本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)及其工作方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，發(fā)動(dòng)機(jī)主要有往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，兩者都依靠空氣燃料混合氣燃燒產(chǎn)生的膨脹壓力獲得轉(zhuǎn)動(dòng)力。

如圖1所示，四沖程的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)需要活塞在汽缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這種方式的缺點(diǎn)是機(jī)械件連接部位受沖擊負(fù)荷大，產(chǎn)生的機(jī)械噪聲大，零部件的機(jī)械強(qiáng)度、加工精度、潤(rùn)滑要求都較高。

如圖2所示，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)以馬自達(dá)公司的三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)為主，這種發(fā)動(dòng)機(jī)直接將燃?xì)猱a(chǎn)生的壓力推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子不是往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，所以不需要精密的曲軸平衡就能達(dá)到較高的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的軸向運(yùn)動(dòng)比傳統(tǒng)的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的水平直線運(yùn)動(dòng)更加平順，故轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)和噪聲都比較小。整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)較一般的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)取消了連桿、進(jìn)排氣機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)件大大簡(jiǎn)化，發(fā)生故障的可能性也大大減少?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)存在的不足之處是：燃燒時(shí)間短，燃燒不完全；潤(rùn)滑方式為飛濺潤(rùn)滑，機(jī)油消耗大，機(jī)油隨廢氣排出，排放超標(biāo)。

當(dāng)使用天然氣作為燃料時(shí)，兩種發(fā)動(dòng)機(jī)均存在以下缺點(diǎn)：1）燃燒時(shí)間短暫，造成燃料后燃，不能有效做功；2）排氣溫度高，造成發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率低；3）容易產(chǎn)生爆震，嚴(yán)重影響機(jī)器工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種雙進(jìn)氣的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)及其工作方法，特別適應(yīng)天然氣作為燃料，燃燒充分、時(shí)間長(zhǎng)，并且降低燃燒溫度，極大減少了氮氧化合物的排放。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，包括至少一組用于輸出動(dòng)力的動(dòng)力模塊，

所述動(dòng)力模塊包括機(jī)殼、端蓋、安裝在機(jī)殼上的兩個(gè)缸蓋以及N個(gè)轉(zhuǎn)子單元，所述的兩個(gè)缸蓋在機(jī)殼的上下位置處呈中心對(duì)稱分布，所述的N個(gè)轉(zhuǎn)子單元呈前后依次排列地設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)，相鄰的轉(zhuǎn)子單元之間設(shè)有隔板，所述隔板上設(shè)有若干個(gè)用于在轉(zhuǎn)子單元之間通氣的串氣小孔；

所述轉(zhuǎn)子單元包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子為圓形，所述轉(zhuǎn)子的外徑小于機(jī)殼的內(nèi)腔直徑并且所述轉(zhuǎn)子的外緣上設(shè)有兩個(gè)呈中心對(duì)稱分布的凸塊，以使轉(zhuǎn)子與機(jī)殼配合形成兩個(gè)燃燒室；

所述轉(zhuǎn)子單元還包括與兩個(gè)燃燒室各自配合的：兩個(gè)燃?xì)膺M(jìn)口、兩個(gè)空氣進(jìn)口、兩個(gè)用于通斷氣體的氣門、兩個(gè)用于點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)氣體的火花塞、兩個(gè)排氣口和兩個(gè)擋板；所述燃?xì)膺M(jìn)口、空氣進(jìn)口、氣門和火花塞設(shè)在缸蓋上且各自為中心對(duì)稱分布；所述排氣口和擋板設(shè)在機(jī)殼上且各自為中心對(duì)稱分布；當(dāng)進(jìn)氣行程開始時(shí)，所述擋板均為落下狀態(tài)以與轉(zhuǎn)子配合用來(lái)密封燃燒室內(nèi)氣體；當(dāng)排氣行程開始時(shí)，所述擋板均為抬起狀態(tài)；

所述轉(zhuǎn)子的中心處安裝有輸出軸；

所述N為自然數(shù)且N≥2。

上述轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，所述N=2，所述動(dòng)力模塊設(shè)置有兩組；所述兩組動(dòng)力模塊之間的點(diǎn)火角度差為45°，所述的兩組動(dòng)力模塊之間用連接板連接。

上述轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，所述空氣進(jìn)口處和燃?xì)膺M(jìn)口處連接有進(jìn)氣搖臂，所述擋板外端連接有擋板搖臂；

所述機(jī)殼內(nèi)安裝有用于控制進(jìn)氣的進(jìn)氣定時(shí)盤和用于控制擋板起落的擋板定時(shí)盤；

所述燃?xì)膺M(jìn)口安裝有燃?xì)饪陔姶砰y，所述空氣進(jìn)口安裝有空氣口電磁閥，所述燃?xì)饪陔姶砰y和空氣口電磁閥均由ECU控制通斷以使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

