圆环旋转式双涵道发动的制造方法
圆环旋转式双涵道发动的制造方法
【专利摘要】圆环旋转式双涵道发动机，本发明涉及一种新型发动机，其结构包括：动力输出缸体和压缩空气产生缸体。动力输出缸体由圆环旋转缸体、固定盘、螺旋筋板、耦合转子、喷射装置、点火装置、排汽装置组成。压缩空气产生缸体由圆环旋转缸体、固定盘、螺旋筋板、耦合转子、吸空气装置、输送空气装置组成。压缩空气产生缸体由动力输出缸体传动并向动力输出缸体输送压缩空气。圆环旋转缸体是一个有环形空腔的旋转缸体，并与所述固定盘形成封闭的圆环形空腔，螺旋筋板位于圆环形空腔内，并与圆环旋转缸体联结为一体。耦合转子安装在固定盘上，耦合转子上开有耦合槽，螺旋筋板可以穿过耦合槽，使得耦合转子随螺旋筋板连续转动，耦合转子与螺旋筋板将圆环形空腔分隔为压力区和非压力区。
【专利说明】圆环旋转式双涵道发动机
发明领域:
[0001]本发明涉及一种新型发动机。
[0002]发明背景:
[0003]本发明涉及一种新型发动机，可广泛应用于交通运输行业、工程机械、火车和发电机组、大型轮船、民航客机、极速赛车等国民经济领域。
[0004]现有普遍采用的直线往复式活塞发动机，一般是直线往复四冲程工作形式。在四个冲程中只有一个冲程是动力输出状态，其它三个冲程均为动力损耗状态。作为燃烧室产生动力的施压区，和作为吸入空气、压缩空气、排出废汽的三个动力损耗的卸压区，都在同一个缸体内交替出现。活塞及其推杆处于不断加速、减速、停止、再加速、减速、停止的间歇性循环中，燃烧介质的燃烧量、燃烧时间，难以做到完美。燃料的能量不能最大限度地转变为发动机的有效功率和输出动力。同时当其转速，即活塞的往复频率达到一定限度时，发动机将产生巨大的噪音和强烈的震动，并伴随燃料燃烧效率的降低和动力输出功率的降低。
[0005]附图1显示了现有直线往复式活塞发动机的缸内压力值在四个冲程过程中的变化情况。曲线ef为吸入空气阶段，曲线fg为压缩空气阶段，曲线ghi为燃烧作功阶段，曲线ie为排出废汽阶段。在其中的ghi作功冲程中，缸内的压力要分解成活塞推杆的推力Fq，Fq再分解成曲轴的曲柄方向作用力F2和垂直于曲柄的扭力匕。只有F1才是推动曲轴转动并向机构输出动力的有效扭力。在图1中可见，当缸内压力为最大值时(约3000-5000kpa)。活塞推杆与缸体轴线的夹角很小，分解到的扭力F1的力值很低。只有交角增大,至F2的力值为零时，F1 = F。。此时的作功效率最大或扭矩输出的功率最高，因此得出图2所示的输出轴旋转一周的扭矩变化曲线I1。
[0006]图1所示的ghi曲线段，活塞在靠近燃烧室的上止点前后，缸内压力的瞬时值巨大，这就对缸体的密封性能要求很高，否则将对功率产生极不利的影响。
[0007]针对上述不足，本发明所述的圆环旋转式双涵道发动机提供了一种优秀的技术方案，不仅具有往复式活塞发动机的简单可靠、重量轻、体积小的特点，也具有涡轮风扇发动机和燃汽轮机的高转速、高扭矩和大功率，同时可最大限度地将燃烧介质的能量转化为输出功率，其特点将更加节能，更加环保。
[0008]关于本发明专利叙述中的名词解释:
[0009]1.转动轴线:转动体或旋转空间的转动轴线。如图3-2中的转动轴线O。
[0010]2.旋转面视图:与转动轴线相垂直的平面上投影所得的视图。如图3-1所示。
[0011]3.轴面剖视图:与转动轴线相重合的平面上剖切所得的视图。如图3-2所示。
【发明内容】
:
[0012]本发明涉及一种新型发动机，其结构包括:动力输出缸体和压缩空气产生缸体。动力输出缸体由圆环旋转缸体、固定盘、螺旋筋板、耦合转子、喷射装置、点火装置、排汽装置组成。压缩空气产生缸体由圆环旋转缸体、固定盘、螺旋筋板、耦合转子、吸空气装置、输送空气装置组成。压缩空气产生缸体由动力输出缸体传动并向动力输出缸体输送压缩空气。[0013]圆环旋转缸体是一个有环形空腔的旋转缸体，并与所述固定盘形成封闭的圆环形空腔，螺旋筋板位于圆环形空腔内，并与圆环旋转缸体联结为一体。耦合转子安装在固定盘上，耦合转子上开有耦合槽，螺旋筋板可以穿过耦合槽，使得耦合转子随螺旋筋板连续转动，耦合转子与螺旋筋板将圆环形空腔分隔为压力区和非压力区。
[0014]压缩空气产生缸体的圆环旋转缸体由动力输出缸体传动，并带动螺旋筋板与耦合转子耦合转动，使得压力区不断缩小，空气不断被压缩，到达一定压缩比后向动力输出缸体输送压缩空气。动力输出缸体的压力区在充满压缩空气和燃烧介质后燃烧膨胀，产生的压力作用在螺旋筋板和耦合转子上，推动螺旋筋板转动，从而使圆环旋转缸体转动并向机构输出动力。螺旋筋板沿圆环形空腔分布，使得圆环旋转缸体匀速旋转时，耦合转子也同时匀速旋转。
