差容葉輪式內燃發動機的製作方法
2023-05-04 13:46:21 2
專利名稱：差容葉輪式內燃發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種內燃機，尤其涉及一種差容葉輪式內燃發動機。
背景技術：
普通往復活塞式內燃發動機廣泛應用在各個技術領域中，其工作過程——吸氣、壓縮、做功、排氣，由活塞在同一氣缸內完成。由於氣缸的容積是固定的，則吸氣壓縮的容積等於做功排氣的容積，這樣的結構帶來了一些缺點，例如，為了充分燃燒，發動機氣缸需要吸入足夠的空氣量，氣缸是通過活塞運動形成的負壓吸入空氣的，然而由於吸氣的時間很短，空氣來不及填充滿氣缸，則造成燃料燃燒所需的空氣量不足，燃料燃燒不充分。
為了能夠讓活塞吸入足夠的空氣量，人們在很多方面進行了改進，其中就有一種內燃發動機，即通過增壓裝置提高吸入氣體的氣壓，從而在相同的氣缸容積下，增加了活塞的吸氣量，使得燃料燃燒的較充分。但是增壓裝置的增加使得發動機的結構複雜，維護不方便。而這些缺點都是由往復活塞式內燃發動機的本身結構決定的，即吸氣過程中空氣吸入量達不到燃料充分燃燒的要求，很難實現最佳的工作容積比。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種吸氣壓縮容積大於做功排氣容積從而提高做功效率的差容葉輪式內燃發動機。
為了達到上述目的，本發明的差容葉輪式內燃發動機，其包括機體和一個可在機體中相對轉動的轉子，機體的內表面和所述轉子的外表面氣密封配合，轉子包括至少一壓縮段、至少一做功段，壓縮段具有沿外圓周表面延伸的第一環槽區，做功段具有沿外圓周表面延伸的第二環槽區，機體上設有與第一環槽區相通的進氣孔、與第二環槽區相通的排氣孔、以及與第一、第二環槽區連通的燃燒室，以及第一活動閥門，可伸縮活動地設在機體中，其端部與壓縮段的外圓周表面相接觸，用於氣密封第一環槽區；第二活動閥門，可伸縮活動的設在機體中對應第二環槽區的位置，且具有與環槽氣密封配合的端部；其中，第一環槽區所構成的容積大於第二環槽區所構成的容積與燃燒室的容積之和，所述第一環槽區與燃燒室連通時，隨著所述轉子的轉動，第一環槽區由第一活動閥門封閉的容積縮小，將氣體壓縮進燃燒室，當壓縮終了時或之後，第二活動閥門打開，氣體在所述燃燒室與第二環槽區的始端燃燒，推動所述轉子繼續轉動。
由於本發明的差容葉輪式發動機的吸氣壓縮、做功排氣由壓縮段和做功段分別實現，從而可以分別設定壓縮段、做功段所包含的容積，讓吸氣、壓縮的容積大於做功、排氣的容積，即第一環槽區所構成的容積大於第二環槽區所構成的容積與燃燒室的容積之和，這樣，由於單獨設定了壓縮段和做功段，則在吸氣壓縮過程中，可以保障發動機有足夠的空氣吸入量；在氣體燃燒做功過程中，可以控制做功截面的大小、做功的角度、氣壓下降比例。從而使得壓縮段和做功段實現最佳工作容積比，達到相應提高發動機效能的目的。
下面結合附圖對本發明差容葉輪式內燃發動機作進一步詳細的說明。圖中，圖1是本發明差容葉輪式內燃發動機的示意圖；圖2是圖1所示的差容葉輪式內燃發動機沿A-A向的剖視圖，其中發動機處於壓縮終止位置；圖3是圖1所示的差容葉輪式內燃發動機沿A-A向的剖視圖，其中發動機處於開始壓縮的位置；圖4是圖1所示的差容葉輪式內燃發動機沿B-B向的剖視圖，其中發動機處於開始做功位置；圖5是圖1所示的差容葉輪式內燃發動機沿B-B向的剖視圖，其中發動機處於做功完成的位置；圖6示出了本發明的第一、第二活動閥門的相對位置；圖7示出了本發明差容葉輪式內燃發動機的另一種結構示意圖。
附圖標記說明1 機體 11 燃燒室12 進氣孔112 空間 131 排氣孔132 空間133 排氣孔 14 氣體通道 15 氣體通道2 轉子 21 壓縮段22 間隔段23 做功段 24 軸安裝孔 25 發動機軸211 環槽區 212 腔室 231 環槽區
