專利名稱：分缸壓氣燃燒旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及兩種新型的熱機(jī)(內(nèi)燃機(jī)和蒸汽機(jī))的構(gòu)造原理問題。
往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)由于活塞往復(fù)運動，慣性大，轉(zhuǎn)速難以提高，又需要連桿、曲軸、飛輪等構(gòu)件，潤滑、冷卻比較麻煩，至使機(jī)件構(gòu)造復(fù)雜、笨重、摩擦損耗大，影響熱機(jī)效率，因為只能控制進(jìn)油量，無法控制進(jìn)氣量，結(jié)果進(jìn)油較多時，燃燒不完全，冒黑煙，污染空氣，進(jìn)油量較少時，部分剩余的氧氣和伴隨進(jìn)入氣缸的氮氣白白帶走了部分能量。
為了克服內(nèi)燃機(jī)的上述缺點，目前人們正著手研制旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)。
根據(jù)有關(guān)資料記載，目前已有兩種設(shè)計方案，一種是三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)(在何雜志上發(fā)表的無法查找)。另一種是雙旋轉(zhuǎn)四循環(huán)活塞內(nèi)燃機(jī)(見于上海人民出版社1977年新1版，數(shù)理化自學(xué)叢書，物理第二冊)。不過，此兩種旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)有些工作原理跟往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)相同，如在同一氣缸內(nèi)先后進(jìn)行吸氣、壓縮、爆發(fā)、排氣四個沖程，也都只能控制進(jìn)油量。無法控制進(jìn)氣量。再者，為何不見廣泛應(yīng)用，以取代往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)？可見上述兩種設(shè)計方案或者是構(gòu)造原理存在問題，或者是某些技術(shù)難關(guān)無法突破。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是摒棄傳統(tǒng)的在同一氣缸內(nèi)進(jìn)行吸氣、壓縮、爆發(fā)、排氣四沖程的模式，而將壓縮空氣與燃燒做功分開在同軸的兩只旋轉(zhuǎn)活塞氣缸(氣室)內(nèi)進(jìn)行，其中一只專司壓縮空氣之職，另一只專司燃燒做功之職，這不僅使機(jī)體構(gòu)造變得較為簡單，又保證了兩者能順利地勻速旋轉(zhuǎn)，四沖程(往復(fù)或旋轉(zhuǎn)活塞)內(nèi)燃機(jī)做功周比是四分之一，本設(shè)計雖然有一只氣缸專司壓縮空氣之職，但燃燒做功室的旋轉(zhuǎn)活塞每轉(zhuǎn)一周至少有三分之二的園心角處于做功狀態(tài)，所以，即使以兩氣缸而論，做功的周比至少也在三分之一以上。此外，還可以通過聯(lián)動裝置同時控制進(jìn)油量和壓縮空氣進(jìn)入量，保證氣缸內(nèi)油、氣比例始終處于最佳狀態(tài)。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)體積小、重量輕、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、構(gòu)造簡單，零構(gòu)件只有同功率往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)的一半。
(2)熱機(jī)效率比往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)高20%以上。
(3)震動小、噪音小、空氣污染小。
(4)用途廣，可作汽車、機(jī)車、船舶、飛機(jī)等動力設(shè)備。
賴秀坤旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)(下簡稱旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī))由安裝在同一機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)活塞壓氣室(附