[0015]喷射装置向动力输出缸体的圆环形空腔内喷射燃烧介质和压缩空气，喷射装置和点火装置位于耦合转子附近的压力区一侧，排汽装置位于非压力区一侧，吸空气装置位于压缩空气产生缸体耦合转子附近的非压力区一侧，压缩空气输送装置位于耦合转子附近的压力区一侧。动力输出缸体和压缩空气产生缸体共用同一个固定盘组成一个动力单元，同时两者的圆环旋转缸体联结为一体。圆环形空腔的轴面剖视图可以是半圆形、扇形。空气由压缩空气产生缸体的大直径区域吸入并向小直径区域压缩，最后通过输送装置送入动力输出缸体。压缩空气和燃烧介质从动力输出缸体的小直径区域喷入并燃烧向大直径区域膨胀，再从大直径处排出废汽。通过调节两个缸体耦合转子的相对角度和压缩空气输送装置中的压力控制装置的设定值，可以改变压缩空气的压缩比。耦合转子上装有转子环，螺旋筋板上装有筋板环，用以提高压力区的密封性能。发动机可以由一个或多个动力单元组成，多个动力单元组成时，每个动力输出缸体的耦合转子和螺旋筋板在同一时刻处于不同的相互补偿的受力位置。
[0016]本发明所涉及的发动机，圆环旋转缸体处于连续流畅的圆周运动中。燃烧介质的压力直接是输出轴的扭力，如附图2所示的扭矩曲线I2，曲线下方所覆盖的面积为输出功率。动力输出缸体所承受的压力及最高温度都大幅度降低，压力范围可以降到1500?2000pka，而输出功率却因作功行程长而增大。同时在圆环旋转缸体旋转2周，即720°范围内，存在2次同时发生的作功行程，如图2中的曲线13，因此，与现有直线往复式活塞发动机技术相比，本发明的功率要高得多。
[0017]整个系统没有曲轴、平衡轴、活塞及连杆，因此，无需与此相关的润滑、支承，机构变得简单，其重心也大幅降低，且无传动死角。在高转速情况下，机构噪音小、震动轻微，整个机构的稳定性、可靠性高。在同等功率输出的条件下，比直线往复式活塞发动机节约20%?50%的燃烧介质。
【专利附图】
【附图说明】:
[0018]图1现有直线往复式活塞发动机扭矩数
[0019]图2本发明实施例之一与直线往复式活塞发动机对比的扭矩图
[0020]图3本发明实施例之一的视图
[0021 ] 图4图3所示实施例的工作原理简图
[0022]图5装有转子环的实施例的局部剖视图[0023]图6装有筋板环的实施例的局部剖视图
[0024]图7多缸体组合的实施例工作原理简图
[0025]在本发明专利的【专利附图】
【附图说明】中，图示的零部件的结构、尺寸及形状并不代表实际的零部件的结构、尺寸及形状，也不代表零部件之间的实际大小比例关系，图示只是用简明的方式对本发明实施例予以说明。
[0026]图3显示了本发明实施例之一的视图，其中图3-1为旋转面视图，图3-2为本实施例的轴面剖视图。其结构包括:图3-2所示左侧的动力输出缸体和右侧的压缩空气产生缸体。动力输出缸体由圆环旋转缸体GT、固定盘P，螺旋筋板U、耦合转子C、喷射和点火装置PF、排汽装置PZ等组成。压缩空气产生缸体由圆环旋转缸体GT'、固定盘P、螺旋筋板UT、耦合转子C、吸空气装置XM、压缩空气输送装置XP组成。圆环旋转缸体GT和GT'是有环形空腔的旋转体，GT与固定盘P形成了动力输出缸体的封闭圆环形空腔K，GT'与固定盘P形成了压缩空气产生缸体的封闭圆环形空腔K'，两种缸体共用一个固定盘并组成了如图3-2所示的动力单元，并且圆环旋转缸体GT与GTi联结成一体，因此压缩空气产生缸体由动力输出缸体传动并通过压缩空气输送装置XP向动力输出缸体输送压缩空气。与圆环旋转缸体GT联结成一体的螺旋筋板LJ位于圆环形空腔K内，与圆环旋转缸体GTi联结为一体的螺旋筋板U'位于圆环形空腔K'内。
[0027]图3-2所示耦合转子C和Ci安装在固定盘P上。耦合转子C和Ci上开有耦合槽，螺旋筋板LJ和LJ'可以穿过各自的耦合转子C和C'上的耦合槽，使得耦合转子C和C1随螺旋筋板LJ和LJ’的旋转而连续转动。
[0028]图4为螺旋筋板在圆环旋转缸体的工作弧面上沿周向展开一周的平面图。尽管空间的半圆弧面展开为一个圆形的平面会失去精确度，但这样可简明地显示螺旋筋板的工作原理。图4-1为动力输出缸体的螺旋筋板LJ在圆环旋转缸体GT的工作弧面Imn上展开的平面图，其中1、η分别是圆环形空腔K的最大、最小半径点，m为平均半径点。动力输出缸体从小直径点η附近喷入压缩空气和燃烧介质，因此螺旋筋板LJ与耦合转子C的耦合槽从小直径η处开始进入作功啮合状态，耦合转子C顺时针方向旋转。在图中所示螺旋筋板LJ的起始位置从耦合转子C所在的11点位开始，当LJ旋转过1/4周到达耦合转子C所在的13点位时，压力区为11-12-13三个点之间的P区。