專利名稱：變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的動(dòng)力機(jī)，是一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用較為普遍的動(dòng)力機(jī)有汽油機(jī)和柴油機(jī)，它們廣泛地被應(yīng)用于交通和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作為動(dòng)力源。但是這兩種發(fā)動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上都存在著活塞和連桿，它們的往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及排氣門被突然打開的廢氣壓力沖擊，導(dǎo)致它們?cè)诠ぷ髦谐霈F(xiàn)不可避免的振動(dòng)和發(fā)出很大的噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲破壞了我們寧?kù)o的生活環(huán)境和工作環(huán)境。人們希望發(fā)動(dòng)機(jī)的性能更好，并已作出了很大努力，也在局部的性能改進(jìn)上取得了一些成果。但是多少年來沿用的曲柄連桿機(jī)構(gòu)始終被保留至今。人們期待著有新的發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)，并且也已經(jīng)作出了巨大的努力，德國(guó)專利的三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)(人稱汪克爾機(jī))便是一個(gè)例子。但它之所以還未被廣泛地應(yīng)用并出現(xiàn)在我們面前，是它還存在一些不足之處。人們還期待著新的發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)采用了一種全新的結(jié)構(gòu)，是一種沒有曲柄連桿機(jī)構(gòu)和進(jìn)排氣門的全新發(fā)動(dòng)機(jī)。它可消除通常發(fā)動(dòng)機(jī)所難以避免的振動(dòng)和噪聲，以期一舉解除人們?cè)诮煌ā⑸?，以及工作環(huán)境中遭受長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)世紀(jì)之久的振動(dòng)和噪聲所帶來的磨難。本發(fā)明還簡(jiǎn)化了通常發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本。
變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造主要是用一對(duì)安裝在氣缸體內(nèi)相互可以嚙合的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)把形成的變?nèi)莘e氣缸提供給工質(zhì)完成熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)變。動(dòng)力轉(zhuǎn)子被固定在兩根主軸上，主軸用軸承支承，兩根主軸用一對(duì)齒數(shù)相等的齒輪來控制動(dòng)力轉(zhuǎn)子的對(duì)嚙。在動(dòng)力轉(zhuǎn)子的前方裝有一對(duì)用于壓縮空氣的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子，用壓縮轉(zhuǎn)子向燃燒室提供壓縮空氣。在動(dòng)力轉(zhuǎn)子和壓縮轉(zhuǎn)子之間設(shè)置燃燒室。在燃燒室中，從燃料噴嘴噴出的燃料與壓縮空氣混合，當(dāng)被電熱點(diǎn)火頭引燃，燃燒就被連續(xù)進(jìn)行下去，除非停止燃料供給關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。燃燒室可向動(dòng)力轉(zhuǎn)子供給壓力燃?xì)猓ぷ鲿r(shí)一對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)子自動(dòng)將燃燒室中的燃?xì)夥馊胱內(nèi)莘e氣缸，氣缸容積不斷擴(kuò)大把壓力燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。兩根動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸的末端分別被用于動(dòng)力輸出和聯(lián)接起動(dòng)電機(jī)，聯(lián)接起動(dòng)電機(jī)的地方還有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和調(diào)速器相聯(lián)結(jié)。動(dòng)力轉(zhuǎn)子、壓縮轉(zhuǎn)子與氣缸體之間的密封用迷宮式機(jī)械間隙密封，密封間隙很小。一對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)子可作軸向往復(fù)移動(dòng)，用傳感器和控制電路與機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相結(jié)合的方法來自動(dòng)控制密封間隙的大小。
