环轮式发动机.pdf

本发明涉及一种环轮式发动机，是属于动力机械领域中一种新型结构的内燃式发动机。
    在已有技术中，常用的内燃机按使用燃料可区分为汽油机和柴油机，只有极少数采用汽油与柴油通用的内燃机，在构造上绝大多数使用往复活塞式内燃机，转子式内燃机在国外已有发展，但功率较低、应用还不普遍，我国也仅在实验室中做过试验，尚有一些技术问题未能彻底解决故未在产品中推广。往复活塞式内燃机因必须使用活塞、通过连杆、曲轴输出功率，故结构复杂、零件较多随之产生了许多薄弱环节和一系列技术难题，如活塞顶、气缸盖、气缸套的热负荷问题;活塞顶的机械负荷问题;活塞膨胀量和其本身质量问题;连杆与曲轴的强度问题;活塞最大平均速度的限制问题;往复与旋转惯性力的平衡等问题都需要解决和处理。因之目前内燃机的重量很难减轻，其功率不能进一步大幅度的提高，油耗率也很难减少，以致整个内燃机的发展受到了限制。

    本发明的目的是提供一种环轮式发动机，它是一种没有活塞连杆、曲轴等任何往复式运动件，仅有旋转式活塞，可变缸数、结构简单、动力性好、运转可靠、维修容易、制造方便、预计经济性及耐久性均佳的且可通用汽油、柴油及其他燃料的内燃式发动机。

    本发明环轮式发动机是由发动机，转子式空压机与废气涡轮增压器三部分与燃油、润滑、进排气、调控系统所组成，转子式空压机与废气涡轮增压器分别由发动机的主轴及废气所带动。而由废气涡轮增压器和转子式空压机对空气分别进行一、二级压缩后通入发动机的进气以便混合燃烧，扫气由废气涡轮增压器直接供给。发动机是由前缸盖〔2〕、主轴〔3〕、带有燃烧室〔5〕的环轮式活塞〔4〕及后缸盖〔6〕以螺栓〔1〕连接组成，转子式空压机是由前盖〔10〕、以垫圈〔18〕地脚螺栓〔19〕所固定的缸体〔11〕、一端带有内齿圈角部银有密封片〔13〕的三角形转子〔12〕、轴〔14〕、齿轮〔15〕、后盖〔16〕以螺栓〔9〕和螺栓〔17〕连接组成。环轮式活塞〔4〕上设置有至少一个为楔形的表面呈沙丘状的燃烧室，设置多个燃烧室时其位置需在圆周上布置均匀楔形面需在同一转向。前缸盖〔2〕的圆周形体壳上安装有对应各燃烧室位置的排气口与四组滚轮开闭机构〔20〕分别作为扫气、喷油、进气及点火之用。主轴〔3〕上所安装的主动齿轮〔7〕与轴〔4〕上所安装的传动齿轮〔8〕相啮合，缸体〔11〕的内圆呈近似8字形双连接圆型面，缸体外周在二个长轴端分别设置有进气阀、在二个短轴端分别设置有排气阀。三角形转子〔12〕一端设置地同心的内齿圈与固定在后盖〔16〕上的齿轮〔15〕相啮合。

    本发明与现有技术相比，可以转换使用汽油、柴油或其他燃料，可按功率大小设计制造不同数量的燃烧室和在同轴上串联多组同等缸数的发动机，还可按使用功率的变化对多组发动机和多燃烧室发动机的喷油、进气采取部分关停或进行调整。由于没有往复式活塞及连杆、曲轴等运动件所以其结构简单、便于维修、利于制造、降低成本。由于其平衡良好，运转可靠、故障减少、预计可有较好的经济性。

