CN1127839A - 发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种准等功率发动机，其由压气机，燃烧室，主动力燃气马达及辅助装置构成，可用各种流体燃料。空气经压气机压入燃烧室，同时燃油泵由压气机带动以最佳比例供油。燃气分两路，一路推动主动力燃气转子马达输出功率。另一种经过自动阀和油门阀推动压气机工作。燃烧室压强变化时，自动阀调节使其不影响压气机功率，从而不影响供气供油量，整机功率一定。人为控制油门阀控制整机功率。其实现连续燃烧，无复杂往复机构。

Description

发动机

本发明涉及一种发动机，尤其是车用发动机，其由压气机，燃烧室，主动力燃气马达和辅助装置等组成，可使用各种气，液或气液混和燃料。

目前使用的车用发动机，有往复活塞式，三角活塞旋转式，燃气轮机等。往复活塞式发展十分成熟但其基本方案带有根本弱点，其有许多往复运动质量，如活塞气门机构等，阻碍了转速的进一步提高；燃烧间断，不完全，污染大；对燃油要求高等。五十年出现的汪克尔三角活塞旋转式发动机虽实现了无复杂往复运动零件，但其燃烧室狭长，燃油经济性较差；低速动力性，起动性也不好。燃气轮机有较高功重比，工作平稳，但由于冷却问题材料成本过高，压缩比较低，经济性不佳，无法在车用小功率范围推广。

此外，常用往复活塞式发动机扭矩基本不随转速变化，功率随转速急剧变化，因此，在车辆行使过程中要经常转档以保证汽车动力性。

本发明目的是提供一种把转子内燃发动机和燃气轮机相结合的发动机，其无复杂往复机构，运转平稳，实现连续燃烧，其在较大转速范围内近似等功率。

本发明是这样实现其目的的：

本发明理论热力学循环为Brayton循环。其过程：1.工质(新鲜空气)在压气机中绝热压缩；2.工质在燃烧室中等压加热； 3.工质(燃气)在主动力燃气马达中绝热膨胀，对外做功；4.工质等压放热(废气排入大气)。发动机由压气机，主动力燃气马达，燃烧室及辅助供油，润滑，起动冷却等装置组成，使用气、液或气液混合燃料。压气机由动力部分和压气部分组成，动力部分由燃气推动，带动压气部分将新鲜空气吸入并压缩后供入燃烧室。燃烧室内壁有供气口，喷油口，点火器，有两个燃气出口，一个通往主动力马达另一个通往压气机。主动力燃气马达为转子式，转子转动过程中，转子与外壳形成周期变化的工作容积。工作容积最小时高温高压燃气充入，随着转子旋转，容积逐渐增大，燃气对转子做功；当工作容积达到最大值时，外壳上开有的排气孔把膨胀后的燃气排大气。压气机动力与主动力马达分离。燃烧室通往压气机的燃气路上有两个节流阀，自动阀和油门阀。自动阀随燃烧室压强变化自动调节通气口大小，压强大时通气口小，压强小时通气口大，以保证油门阀一定时，燃烧室压强不同情况下，通过自动阀的燃气对压气机做功的功率基本一定。油门阀由人控制，调节压气机功率，以调节进气量，输油量，从而调节整个发动机功率。燃油泵动力由压气机提供，泵功率与压气机功率成正比，输油量和空气供给量保持在一个最佳比值附近。

压气机相当于燃气马达和气泵的组合，压气机可以用低功功率燃气轮机用的涡轮带动离心式压气机，也可以使用由工作容积周期变化的转子燃气马达带动的工作容积周期变化的转子泵。

燃烧室类似低功率燃气轮机燃烧室，但其有带压力传感器的点火装置，有两个燃气出口。

主动力燃气马达由外壳，转子等组成。转子由转轴和活页组成。外壳为一近椭圆柱壳，其内壁小径与转子外径相同。转轴基本上为一扁圆柱，其圆周附近开有与活页相铰接的轴孔，在相应位置上开有可容纳活页完全收入转轴的槽位。当活页完全收入转轴时，转子构成一完整圆柱。转轴上安多个活页。活页零件可以有多种形状，其铰接在转轴上，在离心力和气体压力作用下，张开一定角度，与外壳内壁相触，活页径向，端面，转轴端面，铰接处，及转轴，外壳相切处均有密封条。这样在转轴，活页，外壳间形成密封工作腔，此密封腔将随转子旋转呈周期性变化。在外壳上开有燃气入口和出口。随着工作腔容积由零增到最大，高温燃气进入工作腔并完成膨胀做功；从最大减到零过程，将废气排出。

