CN1904317A - 一种叶轮发动机的叶轮气缸组合 - Google Patents

Abstract

本发明一种叶轮发动机的叶轮气缸组合，涉及一种从与主轴垂直的方向喷吹叶轮的燃气发动机的叶轮气缸组合结构。本发明采用安装在圆筒形转子上的环形隔板与叶片配合在气缸内形成多个独立的气室，用安装在隔板的档环和安装在叶片上的滚针配合对各气室进行密封，防止漏气；又用中间的隔板在气缸内划分出两个气道，并用导流管将它们串联起来，在一个气缸内实现了两组叶轮同轴做功；因此热效率高而且体积小。特别是采用滚针作叶片与气缸内壁间的密封，由于滚针的滚动作用，滚针的磨损小，寿命长，密封的可靠性好。本发明适合在汽车上使用。

Description

一种叶轮发动机的叶轮气缸组合

技术领域

本发明涉及一种从与主轴垂直的方向喷吹叶轮的燃气发动机的叶轮气缸组合结构。

技术背景

各种现有技术内燃机普遍存在的问题是气缸内活塞做功的行程短，没有热能回收再利用设施，燃烧做功后排放的气体温度很高，既浪费了能源，又对环境产生不良影响。为此，本人提出名称为“高效节能喷气发动机”的技术方案，申请了中国实用新型专利，该实用新型专利的专利号为ZL 99218233.6，由中国实用新型专利说明书CN 2381791Y予以公开。本人提出将喷气发动机的燃烧室和多级串联的叶轮机安置于隔热保温水箱内，燃料和压缩空气混合后在燃烧室点燃后引入多级串联的叶轮机中，在其气缸内推动叶轮旋转做功；在各级叶轮机的喷嘴管上设有水蒸汽进气管，可将它们散失的热量转化为水蒸汽充分利用，再喷入叶轮机增压做功，最后废气排放的温度可降至最低，大大提高热效率，节能。但是其还存在有如下缺点：1，叶轮机中叶片与气缸的间隙大，漏气大；2，需要多组叶轮机串联使用才能提高热效率；3，体积大；不适应在各种汽车上使用。

发明内容

本发明旨在提供一种叶片与气缸的间隙小，体积小，适合在各种汽车上使用的叶轮发动机的叶轮气缸组合。

本发明的技术方案是：一种叶轮发动机的叶轮气缸组合，包括一个圆筒形的气缸、一个安装在该气缸内并与主轴相连的叶轮。所述的叶轮具有一个圆筒形的转子，转子外周在两端和中部间隔地设有三块径向的环形隔板，形成两道环槽；每道环槽中均匀地设置多片与隔板垂直的径向叶片；每块隔板各沿外周面开有向内凹的档环槽并安装起密封作用的档环，每片叶片的外端面开有向内凹的滚针槽并安装起密封作用的滚针，使每一个由相邻的两块隔板和相邻的两片叶片围成的区域与该区域内的转子外周面和气缸内表面共同形成一个封闭的气室，每一道环槽中的诸气室共同形成一个气道；转子两端的内周各均匀地设置多根径向的连杆连接主轴；气缸上对应一个气道开有进气孔和第一导流孔，进气孔和第一导流孔的位置对应本气道中两个不同的气室；气缸上对应另一个气道开有第二导流孔和排气孔，第二导流孔和排气孔的位置对应本气道中两个不同的气室；气缸外侧设有导流管连通第一导流孔和第二导流孔。燃气与水蒸汽的高压混合气从气缸的进气孔进入一个气道的一个气室内并喷向正对的叶片，叶片受力连续产生角位移，直到此气室移出气缸的进气孔位置而下一个气室移到气缸的进气孔位置并重复上述过程，燃气与水蒸汽的混合气在一个气道内推动叶轮旋转做功；承载着燃气与水蒸汽的高压混合气的气室移到气缸的第一导流孔位置时，其中的燃气与水蒸汽的高压混合气从第一导流孔经导流管和第二导流孔再喷入另一个气道的一个气室内并喷向正对的叶片，燃气与水蒸汽的高压混合气以与上述同样的方式在另一个气道内推动叶轮旋转做功，最后从排气孔排出气缸。由于用安装在隔板的档环和安装在叶片上的滚针配合密封各气室，消除了叶轮与气缸的间隙，解决了漏气的问题；又由于燃气与水蒸汽的高压混合气在一个气缸内的两个气道内相继推动同一个叶轮旋转做功，实际上实现了两组叶轮同轴做功。因此本发明的热效率高，可以以较小的体积适合在各种汽车上使用。