通常往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸一旦泄漏，氣體的能量就會(huì)通過排氣而損失。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)能否做到有效密封是決定這種發(fā)動(dòng)機(jī)成敗的關(guān)鍵，乍看起來本發(fā)明的泄漏問題似乎成了它難以逾越的一個(gè)障礙。但是本發(fā)明的實(shí)例應(yīng)用的迷宮式機(jī)械間隙密封結(jié)構(gòu)，變?nèi)莘e氣缸有它的獨(dú)特之處動(dòng)力轉(zhuǎn)子上的氣缸有很多，各級(jí)氣缸中的壓力逐級(jí)遞減，壓力差的降低有利于減少泄漏強(qiáng)度，上級(jí)氣缸內(nèi)被泄漏的氣體能量，一部分在氣體穿越密封間隙時(shí)摩擦發(fā)熱，這部分熱量隨著穿過的氣體可以進(jìn)入下一級(jí)氣缸內(nèi)，使氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)溫度升高；被泄漏氣體的另一部分能量以壓力的形式隨著穿過的氣體被轉(zhuǎn)移到下一級(jí)氣缸內(nèi)，使氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)壓力升高；每級(jí)氣缸泄漏的那部分氣體能量都會(huì)被按一定的百分比在下一級(jí)氣缸中被繼續(xù)用來作功。這就像用多道有漏洞的攔網(wǎng)捕魚，漏過的魚有再次被捉的機(jī)會(huì)，直到漏過的魚幾乎被捉完。壓力燃?xì)鈴娜紵冶蛔詣?dòng)封入變?nèi)莘e氣缸時(shí)起，到動(dòng)力轉(zhuǎn)子末端被自動(dòng)敞開進(jìn)入排氣環(huán)道時(shí)為止，歷經(jīng)的氣缸級(jí)數(shù)可以在設(shè)計(jì)中被事先確定，在運(yùn)行中甚至可使排氣的壓力達(dá)到與大氣壓相同。本發(fā)明變?nèi)莘e氣缸的這一獨(dú)特性能，可使排氣余壓降低，而排氣余速也受到動(dòng)力轉(zhuǎn)子的限制，因此它可以減少?gòu)U氣內(nèi)能的浪費(fèi)。對(duì)于本發(fā)明的密封問題，只要看一看蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)葉柵和靜葉柵葉片之間的空間有多大，那么對(duì)于本發(fā)明氣缸泄漏的顧慮就會(huì)大減，而對(duì)本發(fā)明可應(yīng)用性的信心就會(huì)大增。
本發(fā)明動(dòng)力轉(zhuǎn)子包含的氣缸數(shù)量多，而且不存在進(jìn)氣、排氣等無功沖程，因此發(fā)動(dòng)機(jī)單位重量的功率很大。本發(fā)明的實(shí)例在這一基本原理的基礎(chǔ)上還可以在結(jié)構(gòu)上作出多種改動(dòng)。例如在發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)上壓縮轉(zhuǎn)子的位置可以更動(dòng)。燃燒室外移后可以通過絕熱管道通向動(dòng)力轉(zhuǎn)子供給壓力燃?xì)?。壓縮轉(zhuǎn)子供給的壓縮空氣可以經(jīng)過動(dòng)力轉(zhuǎn)子內(nèi)部，用來吸收冷卻動(dòng)力轉(zhuǎn)子的熱量來提高壓縮空氣的內(nèi)能，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。動(dòng)力轉(zhuǎn)子的冷卻方式和密封結(jié)構(gòu)也可以作出更改。為了簡(jiǎn)化專利文件，在此不作分別詳述。


以下用本發(fā)明的附圖實(shí)例來對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的主題范圍僅限于這一結(jié)構(gòu)的實(shí)例。
圖1一對(duì)可以對(duì)嚙的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子的立體示意2變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子氣缸體的縱向剖視3圖2中的A-A剖視4一對(duì)變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子與氣缸體密合后，它所含的一個(gè)靜態(tài)氣缸假想立體5本發(fā)明的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的原理示意6；本發(fā)明的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)示意7圖6中的G-G剖視8圖6中的H-H剖視9圖6中的I局部放大10圖9中的傳感器檢測(cè)頭電極到步進(jìn)電機(jī)之間的簡(jiǎn)化電路示意11圖6中的J局部放大12圖6中的K向展開的向視圖(包括P向；Q向；R向，以及未標(biāo)出方向字母的轉(zhuǎn)子圓錐表面展開的向視圖)為了清楚地說明變?nèi)莘e氣缸的結(jié)構(gòu)形狀及其功能，先對(duì)圖1至圖4作如下說明。
