CN1225594C - 环流喷气式转子热机 - Google Patents

Abstract

本发明属于动力机械领域。具体地说，是一种新型结构原理的旋转活塞式内燃机。其具体特征是，在某个侧缘留有圆环形开口缝隙的，构形类似于车轮外胎的圆环形汽缸内，运动的活塞斗可以通过该缝隙，与汽缸外面的内燃机转子直接固连，以输出功率；或者，也可以借助其活塞斗上，紧贴开口缝隙一侧的齿轮牙或齿轮环，与内燃机转子上齿轮连接，输出功率。

Description

环流喷气式转子热机

1，所属技术领域

本发明属于动力机械领域。具体地说，是一种新型结构原理的，旋转活塞式内燃机。

2，技术背景

按照活塞运动的形式分类，目前的内燃机可主要分为往复活塞式、旋转活塞式和自由活塞式等，三个类型。其中，往复活塞式的内燃机，在目前已被广泛用作各种机械的动力。但是，这种内燃机，功率输出不均匀；振动问题严重。它与适用范围极窄的自由活塞式或对置活塞式内燃机一样，附属机构太多，结构复杂；且大量运动部件的磨损问题、热腐蚀问题难于解决；热-机效率都太低。且尤其不宜用作高转速、高功率的动力机械，如航空发动机、大功率的压缩机和泵，等等。

至于现有的旋转活塞式内燃机如，三角转子发动机(即汪克尔引擎)或摆叶式旋转活塞内燃机，虽然相对于上述两个类型的内燃机而言，具有功率高，振动小，运转平稳，结构简单轻巧等优点。但是，其汽缸与活塞，或转子与摆叶之间，存在强烈的冲击和磨损，及由此产生的燃气泄漏问题和噪声振动问题。而且，由于汽缸空间狭小，其燃气不能充分膨胀做功，以至其排气的温度比活塞式内燃机更高，燃气泄漏更快，热-机效率更低。

3，发明内容

本发明，作为一种新型的旋转活塞式内燃机，针对上述旋转活塞式热机存在的冲击振动、构件磨损、燃气泄漏与膨胀空间狭小，即做功冲程太短等问题，采用结构形式类似于车轮外胎的开口圆环形腔体，作为本发明的汽缸或燃气通道，并使之与若干伸入汽缸通道中的闭气阀门和活塞斗，围成密闭的燃烧空间。通过其闭气阀门的控制，从汽缸侧壁的喷嘴喷入汽缸的燃气，可以推动活塞斗作圆周运动。活塞斗的动能，则可通过汽缸内缘的圆环形开口缝隙，经由一固定于转轴的转盘输出。

4，附图说明

本发明的具体结构，如水平剖面图1、纵剖面图2及立体示意图3所示：单影线所示的圆环形汽缸1，具有“车轮外胎”的结构形式。在其内缘侧壁处，留有圆环形的开口缝隙8。其汽缸中，燃气区间2、3、4、5，与活塞斗6、7，及闭气阀门12、13，分别围成密闭的燃气膨胀空间。通过其开口缝隙8，固定于转盘的活塞斗6、7与汽缸外的内燃机转子9连接。10和11是燃气喷嘴；14和15是排气口。

5，具体实施方式

当位于汽缸壁或闭气阀门上的两个(或多个)燃气喷嘴10和11，将燃气喷入燃气区间2和4时，燃气膨胀的压力，将推动该活塞斗运动，并带动9旋转，以输出功率。同时，在活塞斗背部的燃气区间3和5中，低温低压的尾气，将在活塞斗的推动下，分别通过排气口14和15，排出汽缸。

当活塞继续向前运动，通过14、15，分别到达13、12的位置时，13和12将自动让出燃气通道，供活塞斗通过。此后，各活塞斗又将在前方喷嘴的燃气压力作用之下，继续运动。如此循环。

下面是关于本技术应用的几点说明：

在本发明中，圆环形汽缸的横断面，既可以做成图示的，开口缝隙位于汽缸内缘侧壁的矩形，也可具有类似于车轮外胎的圆形等其它规则的几何形状。其开口缝隙的位置，也可以安排在汽缸的外缘或上、下侧壁；或同时多处开口。在开口处，既可采用软体材料密封，也可做成迷宫式的密封。

在本发明中，活塞斗背面的外形，应根据尾气流动减阻的需要，进行设计。在活塞斗上，可安排一个连通转轴的导管，供燃气或其它外界流体进出汽缸，以帮助汽缸增压、降温，或方便尾气的内外排射。

本发明既可以通过其活塞斗直接固定于转轴转盘的方式，输出功率。也可以将该转盘做成齿轮，并通过该齿轮与一个固定其活塞斗的齿轮环啮合，以输出功率。此时，可以同时安排多个转轴。