所述的两个气道的叶片宽度不相等；气缸上对应叶片较宽的气道开有进气孔和第一导流孔，气缸上对应叶片较窄的气道开有第二导流孔和排气孔。

进而，所述的两个气道中，较宽气道的气室数量少于较窄气道的气室数量。

所述的每块隔板各沿外周面开有两道档环槽并且每道档环槽内分别安装一个档环。

所述的档环开有一个“Z”字形的切槽。

所述各隔板的两道档环槽之间开有一道向内凹的油槽，各油槽的底部至少设有一个进油孔；转子两端的隔板上油槽的进油孔各自经对应连杆的内孔连通主轴内的进油孔；转子中部的隔板上油槽的进油孔经相邻叶片内的油管道对应连通相邻隔板的油槽；气缸外部的一根出油管经过气缸侧壁连通中部隔板的油槽。

所述的每个气道中至少有一片叶片的滚针槽底部设有进油孔，该叶片滚针槽中的进油孔经该叶片内的油管道连通相邻转子端部隔板的油槽。

所述的每个气道中有多片叶片的滚针槽底部设有进油孔，每片叶片的滚针槽中的进油孔经该叶片内的油管道连通相邻转子端部隔板的油槽且每个转子端部隔板的油槽底部设有至少一个刮油块；所述刮油块的横截面积小于油槽的横截面积且该刮油块的高度小于油槽的深度。

本发明的叶轮发动机的叶轮气缸组合，采用安装在筒形转子上的隔板与叶片配合在气缸内形成独立的气室，又用中间的隔板在气缸内划分出两个气道，并用导流管将它们串联起来，在一个气缸内实现了两组叶轮同轴做功。用安装在隔板的档环和安装在叶片上的滚针配合对各气室进行密封，防止漏气；因此热效率高而且体积小。特别是采用滚针作叶片与气缸内壁间的密封，由于滚针的滚动作用，滚针的磨损小，寿命长，密封的可靠性好。两个气道的宽度不相等，前一气道排出的已经降温降压的气体进入较窄气道的气室时可适当提高该气室的气体压强，提高做功效率。后一个较窄气道的气室数量比前一个气道的气室数量多，也可适当提高较窄气道中单个气室的气体压强，有利于提高做功效率。每块隔板设两道档环槽并各装一个档环，可提高密封性。档环开有一个“Z”字形的切槽，便于档环的安装且密封性能好。各隔板的两道档环槽之间开有输送润滑油的油槽，各油槽设有油孔分别连通主轴内的进油孔；气缸外部的一根出油管连通中部隔板的油槽；从而构成润滑油的供应和循环回路，叶轮在气缸中高速旋转时的离心力使润滑油能进入各隔板的油槽，并到达档环与气缸内壁之间，得到很好的润滑，减小磨损。每个气道中至少有一片叶片的滚针槽底部设有进油孔，并经该叶片内的油管道连通相邻转子端部隔板的油槽。使得到供油的滚针沿气缸内壁滚动时，不仅自身得到很好的润滑，它留在气缸内壁的润滑油还可使本气道中所有叶片的滚针也得到润滑。对于每个气道中有多片叶片的滚针槽底部设有进油孔的情况，每个转子端部隔板的油槽底部所设的刮油块，在叶轮高速旋转时可压迫油槽中的润滑油进入那些需要经油槽连通主轴进油孔的叶片的滚针槽底部；比起每个设有进油孔的叶片的内部油管道都去直接连通主轴进油孔的常规做法，在每个转子端部隔板的油槽底部设刮油块，结构上更简单，加工也便捷。

附图说明

图1为本发明叶轮发动机的叶轮气缸组合一个实施例的展开结构示意图。

图2为图1实施例中一个气道剖面结构的示意图。

图3为图1实施例中另一个气道剖面结构的示意图。

图4为图1实施例中润滑油供应和循环结构的示意图。

图5为图1实施例中档环的结构示意图。

具体实施方式

本发明叶轮发动机的叶轮气缸组合一个实施例的展开结构，如图1所示。它是由一个圆筒形的气缸和一个安装在该气缸内并与主轴相连的叶轮组成的。

它的叶轮有一个圆筒形的转子100，转子100两端的内周各均匀地设置四根径向的连杆300连接主轴200；转子100外周在两端和中部间隔地径向设置三个相同尺寸的环形的隔板410、420、430，形成一宽一窄两道环槽。请参看图2，左侧较宽的环槽中均匀地设置12片与隔板410、420垂直的径向宽叶片500；请参看图3，右侧较窄的环槽中均匀地设置16片与隔板420、430垂直的径向窄叶片600。

