专利名称：复合转子发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动力机械，由滑片转子内燃机和冲击式转子外燃机复合而成。
内燃机是现代工业的主要动力来源，在工农业生产，人民生活，交通运输，国防等领域发挥着重要作用。活塞式内燃机是使用最普遍的一种形式。通过一百多年的使用和研究，这种型式的发动机设计与制造已经达到相当高的水平。随着科学技术的不断发展，人们已清楚的认识到，活塞的往复运动是发动机进步的一大障碍。要想进一步提高发动机的性能，必须改变活塞往复运动这一基本结构。三角活塞转子发动机的出现，就是这一发展趋势的代表。
利用现代内燃机理论，可以很清楚地分析出活塞式内燃机存在的缺陷一、热能利用率底在活塞式内燃机工作循环中，工质只在燃烧过程吸热，而在压缩、膨胀与排气过程中，均散热于冷却系或大气中。工质只在燃烧、膨胀过程推动活塞作功，而在压缩过程和换气过程中作负功。汽油机转变成有用功的热量只有20-30％，废气带走的热量确有40-45％，冷却介质带走的热量25-30％，其他热量损失5％。有70-80％的热量被浪费。
二、机械能损失大由于发动机工作时活塞做往复运动，要损失大量机械能，其损失量随发动机转速提高而程指数性增加，从而严重影响发动机转速和效率的提高。
三、发动机扭矩程正弦变化由于发动机工作时必须通过曲柄连杆机构将活塞的往复运动转换成输出轴的圆周运动，使扭矩半径按正弦规律变化。
四、有扭矩死点曲柄连杆机构的使用使活塞必须经过上下两个扭矩为零的死点，从而使点火时间，燃烧时间必须十分准确。
五、存在爆震，早燃等问题曲柄连杆机构，要求气缸内可燃混合气燃烧后产生的最大压力时间必须要在活塞经过上止点以后，因此，点火时间的早晚，气缸内温度的高低，压缩比的大小，汽油辛烷值的高低等因素都影响发动机的工作，如果控制不好就可能出现爆震或早燃，使发动机停车，反转，甚致损坏。
外燃机是人类最早使用的动力机械，但由于热能利用率底，体积大等原因而被性能更优越的内燃机所取代。
本发明的目的是为人类提供一种结构简单、热效率高、功率重量比大，转速高，污染小，适用多种燃料的新型高效动力机械。
本发明的目的是这样实现的在发动机轴向上装有两台发动机，一台滑片转子内燃机，一台冲击式转子外燃机；滑片转子内燃机的构造是在圆柱形转子上，沿轴向均匀开有四个矩形槽口，槽口底端钻有润滑油孔，槽口中放入轻质耐热合金滑片，滑片在垂直伸缩器和离心力的作用下向外侧伸缩，转子圆柱体轴心钻有润滑油孔；橘圆气缸两端装有两片密封盖，每片密封盖的边缘开有两道槽口，槽口中装入密封环；密封盖的外侧有两个端盖，端盖中装有轴承把转子固定在橘圆气缸中心；在转子的末端装有盆形润滑油端盖；垂直伸缩器和橘圆气缸是本发明的核心，垂直伸缩器的使用使滑片的伸缩由弹性变成钢性，可靠性提高；垂直伸缩器是由四个代轴的钢片组成的平行四边形部件；要使用垂直伸缩器就必须使气缸曲线和垂直伸缩器的运动轨迹相同，为此，专门设计了和垂直伸缩器相吻合的二次曲线——橘圆曲线；当转子装入橘圆形气缸时，四只滑片将气缸内空间分成吸气、压缩、爆发、排气四个工作区域；吸气区开有进气口，排气区开有出气口，爆发区装有火花塞，压缩区装有两只喷嘴，橘圆气缸两侧装有端盖和轴承，把转子固定在橘圆气缸中心。