圖1實(shí)際上是一對(duì)左右螺旋相互可以密合對(duì)嚙的螺線為漸增變螺距的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子立體圖。
圖2是變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子氣缸體的縱向剖視圖，圖3就是圖2中的A-A剖視圖，它與圖1的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子是可以相密合的。
圖4就是上述轉(zhuǎn)子與氣缸體相互密合后，得到的許多可被充氣的其中一個(gè)靜態(tài)氣缸假想立體圖，它是圖1下方那個(gè)轉(zhuǎn)子所包含的。圖1上方那個(gè)轉(zhuǎn)子所包含的氣缸與圖4的上下方向相反，螺旋方向也相反。很明顯，當(dāng)一對(duì)變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子對(duì)嚙運(yùn)轉(zhuǎn)，氣缸的容積就會(huì)發(fā)生變化。運(yùn)轉(zhuǎn)的方向有兩個(gè)，一個(gè)可使容積變大，另一個(gè)可使容積變小。變?nèi)莘e氣缸是在運(yùn)轉(zhuǎn)中從轉(zhuǎn)子的端部被自動(dòng)封閉開始形成，到達(dá)轉(zhuǎn)子的另一端部就會(huì)被自動(dòng)敞開。本發(fā)明正是利用變?nèi)莘e氣缸的這一特點(diǎn)，讓容積可以變大的那個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向所形成的氣缸，提供給工質(zhì)完成熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)變。用容積可以變小的那個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向所形成的氣缸完成空氣的壓縮工作。擔(dān)負(fù)動(dòng)力輸出的轉(zhuǎn)子就是動(dòng)力轉(zhuǎn)子，輸出的力矩來自于轉(zhuǎn)子螺旋曲面在氣體壓力作用下所產(chǎn)生的切向分力。至此，變?nèi)莘e氣缸的功能已經(jīng)十分清楚了。
圖5是變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖。氣缸體5內(nèi)上部的一對(duì)壓縮轉(zhuǎn)子11是用來壓縮空氣的，這對(duì)轉(zhuǎn)子可用變?nèi)莘e壓縮轉(zhuǎn)子，或者用能達(dá)到同樣要求的其他壓縮轉(zhuǎn)子代替。被壓縮轉(zhuǎn)子吸入的新鮮空氣，經(jīng)過壓縮以后被送進(jìn)燃燒室21。在燃燒室中空氣和供給的燃料混合，在電熱點(diǎn)火頭45的引燃下連續(xù)燃燒。燃燒產(chǎn)生的壓力燃?xì)獗灰粚?duì)變?nèi)莘e動(dòng)力轉(zhuǎn)子7和8自動(dòng)封入變?nèi)莘e氣缸23，在氣缸里燃?xì)獠粩嗯蛎涀鞴Π褵崮苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。燃燒完的廢氣在動(dòng)力轉(zhuǎn)子末端被自動(dòng)敞開，廢氣就進(jìn)入排氣環(huán)道通過排氣口排出發(fā)動(dòng)機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸6和9上有一對(duì)大小相等的齒輪30表示它們的齒數(shù)相等在對(duì)嚙。齒輪和動(dòng)力轉(zhuǎn)子在主軸上被固定，表示動(dòng)力轉(zhuǎn)子的對(duì)嚙受一對(duì)齒輪的控制。動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸穿過壓縮轉(zhuǎn)子主軸，滑鍵聯(lián)結(jié)的符號(hào)表示動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸可在壓縮轉(zhuǎn)子的主軸內(nèi)部軸向往復(fù)移動(dòng)，動(dòng)力轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過滑鍵帶動(dòng)壓縮轉(zhuǎn)子完成對(duì)嚙。動(dòng)力轉(zhuǎn)子的錐體與氣缸體內(nèi)腔都為錐形，它們之間的間隙是可以用動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸的軸向移動(dòng)來控制的。這種控制是由如方框49所示的密封間隙自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)完成的。壓縮轉(zhuǎn)子的上方所裝的一對(duì)圓錐滾子軸承表示壓縮轉(zhuǎn)子軸向不能移動(dòng)。兩根動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸的端部分別被用作動(dòng)力輸出和用于聯(lián)接起動(dòng)電機(jī)，聯(lián)接起動(dòng)電機(jī)的地方還有調(diào)速器相聯(lián)結(jié)。調(diào)速器用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。
