CN103075248B - 涡轮转子节能发动机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种涡轮转子节能发动机，圆柱型机体，中心一根转轴，轴上有转子，外环套着缸壳，转轴一端装压气风扇，转子与对应的机体壳分为上缸、中缸、下缸，上缸转子是一个星状等弧凸轮，压缩上缸体壳相应纵向等距的三组活塞气缸及高压油泵往复运动，转子中段有三条与轴同向等弧的凸出活塞配合圆柱型中缸内壁密封旋转，中缸内壁等弧设置径向密封槽，由槽内密封件将中缸体分三组独立缸体，每组有点火室通中缸，配火花塞和喷油嘴，在中缸壁内层设置两个附缸通中缸，新能燃料在一附缸里燃烧，冷却水在二附缸吸热汽化返回中缸，下缸转子对排放的废气余压再度利用循环做功提高热效率。本发明结构简单重量体积小，节能环保。

Description

涡轮转子节能发动机

技术领域

属于动力车辆、轮船、飞机、发电机组、以及各类运动机械动力输出来源的发动机。

背景技术

当前社会科技与经济高速发展，人类对各种机动车辆及其各种动力机械需求日益增长，且主要能源日异枯竭，人们对发动机性能有着更高的要求。作为车辆与轮船等机械动力输出来源发动机，目前应用的主要有汽油发动机、柴油发动机、转子发动机和航空喷气发动机等。汽油发动机和柴油发动机都是采用圆柱形活塞直线往复运动完成吸入油气混合气体或纯空气，再进行压缩，点火或喷入柴油压燃，做功，排气，通过连杆曲轴输出动力，而转子发动机则采用三角形转子，通过转子中心的齿轮与轴齿轮配合，在椭圆型缸体里沿缸壁偏心旋转，完成吸气、压缩、点火做功、排气等工作程序来输出动力。汽油发动机和柴油发动机所采用的冷却方式和排气方式，使大量的热能损失，热效率比较低，造成巨大的能源浪费，汽油发动机热效率最好只能达到30％，柴油发动机热效率也不超过45％，转子发动机由于气密设计上缺陷，所以热效率则更低，航空发动机也是很高的油耗与成本，在世界环保意识日益强化，石油资源日渐枯竭的今天，人类对发动机提高性能有着更多的渴望。汽油发动机和转子发动机有着比较高的转速，可扭力却比较小，柴油机的扭力比较大，可是转速却不高，而且笨重，互有缺点，已满足不了社会前进的要求。

发明内容

本发明的目的在于使发动机提高功率，降低油耗、废气排放等大幅降低，以达到节能减排的目的，重量与体积减小，输出功率增加，工作性能更稳定可靠，以满足社会发展要求。

一种涡轮转子节能发动机，包括：一个具有正圆形内壁的转子缸体，一个与缸体同轴心旋转地安装在缸体的带离心式压力风扇的转子，所述转子由两条环转子活塞环分成三部分，缸体对应有上缸、中缸、下缸，上转子部与上缸配合，上转子为呈星状等弧凸轮，上缸壁沿轴心向外呈星状等分设置多组活塞气缸，三组高压油泵，活塞配有连杆，用活塞销联接，连杆一端作用于高压油泵，使凸轮能同时压缩活塞与高压油泵同步工作，气缸设置有吸气孔，与高压油泵之间有弹簧压缩连杆带动活塞呈开启吸气状态；活塞气缸与中缸做功气缸在中缸壁有导孔点火室联接，孔内有单向活动止气阀和阻挡气体进入做功气缸的阻气阀，转子中缸部为同轴心正圆柱形，按圆周等分设置多条径向与中缸同轴心同高配合中缸内壁旋转的凸角活塞，转子对应活塞两端面处具有环圆周密封槽，槽内安装密封环，密封环配合同径的上下缸盖将转子凸角活塞两端面以内区域横向密封，中缸与活塞相配合的两端面线比活塞两端面线高，中缸内壁圆周半径大于转子凸角活塞半径，中缸内壁按圆周等分设制径向密封槽，槽内安装压缩输送密封件与转子一起配合成多组工作腔，每组工作腔沿缸壁设置多个附缸，附缸有孔与气室贯通，设置有喷油嘴配合凸轮喷射燃料或冷却液体，缸组末端有燃气排放转换导孔与下缸组联接，转体下缸部设置齿状废气再循环导槽，由中缸排出的高压混合废气沿齿状废气再循环导槽排出缸外，气体与槽内锯齿相互反作用力原理，驱动转体旋转，达到废气再循环做功目的的动作方式。

优选的是，所述的涡轮转子节能发动机还包括冷却***：由冷却液喷入中缸壁上附缸，液体吸收缸壁热量气化，与燃气混合，形成高压水蒸气，以达到缸体降温的同时又增加了气压做功，达到了提高热效率，增加输出功率目的的动作方式。

