体积小于排气腔的体积，压缩冲程小于膨胀冲程，切向力发动机的压缩比小于膨胀比，可以输出更多的动能。相对于膨胀比与压缩比相等的发动机，切向力发动机的燃油效率更高。

附图说明：

图1是本发明当第一燃烧室旋转到隔板附近时，切向力发动机的剖视图；

图2是本发明当第一燃烧室旋转通过隔板时，切向力发动机的剖视简图；

图3是本发明当第一燃烧室旋转通过隔板后，切向力发动机的剖视图；

图4是本发明的压气件和转动件的结构示意图。

具体实施方式：

以下描述只用于揭露本发明以使得本领域技术人员能够实施本发明。以下描述中的实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及其他未背离本发明精神和范围的其他方案。

如图1、图2和图3所示，一种切向力发动机的核心组件，包括外壳1，外壳1具有两个开口，进气口111和排气口112。外壳1包括隔板2，隔板2用于将进气口111和排气口112分隔开，隔板2可拆卸的安装于外壳1上也可与外壳1一体成型。

如图1、图2和图3所示，切向力发动机的核心组件还包括旋转轮，旋转轮安装在外壳1内，旋转轮的圆心与外壳1的圆心位置重合，旋转轮可轴向旋转。旋转轮包括旋转轮本体5，旋转轮本体5的横截面为圆形，旋转轮本体5的圆周刚好碰到隔板2靠近圆心的一端。旋转轮还包括至少一个燃烧室，油气混合气体在燃烧室内燃烧膨胀。于本实施例中，旋转轮包括两个燃烧室，第一燃烧室61和第二燃烧室62，第一燃烧室61和第二燃烧室62在旋转轮本体5的圆周上的位置相对，即第一燃烧室61与第二燃烧室62之间的角度为180°，燃烧室为圆柱形。在外壳1上设置两个燃烧室，两个燃烧室可依次做功，增加发动机的动力输出。第一燃烧室61和第二燃烧室62的位置相对，使得两个燃烧室在各自完成进气、压缩和做功、排气的时间可以衔接起来。于其他实施例中，燃烧室的数量可为其他数值，例如一个，本发明对燃烧室的数量不作限制。旋转轮还包括压气件，压气件对应于燃烧室设置，压气件可轴向转动，用于打开或关闭燃烧室和改变所述燃烧室的开口方向。于本实施例中，旋转轮包括两个压气件，第一压气件71和第二压气件72。压气件轴向转动的轴心与燃烧室的圆心重叠。于其他实施例中，压气件的数量可为其他数值，压气件的数量与燃烧室的数量一致。

如图3所示，外壳1上设有着力件3，着力件3和隔板2将旋转轮本体5和外壳1之间的空腔分为体积不等的两部分。着力件3具有两端，第一端31和第二端32，旋转轮本体5的圆周刚好碰到着力件3的第一端31。于本实施例中，着力件3嵌入外壳1内，着力件3的第一端31与隔板2在外壳1上的位置相对，即着力件3的第一端31与隔板2之间的角度为180°，着力件3的第二端32在外壳1的圆周上。隔板2与着力件3在外壳1上的位置相对，隔板2和着力件3将外壳1的圆周分隔为两个对称的圆弧，使得两个燃烧室在分别通过两个圆弧的时间可以衔接起来。着力件3靠近外壳1圆心的一侧为弧形，着力件3安装在外壳1内的厚度从第二端32到第一端31是逐渐增加的，这样使得当燃烧室转动经过着力件3时，压气件随着着力件3一侧的弧度变化，在燃烧室内逐渐旋转至关闭燃烧室。着力件3可拆卸的安装于外壳1上，也可与外壳1一体成型。于其他实施例中，着力件3和隔板2在外壳1上的位置可为其他情况，着力件3可采用其他形状，本发明对着力件的位置和形状不作限制。

