專利名稱:轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的制作方法
本發(fā)明涉及的是用于車輛、船舶、電站和動力源的發(fā)動機(jī)裝置。
在現(xiàn)有的活塞式發(fā)動機(jī)中，應(yīng)用最廣泛的主要是內(nèi)燃機(jī)。另外，得到應(yīng)用的還有以外燃方式工作的往復(fù)式蒸氣機(jī)和熱氣機(jī)。雖然內(nèi)燃機(jī)以其較高的效率和簡單輕便的結(jié)構(gòu)在很多領(lǐng)域里發(fā)揮著重要的作用，但從更高的標(biāo)準(zhǔn)來評價內(nèi)燃機(jī)，它在很多方面還不能滿足人們的需要。
內(nèi)燃機(jī)在作功之前要進(jìn)行壓縮過程，由于壓縮過程并不接近等溫狀態(tài)，壓縮終點(diǎn)時空氣的溫度和壓力都很高，從而使活塞所消耗的壓縮功較多，整個循環(huán)的溫度和壓力升高，排氣所損失的熱量增加。內(nèi)燃機(jī)的排氣損失是很大的，由于它對本身的排氣熱量還不能有效的回收并轉(zhuǎn)化為功率，這使內(nèi)燃機(jī)的效率還是較低。
石油資源日異枯竭，而儲量很多的煤炭確可使用很長的時間，一些國家曾試圖直接用煤作內(nèi)燃機(jī)的燃料，但由于煤在汽缸中得不到足夠的燃燒時間，同時，煤燃燒后產(chǎn)生的灰渣會使汽缸和活塞嚴(yán)重的磨損，因此，內(nèi)燃機(jī)是不能使用煤或其它固體燃料的。蒸氣機(jī)和熱氣機(jī)雖能用煤作燃料，但蒸汽機(jī)效率太低，很不經(jīng)濟(jì)，而熱氣機(jī)因需耗用很多高級鋼材，也不能大量生產(chǎn)。現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)和其它活塞式發(fā)動機(jī)一般只能以內(nèi)燃或外燃單一的方式進(jìn)行工作，這使發(fā)動機(jī)應(yīng)具有的一些其它性能還沒有被顯示出來。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，它不但能用冷卻器來降低循環(huán)溫度和壓力，而且根據(jù)需要，還可同時或分別的具備回收排氣熱量、在內(nèi)燃方式下用煤作燃料以及用內(nèi)燃和外燃兩種方式進(jìn)行工作等多項(xiàng)功能。
發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的在汽缸體上裝有轉(zhuǎn)輪裝置，該裝置是由轉(zhuǎn)輪、殼體和兩個端蓋所構(gòu)成。轉(zhuǎn)輪裝在殼體與端蓋所形成的內(nèi)腔里，并通過兩端的軸頸支承在端蓋的軸承上，在轉(zhuǎn)輪的圓周面上設(shè)有四個形狀尺寸相同、彼此間隔角度相等的凹坑。轉(zhuǎn)輪經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)被曲軸驅(qū)動。殼體固定在汽缸體的汽缸上面，在殼體上依次設(shè)有進(jìn)氣口、低壓換氣出口、低壓換氣進(jìn)口、壓力平衡口、高壓換氣出口、高壓換氣進(jìn)口、通氣口和上排氣口。在汽缸體內(nèi)的汽缸上設(shè)有下排氣口，汽缸中裝有活塞，在汽缸的底部設(shè)有閥板，閥板上分別裝有進(jìn)氣閥和出氣閥，活塞經(jīng)穿過閥板的活塞桿、十字頭和連桿與機(jī)架中的曲軸相連接。上述殼體各氣口與其它部分的連接關(guān)系如下，進(jìn)氣口經(jīng)冷卻器的冷卻管組后通向閥板的出氣閥，從出氣閥出來的壓縮空氣流過冷卻器之后，可經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)到轉(zhuǎn)輪的凹坑中;殼體的低壓換氣出口經(jīng)循環(huán)泵和回?zé)崞鞯募訜崞髋c低壓換氣進(jìn)口相連通，從上排氣口和下排氣口出來的廢氣通過排氣管道被分別引進(jìn)回?zé)崞?，把加熱器?nèi)的壓縮空氣進(jìn)行預(yù)熱，從而使排氣熱量得到回收;壓力平衡口與高壓換氣出口通過管路連通為一條，然后與循環(huán)泵相連通，管路出循環(huán)泵之后經(jīng)內(nèi)部燃燒裝置或由外部熱源加熱的加熱器與高壓換氣進(jìn)口相連通，在轉(zhuǎn)輪凹坑把高壓換氣進(jìn)出口溝通時，被內(nèi)部燃燒裝置或外部熱源加熱的作功氣體可進(jìn)到凹坑內(nèi);為適應(yīng)不同的需要，內(nèi)部燃燒裝置和加熱器即可單獨(dú)布置，也可同時串聯(lián)或并聯(lián)布置;通氣口與下面的汽缸是直接相通的，在轉(zhuǎn)輪凹坑與通氣口接通后，凹坑內(nèi)的作功氣體可立即進(jìn)到汽缸中，以推動活塞作功;另外，通氣口和上排氣口能被轉(zhuǎn)輪的凹坑溝通，以便讓作功后的廢氣從形成的通路排到外界。
為簡化結(jié)構(gòu)和適應(yīng)不同的用途，在殼體上還可少設(shè)一組低壓換氣進(jìn)出口或高壓換氣進(jìn)出口和壓力平衡器，同時，轉(zhuǎn)輪圓周面上的凹坑也隨之由四個減少到三個。在不設(shè)低壓換氣進(jìn)出口及相應(yīng)的回?zé)崞鲿r，發(fā)動機(jī)沒有回收排氣熱量這一功能，作功所需的氣體是由內(nèi)部燃燒裝置或外部熱源加熱的。在不設(shè)高壓換氣進(jìn)出口及相應(yīng)的內(nèi)部燃燒裝置、外部熱源和加熱器時，作功所需的氣體是在轉(zhuǎn)輪凹坑內(nèi)，通過燃油與壓縮空氣進(jìn)行燃燒而產(chǎn)生的，凹坑內(nèi)的壓縮空氣在燃燒之前可通過加熱器被廢氣預(yù)熱，也可被外部熱源加熱。
與現(xiàn)有的活塞式發(fā)動機(jī)相比，本發(fā)明因?yàn)槟懿捎美鋮s器和回?zé)崞?，使它在提高效率方面具有很大的潛力，冷卻器直接改善了活塞的壓縮過程，使循環(huán)溫度和壓力降低，排氣損失減少，回?zé)崞鲃t進(jìn)一步把廢氣中的熱量充分回收，并轉(zhuǎn)化為功率進(jìn)行輸出。在采用內(nèi)部燃燒裝置時，由于該裝置能使氣體、液體和固體多種不同的燃料，從而使本發(fā)明能夠在內(nèi)燃方式下使用煤和其它固體燃料。顯然，用煤作內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃料是很經(jīng)濟(jì)的。在采用加熱器來加熱作功氣體時，本發(fā)明可利用多種形式的外部熱源進(jìn)行工作，這使本發(fā)明的適用范圍很廣。本發(fā)明還能同時設(shè)置兩套不同方式的加熱裝置，以便根據(jù)需要，隨時把原來的內(nèi)燃或外燃加熱方式轉(zhuǎn)換為另一種相反的加熱方式，由于這一特點(diǎn)，在經(jīng)常因某些原因需停止原來的加熱方式而應(yīng)換成另一種加熱方式時，本發(fā)明是特別適合的。另外，本發(fā)明在內(nèi)燃與外燃相混合的方式下也能進(jìn)行工作，這使它能靈活適應(yīng)不同的需要。在本發(fā)明中，由于燃料是在燃燒裝置和轉(zhuǎn)輪的凹坑內(nèi)連續(xù)或充分燃燒的，從而使燃燒過程得到改善，同時，也有利于降低排氣污染。本發(fā)明提高效率并不是通過增加壓縮比來實(shí)現(xiàn)的，循環(huán)的最高壓力通常較低，這對于延長發(fā)動機(jī)的使用壽命是很有利的。此外，還可使發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)重量下降。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)和各種方案由以下的實(shí)施例及附圖給出。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方案的用煤作燃料、回?zé)?、?nèi)燃混合加熱型轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的局部剖視圖。
圖2是沿圖1A-A線的剖視圖。
圖3是圖1和圖2中所描述的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖。
圖4是本發(fā)明第一實(shí)施方案中所采用的轉(zhuǎn)輪裝置的剖視圖。
圖5是折去傳動軸之后沿圖4B-B線的半剖視圖。
圖6是折去轉(zhuǎn)輪之后沿圖4C-C線的半剖視圖。
圖7是殼體內(nèi)壁上的密封件和密封槽的外觀圖。
圖8是進(jìn)煤裝置的剖視圖。
圖9是排灰裝置的剖視圖。
圖10是本發(fā)明第一實(shí)施方案的回?zé)?、外燃混合加熱型轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖。
圖11是本發(fā)明第一實(shí)施方案的、能以內(nèi)燃或外燃方式工作的回?zé)?、混合加熱型轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖。
圖12是本發(fā)明第二實(shí)施方案中所采用的轉(zhuǎn)輪裝置的剖視圖。
圖13是本發(fā)明第二實(shí)施方案的用煤作燃料、內(nèi)燃混合加熱型轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖。
圖14是本發(fā)明第二實(shí)施方案的內(nèi)燃混合加熱型轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖。
圖15是本發(fā)明第二實(shí)施方案的外燃混合加熱型轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖。
圖16是本發(fā)明第二實(shí)施方案的，能以內(nèi)燃或外燃方式工作的混合加熱型轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖。
圖17是本發(fā)明第三實(shí)施方案中所采用的轉(zhuǎn)輪裝置的剖視圖。
圖18是本發(fā)明第三實(shí)施方案的回?zé)幔瑑?nèi)燃定容加熱型轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖。
圖19是本發(fā)明第三實(shí)施方案的預(yù)熱、內(nèi)燃定容加熱型轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖。
圖20是一種不帶活塞桿和十字頭、但活塞下部仍能提供壓縮空氣的曲柄連桿機(jī)構(gòu)和機(jī)體的剖視圖。
圖21是沿圖20D-D線的剖視圖。
在圖1、圖2和圖3中分別描述了第一實(shí)施方案的、用煤作燃料、回?zé)?、?nèi)燃混合加熱型轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)及布置圖。由圖可見，圖中所描述的發(fā)動機(jī)主要是由轉(zhuǎn)輪裝置「1」、機(jī)體「50」、曲柄連桿機(jī)構(gòu)「63」、冷卻器「80」、回?zé)崞鳌?7」、燃燒爐「123」、除塵器「136」和二次燃燒器「117」所組成。另外，它還配有進(jìn)煤裝置「140」和排灰裝置「151」。