圖6的示意圖表示出了變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)外殼3內(nèi)部裝有氣缸體5，氣缸體用陶瓷材料制成可以耐高溫，還可以減少傳熱損失。一對(duì)陶磁材料或其他耐高溫材料制成的變?nèi)莘e動(dòng)力轉(zhuǎn)子7和8被分別固定在兩根組合式主軸6和9上，轉(zhuǎn)子可以互相嚙合，這兩根主軸就是動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸。組合式主軸主要是用過渡配合的齒形鍵27聯(lián)結(jié)。主軸6和9分別穿過兩根變?nèi)莘e壓縮轉(zhuǎn)子的主軸14內(nèi)部，相互之間的間隙很小，動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸可以在它里面往復(fù)滑動(dòng)，并用相互之間的齒形滑鍵12把扭矩傳遞給主軸14。一對(duì)變?nèi)莘e壓縮轉(zhuǎn)子11被固定在主軸14上。動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸上還裝有一對(duì)齒數(shù)相等的齒輪30，它們位于齒輪箱1內(nèi)部，齒輪可以同時(shí)保證動(dòng)力轉(zhuǎn)子和壓縮轉(zhuǎn)子的對(duì)嚙要求。壓縮轉(zhuǎn)子主軸上還帶有葉輪13和空氣通道，這些通道與動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸內(nèi)腔25是連通的。壓縮轉(zhuǎn)子的軸向位置通過軸承16被端蓋15限定，軸向不會(huì)移動(dòng)。一對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸可作軸向往復(fù)移動(dòng)，用來控制動(dòng)力轉(zhuǎn)子和氣缸體之間的密封間隙大小。一對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸在軸承29和39的內(nèi)圈里面是可以軸向往復(fù)滑動(dòng)的，因?yàn)橄嗷ブg的間隙很小。上述兩種轉(zhuǎn)子主軸的徑向位置都受軸承29，39和16的共同制約。上述兩種轉(zhuǎn)子都作過動(dòng)平衡處理，在它們上面分別開挖有輕量孔4和18，此外還可以在它們的合適部位挖補(bǔ)配重塊(圖樣省略)。上述兩種轉(zhuǎn)子在工作時(shí)，它們的變?nèi)莘e氣缸是動(dòng)態(tài)地向排氣環(huán)道方向運(yùn)動(dòng)的。動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸6和9的軸向位置由齒輪箱內(nèi)部的推力球軸承38限定。螺紋套37被安裝在一對(duì)推力球軸承38之間，可以和軸承以及主軸一起沿軸向往復(fù)移動(dòng)，其左端的外螺紋31可以承受動(dòng)力轉(zhuǎn)子的軸向推力，外螺紋與帶有內(nèi)螺紋的法蘭32用螺紋配合聯(lián)結(jié)，外螺紋31的軸向推力就由法蘭32承受。螺紋套37的軸向移動(dòng)是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的蝸桿34帶動(dòng)蝸輪36旋轉(zhuǎn)，通過齒形滑動(dòng)聯(lián)接的滑鍵35帶動(dòng)螺紋套37的轉(zhuǎn)動(dòng)來完成的。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)作正反轉(zhuǎn)動(dòng)，螺紋套就可作相應(yīng)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)，螺紋套37在法蘭32的內(nèi)螺紋里轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)生的軸向進(jìn)退，就可推動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸作軸向往復(fù)移動(dòng)。從而完成動(dòng)力轉(zhuǎn)子與氣缸體5之間的密封間隙控制。螺紋套37的徑向位置是由蝸輪36的內(nèi)徑和滑動(dòng)軸承33的外徑用滑動(dòng)配合確定的。(滑動(dòng)軸承33也可用徑向滾動(dòng)軸承取代完成相同的功能，此處應(yīng)用是為了簡(jiǎn)化文件圖形)在圖6中還可以發(fā)現(xiàn)，在各處氣道部位以及齒輪箱1上一些部位，凡是需要對(duì)氣流和潤(rùn)滑油進(jìn)行密封的部位均裝有密封結(jié)構(gòu)10，此種示意代表著裝有各種不同用途的密封圈。