请参看图4，转子100左端的隔板410沿外周面并列地开有两道向内凹的档环槽411、413，档环槽411中安装起密封作用的档环811，档环槽413中安装起密封作用的档环813。转子100中部的隔板420沿外周面并列地开有两道向内凹的档环槽421、423，档环槽421中安装起密封作用的档环821，档环槽413中安装起密封作用的档环823。转子100右端的隔板430沿外周面并列地开有两道向内凹的档环槽431、433，档环槽431中安装起密封作用的档环831，档环槽433中安装起密封作用的档环833。

每个宽叶片500的外端面开有向内凹的长滚针槽501并安放一个起密封作用的长滚针503，每个窄叶片600的外端面开有向内凹的短滚针槽601并安放一个起密封作用的短滚针603。

圆筒形的气缸700套装在上述叶轮的外周。气缸700外侧设有一个进气管710、一个导流管720和一个排气管730。

该叶轮上左端的隔板410、中间的隔板420、相邻的两个宽叶片500围成的区域与该区域内的转子100外周面和气缸700内表面共同形成一个封闭的大气室，较宽的环槽中的各个大气室共同形成一个宽气道。请参看图2，气缸700上对应宽气道开有进气孔701和第一导流孔702，进气孔701和第一导流孔702的位置对应宽气道中不相同的两个大气室。

该叶轮上右端的隔板420、中间的隔板430、相邻的两个窄叶片600围成的区域与该区域内的转子100外周面和气缸700内表面共同形成一个封闭的小气室，较窄的环槽中的各个小气室共同形成一个窄气道。请参看图3，气缸700上对应窄气道开有第二导流孔703和排气孔704，第二导流孔703和排气孔704的位置对应窄气道中不相同的两个小气室。

请参看图1，气缸外侧的进气管710连通进气孔701，导流管720连通第一导流孔702和第二导流孔703，排气管730连通排气孔704。

燃气与水蒸汽的高压混合气经进气管710从气缸700的进气孔701进入较宽的气道的一个大气室内并喷向正对的宽叶片500，这片宽叶片500受力连续产生角位移，直到这个大气室移出气缸700的进气孔701位置而下一个大气室移到气缸700的进气孔701位置并重复上述过程，燃气与水蒸汽的混合气在较宽的气道内推动叶轮旋转做功。承载着燃气与水蒸汽的高压混合气的气室移到气缸700的第一导流孔702位置时，其中的燃气与水蒸汽的高压混合气从第一导流孔702经导流管720和第二导流孔703再喷入较窄的气道的一个小气室内并喷向正对的窄叶片600，这片窄叶片600受力连续产生角位移，直到这个小气室移出气缸700的第二导流孔703位置而下一个小气室移到气缸700的第二导流孔703位置并重复上述过程，燃气与水蒸汽的高压混合气以与上述较宽的气道同样的方式在较窄的气道内推动叶轮旋转做功，最后承载着燃气与水蒸汽的高压混合气的气室移到气缸700的排气孔704位置时，其中的燃气与水蒸汽的高压混合气从排气孔704经排气管730排出气缸700。燃气与水蒸汽的高压混合气在气缸700内的两个气道内相继推动同一个叶轮旋转做功，实际上实现了两组叶轮同轴做功。

为了便于安装，叶轮与气缸700可以做成一端的直径稍大，另一端的直径稍小的形式。

下面说明本实施例中气缸700内壁与叶轮之间润滑油的供应和循环回路。

请参看图2、图3和图4，叶轮左端的隔板410外周面的两道档环槽411、413之间有一道向内凹的油槽412，油槽412的底部均匀分布地设有6个进油孔414和一个刮油块415；刮油块415的横截面积小于油槽412的横截面积且该刮油块415的高度小于油槽412的深度。6个进油孔414的位置对应着6个间隔配置的宽叶片500。如图2和图4上部所示，油槽412中有一个进油孔414-1连通隔板410内部的“L”油道416，油道416的长边侧连通转子100左侧的油孔101，并经对应的连杆300-11的内孔300-10连通主轴200左侧内的进油孔201。油道416的短边侧连通宽叶片500-1内部的油管道500-11，进而与宽叶片500-1的滚针槽501-1底部的进油孔502-1连通。其它5个进油孔414的结构均如同图2和图4中下部所示的进油孔414-2，进油孔414-2连通隔板410内部的油道417，油道417连通宽叶片500-2内部的油管道500-21，进而与宽叶片500-2的滚针槽501-2底部的进油孔502-2连通。