优选的是，所述的涡轮转子节能发动机，于转体内空部及转轴上装有启动永磁电机，减少了占用面积，发动机工作时还能输出电能。

本发明的有益效果：

本发明采用新颖的同轴心凸轮作用活塞压缩空气，转子凸角活塞配合三组缸体，形成多组气缸循环做功，相当于提高了气缸的数量，附缸由喷油嘴喷射由木碳分子与水混合的燃料根据C+H2O+高温＝CO+H2原理吸热分解成水煤气再次燃烧，附缸里喷水吸热汽化再喷回缸内的冷却增压方式，良好密封设计，提高压缩比，废气再循环做功，涡轮风扇增压技术，使热能减少损失，提高了热效率，大大降低了油耗与废气的排放，提高了输出功率同时，也降低了重量与体积，对人类社会的经济发展与环境保护起到了积极的作用，所以在与传统柴油机同等体积与重量下，可以提高数倍的输出功率，并能达到转子发动机的高转速，又具备了柴油机的高扭力，多缸多活塞循环的转体工作方式，使得运行更平衡稳定可靠，新颖合理简化的结构设计与材料运用，去掉了飞轮与曲轴等许多无用零件，使得生产工艺与工作流程要求大幅降低，更方便于普及生产，零件使用周期却大大提高2～3倍，减少了维护与生产成本。

附图说明

附图1是：涡轮转子节能发动机正面平视整体结构平面示意图；

附图2是：涡轮转子节能发动机上缸转子凸轮及缸壁活塞气缸，高压泵等整体结构剖面A-A示意图；

附图3是：涡轮转子节能发动机中缸部转子活塞及中缸气缸，缸壁上的附缸，火花塞，喷油嘴，冷却***，进排气孔等整体结构剖面B-B示意图；

附图4是：涡轮转子节能发动机下缸部废气再循环凹槽做功***，启动电机***，缸壁排气孔等整体结构剖面C-C示意图；

附图5是涡轮转子节能发动机工作行程图，图5-1是：上缸部活塞气缸吸气行程；图5-2是：活塞气缸压缩气体进入中缸部分导孔点火室过程；图5-3是：导孔点火室点火燃气进入做功气缸开始做功；

附图6是涡轮转子节能发动机做功行程和排气过程图，图6-1是：中缸部做功气缸燃气推动转子活塞转动做功，中缸壁附缸4燃料吸热燃烧返回做功气缸过程；图6-2是：中缸壁冷却***附缸里冷却水吸热汽化返回做功气缸过程；图6-3是中缸部做功气缸混合气体由导孔转向下缸部；图6-4是由中缸部导孔转到下缸部的混合燃气经下转子废气再循环凹槽由排气孔排出缸外。

其中：1、转轴；2、离心式风扇；3、转子凸轮部；4、转子中缸部；5、转子下缸部；6、上缸；7、中缸；8、下缸；9、压缩气缸；10压缩活塞；11导孔点火室；12、做功气缸；13、止气阀；14、阻气阀；15、凸角活塞；16、密封件；17、喷油嘴：包括喷油嘴a、喷油嘴b、喷油嘴c；18、高压油泵：包括高压油泵d、高压油泵e、高压油泵f；19、连杆；20、活塞环：包括活塞环g、活塞环h、活塞环i；21、附缸：包括附缸j、附缸k；22、燃气排放转换口；23、火花塞；24、齿状凹槽 25、导孔；26、启动电机定转子；27、排气口；28、吸气口；29、弹簧；30、喷气口。

具体实施方式

本发明是基于转子发动机转体工作的基础研发创新的发动机，与转子发动机却完全不同，整体结构设置如图1中所示圆柱型机子，分别为转轴1，离心式压气风扇2，转子凸轮部3，转子中缸部4，转子下缸部5，缸壳分为上缸6，中缸7，下缸8等组成，如图2中所示，上缸转子是一个星状等弧凸轮，上缸壁沿轴心向外等分呈星状设置着三组活塞气缸9，三个高压油泵d、e、f，活塞10配有连杆19用活塞销定位连接，连杆19一端作用于高压油泵，使凸轮3能同时压缩活塞和高压油泵同步工作。气缸9设置有吸气口28，与高压油泵18之间设置有弹簧29压缩连杆19带动活塞呈开启吸气状态。转子中缸部4为同轴心正圆柱形，转子设有两条环圆周活塞槽，内有活塞环g、h，如图3中所示，活塞环之间有三条与轴同向与活塞环g、h之内侧距离等长，同半径，与圆周等弧长的凸角活塞15，活塞环外张与上缸6，下缸8内缸壁紧密配合，使活塞环g与h之间与中缸7内壁配合成一个独立环形密封区域做功气缸12。压缩缸9与中缸做功气缸12在中缸壁有导孔点火室11联接，孔内有一个单向活动止气阀13，一个压缩输送的阻气阀14，两气阀之间是点火室，并列径向装有喷油嘴a，火花塞23，导孔和工作气缸由喷气口30联通。与凸角活塞两端面平行环套在转子外的是中缸7，中缸如图3中示沿圆周对称有径向凹槽，槽内有密封件16，密封件与所在凹槽有推压装置使密封件与转子保持配合呈闭合状态使中缸分成三组独立工作气缸组，密封件之间缸壁上依次设置有附缸j喷油嘴b组合，附缸冷却水缸k喷油嘴c组合，附缸都有小孔与缸12联通，燃气排放转换导口22。如图4所示，转子下缸部4有数条环周长逆向齿状凹槽24，槽与槽之间有活塞环i封隔，并用导孔25联通，转子内有启动电机定子与转子26，并在最上条凹槽对应下缸壁开有排气孔27，以向排气管排气如图1。