上述轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，所述燃?xì)膺M(jìn)口連接有供應(yīng)天然氣的天然氣瓶，所述空氣進(jìn)口連接有供應(yīng)壓縮空氣的壓縮空氣瓶，所述壓縮空氣瓶由空壓機(jī)加壓；所述壓縮空氣的壓力不小于3bar，所述天然氣的壓力不小于3bar。

一種如上述的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方法，包括以下步驟：

1）發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)負(fù)載怠速運(yùn)行時(shí)，所有燃燒室內(nèi)均通入壓縮空氣，壓縮空氣作用在轉(zhuǎn)子上做功；

2）發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)載運(yùn)行時(shí)，前一個(gè)轉(zhuǎn)子單元的燃燒室內(nèi)通入壓縮空氣和天然氣的混合氣，同時(shí)后一個(gè)轉(zhuǎn)子單元的燃燒室內(nèi)通入壓縮空氣；在下一個(gè)工作循環(huán)中，前一個(gè)轉(zhuǎn)子單元的燃燒室內(nèi)通入壓縮空氣，同時(shí)后一個(gè)轉(zhuǎn)子單元的燃燒室內(nèi)通入壓縮空氣和天然氣的混合氣；

3）發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)載運(yùn)行時(shí)，所有燃燒室內(nèi)均通入燃?xì)饣旌蠚狻?/p>

本發(fā)明的有益效果為：

1、可以完全用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行，節(jié)約燃料；

2、整個(gè)點(diǎn)火做功行程都在燃燒，且燃燒室之間設(shè)置串氣孔，使得燃燒時(shí)間長(zhǎng)且燃燒充分，適合天然氣作為燃料；

3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)加工要求低，模塊化配置、方便動(dòng)力匹配，并且運(yùn)行穩(wěn)定、噪音低、震動(dòng)?。?/p>

4、當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到一定角度后，相鄰轉(zhuǎn)子單元的燃燒室之間通過(guò)串氣小孔實(shí)現(xiàn)氣體混合，如此可以有效降低燃燒溫度，減少氮氧化合物等有害氣體排放；

5、相鄰轉(zhuǎn)子單元的燃燒室之間為交互進(jìn)氣狀態(tài)時(shí)，可以降低排氣溫度，提高熱效率；相鄰轉(zhuǎn)子單元的燃燒室之間均通入混合氣時(shí)，可實(shí)現(xiàn)低爆壓高功率，對(duì)零件的機(jī)械強(qiáng)度要求低。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中四沖程的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)示意圖；

圖3為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3的正視示意圖；

圖5為圖4中A-A處的剖切示意圖；

圖6為本發(fā)明轉(zhuǎn)子單元的進(jìn)氣行程示意圖；

圖7為本發(fā)明轉(zhuǎn)子單元的點(diǎn)火做功行程示意圖；

圖8為本發(fā)明轉(zhuǎn)子單元的排氣行程示意圖；

圖9為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為圖9的正視示意圖；

圖11為圖10中B-B處的剖切示意圖；

圖12為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的的使用狀態(tài)立體示意圖；

圖13為圖12的正視示意圖；

圖14為本發(fā)明的氣源接線示意圖。

圖中：機(jī)殼1、上排氣口11、下排氣口12、上燃燒室13、下燃燒室14、轉(zhuǎn)子2、第一凸塊受力面21、第二凸塊受力面22、上缸蓋3、上燃?xì)膺M(jìn)口31、上空氣進(jìn)口32、上氣門33、上火花塞34、上進(jìn)氣搖臂35、下缸蓋4、下燃?xì)膺M(jìn)口41、下空氣進(jìn)口42、下氣門43、下火花塞44、下進(jìn)氣搖臂45、上擋板5、上擋板搖臂51、下?lián)醢?、下?lián)醢鍝u臂61、串氣孔7、端蓋8、輸出軸9、動(dòng)力模塊Ⅰ10、動(dòng)力模塊Ⅱ20、燃?xì)饪陔姶砰y30、空氣口電磁閥40、進(jìn)氣定時(shí)盤50、擋板定時(shí)盤60、連接板70。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步解釋說(shuō)明。

如圖3至圖5所示，一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，包括一組用于輸出動(dòng)力的動(dòng)力模塊，所述動(dòng)力模塊包括機(jī)殼1、端蓋8、安裝在機(jī)殼1上的兩個(gè)缸蓋以及2個(gè)轉(zhuǎn)子單元，所述的兩個(gè)缸蓋在機(jī)殼1的上下位置處呈中心對(duì)稱分布即圖中的上缸蓋3和下缸蓋4，所述的N個(gè)轉(zhuǎn)子單元呈前后依次排列地設(shè)置在機(jī)殼1內(nèi)，相鄰的轉(zhuǎn)子單元之間設(shè)有隔板，所述隔板上設(shè)有若干個(gè)用于在轉(zhuǎn)子單元之間通氣的串氣小孔7。