12-13弧线是Imn弧线长度的1/4 ；LJ转过1/2周到达15点位时，压力区增加12-13-14-15四点之间的q区；LJ转过3/4周到达17点位时，压力区增加14-15-16-17四点之间的r区；LJ转过I周达到18点位时，压力区增加16-17-18-11四点之间的s区。14-15、16-17、11-18分别是Imn长度的1/2、3/4及Imn的全长。如果LJ转到15点位时，开始点火，则P、q为压缩空气及燃烧介质喷入区域。将11-18-13-19、13-19-15-20、15-20-17-21、17-21-18 分别称之为 t、U、V、w 区，则除 P、q 两个区外，耦合转子C所处的其它六个区r、S、t、U、V、w均为动力输出位置。从P区逐步到s区，不仅是受力半径逐步变大的区域，而且是螺旋筋板LJ受力面积逐步变大的区域，因此，从r到s的180°范围内，扭矩输出也非常流畅且流畅性变大。当螺旋筋板LJ转到t区时，耦合槽与螺旋筋板LJ脱离啮合状态，耦合转子C的另一个耦合槽开始转到11点位，又与螺旋筋板LJ的起始端进入稱合或者啮合状态,与本次循环相同,从11 — 13-— 15,开始下一个点火。因此，当螺旋筋板LJ转到20点位时，下一个燃烧膨胀作功状态同时进行。前面提到的螺旋筋板LJ从11点位开始循环之时，本次的上一个工作循环已经进入到了 t区和u区。因此不包括P、q区，每一个作功循环都有近172周，也就是540°的工作行程，只不过到最后的w区已经进入膨胀的尾期。在2周720°的旋转行程中，有360°的行程是两个燃烧膨胀作功同时进行。在耦合转子一侧压力区作功的同时，另一侧的非压力区同时在排汽而不需专门的排汽行程。因此与直线往复式活塞发动机相比，本实施例具有很高的效率和输出扭矩。这也是本发明与现有技术相比节约燃烧介质的一个重要原因。
[0029]图4-2为压缩空气产生缸体的螺旋筋板LJ'，在圆环旋转缸体GT'的工作弧面1’ m' n'上的展开平面图。其中1’、n'分别是圆环形空腔K'的最大、最小半径点位，m,为平均半径点位。压缩空气产生缸体从大直径处的吸空气装置XM吸入空气，因此，螺旋筋板U'与耦合转子C,的耦合槽从大直径点位1’处开始进入啮合状态，耦合转子C,逆时针方向旋转。在图中所示，螺旋筋板U'的起始位置从耦合转子C,所在的18'点位开始，依次沿w' W、u'、t'、s'、r'、q'、p'各区旋转。一方面，耦合转子C'的非压力区一侧不断吸入空气，另一方面，耦合转子C'的压力区一侧不断将上一次吸入的空气压缩，随着压力区的缩小，空气的压缩比不断提高，压缩空气对圆环旋转缸体GT'旋转的阻力增大，但是从V区开始到V区和V区，是一个半径逐步减小的过程，尤其进入V区后，螺旋筋板U'和耦合转子C'对应的受力面积在迅速减少。因此，在螺旋筋板LJ旋转的扭矩无需增加的情况下，作用半径的减小和阻力面积的减少意味着压缩力的增大，这有利于大幅度提高压缩比，也就是压缩比的提高并不需要过多地增加动力消耗，这也是本发明的另一个优点所在。耦合转子C,的耦合槽与螺旋筋板LJ'相啮合的过程与动力输出缸体相反，整个压缩的过程顺序与螺旋筋板LJ的作功过程相反。压缩空气输送装置XP位于固定盘和螺旋筋板U'的圆环形空腔K'的小直径处，也就是P'区。通过改变压缩空气输送装置XP上的压力控制装置的压力设定值，以及图3-1所示耦合转子C'与C的位置夹角θ，可以改变动力输出缸体在点火之前进入的压缩空气的压缩比。
[0030]图5所示为耦合转子上装有转子环的实施例之一的转子轴面剖视图。其安装方式，使用原理与直线往复式活塞发动机的活塞环相同，不再一一赘述。
[0031]图6所示为螺旋筋板上装有筋板环的实施例的轴面局部剖视图。图示筋板环安装在筋板凹槽中，凹槽中装有弹簧片以使筋板环一直保持与固定盘P的接触。上述转子环和筋板环都是用以提高压力区的密封性能的。
[0032]图7显示了一种多缸组合的发动机的工作示意图。为了简明显示其工作方式，图示采用了在同一时刻每个缸体的螺旋筋板在各自圆环旋转缸体的空腔工作面上的展开平面图，其表示方式与图4相同。图示为三个动力单元的同轴组合，图7-1与图7-2、图7-3与图7-4、图7-5与图7-6所示的缸体分别组合成三个动力单元。其中图7-1、7-3、7-5所示为动力输出缸体，图7-2、7-4、7-6所示为压缩空气产生缸体。图示的阴影部分为各自的压力区在某个同一时刻的范围，三个动力输出缸体的螺旋筋板的起始位置相互错位120°，三个压缩空气产生缸体的螺旋筋板的起始位置相互错位120°，三个动力输出缸体的螺旋筋板在同一时刻处于不同的相互补偿的受力位置，使得动力输出平稳连续。
[0033]本发明所述的圆环旋转缸体与固定盘所形成的圆环形空腔的轴面剖视图形状，不仅仅是上述实施例的半圆形，也可以是扇形。本专业技术人员根据形状的变化容易变更相应的零部件设计，在此不再一一赘述。
[0034]关于喷射装置、点火装置、排汽装置、吸空气装置、压缩空气输送装置及其压力控制装置，输送管道，还有密封装置润滑系统、燃烧介质的供应系统、冷却系统、起动系统等等，本领域的技术人员均已知晓，并在本领域广泛应用，不再在此一一赘述。
[0035]本发明所涉及的发动机，可以采用多种材料制造，例如金属材料、高强度合金材料以及陶瓷材料等等。
[0036]上述实施例以图示的方式说明了本发明，但是以图示方式说明的上述实施例不是对本发明的限制，本发明由权利要求限定。
【权利要求】
1.本发明涉及一种新型发动机，其主要结构包括:动力输出缸体和压缩空气产生缸体。所述动力输出缸体由圆环旋转缸体、固定盘、螺旋筋板、耦合转子、喷射装置、点火装置、排汽装置组成。所述压缩空气产生缸体由圆环旋转缸体、固定盘、螺旋筋板、耦合转子、吸空气装置、压缩空气输送装置组成。所述压缩空气产生缸体由动力输出缸体传动并向动力输出缸体输送压缩空气。 本发明所述发动机，其特征在于:所述圆环旋转缸体是一个有圆环形空腔的旋转缸体，并与所述固定盘形成封闭的圆环形空腔。所述螺旋筋板位于所述圆环形空腔内，并与所述圆环旋转缸体联结成为一体。 所述耦合转子安装在固定盘上，耦合转子上开有耦合槽。螺旋筋板可以穿过耦合槽，使得耦合转子随螺旋筋板连续转动。耦合转子与螺旋筋板将所述圆环形空腔分隔为压力区和非压力区。所述压缩空气产生缸体的圆环旋转缸体和螺旋筋板因动力输出缸体的传动而转动，同时耦合转子也耦合转动，使得压力区不断缩小，空气不断被压缩，并达到一定压缩比之后，向动力输出缸体输送压缩空气。所述动力输出缸体的压力区被压缩空气和燃烧介质充满后，燃烧膨胀产生的压力作用在螺旋筋板和耦合转子上，推动螺旋筋板转动，从而使圆环旋转缸体转动并向机构输出动力。 所述螺旋筋板沿所述圆环形空腔分布，使得圆环旋转缸体以均匀转速旋转时，耦合转子随螺旋筋板同时均匀转速旋转。
2.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:所述喷射装置向动力输出缸体的圆环形空腔内喷射燃烧介质和压缩空气，喷射装置和点火装置位于耦合转子附近的压力区一侧，所述排汽装置位于非压力区一侧，所述吸空气装置位于压缩空气产生缸体的耦合转子附近的非压力区一侧，所述压缩空气输送装置位于耦合转子附近的压力区一侧。
3.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:单个所述动力输出缸体与单个所述压缩空气产生缸体共用同一个固定盘，并组成一个动力单元。
4.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:所述动力输出缸体的圆环旋转缸体，与所述压缩空气产生缸体的圆环旋转缸体联结成为一体。
5.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:所述圆环形空腔的轴面剖视图形状是半圆形或扇形。
6.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:所述压缩空气产生缸体由大直径处吸入空气，向小直径处压缩并通过压缩空气输送装置给动力输出缸体输送压缩空气。
7.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:所述动力输出缸体由小直径处喷入压缩空气和燃烧介质并燃烧向大直径处膨胀，再由大直径处排出废汽。
8.由权力要求6、7所述的发动机，其特征在于:通过改变压缩空气产生缸体的耦合转子与动力输出缸体的耦合转子的位置角度，以及压缩空气输送装置中压力控制装置的压力设定值，可以改变压缩空气的压缩比。
9.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:所述螺旋筋板上装有筋板环，所述耦合转子上装有转子环。
10.由权力要求3所述的发动机，其特征在于:所述发动机可以由一个动力单元组成，也可以由多个动力单元组成。由多个动力单元组成时，每个动力单元的动力输出缸体的螺旋筋板，在同一时刻处于不同的相互补偿的受力位置。
【文档编号】F02B55/02GK103452653SQ201210171096
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年5月28日 优先权日:2012年5月28日
【发明者】刘勇 申请人:袁丽君