其中，进气口111隔板2、外壳1、着力件3的第一端31及旋转轮本体5围成的空腔为进气腔8，排气口112、隔板2、外壳1、着力件3的第一端31及旋转轮本体5围成的空腔为排气腔9。进气腔8的体积小于排气腔9的体积。

如图4所示，压气件包括压气件主体711和旋转轴712，压气件主体711与旋转轴712一体成型。于本实施例中，压气件包括压气件主体711和两个旋转轴712，旋转轴712安装在旋转轮本体5上。压气件一边随着旋转轮本体5的旋转而旋转，一边绕着旋转轴712轴向旋转。

如图4所示，于本实施例中，压气件还包括转动件，转动件包括曲杆101，曲杆导向轮102和弹簧103。曲杆101的一端设于旋转轴712远离压气件主体711的一端。曲杆导向轮102设于曲杆101远离旋转轴712的一端。弹簧103套于旋转轴712上，弹簧103的一端固定在旋转轮本体5上，弹簧103的另一端固定在曲杆101上。

如图3所示，外壳1靠近进气腔8的圆周上设有导轨11。导轨11从外壳1靠近进气口111的一端延伸到着力件3的第一端31。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，可不具有导轨11，压气件可通过在外壳1上设置滑槽，压气件上对应地设置滑块从而实现滑行配合。

压气件的转动原理：当燃烧室随着旋转轮本体5转到外壳1靠近进气腔9的圆周上时，曲杆导向轮102在导轨11上滑行，曲杆101的旋转由导轨11决定，通过曲杆101及旋转轴712，压气件轴向转动，从而打开或关闭燃烧室和改变燃烧室的开口方向。当燃烧室旋转到隔板2附近，压气件上的曲杆导向轮102按导轨11的轨迹运动，实现压气件自转关闭燃烧室，并无障碍通过隔板2。当燃烧室经过着力件3的第一端31时，此时压气件按导轨11的轨迹旋转关闭燃烧室，并无障碍通过着力件3。然后燃烧室旋转到没有导轨11的部分，弹簧103不受约束了，恢复到弹簧103的初始状态，同时带动曲杆101旋转，从而带动压气件轴向转动。

如图3所示，本发明还提供了一种切向力发动机，包括上文所述的切向力发动机的核心组件。切向力发动机还包括点火装置，点火装置包括火花塞121，高压点火电极122以及受电电极123。高压点火电极122设于外壳1上。火花塞121设于燃烧室内。受电电极123设于旋转轮本体5上，并通过导线与火花塞121电性连接。当燃烧室恰好完全通过着力件3的第一端31时，高压点火电极122与受电电极123接通。

点火装置的工作原理：随着旋转轮本体5的旋转，当燃烧室恰好完全通过着力件3的第一端31时，受电电极123转到高压点火电极122的位置，高压点火电极122与受电电极123接通，电源接通，火花塞121点火。

切向力发动机还包括喷油嘴4，喷油嘴4设于外壳1靠近进气口111的圆周上。

切向力发动机的工作原理：

进气腔8内为从进气口111进入的新鲜空气。旋转轮本体5顺时针旋转，当第一燃烧室61和第一压气件71旋转到隔板2附近，第一压气件71上的曲杆导向轮102按导轨11的轨迹运动，实现第一压气件71自转关闭第一燃烧室61，并无障碍通过隔板2。进气腔8被第一压气件71分割，第一压气件71的一侧为吸气区，第一压气件71的另一侧为压缩区。喷油嘴4喷出燃油，第一压气件71把进气腔8内的新鲜空气和喷油嘴4喷出的燃油压缩到第一燃烧室61内。

当第一燃烧室61和第一压气件71转到着力件3的位置时，第一压气件71按导轨11的轨迹自转关闭第一燃烧室61，油气混合气体被保持在第一燃烧室61内，并无障碍通过着力件3。第一燃烧室61完全通过着力件3的第一端31，此时，受电电极123与高压点火电极122接触，火花塞121点火，被压缩在第一燃烧室61内的高压油气混合气爆炸和膨胀，在第一压气件71两侧产生压力差，推动旋转轮本体5顺时针旋转。同时，弹簧103顺时针扭转复位，打开第一燃烧室61。排气腔9被第一压气件71分割，第一压气件71的一侧为油气混合气体爆燃区，第一压气件71的另一侧为废气排放区，废气通过排气口112排出。