232 腔室 31 第一活動閥門311 彈簧313 凹入部 32 第二活動閥門321 彈簧323 凹入部 41 前端蓋 42 後端蓋5 燃油供給孔具體實施方式
參照圖1，本發明差容葉輪式內燃發動機包括機體1和一個可在機體1中相對轉動的轉子2，位於轉子兩端的端蓋41、42，發動機通過轉子2的轉動輸出功率。
轉子2包括軸向排列的壓縮段21和做功段23。壓縮段21實現吸氣和壓縮，為做功段23提供壓縮氣體，例如空氣、霧化燃油、天然氣或其組合，做功段23實現做功和排氣，推動轉子2轉動。
轉子2的壓縮段21以環槽區211為特徵，環槽區211在轉子2的部分圓周表面延伸，如環槽區211佔有的圓周表面對應60度的圓心角。如圖2、圖3清晰所示，環槽區211的截面為扇形，當然環槽區211的截面也可以為月牙形，在環槽區211的兩端為連接外周表面的過渡邊緣。
轉子2的做功段23以環槽區231為特徵，環槽區231也是在轉子2的部分圓周表面延伸形成，如環槽區231佔有的圓周表面對應300度的圓心角。其所處的相位與環槽區211所述的相位在後面詳細說明，二者之間最好具有間隔段22，從而有效阻止環槽區211與環槽區231的直接連通。
上述轉子2為單一的整體結構，環槽區211、環槽區231在轉子的外周表面形成，當然上述轉子2也可以為組合結構，如圖7所示，壓縮段21、做功段23分別由一個壓縮葉輪和一個作功葉輪構成，壓縮葉輪上對應有環槽區211，做功葉輪上對應有環槽區231。壓縮葉輪21和做功葉輪之間為間隔段22，間隔段22為機體2的一部分，用於間隔密封壓縮葉輪21和做功葉輪23。壓縮葉輪21和做功葉輪23的內部都具有軸安裝孔24，從而安裝在發動機軸25上，串連在一起，形成一個工作單元。
當然，一個壓縮葉輪可以和多個的做功葉輪相配合形成一個工作單元，優選壓縮葉輪的兩側分別設有例如一個做功葉輪，從而構成一個工作單元；或者一個做功葉輪也可以和多個壓縮葉輪相配合形成一個工作單元，例如，在做功葉輪的兩側分別設有例如一個壓縮葉輪，從而構成一個工作單元。可以想到，多個工作單元可串連在一起構成具有多工作單元結構的發動機，這一點與現有技術的多缸活塞發動機相似。上述工作單元也可以如前所述為整體結構，通過在轉子表面上形成相應的環槽區211和環槽區231來實現。
機體1套裝在轉子2上，並且其內表面和轉子2的外周表面氣密封配合，從而環槽區211與機體內表面之間形成容納氣體的腔室212，同樣地，環槽區231與機體內表面之間也形成腔室232。腔室212的容積大於腔室232的容積。優選地，為實現最佳功率輸出，可以相應調整腔室212、腔室232的容積。例如在圖7所示結構中，壓縮葉輪21與做功葉輪22的直徑相同，這時，可以通過改變兩段的相應寬度，實現腔室212、腔室232的容積調整。由於轉子1可為組合結構，因而通過更換具有不同寬度的葉輪來實現這一點是很容易的。
如圖2和3所示，在機體1上設有燃燒室11，燃燒室11與機體1內表面之間不直接相通，而是通過氣體通道14與轉子2的壓縮段21相通(圖2和3)、通過氣體通道15和轉子2的做功段23相通(圖4和5)。可以想到，燃燒室11也可直接由機體內表面凹入形成(不包括舌狀部115)，這樣，燃燒室11直接向轉子2的外表面開放(圖中未示出)。燃燒室的兩端通過端蓋41、42配合密封，通過改變端蓋41、42與燃燒室11之間配合部分的結構(例如更換不同配合部分結構的端蓋)或位置關係(例如調整端蓋與燃燒室之間的相對位置)，可以使燃燒室11的容積可調。