上述轉(zhuǎn)子單元包括轉(zhuǎn)子2，所述轉(zhuǎn)子2為圓形，所述轉(zhuǎn)子2的外徑小于機(jī)殼1的內(nèi)腔直徑并且所述轉(zhuǎn)子2的外緣上設(shè)有兩個(gè)呈中心對(duì)稱分布的凸塊，以使轉(zhuǎn)子2與機(jī)殼1配合形成兩個(gè)燃燒室。氣體進(jìn)入燃燒室后作用在第一凸塊受力面21和第二凸塊受力面22，使轉(zhuǎn)子2在其圓周切向方向受到兩個(gè)力的共同作用，由于兩端同時(shí)進(jìn)氣、同時(shí)燃燒，輸出軸9可軸輸出雙倍力矩。轉(zhuǎn)子2在圓周徑向方向受到一對(duì)平衡力的作用，輸出軸9在徑向方向受力幾乎為零，可以平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生徑向震動(dòng)，輸出軸9的磨損將大大減少，一方面減少機(jī)械損失，另一方面延長(zhǎng)零件壽命。

上述轉(zhuǎn)子單元還包括各自與上燃燒室13、下燃燒室14配合的：上燃?xì)膺M(jìn)口31、下燃?xì)膺M(jìn)口41、上空氣進(jìn)口32、下空氣進(jìn)口42、上氣門33、下氣門43、上火花塞34、下火花塞44、上排氣口11、下排氣口12、和上擋板5、下?lián)醢?；所述燃?xì)膺M(jìn)口、空氣進(jìn)口、氣門和火花塞各自為中心對(duì)稱分布；所述排氣口和擋板設(shè)在機(jī)殼1上且各自為中心對(duì)稱分布。結(jié)合圖6至圖8，轉(zhuǎn)子2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)氣行程開始時(shí)，所述上擋板5和下?lián)醢?均為落下狀態(tài)以與轉(zhuǎn)子2配合用來(lái)密封上燃燒室13和下燃燒室14內(nèi)氣體；當(dāng)排氣行程開始時(shí)，即轉(zhuǎn)子2的第一凸塊受力面21轉(zhuǎn)到上排氣出口11和第二凸塊受力面22轉(zhuǎn)到下排氣出口12，所述上擋板5和下?lián)醢?均為抬起狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)子2的第一凸塊受力面21轉(zhuǎn)過(guò)上排氣出口11和第二凸塊受力面22轉(zhuǎn)過(guò)下排氣出口12之后，上擋板5和下?lián)醢?隨即落下，進(jìn)入下一個(gè)進(jìn)氣行程。

本發(fā)明的這種發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)點(diǎn)火做功行程都在燃燒，若進(jìn)氣行程需要45°轉(zhuǎn)角，燃燒過(guò)程占135°轉(zhuǎn)角，所以燃燒時(shí)間長(zhǎng)；如果在點(diǎn)火的燃燒室內(nèi)有部分燃?xì)鉀](méi)有燃燒，通過(guò)串氣孔后，在左右相鄰的燃燒室還可以繼續(xù)燃燒，所以燃燒充分，特別適合天然氣作為燃料。

優(yōu)選的，如圖9至圖13所示，上述轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，所述動(dòng)力模塊設(shè)置有兩組包括動(dòng)力模塊Ⅰ10和動(dòng)力模塊Ⅱ20，所述動(dòng)力模塊Ⅰ10和動(dòng)力模塊Ⅱ20之間的點(diǎn)火角度差為45°，所述動(dòng)力模塊Ⅰ10和動(dòng)力模塊Ⅱ20之間用連接板70連接。單個(gè)動(dòng)力模塊工作時(shí)有個(gè)缺點(diǎn)：排氣行程時(shí)無(wú)法對(duì)外做功，轉(zhuǎn)子2只能靠慣性連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了解決這一問(wèn)題使發(fā)動(dòng)機(jī)能連續(xù)做功，本發(fā)明優(yōu)選為兩個(gè)動(dòng)力模塊配合工作：當(dāng)動(dòng)力模塊Ⅰ10排氣時(shí)，動(dòng)力模塊Ⅱ20處于做功行程，可以保證整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠穩(wěn)定的輸出功率。如果需要更大的功率，可以繼續(xù)增加動(dòng)力模塊，每個(gè)動(dòng)力模塊都可以獨(dú)立工作，并且不會(huì)相互影響，最終的工作結(jié)果是軸輸出功率只會(huì)增加，不會(huì)出現(xiàn)抵消的現(xiàn)象。