(圖6中未表示出潤(rùn)滑油道，油泵等供油系統(tǒng)，因成熟的技術(shù)已可借鑒應(yīng)用于此，本發(fā)明省略。)動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸9的端部40被用來聯(lián)接起動(dòng)電機(jī)和調(diào)速器，調(diào)速器用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。(這部分的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和調(diào)速器結(jié)構(gòu)，普通設(shè)計(jì)已可解決，本發(fā)明省略。)動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸6的端部41被用來作為動(dòng)力輸出的接口，此處僅畫出齒形花鍵部分。(其余部分省略。)但這兩個(gè)軸端40和41，在對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)子與氣缸體之間的密封間隙進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控時(shí)會(huì)有軸向移動(dòng)。
當(dāng)變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)被起動(dòng)后，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)就起作用。在一對(duì)離心葉輪13和一對(duì)壓縮轉(zhuǎn)子的共同泵吸作用下，新鮮空氣經(jīng)過空氣濾清器的連接管道從進(jìn)氣道口20進(jìn)入環(huán)道?？諝馔ㄟ^環(huán)道后沿著箭頭指示的方向，越過氣缸體和發(fā)動(dòng)機(jī)外殼之間的過道22在集氣環(huán)道28集中，然后繼續(xù)從徑向方向進(jìn)入動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸的空心內(nèi)腔25。內(nèi)腔壁上帶有冷卻孔洞24，內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)形狀使通過內(nèi)腔的空氣產(chǎn)生部分氣動(dòng)環(huán)流，環(huán)流穿過孔洞24冷卻動(dòng)力轉(zhuǎn)子。經(jīng)過內(nèi)腔25的空氣穿過軸間孔道和離心葉片13之間的通道進(jìn)入環(huán)道17。壓縮轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不斷形成的變?nèi)莘e氣缸19，把環(huán)道內(nèi)的空氣從轉(zhuǎn)子端部自動(dòng)封入氣缸進(jìn)行壓縮；經(jīng)過壓縮的空氣從轉(zhuǎn)子的另一端部被自動(dòng)敞開，并源源不斷地進(jìn)入燃燒室21。發(fā)動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)時(shí)燃燒室中的壓力不高，因?yàn)閴嚎s轉(zhuǎn)子和動(dòng)力轉(zhuǎn)子同時(shí)在起著進(jìn)排氣的作用。在燃燒室中，一旦被噴進(jìn)燃料并被點(diǎn)火發(fā)生燃燒，燃燒室中的溫度和壓力就迅速上升。在燃燒室中的燃燒是連續(xù)的，這種燃燒方式可以大大簡(jiǎn)化通常內(nèi)燃機(jī)的燃料供給系統(tǒng)和氣油機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)。連續(xù)燃燒產(chǎn)生的壓力燃?xì)獗粍?dòng)力轉(zhuǎn)子自動(dòng)封入變?nèi)莘e氣缸23，在氣缸中燃燒還可以繼續(xù)進(jìn)行。動(dòng)力轉(zhuǎn)子變?nèi)莘e氣缸的這一特點(diǎn)，為燃料的充分燃燒創(chuàng)造了十分有利的條件。動(dòng)力轉(zhuǎn)子的一系列較多較大的變?nèi)莘e氣缸在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，它的工作容積不斷增大，于是氣缸內(nèi)的壓力燃?xì)饩筒粩噌尫懦鏊臒崮懿⑼瓿上驒C(jī)械能的轉(zhuǎn)變。做完功的廢氣從動(dòng)力轉(zhuǎn)子的另一端被自動(dòng)敞開的變?nèi)莘e氣缸排向環(huán)道26，環(huán)道與排氣管道口2相通。
圖7是圖6中的G-G剖視，在圖7的剖視圖中可以看出燃燒室的剖面形狀以及在圖6中可見的空氣過道22已被分布于圖7周邊的情況。燃燒室內(nèi)的引燃室42可以將燃料噴嘴43噴出的燃料與空氣混合，混合氣體可用電熱點(diǎn)火頭45點(diǎn)燃，噴嘴43用連通燃料供給系統(tǒng)的管接頭44供給燃料。(關(guān)于燃料供給系統(tǒng)，引燃室和燃燒室的具體結(jié)構(gòu)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的成功經(jīng)驗(yàn)可被借鑒應(yīng)用于此，并與本發(fā)明作技術(shù)上的銜接，內(nèi)容省略。)圖8是圖6中的H-H剖視，在圖6中可見的徑向連接道口2，就是本剖視圖排氣管47的端口，排氣管安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)外殼上。在圖6中可見的排氣環(huán)道26，在本圖中用陶磁材料的封罩48作排氣環(huán)道的端封。在封罩48和排氣管之間裝有耐高溫的密封圈46防止廢氣漏進(jìn)進(jìn)氣道。