參見圖2和3，為了將腔室212中的氣體壓縮進燃燒室11中，轉子上設有位於環槽截面內且與環槽截面氣密封配合活動閥門31，該活動閥門31的另一端位於機體中，這樣轉子相對活動閥門31轉動時，活動閥門31壓縮腔室212中的氣體，這樣氣體通過氣體通道14進入燃燒室中。容易想到，活動閥門31在轉子的轉動過程中，需要在機體中可伸縮地活動，例如滑動，以及需要回復力保證活動閥門在縮回機體後再伸入到環槽截面中。
因此，機體上設有容納活動閥門31的空間112，以及抵頂活動閥門31，使之向環槽內偏壓的彈性件，例如彈簧311，從而活動閥門31可伸縮滑動地位於機體中。優選地，活動閥門31位於燃燒室11與壓縮段相連通的氣體通道14中，阻斷該氣體通道14，且其上具有凹入部313，用於當其伸入環槽時連通燃燒室和腔室212。活動閥門31可以相對轉子的外表面傾斜設置，使其下端部沿轉子轉動方向向前傾斜。本領域技術人員可以知道，這種設置在轉子轉動過程中，可以使活動閥門31進入凹槽的阻力較小。為了活動閥門31更好地與轉子表面接觸，活動閥門31的下端部可以是與轉子2外表面相配合的弧形邊緣。
在機體1上對應做功段的位置設有另一活動閥門32，該活動閥門32位於機體空間132中，並且也配合設有相應的彈簧321，該活動閥門32在彈簧的彈力作用下具有伸出的趨勢，當轉子的環槽區231轉到活動閥門32的位置時，活動閥門32伸入環槽中且與環槽氣密封配合，從而構成如圖4所示的密閉燃燒做功空間233。優選地，活動閥門位於燃燒室11的一側且位於氣體通道15中，用於阻斷該氣體通道15，且其上具有凹入部323，用於當其伸入環槽時連通燃燒室11和腔室232。容易想到，活動閥門32既可以垂直於轉子外表面設置，也可以傾斜於轉子外表面設置。
位於壓縮段位置的活動閥門31和位於做功段位置的活動閥門32最好具有如下的位置關係，如圖6所示，在轉子2轉動做功的方向上，活動閥門31位於燃燒室11的前側，活動閥門32位於燃燒室11的後側。
下面對本發明的工作過程予以說明。圖2、圖3對應吸氣、壓縮過程；圖4、圖5對應做功、排氣過程。由於壓縮段和做功段在轉子上軸向排列的位置關係，因而轉子轉動一周，壓縮段實現了吸氣壓縮過程，做功段完成了做功排氣過程。
在做功排氣過程中，壓縮段的環槽區需要和燃燒室封閉。現結合發動機工作過程說明壓縮段的環槽區和做功段的環槽區之間的布置關係。如圖2所示，進氣孔12與氣體室212相通，且位於燃燒室11的沿轉子轉動方向的前側，這樣轉子轉動時，氣體室212吸入氣體。為了讓氣體室在轉動中氣體更容易進入，可以將進氣孔12設置為在機體上延伸的長槽(圖中未示出)。圖2是氣體室212轉到活動閥門31的位置時，活動閥門31在彈簧311的彈力作用下伸入氣體室212，氣體室的氣體被壓縮。隨著轉子2繼續轉動，氣體室212的氣體通過氣體通道14被壓入燃燒室11，如圖2所示，轉子的外周表面將活動閥門31頂入機體中時，活動閥門31密封氣體通道14，壓縮終了。
此時，腔室232的沿轉子轉動方向的前端轉到活動閥門32所在的位置，如圖4所示，活動閥門32滑入到腔室232中，由活動閥門32隔開的腔室232的前側腔室(沿轉子轉動方向)形成密閉膨脹做功空間，此時，點燃可燃混合氣(其獲得在後面說明)，混合氣體膨脹做功，從而推動轉子轉動，當腔室232的始端轉到排氣口133的位置時，腔室232與排氣口133接通。腔室中的廢氣從排氣口中排出，做功過程結束，由於慣性轉子繼續轉動，如圖5所示，為了避免位於活動閥門32後側腔室的氣體壓縮活動閥門32，在機體1上設有排氣孔131，通過活動閥門32將腔體232中未排盡的廢氣排出機體外，之後活動閥門32縮回機體中，氣體通道15被活動閥門阻塞密封，這時轉子的環槽區211轉動活動閥門31的位置，活動閥門打開，環槽區211中的氣體被壓縮進入燃燒室，重複上述壓縮、吸氣、做功、排氣過程，從而轉子不停轉動，從而發動機的目的實現。