轉(zhuǎn)輪裝置「1」用螺栓「39」固定在機(jī)體「50」的汽缸體「51」上面，該裝置由殼體「2」、轉(zhuǎn)輪「25」和兩個端蓋「35」所組成。轉(zhuǎn)輪「25」裝在殼體「2」與端蓋「35」所形成的內(nèi)腔里，并通過兩端面的軸頸「26」支承在端蓋「35」的軸承「36」上(參看圖5)。在轉(zhuǎn)輪的圓周面「27」上，設(shè)有四個形狀尺寸相同、彼此間隔角度相等的凹坑「28」，這些凹坑均處于圓周面的軸向中間位置上。凹坑兩側(cè)有一較窄的孤面「29」，該孤面的寬度至少應(yīng)使一組密封條「15」壓緊在這一窄面上。為使轉(zhuǎn)輪能順利的按箭頭所示的方向轉(zhuǎn)動，在凹坑「28」需越過密封片「17」的一側(cè)邊緣「30」處設(shè)有適當(dāng)?shù)牡菇?參看圖4)，以使該處能順利的滑過密封片。轉(zhuǎn)輪是被傳動機(jī)構(gòu)的傳動軸「77」帶動旋轉(zhuǎn)的，傳動軸「77」穿過轉(zhuǎn)輪的中心孔「31」后，通過鍵「38」與轉(zhuǎn)輪相連接。轉(zhuǎn)輪工作時，所受的熱可通過軸承傳給殼體，也可把冷卻劑經(jīng)管道引向轉(zhuǎn)輪，以使轉(zhuǎn)輪受到更好的冷卻。在一臺轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)中，所用的轉(zhuǎn)輪一般是完全相同的，并且能交換使用，為使各轉(zhuǎn)輪能分別保持在規(guī)定的角度位置上，在傳動軸「77」上的相應(yīng)角度位置處，設(shè)有一定數(shù)量的鍵槽「78」，當(dāng)傳動軸依次穿過各轉(zhuǎn)輪的中心孔「31」時，只要使轉(zhuǎn)輪中心孔內(nèi)的鍵「38」對準(zhǔn)傳動軸上相應(yīng)的鍵槽「78」，就能使轉(zhuǎn)輪處于規(guī)定的角度位置。在殼體「2」上依次設(shè)有進(jìn)氣口「3」、低壓換氣出口「4」、低壓換氣進(jìn)口「5」、壓力平衡口「6」、高壓換氣出口「7」、高壓換氣進(jìn)口「8」、通氣口「9」和上排氣口「10」，這些通在殼體內(nèi)壁「11」上的各氣口在軸向上與轉(zhuǎn)輪的凹坑「28」寬度基本相等并相互對準(zhǔn)(參看圖5)。其中，殼體的通氣口「9」相對于汽缸「52」的軸線是一個擴(kuò)大的矩形口，位于汽缸的上口范圍內(nèi)，通氣口直接與下面的汽缸「52」相通。為增加殼體底部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，汽缸「52」的上部「57」縮入了殼體底面「12」一小段，但縮入部分的高度應(yīng)小于活塞「64」的第一環(huán)岸高度。殼體的高溫部位還設(shè)有冷卻水腔「13」，冷卻水能從殼體外壁的冷卻水進(jìn)出口(未畫)流入和流出，以使高溫部位得到冷卻。在殼體的內(nèi)壁「11」上加工有安裝密封件的槽，該槽是由徑向槽「14」、軸向槽「16」和連接槽「18」構(gòu)成(參看圖6)。幾條徑向槽「14」為一組，設(shè)在殼體內(nèi)壁「11」的各氣口兩側(cè)，并在內(nèi)壁上形成一圈;軸向槽「16」根據(jù)密封的需要，設(shè)在兩組徑向槽「14」之間的不同位置處;連接槽「18」設(shè)在徑向槽「14」與軸向槽「16」的相交處，在密封部位氣體壓力較小時，也可不設(shè)連接槽。密封件的形狀如圖7所示，密封條「15」裝在徑向槽「14」中，以防止氣體向端面方向泄漏，如果所密封的部位氣體壓力較小，可在徑向槽內(nèi)少設(shè)密封條，密封條應(yīng)從內(nèi)側(cè)向外布置。密封片「17」裝在軸向槽「16」中，其兩端有一部分搭在轉(zhuǎn)輪凹坑兩側(cè)的孤面「29」上，使它不會進(jìn)入凹坑內(nèi)把轉(zhuǎn)輪卡住，密封片可防止氣體向相鄰的工作室泄漏。連結(jié)塊「19」裝在連接槽「18」內(nèi)，它所具有的形狀能把密封條「15」和密封片「17」很好的銜接起來，以防止氣體從兩密封件的相接處漏出。上述的各密封件在其背部的彈簧作用下，壓緊在轉(zhuǎn)輪的圓周面上，使殼體內(nèi)壁與轉(zhuǎn)輪之間得到密封。端蓋「35」裝在殼體「2」內(nèi)的兩端位置，端蓋除通過軸承支承轉(zhuǎn)輪以外，還能增加殼體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
汽缸體「51」處于機(jī)體「50」的上部，其中設(shè)有呈直列排列的汽缸「52」，汽缸體下部是機(jī)架「59」，其中裝有曲軸「68」，機(jī)架下部是機(jī)座「61」。在汽缸「52」中裝有活塞「64」，該活塞固定在活塞桿「65」的上端，活塞的頂面形狀與相對應(yīng)的由殼體底面、通氣口和轉(zhuǎn)輪圓周面所構(gòu)成的形狀是相吻合的，以便在活塞移到上止點(diǎn)時，使活塞與汽缸所形成的余隙容積處于最小狀態(tài)。在汽缸「52」中部的下止點(diǎn)位置上設(shè)有下排氣口「53」，活塞移到下止點(diǎn)時，此口可完全被活塞「64」的頂部開啟。由于轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)是利用另設(shè)的氣泵來提供壓縮空氣的，在利用活塞下部形成汽泵結(jié)構(gòu)時，在汽缸「52」底部裝有閥板「54」，閥板上分別設(shè)有進(jìn)氣閥「55」和出氣閥「56」，另外還有一使活塞桿「65」穿過的孔。由于設(shè)有下排氣口「53」，活塞「64」移到上止點(diǎn)時，活塞的下部必須把下排氣口遮蔽住，因此，活塞與汽缸相滑動接觸部分的長度應(yīng)稍大于其行程距離長度。此外，因活塞下部形成氣泵結(jié)構(gòu)，活塞底面的形狀也應(yīng)與相對應(yīng)的閥板「54」的頂面形狀相吻合，以減小余隙容積，提高充氣效率。汽缸中的活塞「64」經(jīng)活塞桿「65」與導(dǎo)軌「60」上的十字頭「66」相連接，十字頭則經(jīng)連桿「67」與曲軸「68」相連接，由這些構(gòu)件形成了曲柄連桿機(jī)構(gòu)「63」。活塞的運(yùn)動經(jīng)活塞桿、十字頭和連桿傳給曲軸，從而使曲軸旋轉(zhuǎn)。
為使轉(zhuǎn)輪能被曲軸「68」驅(qū)動，在機(jī)體「50」的前側(cè)設(shè)有傳動機(jī)構(gòu)「71」，當(dāng)曲軸按箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)時，曲軸經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)的小齒輪「72」使大齒輪「73」也相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，因大齒輪與鏈輪「74」固定連接，所以鏈輪「74」又通過鏈條「75」和鏈輪「76」(虛線所畫)帶動傳動軸「77」轉(zhuǎn)動，從而使轉(zhuǎn)輪「25」按箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)。這種具有四個凹坑的轉(zhuǎn)輪「25」與曲軸「68」的轉(zhuǎn)速比為1∶4。
冷卻器「80」裝在機(jī)體「50」的左側(cè)，它由外殼「81」和其中的冷卻管組「82」構(gòu)成，殼體的進(jìn)氣口「3」經(jīng)輸氣管「86」和冷卻管組「82」后通向閥板的出氣閥「56」，從進(jìn)水口「83」流入的冷卻水流過冷卻管組后，帶走了管組內(nèi)空氣的壓縮熱，然后從出水口「84」流出。為改善冷卻效果，冷卻管組應(yīng)具有足夠的換熱面積。
低壓換氣進(jìn)口「5」和低壓換氣出口「4」的布置形式有兩種，一種是把低壓換氣出口設(shè)在換氣進(jìn)口之前，并讓換氣出口直接經(jīng)空氣管與循環(huán)泵「95」相連通，這種方式能使從換氣進(jìn)口進(jìn)到轉(zhuǎn)輪凹坑「28」內(nèi)的熱氣體保持原來的溫度，但在換氣時，壓力不同的氣體如不通過專設(shè)的管路進(jìn)行平衡，因氣體在出氣管中瞬時的反向流動，會使各轉(zhuǎn)輪凹坑內(nèi)進(jìn)行的換氣過程相互干擾。另一種是把換氣進(jìn)口設(shè)在換氣出口之前，轉(zhuǎn)輪的凹坑能首先與低壓換氣進(jìn)口接通，這種方式對換氣過程較為有利，但進(jìn)入轉(zhuǎn)輪凹坑「28」內(nèi)的熱氣體因要轉(zhuǎn)過溫度較低的換氣出口，會使熱氣體的溫度下降一些。由于上述的第一種方式有利于使熱氣體保持原來的溫度，在利用這種方式時，為減少換氣過程的相互干擾，可采用以下連接方式(參看圖2)，低壓換氣出口「4」分別經(jīng)進(jìn)氣閥「89」和出氣閥「91」與壓力平衡管「90」和出氣管「92」相連通，這兩條管路在出氣管總出氣端以外的適當(dāng)位置處溝通為一條后，再與循環(huán)泵「95」相連通。在這種連接方式中，為壓力平衡而進(jìn)入轉(zhuǎn)輪凹坑內(nèi)的一部分氣體是從出氣管總出氣端以外位置處分流來的，對其它轉(zhuǎn)輪凹坑內(nèi)的換氣過程影響很小。
在圖2中，殼體的低壓換氣出口「4」處于低壓換氣進(jìn)口「5」之前，并設(shè)有壓力平衡管進(jìn)行壓力平衡。低壓換氣出口「4」分別經(jīng)進(jìn)氣閥「89」和出氣閥「91」與壓力平衡管「90」和出氣管「92」相連通，壓力平衡管和出氣管在出氣管總出氣端以外的位置相溝通為一條，然后經(jīng)循環(huán)泵「95」、回?zé)崞鳌?7」的加熱器「99」、管路「105」和進(jìn)氣管「93」與低壓換氣進(jìn)口「5」相連通。為安裝方便，進(jìn)氣管「93」、壓力平衡管「90」和出氣管「92」制成一體，用螺栓「94」固定在殼體「2」的裝配面「21」上。循環(huán)泵「95」采用的是羅茨泵，也可利用其它旋轉(zhuǎn)式容積泵來作為循環(huán)泵，泵的流量被控制在使凹坑「28」內(nèi)能充分進(jìn)行換氣的范圍內(nèi)。上述的回?zé)崞鳌?7」安裝在機(jī)體「50」的右側(cè)，它主要由外殼「98」和加熱器「99」構(gòu)成，加熱器有一個由很多根加熱管構(gòu)成的加熱管組「100」，加熱管組的兩端分別與加熱器的進(jìn)氣端和出氣端相溝通。由于轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)有上、下兩個排氣口，從下排氣口排出的廢氣因壓力較高，很適合進(jìn)行廢氣渦輪增壓，因此，從兩排氣口出來的廢氣在沒經(jīng)廢氣渦輪之前是不能相混合的。為適應(yīng)這一要求，外殼「98」內(nèi)的隔板「101」把加熱管組「100」外部的空間分成了低壓室「102」和高壓室「103」兩部分，殼體的上排氣口「10」經(jīng)低壓室后通向外界，汽缸的下排氣口「53」經(jīng)高壓室和廢氣渦輪(參看圖18)后再通向外界。從氣缸出來的廢氣流過加熱管組「100」后，廢氣中的部分熱量經(jīng)管壁傳給內(nèi)部的低溫壓縮空氣，從而使廢氣熱量得到回收。為提高換熱效率，加熱管組內(nèi)的低溫氣體應(yīng)通過逆流換熱方式與外部的廢氣進(jìn)行換熱，另外，加熱管組應(yīng)具有足夠的換熱面積。
