一种活叶式转轮动力装置及发动机的制作方法

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种活叶式转轮动力装置及发动机。

背景技术：

传统往复式结构的发动机，为克服主要来自活塞、连杆和曲轴等机构的机械阻力损失较大，而转速亦因活塞体与缸体之间的平均摩擦速度不宜超出极限值以及受到较多不平衡运动件惯性负荷的影响较大限制，且往复式发动机受排量限制，因此做功输出受限；另一方面，活塞体与缸体在工作时相对摩擦速度大，在高温和润滑条件差的情况下，会夹具磨损以致烧结而严重破坏发动机的性能。

转子发动机是在燃烧室内产生的高温高压燃气推动活塞旋转以产生动力的内燃机，动力由主轴输出，虽然能量输出大，但转子密封性不好，这样导致能量转化效率偏低。由于没有往复式发动机的高压缩比，使得燃烧不能够很充分。虽然马自达公司曾经给转子发动机增加了单涡轮增压和双涡轮增压等装置，但只是提高了输出马力，并适度的减少了尾气排放，但还是与往复式发动机有着很大的差距。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中发动机输出功率低且效率低的问题。

为此，本发明提供了一种活叶式转轮动力装置，包括压缩机、燃烧室及动力输出单元，所述压缩机设有压缩机进气口及压缩机出气口，所述动力输出单元设有动轮进气口及动轮出气口，所述燃烧室内设有点火机构；

所述燃烧室一端与所述压缩机出气口连通，所述燃烧室另一端与所述动轮进气口连通，所述压缩机进气口及所述动轮出气口均与外界连通；

所述动力输出单元包括旋转轴、活动涡轮叶片、输出轴及异型腔，所述活动涡轮叶片的一端与所述旋转轴之间铰接，所述活动涡轮叶片旋转张开的另一端抵靠在所述异型腔的内壁，所述输出轴与所述旋转轴连接。

优选地，所述输出轴与所述压缩机的中心轴连接。

优选地，所述活动涡轮叶片包括至少6个，各所述活动涡轮叶片均布在所述旋转轴上。

优选地，所述压缩机出气口直径小于所述动轮进气口直径。

优选地，所述旋转轴与所述输出轴之间通过多个旋转支撑块连接，各所述旋转支撑块均布在所述输出轴外侧。

优选地，所述动轮出气口沿着所述旋转轴径向设置。

优选地，所述活动涡轮叶片与所述旋转轴之间通过扭簧铰接。

优选地，所述活动涡轮叶片的边缘设有可旋转的圆柱销，所述圆柱销抵靠在所述异型腔的内壁。

优选地，所述旋转轴上沿着所述活动涡轮叶片的旋转张开轨迹处设有限位凸起，所述活动涡轮叶片的旋转张开最大角度小于或等于60°。

本发明还提供了一种发动机，所述发动机包括如上任一项所述的活叶式转轮动力装置。

本发明的有益效果：本发明提供的这种活叶式转轮动力装置及发动机，包括压缩机、燃烧室及动力输出单元，动力输出单元包括旋转轴、活动涡轮叶片、输出轴及异型腔，活动涡轮叶片的一端与旋转轴之间铰接，混合燃气通过压缩机加压后运输至燃烧室，位于燃烧室内的点火机构对混合燃气进行点火燃烧，燃烧后的燃气膨胀进入到异型腔内做功并推动异型腔内的活动涡轮叶片旋转输出动能。该发动机输出不受排量和海拔限制，活动涡轮叶片做功后全收縮，能量转换更直接高效，且活动涡轮叶片磨损后能在弹力件的弹性作用下自洽，保证输出功率转化率。结构简单、成本低且生产周期短，兼具持续燃烧或间歇燃烧的特点。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明活叶式转轮动力装置的剖视示意图；

图2是本发明活叶式转轮动力装置的动力输出单元的做功状态示意图；

图3是本发明活叶式转轮动力装置的部分活动涡轮叶片非做功状态示意图。

附图标记说明：压缩机1，点火机构2，动轮进气口3，动轮出气口4，活动涡轮叶片5，旋转轴6，燃烧室7，异型腔8，限位凸起9，输出轴10，压缩机进气口11，压缩机出气口12，做功室13，旋转支撑块14。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明提供了一种活叶式转轮动力装置，包括压缩机1、燃烧室7及动力输出单元，所述压缩机1设有压缩机进气口11及压缩机出气口12，所述动力输出单元设有动轮进气口3及动轮出气口4，所述燃烧室7内设有点火机构2；