在上述工作過程中，發動機工作所需的燃料通過設在端蓋上的燃油供給孔5供給。當然，發動機工作所需的燃料可以通過多種方式得到，如壓縮段(壓縮葉輪)吸入的氣體可以為混合氣，也在機體外設置可燃氣體混合裝置。或者在燃燒室中設置噴油裝置，使壓縮空氣和燃油混合成為可燃混合氣體，另外，這些可燃混合氣體可以根據自身特性使用壓燃或者點燃的方式引燃。由於這些為本領域技術人員所公知，在此不作贅述。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種差容葉輪式內燃發動機，包括機體和一個可在機體中相對轉動的轉子，其特徵在於所述機體的內表面和所述轉子的外表面氣密封配合，所述轉子包括至少一壓縮段、至少一做功段，所述壓縮段具有第一環槽區，所述做功段具有第二環槽區，所述機體上設有與第一環槽區相通的進氣孔、與第二環槽區相通的排氣孔、以及與第一、第二環槽區連通的燃燒室，以及第一活動閥門，可伸縮活動地設在機體中對應第一環槽區的位置，且具有與所述第一環槽區氣密封配合的端部；第二活動閥門，可伸縮活動地設在機體中對應第二環槽區的位置，且具有與所述第二環槽區氣密封配合的端部；其中，所述第一環槽區所構成的容積大於第二環槽區所構成的容積與燃燒室的容積之和，所述第一環槽區與燃燒室連通時，隨著所述轉子的轉動，所述第一環槽區由所述第一活動閥門封閉的容積縮小，將氣體壓縮進燃燒室，當壓縮終了或之後，所述第二活動閥門打開，氣體在所述燃燒室與所述第二環槽區的始端燃燒，推動所述轉子繼續轉動。
2.根據權利要求1所述的差容葉輪式內燃發動機，其特徵在於所述做功段為兩個，分別設在所述壓縮段的兩側。
3.根據權利要求1所述的差容葉輪式內燃發動機，其特徵在於所述壓縮段為兩個，分別設在做功段的兩側。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的差容葉輪式內燃發動機，其特徵在於所述轉子的壓縮段和做功段分別由壓縮葉輪和做功葉輪形成。
5.根據權利要求4所述的差容葉輪式內燃發動機，其特徵在於所述壓縮葉輪和做功葉輪之間設有間隔段。
6.根據權利要求1或5所述的差容葉輪式內燃發動機，其特徵在於所述燃燒室與第一、第二環槽區之間分別設有氣體通道，所述第一、第二活動閥門分別可伸縮地設置穿過相應的氣體通道，用於阻塞所述氣體通道。
7.根據權利要求6所述的差容葉輪式內燃發動機，其特徵在於所述第一環槽區所構成的容積是第二環槽區所構成的容積與燃燒室的容積之和的2至4倍。
8.根據權利要求1或7所述的差容葉輪式內燃發動機，其特徵在於所述第一、第二活動閥門和所述機體之間設有彈簧，分別用於將所述第一、第二活動閥門向所述轉子第一、第二環槽區偏壓。
9.根據權利要求8所述的差容葉輪式內燃發動機，其特徵在於所述燃燒室的兩端通過端蓋密封，所述燃燒室容積可調。
10.根據權利要求4或9所述的差容葉輪式內燃發動機，其特徵在於所述壓縮葉輪和做功葉輪所各自形成的容積可調。
全文摘要
本發明公開了一種差容葉輪式內燃發動機，包括機體和可在機體中相對轉動的轉子，轉子包括壓縮段的環槽區和做功段的環槽區，機體上設有燃燒室，分別與兩環槽區的連通，以及可伸縮活動地設在機體中的第一、第二活動閥門，其端部分別用於氣密封兩環槽區，壓縮段的環槽區與燃燒室連通時，隨著轉子的轉動，壓縮段環槽區由第一活動閥門封閉的容積縮小，氣體被壓縮進燃燒室，當壓縮終了時，第二活動閥門打開，氣體在燃燒室和做功段環槽區的始端燃燒，推動轉子繼續轉動。本發明結構簡單可靠，而且吸氣壓縮的容積大於做功排氣的容積，可以實現最佳的工作容積比，從而提高做功的效率。
文檔編號F02B55/14GK101042067SQ20061006602
公開日2007年9月26日 申請日期2006年3月21日 優先權日2006年3月21日
發明者楊長吉 申請人:楊長吉