殼體的壓力平衡口「6」設(shè)在高壓換氣出口「7」之前，兩口通過壓力平衡管「108」和出氣管「109」在出氣管總出氣端以外的適當(dāng)位置處連通為一條，然后經(jīng)管路「115」與循環(huán)泵「112」相連通，管路出循環(huán)泵「112」后分為兩條，一條經(jīng)管路「113」直接與二次燃燒器「117」的空氣進(jìn)口「118」相連通，另一條經(jīng)管路「114」、鼓風(fēng)泵「121」、管路「122」、燃燒爐「123」和除塵器「136」與二次燃燒器「117」的燃?xì)膺M(jìn)口「119」相連通，二次燃燒器「117」的燃?xì)獬隹凇?20」經(jīng)進(jìn)氣管「110」與殼體的高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。壓力平衡管「108」、出氣管「109」和進(jìn)氣管「110」也是制成一體，用螺栓「111」固定在殼體「2」的裝配面「20」上。循環(huán)泵「112」也采用的是羅茨泵，其流量被控制在使轉(zhuǎn)輪凹坑「28」內(nèi)能進(jìn)行充分換氣的范圍內(nèi)，雖然在一個凹坑內(nèi)進(jìn)行的換氣過程是間斷的，但由于汽缸數(shù)量的增多，循環(huán)泵是連續(xù)輸送氣體的。為準(zhǔn)確控制進(jìn)入燃燒爐「123」內(nèi)的空氣量，鼓風(fēng)泵「121」也可采用羅茨泵，鼓風(fēng)泵的流量是可控制的，根據(jù)燃燒的需要，從最大流量與循環(huán)泵相同到停止輸氣。由于循環(huán)泵的流量是一定的，從循環(huán)泵出來的空氣被鼓風(fēng)泵「121」送進(jìn)燃燒爐「123」一部分后，剩下的才能進(jìn)入二次燃燒器「117」中。在循環(huán)泵及鼓風(fēng)泵的作用下，氣體的流程如結(jié)構(gòu)圖和布置圖中的粗箭頭所示。
燃燒爐「123」是為煤或其它固體燃料提供的燃燒場所，它通過一次空氣進(jìn)口「125」和燃?xì)獬隹凇?27」連接在鼓風(fēng)泵「121」和除塵器「136」之間。燃燒爐具有一個耐高壓的外殼「124」，外殼的上面和下面分別裝有進(jìn)煤裝置「140」和排灰裝置「157」，在外殼中的上部設(shè)有爐膛「126」，爐膛上部與燃?xì)獬隹凇?27」相連接，在爐膛內(nèi)設(shè)有注煤管「128」，由進(jìn)煤裝置「140」送進(jìn)煤倉「152」的煤從給煤機(jī)「153」出來后，可沿注煤管「128」落到下面的燃料層「132」上。在爐膛「126」的下方分別設(shè)有回轉(zhuǎn)爐篦「129」、灰渣粉碎機(jī)「130」和灰倉「131」。回轉(zhuǎn)爐篦「129」由驅(qū)動機(jī)構(gòu)(未畫)帶動工作，可把燃料層「132」中產(chǎn)生的灰渣自動的排到下面，為適應(yīng)不同煤耗下的燃燒過程，回轉(zhuǎn)爐篦的排灰量是可控制的。由一次空氣進(jìn)口「125」而來的空氣經(jīng)通路流到回轉(zhuǎn)爐篦「129」的下面后，能穿過爐的縫隙進(jìn)入上面的燃料層「132」中，以便和煤進(jìn)行燃燒，經(jīng)燃燒所產(chǎn)生的燃?xì)饪梢匀細(xì)獬隹凇?27」流出。從回轉(zhuǎn)爐「129」排出的灰渣被灰渣粉碎機(jī)「130」粉碎后，可落到下面的灰倉「131」中，以便被排灰裝置「157」排列外界。煤在燃燒爐「123」中進(jìn)行的是層狀高壓燃燒過程，由于煤與空氣是等量燃燒的，而進(jìn)入燃燒爐內(nèi)有限的空氣又被壓縮到很大程度，因此，空氣是以很緩慢的速度流過燃料層的，從而有利于使燃?xì)庵械娘w灰含量減少，但這一特點(diǎn)對進(jìn)行類似于沸騰床這樣的燃燒過程有困難。圖中所給出的燃燒爐較適合用2-40mm的碎煤作燃料，在實(shí)際應(yīng)用時，還可采用其它不同結(jié)構(gòu)的燃燒爐，以適應(yīng)不同種類或不同形狀的固體燃料。
除塵器「136」設(shè)在燃燒爐之后，以使燃?xì)庵械娘w灰被清除。圖中所示的除塵器為機(jī)械式除塵器。由于燃燒爐所產(chǎn)生的燃?xì)鉁囟群蛪毫芨撸⑶伊髁坑州^小，采用靜電式除塵器也是很適合的。二次燃燒器「117」設(shè)在除塵器「136」之后，由于燃燒爐所產(chǎn)生的燃?xì)庵羞€含有一定量的可燃成份，這部分燃?xì)饨?jīng)除塵器進(jìn)入二次燃燒器后，與進(jìn)入其中的二次空氣又混合燃燒，以使燃燒進(jìn)行的更充分。在上述燃燒爐的爐膛、除塵器、二次燃燒器和各管路等處，凡是受高溫燃?xì)饧訜岬牟课唬荚O(shè)有耐熱隔熱層「137」，以減少散熱損失和避免外殼過熱。
進(jìn)煤裝置「140」通過煤倉「152」裝在燃燒爐「123」的上面，它在很少漏氣的條件下，能把一定量的煤送入與燃燒爐相通的煤倉「152」內(nèi)。進(jìn)煤裝置的結(jié)構(gòu)如圖8所示，它有一外殼「141」，在其內(nèi)部的供給室「144」中裝有浮筒「145」。當(dāng)浮筒處于上部位置時，給煤閥「147」伸進(jìn)供給室「144」，閥后部的進(jìn)煤口「148」也隨之移進(jìn)供給室內(nèi)，然后，用螺旋輸送機(jī)「149」或氣流輸送方法把一定量的煤「154」從進(jìn)煤口「148」送進(jìn)供給室中。此時，由于裝在浮筒「145」中的阻煤塞「146」處于下部位置，把通向球閥「150」的通道遮蓋住，煤「154」不會落在球閥上面。另外，因球閥「150」關(guān)閉，燃燒爐內(nèi)的高壓氣體也不會經(jīng)煤倉「152」從球閥處泄漏。向供給室「144」中加完煤后，給煤閥「147」退回到關(guān)閉的位置(如圖中左側(cè)給煤閥所示的位置)，從油口「142」通入的壓力油使浮筒「145」下移到與煤「154」相接觸的位置，但并不對煤進(jìn)行很大的壓縮，在用低溫空氣或惰性氣體加壓到與燃燒爐相同的壓力后，球閥「150」開啟，油口「143」與低壓油相通，因作用在阻煤塞「146」上的氣體壓力較大，使阻煤塞縮進(jìn)浮筒「145」中，出煤口「151」被溝通。供給室「144」中的煤「154」在重力作用下，經(jīng)出煤口落進(jìn)下面的煤倉「152」中，以便由給煤機(jī)「153」送入燃燒爐。在煤落進(jìn)煤倉的同時，從油口「142」又通入的高壓油也使浮筒「145」以稍落后于煤下落的速度向下移動，煤流出供給室「144」后，浮筒「145」也移到下部位置，把高壓氣體擠出供給室，隨后，球閥「150」關(guān)閉。球閥關(guān)閉后，向油口「143」通入壓力油，壓力油借助于阻煤塞「146」的反作用，使浮筒「145」升回到上部位置，接下來給煤閥「147」又伸進(jìn)供給室「144」，以重復(fù)上述的進(jìn)煤動作。圖中所給出的這種進(jìn)煤裝置即能可靠的把煤送入燃燒爐的煤倉中，又不泄漏高壓氣體。同時，由于給煤閥、球閥和高壓滑動面不受煤的直接磨損，使進(jìn)煤裝置具有較大的使用壽命。
排灰裝置「157」安裝在燃燒爐「123」的下面，它的作用是在很少泄漏高壓氣體的條件下，把燃燒爐內(nèi)的灰渣排到外界。該裝置的結(jié)構(gòu)如圖9所示，在灰斗「166」上面的垂直灰道「160」中設(shè)有球閥「164」，垂直灰道的上部還有一壓灰器「161」，垂直灰道經(jīng)斜灰道「159」與螺旋排灰器「158」的出灰端相連通，排灰器的進(jìn)灰端直接通到燃燒爐「123」的灰倉「131」下面。在灰斗「166」的底部設(shè)有排灰口「167」，由兩球閥「168」和「169」控制排灰口的開啟和關(guān)閉，內(nèi)側(cè)的閥「168」是阻灰閥，外側(cè)的閥「169」是氣體密封閥，該閥比阻灰閥早開啟晚關(guān)閉，以避免直接被灰渣磨損?；叶返撞康倪m當(dāng)位置處還有一噴氣口「170」，該口經(jīng)閥「171」與壓縮空氣源(未畫)相連通。排灰裝置是按鎖斗方式工作的，在灰斗「166」進(jìn)灰時，閥「164」開啟，以使垂直灰道「160」溝通，灰斗底部的出灰口「167」由閥「168」和閥「169」關(guān)閉?；覀}「131」中的灰渣在螺旋排灰器「158」的輸送下，經(jīng)斜灰道「159」、垂直灰道「160」和開啟的球閥「164」落入灰斗「166」中。當(dāng)灰渣「172」裝滿灰斗「166」后，因灰道內(nèi)的灰渣被阻壓力增加，設(shè)在垂直灰道內(nèi)的灰量傳感器「163」被壓動發(fā)出控制信號，控制信號發(fā)出后，螺旋推灰器「158」停止輸灰，同時，處于上部位置的壓灰器「161」在油缸「162」的推動下移到下部，穿過球閥「164」上的通孔「165」，把停在垂直灰道和通孔內(nèi)的灰渣壓進(jìn)灰斗「166」中，然后壓灰器退出球閥「164」上的通孔，停在把斜灰道「159」遮擋住的位置處，使灰渣不落在球閥「164」上面，讓球閥關(guān)閉。球閥「164」關(guān)閉后，關(guān)閉排灰口「167」的球閥「169」和「168」先后開啟，使灰斗「166」開始排灰，灰渣在噴氣口「170」，噴出的壓縮空氣攜帶下(此時關(guān)閉噴氣口的閥已開啟)，經(jīng)兩球閥從排灰口「167」排到外界?；叶分械幕以慌懦蓛艉螅呕視r開啟的各閥關(guān)閉，用空氣加壓到與燃燒爐相同的壓力后，垂直灰道的球閥「164」開啟，停止半路的壓灰器「161」退回上部位置，隨后，螺旋排灰器「158」又開始旋轉(zhuǎn)，以重復(fù)上述的排灰過程。
上述方案中的燃燒爐和除塵器等是為使用固體燃料而設(shè)置的，在只使用氣體和液體燃料時，可采用結(jié)構(gòu)較簡單的燃燒室「175」來作為內(nèi)部燃燒裝置(參看圖14)，在這種方案中，壓力平衡口「6」和高壓換氣出口「7」通過管路連通為一條后，經(jīng)循環(huán)泵「112」和燃燒室「175」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通，燃燒室「175」是一個普通的燃燒裝置，燃油被噴霧器「176」噴進(jìn)燃燒室后，與進(jìn)入其中的壓縮空氣混合燃燒，以形成高溫高壓燃?xì)狻?br>以上兩種方案都是以內(nèi)燃方式工作的，在以外燃方式工作的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)中，還可利用多種不同形式的外部熱源來加熱作功氣體。能作為外部熱源的加熱裝置通常有原子反應(yīng)堆、太陽能、化學(xué)反應(yīng)生成熱裝置和各種形式的蓄熱器等。圖10示出了一種用外燃方式工作的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖，圖中的外部熱源是一種原子反應(yīng)堆，在這種布置形式中，壓力平衡口「6」和高壓換氣出口「7」通過管路連通為一條后，經(jīng)循環(huán)泵「112」和原子反應(yīng)堆「181」加熱器「180」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。循環(huán)泵「112」使低溫氣體流過加熱器「180」后，被原子反應(yīng)堆「181」內(nèi)的傳熱片及高溫部件「182」加熱，從而形成作功氣體。這種外燃工作方式即可采用閉式循環(huán)，也可采用開式循環(huán)。