此时，在旋转轮本体5的另一侧，第二燃烧室62和第二压气件72通过隔板2，第二压气件72把进气腔8内的空气和喷油嘴4喷出的燃油压缩到第二燃烧室62内。第二压气件72的曲杆导向轮102沿着导轨11运动，当旋转到着力件3的位置时，第二压气件72按导轨11的轨迹自转关闭第二燃烧室62，油气混合气体被保持在第二燃烧室62内，并通过着力件3。

第一燃烧室61和第一压气件71旋转到隔板2附近，爆燃气体的膨胀接近结束，第一压气件71上的曲杆导向轮102按导轨11的轨迹运动，实现第一压气件24自转关闭第一燃烧室61，并通过隔板2的位置。如此旋转往复。

旋转轮转动做功并驱动发动机上其他附件工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种切向力发动机的核心组件，其特征在于，包括：

外壳，所述外壳具有进气口和排气口；

旋转轮，所述旋转轮位于所述外壳内，所述旋转轮可轴向转动，所述旋转轮包括：

旋转轮本体，所述旋转轮本体的横截面为圆形；

至少一个燃烧室，所述燃烧室设于所述旋转轮本体的外圆周上；以及

压气件，所述压气件对应于所述燃烧室设置，所述压气件可轴向转动，关闭或打开所述燃烧室和改变所述燃烧室的开口方向；以及

着力件，所述着力件设于所述外壳上；

其中，所述进气口、所述外壳、所述着力件及所述旋转轮本体围成的空腔为进气腔，所述排气口、所述外壳、所述着力件及所述旋转轮本体围成的空腔为排气腔，所述进气腔的体积小于所述排气腔的体积。

2.如权利要求1所述切向力发动机的核心组件，其特征在于，所述压气件包括压气件主体及旋转轴，所述压气件主体与所述旋转轴一体成型，所述旋转轴安装在所述旋转轮本体上。

3.如权利要求2所述切向力发动机的核心组件，其特征在于，所述压气件还包括转动件，所述转动件包括：

曲杆，所述曲杆的一端设于所述旋转轴远离所述压气件主体的一端；

曲杆导向轮，设于所述曲杆远离所述旋转轴的一端；以及

弹簧，套于所述旋转轴上，所述弹簧的一端固定在所述旋转轮本体上，所述弹簧的另一端固定在所述曲杆上。

4.如权利要求3所述切向力发动机的核心组件，其特征在于，所述外壳靠近所述进气腔的圆周上设有导轨，所述曲杆导向轮在所述导轨上滑行。

5.如权利要求1所述切向力发动机的核心组件，其特征在于，所述外壳包括隔板，所述隔板用于将所述进气口和所述排气口分隔开。

6.如权利要求5所述切向力发动机的核心组件，其特征在于，所述隔板与所述着力件在所述外壳上的位置相对。

7.如权利要求1所述切向力发动机的核心组件，其特征在于，所述燃烧室的数量为两个，所述两个燃烧室在所述旋转轮本体的外圆周上的位置相对。

8.如权利要求1所述切向力发动机的核心组件，其特征在于，所述着力件靠近所述外壳圆心的一侧为弧形，所述着力件安装在所述外壳内的厚度是逐渐增加的。

9.一种切向力发动机，包括如权利要求1-8任一所述的切向力发动机的核心组件，其特征在于，还包括

点火装置，所述点火装置包括火花塞，高压点火电极以及受电电极，所述高压点火电极设于所述外壳上，所述火花塞设于所述燃烧室内，所述受电电极设于所述旋转轮本体上，并与所述火花塞电性连接；以及

喷油嘴，所述喷油嘴设于所述外壳靠近所述进气腔的圆周上。