圖1，橫剖示意圖)和旋轉(zhuǎn)活塞燃燒室(附圖2，橫剖示意圖)構(gòu)成。(附圖3是旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)壓氣室和燃燒室的縱剖示意圖)。
壓氣室的構(gòu)造如附圖1所示，它由氣缸(1)、機(jī)軸(2)、機(jī)軸套(3)、旋轉(zhuǎn)活塞(4)、活動擋氣板(5)、單向內(nèi)開進(jìn)氣閥(6)、單向外開壓縮空氣排氣閥(7)、機(jī)軸套壓縮空氣貯腔(8)等構(gòu)成。
壓氣室的工作原理是當(dāng)旋轉(zhuǎn)活塞(4)逆時針旋轉(zhuǎn)從右側(cè)接近活動擋氣板(5)時，控制裝置(圖中未畫出)將活動擋氣板(5)迅速抽出氣缸外，讓旋轉(zhuǎn)活塞(4)轉(zhuǎn)過去，當(dāng)旋轉(zhuǎn)活塞轉(zhuǎn)到活動擋氣板左側(cè)時，控制裝置立即將活動擋氣板(5)插入氣缸內(nèi)，并使擋氣板(5)同機(jī)軸套(3)緊密接觸，而此時旋轉(zhuǎn)活塞(4)已超過進(jìn)氣口(6)，故使氣室(Ⅰ)內(nèi)的空氣與外界隔絕，隨著旋轉(zhuǎn)活塞繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，氣室(Ⅰ)內(nèi)的空氣被迅速壓縮，最后沖開排氣閥門(7)壓入高壓貯氣筒或機(jī)軸套貯氣腔(8)，緊接著，控制裝置又將活動擋氣板(5)移出氣缸外，讓旋轉(zhuǎn)活塞轉(zhuǎn)過去，從而開始下一沖程。
因為旋轉(zhuǎn)活塞(4)尚未緊貼活動擋氣板(5)時，活動擋氣板(5)即需開始向缸外移動。故會有少量壓縮空氣不能壓進(jìn)貯氣腔(8)，為減少能量損失，空氣進(jìn)口(6)必須設(shè)計成單向內(nèi)開。
燃燒室的構(gòu)造如附圖2所示，它由氣缸(1)、機(jī)軸(2)機(jī)軸套(3)、旋轉(zhuǎn)活塞(4)、活動擋氣板(5)、壓縮空氣進(jìn)口(9)、高壓噴油咀(10)、電火花塞(11)、廢氣排出口(12)等構(gòu)成。
燃燒室的工作原理是當(dāng)旋轉(zhuǎn)活塞(4)逆時針旋轉(zhuǎn)從右側(cè)接近活塞擋氣板(5)時，控制裝置迅速將活動擋氣板(5)移到氣缸外，讓旋轉(zhuǎn)活塞(4)轉(zhuǎn)過去，當(dāng)旋轉(zhuǎn)活塞轉(zhuǎn)到活動擋氣板左側(cè)后，控制裝置又將活動擋氣板(5)插入氣缸內(nèi)，并使之和機(jī)軸套(3)緊密接觸，從而使活動擋氣板(5)左側(cè)與旋轉(zhuǎn)活塞(4)之間形成了一個密閉氣室(Ⅱ)，(附圖2所示)，緊接著，控制裝置先后打開壓縮空氣進(jìn)氣閥(9)，讓壓縮空氣進(jìn)入氣室，打開高壓噴油咀(10)讓燃油噴入，電火花塞(11)通電點火，燃料爆發(fā)，高溫高壓氣體推動旋轉(zhuǎn)活塞(4)旋轉(zhuǎn)，并將動力傳給機(jī)軸，當(dāng)旋轉(zhuǎn)活塞越過排氣口(12)時，廢氣排出氣缸外。
緊接著，活動檔氣板(5)又被移出氣缸外，讓旋轉(zhuǎn)活塞繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而開始下一沖程。
下面對主要部件的構(gòu)造原理及工作原理作進(jìn)一步說明。
(一)旋轉(zhuǎn)活塞壓氣室和燃燒室的旋轉(zhuǎn)活塞(4)的構(gòu)造都差不多，形近似矩形片板，如附圖4所示，固定在機(jī)軸套(3)上，它的外側(cè)面(14)為園柱面，其曲率半徑與氣缸內(nèi)壁相同，為防止漏氣，它的外側(cè)面(14)和兩端面(15)都要設(shè)置1-2根密封條(16)，因為無論采用哪種活動擋氣板，氣缸內(nèi)壁都會有一兩條槽縫，若是用直條形密封條，則很容易與這些槽疑縫相撞，產(chǎn)生磨損。解決這個問題的辦法是(1)將密封條做成“弓”形或波浪形。附圖4(16)即為弓形密封條，密封條(16)頂視左右占寬約等于插入式活動擋氣板厚度的1.5-2倍，(采用轉(zhuǎn)動式活動擋氣板因槽縫寬度很小，彎寬的比例隨便)先端(17)做成向下斜坡形，這樣，在旋轉(zhuǎn)活塞(4)轉(zhuǎn)越活動擋氣板(5)處時，由于密封條后端被氣缸壁頂著。使得先端低于外側(cè)面(14)和兩端面(15)，不會被彈出產(chǎn)生磨損，轉(zhuǎn)至密封條后部越過槽縫時，其先端又被氣缸壁頂住。
(2)大型旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)，可以采用附圖5所示裝置，即外側(cè)面及兩端面的密封條(16)都做成直條形而由穿過機(jī)軸(2)的拉索裝置控制其彈、縮，當(dāng)旋轉(zhuǎn)活塞(4)接近槽縫時，控制裝置(19)牽動拉索(18)將密封條(16)向內(nèi)拉，使之低于旋轉(zhuǎn)活塞的外側(cè)面(14)及兩端面(15)，轉(zhuǎn)越槽縫以后，控制裝置放松拉索，讓密封條(16)在彈簧作用下彈出，緊壓氣缸壁。
(二)活動擋氣板活動擋氣板有三種設(shè)計方案。
(1)矩形板軸向插入式。用高強(qiáng)度輕合金板制做，將其順著氣缸的軸向擺置，如附圖1-3所示，由控制裝置(圖中未畫出)控制其插入或移出氣缸，此種擋氣板的優(yōu)點是構(gòu)造簡單，機(jī)械強(qiáng)度高，能保證旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)獲得最大的做功/空轉(zhuǎn)比(在機(jī)軸套條詳述)。
(2)矩形板端向插入式，將矩形擋氣板從氣缸的一端或兩端(即將活動擋氣板分成兩半)插入與移出氣缸。工作原理同軸向插入式一樣。
(3)轉(zhuǎn)動式活動擋氣板，如附圖6所示，擋氣板(20)做成園弧形，安設(shè)在氣缸內(nèi)壁凹槽(22)處，內(nèi)園面與氣缸壁齊平，它的一側(cè)做成轉(zhuǎn)軸(21)，整塊擋氣板可以繞設(shè)置在氣缸壁兩端的軸承轉(zhuǎn)動。
工作原理是當(dāng)旋轉(zhuǎn)活塞(4)轉(zhuǎn)越排氣口(12)之后，控制裝置將活動擋氣板(20)轉(zhuǎn)動，使它藏于氣缸內(nèi)壁凹槽(22)中。讓旋轉(zhuǎn)活塞轉(zhuǎn)過，當(dāng)旋轉(zhuǎn)活塞轉(zhuǎn)離擋氣板(20)之后，控制裝置又將擋氣板(20)向缸內(nèi)轉(zhuǎn)動。(或打開壓縮空氣進(jìn)氣閥，用壓縮空氣將其沖下)。使它另一側(cè)與機(jī)軸套(3)緊密接觸，從而使檔氣板與旋轉(zhuǎn)活塞之間形成密閉氣室。
轉(zhuǎn)動式擋氣板的優(yōu)點是整體性好，安設(shè)在氣缸內(nèi)，機(jī)體較為緊湊。
(三)機(jī)軸套因為任何一種擋氣板移動或轉(zhuǎn)動都需要一定的時間，如果將旋轉(zhuǎn)活塞(4)直接安設(shè)在小小的機(jī)軸(2)上，那么，在插入式擋氣板進(jìn)、出氣缸或轉(zhuǎn)動式擋氣板兩度轉(zhuǎn)動的時間里，旋轉(zhuǎn)活塞-此時是空轉(zhuǎn)，將要轉(zhuǎn)過很大的園心角，空轉(zhuǎn)所占的比例很大，影響機(jī)械效率和輸出功率，甚至使旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)成為無用，加設(shè)機(jī)軸套(小直徑氣缸則用大機(jī)軸)可以降低空轉(zhuǎn)周比，粗略計算可知，旋轉(zhuǎn)活塞(做功的園心角)/(空轉(zhuǎn)的園心角) ＝k (機(jī)軸套直徑)/(氣缸直徑)式中k決定于活動擋氣板移動或轉(zhuǎn)動的速度。
為了盡可能地加大機(jī)軸套?？梢岳脵C(jī)軸套空腔(8)做壓縮空氣貯腔，壓縮空氣進(jìn)入燃燒室則由控制裝置(13)控制，這樣，一方面可以提高做功周比，另一方面可以去掉比較笨重的高壓貯氣罐，大大縮短乃至全部去掉高壓輸出管道，大機(jī)軸套還能起飛輪蓄能作用。
為兼顧熱機(jī)效率與功率，宜將氣缸軸向縮短直徑加大，呈果盒形狀。
(四)進(jìn)油量和進(jìn)氣量的控制內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)動過程中，為使氣缸內(nèi)燃料和氧氣的比例始終保持最佳狀態(tài)，以利提高燃燒效率，可以設(shè)置一套手動或腳踏的聯(lián)動裝置，同時控制進(jìn)油量和壓縮空氣進(jìn)入量。