叶轮右端的隔板430外周面的两道档环槽431、433之间有一道向内凹的油槽432，油槽432的底部均匀分布地设有8个进油孔434和一个刮油块435；刮油块435的横截面积小于油槽432的横截面积且该刮油块435的高度小于油槽432的深度。8个进油孔434的位置对应着8个间隔配置的窄叶片600。如图3和图4下部所示，油槽432中有一个进油孔434-2连通隔板430内部的“L”油道436，油道436的长边侧连通转子100右侧的油孔102，并经对应的连杆300-22的内孔300-20连通主轴200右侧内的进油孔202。油道436的短边侧连通窄叶片600-2内部的油管道600-21，进而与窄叶片600-2的滚针槽601-2底部的进油孔602-2连通。其它7个进油孔434的结构均如同图3和图4上部所示的进油孔434-1，进油孔434-1连通隔板430内部的油道437，油道437连通窄叶片600-1内部的油管道600-11，进而与窄叶片600-1的滚针槽601-1底部的进油孔602-1连通。

叶轮中部的隔板420外周面的两道档环槽421、423之间有一道向内凹的油槽422，油槽422的底部均匀分布地设有2个进油孔424。其中一个进油孔424-1的位置对应着叶轮左端隔板410的油道416的短边侧连通的宽叶片500-1，并且叶轮中部的隔板420内部的油道426两端分别连通进油孔424-1与宽叶片500-1内部的油管道500-11。油槽422的另一个进油孔424-2的位置对应着叶轮右端隔板430的油道436的短边侧连通的窄叶片600-2。并且叶轮中部的隔板420内部的油道427两端分别连通进油孔424-2与窄叶片600-2内部的油管道600-21。

气缸700的侧壁对应中部隔板420的油槽422位置设有一个出油孔705。气缸700外部的一根出油管740经过气缸700侧壁的出油孔705连通中部隔板420的油槽422。

叶轮在气缸700中高速旋转时的离心力使润滑油能从主轴200左侧内的进油孔201经对应的连杆300-11的内孔300-10、转子100左侧的油孔101、左侧隔板410内部的油道416的长边侧、油槽412底部的进油孔414-1进入左侧隔板410的油槽412，并到达左侧隔板410外周面的档环槽411中的档环811、档环槽413中的档环813与气缸700内壁之间进行润滑；同时润滑油从左侧隔板410内部的油道416的短边侧经宽叶片500-1内部的油管道500-11和宽叶片500-1的两个进油孔502-1到达滚针槽501-1的底部，对滚针503-1与气缸700内壁之间进行润滑。油槽412中的润滑油受到刮油块415的压迫从进油孔414-2进入左侧隔板410内部的油道417经宽叶片500-2内部的油管道500-21和宽叶片500-2的两个进油孔502-2到达滚针槽501-2的底部，对滚针503-2与气缸700内壁之间进行润滑。本气道中另外四个与宽叶片500-2结构相同的宽叶片500上的滚针503，也是以相同的方式与气缸700内壁之间进行润滑。本气道中其它六个不设进油孔502的宽叶片500上的滚针503，则利用留在本气道中气缸700内壁的润滑油得到润滑。，同时润滑油从左侧隔板410内部的油道416的短边侧经经宽叶片500-1内部的油管道500-11和中部隔板420内部的油道426及进油孔424-1到达中部隔板420的油槽422使中部隔板420的档环槽421中的档环821、档环槽423中的档环823与气缸700内壁之间进行润滑；中部隔板420的油槽422中的润滑油在离心力的作用下从气缸700侧壁的出油孔705经出油管740排到气缸700外，返回供油***。

叶轮在气缸700中高速旋转时的离心力使润滑油能从主轴200右侧内的进油孔202经对应的连杆300-22的内孔300-20、转子100右侧的油孔102、右侧隔板430内部的油道436的长边侧、油槽432底部的进油孔434-2进入右侧隔板430的油槽432，并到达右侧隔板430外周面的档环槽431中的档环831、档环槽433中的档环833与气缸700内壁之间进行润滑；同时润滑油从右侧隔板430内部的油道436的短边侧经窄叶片600-2内部的油管道600-21和窄叶片600-2的两个进油孔602-2到达滚针槽601-2的底部，对滚针603-2与气缸700内壁之间进行润滑。油槽432中的润滑油受到刮油块435的压迫从进油孔434-1进入右侧隔板430内部的油道437经窄叶片600-4内部的油管道600-11和窄叶片600-1的两个进油孔602-1到达滚针槽601-1的底部，对滚针603-1与气缸700内壁之间进行润滑。本气道中另外六个与窄叶片600-1结构相同的窄叶片600上的滚针603，也是以相同的方式与气缸700内壁之间进行润滑。本气道中其它八个不设进油孔602的窄叶片600上的滚针603，则利用留在本气道中气缸700内壁的润滑油得到润滑。，同时润滑油从右侧隔板430内部的油道436的短边侧经窄叶片600-2内部的油管道600-22和中部隔板420内部的油道427及进油孔424-2到达中部隔板420的油槽422。