以上各方案都以單一加熱方式工作的，在一些特殊的工作條件下還可同時設(shè)置兩套以內(nèi)燃和外燃方式工作的不同加熱裝置，以便根據(jù)需要，隨時把原來的加熱方式轉(zhuǎn)換為另一種相反的加熱方式。為實(shí)現(xiàn)這一目的，所采用的布置形式如圖11所示，壓力平衡口「6」和高壓換氣出口「7」通過管路連通為一條，然后與循環(huán)泵「112」相連通，管路出循環(huán)泵「112」后分為兩條，一條經(jīng)閥「189」與燃燒室「175」相連通，另一條經(jīng)閥「188」與外部熱源「185」的加熱器「180」相連通，出燃燒室「175」和加熱器「180」的管路合為一條后，與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通，圖中所示的外部熱源「185」是一種太陽能加熱裝置。用加熱器「180」來加熱作功氣體時，與加熱器相通的閥「188」開啟，閥「189」關(guān)閉，陽光「186」被反射鏡「187」聚集后，照射在加熱器「180」上，從而使加熱器內(nèi)部的循環(huán)氣體被加熱。在陽光因日落或陰天而消失時，只要關(guān)閉閥「188」，開啟與燃燒室「175」相通的閥「189」，使噴入燃燒室「175」內(nèi)的燃油與空氣進(jìn)行燃燒，便可把原來因條件變化而不能進(jìn)行的外燃工作方式轉(zhuǎn)換為內(nèi)燃工作方式。同樣，在內(nèi)燃方式不能繼續(xù)得到大量空氣(例如在潛水艇中)而應(yīng)利用蓄熱器等不耗用空氣的外部熱源時，也可隨時把正在進(jìn)行的內(nèi)燃工作方式轉(zhuǎn)換為外燃方式。這種方案以外燃方式工作時，在得不到大量空氣的條件下，其放熱方式為閉式循環(huán)，轉(zhuǎn)換為內(nèi)燃工作方式后，再改為開式循環(huán)。上述的加熱方式轉(zhuǎn)換很容易，通過操縱閥「188」和「189」便可實(shí)現(xiàn)。
加熱器「180」和燃燒室「175」除并聯(lián)布置以外，還可串聯(lián)布置在串聯(lián)布置形式中，壓力平衡口「6」和高壓換氣出口「7」通過管路連通為一條后，經(jīng)循環(huán)泵「112」、外部加熱裝置的加熱器「180」和燃燒室「175」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。這種布置形式轉(zhuǎn)換加熱方式更為容易。
以上說明了第一實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)和它的幾種基本布置形式，這種第一實(shí)施方案是通過內(nèi)燃或外燃方式在混合加熱狀態(tài)下來形成作功氣體的，排氣中的熱量可由回?zé)崞鞒浞只厥?。由于這種實(shí)施方案很復(fù)雜，較適合用于電站、船舶等大型裝置中。
為簡化結(jié)構(gòu)和適應(yīng)不同的用途，可采用第二種實(shí)施方案，這一方案所用的轉(zhuǎn)輪裝置「40」如圖12所示，該裝置是由殼體「41」、轉(zhuǎn)輪「42」和兩個端蓋「35」所組成，用螺栓「48」(雙點(diǎn)劃線所畫)固定在上述的汽缸體「51」上。在殼體上依次設(shè)有進(jìn)氣口「3」、壓力平衡口「6」、高壓換氣出口「7」、高壓換氣進(jìn)口「8」通氣口「9」和上排氣口「10」，在轉(zhuǎn)輪「42」的圓周面「27」上分別設(shè)有三個形狀尺寸相同、彼此間隔角度相等的凹坑「28」，同第一實(shí)施方案一樣，轉(zhuǎn)輪「42」也經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)「71」由曲軸「68」驅(qū)動，按箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)，但這種具有三個凹坑的轉(zhuǎn)輪「42」與曲軸的轉(zhuǎn)速比為1∶3。與第一實(shí)施方案相比，轉(zhuǎn)輪裝置「40」的殼體「41」上少設(shè)了一組低壓換氣進(jìn)出口，同時，轉(zhuǎn)輪「42」上也少設(shè)了一個凹坑。
第二實(shí)施方案中的幾種基本布置形式如圖13至16所示。圖13描述了用煤作燃料、內(nèi)燃混合加熱型轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖，其中，燃燒爐「123」、除塵器「136」和二次燃燒器「117」的布置與第一實(shí)施方案中的布置相同，也是讓管路出循環(huán)泵「112」后分為兩條，一條經(jīng)鼓風(fēng)泵「121」、燃燒爐「123」和除塵器「136」與二次燃燒器「117」相連通，另一條直接與二次燃燒器「117」相連通，二次燃燒器則與殼體的高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。
圖14給出一種用燃燒室「175」作內(nèi)部燃燒裝置的布置形式，如圖所示，壓力平衡口「6」和高壓換氣出口「7」通過管路連通為一條后，經(jīng)循環(huán)泵「112」和燃燒室「175」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通，在燃燒室「175」內(nèi)，燃料與壓縮空氣經(jīng)燃燒而產(chǎn)生作功所需的燃?xì)狻?br>圖15示出了一種用化學(xué)反應(yīng)生成熱裝置「192」作為外部熱源的布置形式，在這種布置形式中，壓力平衡口「6」和高壓換氣出口「7」通過管路連通為一條后，經(jīng)循環(huán)泵「112」和加熱器「180」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通，在循環(huán)泵「112」的作用下，低溫氣體流過加熱器「180」后，經(jīng)傳熱片「193」被化學(xué)反應(yīng)生成熱裝置「192」加熱，以形成高溫高壓氣體。
圖16描述了一種能轉(zhuǎn)換加熱方式的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖，圖中外部熱源采用的是蓄熱器「196」，內(nèi)部燃燒裝置采用的是燃燒室「175」。由圖可見，殼體的壓力平衡口「6」和高壓換氣出口「7」通過管路溝通為一條，然后與循環(huán)泵「112」相連通，管路出循環(huán)泵「112」后分為兩條，一條經(jīng)閥「188」與加熱器「180」相連通，另一條經(jīng)閥「189」與燃燒室「175」相連通，出加熱器「180」和燃燒室「175」的管路合為一條后與殼體的高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。在利用燃燒室「175」產(chǎn)生作功氣體時，與燃燒室相通的閥「189」開啟，閥「188」關(guān)閉。這期間，可通過一定的方式對蓄熱器「196」進(jìn)行充熱，被充熱后的蓄熱材料「197」由于處于隔熱層「198」內(nèi)，因此，散熱損失很小。因條件變化(例如沒有大量空氣或當(dāng)時環(huán)境不許排放燃燒氣體等)應(yīng)把內(nèi)燃方式改為外燃方式時，可開啟通向加熱器「180」的閥「188」，把通向燃燒室的閥「189」關(guān)閉，循環(huán)泵「112」使低溫氣體流過加熱器「180」后，氣體通過傳熱片「199」被蓄熱器「196」內(nèi)的蓄熱材料「197」加熱，從而形成作功所需的高溫高壓氣體。在第二實(shí)施方案中，也可采用把加熱器「180」和燃燒室「175」串聯(lián)起來的布置形式。
在上述采用了加熱器「180」的各種布置形式中，根據(jù)條件和環(huán)境的不同，加熱器可設(shè)在較遠(yuǎn)離發(fā)動機(jī)主體的位置處。雖然因輸氣管路的延長使系統(tǒng)內(nèi)部容積增大，但這種因素對熱效率影響不大，只要高溫氣體能得到很好的隔熱，就可保持較高的熱效率。這一特點(diǎn)對于靈活設(shè)計(jì)和安置加熱器是特別有利的。
第二實(shí)施方案是通過內(nèi)燃或外燃方式在混合狀態(tài)下來加熱作功氣體的，由于第二實(shí)施方案中的轉(zhuǎn)輪裝置比較簡單，也沒有回?zé)崞鞯认鄳?yīng)的部件，其應(yīng)用范圍較為廣泛。但這一方案因沒有回?zé)崞鳎荒芑厥张艢鉄崃俊?br>在以上所表明的第二實(shí)施方案中，除因轉(zhuǎn)輪裝置的不同而沒有回?zé)崞鞯炔考酝猓捎谄渌饕糠值倪B接關(guān)系及內(nèi)部構(gòu)造同上述的第一實(shí)施方案完全一樣，因此不另說明。
在上述所給出的各方案中，無論采用內(nèi)燃或外燃方式工作，作功所需的熱量都是在混合狀態(tài)下加入的，為使熱量能通過內(nèi)燃方式在定容狀態(tài)下加入，還可采用第三種實(shí)施方案。圖17描述了這一方案所采用的轉(zhuǎn)輪裝置「44」，由圖可見，該裝置是由殼體「45」、轉(zhuǎn)輪「42」和兩個端蓋「35」所組成，轉(zhuǎn)輪裝置「44」可通過螺栓「48」(雙點(diǎn)劃線所畫)固定在上述所給出的汽缸體「51」上。在殼體「45」上依次設(shè)有進(jìn)氣口「3」、低壓換氣出口「4」、低壓換氣進(jìn)口「5」、通氣口「9」和上排氣口「10」，在殼體的低壓換氣進(jìn)口與通氣口之間裝有噴油器「46」，另外，還可安裝火花塞「47」這一點(diǎn)火部件。在轉(zhuǎn)輪「42」上分別設(shè)有三個形狀尺寸相同、彼此間隔角度相等的凹坑「28」。轉(zhuǎn)輪經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)「71」在曲軸「68」的帶動下，能按箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)，兩者的轉(zhuǎn)速比為1∶3。在這種轉(zhuǎn)輪裝置中，因凹坑「28」不能把低壓換氣進(jìn)口「5」和通氣口「9」溝通，因此，在凹坑轉(zhuǎn)到低壓換氣進(jìn)口和通氣口之間的這段時間里是處于定容狀態(tài)的，從而使噴入的燃油與其中的空氣能在定容狀態(tài)下燃燒。與第一實(shí)施方案中的轉(zhuǎn)輪裝置「1」相比，轉(zhuǎn)輪裝置「44」的殼體「45」上少設(shè)了一組高壓換氣進(jìn)出口及壓力平衡口，轉(zhuǎn)輪「42」上也相應(yīng)的少設(shè)了一個凹坑。