(五)雙旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)氣缸直徑大于500mm的旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)的燃燒室可以設(shè)置兩片旋轉(zhuǎn)活塞，并相應(yīng)設(shè)置兩組進(jìn)氣、噴油及通電點火裝置，這不僅可以增大單機(jī)功率，還能使機(jī)軸受力對稱，延長使用壽命。
(六)進(jìn)氣、噴油、點火及活動擋氣板移動的控制活動擋氣板插入與移出氣缸，壓縮空氣進(jìn)入燃燒室，噴油及通電點火都由安裝在機(jī)軸上的凸輪或碰撞樁控制，這樣能保證各種裝置協(xié)調(diào)動作。
在實用中可以以1-2個壓氣室組成壓氣組，供應(yīng)2-4個燃燒室，而燃燒室的進(jìn)氣，燃燒可以交錯進(jìn)行，以使整個機(jī)體運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。
附一、利用附圖1所示的旋轉(zhuǎn)活塞構(gòu)造原理，可以制成旋轉(zhuǎn)活塞蒸汽機(jī)，只要在進(jìn)氣口接上蒸汽管，裝上控制閥，然后往汽室內(nèi)(活動擋氣板左側(cè)與旋轉(zhuǎn)活塞之間)通入高溫高壓蒸汽，旋轉(zhuǎn)活塞即會運轉(zhuǎn)起來。此種旋轉(zhuǎn)活塞蒸汽機(jī)體積小，重量輕，構(gòu)造十分簡單，操作十分方便，熱機(jī)效率比往復(fù)活塞蒸汽機(jī)高20%以上，逆轉(zhuǎn)容易，只要將進(jìn)汽口與排汽口設(shè)計得能對調(diào)，用途廣泛，可作機(jī)車、船舶、山區(qū)火電站及小工廠的動力設(shè)備。
附二、附圖1所示的旋轉(zhuǎn)活塞裝置，若用壓力水流作動力，則可制成旋轉(zhuǎn)活塞水力發(fā)動機(jī)，用途有用作中小水電站、小工廠的動力機(jī)械，因為可以通過控制閥門的開閉程度來控制水量進(jìn)入速度，從而實現(xiàn)無級變速，所以是陶瓷成形機(jī)群、縫紉機(jī)群、紡織機(jī)群理想的動力設(shè)備，實用方法是先用大電機(jī)將水抽到15-20米高水塔中，再用水管送到各臺機(jī)組，操作人員只要用腳踏閥門，即可獲得如意的運轉(zhuǎn)速度。
附三、若用人力、畜力、電力或內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動附圖1所示的旋轉(zhuǎn)活塞，可以制成人力、畜力、機(jī)動旋轉(zhuǎn)活塞抽水機(jī)。人力(畜力)旋轉(zhuǎn)活塞抽水機(jī)的摩擦阻力比龍骨水車、人力往復(fù)活塞抽水機(jī)要小，機(jī)械效率比它們高20%以上。安裝使用亦十分方便。離心式軸水機(jī)轉(zhuǎn)速適應(yīng)范圍較小，轉(zhuǎn)速太低時便抽不到水。機(jī)動旋轉(zhuǎn)活塞抽水機(jī)的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)需要在很大范圍內(nèi)變動，因而可以控制流量，適宜于流量經(jīng)常變動的地方使用。此機(jī)最適用于高揚(yáng)程，即使低速運轉(zhuǎn)也能將水壓上百米高度，是高層建筑理想的供水設(shè)備和消防設(shè)備。
權(quán)利要求
1.賴秀坤旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)(下簡稱旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī))由同軸的旋轉(zhuǎn)活塞壓氣室和旋轉(zhuǎn)活塞燃燒室構(gòu)成，其特征在于兩室都有氣缸(1)、機(jī)軸(2)、機(jī)軸套(3)、旋轉(zhuǎn)活塞(4)、活動擋氣板(5)、機(jī)軸套(3)固定在機(jī)軸(2)上，旋轉(zhuǎn)活塞(4)則固定在機(jī)軸套(3)上，三者為一整體，活動擋氣板(5)可由控制機(jī)構(gòu)移出或插入氣缸，壓氣室還有單向內(nèi)開進(jìn)氣閥(6)、單向外開壓縮空氣排氣閥(7)、機(jī)軸套壓縮空氣貯腔(8)、燃燒室還有單向內(nèi)開進(jìn)氣閥(9)高壓噴油咀(10)、電火花塞(11)、廢氣排出口(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)，其特征在于小直徑氣缸的旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