发动机工作运作过程

吸气过程：如图5-1活塞经弹簧29压缩连杆19带动开启气缸9，空气经吸气孔28进入气缸。

压缩过程：启动电机26如图5-2，转动凸轮3压缩活塞10在气缸9里运动压缩空气进导孔点火室11，阻气阀14在弹簧压力下将导孔密封，凸轮旋转到连杆19，通过连杆对高压油泵d同步压缩，当活塞运行至气缸顶点时，压缩工作完成，气体压缩在导孔11里，同时转子凸角活塞15正好运行过喷气口30，喷油嘴a、火花塞23同一时间点火喷油燃烧，高燃气体将止气阀13向上压迫密封，向下将阻气阀14下压开启，燃气冲出喷气口进入做功气缸12推动凸角活塞15运动做功，如图5-3。

做功过程：如图6-1***燃气向前推动活塞15过附缸j与气室连通的小孔，附缸j里经凸轮压缩高压油泵e向喷油嘴b喷射的水碳混合燃料与高温燃气混和，水碳燃料吸收了燃气的热量升温，根据C+H2O+高温＝CO+H2的原理生成水煤气形成二次燃烧，当活塞运行过附缸k的小孔如图6-2，两次燃烧的高温气体经缸壁传递给环缸的附缸k与由凸轮压缩高压油泵f经喷油嘴c喷射的水吸收，水吸收了热量转成汽态再反喷回气室作用于活塞，即给缸体与转子降低了温度又增加了气压。

排气过程：活塞15运行过了密封件16如图6-3，密封件马上完成闭合，活塞继续运行进入下一循环工作，气体由燃气排放转换导口22流至并压力作用逆向齿状凹槽24如图6-4。如图1所示，顺凹槽流向导孔25进入下一环导槽，使气能量得到充分吸收，最后由排气口27排气，完成一个做功行程。

冷却工作原理：

由同向凸轮做功，压缩高压油泵压入液态水进入缸壁附缸k，水吸取缸壁与燃气的热量蒸发气化形成汽态，当水蒸气的压力高于缸内气体压力时，则回做功气缸12膨胀混合做功，从而达到了中缸体降温吸取热能转为机械能增加功率的双重作用。

Claims (3)

1.一种涡轮转子节能发动机，其特征在于：一个具有正圆形内壁的转子缸体，一个与缸体同轴心旋转地安装在缸体的带离心式压力风扇的转子，所述转子由两条环转子活塞环分成三部分，缸体对应有上缸、中缸、下缸，上转子部与上缸配合，上转子为呈星状等弧凸轮，上缸壁沿轴心向外呈星状等分设置多组活塞气缸，三组高压油泵，活塞配有连杆，用活塞销联接，连杆一端作用于高压油泵，使凸轮能同时压缩活塞与高压油泵同步工作，气缸设置有吸气孔，与高压油泵之间有弹簧压缩连杆带动活塞呈开启吸气状态；活塞气缸与中缸做功气缸在中缸壁有导孔点火室联接，孔内有单向活动止气阀和阻挡气体进入做功气缸的阻气阀，转子中缸部为同轴心正圆柱形，按圆周等分设置多条径向与中缸同轴心同高配合中缸内壁旋转的凸角活塞，转子对应活塞两端面处具有环圆周密封槽，槽内安装密封环，密封环配合同径的上下缸盖将转子凸角活塞两端面以内区域横向密封，中缸与活塞相配合的两端面线比活塞两端面线高，中缸内壁圆周半径大于转子凸角活塞半径，中缸内壁按圆周等分设制径向密封槽，槽内安装压缩输送密封件与转子一起配合成多组工作腔，每组工作腔沿缸壁设置多个附缸，附缸有孔与气室贯通，设置有喷油嘴配合凸轮喷射燃料或冷却液体，缸组末端有燃气排放转换导孔与下缸组联接，转体下缸部设置齿状废气再循环导槽，由中缸排出的高压混合废气沿齿状废气再循环导槽排出缸外，气体与槽内锯齿相互反作用力原理，驱动转体旋转，达到废气再循环做功目的的动作方式。

2.根据权利要求1所述的涡轮转子节能发动机，其特征在于：还包括冷却***：由冷却液喷入中缸壁上附缸，液体吸收缸壁热量气化，与燃气混合，形成高压水蒸气，以达到缸体降温的同时又增加了气压做功，达到了提高热效率，增加输出功率目的的动作方式。

3.根据权利要求1所述的涡轮转子节能发动机，其特征在于：于转体内空部及转轴上装有启动永磁电机，减少了占用面积，发动机工作时还能输出电能。