【专利摘要】圆环旋转式双涵道发动机，本发明涉及一种新型发动机，其结构包括：动力输出缸体和压缩空气产生缸体。动力输出缸体由圆环旋转缸体、固定盘、螺旋筋板、耦合转子、喷射装置、点火装置、排汽装置组成。压缩空气产生缸体由圆环旋转缸体、固定盘、螺旋筋板、耦合转子、吸空气装置、输送空气装置组成。压缩空气产生缸体由动力输出缸体传动并向动力输出缸体输送压缩空气。圆环旋转缸体是一个有环形空腔的旋转缸体，并与所述固定盘形成封闭的圆环形空腔，螺旋筋板位于圆环形空腔内，并与圆环旋转缸体联结为一体。耦合转子安装在固定盘上，耦合转子上开有耦合槽，螺旋筋板可以穿过耦合槽，使得耦合转子随螺旋筋板连续转动，耦合转子与螺旋筋板将圆环形空腔分隔为压力区和非压力区。
【专利说明】圆环旋转式双涵道发动机
发明领域:
[0001]本发明涉及一种新型发动机。
[0002]发明背景:
[0003]本发明涉及一种新型发动机，可广泛应用于交通运输行业、工程机械、火车和发电机组、大型轮船、民航客机、极速赛车等国民经济领域。
[0004]现有普遍采用的直线往复式活塞发动机，一般是直线往复四冲程工作形式。在四个冲程中只有一个冲程是动力输出状态，其它三个冲程均为动力损耗状态。作为燃烧室产生动力的施压区，和作为吸入空气、压缩空气、排出废汽的三个动力损耗的卸压区，都在同一个缸体内交替出现。活塞及其推杆处于不断加速、减速、停止、再加速、减速、停止的间歇性循环中，燃烧介质的燃烧量、燃烧时间，难以做到完美。燃料的能量不能最大限度地转变为发动机的有效功率和输出动力。同时当其转速，即活塞的往复频率达到一定限度时，发动机将产生巨大的噪音和强烈的震动，并伴随燃料燃烧效率的降低和动力输出功率的降低。
[0005]附图1显示了现有直线往复式活塞发动机的缸内压力值在四个冲程过程中的变化情况。曲线ef为吸入空气阶段，曲线fg为压缩空气阶段，曲线ghi为燃烧作功阶段，曲线ie为排出废汽阶段。在其中的ghi作功冲程中，缸内的压力要分解成活塞推杆的推力Fq，Fq再分解成曲轴的曲柄方向作用力F2和垂直于曲柄的扭力匕。只有F1才是推动曲轴转动并向机构输出动力的有效扭力。在图1中可见，当缸内压力为最大值时(约3000-5000kpa)。活塞推杆与缸体轴线的夹角很小，分解到的扭力F1的力值很低。只有交角增大,至F2的力值为零时，F1 = F。。此时的作功效率最大或扭矩输出的功率最高，因此得出图2所示的输出轴旋转一周的扭矩变化曲线I1。
[0006]图1所示的ghi曲线段，活塞在靠近燃烧室的上止点前后，缸内压力的瞬时值巨大，这就对缸体的密封性能要求很高，否则将对功率产生极不利的影响。
[0007]针对上述不足，本发明所述的圆环旋转式双涵道发动机提供了一种优秀的技术方案，不仅具有往复式活塞发动机的简单可靠、重量轻、体积小的特点，也具有涡轮风扇发动机和燃汽轮机的高转速、高扭矩和大功率，同时可最大限度地将燃烧介质的能量转化为输出功率，其特点将更加节能，更加环保。
[0008]关于本发明专利叙述中的名词解释:
[0009]1.转动轴线:转动体或旋转空间的转动轴线。如图3-2中的转动轴线O。
[0010]2.旋转面视图:与转动轴线相垂直的平面上投影所得的视图。如图3-1所示。
[0011]3.轴面剖视图:与转动轴线相重合的平面上剖切所得的视图。如图3-2所示。
【发明内容】
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[0012]本发明涉及一种新型发动机，其结构包括:动力输出缸体和压缩空气产生缸体。动力输出缸体由圆环旋转缸体、固定盘、螺旋筋板、耦合转子、喷射装置、点火装置、排汽装置组成。压缩空气产生缸体由圆环旋转缸体、固定盘、螺旋筋板、耦合转子、吸空气装置、输送空气装置组成。压缩空气产生缸体由动力输出缸体传动并向动力输出缸体输送压缩空气。[0013]圆环旋转缸体是一个有环形空腔的旋转缸体，并与所述固定盘形成封闭的圆环形空腔，螺旋筋板位于圆环形空腔内，并与圆环旋转缸体联结为一体。耦合转子安装在固定盘上，耦合转子上开有耦合槽，螺旋筋板可以穿过耦合槽，使得耦合转子随螺旋筋板连续转动，耦合转子与螺旋筋板将圆环形空腔分隔为压力区和非压力区。
[0014]压缩空气产生缸体的圆环旋转缸体由动力输出缸体传动，并带动螺旋筋板与耦合转子耦合转动，使得压力区不断缩小，空气不断被压缩，到达一定压缩比后向动力输出缸体输送压缩空气。动力输出缸体的压力区在充满压缩空气和燃烧介质后燃烧膨胀，产生的压力作用在螺旋筋板和耦合转子上，推动螺旋筋板转动，从而使圆环旋转缸体转动并向机构输出动力。螺旋筋板沿圆环形空腔分布，使得圆环旋转缸体匀速旋转时，耦合转子也同时匀速旋转。
[0015]喷射装置向动力输出缸体的圆环形空腔内喷射燃烧介质和压缩空气，喷射装置和点火装置位于耦合转子附近的压力区一侧，排汽装置位于非压力区一侧，吸空气装置位于压缩空气产生缸体耦合转子附近的非压力区一侧，压缩空气输送装置位于耦合转子附近的压力区一侧。动力输出缸体和压缩空气产生缸体共用同一个固定盘组成一个动力单元，同时两者的圆环旋转缸体联结为一体。圆环形空腔的轴面剖视图可以是半圆形、扇形。空气由压缩空气产生缸体的大直径区域吸入并向小直径区域压缩，最后通过输送装置送入动力输出缸体。压缩空气和燃烧介质从动力输出缸体的小直径区域喷入并燃烧向大直径区域膨胀，再从大直径处排出废汽。通过调节两个缸体耦合转子的相对角度和压缩空气输送装置中的压力控制装置的设定值，可以改变压缩空气的压缩比。耦合转子上装有转子环，螺旋筋板上装有筋板环，用以提高压力区的密封性能。发动机可以由一个或多个动力单元组成，多个动力单元组成时，每个动力输出缸体的耦合转子和螺旋筋板在同一时刻处于不同的相互补偿的受力位置。
[0016]本发明所涉及的发动机，圆环旋转缸体处于连续流畅的圆周运动中。燃烧介质的压力直接是输出轴的扭力，如附图2所示的扭矩曲线I2，曲线下方所覆盖的面积为输出功率。动力输出缸体所承受的压力及最高温度都大幅度降低，压力范围可以降到1500?2000pka，而输出功率却因作功行程长而增大。同时在圆环旋转缸体旋转2周，即720°范围内，存在2次同时发生的作功行程，如图2中的曲线13，因此，与现有直线往复式活塞发动机技术相比，本发明的功率要高得多。
[0017]整个系统没有曲轴、平衡轴、活塞及连杆，因此，无需与此相关的润滑、支承，机构变得简单，其重心也大幅降低，且无传动死角。在高转速情况下，机构噪音小、震动轻微，整个机构的稳定性、可靠性高。在同等功率输出的条件下，比直线往复式活塞发动机节约20%?50%的燃烧介质。
【专利附图】
【附图说明】:
[0018]图1现有直线往复式活塞发动机扭矩数
[0019]图2本发明实施例之一与直线往复式活塞发动机对比的扭矩图
[0020]图3本发明实施例之一的视图
[0021 ] 图4图3所示实施例的工作原理简图
[0022]图5装有转子环的实施例的局部剖视图[0023]图6装有筋板环的实施例的局部剖视图
[0024]图7多缸体组合的实施例工作原理简图
[0025]在本发明专利的【专利附图】
【附图说明】中，图示的零部件的结构、尺寸及形状并不代表实际的零部件的结构、尺寸及形状，也不代表零部件之间的实际大小比例关系，图示只是用简明的方式对本发明实施例予以说明。
[0026]图3显示了本发明实施例之一的视图，其中图3-1为旋转面视图，图3-2为本实施例的轴面剖视图。其结构包括:图3-2所示左侧的动力输出缸体和右侧的压缩空气产生缸体。动力输出缸体由圆环旋转缸体GT、固定盘P，螺旋筋板U、耦合转子C、喷射和点火装置PF、排汽装置PZ等组成。压缩空气产生缸体由圆环旋转缸体GT'、固定盘P、螺旋筋板UT、耦合转子C、吸空气装置XM、压缩空气输送装置XP组成。圆环旋转缸体GT和GT'是有环形空腔的旋转体，GT与固定盘P形成了动力输出缸体的封闭圆环形空腔K，GT'与固定盘P形成了压缩空气产生缸体的封闭圆环形空腔K'，两种缸体共用一个固定盘并组成了如图3-2所示的动力单元，并且圆环旋转缸体GT与GTi联结成一体，因此压缩空气产生缸体由动力输出缸体传动并通过压缩空气输送装置XP向动力输出缸体输送压缩空气。与圆环旋转缸体GT联结成一体的螺旋筋板LJ位于圆环形空腔K内，与圆环旋转缸体GTi联结为一体的螺旋筋板U'位于圆环形空腔K'内。
[0027]图3-2所示耦合转子C和Ci安装在固定盘P上。耦合转子C和Ci上开有耦合槽，螺旋筋板LJ和LJ'可以穿过各自的耦合转子C和C'上的耦合槽，使得耦合转子C和C1随螺旋筋板LJ和LJ’的旋转而连续转动。
[0028]图4为螺旋筋板在圆环旋转缸体的工作弧面上沿周向展开一周的平面图。尽管空间的半圆弧面展开为一个圆形的平面会失去精确度，但这样可简明地显示螺旋筋板的工作原理。图4-1为动力输出缸体的螺旋筋板LJ在圆环旋转缸体GT的工作弧面Imn上展开的平面图，其中1、η分别是圆环形空腔K的最大、最小半径点，m为平均半径点。动力输出缸体从小直径点η附近喷入压缩空气和燃烧介质，因此螺旋筋板LJ与耦合转子C的耦合槽从小直径η处开始进入作功啮合状态，耦合转子C顺时针方向旋转。在图中所示螺旋筋板LJ的起始位置从耦合转子C所在的11点位开始，当LJ旋转过1/4周到达耦合转子C所在的13点位时，压力区为11-12-13三个点之间的P区。