圖18描述的是第三實(shí)施方案中帶有回?zé)崞鞯霓D(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖，在這一布置形式中，低壓換氣出口「4」經(jīng)循環(huán)泵「95」和回?zé)崞鳌?7」的加熱器「99」與低壓換氣進(jìn)口「5」相連通，上排氣口「10」和下排氣口「53」分別與回?zé)崞鳌?7」的低壓室「102」和高壓室「103」相連通。在這種方案中，由于被回?zé)崞黝A(yù)熱后的空氣溫度一般不能很高，因此，在轉(zhuǎn)輪凹坑「28」轉(zhuǎn)到定容狀態(tài)時，噴入凹坑內(nèi)的燃油是被殼體「45」上的火花塞「47」點(diǎn)燃的，燃油與壓縮空氣燃燒后，才能形成作功所需的燃?xì)?。由于上述燃燒過程是在定容狀態(tài)下進(jìn)行的，另外，排氣中的熱量又被充分的回收，因此，這種布置形式所具有的循環(huán)效率是最高的。
圖19給出一種用外燃和內(nèi)燃混合方式工作的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的布置圖，由圖可見，低壓換氣出口「4」分別經(jīng)進(jìn)氣閥「89」和出氣閥「91」后通過管路溝通為一條，然后經(jīng)循環(huán)泵「95」和加熱器「180」與低壓換氣進(jìn)口「5」相連通。圖中給出的布置形式是用燃燒裝置「204」來作為外部熱源的，如果需要，也可采用其它不同形式的外部熱源。在這種布置形式中，加熱器「180」內(nèi)的低溫空氣首先被外部燃燒裝置「204」加熱，使氣體在外燃方式下先接受部分熱量。被加熱的空氣進(jìn)入轉(zhuǎn)輪凹坑「28」后，在凹坑轉(zhuǎn)到定容狀態(tài)時，噴油器「46」向凹坑內(nèi)噴出燃油，因?yàn)楸患訜崞黝A(yù)熱過的空氣溫度較高，超過了燃油的自然溫度，燃油進(jìn)入凹坑后，立即與熱空氣混合燃燒，從而形成高溫高壓燃?xì)狻２捎眠@種布置形式的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，在部分負(fù)荷時，可只用外燃方式工作，在較高負(fù)荷時，再用外燃和內(nèi)燃相混合的方式工作。顯然，這種以內(nèi)燃和外燃混合加熱的方式對降低排氣污染是很有利的。
如上所述，第三實(shí)施方案是通過內(nèi)燃方式在定容狀態(tài)下來形成高溫高壓燃?xì)獾?，在形成燃燒氣體之前，空氣可先被廢氣或外部熱源充分預(yù)熱。在這一方案中，燃燒只在處于定容狀態(tài)下的轉(zhuǎn)輪凹坑內(nèi)進(jìn)行，所散失的熱量很少。另外，這種方案所采用的轉(zhuǎn)輪裝置較為簡單，對隔熱和散熱的要求要低于第一和第二實(shí)施方案，這一方案具有的適用范圍也很廣泛。
對第三實(shí)施方案沒描述的部分，可參看上述的第一實(shí)施方案。
當(dāng)轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)用于車輛時，為讓發(fā)動機(jī)能產(chǎn)生較大的制動力矩，如圖19所示，可在冷卻器「80」與進(jìn)氣口「3」之間的輸氣管上設(shè)置閥「209」，在加熱器「180」與低壓換氣進(jìn)口「5」和出口「4」之間的兩條輸氣管路上分別設(shè)置閥「210」和閥「211」。在車輛下長坡或減速剎車時，為讓發(fā)動機(jī)產(chǎn)生制動力矩，可把上述的閥「209」、閥「210」和閥「211」關(guān)閉。閥「210」和閥「211」關(guān)閉后，因加熱器「180」內(nèi)的壓縮空氣不能進(jìn)到轉(zhuǎn)輪凹坑「28」內(nèi)，使發(fā)動機(jī)不再發(fā)出功率。閥「209」的關(guān)閉，把通向進(jìn)氣口「3」的通路切斷，因坡路或慣性而行駛的車輛使活塞下部氣泵繼續(xù)產(chǎn)生著壓縮空氣，這部分壓縮空氣排出汽缸后，進(jìn)到冷卻器(和另設(shè)的儲壓器)中被儲存起來。此時，因活塞消耗著一定的壓縮功，使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生了很大的制動力矩，剎車能量通過儲存壓縮空氣的形式也得到部分回收。設(shè)置上述各閥除能使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生制動力矩以外，在發(fā)動機(jī)停車時，關(guān)閉的閥門還可防止冷卻器和加熱器內(nèi)部的高壓氣體向外泄漏，這一特點(diǎn)對保證發(fā)動機(jī)的迅速起動很重要。
上述各實(shí)施方案所采用的轉(zhuǎn)輪裝置主要有三種(參看圖4、圖12和圖17)，由于轉(zhuǎn)輪與殼體是相互配合的，因此，兩者之間有著特定的角度關(guān)系。對于轉(zhuǎn)輪「25」或「42」，凹坑「28」的開口角「a」可等于或稍大于凹坑之間相隔部分的輪葉角「b」，一般凹坑開口角「a」稍大于輪葉角「b」較為合適。
對于轉(zhuǎn)輪與殼體，如圖4、圖12和圖17所示，轉(zhuǎn)輪的輪葉角「b」略大于殼體的通氣口角「c」，這樣在凹坑「28」與通氣口「9」剛接通時，使輪葉部分與通氣口另一側(cè)邊緣部分相重合，以形成一定的密封距離，輪葉角「b」減通氣口角「c」所剩下的角度應(yīng)小于10℃，在能保證密封的前提下，越小越好;通氣口「9」與上排氣口「10」之間的相隔部分角「b」小于凹坑開口角「a」的三分之一，使凹坑「28」能把通氣口「9」和上排氣口「10」溝通，并形成較大的流通截面積，以便讓汽缸「52」中的廢氣從形成的排氣通道排到外界;上排氣口「10」所占的角度「e」約等于凹坑開口角「a」的三分之一左右;進(jìn)氣口「3」與上排氣口「10」之間的相隔部分角「f」稍大于凹坑開口角「a」，以防止壓縮空氣從上排氣口漏出;進(jìn)氣口「3」與低壓換氣出口「4」或壓力平衡口「6」之間的相隔部分角「g」稍大于凹坑開口角「a」，其中，圖12中的壓力平衡口「6」與進(jìn)氣口「3」之間的相隔部分角「g」較大于凹坑開口角「a」，以防止相鄰的工作容積經(jīng)凹坑「28」竄氣。在圖4和圖17中，低壓換氣進(jìn)口「5」和出口「4」所占的角度「n」可等于或略小于凹坑開口角「a」，使凹坑「28」能把這兩個氣口溝通，以便進(jìn)行換氣過程。
在圖4中，低壓換氣進(jìn)口「5」與壓力平衡口「6」之間的相隔部分角「i」較大于凹坑開口角「a」。在圖4和圖12中，壓力平衡口「6」設(shè)在高壓換氣出口「7」之前的適當(dāng)位置處，兩口之間的相隔部分角度在3°～15°范圍內(nèi)，在轉(zhuǎn)輪按箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)輪凹坑「28」先與壓力平衡口「6」接通，然后再與高壓換氣出口「7」接通;高壓換氣進(jìn)口「8」和出口「7」所占的角度「j」可等于或略小于凹坑開口角「a」，使高壓換氣進(jìn)口能被凹坑「28」溝通，以便進(jìn)行換氣過程;高壓換氣進(jìn)口「8」與通氣口「9」之間的相隔部分角「k」可等于或小于凹坑開口角「a」，在相隔角「k」較小于凹坑開口角「a」時，能降低循環(huán)的最高壓力。
在圖17中，低壓換氣進(jìn)口「5」與通氣口「9」之間的相隔部分角「i」較大于凹坑開口角「a」，以使轉(zhuǎn)輪凹坑「28」轉(zhuǎn)在低壓換氣進(jìn)口「5」和通氣口「9」之間時處于定容狀態(tài)，從而為噴入凹坑內(nèi)的燃油提供一定的燃燒時間。相隔部分角「i」減凹坑開口角「a」所剩下的是定容狀態(tài)持續(xù)角「m」，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪裝置時，可很容易的使這一角度達(dá)到20℃，這相當(dāng)于轉(zhuǎn)輪凹坑能在60°曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)處于定容狀態(tài)。
上述各實(shí)施方案采用的都是帶有十字頭的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，雖然這種機(jī)構(gòu)的活塞下側(cè)很容易形成汽泵結(jié)構(gòu)，但十字頭和活塞桿產(chǎn)生的慣性力矩是很大的，同時，也使結(jié)構(gòu)的高度增加。為克服這些缺點(diǎn)，并使活塞下部能繼續(xù)的提供壓縮空氣，圖20和圖21給出了一種改進(jìn)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)和相應(yīng)的機(jī)體，由圖可見，活塞「217」裝在汽缸「234」中，為能形成汽泵結(jié)構(gòu)，在活塞「217」的下部設(shè)有連桿套「230」，連桿套與裙筒「219」制成一體，并通過裙筒套裝在活塞頭「218」的下部，連桿套「230」把連桿「231」的大部分桿身套在其中，連桿在連桿套中不但能擺動一定的角度，同時，對連桿套的板壁還起到支承作用，為使連桿大頭能穿過裙筒和連桿套，連桿大頭采用的是斜切口連接，其厚度也與桿身相同，活塞「217」通過連桿「231」與曲軸箱「241」中的曲軸「232」相連接。為形成汽泵結(jié)構(gòu)，在汽缸「234」的下面裝有閥板「235」，閥板上設(shè)有使連桿套「230」穿過的長形口，連桿套穿過閥板「235」后，把活塞「217」下側(cè)的汽缸容積分成了兩個相等的部分「239」和「240」，在閥板「235」的長形口兩側(cè)(汽缸下部開口范圍內(nèi))分別設(shè)有進(jìn)氣閥「236」和出氣閥「237」，從而形成活塞下部的汽泵結(jié)構(gòu)。只要把轉(zhuǎn)輪裝置固定在這種機(jī)體的汽缸體「233」上，再使閥板「235」的出氣閥「237」經(jīng)冷卻器通向殼體的進(jìn)氣口「3」，轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)就可利用這種曲柄連桿機(jī)構(gòu)來傳遞動力。但由于閥板和連桿套的限制，這種曲柄連桿機(jī)構(gòu)只適合采用較小的行程缸徑比和最大的連桿比。另外，因連桿套「230」占據(jù)很大一部分汽缸容積，為了增加充氣量，還應(yīng)采用具有較大增壓比的壓氣機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償性增壓，以補(bǔ)償所減少的進(jìn)氣量。
轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的工作過程如下第一，進(jìn)氣過程。在這一過程中，活塞「64」從下止點(diǎn)向上運(yùn)動，因活塞下側(cè)的汽缸容積內(nèi)氣壓降低，空氣經(jīng)進(jìn)氣閥「55」進(jìn)入活塞下側(cè)的汽缸容積內(nèi)。在只以閉式循環(huán)工作的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)中，也可以用其它氣體代替空氣進(jìn)入汽缸內(nèi)?；钊?4」移到上止點(diǎn)時，進(jìn)氣閥「55」關(guān)閉，進(jìn)氣過程結(jié)束。