由于利用了叶轮在气缸700中高速旋转时的离心力，本实施例只在连杆300-11和连杆300-22中分别设置了内孔300-10及内孔300-20，而在图4中所示的连杆300-12和连杆300-21这类的连杆不设置内孔，从而大大简化了润滑油从主轴200左右两侧向对应油槽412、432供应的结构，同时供油***中也不需要设置油泵。

图5示出一个档环811的结构，其它的各个档环的结构与它相同。档环811开有一个“Z”字形的切槽812。切槽812两侧搭榫式的接头叠在一起，即使工作在高温下，切槽812两侧的接头会稍微有些平行错位，但仍保持叠压在一起，故可保持密封性。

以上所述，仅为本发明较佳实施例，不以此限定本发明实施的范围，依本发明的技术方案及说明书内容所作的等效变化与修饰，例如将叶片改为表面弯曲的弧面板，皆应属于本发明涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种叶轮发动机的叶轮气缸组合，包括一个圆筒形的气缸、一个安装在该气缸内并与主轴相连的叶轮；其特征在于：所述的叶轮具有一个圆筒形的转子，转子外周在两端和中部间隔地设有三块径向的环形隔板，形成两道环槽；每道环槽中均匀地设置多片与隔板垂直的径向叶片；每块隔板各沿外周面开有向内凹的档环槽并安装起密封作用的档环，每片叶片的外端面开有向内凹的滚针槽并安装起密封作用的滚针，每一个由相邻的两块隔板和相邻的两片叶片围成的区域与该区域内的转子外周面和气缸内表面共同形成一个封闭的气室，每一道环槽中的诸气室共同形成一个气道；转子两端的内周各均匀地设置多根径向的连杆连接主轴；气缸上对应一个气道开有进气孔和第一导流孔，进气孔和第一导流孔的位置对应本气道中两个不同的气室；气缸上对应另一个气道开有第二导流孔和排气孔，第二导流孔和排气孔的位置对应本气道中两个不同的气室；气缸外侧设有导流管连通第一导流孔和第二导流孔。

2.根据权利要求1所述的一种叶轮发动机的叶轮气缸组合，其特征在于：所述的两个气道中的叶片宽度不相等；气缸上对应叶片较宽的气道开有进气孔和第一导流孔，气缸上对应叶片较窄的气道开有排气孔和第二导流孔。

3.根据权利要求2所述的一种叶轮发动机的叶轮气缸组合，其特征在于：所述的两个气道中，较宽气道的气室数量少于较窄气道的气室数量。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种叶轮发动机的叶轮气缸组合，其特征在于：每个隔板各沿外周面开有两道档环槽并分别安放一个档环。

5.根据权利要求4所述的一种叶轮发动机的叶轮气缸组合，其特征在于：所述的档环开有一个“Z”字形的切槽。

6.根据权利要求4所述的一种叶轮发动机的叶轮气缸组合，其特征在于：所述各隔板的两道档环槽之间开有一道向内凹的油槽，各油槽的底部至少设有一个进油孔；转子两端的隔板上油槽的进油孔各自经对应连杆的内孔连通主轴内的进油孔；转子中部的隔板上油槽的进油孔经相邻叶片内的油管道对应连通相邻隔板的油槽；气缸外部的一根出油管经过气缸侧壁连通中部隔板的油槽。

7.根据权利要求6所述的一种叶轮发动机的叶轮气缸组合，其特征在于：所述的每个气道中至少有一片叶片的滚针槽底部设有进油孔，该叶片滚针槽中的进油孔经该叶片内的油管道连通相邻转子端部隔板的油槽。

8.根据权利要求7所述的一种叶轮发动机的叶轮气缸组合，其特征在于：所述的每个气道中有多片叶片的滚针槽底部设有进油孔，每片叶片的滚针槽中的进油孔经该叶片内的油管道连通相邻转子端部隔板的油槽且每个转子端部隔板的油槽底部设有至少一个刮油块；所述刮油块的横截面积小于油槽的横截面积且该刮油块的高度小于油槽的深度。

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