12-13弧线是Imn弧线长度的1/4 ；LJ转过1/2周到达15点位时，压力区增加12-13-14-15四点之间的q区；LJ转过3/4周到达17点位时，压力区增加14-15-16-17四点之间的r区；LJ转过I周达到18点位时，压力区增加16-17-18-11四点之间的s区。14-15、16-17、11-18分别是Imn长度的1/2、3/4及Imn的全长。如果LJ转到15点位时，开始点火，则P、q为压缩空气及燃烧介质喷入区域。将11-18-13-19、13-19-15-20、15-20-17-21、17-21-18 分别称之为 t、U、V、w 区，则除 P、q 两个区外，耦合转子C所处的其它六个区r、S、t、U、V、w均为动力输出位置。从P区逐步到s区，不仅是受力半径逐步变大的区域，而且是螺旋筋板LJ受力面积逐步变大的区域，因此，从r到s的180°范围内，扭矩输出也非常流畅且流畅性变大。当螺旋筋板LJ转到t区时，耦合槽与螺旋筋板LJ脱离啮合状态，耦合转子C的另一个耦合槽开始转到11点位，又与螺旋筋板LJ的起始端进入稱合或者啮合状态,与本次循环相同,从11 — 13-— 15,开始下一个点火。因此，当螺旋筋板LJ转到20点位时，下一个燃烧膨胀作功状态同时进行。前面提到的螺旋筋板LJ从11点位开始循环之时，本次的上一个工作循环已经进入到了 t区和u区。因此不包括P、q区，每一个作功循环都有近172周，也就是540°的工作行程，只不过到最后的w区已经进入膨胀的尾期。在2周720°的旋转行程中，有360°的行程是两个燃烧膨胀作功同时进行。在耦合转子一侧压力区作功的同时，另一侧的非压力区同时在排汽而不需专门的排汽行程。因此与直线往复式活塞发动机相比，本实施例具有很高的效率和输出扭矩。这也是本发明与现有技术相比节约燃烧介质的一个重要原因。
[0029]图4-2为压缩空气产生缸体的螺旋筋板LJ'，在圆环旋转缸体GT'的工作弧面1’ m' n'上的展开平面图。其中1’、n'分别是圆环形空腔K'的最大、最小半径点位，m,为平均半径点位。压缩空气产生缸体从大直径处的吸空气装置XM吸入空气，因此，螺旋筋板U'与耦合转子C,的耦合槽从大直径点位1’处开始进入啮合状态，耦合转子C,逆时针方向旋转。在图中所示，螺旋筋板U'的起始位置从耦合转子C,所在的18'点位开始，依次沿w' W、u'、t'、s'、r'、q'、p'各区旋转。一方面，耦合转子C'的非压力区一侧不断吸入空气，另一方面，耦合转子C'的压力区一侧不断将上一次吸入的空气压缩，随着压力区的缩小，空气的压缩比不断提高，压缩空气对圆环旋转缸体GT'旋转的阻力增大，但是从V区开始到V区和V区，是一个半径逐步减小的过程，尤其进入V区后，螺旋筋板U'和耦合转子C'对应的受力面积在迅速减少。因此，在螺旋筋板LJ旋转的扭矩无需增加的情况下，作用半径的减小和阻力面积的减少意味着压缩力的增大，这有利于大幅度提高压缩比，也就是压缩比的提高并不需要过多地增加动力消耗，这也是本发明的另一个优点所在。耦合转子C,的耦合槽与螺旋筋板LJ'相啮合的过程与动力输出缸体相反，整个压缩的过程顺序与螺旋筋板LJ的作功过程相反。压缩空气输送装置XP位于固定盘和螺旋筋板U'的圆环形空腔K'的小直径处，也就是P'区。通过改变压缩空气输送装置XP上的压力控制装置的压力设定值，以及图3-1所示耦合转子C'与C的位置夹角θ，可以改变动力输出缸体在点火之前进入的压缩空气的压缩比。
[0030]图5所示为耦合转子上装有转子环的实施例之一的转子轴面剖视图。其安装方式，使用原理与直线往复式活塞发动机的活塞环相同，不再一一赘述。
[0031]图6所示为螺旋筋板上装有筋板环的实施例的轴面局部剖视图。图示筋板环安装在筋板凹槽中，凹槽中装有弹簧片以使筋板环一直保持与固定盘P的接触。上述转子环和筋板环都是用以提高压力区的密封性能的。
[0032]图7显示了一种多缸组合的发动机的工作示意图。为了简明显示其工作方式，图示采用了在同一时刻每个缸体的螺旋筋板在各自圆环旋转缸体的空腔工作面上的展开平面图，其表示方式与图4相同。图示为三个动力单元的同轴组合，图7-1与图7-2、图7-3与图7-4、图7-5与图7-6所示的缸体分别组合成三个动力单元。其中图7-1、7-3、7-5所示为动力输出缸体，图7-2、7-4、7-6所示为压缩空气产生缸体。图示的阴影部分为各自的压力区在某个同一时刻的范围，三个动力输出缸体的螺旋筋板的起始位置相互错位120°，三个压缩空气产生缸体的螺旋筋板的起始位置相互错位120°，三个动力输出缸体的螺旋筋板在同一时刻处于不同的相互补偿的受力位置，使得动力输出平稳连续。