当转子按设计方向转动时，吸气，压缩，爆发，排气四个工作区域分别同时完成各自的工作，转子每转动一圈，各区完成四次工作。当转子转动90°时，滑片完成一次伸缩，两只滑片在橘圆气缸内的转动和伸缩把吸气区空间从最小增加到最大，完成吸气功能，同时，压缩区滑片将压缩区空间从最大变成最小，完成压缩工作，在压缩工作进行时，当滑片滑过喷嘴后，油门槽正在喷嘴之下，此时，喷嘴被打开，燃料喷入爆发区，油门槽的弧长决定喷油角度的大小和喷油时间的长短。在燃料喷入爆发区后，火花塞将燃料点燃，产生高温高压气体推动转子滑片，带动转子旋转；爆发区滑片转过排气口时，废气排出。因吸、压、爆、排四区同时工作，所以，滑片转子发动机是连续工作的，输出轴每转动一圈完成四个工作循环，比传统四冲程活塞式发动机的工作密度提高八倍。
滑片转子发动机的点火系统比传统发动机简单很多，因为滑片转子发动机没有工作死点，对点火时间没有严格要求，只要在发动机起动时一次点火，发动机工作后，点火系统即停止工作，以后的点火工作靠燃料燃烧的热量就可连续工作下去。
滑片转子发动机的润滑系统相当简单，在发动机输出轴的另一端增加一个储油端盖，其中加入润滑油，润滑油顺转子轴心油孔流入转子轴心，依靠旋转时产生的离心力，将润滑油甩入前后轴承和滑片槽及椭圆气缸内。
冲击式转子外燃机的构造是在圆柱形转子的外缘开有十六道锯齿形槽口；在圆环形定子上，沿内圆切线方向开有十六个喷口，其中六对两两连通，两个喷汽口，两个排汽口；定子两边装有两个端盖，端盖上装有滚珠轴承，将转子固定在定子中心；冲击式转子外燃机的高压水蒸汽来源于高压蒸发器，高压蒸发器的构造是在桶形高压容器内，装有等间距排列的57根铜管换热器，57根铜管的端口用两个半球形端盖相连，两个半球形端口分别接进汽口和排汽口；在桶形高压容器的上端，装有高压蒸汽接口，通过高压管道和控制阀门与冲击式转子外燃机喷汽口相连；在高压水蒸汽发生器内装有浮球和钕铁硼磁铁，外部装有水位感应线圈1和2；通过自控电磁阀1和自控均压阀连接着球形高压补水箱，补水箱上通过自控补水阀2和水箱相连，通过自控减压阀和大气相同。
当水位下降，浮球带动女铁硼磁铁下降到水位感应线圈2的位置，需要补水时，自控电磁阀1和自控均压阀被打开，高压蒸发器内的高压水蒸汽通过均压阀进入高压补水箱，使高压补水箱内的压力与高压蒸发器内的压力相同，水从补水箱内通过电控补水阀进入高压蒸发器，高压蒸发器内的水位上升，浮球带动女铁硼磁铁上升，上升到线圈2的位置时，自控电磁阀1和自控均压阀被关闭，补水结束。此时，电控补水阀2和减压阀被打开，补水箱内的压力通过减压阀释放，补水箱与大气相同，水箱中的水通过补水阀进入补水箱，经过一定的延迟，补水箱补满水后，电控补水阀2和减压阀被关闭，完成自动补水。
滑片转子内燃机排气口排出的高温废气进入高压蒸发器，高压蒸发器吸收热量，产生高压水蒸汽。当高压水蒸汽从冲击式转子外燃机进汽口喷入发动机后，沿切线方向喷向转子槽口，使转子产生旋转力矩。当带有高压汽体的槽口转到下一个连通的喷口时，槽口内的高压汽体向连通喷口反喷，喷入连通喷口内的高压气体喷向下一个转子槽口，如此经过三次往复喷射，高压汽体的能量大部分转为转子的转动能量，压力和温度降底后的水蒸汽从排汽口排入冷凝器，冷凝成水后，泵入水箱，循环使用。由于采用了上述方案，使复合转子发动机具有如下优点1、变活塞的往复运动为转子的圆周运动，从而使机械能损失减小，扭矩增大，输出功率提高。
2、结构简单功率重量比增大。
3、彻底消除早燃，减小爆震和表面点火。
4、适用多种燃料。
5、点火系统简单，只需在起动时一次点火。
6、发动机使用寿命长，故障率底，维修调试简单。
7、转速高。
8、燃料热效率高。
9、自由使用废气涡轮增压技术。
10、废气污染小。
下面结合附图作进一步说明
图1是复合转子发动机的系统原理图，图2、图3是滑片转子内燃机的原理剖面图，图4是冲击式转子外燃机的工作原理剖面图，图5是复合转子发动机的整机结构剖面图，图6是冲击式转子外燃机的高压水蒸汽发生器纵向结构剖面图，图7是高压水蒸汽发生器横向结构剖面图。
图1中，油箱中的燃料通过增压喷嘴喷入滑片转子内燃机的压缩区，点火后产生高温高压气体，推动滑片带动转子转动。从排气口排出的高温中压废气通过保温管道进入高压水蒸汽发生器，高压水蒸汽发生器吸收废气中的热量，产生高压中温水蒸汽，高压中温水蒸汽通过高压保温管道和控制阀进入冲击式转子外燃机的喷汽口，推动转子转动。从冲击式转子外燃机排汽口排出的低压低温水蒸汽进入冷凝水箱，冷凝成水后泵入水箱，循环使用。滑片转子内燃机的冷却水吸收滑片转子内燃机的热量，通过水箱进行循环，使热能得到充分利用。
图2中；当转子沿逆时针转动时，橘圆汽缸内的吸气区和爆发区逐渐增大，压缩区和排气区逐渐减小，吸气区从进气口吸进新鲜空气，排气区从排气口排出废气；当转到图3位置时，吸气区空间最大，完成吸气过程，压缩区空间最小，完成压缩和燃油喷射，开始点火；爆发区空间最大，爆发结束；排气空间最小，废气排出。以后，转子每转动90°完成一个工作循环。需要说明的是吸、压、爆、排四个工作是在四个工作区同时连续进行的，一个接一个，没有间隔。转子每转一圈，完成四个工作循环。由于滑片转子发动机没有力矩死点、早燃等问题，对压缩比要求不高，可以适合多种燃料，可以自由使用废气涡轮增压技术。
图4中，当高压水蒸汽从冲击式转子外燃机两个对称的进汽口喷入发动机后，沿切线方向喷向转子槽口，使转子产生旋转力矩。当带有高压汽体的槽口转到下一个连通的喷口时，槽口内的高压汽体向连通喷口反喷，喷入连通喷口内的高压气体喷向下一个转子槽口，如此经过三次往复喷射，高压汽体的能量大部分转为转子的转动能量，压力和温度降底后的水蒸汽从排汽口排入冷凝器，冷凝成水后，泵入水箱，循环使用。
图5中，1、冲击式转子外燃机的转子；2、轴承盖；3、端盖轴承；4、档片；5、冲击式转子外燃机的定子；6、共用端盖轴承；7、密封断盖；8、滑片转子内燃机的转子；9、滑片转子内燃机的定子；10、喷油嘴；11、垂直伸缩器；12、端盖轴承；13、润滑油端盖。
图6中，1、高温中压废气接口；2、半球形换热器接口；3、换热铜管；4、低温低压排气口；5、桶形钢制高压蒸汽发生器外壳；6、高压蒸汽出口；7、液位自控俘球、8、钕铁硼磁铁、9、液位感应线圈、10、电控均压阀；11、高压补水阀；12、高压补水箱；13、电控减压阀；14、低压补水阀；15、保温层。
图7是高压水蒸汽发生器横向结构剖面图，57根铜管并排焊在两个半球形端盖上，发动机排出的高温中压气体从下部进入，从铜管中穿过，热量被铜管吸收传给水，产生高压水蒸汽，温度降低后从上部排出。
权利要求
1.一种复合转子发动机，将滑片转子内燃机和冲击式转子外燃机复合在一起，其特征是在发动机轴向上装有两台发动机，一台滑片转子内燃机，一台冲击式转子外燃机；滑片转子内燃机的构造是在圆柱形转子上，沿轴向均匀开有四个矩形槽口，槽口底端钻有润滑油孔，槽口中放入轻质耐热合金滑片，滑片在垂直伸缩器和离心力的作用下向外侧伸缩，转子圆柱体轴心钻有润滑油孔；橘圆气缸两端装有两片密封盖，每片密封盖的边缘开有两道槽口，槽口中装入密封环；密封盖的外侧有两个端盖，端盖中装有轴承把转子固定在橘圆气缸中心；在转子的末端装有盆形润滑油端盖；垂直伸缩器和橘圆气缸是本发明的核心，垂直伸缩器的使用使滑片的伸缩由弹性变成钢性，可靠性提高；当转子装入橘圆形气缸时，四只滑片将气缸内空间分成吸气、压缩、爆发、排气四个工作区域；吸气区开有进气口，排气区开有出气口，爆发区装有火花塞，压缩区装有两只喷嘴，椭圆气缸两侧装有端盖和轴承，把转子固定在椭圆气缸中心；冲击式转子外燃机的构造是在圆柱形转子的外缘开有十六道锯齿形槽口；在圆环形定子上，沿内圆切线方向开有十六个喷口，其中六对两两连通，两个喷汽口，两个排汽口；定子两边装有两个端盖，端盖上装有滚珠轴承，将转子固定在定子中心；冲击式转子外燃机的高压水蒸汽来源于高压蒸发器。
2.根据权利要求1所述的复合转子发动机采用了橘圆汽缸和垂直伸缩器，其特征是垂直伸缩器是由四个代轴的钢片组成的平行四边形部件；要使用垂直伸缩器就必须使气缸曲线和垂直伸缩器的运动轨迹相同，为此，专门设计了和垂直伸缩器相吻合的二次曲线——橘圆曲线。
3.根据权利要求1所述的复合转子发动机采用了废气余热回收的高压水蒸汽发生器，其特征是在桶形高压容器内，装有等间距排列的57根铜管换热器，57根铜管的端口用两个半球形端盖相连，两个半球形端口分别接进汽口和排汽口；在桶形高压容器的上端，装有高压蒸汽接口，通过高压管道和控制阀门与冲击式转子外燃机喷汽口相连；在高压水蒸汽发生器内装有浮球和钕铁硼磁铁，外部装有水位感应线圈1和2；通过自控电磁阀1和自控均压阀连接着球形高压补水箱，补水箱上通过自控补水阀2和水箱相连，通过自控减压阀和大气相同。
全文摘要
本发明涉及一种动力机械，由“滑片转子内燃机”和“冲击式转子外燃机”复合而成。“滑片转子内燃机”采用滑片转子在橘圆气缸内旋转，依靠滑片的伸缩完成吸气、压缩、爆发、排气的工作循环。由于将传统发动机活塞的往复运动，变成转子的圆周运动和滑片的伸缩运动，使内燃机的机械损失减小，输出功率增大，结构简单，起动方便，污染小，转速高，适合多种燃料。“冲击式转子外燃机”利用“滑片转子内燃机”排出的废气余热，通过高压水蒸汽发生器，产生高压水蒸汽，推动转子运动。目前，活塞式发动机的热能利用率只有30％左右，“复合转子发动机”的热能利用率可达70％以上。
文档编号F01C1/344GK1553046SQ03109278
公开日2004年12月8日 申请日期2003年4月8日 优先权日2003年4月8日
发明者王黎, 王 黎 申请人:王黎, 王 黎