专利名称：旋转式偶合动力机的制作方法
旋转式偶合动力机是把气体直接转化为扭力的装置。配备有特殊的燃烧环境，使动力机的体积减小，机皮减薄，功率增大。本机有简单的刹车和正倒传输设计等，使机车的设计和制造更加简单。
目前的活塞式内燃机通过活塞、连杆和曲轴三个媒体转化为动能。中间环节—媒体越多，能量损耗越大。活塞运行到极点时，施给机轴的力矩非常小，但冲力非常大，活塞在压缩气体时还要损耗部分能量。采用爆炸气流作推力，机缸所受破坏力强，且使机车震颤，行速不稳、噪音高，体积大，制造繁杂，不能较低速稳定运转。用于机车上还需要配备变速系统和刹车系统。为解决此类问题，设计了体积小，功率大，性能多的旋转式偶合动力机。
附图的简要说明
图1为旋转式偶合动力机整个系统的外观图。
图2为旋转式偶合动力机去掉正倒传动系统的外观图。
图3为旋转式偶合动力机去掉正倒传动系统的剖图。
图4为缸盖的里面观图。
图5为放大10倍的水膜保护生成器外观图。
图6为放大4倍的密闭销外观图。
图7为放大3倍的档板外观图。
图8为放大10倍的进气阀塞外观图。
图9为放大5倍的排气阀头的外观图。
图10为放大6倍的油压泵剖图。
图11为放大6倍的延进缓喷塞头外观图。
图12为放大20倍的冷启动器立体图。
如图1所示B剖分为正倒传动装置在机轴上安一齿轮16。齿轮17、19与齿轮16相切，齿轮19与齿轮18相切。齿轮16、17、18、19用两块齿轮板24、25夹嵌。齿轮板不与机壳相连，可以绕机轴转动。21是一块动力机轴和机车轮轴的连接板。23是连接板21上约束机车轮轴的。轮轴可以在孔23内转动。在连接板孔23下的轮轴上安一齿轮20，该齿轮不与齿轮16、19相切，可以与齿轮17或18相切。当齿轮板24、25相对轴连接板21转动时，轮轴齿轮20与齿轮17相切与齿经18相离或与齿轮17相离与18相切。通过齿轮组合传动，轮轴齿轮20和齿轮17相切时的旋转方向与轮轴齿轮20和齿轮18相切时的旋转方向正好相反。在齿轮板24上凸出一块弹簧卡头，在轴连接板21也伸出一块弹簧卡头在两卡头上安上弹簧，这样就构成了正倒转换的乒乓开关。为了减少中间传输环节，一般把齿轮17与轮轴齿轮20相切时设为机车正行。为了不使齿轮17或18与齿轮20在运转时脱钩，应便齿轮17或18与轮轴齿轮20的切线与齿轮16和齿轮17或18的中心连线平行。在动力机的另一面的机轴上安装一块轴连接板，这样，动力机就可以绕轮轴转动，且不影响动力的传输及正倒传输方式的转换。用弹簧把固定孔8与机车连接起来。如此就可以缓冲机车的震动给它的破坏力，减少在机车上所占的空间及简化安装。
A部分是旋转式偶合动力机，有两个旋缸2，两个旋塞4，两个档板5，三个缸盖1,3等组成。旋缸2是一个有凸出箱体10的圆筒。箱体10中贮有可以进出的档板5。旋塞4与缸盖1,3，旋缸2，档板5，共同组成一个密闭室。在11处装上火花塞。旋塞4旋向档板5处的地方安一排气孔6。旋塞旋过档板，吸气，点火，气体膨胀，推动旋塞4旋动。旋塞4旋到档板5处通过压力把档板5推进档板箱10，旋塞4旋过后，档板5通过它后面弹簧弹力的作用伸出压紧旋塞4，重新组成一个密闭室。在高档板5不远外设置一进气阀15，旋塞旋动，燃室(动力机内，油燃烧的空腔)内气压小，进气阀15打开，进入一定量气体后，气阀15关闭，点火，气体膨胀做功。如此，旋塞4可周而复始地转动。旋转式偶合动力机不用连杆和曲轴做中间的传动，减小了机器的体积。
一台旋转式偶合动力机分为两台可以独立工作的单机。每台单机由一个旋缸，一个旋塞，一个档板和两个缸盖等组成。本机的设计把喷油、燃烧时间延长即气体做功时间延长，但每台单机不能时时做功----旋塞需要越过档板，重新组成燃气室并吸气。在这个过程中它不喷油做功。因此要使机车稳定地工作，就要弥补这段燃烧空白时间，使动力机转动时时时做功。旋转式偶合动力机采用双机配合的工作方式。动力机燃室内温度被控制的不太高，散热不需太急，为了节省材料，本机采用了双单机共用一个缸底盖1。把旋转式偶合动力机的两台单机做个标记一台称为一号机，另一台称为二号机。当一号机做功时，二号机重新组成燃室，吸气。当一号机重新组成燃室、吸气时，二号机已开始做功。因为旋转式偶合动力机工作过程中全时间燃烧做功，所以停止工作的动力机必有已组成的燃室，燃室内有氧气。向停止工作的旋转式偶合动力机内注油点火，就可以冷启动。它冷启动的方式特别简单，而且成功率高。采用持续稳定的喷油系统，加强了机车行速的稳定性，减小了机车受气流爆发膨胀的震颤。
旋转式偶合动力机吸气时不压缩空气，故而进入的氧气量少，动力机不但功率小，而且油燃烧也不完全不迅猛。为此要考虑采用含氧较多的气体来替代空气。又有新的问题出现。根据“温度是分子动能的标志”功率一定，燃室内气体愈少，分子个数愈少(因为与活塞式内燃机相比，同功率的旋转式动力机吸入气体不加压缩，相对而言，单位体积内分子的个数少)其动能愈大，温度愈高。这就要考虑到缸有可能被熔化。根据“温度是分子动能的标志”这个定理，同样可以得出功率一定燃室内分子个数愈多温度愈低。本机采用高温临近汽化的水做燃室冷却剂。水的温度只要比外界高，它就不停地膨胀对外做功。高温临近汽化的水，本身是液体，单位体积内所含分子个数比气体多。而且还夹带了大量的能量。临近汽化是液态水单位体积所能夹带的最大的时候。因此采用高温水节省了部分能量。根据能量守恒W=1/2nmv2+1/2NMV2=恒量 W油燃烧放出的能量n燃室内气体分子的个数(包括水分子)m燃室内气体分子的平均质量v 燃室内气体分子的平均速度N器壁参与热传导的分子数目M器壁参与热传导的分子的平均质量V器壁参与热传导的分子的平均速度根据能量损耗最大计算，即燃室内气温度与燃室壁灌度相等。
t∝1/2mv2T∝1/2MV21/2mv2=1/2MV2→mv2=MV2W损=1/2NMV2=NM/(n+N) W损因热传导而损失的能量。
由上式可以看出n/N增大，可以减小W损。因此，高温水的加入，不仅会降低燃室内的温度而且还降低了在热传导上的能量损耗。
高温水的喷头称为水膜保护生成器，如图5，它是一个圆台壳，大底面是敞开的进水口，小底面是封住的。中间有一筒32。火花塞的喷油头从此伸出。圆台壳中的水不能从筒32与喷油头间隙中流出。水膜保护生成器的大底面安在缸顶盖上，筒32要正对火花塞孔。水从缸顶盖上的进水孔30中压到圆台壳中。在圆台壳的侧面有一圆喷水孔31。喷水孔31的空腔是两个等半径的球缺。水从喷水孔中喷出，形成封闭的圆锥体空腔。油在此空腔中燃烧。为了对水膜保护器和喷油嘴保护，把喷水孔31到安火花塞喷油头的筒32处做的圆滑。一些水因分子引力和内部压力沿喷水孔31滑向火花塞孔32处。为了防止水漫向喷油嘴；让安喷油嘴的筒32突出小底面一部分滴水檐。----滴水檐做的要薄些----滑来的水流到此处被滴水檐阻挡不再前进时，并沿滴水檐滴下。
本机还设要了另一种降低燃室温度的方法连续喷油燃烧做功。因为，假若以爆炸气流作推力的内燃机的旋转周期是T，油的爆炸时间是T/10，释放的能量是1/2mv2。油在释放能量的瞬间释放的能量是(1/2mv2)/(T/10)。同功率的旋转式偶合动力机一个周期内释放的能量也是1/2mv2----因为要克服相同的阻力，行走同等的距离。旋转式偶合动力机是时时燃烧的，做功的瞬间内释放的能量是(1/2mv2)/T。根据“温度是分子动能的标志”----温度T与分子的动能成正比T1∝10×1/2mv2/TT2∝(1/2mv2)/TT1/T2=10/1T2=T1/10若爆炸式内燃机瞬间燃室内温度是2000℃，即2127K，则旋转式偶合动力机燃室内的温度T2是2127/10K，即85.7℃。
本机设置了新的配油系统----油压泵13。油压泵13工作原理是油压泵泵尾54与缸内相连。火花塞11在进气口处。旋塞4旋过档板5。燃室内气压低，由于气压差，活塞52向泵尾54滑动，压缩弹簧53并汲油，当旋塞旋到进气口时，燃室内进气，内外气压相等，弹簧53弹压活塞52上升喷油。点火后，燃室内气压高，但由于泵尾54与火花塞11的喷油嘴部和燃室相通，因此燃室内气压的高低不会影响油压泵的喷油速度。油压泵的进油管和出油管都需要安装单流向阀门55。
油压泵的喷油时间设置为动力机运转周期的1/2或更多些。根据FT=ft。F是气体推力，T是气体推力作用时间，f是地面施给机车的摩擦力，t是f作用的对间。若ft不变，则T越小，F越大；T越大，F越小。目前的内燃机采用爆炸气体做功，气体作用时间T短，对缸的破坏力F大。本动力机时时喷油燃烧，做功时间T长，它对缸壁的破坏力F小。因此在制造上，本机的缸壁要比旋(活)塞面积相等的其它内燃机的壁薄。根据F=PS,P是燃室内气压，S是旋塞(活塞)面积，因此F减小，P和S都可以减小，从S减小产角度上看，可以减小机器的体积。
因为本机连续燃烧工作，因此容易用控制油的喷量的方法来控制动力机的转速。油的喷量需要控制,油泵的喷油时间也要控制。油压泵在泵头49下加了一具延进缓喷塞头50(见图11)，以达到控制的目的。延进缓喷塞头50的工作是进油口和喷油口同时减小，使进油量和喷油量同时减小。它的制造是在一段圆柱上按中心对称的挖两个凹槽57。在塞头50上端安一个控制板手59，在圆柱下端还要凸出一个小圆柱56，用以卡住缓振弹簧，避免缓振弹簧在泵内来回活动损伤壁----缓振弹簧是用来缓冲油泵活塞的冲力，减弱碰撞发出的噪音。延进缓喷塞头50的凹槽与进油口、出油口的间隙，可以控制油的吸入量，喷出量和喷油时间，从而达到控制转速的目的。为了保证冷启动时，油压泵内无油，因此在挂空档后，油压泵内的油要燃烧掉。所以在延进缓喷塞头的每个凹槽57附近，沿延进缓喷塞头50横面刻一段凹痕58。
喷水系统要与喷油系统同步，因此也要配备水压泵。水压泵与油压泵的构造及工作原理相同，只是喷出量，喷出时间不同。为了便于速度控制，把四个泵的扳手58用同一杆连在一起，水压泵内压力弹簧弹回时间略滞后油压泵，以便冷却喷浊嘴，使油嘴温度降低在油的着火点以下。
档板、旋塞与旋缸、缸盖不断地摩擦，时间久了，燃室的密闭性就会减小了。为了延长机器的使用寿命，就要采取弥补摩擦损耗的措施。
档板分作两部分带有凹槽的底板41(见图7)和带有凸块的顶板39，在底板41的凹槽内放上方形弹簧41，再压上顶板，使顶板凸块卡在底板凹槽内。随着摩损，档板会在方珙弹簧41的弹力作用下，使顶板和底板的距离分开些，继续保证，燃室的密闭性。
为了弥补旋塞磨损，在旋塞上加了密闭销42(图3)。如图6，密闭销是由“T”形销柱槽33，外销柱37，内销柱35，弹簧34、36组成。销柱槽33横板面下铺两个方形弹簧34，在每个方形弹簧34上放一个垫板38和外销柱37，内销柱35。---内销柱35是“L”形的方块，外销柱37是条方块。垫板38长等内销柱35的长，也即等销柱槽33的长，宽为两销柱35、37宽的和。垫板固定在内销柱35上，在外销柱37和内销柱35之间放上方形弹簧36。密闭销组成后装在旋塞上挖的凹槽中。密闭销后面加弹簧顶压，使密闭销右边的部分顶压旋缸。在四个弹簧33、36的作用下，四个销柱向外顶压缸盖。外销柱既向上顶压缸盖，又向里顶压旋塞上凸出的用以加强燃室密闭性的轮子43 。
为了减小进气系统制造的噪音，把进气阀15设计为活塞式。进气阀内的活塞称为进气阀塞(如图8)在圆柱状的进气阀塞上有四个凹槽44。在进气阀道缸盖内壁上也相应地挖四个凹槽，这四个凹槽只有一段距离，还有一段阀道没有凹槽。进气阀塞进入这段没有挖凹槽的进气阀道。阀塞与阀道之间没有进气的空隙。当阀塞向燃室方向移动，阀塞上的凹槽与阀道上的凹槽相接时，气阀打开，气体从此进入。为了增加进气阀的密闭性能，在阀塞上加了加密环46。为了防止进气阀塞与进气阀道之问摩擦不均匀，在上面加了耐摩钢圈45。钢圈45的膨胀系数与阀塞的一样大。进气时，通过外部挤压，阀塞向里移动，阀塞凹槽与阀道凹槽相接时开始进气。点火瞬间，通过弹簧把阀塞弹回，阀塞凹槽与阀道凹槽断开，气阀关闭，燃室与外界隔绝了，燃室内膨胀气体不会从此流向外、界。为了防止阀塞回位时与缸壁撞击制造大的噪音，在进气阀塞与缸盖相碰处加一段短而弹力大的缓振弹簧。进气阀塞被弹簧弹回时，撞击在缓振弹簧上，不会产生较大的噪音。
本动力机把出气管设置为双功能的刹车和排气。在缸顶盖上，档板活动处挖一段小筒。小筒不穿透缸盖壁。在筒内壁，离筒底一定距离处钻两个洞26、27，两个洞在筒上的连线正好是小筒的直径，分别通向档板活动处的两边一边是燃室，另一边是废气室。在筒中装一排气阀头(阀头)(见图9)。阀头是圆筒，侧面上有两孔47。两孔47不同在阀头的一个直径上。为了弥补磨损，在阀门上加了向外弹压的圆筒----加密筒。加密筒上的两个小孔要与阀头上的孔47相通，且不能随便错位。气体从孔47流入阀头，经孔48流进出气管。双功能转换工作原理正常工作时，阀头有一孔只与废气室孔相通，另一孔不与燃室的相通过。燃室是密封的。废气室的废气经此孔流出。旋转阀头；阀头的两孔与燃室和废气室的两孔皆相通，动力机不再汲油做功，燃室内正在做功的气体从此溢出，动力机不转动。阀头继续旋动，有一孔只与燃室相通。另一孔不与废气室相通，燃室内膨胀做功的气体从此流出，废气室的气体被封闭，旋塞4不再旋动，因此达到了刹车的效果。气流的流动对阀头所产生的扭力是非常小的，因此便于控制。气流不会把阀头推出小筒，气流的作用只是使阀头的小孔47与度气室或燃室的小孔正对，即导气孔最大。
为了能使本机冷启动，特别设置了冷启动器。见图12。它的构造原理与本动力机相同，它由一个有固定不动的档板60的旋缸64、旋塞62和点火电源闸刀61等组成。旋塞62上安有销头63----销头63可以被压入旋塞62，又可以被它下面的弹簧弹压伸出旋塞62一部分。铁针67绕轴转动，推着旋塞销头63，使旋塞62转动，汲油并切断电源，当滑到板65处，旋塞销头63受板65的挤压缩进旋塞62内，铁针67不再对旋塞62作用。在弹簧弹力的作用下，旋塞62迅速回位，压缩其内的油流向火花塞，并接通电源，形成一个脉冲，点火启动。
本动力机以含O2较多的气体代替空气燃烧。因此需要特殊的配气系统。配气系统主要部件是“蜗螺式空气分离器”。“蜗螺式空气分离器”的排气泵和进气泵的动力由动力机轴传输。有关系排气泵在蜗螺室内产生的压强与它的转速成正比；进气泵所排进蜗螺室内的气体的速度的平方与进气泵的转速成正比。
权利要求
1.一种旋转式偶合动力机，其特征在于它包括把气体直接转化为扭力的装置；延缓喷油时间的油压泵，保护缸壁，降低机器制作材料要求的水膜保护系统；减小噪音的进气阀；即能排气又能刹车的排气阀；乒乓式正倒传动转换系统；冷启动系统。把气体推力直接转化为扭力的装置由一个旋缸、一个旋塞、一个档板和两个缸顶盖组成，旋塞与档板之间的气体点燃膨胀，推动旋塞旋动，旋塞旋动并排出上次点燃过的气体。油压泵泵尾与燃室相通。旋缸转动先经过泵尾，再经过火花塞的喷油嘴，利用旋塞经过泵尾，未经过喷油嘴时，燃室内外的气压差，把油压入油压泵，旋塞旋过喷油嘴时，喷油嘴处与泵尾处的气压差是零，油压泵内压力弹筑弹压活塞上升，喷油，油压泵内安有延进缓喷塞头，用以同时调节进油口和出油口的大小，以达到调节速度的目的。水膜保护生成器包括水压泵和水膜保护生成器，水压泵的构造及工作原理与油压泵的相同，水的喷出与油嘴的喷出同步。水膜保护生成器是圆台状的壳，壳侧面有喷(水)孔，从喷出的水能形成锥形的封闭空腔，使缸壁和自身免受高温。进气阀设计为活塞式的，它包括进气阀塞和进气阀道进气阀塞上和进气阀道上各挖有四段凹槽。进气阀塞凹槽与进气阀道凹槽相接时进气；当回位弹簧把进气阀塞弹回时，进气阀塞凹槽与进气阀道凹槽相断开，气阀关闭。进气阀道中有缓振弹簧，以减缓进气阀塞与缸盖的撞击，减弱了阀塞与缸壁撞击制造的噪音。排气由排气阀头，排气阀头所在的小筒---排气阀道和连接档板两边与小筒的两个小孔---两个小孔分别称为(1)号孔、(2)号孔。(1)号孔与废气相通，(2)号孔与燃室相通。当推气阀头上的一孔只与①号孔相接时，排气阀只起排气作用；当排气阀头上的两孔一个与①号孔相接，另一个与②号孔相接时，动力机不做功；当排气阀头上有一孔只与②号孔相通时，排气阀起刹车作用。动力机的动力通过机轴齿轮传给齿轮固定板上的两个齿轮，这两个齿轮的传动方向正好相反。当两个齿轮中的任何一个与轮轴齿轮相切传输动力时，另一个与轮轴齿轮相离，这样也就构成了一个正倒转换的乒乓开关。两个齿轮与轮轴齿轮的切线与它们的中心同动力机的中轴连线平行。冷启动器包括一个有固定档板的旋缸、旋塞和闭合式电源开关。旋塞上有可以压入旋塞内里的通常表露在外的旋塞销头。冷启动器上有一个可以绕旋塞中轴转动的铁针。
2．根据权利要求1所述的旋转式偶合动力机，其特征在于两台单机相互配合工作。
3．根据权利要求1所述的旋转式偶合动力机，其特征在于动力机轴与机车轮轴用轴连接板连接。固定孔与机车用弹簧连接。
4．根据权利要求1所述的旋转式偶合动力机，其特征在于档板分作两部分底板和顶板，顶板和底板相接的凹槽，内压有方形弹簧。
5．根据权利要求1所述的旋转式偶合动力机，其特征在于旋塞上设计有旋塞销，旋塞销由“T”形销柱槽，外销柱、内销柱、方形弹簧和铁板组成。旋塞销既向外顶压缸盖、旋缸，又向里顶压加密轮。
6．根据权利要求1所述的旋转式偶合动力机，其特征在于它用含氧较多的气体燃烧，配气系统的主要部件是“气体分离器”。
全文摘要
一种旋转式偶合动力机是把热能直接转化为扭力的装置。配备有特殊的燃烧环境:油在燃室内一直燃烧,燃室内温度不太高,对机壁的破坏力小,减弱了内燃机的震颤程度,增加了动力机低速传动的稳定性,使油阀容易代替齿轮变速。排气阀的特殊设计使排气阀兼具排气和刹车两种功能。乒乓式正倒传动设计和它在机车上的特殊安装方式,减缓了机车因震动给它的破坏力。它功能的集成性,使机车的设计和制造更加简单。
文档编号F01C1/00GK1318685SQ0010529
公开日2001年10月24日 申请日期2000年4月20日 优先权日2000年4月20日
发明者王怀亮 申请人:王怀亮