    附图：

    图1.环轮式发动机的发动机与转子式空压机装配总图

    图2.单、双、三缸燃烧室发动机的布置与工作过程

    图3.三角形转子式空压机的工作过程

    图4.扫气、喷油、进气、点火用的滚轮开闭机构〔20〕

    图内零部件名称：

    1.螺栓  2.前缸盖  3.主轴  4.活塞  5.燃烧室

    6.后缸盖  7.主动齿轮  8.传动齿轮  9.螺栓

    10.前盖  11.缸体  12.转子  13.密封片  14.轴

    15.齿轮  16.后盖  17.螺栓  18.垫圈  19.地脚螺栓

    20.滚轮开闭机构

    结合附图说明本发明环轮式发动机具体实施例：如附图1所示为环轮式发动机的发动机与转子式空压机装配总图亦即两大部件与其传动的轴测分解图，起动时由起动电机带动转子式空压机、环轮式活塞及废气涡轮增压器转动，运转时由废气涡轮增压器将已压缩达到高于大气压力的空气除一部分送入发动机内进行扫气外其余均输送到转子式空压机内进行二次压缩成高压空气。与汽油转子发动机构造大体相同的转子式空压机是由前盖〔10〕、缸体〔11〕、一端带有内齿圈角部银有耐磨金属的密封片〔13〕的三角形转子〔12〕、轴〔14〕、齿轮〔15〕、后盖〔16〕以螺栓〔9〕和螺栓〔17〕连接组成。缸体内壁呈近似8字形双连接圆型面、在两个长轴端设有进气阀D、两个短轴设有排气阀E、在气缸内装有弧边三角形柱体的转子、转子一端固定有与转子同心的内齿圈、而齿轮〔15〕固定在后盖〔16〕上，轴〔14〕偏心地穿在与内齿圈同心的三角形转子轴承孔内并支承在与齿轮〔15〕同心的主轴承上，在空压机运转中，转子上的内齿圈围绕齿轮〔15〕啮合旋转作行星运动，转子绕齿轮〔15〕的中心公转，而且又绕其自身中心（轴〔14〕的偏心轴颈中心）自转，当转子〔12〕在缸体〔11〕内作行星运动时，其三角形转子三个角部耐磨金属密封片〔13〕始终紧贴气缸内部型面滑动，活塞的三个弧面与气缸体内部型面之间形成三个容积，转子转动时，工作腔容积发生变化，依次由最大变为最小，经过D、D时完成进气过程，经过E、E时完成压缩过程，三角形转子活塞每转一周可有六次进气和压缩过程，其工作过程与原理如附图3所示。转子空压机的压缩比可以按1∶100设计，其进气阀与排气阀均按单向阀设计，高压送气管不仅可以散热还可以同时起到储气作用。高压空气进入到由前缸盖〔2〕、主轴〔3〕、带有燃烧室〔5〕的环轮式活塞〔4〕及后盖〔6〕以螺栓〔1〕连接组成的发动机内，环轮式活塞〔4〕可以按照发动机需要输出功率确定其直径大小和在其圆周上均匀设置1个、2个或3个燃烧室〔5〕，也可在同一主轴〔3〕上串联设置多个同样缸数的发动机组，燃烧室〔5〕为楔形的其表面呈沙丘起伏状的光滑表面，用多个燃烧室时其楔形需在同一旋转方向，在其旋转的前进方向需力求获得较大的表面积，缸体外周上依照旋转方向的顺序分别设置排气口、扫气阀、喷油阀、进气阀、点火阀、后者四种均可同样采用滚轮开闭机构〔20〕、分别做四种用途之用。如附图2所示为单、双、三缸燃烧室顺时针旋转的发动机的各阀与排气口布置及工作过程图，由调控系统按照使用燃烧类别选取经济性最佳的参数以调整进入喷油阀的燃油量和进气阀的高压空气的压力和容积值。当活塞旋转时首先排净前次循环产生的残余废气接着由担任扫气的滚轮开闭机构〔20〕通入由涡轮增压器来的新鲜高压空气扫气，活塞〔4〕旋转到喷油的滚轮开闭机构〔20〕时其滚轮下落、燃油喷出，进入到燃烧室〔5〕表面呈沙丘起伏状的光滑表面上、当活塞〔4〕转到进气的滚轮开闭机构〔20〕时，其滚轮下落、转子空压机的高压空气进入，将附在沙丘表面燃油冲散、蒸发、形成涡流混合气。此时如燃油能在高压的空气中自燃即可开始燃烧膨胀。如达不到燃点，则将转到点火位置由电火花点火。如已在进气阀处自燃、还可继续作二次点火，使燃烧速度加快，燃烧完全、污染减少。发动机还有可能使用低标号燃油和其它燃料。由于燃烧室内的容积固定，气体膨胀时所产生的巨大的燃烧压力自始至终持续到全过程，迫使环轮式活塞按顺时针方向旋转、扭距通过主轴〔3〕的前端输出。如使用在需根据外界负荷而经常增减变化输出功率的设备或装置上时，对于多燃烧室或多组串联的发动机可以由调控装置关闭部分发动机或停止部分燃烧室的喷油阀供油以节约油耗降低成本。圆形的环轮式活塞惯性力大、均衡性好同时起到飞轮作用，可不需采用均衡和减震装置。附图4为使用滚轮的开闭机构，可分别用于扫气、喷油、进气、点火之用，当环轮式活塞旋转时滚轮一直在活塞的外圆周上滚动可使气（油）阀关闭，当达到燃烧室的扫气、进气、喷油位置时，弹簧将滚轮压下，扫气、进气喷气口打开，使高压空气（燃油）进入燃烧室内。点火控制开关结构与此相同，但火花塞与点火开关并连在一起。环轮式发动机的起动燃烧、润滑、进排气与调控等系统与辅机等均可使用通用的制成品。