圖9是圖6中的I放大圖，兩個(gè)變?nèi)莘e動(dòng)力轉(zhuǎn)子8(7)與氣缸體5的軸向?qū)?yīng)部位分別裝有兩個(gè)如圖9所示的傳感器間隙測(cè)量頭(本實(shí)例應(yīng)用電容式傳感器)。兩塊表面形狀與動(dòng)力轉(zhuǎn)子局部曲面相吻合的金屬板被安裝在它們上面(此處也可以用其他功能類似的傳感器代替)，在間隙較小的情況下，這兩塊金屬板可以組成為電容器，從兩塊金屬板上分別被引出的導(dǎo)線就是電容器的兩個(gè)電極53，51。間隙S的大小可以用來反映動(dòng)力轉(zhuǎn)子與氣缸體之間密封間隙的大小。當(dāng)間隙S發(fā)生變化，電容的大小也就發(fā)生變化。兩個(gè)電容器的電極53，51(52，50)分別從氣缸體上和兩個(gè)在動(dòng)力轉(zhuǎn)子附設(shè)的絕緣整流子上用導(dǎo)線引出備用(為簡(jiǎn)化專利文件，圖省略)。這兩個(gè)電極就作為傳感器電極，這兩個(gè)電容器就是傳感器的間隙測(cè)量頭。
圖10所示的簡(jiǎn)化電路圖就是圖9中從動(dòng)力轉(zhuǎn)子和氣缸體上分別被引出的電極53，51(52，50)作為傳感器的電容式測(cè)量頭的電極，它所反映的間隙信號(hào)通過電子放大器放大成為電脈沖，電脈沖用來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)作正反轉(zhuǎn)動(dòng)的簡(jiǎn)化電路示意圖。圖10顯示兩個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)子有各自的傳感器55(54)和電子放大器57(56)，產(chǎn)生的電脈沖經(jīng)過控制電路58后通向兩臺(tái)并聯(lián)連接的步進(jìn)電機(jī)D59(D60)。并聯(lián)連接可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作的安全性，并保證一對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)子之間的側(cè)面間隙相等以防止相互干涉。
圖11是圖6中的J放大圖，它示意每種轉(zhuǎn)子相互之間的嚙合部位都有徑向和軸向的間隙，U為經(jīng)向間隙，V為軸向間隙。這種預(yù)留的間隙越小越好，但要保證工作時(shí)在最大熱膨脹情況下不會(huì)發(fā)生咬合。
圖12是圖6中的氣缸內(nèi)表面的K向展開的向視圖(包括轉(zhuǎn)子的P向，Q向，R向以及轉(zhuǎn)子圓錐表面展開的向視圖)。圖12中的這些密集分布的小圓，示意零件表面作了迷宮式間隙密封結(jié)構(gòu)的處理，小圓代表小孔，(也可用其他孔形)有較淺的深度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，在密封間隙很小的兩個(gè)零件表面之間，氣流要從這些密封間隙中穿過很困難。氣流從間隙中穿過就會(huì)與無數(shù)的小孔壁發(fā)生碰撞，并產(chǎn)生雜亂的空氣小渦流，空氣小渦流的雜亂分子撞擊對(duì)從縫隙中穿過的氣體造成很大阻力。特別是在兩種轉(zhuǎn)子與氣缸體表面之間，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)使轉(zhuǎn)子與氣缸體之間無數(shù)迷宮小孔內(nèi)的空氣相互拍擊。這種拍擊為泄漏氣體筑起了一道阻力墻。從燃燒室來的燃?xì)庖獜囊粋€(gè)氣缸進(jìn)入另一個(gè)氣缸，多道的跨越在宏觀上就是一個(gè)大迷宮，更不用說這些小孔了。這就是本發(fā)明的間隙密封機(jī)理。
壓縮轉(zhuǎn)子在工作時(shí)的密封泄漏會(huì)消耗軸功，但是它泄漏所消耗的功，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s氣體的熱量。熱量使壓縮空氣的溫度升高，這部分附加的溫度大部分被轉(zhuǎn)移到了燃燒室，使燃燒室中的氣體內(nèi)能增加。在壓縮轉(zhuǎn)子和動(dòng)力轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)的這兩種密封泄漏發(fā)生的能量轉(zhuǎn)移，各自有回收和再利用的手段。