所述燃烧室7一端与所述压缩机出气口12连通，所述燃烧室7另一端与所述动轮进气口3连通，所述压缩机进气口11及所述动轮出气口4均与外界连通；

所述动力输出单元包括旋转轴6、活动涡轮叶片5、输出轴10及异型腔8，所述活动涡轮叶片5的一端与所述旋转轴6之间铰接，所述活动涡轮叶片5旋转张开的另一端抵靠在所述异型腔8的内壁，所述输出轴10与所述旋转轴6连接。

由此可知，如图1至图3所示，压缩机1包括外壁、涡轮叶片及中心轴，涡轮叶片安装在中心轴上，外壁通过轴承与中心轴装配连接，压缩机1开启时涡轮叶片将混合燃气从压缩机进气口11吸入压缩，然后经过压缩机出气口12排出至燃烧室7，在压缩机1的旋转下会对混合燃气进行压缩，其中，压缩机1内的涡轮叶片可以是沿轴向多排设置，且半径大小逐渐递减，这样起到加速给气的作用。燃烧室7的两端分别与压缩机1的气流输出端及动力输出单元连通，当燃烧室7内混合燃气集到一定程度时(比如通过计时控制)开启点火机构2以引燃混合燃气，混合燃气在燃烧室7内燃烧膨胀，膨胀后的混合燃气经过动轮进气口3到达异型腔8内的做功室13，膨胀气流推动活动涡轮叶片5张开，张开后的活动涡轮叶片5一端抵靠在异型腔8的做功室13的内壁，活动涡轮叶片5外形与转轮外缘同弧度以收缩成完整的圆，收缩时活动涡轮叶片5与异型腔8的突出间隔处紧贴密封以形成密封的做功室13，气流推动活动涡轮叶片5旋转，做功室13的另一侧设有动轮出气口4，活动涡轮叶片5旋转时将做功后的气流经过动轮出气口4排出，当该活动涡轮叶片5做功完毕后在异型腔8的凸起限制下开始沿着旋转轴6收起，直至下一个周期开始做功。

其中，喷油嘴在图中未示出，其设置在燃烧室内，或压缩机出气口12处，与外界的新鲜空气形成混合燃气。

优选地，在燃烧室7与压缩机1的气流输出端的连通通道上设置单向阀，这样可以减少燃烧室7的做功损耗，防止回流。

其中，动轮进气口3的位置靠近活动涡轮叶片5的根部，当膨胀后的混合燃气通过动轮进气口3进入到做功室13内时，气流方向是沿着旋转轴6的切向，此时活动涡轮叶片5在气流的摩擦力作用下张开并抵靠至异型腔8的顶部，膨胀的混合燃气对活动涡轮叶片5的一侧进行做功并推动活动涡轮叶片5旋转同时将尾气排出。

如图3所示，当活动涡轮叶片5带动旋转轴6转动至异型腔8的限位凸起9处时，活动涡轮叶片5慢慢收紧直至贴合在旋转轴6的表面，此时该活动涡轮叶片5不做功，随着旋转轴6的继续旋转作用下使得活动涡轮叶片5再次旋转展开，如此往复即可实现连续做功。输出轴10与旋转轴6连接，这样便可将旋转轴6的转动能转化成输出轴10的动能。

在启动前，可以直接点火起动，燃气会吹动活动叶片仰起。也可以电马达先带动后再点火启动，点火机构2为火花塞。

优选的方案，输出轴10与压缩机1的中心轴连接，二者可以为一个整体轴实现同轴旋转，还可以根据实际需要，将输出轴10与压缩机1的中心轴之间通过齿轮连接，以满足不同的转速配比需求。由此可知，压缩机1持续供气，活动涡轮叶片5持续做功，因此可以持续然烧，也可以怠速时少量供混合燃气间歇燃烧。且点火机构2设置在压缩机出气口12附近，第一时间接触新鲜空气。

优选的方案，所述装置的进气端设有压缩机1，所述压缩机1包括输出轴10，所述输出轴10与所述异型腔8之间通过轴承连接，所述输出轴10上沿着轴向依次设有多个进气叶片，所述叶片的半径大小沿着轴向依次递减，这样有利于压缩气体。

优选的方案，活动涡轮叶片5包括至少6个，各所述活动涡轮叶片5均布在所述旋转轴6上。由此可知，如图2所示，6个活动涡轮叶片5与三个做功室13配对，每一个做功室13上分别设有一个动轮出气口4，这样实现了多个做功模块。

优选的方案，所述压缩机出气口12直径小于所述动轮进气口3直径。如图1所示，由此可知，燃烧室7有降压作用，具体地，若混合燃气做功让气体体积膨胀3倍，则设计时进出口径大小比在4倍以上，这样有效防止燃烧室7内的气体回流。

优选的方案，所述旋转轴6与所述输出轴10之间通过多个旋转支撑块14连接，各所述旋转支撑块14均布在所述输出轴10外侧。由此可知，如图1和图2所示，6个旋转支撑块14间隔排列，且沿着轴向方向具有偏角，这样就类似于风扇叶片，当旋转轴6带动旋转支撑块14旋转时，在各旋转支撑块14之间会形成气流，这样起到给旋转轴6以及输出轴10降温的作用。此外，在压缩机1内也可以设置相应的旋转支撑块的结构，便于散热。

优选的方案，所述压缩机出气口12设有单向阀。由此可知，当燃烧室7内的气体燃烧膨胀做功室，单向阀关闭，防止气体回流。单向阀可以是电控，也可以是机械单向阀，在气压的作用下会自动关闭。

优选的方案，所述动轮出气口4沿着所述旋转轴6径向设置。由此可知，如图1所示，如图1和图2所示，动轮出气口4径向设置，这样活动涡轮叶片5就可以将动轮进气口3与动轮出气口4隔开，并形成一个密闭的腔，气流就能推动活动涡轮叶片5旋转。

优选的方案，所述活动涡轮叶片5与所述旋转轴6之间通过扭簧铰接。由此可知，扭簧通过插销铰接在旋转轴6表面，因此扭簧相对旋转轴6即可旋转，活动涡轮叶片5与扭簧的弹力端固结，这样扭簧便可带着活动涡轮叶片5绕着旋转轴6旋转，当活动涡轮叶片5旋转至时，在扭簧的弹性回力作用下使得活动涡轮叶片5张开抵靠在的异型腔8内壁，这样保证了直接点火启动模式下时活动涡轮叶片5保持张开做功状态，启动时不需要外力作用即可。

优选的方案，所述活动涡轮叶片5的边缘设有可旋转的圆柱销，所述圆柱销抵靠在所述异型腔8的内壁。由此可知，活动涡轮叶片5的末端的圆柱销抵靠在的异型腔8顶部内壁，圆柱销在这里起到滚针的作用，这样在做功时可以减小摩擦，圆柱销的滚动摩擦大大减小了摩擦损耗和做功阻力。

优选的方案，所述旋转轴上沿着所述活动涡轮叶片5的旋转张开轨迹处设有限位凸起9，所述活动涡轮叶片5的旋转张开最大角度小于或等于60°。由此可知，活动涡轮叶片5与的仰角不宜过大，保证做功流畅，且的内壁形状也应以活动涡轮叶片5相应配套设计。

优选的方案，所述限位凸起9的外边缘设有滚针。由此可知，在旋转轴6的外表面也设置圆柱销即滚针，滚动摩擦代替滑动摩擦，起到减小摩擦的作用。

优选的方案，所述压缩机1的叶片与所述活动涡轮叶片5偏转方向相反。由此可知，压缩机1的中心轴与输出轴10连接并一起旋转时，气流的方向一致，即气体从压缩机进气口10进去后到异型腔8内，最后从动轮出气口4排出。

优选的方案，所述动力输出单元的旋转轴6与所述压缩机1的输出轴10垂直。由此可知，这样设计节约空间位置，使得结构更为紧凑。

本实施例还提供了一种发动机，该发动机包括如上述方案中的任一种方案的活叶式转轮动力装置。

本发明的有益效果：本发明提供的这种活叶式转轮动力装置及发动机，包括压缩机、燃烧室及动力输出单元，动力输出单元包括旋转轴、活动涡轮叶片、输出轴及异型腔，活动涡轮叶片的一端与旋转轴之间铰接，混合燃气通过压缩机加压后运输至燃烧室，位于燃烧室内的点火机构对混合燃气进行点火燃烧，燃烧后的燃气膨胀进入到异型腔内做功并推动异型腔内的活动涡轮叶片旋转输出动能。该发动机输出不受排量和海拔限制，活动涡轮叶片做功后全收縮，能量转换更直接高效，且活动涡轮叶片与旋转轴之间铰接，在其磨损后能自洽进一步提高了使用一段时间后的密封性，保证输出功率转化率。结构简单、成本低且生产周期短，兼具持续燃烧或间歇燃烧的特点。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。