发动机欲熄火时，将发动机油门阀关闭，同时压气机动力部分进气口与大气连通。起动时，起动电机带动压气机压入空气，供入燃油燃烧室压力一定时，点火器点火，同时油门阀打开，发动机起动。

本发明有如下优点：

①由于压气机和油泵动力相对独立于主动力马达，所以在较大转速范围内可提供相同量供气和供油，使发动机接近等功率理想发动机，使汽车减少变速档位，操纵方便。

②实现燃油连续燃烧，燃料空气混合比例最佳，燃烧完全，经济性好，污染小。

③无复杂往复机构，结构简单对称，运转平稳，转速高。

④起动只需带动压气机，起动力矩小，起动转速低，起动性能好。

⑤对燃料要求低，可使用各种气液或气液混和燃料。无爆震现象，压缩比高。

附图：

图1为本发明理论循环图；

图2为本发明原理框图；

图3为本发明装置示意图；

图4为本发明中主动力燃气马达一个实施方案视图；

图5为本发明中压气机第一种实施方案正剖视图；

图6为本发明中压气机第一种实施方案侧剖视图；

图7为本发明中压气机第二种实施方案主剖视图。

图8为本发明中燃烧室及自动阀、油门阀视图；

下面结合附图对本发明实施例作进一步详述。

如图1、2、3，发动机起动时，由起动电机10带动压气机7旋转工作，将新鲜空气由进气口8压入燃烧室1，同时压气机带动燃油泵9工作把燃油供入燃烧室1。当燃烧室1内压强达到某设定值时，点火器点火，燃烧室1内产生高温高压燃气，同时起动机10与压气机7脱离，油门阀3打开，高温高压燃气分为两路。一路经自动阀2和油门阀3进入压气机动力部分，推动压气机工作。由于自动阀2作用，使当油门阀3不变时压气机功率保持恒定，从而供气供油量恒定，发动机功率保持恒定。人控制油门阀3以控制整机功率。另一路燃气进入主动力燃气马达4，推动其转动，通过主轴5对外输出功率。燃气膨胀后经排气管6排入大气。

如图4为主动力燃气马达4一个实施例。活页17为圆弧厚板状，共有十二页，其垂直主轴方向截面外圆周曲率与转轴20外径曲率一致，活页通过销18铰接在转轴20上，并可张一定角度与转轴20外壳12形成体积周期变化的工作容积。转轴20与外壳12相切处有密封条11，转轴20端面有密封条13，活页17端面有密封片14和密封条15，径向有密封条19，活页与转轴铰接处也有密封条。高温高压燃气由燃气入口21进入转子马达，随着转子旋转，工作容积逐渐增大，燃气膨胀对活页作功。在膨胀过程中两个相邻工作腔气压不同，活页依靠离心力和两工作腔压强差，而紧压在外壳12内壁上，实现密封。当工作容积达到最大时，通过排气口16将膨胀后的燃气排出。活页可用耐高温无机非金属材料制成。

如图5，6，为压气机7的一个实施例。其结构相当于两个上述主动力燃气马达结构的连轴组合。动力部分为一个正转燃气马达，压气部分为反转的燃气马达结构，燃气由入口23进入动力部分，推动活页22使动力转轴4旋转，燃气由排气口29排出，动力转轴25与压气转轴26相接，带动压气转轴26旋转。压气部分相邻两页活页27与外壳及转轴26间形成周期变化工作容积。其从空气入口28吸入新鲜空气，此时工作容积最大，随着转轴旋转，工作容积逐渐缩小，气压增大，由燃气出口24压入燃烧室。动气部分其轴向长度略长于压气部分，以保证动力部分功率略大于压气部分，保证压气机单向旋转，并提供油泵动力。