上述轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，所述上燃?xì)膺M(jìn)口31和上空氣進(jìn)口32處設(shè)置有上進(jìn)氣搖臂35，所述下燃?xì)膺M(jìn)口41和下空氣進(jìn)口42處設(shè)置有下進(jìn)氣搖臂45；所述上擋板6的外端連接有上擋板搖臂51，所述下?lián)醢?的外端連接有下?lián)醢鍝u臂61；當(dāng)轉(zhuǎn)子2的凸塊到達(dá)相應(yīng)的擋板前，操縱擋板搖臂使擋板上移，不影響輸出軸的運(yùn)動(dòng)；

所述機(jī)殼1內(nèi)安裝有用于控制進(jìn)氣的進(jìn)氣定時(shí)盤50和用于控制擋板起落的擋板定時(shí)盤60。

所述燃?xì)膺M(jìn)口安裝有燃?xì)饪陔姶砰y30所述空氣進(jìn)口安裝有空氣口電磁閥40，所述燃?xì)饪陔姶砰y30和空氣口電磁閥40均由ECU控制通斷以使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定；

如圖14所示，上述轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，所述燃?xì)膺M(jìn)口連接有天然氣瓶，所述空氣進(jìn)口連接有壓縮空氣瓶，所述壓縮空氣瓶由空壓機(jī)加壓；所述壓縮空氣的壓力不小于3bar，所述天然氣的壓力不小于3bar。

本發(fā)明的這種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作開始前需要外界輔助帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)到一定轉(zhuǎn)速后方能正常運(yùn)行，例如啟動(dòng)時(shí)用電機(jī)帶動(dòng)，結(jié)如圖6至圖8所示，該轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)包括進(jìn)氣行程、點(diǎn)火做功行程和排氣行程：

1）進(jìn)氣行程時(shí)，氣門打開，壓縮空氣和天然氣的混合氣進(jìn)入燃燒室，當(dāng)轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)到設(shè)定角度時(shí)，停止進(jìn)氣；

2）進(jìn)氣結(jié)束后進(jìn)入點(diǎn)火做功行程，火花塞產(chǎn)生高能電壓點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)混合氣，轉(zhuǎn)子2在慣性和氣壓作用下旋轉(zhuǎn)，燃燒室的空間逐漸變大，火焰隨之?dāng)U散，可燃?xì)怏w燃燒的過(guò)程就是做功的過(guò)程；

3）當(dāng)凸塊受力面轉(zhuǎn)到排氣出口時(shí)，擋板抬起，開始排氣行程；

4）當(dāng)凸塊受力面轉(zhuǎn)過(guò)擋板后，擋板落下，進(jìn)入下一個(gè)進(jìn)氣行程。

結(jié)合圖5，上述轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方法，包括以下步驟：

1）發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)負(fù)載怠速運(yùn)行時(shí)，所有燃燒室內(nèi)均通入壓縮空氣，壓縮空氣直接作用在轉(zhuǎn)子2上實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)做功，節(jié)約燃料；

2）發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)載運(yùn)行時(shí)：圖5中右側(cè)轉(zhuǎn)子2單元的上燃燒室13和下燃燒室14內(nèi)通入壓縮空氣和天然氣的混合氣，同時(shí)左側(cè)轉(zhuǎn)子2單元的上燃燒室13和下燃燒室14內(nèi)通入壓縮空氣；當(dāng)轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)到一定角度后，并排的左右燃燒室內(nèi)氣體經(jīng)過(guò)串氣孔7混合，在輸出扭矩不變的情況下，原理上，右側(cè)轉(zhuǎn)子2單元的上燃燒室13和下燃燒室14內(nèi)溫度可以降低一半，從而減少氮氧化合物的排放，排氣溫度也可以降低；為了繼續(xù)降低燃燒溫度，在下一個(gè)工作循環(huán)中，右側(cè)轉(zhuǎn)子2單元的上燃燒室13和下燃燒室14內(nèi)通入壓縮空氣，同時(shí)左側(cè)轉(zhuǎn)子2單元的上燃燒室13和下燃燒室14內(nèi)通入壓縮空氣和天然氣的混合氣。如此，并排的左右燃燒室交替工作，既可以保證功率輸出，又可以降低排放，降低排溫；

3）發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)載運(yùn)行時(shí)，所有燃燒室內(nèi)均通入燃?xì)饣旌蠚?，產(chǎn)生高溫氣體推動(dòng)轉(zhuǎn)子2迅速運(yùn)動(dòng)。與當(dāng)前的兩種發(fā)動(dòng)機(jī)相比，在相同扭矩輸出的情況下，爆發(fā)壓力低，約為前者的1/4，并且點(diǎn)火缸數(shù)靈活可調(diào)。