經(jīng)過以上對(duì)變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的介紹，并利用附圖的實(shí)例作出的進(jìn)一步說明可以清楚，變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與其他現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)是不同的。它具有如下的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)它取消了普通內(nèi)燃機(jī)必不可少的曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)，代之以兩對(duì)變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子；它沒有爆發(fā)沖程和排氣門突然打開造成的廢氣壓力沖擊，因而使得普通發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲都被基本上消除了。這種發(fā)動(dòng)機(jī)還可以延長(zhǎng)燃料的燃燒過程，因燃?xì)庠谧內(nèi)莘e氣缸中可停留較長(zhǎng)時(shí)間，讓燃燒進(jìn)行得更為充分。它應(yīng)用的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子，使得發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)供氣，連續(xù)燃燒，連續(xù)作功的方式得以實(shí)現(xiàn)。因此它可以簡(jiǎn)化普通內(nèi)燃機(jī)的燃料供給系統(tǒng)和氣油機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)。它的應(yīng)用還可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃料性能的要求，并為發(fā)動(dòng)機(jī)從使用燃油向使用氣體燃料的過渡創(chuàng)造有利條件。這種發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中同時(shí)參與作功的氣缸數(shù)量較多，可以發(fā)出較大的功率，因此可以大大減少單位馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)重量。把它與蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)作對(duì)比它的轉(zhuǎn)速相對(duì)為低，因?yàn)樗拿詫m式密封結(jié)構(gòu)為它提供了降低轉(zhuǎn)速的條件。它的排氣余壓在設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)需要被事先設(shè)定，甚至可以做到等同于大氣壓；它的排氣余速受到動(dòng)力轉(zhuǎn)子的限制也比蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)要低，這對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率很有利。它的轉(zhuǎn)速介于普通內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)之間。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)是一種全新的發(fā)動(dòng)機(jī)，它所牽涉的技術(shù)門類較多。包括發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造和電器控制，基礎(chǔ)材料和機(jī)械制造等。要對(duì)它進(jìn)行實(shí)施需要很多人的合作才能完成，具體實(shí)施的方式有兩種一種是通過有關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)研究所進(jìn)行試制，定型以后進(jìn)入工廠生產(chǎn)。另一種是通過工廠或公司和大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行試制，定型后轉(zhuǎn)入生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于應(yīng)用一對(duì)正反螺旋的漸增變螺距的變?nèi)莘e動(dòng)力轉(zhuǎn)子(7)和(8)在氣缸體(5)中對(duì)嚙，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)把所形成的變?nèi)莘e氣缸提供給工質(zhì)完成熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)變。動(dòng)力轉(zhuǎn)子被固定在組合式主軸(6)和(9)上，它可以隨主軸一起作軸向往復(fù)移動(dòng)，組合式主軸可以帶動(dòng)一對(duì)壓縮轉(zhuǎn)子(11)轉(zhuǎn)動(dòng)，壓縮轉(zhuǎn)子向燃燒室提供壓縮空氣。動(dòng)力轉(zhuǎn)子與氣缸體之間的密封應(yīng)用迷宮式機(jī)械間隙密封，它很小的間隙是用傳感器和控制電路與機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相結(jié)合來進(jìn)行自動(dòng)控制的。