如图7为压气机的一个实施例。其结构与现有汪克尔三角活塞旋转发动机类似。气缸内壁为“8”字型双弧长短圆外旋转线，但其活塞34外弧面为完整弧柱面，没有内凹。在气缸内壁一侧开有排气口31和进气口32，另一侧开有燃气入口39和压缩空气出口36，其上分别有气门38和气门37。气缸30内壁“8”字型中部有密封条35。左半部分为压气机动力部分，右半部分为压气部分。动力部分：高温高压燃气由燃气入口39供入，工作容积由零增至一个设定的小体积过程，气门9打开，燃气充入工作容积；然后气门38关闭，工作容积由设定小体积增至最大体积，气体绝热膨胀做功，推动活塞34旋转。膨胀后气体由排气口31排出。压气部分：新鲜空气由进气口32进入，当压气部分工作容积最大时，进气口关闭。工作容积随活塞34旋转逐渐减小，气体压强增大，当压强大于燃烧室压强时，气门37打开，压缩空气供入燃烧室。密封条35分隔动力部分和压力部分，以防相互串气。

如图8为本发明中燃烧室及自动阀，油门阀视图。燃油由输油管40供入，压缩空气由气路41供入，42为带传感器的点火装置，1为燃烧室主体。高温高压燃气一路经主动力燃气路44供入主动力燃气马达，另一路经压气机燃气路43供入压气机动力部分。在压气机燃气路上有自动阀2，以保证在油门阀3一定时，供给压气机燃气功率一定。自动阀2为弹簧联接杆状件。当燃烧室内压强增大时，自动阀2被压下，使压气机燃气路径变窄；反之，自动阀2被弹簧45顶出使燃气路径变宽。油门阀3为人为调节整机功率的机构，通过调节油门阀3而调节压气机功率，从而调节供气供油量。

发动机熄火过程：油门阀关闭，同时在压气机燃气路上装有的通大气孔打开，同时关闭油泵，这时由于燃烧室压力和油泵阻力，压气机迅速停转，整机停转。

起动时，油门阀关闭，压气机动力部分通大气孔打开。起动机带动压气机向燃烧室压气，同时带动油泵供入燃油，当燃烧室压力足够时，压力传感器使点火器点火，此时踩下油门，即打开油门阀，压气机动力部分通大气孔关闭，起动机脱离压气机，发动机启动工作。

发动机其它辅助装置与现有技术接近。

Claims (8)

1、一种准等功率发动机，尤其是车用发动机，其由压气机，主动力燃气马达，燃烧室及辅助供油，润滑，起动，冷却等装置构成，其压气过程动力与主动力分离，适用各种气、液或气液混和燃料，其特征在于，

(1)燃烧室内有供油、供气口和点火器，具有两条燃气气路，一条通主动力燃气马达，一条通压气机；

(2)压气机由动力部分和压气部分构成，燃烧室来的高温燃气推动动力部分，带动压气部分压缩新鲜空气供入燃烧室；

(3)主动力马达为转子式，在转动过程中，转子与外壳形成周期变化的密封工作容积，在容积最小时吸入高温高压燃气，容积增加过程燃气膨胀作功，容积减小过程废气排出；

(4)燃烧室通往压气机燃气路中有两个节流阀，自动阀和油门阀，自动阀随燃烧室压力自动调节气路口径大小，以保证在油门阀一定时，燃气供给压气机动力部分功率一定，通过人为控制油门阀，调节压气机功率；

(5)燃油泵由压气机带动，供油量与压气机供气量保持在一个最佳比例附近。

2、根据权利要求1所述的压气机，其特征在于：压气机相当于一个燃气马达和一个压气泵的组合。

3、根据权利要求1或2所述的压气机，其特征在于：其是由工作容积周期变化的转子马达带动的工作容积周期变化的转子泵的机构。

4、根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于：其内点火器带有压力传感装置。

5、根据权利要求1所述的主功力燃气马达，由转轴，外壳，活页等组成，其特征在于，外壳为一近椭圆柱壳，其内壁小径与转轴外径相同；转轴与活页铰接，活页可完全收入转轴上相应槽位；活页张开一定角度，两页活页间，外壳转轴间形成周期变化的工作容积。

6、根据权利要求5所述的主动力燃气马达，其特征在于：其活页为圆弧板状，共十二页，其转轴端面，转轴外壳内壁相切处，转轴活页铰接处，活页端面径向均有密封装置。

7、根据权利要求1所述自动阀，其特征在于其为一弹簧联接杆状件，燃烧室压强大小决定弹簧压缩程度，从而决定燃气路口径大小。

8、根据权利要求1所述发动机，其特征在于，起动时，由起动电机带动压气机燃油泵工作，供入燃烧室压缩空气和燃油，当燃烧室压强达到预定值时点火器点火，打开油门阀，起动电机脱离压气机，发动机起动。

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