第二，壓縮排出過程?；钊?4」從上止點(diǎn)向下移動，壓縮下部吸進(jìn)來的空氣，空氣被壓縮到一定程度后，出氣閥「56」被開啟，壓縮空氣在活塞的壓縮作用下，經(jīng)出氣閥進(jìn)入冷卻器「80」中，活塞「64」移到下止點(diǎn)后，出氣閥「56」關(guān)閉，壓縮排出過程結(jié)束。
由于上述的進(jìn)氣和壓縮排出過程是按往復(fù)式壓氣機(jī)特性工作的，因此，活塞下部汽泵的單級增壓比最大可達(dá)到10∶1，如果增壓時采用較高的增壓壓力，還可使總增壓比超過10∶1。這樣，利用冷卻器進(jìn)行中間冷卻的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)就能使壓縮比達(dá)到6～10的范圍內(nèi)，與現(xiàn)有的汽油機(jī)相當(dāng)。
第三，冷卻過程。冷卻過程是通過冷卻器「80」來實(shí)現(xiàn)的，在冷卻過程中，被排出汽缸的壓縮空氣進(jìn)到冷卻器「80」內(nèi)，空氣的壓縮熱通過冷卻管組「82」傳到外界，形成低溫壓縮空氣。在轉(zhuǎn)輪的凹坑「28」與殼體的進(jìn)氣口「3」接通后，從冷卻器出來的低溫壓縮空氣經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)到凹坑內(nèi)，使冷卻過程結(jié)束。
由于冷卻過程，上述的壓縮排出過程是在接近定溫狀態(tài)下進(jìn)行的。在這種狀態(tài)下，活塞所消耗的壓縮功較少，壓縮終點(diǎn)時空氣的溫度和壓力較低，從而使整個循環(huán)的溫度和壓力得到降低，排氣損失和散熱損失減少，同時還有利于減小熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。雖然轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)所適合的壓縮比較低，再通過增加壓縮比來提高效率的困難性很大，但本發(fā)明由于采用了冷卻器這一部件，冷卻器至少能把壓縮空氣的溫度降低300℃～400℃，使熱效率提高15%～20%，去掉各種損失之后，完全可使轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的熱效率達(dá)到或超過現(xiàn)有的柴油機(jī)。
第四，回?zé)徇^程?；?zé)徇^程是通過換氣過程來實(shí)現(xiàn)的，隨著轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)輪凹坑「28」把低壓換氣出口「4」和低壓換氣進(jìn)口「5」溝通時，回?zé)崞鳌?7」及其內(nèi)部系統(tǒng)通過凹坑形成循環(huán)回路。在循環(huán)泵「95」作用下，凹坑「28」內(nèi)的低溫壓縮空氣從低壓換氣出口「4」出來后，被循環(huán)泵送進(jìn)回?zé)崞鞯募訜崞鳌?9」中，以通過加熱器被汽缸排出的廢氣預(yù)熱(參看第一實(shí)施方案的布置圖和第三實(shí)施方案的圖18)，使排氣中的部分熱量得到回收。在低溫壓縮空氣流出凹坑「28」的同時，從回?zé)崞鞒鰜淼谋粡U氣加熱的空氣經(jīng)低壓換氣進(jìn)口「5」流回到凹坑「28」內(nèi)，把其中的低溫壓縮空氣擠走，使凹坑內(nèi)原來的低溫壓縮空氣全被換成了溫度較高的壓縮空氣，凹坑「28」轉(zhuǎn)過低壓換氣進(jìn)出口后，回?zé)徇^程結(jié)束。
在回?zé)徇^程中，低溫壓縮空氣從廢氣中吸收一部分熱量后，其溫度和壓力都相應(yīng)的升高，所回收的這部分熱量在作功過程中，將轉(zhuǎn)化為功率被輸出。由于進(jìn)入回?zé)崞鲀?nèi)的低溫壓縮空氣已被上述的冷卻器冷卻到很低的溫度，低溫壓縮空氣與廢氣之間的溫度差可達(dá)到200℃～600℃，從而為更多的回收排氣熱量創(chuàng)造了條件。通過采用回?zé)崞?，可使轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的熱效率顯著超過現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)。
由于上述的回?zé)徇^程是在回?zé)崞鲀?nèi)進(jìn)行的，因此，在不設(shè)回?zé)崞鞯霓D(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)中便沒有回?zé)徇^程。但是，在圖19所示的也具有低壓換氣進(jìn)出口的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)中，進(jìn)行的是與回?zé)徇^程相類似的預(yù)熱過程，兩過程不同點(diǎn)在于，進(jìn)行回?zé)徇^程時加熱器是由廢氣加熱的，而進(jìn)行預(yù)熱過程時加熱器是被外部燃燒裝置加熱的。
第五，燃燒和加熱過程。以內(nèi)燃方式工作時，這一過程為燃燒過程。以外燃方式工作時，這一過程為加熱過程。在第一和第二實(shí)施方案中，燃燒和加熱過程都是通過換氣過程來實(shí)現(xiàn)的，這一過程的進(jìn)行方式如下所述，隨著轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)輪的凹坑「28」首先與殼體上的壓力平衡口「6」接通，因凹坑內(nèi)這時的氣體壓力低于內(nèi)部燃燒裝置或加熱器「180」中的氣體壓力，一部分高壓氣體經(jīng)壓力平衡口充入凹坑「28」內(nèi)，使兩者壓力平衡。隨著轉(zhuǎn)輪的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)輪凹坑「28」又把高壓換氣出口「7」和高壓換氣進(jìn)口「8」溝通，使內(nèi)部燃燒裝置或外部加熱裝置的各自內(nèi)部系統(tǒng)通過凹坑「28」形成循環(huán)回路。在循環(huán)泵「112」的作用下，凹坑「28」內(nèi)的低溫空氣從高壓換氣出口「7」出來后，被循環(huán)泵「112」送進(jìn)內(nèi)部燃燒裝置或外部加熱裝置的加熱器中(參看第一和第二實(shí)施方案的布置圖)。在內(nèi)部燃燒裝置采用的是燃燒爐時(參看圖3和13)，被循環(huán)泵「112」送來的空氣分為兩股，一股作為二次空氣直接進(jìn)到二次燃燒器「117」中，另一股作為一次空氣被鼓風(fēng)泵「121」鼓入燃燒爐「123」中，與爐篦上的煤「132」進(jìn)行燃燒，所產(chǎn)生的燃?xì)饨?jīng)除塵器「136」除塵后，又進(jìn)到二次燃燒器「117」內(nèi)與其中的二次空氣再次燃燒，最后形成了作功所需的高溫高壓燃?xì)狻Ｔ趦?nèi)部燃燒裝置采用的是燃燒室時(參看圖14)，由循環(huán)泵「112」送來的空氣進(jìn)入燃燒室「175」后，與噴霧器「176」噴出的燃油進(jìn)行燃燒，以形成高溫高壓燃?xì)狻Ｔ诓捎糜赏獠繜嵩醇訜岬募訜崞鳌?80」時，(參看圖10和圖15)，從循環(huán)泵「112」而來的低溫氣體進(jìn)入加熱器「180」后，通過加熱器被外部熱源加熱，從而形成作功氣體。圖11和圖16所示出的布置形式，能分別以內(nèi)燃或外燃兩種加熱方式工作，通過加熱方式的轉(zhuǎn)換，可進(jìn)行與上述采用燃燒室或加熱器相同的加熱過程。在以上各種加熱過程中，熱量都是在混合狀態(tài)下加入的。被不同方式加熱的氣體從內(nèi)部燃燒裝置或加熱器「180」出來后，經(jīng)高壓換氣進(jìn)口「8」流回到凹坑「28」內(nèi)，把其中的低溫氣體擠走，使凹坑內(nèi)原來的低溫氣體全被換成了作功所需的高溫高壓氣體，凹坑「28」轉(zhuǎn)過高壓換氣進(jìn)出口后，第一和第二實(shí)施方案的燃燒加熱過程結(jié)束。
第三實(shí)施方案所進(jìn)行燃燒過程與上述兩方案不同，在這一過程中，轉(zhuǎn)輪的凹坑「28」轉(zhuǎn)過低壓換氣進(jìn)出口后(參看圖19和圖18)，由噴油器「46」向凹坑內(nèi)噴入燃油，燃油與凹坑內(nèi)被預(yù)熱過的熱空氣混合后點(diǎn)火燃燒，從而形成了作功所需的高溫高壓燃?xì)狻４藭r，由于凹坑「28」還沒與通氣口「9」接通，燃燒過程是在定容狀態(tài)下進(jìn)行的。
上述的各燃燒或加熱過程結(jié)束后，都使轉(zhuǎn)輪凹坑內(nèi)充滿了作功所需的高溫高壓氣體。
第六，作功過程。在這一過程中，當(dāng)活塞「64」移到上止點(diǎn)后(參看圖2)，轉(zhuǎn)輪的凹坑「28」也剛好與通氣口「9」和下面的汽缸「52」接通。凹坑與汽缸的接通標(biāo)志著作功過程的開始。凹坑與汽缸接通后，凹坑「28」內(nèi)的高溫高壓氣體立即進(jìn)到活塞「64」上部的汽缸容積內(nèi)，推動活塞向下移動對外作功。隨著凹坑與通氣口的開啟角度增大和活塞的下移，汽缸內(nèi)的氣體溫度和壓力也相應(yīng)的降低。當(dāng)活塞「64」接近下止點(diǎn)，把汽缸上的下排氣口「53」開啟時，作功過程結(jié)束。
第七，排氣過程。由于殼體和汽缸上分別設(shè)有排氣口，汽缸內(nèi)的廢氣是分兩步從下排氣口「53」和上排氣口「10」排到外界的。
1、下排氣口排氣過程。在這一過程中，活塞「64」把下排氣口「53」開啟后，因作功后的廢氣壓力較高，一部分廢氣從下排氣口沖出氣缸，直接或經(jīng)回?zé)崞鞯母邏菏遗畔蛲饨?。活塞離開下止點(diǎn)，上移關(guān)閉下排氣口后，下排氣口停止排氣。
由于從下排氣口排出的廢氣壓力較高，利用這部分廢氣進(jìn)行廢氣渦輪增壓是很合適的。廢氣從下排氣口「53」或回?zé)崞鞯母邏菏摇?03」(參看圖18)出來后，經(jīng)排氣管路被引向渦輪增壓器「212」的渦輪「213」，以推動渦輪旋轉(zhuǎn)，廢氣經(jīng)渦輪后才被排到外界。因壓氣機(jī)「214」與渦輪「213」相連接，壓氣機(jī)在渦輪的帶動下，把產(chǎn)生的增壓空氣經(jīng)冷卻器「215」從進(jìn)氣閥「55」送到活塞下部的氣泵中，從而使充氣量增加。
2、上排氣口排氣過程。在這一過程中，活塞「64」把下排氣口「53」關(guān)閉時，轉(zhuǎn)輪的凹坑「28」已把殼體的通氣口「9」和上排氣口「10」溝通，使上排氣口開始排氣。隨著活塞的上移，廢氣從所形成的排氣通路直接或經(jīng)回?zé)崞鞯牡蛪菏冶慌诺酵饨纭?br>在上排氣口排氣過程中，活塞是不能把廢氣全部排出汽缸的，這是由于作功過程時密封的需要，轉(zhuǎn)輪凹坑「28」要提前關(guān)閉通氣口「9」，以形成一定的密封距離，剩下的一小部分廢氣被活塞壓縮到與汽缸之間的余隙容積內(nèi)。
對上述的工作過程是分別描述的，由于轉(zhuǎn)輪與活塞的配合運(yùn)轉(zhuǎn)，上述過程都是在二行程中完成的?；钊客鶑?fù)運(yùn)動一次，曲軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)都有一次作功過程。