)有一較粗的機(jī)軸、大直徑氣缸的旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)在一般的機(jī)軸(2)上加上一機(jī)軸套(3)，機(jī)軸或機(jī)軸套的直徑大于氣缸直徑的四分之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)，其特征在于活動擋氣板(5)可以順軸向插入與移出氣缸(1);或從氣缸(1)的兩端插入與移出;或活動擋氣板(5)可以嵌入氣缸內(nèi)壁，并能以一側(cè)做轉(zhuǎn)軸，使活動擋氣板(5)向氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求(1)的旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)活塞的特征在于小直徑氣缸旋轉(zhuǎn)活塞為一片，大直徑氣缸(內(nèi)徑大于500mm)旋轉(zhuǎn)活塞可以是兩片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)其特征在于采用插入式活動擋氣板時，旋轉(zhuǎn)活塞的外側(cè)面或兩端面的密封條做成弓形或波浪形(附圖4)，其頂視寬度大于活動擋氣板的厚度，或其密封條可以由穿過機(jī)軸的拉索裝置控制其彈出或縮入旋轉(zhuǎn)活塞的外側(cè)面及端面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)，其特征在于壓縮空氣和燃料燃燒是分開在兩個氣缸(氣室)內(nèi)進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)，其特征在于可以通過一個聯(lián)動裝置同時控制進(jìn)油量和壓縮空氣進(jìn)氣量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)，其特征在于機(jī)軸套的空腔可作為壓縮空氣的貯腔(8)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5的旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)活塞壓氣室可以單獨使用，成為一種新型空氣壓縮機(jī)，其特征在于由氣缸(1)、機(jī)軸(2)、機(jī)軸套(3)、旋轉(zhuǎn)活塞(4)、活動擋氣板(5)等構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5的構(gòu)造原理制成的旋轉(zhuǎn)活塞裝置，其特征在于以高溫高壓蒸氣為動力?？梢灾瞥伞百囆憷ばD(zhuǎn)活塞蒸氣機(jī)”。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4的構(gòu)造原理制成的旋轉(zhuǎn)活塞裝置，其特征在于以高壓水流為動力，可以制成旋轉(zhuǎn)活塞水力發(fā)動機(jī)，反之，若以人力、蓄力、電力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)活塞，則可制成旋轉(zhuǎn)活塞抽水機(jī)。
全文摘要
本旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)由同軸的旋轉(zhuǎn)活塞壓氣室和旋轉(zhuǎn)活塞燃燒室構(gòu)成，兩室都有機(jī)軸、機(jī)軸套、旋轉(zhuǎn)活塞、活動擋氣板，在控制裝置的作用下，活動擋氣板能夠移出與插入氣室，移出時，能讓旋轉(zhuǎn)活塞旋轉(zhuǎn)，插入時則與旋轉(zhuǎn)活塞、機(jī)軸套、氣缸壁組合成密閉氣室，從而使壓氣室將空氣壓縮，使燃燒室內(nèi)的燃料和壓縮空氣混合燃燒，推動旋轉(zhuǎn)活塞旋轉(zhuǎn)做功。
文檔編號F02B53/08GK1054292SQ90108800
公開日1991年9月4日 申請日期1990年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月24日
發(fā)明者賴秀坤 申請人:賴秀坤