專利名稱：轉(zhuǎn)子式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的原理的制作方法
該原理的發(fā)明涉及到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)及其制造技術(shù)。
從曲軸式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史看，它從原理的發(fā)現(xiàn)到今日的成熟是一個(gè)慢長的階段，但其有用功的能量轉(zhuǎn)換率(即熱能利用率)只能限制在能源釋放能量的30％-40％(摘自《拖拉機(jī)》內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的原理及其性能，吉林人民出版社)余其大部分能量都由內(nèi)燃機(jī)本身所消耗和排放掉，所以，提高內(nèi)燃機(jī)的有用功的能量轉(zhuǎn)換率是一個(gè)重要問題，而就其目前的發(fā)展情況看，各種內(nèi)燃機(jī)在設(shè)計(jì)、制造及其性能上基本趨于完善。因此，曲軸式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的有用功轉(zhuǎn)換率是超不過40％的，況且，曲軸式內(nèi)燃機(jī)的軸轉(zhuǎn)數(shù)受到了各方面的限制，諸如活塞的飛逸速度，曲軸的回轉(zhuǎn)半徑及曲軸的動(dòng)平衡等都是重要的局限條件。
該原理正是基于上述的發(fā)展要求及其已有技術(shù)的局限性而發(fā)明的，該結(jié)構(gòu)符合科學(xué)原理，并在某些方面能彌補(bǔ)已有技術(shù)的不足以提高內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的有用功能量轉(zhuǎn)換效率及其軸轉(zhuǎn)數(shù)。
該形式發(fā)動(dòng)機(jī)的原理結(jié)構(gòu)簡單，它不同旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和三角活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，取而代之的是以轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)形式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的，其工作過程是在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)過程中完成的。
原理結(jié)構(gòu)如說明書附

圖1-(1-4)
圖1-1、圖1-2中1、機(jī)殼2、外轉(zhuǎn)子3、內(nèi)轉(zhuǎn)子4、機(jī)軸結(jié)構(gòu)說明該形式發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)類似齒輪又相互關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子和機(jī)殼組成，如附圖1-(1-2)，內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)套在外轉(zhuǎn)子(2)內(nèi)部的空腔中，再將它們裝入密封的機(jī)殼里，兩個(gè)轉(zhuǎn)子按各自的圓心以同向旋轉(zhuǎn)，機(jī)殼上有進(jìn)排氣孔和輸出軸孔，但其軸孔的位置相對于外轉(zhuǎn)子(2)來說是偏正的。
原理說明在軸孔的限制下，使轉(zhuǎn)子(3)在裝入轉(zhuǎn)子(2)以后，它是偏心于轉(zhuǎn)子(2)內(nèi)腔的一邊的，這樣，兩個(gè)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中，內(nèi)轉(zhuǎn)子的三個(gè)凸起部位始終是與外轉(zhuǎn)子內(nèi)腔邊緣的任何部位相接觸的，因此，外轉(zhuǎn)子的內(nèi)部空間便被分成三個(gè)隔離區(qū)域，由于外轉(zhuǎn)子內(nèi)部有類似齒輪的內(nèi)齒四個(gè)，而內(nèi)轉(zhuǎn)子只有類似齒輪的外齒三個(gè)(這里稱這種內(nèi)轉(zhuǎn)了為三頭式)，由嚙合原理不難看出，兩個(gè)轉(zhuǎn)子以同方向進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子(3)轉(zhuǎn)過一周時(shí)，而轉(zhuǎn)子(2)只轉(zhuǎn)過3/4周，這樣，轉(zhuǎn)子(2)的轉(zhuǎn)數(shù)始終是懈后于轉(zhuǎn)子(3)的轉(zhuǎn)數(shù)，由于兩個(gè)轉(zhuǎn)子的相對偏心，因此，兩個(gè)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中，這三個(gè)保持分離的空間是隨兩個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度和齒間的位置而變化的，如附圖中2-(1-13)由小到大，又由大到小，這樣就為發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和工作的可能性提供了可行的條件，即吸氣、壓縮以及作功排氣所必須的容積變化。如果各部件之間能夠達(dá)到一定的密封程度，那么，它的容積變化比可以設(shè)計(jì)在1/5-1/8之間，這樣，以汽油作燃料，用它來轉(zhuǎn)換能量是可行的。