本发明所用的燃气喷嘴，及阀门，一般设置在汽缸的外缘；并且，射流的方位是在圆周的切向。但也可以安排在活塞斗上，通过转轴中部的导管，导入燃气或射流。射流的方式，既可以是连续的，也可以是间歇的、长短交替的，和轮流启闭的，以方便灵活调节功率的输出。

本发明所用闭气阀门的启闭，可以是上述图中所示的旋转式；也可以是滑块往复式。其旋转式闭气阀门的转轴和滑块式闭气阀门的入口，一般是设在汽缸的外缘；并平行于转轴或入口的方位。但也可以设在其它部位和方位。闭气阀门的启闭，既可以在固连于转轴的，圆盘相位凸轮的控制下，通过齿轮、拉杆或杠杆传动；也可以通过液压的或电磁的方式传动。闭气阀门的外形、方位的确定，应有利于工质流体的平稳进出。

在本发明的排气出口处，也可以设置阀门，以便随时调整燃气区间的分布，增加其功率调配的灵活性；提高热一机效率。当多个等直径的或变直径的圆环形汽缸梯次叠置，并通过阀门逐级串连时，包括燃气在内的各种流体工质，可以得到多级的压缩或膨胀，因而有利于进一步提高本发明的功率输出和热-机效率。

本发明不但可以采用燃气做功，也可以采用蒸汽、燃混气、压缩气体或其它具有动能、压能的流体做功。这就相当于一种新型的水轮机、汽轮机或喷气式发动机。当用作水轮机时，其活塞斗上需要安排共振弹簧，以便再次提高功率和效率。

当改变本发明闭气阀门的启闭方式及活塞斗的转动方向时，通过外界输入的功率，本发明还可用作航空发动机的喷气扇、空气压缩机及各种风机和泵。此时，燃气喷嘴处的流体，是向外发射的。

6，本发明的主要优点

在动力学方面，本发明具有高功率、低振动的突出性能；超过了现有各类热机。在相同的功率下，本发明转子的转速较小，运行更加平稳。与功率波动大，机构振动强烈的往复活塞式内燃机比较，这一优点，更加突出。

在整体结构方面，本发明不但象其它转子类发动机一样，简单、轻巧；不必用到往复式内燃机所必需的平衡机构、传动机构、冷却系统等。而且，由于其燃气温度可以相对较低，燃气膨胀的空间很大，排气温度很低。因而本发明的构件，将不需用到热力性能太高的结构材料，如现用各种涡轮喷气机，及燃气、蒸汽轮机所采用的超高温叶片材料等。有关的密封、润滑问题也简单、方便。

在热-机转换效率方面，由于燃气膨胀做功的冲程很长，又无需冷却散热，本发明的热效率将不但远高于现用各类转子发动机；而且，将远高于现有各类往复活塞式内燃机。

在环保方面，由于热-机效率高，燃料消耗少，本发明的排放也较少。而且，因燃烧的、尾气的温度压力低，燃烧过程平稳、充分，尾气中的有害成分较少；热的、化学的，及噪声的污染都较小。

实际应用中，由于结构简单，本发明还具有很高的适应性：既可以做成圆环直径达到十几米、几十米的大型燃气、蒸汽轮机；也可以做成直径几厘米、几毫米的微型内燃机。因而可以广泛用作一切领域的各种热机或流体动力机械。

Claims (8)

1，一种环流喷气式转子热机，其特征在于：其汽缸是一个在内缘侧壁留有圆环形开口缝隙的，圆环形腔体，并具有矩形的、圆形的，或其它规则形状的横断面；其旋转运动的活塞斗，是固定在一个转轴的转盘之上，并通过汽缸内缘的圆环形开口缝隙，与汽缸外的转轴相连；其闭气阀门，则伸入圆环形汽缸中、活塞斗运动的轨道上，并与汽缸壁、活塞斗，共同围成密闭的燃烧空间。

2，根据权利要求1所述的环流喷气式转子热机，其汽缸体上的圆环形开口缝隙，可以根据实际需要，安排在汽缸的内缘、外缘，或上、下侧壁。

3，根据权利要求1所述的环流喷气式转子热机，其转轴上也可以安排燃气导管，连通其活塞斗上的燃气喷嘴或阀门。

4，根据权利要求1所述的环流喷气式转子热机，其多个等直径或变直径的汽缸，可以通过阀门，梯次串连，以满足热机整体结构布置的需要。

5，根据权利要求1所述的环流喷气式转子热机，其活塞斗向外传递功率的方式包括了活塞斗与转子转盘直接固连的方式，和通过其齿轮转盘与齿轮环啮合的方式。

6，根据权利要求1所述的环流喷气式转子热机，其工作流体或工质，是具有动能或压力的各种流体。

7，根据权利要求6所述的环流喷气式转子热机，环流喷气式转子热机的工作流体或工质，既可以是燃气、蒸汽、燃混气等，各种气体，也包括了各种液体。

8，根据权利要求1所述的环流喷气式转子热机，当改变其闭气阀门的启闭顺序时，可用作各种类型的喷气机、压缩机、及风机和泵。