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸桿(34)和蝸輪(36)相嚙合，通過滑鍵(35)帶動(dòng)螺紋套(37)和軸承(38)來推動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)子主軸(6)和(9)作軸向往復(fù)移動(dòng)，螺紋套(37)上的外螺紋(31)還與帶有內(nèi)螺紋的法蘭(32)用螺紋配合聯(lián)接，動(dòng)力轉(zhuǎn)子上的軸向推力由法蘭(32)承受。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力轉(zhuǎn)子(7)和(8)與氣缸體(5)之間的密封，其特征是用迷宮式機(jī)械間隙密封方式，此外還可以應(yīng)用其他的密封方式。
3.如權(quán)利要求1所述的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于供給燃料燃燒的壓縮空氣是用一對(duì)變?nèi)莘e壓縮轉(zhuǎn)子(11)或其他能達(dá)到相似功能的壓縮機(jī)來提供的。壓縮轉(zhuǎn)子提供的壓縮空氣進(jìn)入燃燒室(21)與燃料混合燃燒。這種燃燒的特征是連續(xù)進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求1或3所述的燃燒室中含有引燃室(42)和電熱點(diǎn)火頭(45)。
5.如權(quán)利要求3所述的壓縮轉(zhuǎn)子(11)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力是由動(dòng)力轉(zhuǎn)子(7)和(8)的組合式主軸(6)和(9)帶動(dòng)的。
6.如權(quán)利要求1或5所述的組合式主軸(6)和(9)內(nèi)部是有空氣通道(25)可以讓空氣冷卻動(dòng)力轉(zhuǎn)子的。
7.如權(quán)利要求1或5所述的動(dòng)力轉(zhuǎn)子和壓縮轉(zhuǎn)子的對(duì)嚙是受齒輪箱(1)中的一對(duì)齒數(shù)相等的齒輪(30)控制的。
8.本發(fā)明的結(jié)構(gòu)被作了如下改動(dòng)的其權(quán)利屬于本發(fā)明A.動(dòng)力轉(zhuǎn)子的密封方式和冷卻方式。B.燃燒室在發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)上被外移，通過絕熱管道向動(dòng)力轉(zhuǎn)子供給壓力燃?xì)?。C.壓縮轉(zhuǎn)子相對(duì)與動(dòng)力轉(zhuǎn)子的位置變動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。它沒有活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)那樣的曲柄連桿機(jī)構(gòu)和進(jìn)排氣門等構(gòu)件，目的是要消除通常發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的那種振動(dòng)和噪聲。這種發(fā)動(dòng)機(jī)是用一對(duì)正反螺旋的漸增變螺距的變?nèi)莘e轉(zhuǎn)子在氣缸體中對(duì)嚙，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)把形成的變?nèi)莘e氣缸提供給工質(zhì)完成熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)變。這一對(duì)轉(zhuǎn)子輸出動(dòng)力，叫作動(dòng)力轉(zhuǎn)子。發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣用一對(duì)變?nèi)莘e壓縮轉(zhuǎn)子或用其他相同功能的壓縮機(jī)來提供。在壓縮轉(zhuǎn)子和動(dòng)力轉(zhuǎn)子之間設(shè)置有燃燒室，燃料的燃燒方式采用連續(xù)燃燒。壓力燃?xì)獠粩嗟毓┙o變?nèi)莘e動(dòng)力轉(zhuǎn)子使發(fā)動(dòng)機(jī)工作。這種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)可用于交通和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，它可消除通常發(fā)動(dòng)機(jī)所帶有的振動(dòng)和噪聲，還人類以舒適寧?kù)o的環(huán)境。
文檔編號(hào)F02B3/00GK1721658SQ20041004022
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2004年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月15日
發(fā)明者葛開茂 申請(qǐng)人:葛開茂