至此，已經(jīng)說明了轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、三種不同的實(shí)施方案和它的工作過程。對于轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)所必需的一些輔助系統(tǒng)和裝置，已是該領(lǐng)域能很好解決的技術(shù)問題，因此，不會影響本發(fā)明的具體實(shí)施。由于轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它適合制成較大的功率，把它作為船舶、車輛、電站和動力源等方面的動力裝置是很合適的。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，它利用了現(xiàn)有的曲柄連桿機(jī)構(gòu)「63」、機(jī)體「50」、冷卻器「80」和回?zé)崞鳌?7」，另外還利用了內(nèi)部燃燒裝置和由外部熱源加熱的加熱器「180」。曲柄連桿機(jī)構(gòu)「63」由活塞「64」、活塞桿「65」、十字頭「66」、連桿「67」和曲軸「68」構(gòu)成，機(jī)體「50」由汽缸體「51」、機(jī)架「59」和機(jī)座「61」構(gòu)成，活塞「64」裝在汽缸體內(nèi)的汽缸「52」中，并通過活塞桿、十字頭和連桿與機(jī)架中的曲軸「68」相連接，在汽缸的中部有一下排氣口「53」，汽缸的底部設(shè)有閥板「54」，閥板上分別裝有進(jìn)氣閥「55」和出氣閥「56」，閥板上還有一個使活塞桿「65」穿過的孔。冷卻器「80」由冷卻管組「82」和外殼「81」構(gòu)成，回?zé)崞鳌?7」由被外部廢氣加熱的加熱器「99」和外殼「98」構(gòu)成。上述的內(nèi)部燃燒裝置是一種使用氣體和液體燃料的燃燒室「175」，或者是一種配有除塵器「136」和二次燃燒器「117」的、使用固體燃料的燃燒爐「123」。上述的外部熱源通常包括原子反應(yīng)堆「181」、太陽能加熱裝置「185」、化學(xué)反應(yīng)生成熱裝置「192」和蓄熱器「196」。本發(fā)明的特征是在汽缸體「51」上裝有轉(zhuǎn)輪裝置「1」，該裝置是由轉(zhuǎn)輪「25」、殼體「2」和兩個端蓋「35」構(gòu)成。轉(zhuǎn)輪「25」裝在殼體與端蓋所形成的內(nèi)腔里，并通過兩端的軸頸「26」支承在端蓋「35」的軸承「36」上，轉(zhuǎn)輪的圓周面「27」上具有四個形狀尺寸相同，被此間隔角度相等的凹坑「28」。轉(zhuǎn)輪經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)「71」被曲軸「68」驅(qū)動，兩者的轉(zhuǎn)速比為1∶4。殼體「2」上依次設(shè)有進(jìn)氣口「3」、低壓換氣出口「4」、低壓換氣進(jìn)口「5」、壓力平衡口「6」、高壓換氣出口「7」、高壓換氣進(jìn)口「8」、通氣口「9」和上排氣口「10」，殼體的內(nèi)壁「11」上還具有安裝密封件的槽。上述的進(jìn)氣口「3」經(jīng)冷卻器的冷卻管組「82」通向閥板「54」的出氣閥「56」；低壓換氣出口「4」經(jīng)循環(huán)泵「95」和回?zé)崞鞯募訜崞鳌?9」與低壓換氣進(jìn)口「5」相連通；壓力平衡口「6」與高壓換氣換氣出口「7」通過管路連通為一條，然后與循環(huán)泵「112」相連通，管路出循環(huán)泵后經(jīng)內(nèi)部燃燒裝置或加熱器「180」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通；通氣口「9」直接通向汽缸「52」；殼體的上排氣口「10」和汽缸的下排氣口「53」分別經(jīng)回?zé)崞鳌?7」的低壓室「102」和高壓室「103」后通向外界。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是管路出循環(huán)泵「112」后分為二條，一條經(jīng)鼓風(fēng)泵「121」、燃燒爐「123」和除塵器「136」與二次燃燒器「117」相連通，另一條直接與二次燃燒器「117」相連通，二次燃燒器則與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是管路出循環(huán)泵「112」后經(jīng)燃燒室「175」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是管路出循環(huán)泵「112」后經(jīng)加熱器「180」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是管路出循環(huán)泵「112」后分為二條，一條經(jīng)閥「189」與燃燒室「175」相連通，另一條經(jīng)閥「188」與加熱器「180」相連通，出燃燒室「175」和加熱器「180」的管路合為一條后，與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是管路出循環(huán)泵「112」后經(jīng)加熱器「180」和燃燒室「175」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。
7.一種轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，它利用了現(xiàn)有的曲柄連桿機(jī)構(gòu)「63」、機(jī)體「50」和冷卻器「80」，另外還利用了內(nèi)部燃燒裝置和由外部熱源加熱的加熱器「180」。曲柄連桿機(jī)構(gòu)「63」由活塞「64」、活塞桿「65」、十字頭「66」、連桿「67」和曲軸「68」構(gòu)成，機(jī)體「50」由汽缸體「51」、機(jī)架「59」和機(jī)座「61」構(gòu)成，活塞「64」裝在汽缸體內(nèi)的汽缸「52」中，并通過活塞桿、十字頭和連桿與機(jī)架中的曲軸「68」相連接，在汽缸的中部有一下排氣口「53」，汽缸的底部設(shè)有閥板「54」，閥板上分別裝有進(jìn)氣閥「55」和出氣閥「56」，閥板上還有一個使活塞桿「65」穿過的孔。冷卻器「80」由冷卻管組「82」和外殼「81」構(gòu)成。上述的內(nèi)部燃燒裝置是一種使用氣體和液體燃料的燃燒室「175」，或者是一種配有除塵器「136」和二次燃燒器「117」的、使用固體燃料的燃燒爐「123」。上述的外部熱源通常包括原子反應(yīng)堆「181」、太陽能加熱裝置「185」、化學(xué)反應(yīng)生成熱裝置「192」和蓄熱器「196」。本發(fā)明的特征是在汽缸體「51」上裝有轉(zhuǎn)輪裝置「40」，該裝置是由轉(zhuǎn)輪「42」、殼體「41」和兩個端蓋「35」構(gòu)成。轉(zhuǎn)輪「42」裝在殼體與端蓋所形成的內(nèi)腔里，并通過兩端的軸頸「26」支承在端蓋「35」的軸承「36」上，轉(zhuǎn)輪的圓周面「27」上具有三個形狀尺寸相同、彼此間隔角度相等的凹坑「28」。轉(zhuǎn)輪經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)「71」被曲軸「68」驅(qū)動，兩者的轉(zhuǎn)速比為1∶3。殼體「41」上依次設(shè)有進(jìn)氣口「3」、壓力平衡口「6」、高壓換氣出口「7」、高壓換氣進(jìn)口「8」、通氣口「9」和上排氣口「10」，殼體的內(nèi)壁「11」上還具有安裝封件的槽。上述的進(jìn)氣口「3」經(jīng)冷卻器的冷卻管組「82」通向閥板「54」的出氣閥「56」;壓力平衡口「6」與高壓換氣出口「7」通過管路連通為一條，然后與循環(huán)泵「112」相連通，管路出循環(huán)泵后經(jīng)內(nèi)部燃燒裝置或加熱器「180」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通;通氣口「9」直接通向汽缸「52」。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是管路出循環(huán)泵「112」后分為兩條，一條經(jīng)鼓風(fēng)泵「121」、燃燒爐「123」和除塵器「136」與二次燃燒器「117」相連通，另一條直接與二次燃燒器相連通，二次燃燒器「117」則與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是管路出循環(huán)泵「112」后經(jīng)燃燒室「175」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求
7的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是管路出循環(huán)泵「112」后經(jīng)加熱器「180」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是管路出循環(huán)泵「112」后分為兩條，一條經(jīng)閥「189」與燃燒室「175」相連通，另一條經(jīng)閥「188」與加熱器「180」相連通，出燃燒室「175」和加熱器「180」的管路合為一條后，與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。
12.根據(jù)權(quán)利要求
7的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是管路出循環(huán)泵「112」后經(jīng)加熱器「180」和燃燒室「175」與高壓換氣進(jìn)口「8」相連通。