[0033]本发明所述的圆环旋转缸体与固定盘所形成的圆环形空腔的轴面剖视图形状，不仅仅是上述实施例的半圆形，也可以是扇形。本专业技术人员根据形状的变化容易变更相应的零部件设计，在此不再一一赘述。
[0034]关于喷射装置、点火装置、排汽装置、吸空气装置、压缩空气输送装置及其压力控制装置，输送管道，还有密封装置润滑系统、燃烧介质的供应系统、冷却系统、起动系统等等，本领域的技术人员均已知晓，并在本领域广泛应用，不再在此一一赘述。
[0035]本发明所涉及的发动机，可以采用多种材料制造，例如金属材料、高强度合金材料以及陶瓷材料等等。
[0036]上述实施例以图示的方式说明了本发明，但是以图示方式说明的上述实施例不是对本发明的限制，本发明由权利要求限定。
【权利要求】
1.本发明涉及一种新型发动机，其主要结构包括:动力输出缸体和压缩空气产生缸体。所述动力输出缸体由圆环旋转缸体、固定盘、螺旋筋板、耦合转子、喷射装置、点火装置、排汽装置组成。所述压缩空气产生缸体由圆环旋转缸体、固定盘、螺旋筋板、耦合转子、吸空气装置、压缩空气输送装置组成。所述压缩空气产生缸体由动力输出缸体传动并向动力输出缸体输送压缩空气。 本发明所述发动机，其特征在于:所述圆环旋转缸体是一个有圆环形空腔的旋转缸体，并与所述固定盘形成封闭的圆环形空腔。所述螺旋筋板位于所述圆环形空腔内，并与所述圆环旋转缸体联结成为一体。 所述耦合转子安装在固定盘上，耦合转子上开有耦合槽。螺旋筋板可以穿过耦合槽，使得耦合转子随螺旋筋板连续转动。耦合转子与螺旋筋板将所述圆环形空腔分隔为压力区和非压力区。所述压缩空气产生缸体的圆环旋转缸体和螺旋筋板因动力输出缸体的传动而转动，同时耦合转子也耦合转动，使得压力区不断缩小，空气不断被压缩，并达到一定压缩比之后，向动力输出缸体输送压缩空气。所述动力输出缸体的压力区被压缩空气和燃烧介质充满后，燃烧膨胀产生的压力作用在螺旋筋板和耦合转子上，推动螺旋筋板转动，从而使圆环旋转缸体转动并向机构输出动力。 所述螺旋筋板沿所述圆环形空腔分布，使得圆环旋转缸体以均匀转速旋转时，耦合转子随螺旋筋板同时均匀转速旋转。
2.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:所述喷射装置向动力输出缸体的圆环形空腔内喷射燃烧介质和压缩空气，喷射装置和点火装置位于耦合转子附近的压力区一侧，所述排汽装置位于非压力区一侧，所述吸空气装置位于压缩空气产生缸体的耦合转子附近的非压力区一侧，所述压缩空气输送装置位于耦合转子附近的压力区一侧。
3.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:单个所述动力输出缸体与单个所述压缩空气产生缸体共用同一个固定盘，并组成一个动力单元。
4.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:所述动力输出缸体的圆环旋转缸体，与所述压缩空气产生缸体的圆环旋转缸体联结成为一体。
5.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:所述圆环形空腔的轴面剖视图形状是半圆形或扇形。
6.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:所述压缩空气产生缸体由大直径处吸入空气，向小直径处压缩并通过压缩空气输送装置给动力输出缸体输送压缩空气。
7.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:所述动力输出缸体由小直径处喷入压缩空气和燃烧介质并燃烧向大直径处膨胀，再由大直径处排出废汽。
8.由权力要求6、7所述的发动机，其特征在于:通过改变压缩空气产生缸体的耦合转子与动力输出缸体的耦合转子的位置角度，以及压缩空气输送装置中压力控制装置的压力设定值，可以改变压缩空气的压缩比。
9.由权力要求I所述的发动机，其特征在于:所述螺旋筋板上装有筋板环，所述耦合转子上装有转子环。
10.由权力要求3所述的发动机，其特征在于:所述发动机可以由一个动力单元组成，也可以由多个动力单元组成。由多个动力单元组成时，每个动力单元的动力输出缸体的螺旋筋板，在同一时刻处于不同的相互补偿的受力位置。
【文档编号】F02B55/02GK103452653SQ201210171096
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年5月28日 优先权日:2012年5月28日
【发明者】刘勇 申请人:袁丽君
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