又因?yàn)閮蓚€(gè)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中所形成三個(gè)密封空間是交替變化的，所以，當(dāng)機(jī)軸轉(zhuǎn)過兩周時(shí)，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)就有三次作功的機(jī)會(huì)，這樣，這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)就相當(dāng)于一個(gè)三缸活塞或發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，由于這種發(fā)動(dòng)機(jī)是在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)過程中對外輸出能量的，燃燒的膨脹氣體直接驅(qū)動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子，而這兩個(gè)轉(zhuǎn)子又是相互作用的，因此，它們所得到的氣體勢能大部分都可以傳給機(jī)軸以機(jī)械能的形式輸出，所以通過現(xiàn)象分析，在同等排量的情況下，它能輸出的軸功率相對于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)一定要大，又因?yàn)檫@種發(fā)動(dòng)機(jī)沒有曲軸式發(fā)動(dòng)機(jī)那種活塞與曲軸的相互動(dòng)運(yùn)所帶來的不必要的能量損失和各種不平衡所造成的離心振動(dòng)，這樣，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)數(shù)較曲軸式發(fā)動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)數(shù)也一定要高得多，而制造發(fā)動(dòng)機(jī)的材料用量大約是三缸活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的1/2至1/3或更少。
工作過程的說明該形式的發(fā)動(dòng)機(jī)最基本的運(yùn)轉(zhuǎn)過程與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是一樣的，也是由進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)循環(huán)完成工作的。
下而以附圖中圖2-3所示的兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的位置為靜止位置。參照圖1-2給以分析。
當(dāng)起動(dòng)力矩帶動(dòng)機(jī)軸連同內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，外轉(zhuǎn)子也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度后，外轉(zhuǎn)子上開設(shè)的b孔便與機(jī)殼上開設(shè)的進(jìn)氣管路接通，發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣過程開始，內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)B面所處的空間由最小逐漸變大而產(chǎn)生負(fù)壓，開始吸進(jìn)新鮮的油汽混合體，如圖2-4、圖2-5，當(dāng)機(jī)軸連同內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)轉(zhuǎn)到180°時(shí)，B面所對應(yīng)的空間容程最大，而此時(shí)的b孔也由機(jī)殼上的進(jìn)氣管路的邊緣而封死，吸氣過程完畢，如圖2-6。當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其B而所處的空間容積又開始由最大逐漸變小，由于吸氣孔被關(guān)閉，所以壓縮過程開始，如圖2-7、圖2-8，當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子隨機(jī)軸轉(zhuǎn)到360°時(shí)，B面所對應(yīng)的空間容積又變化到最小，此時(shí)壓縮過程完畢，如圖2-9。與此同時(shí)，點(diǎn)火系統(tǒng)供電而產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃被壓縮的混合氣體，其作功過程開始，該燃燒的膨脹氣體促使內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)所處的空間產(chǎn)生一個(gè)由小變大的趨勢，而這時(shí)的該空間正好具備了膨脹汽體需求的這一客觀條件——因?yàn)檫@時(shí)的內(nèi)外轉(zhuǎn)子再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)；內(nèi)轉(zhuǎn)子B面所對應(yīng)的空間正好是由小變大的過程。所以燃燒的膨脹氣體直接驅(qū)動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度，如圖2-10、圖2-11當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子B面轉(zhuǎn)到圖2-12位置時(shí)，其所處的空間容積變化到最大，與此同時(shí)，外轉(zhuǎn)子上的a孔與機(jī)殼上開設(shè)的排氣管路接通，作功過程完畢，此時(shí)機(jī)軸轉(zhuǎn)過的角度為540°即一周半，如圖2-13。排氣過程開始，當(dāng)機(jī)軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)至720°時(shí)，B面所處的空間容積又變化到最小，排氣過程終止，至此整個(gè)工作過程全部結(jié)束，又開始進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。
這里需要說明的是外轉(zhuǎn)子上開設(shè)的兩個(gè)孔a孔和b孔是交替進(jìn)行進(jìn)氣和排氣作用的。
整個(gè)的工作過程見附圖2-(1-13)簡圖中以內(nèi)轉(zhuǎn)子的三個(gè)凹面為工作面作解釋。(按順序時(shí)針方向旋轉(zhuǎn))圖2-1 圖2-2 60°A-吸氣 A-吸氣完B-排氣 B-排氣C-壓縮完C-作功圖2-3 120°圖2-4 180°A-壓縮 A-壓縮B-排氣完B-吸氣C-作功 C-作功完圖2-5 240°圖2-6 300°A-壓縮完A-作功B-吸氣 B-吸氣完C-排氣 C-排氣圖2-7 360°圖2-8 420°A-作功 A-作功完B-壓縮 B-壓縮C-排氣完C-排氣圖2-9 480°圖2-10 540°A-排氣 A-排氣B-壓縮完B-作功C-吸氣 C-吸氣完圖2-11 600° 圖2-12 660°A-排氣完A-吸氣B-作功 B-作功完C-壓縮 C-壓縮圖2-13 720°A-吸氣B-排氣C-壓縮完從圖示中我們可以看出，內(nèi)轉(zhuǎn)子隨機(jī)軸轉(zhuǎn)過二周時(shí)，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)就有三個(gè)作功過程，而且是相接續(xù)的，即按機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)方向每隔240°就接續(xù)作功一次。
如果該形式發(fā)動(dòng)機(jī)的密封、潤滑、散熱等問題能夠得到妥善的解決，特別是密封問題能夠得到良好的解決，那么，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率和能源能量的有用功轉(zhuǎn)換率以及單位重量的輸出功率等都將是曲軸式發(fā)動(dòng)機(jī)所不及的。
從結(jié)構(gòu)上分析，該形式的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高、運(yùn)行平穩(wěn)、過載能力強(qiáng)是其特點(diǎn)。
該發(fā)動(dòng)機(jī)原理的主要缺點(diǎn)是①進(jìn)排氣孔交替使用，影響進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的新鮮氣體的清潔性。
②密封問題至關(guān)重要，不易解決。
以上著重介紹了該項(xiàng)發(fā)明的原理及其最基本的結(jié)構(gòu)形式，關(guān)于其它的一些問題以及制造該形式發(fā)動(dòng)機(jī)的材料運(yùn)用尚無確切結(jié)論。
權(quán)利要求
1.這種轉(zhuǎn)子式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的原理，其主要特征在于它是以轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)形式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的，整個(gè)工作過程是在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)過程中完成的，同時(shí)由機(jī)軸對外輸出機(jī)械能。
2.根據(jù)權(quán)利要求①所述的這種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具體特征在于密封的機(jī)殼內(nèi)裝有兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子，其中一個(gè)轉(zhuǎn)子——內(nèi)轉(zhuǎn)子(它有類似齒輪的三個(gè)外齒，這里叫做三頭式)裝在另一個(gè)轉(zhuǎn)子——外轉(zhuǎn)子(它有類似齒輪的四個(gè)內(nèi)齒)中間，內(nèi)轉(zhuǎn)子將外轉(zhuǎn)子的內(nèi)部分隔成三個(gè)獨(dú)立的密閉空間，兩個(gè)轉(zhuǎn)子呈嚙合形式，且都是同向轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求①和權(quán)利要求②所述的這種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的另一個(gè)特征是這種發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣孔開設(shè)在外轉(zhuǎn)子的滾動(dòng)面上。
4.根據(jù)這種內(nèi)轉(zhuǎn)子為三頭式的轉(zhuǎn)子式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的原理，還可以設(shè)計(jì)成內(nèi)轉(zhuǎn)子為多頭式的該形式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
全文摘要
這種形式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的原理打破了曲軸式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的那種通過活塞與曲軸的相互運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換，也不同于旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和三角活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，它是以轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)形式直接進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的，而這種特殊的工作形式可以使能源能量的有用功轉(zhuǎn)換率及其軸轉(zhuǎn)數(shù)得以提高。從附圖中可以看出，該形式發(fā)動(dòng)機(jī)的原理結(jié)構(gòu)簡單，它的整個(gè)工作過程都是在兩個(gè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)過程中完成的，同時(shí)由機(jī)軸對外輸出能量。
文檔編號(hào)F02B53/02GK1164610SQ9710115
公開日1997年11月12日 申請日期1997年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月15日
發(fā)明者張博源 申請人:張博源