13.一種轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，它利用了現(xiàn)有的曲柄連桿機(jī)構(gòu)「63」、機(jī)體「50」和冷卻器「80」，另外還利用了加熱器「97」或被外部熱源加熱的加熱器「180」。曲柄連桿機(jī)構(gòu)「63」由活塞「64」、活塞桿「65」、十字頭「66」、連桿「67」和曲軸「68」構(gòu)成，機(jī)體「50」由汽缸體「51」、機(jī)架「59」和機(jī)座「61」構(gòu)成，活塞「64」裝在汽缸體內(nèi)的汽缸「52」中，并通過活塞桿、十字頭和連桿與機(jī)架中的曲軸「68」相連接，在汽缸的底部設(shè)有閥板「54」，閥板上分別裝有進(jìn)氣閥「55」和出氣閥「56」，閥板上還有一個使活塞桿穿過的孔。冷卻器「80」由冷卻管組「82」和外殼「81」構(gòu)成，回?zé)崞鳌?7」由被外部廢氣加熱的加熱器「99」和外殼「98」構(gòu)成，上述的外部熱源是一種燃燒裝置「204」。本發(fā)明的特征的是在汽缸體「51」上裝有轉(zhuǎn)輪裝置「44」，該裝置是由轉(zhuǎn)輪「42」，殼體「45」和兩個端蓋「35」構(gòu)成。轉(zhuǎn)輪「42」裝在殼體與端蓋所形成的內(nèi)腔里，并通過兩端的軸頸「26」支承在端蓋「35」的軸承「36」上，轉(zhuǎn)輪圓周面「27」上具有三個形狀尺寸相同、彼此間隔角度相等的凹坑「28」。轉(zhuǎn)輪經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)「71」被曲軸「68」驅(qū)動，兩者的轉(zhuǎn)速比為1∶3。殼體「45」上依次設(shè)有進(jìn)氣口「3」、低壓換氣出口「4」、低壓換氣進(jìn)口「5」、通氣口「9」和上排氣口「10」，在殼體的低壓換氣進(jìn)口「5」與通氣口「9」之間設(shè)有噴油器「46」，殼體的內(nèi)壁「11」上還具有安裝密封件的槽。上述的進(jìn)氣口「3」經(jīng)冷卻器的冷卻管組「82」通向閥板「54」的出氣閥「56」;低壓換氣出口「4」經(jīng)循環(huán)泵「95」、加熱器的加熱器「99」或燃燒裝置「204」的加熱器「180」與低壓換氣進(jìn)口「5」相連通;通氣口「9」直接通向汽缸「52」。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是低壓換氣出口「4」經(jīng)循環(huán)泵「95」和回?zé)崞鳌?7」的加熱器「99」與低壓換氣進(jìn)口「5」相連通，上排氣口「10」和下排氣口「53」分別經(jīng)加熱器的低壓室「102」和高壓室「103」后通向外界。
15.根據(jù)權(quán)利要求
13的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是低壓換氣出口「4」經(jīng)循環(huán)泵「95」和燃燒裝置「204」的加熱器「180」與低壓換氣進(jìn)口「5」相連通。
16.根據(jù)權(quán)利要求
1至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是凹坑「28」設(shè)在轉(zhuǎn)輪圓周面「27」的軸向中間位置上，凹坑兩側(cè)的孤面「29」其寬度能使一組密封條「15」壓在該孤面上。
17.根據(jù)權(quán)利要求
1至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)輪凹坑「28」在需越過密封片「17」的一側(cè)邊緣「30」處設(shè)有適當(dāng)?shù)牡菇恰?br>18.根據(jù)權(quán)利要求
1至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是通在殼體內(nèi)壁「11」上的各氣口在軸向上與轉(zhuǎn)輪凹坑「28」寬度基本相等并相互對準(zhǔn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求
1至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是通氣口「9」相對于汽缸「52」的軸線是一個擴(kuò)大的矩形口，并位于汽缸「52」的上口范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求
1至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是殼體內(nèi)壁「11」上的用來安裝密封件的槽是由徑向槽「14」、軸向槽「16」和連接槽「18」構(gòu)成，密封條「15」、密封片「17」和連結(jié)塊「19」分別裝在上述的各槽內(nèi)，在各密封件的背部分別設(shè)有相應(yīng)的彈簧。
21.根據(jù)權(quán)利要求
20的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是幾條徑向槽「14」構(gòu)成一組，分別設(shè)在殼體內(nèi)壁「11」上的各氣口兩側(cè)，軸向槽「16」根據(jù)需要設(shè)在兩組徑向槽之間的不同位置處，連接槽「18」設(shè)在徑向槽和軸向槽的相交處。
22.根據(jù)權(quán)利要求
1至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是汽缸「52」的上部「57」縮入了殼體底面「12」一小段，其縮入部分的高度小于活塞「64」的第一環(huán)岸高度。
23.根據(jù)權(quán)利要求
1至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是在轉(zhuǎn)輪「25」或「42」上，凹坑「28」的開口角「a」等于或稍大于兩凹坑之間的輪葉角「b」。
24.根據(jù)權(quán)利要求
1至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)輪的輪葉角「b」略大于殼體通氣口「9」所占的角度「c」。
25.根據(jù)權(quán)利要求
1至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是上排氣口「10」與通氣口「9」之間的相隔部分角「d」略小于凹坑開口角「a」的三分之一。
26.根據(jù)權(quán)利要求
1至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是上排氣口「10」所占的角度「e」等于凹坑開口角「a」的三分之一左右。
27.根據(jù)權(quán)利要求
1至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是進(jìn)氣口「3」與上排氣口「10」之間的相隔部分角「f」略大于凹坑開口角「a」。
28.根據(jù)權(quán)利要求
1至6和13至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是低壓換氣出口「4」與進(jìn)氣口「3」之間的相隔部分角「g」略大于凹坑開口角「a」。
29.根據(jù)權(quán)利要求
1至6和13至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是低壓換氣出口「4」和低壓換氣進(jìn)口「5」所占的角度「n」等于或略小于凹坑開口角「a」。
30.根據(jù)權(quán)利要求
7-12中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是進(jìn)氣口「3」與壓力平衡口「6」之間的相隔部分角「g」較大于凹坑開口角「a」。
31.根據(jù)權(quán)利要求
1-6中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是低壓換氣進(jìn)口「5」與壓力平衡口「6」之間的相隔部分角「i」較大于凹坑開口角「a」。
32.根據(jù)權(quán)利要求
1-12中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是壓力平衡口「6」與高壓換氣出口「7」之間的相隔部分角度在3°～15°范圍內(nèi)。
33.根據(jù)權(quán)利要求
1-12中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是高壓換氣出口「7」和高壓換氣進(jìn)口「8」所占的角度「j」等于或略小于凹坑開口角「a」。
34.根據(jù)權(quán)利要求
1-12中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是高壓換氣進(jìn)口「8」與通氣口「9」之間的相隔部分角「k」可等于或小于凹坑開口角「a」。
35.根據(jù)權(quán)利要求
13-15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是低壓換氣進(jìn)口「5」與通氣口「9」之間的相隔部分角「i」較大于凹坑開口角「a」。
36.根據(jù)權(quán)利要求
1-15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是活塞「64」頂面的形狀與相對應(yīng)的由殼體底面、通氣口和轉(zhuǎn)輪圓周面所構(gòu)成的形狀是相吻合的。
37.根據(jù)權(quán)利要求
1至6和13至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是低壓換氣出口「4」分別經(jīng)進(jìn)氣閥「89」和出氣閥「91」連通為一條，然后與循環(huán)泵「95」相連通。
38.根據(jù)權(quán)利要求
37的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是進(jìn)氣閥「89」和出氣閥「91」由壓力平衡管「90」和出氣管「92」在出氣管總出氣端以外的適當(dāng)位置處連通為一條。
39.根據(jù)權(quán)利要求
1至6和13至15中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是低壓換氣出口「4」改作低壓換氣進(jìn)口，低壓換氣進(jìn)口「5」改作低壓換氣出口。
40.根據(jù)權(quán)利要求
1至12中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是壓力平衡口「6」和高壓換氣出口「7」由壓力平衡管「108」和出氣管「109」在出氣管總出氣端以外的適當(dāng)?shù)奈恢锰庍B通為一條。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)輪活塞式發(fā)動機(jī)，其特征是把轉(zhuǎn)輪裝置與曲柄連桿機(jī)構(gòu)相結(jié)合。由于本發(fā)明的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，它所具有的優(yōu)點(diǎn)如下(1)通過采用冷卻器和回?zé)崞?，能分別使循環(huán)溫度和壓力顯著的降低，使排氣熱量得到充分回收。(2)通過設(shè)置燃燒室或燃燒爐，能在內(nèi)燃方式下使用多種氣體、液體或固體燃料。(3)能以多種不同的高溫?zé)嵩催M(jìn)行工作。(4)能在內(nèi)燃和外燃混合或轉(zhuǎn)換的方式下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。由于本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)，它將在很多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
文檔編號F01B29/00GK86100914SQ86100914
公開日1987年1月31日 申請日期1986年2月18日
發(fā)明者韓培洲 申請人:韓培洲導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan