并行1冲程转子式内燃机

摘要

并行1冲程转子式内燃机，属机电领域：目前所有的活塞及转子式单循环发动机，全都是基于对一定量的原始混合气进行压缩(增压方式除外)，燃烧，做功，排气；2冲程主要是宏观完成压缩及做功，吸气及排气瞬间完成，极少占用(相对)时间，情况亦然；无法建立长程膨胀空间，本技术的关键就在于2个要点：首先是并行运行吸气压缩及做功排气过程；其次原理上的对称回转及行程独立安排，兼充分同时扩展效率及功率密度潜力；可被广泛用于汽车等动力领域。

主权项

并行1冲程转子式内燃机，其基本结构为：(简单表述：环形腔体(2)是一个闭合腔体，它的密闭是由环腔壁(9)及活塞轮圈(4)完成；(快门)隔门(6)可将环腔空间分隔成2部分，且在隔断时具有气密性；活塞轮圈(4)也与环腔活塞(10)及输出轴(3)以及轮条(7)刚性连接，其位置关系为：输出轴(3)与活塞轮圈(4)的转动平面垂直，环腔活塞(10)是一个(环)柱状结构(其外型刚好密合于环腔，且可以沿着环腔自由运动)，轮条(7)刚性连接于活塞轮圈(4)及活塞，使4者构成一个整体，并可以在活塞上安装有环腔活塞环(14)；在环腔的壁上设有环腔进气孔(11)，环腔排气孔(12)，环腔进气门(13)及环腔火花塞(15)，进气空及排气孔分别分布于隔门(6)的两侧附近；喷油嘴(20)实际上可安装于压缩泵及压缩泵高压排气气管(70)再以及环腔(2)的进气口附近的区域。1冲程运转的基本过程如下：输出轴(3)转动时，将带动活塞轮圈(4)及轮条(7)一起转动，因而当环腔活塞(10)刚刚通过瞬间开启的(快门)隔门(6)，隔门(6)也瞬间闭合(气密并分离环腔)，这样在活塞(10)与隔门(6)之间将形成一个不断扩容的密闭空间(该空间属环形腔体(2)的一部分)；在此扩容期间，环腔进气们(13)开启，已预先压缩好的高压油气混和气进入该扩容空间，当吸入一定量时(相当于环腔总容量的1％‑‑‑35％左右)，环腔火花塞(15)将点燃混合气，混合气体燃烧所产生的高压推动环腔活塞(10)沿着环腔运动，并由输出轴(3)输出力矩；密封由环腔活塞环(14)及轮圈(4)与其它环腔壁(9)之间的密封环及垫等组成；当活塞沿着环路运行近1周时，隔门(6)开启，作功过程结束，开始新的排气过程，然后活塞(10)再次通过开启的隔门(6)，隔门(6)也再次瞬间闭合；如此循环不断由主轴(3)输出功率；1冲程的定义来自于其活塞沿着环缸转动一周同时完成作功及排气，压缩过程在运转的同时由压缩机同步完成；吸气仅仅在相对很短瞬间完成，不能算作独立的冲程，因而对于环腔而言仅有1冲程；一个完整的1冲程内燃机构造；空气压缩泵(1)可以是活塞式压缩方式；与图1一样；(2)为环形腔体，(3)为输出轴，(4)为活塞轮圈，(6)为(快门)为隔门，(7)为轮条，(9)为环腔壁，(10)为环腔活塞，(11)为环腔进气孔，(12)为环腔排气孔，(13)为环腔进气门，(14)为环腔活塞环，(15)为环腔火花塞，(20)为喷油嘴；当环腔活塞绕主轴(3)转动1周时，为压缩腔活塞(25)也会完成1次由上止点到下止点，再由下止点回到上止点的1个周期；(24)为曲轴连杆，(23)为压缩腔活塞曲轴；正时盘(5)的作用是控制各气门的开闭及隔门(6)的 开关；精准的控制其开关的顺序及时间长度，其时间顺序为：以环腔活塞(10)为运动的参考点来描述：当活塞(10)越过隔门(6)的瞬间(例如：活塞距离隔门1/20周期，至离开隔门1/10周期的时间段；约3/20周期间隔)，隔门完成开启及关闭，所需时间间隔可为3/20周期；此时压缩腔活塞也将混合气体压缩到上止点附近(混合气体处于最大压缩状态)；当活塞刚刚穿过隔门，且隔门刚完成关闭时，压缩腔排气门(26)开启，通过压缩腔排气口(27)并经由压缩腔排气管道(28)，在经环腔进气口(11)，向相应的隔门与活塞之间的空间注入压缩混和气体，由于近10倍以上的压力差的作用，该充气过程仅为1/1000秒数量级的时间(混合燃气的形成过程既可以在压缩腔吸气压缩期间以喷油嘴喷油，也可以在高压气体输往环形腔的过程中再喷油；还可以把喷油嘴安装在环腔内喷油(此时压缩腔及其通道中仅仅形成压缩气体而非混合燃气))；送气完毕时压缩腔活塞仍在上止点附近，此时压缩腔排气门(26)关闭，压缩腔进气门(22)开启，空气由压缩腔进气口(21)进入压缩气缸；此时环腔中的混合燃气已开始点燃，高温高压燃气推动活塞作功，当压缩气缸活塞接近下止点附近时，环腔活塞正处于燃气作功的中期，压缩腔进气们(22)关闭，压缩腔处于密闭状态，活塞开始向上止点运动，压缩过程开始；当环腔活塞运动到隔门(6)附近时，燃起作功进入尾声，此时隔门开启，还带有较大余压的混合燃起由排气孔(12)开始排出；当活塞通过隔门区域后，隔门(6)快速关闭，又回到了开始的过程‑‑‑循环往复，(8)为活塞运动方向标示；(70)为高压排气气流；对于多级环腔的串联使用(上一级的废气排气余压)，可以大大的增加效率；要考虑2级环腔余压对1级环腔的活塞的影响，下一级环腔的活塞面积比上一级环腔回塞至少要大2倍以上，体积上将会增加，略微降低些功率密度；或是采取涡轮回收形式，回收效率虽小但是增加体积更小；压缩方式可以使用：活塞，旋转活塞等方式；上述压缩腔气门的开关可以由正时盘滑道(凹道)，约束滑杆：如压缩腔进气们滑杆(41)及压缩腔排气门滑杆(42)再以及隔门滑杆(43)等，作径向位移，(19)亦为环腔气门杆；滑杆所嵌入的滑道为非同心圆轨迹，按照本文所需气门开关的时间次序控制各个门；图中(16)为压缩腔进气门控制凹道，(17)为压缩腔排气门控制凹道，(18)为环腔隔门控制凹道各凹道的侧面如正时盘控制凹道(滑槽)(29)所示)；就核心内容而言：整个工作过程简要表述为：含有1个或多个独立的环形腔体(2)，1个或多个独立的活塞式或旋转式(也可以是变容式)的空气压缩泵(1)，环形腔(快门)隔门(6)，1个或多个正时盘(5)，输出轴(3)，环腔活塞(10)，环腔进气孔(11)，环腔排气孔(12)，环腔进气们(13)，环腔排气门(14)，环腔火花塞(15)，喷油嘴(20)， 压缩腔进气口及进气们(21)及(22)；基本工作过程为：(气门微差间隔法来减少冲击，赢得响应速度的成倍提高)；输出轴(3)通过环形腔体(2)的对称中心点((3)与(2)之间的位置关系相当于车的胎与车轮轴之间的关系)；环腔活塞(10)与输出轴刚性连接，在轴(3)的约束下沿着环形腔体(2)的内腔作圆周运动；环形腔(快门)隔门(6)是用于阻断或道通环腔(阻断时实现气密)；空气压缩(1)的作用是不断的压缩空气，再将压缩空气输送给环腔；按流程来讲具体工作为：当压缩腔活塞(25)向扩容方向运动时，进气们(22)打开，空气由压缩腔进气口(21)进入，当活塞达到下止点时进气们(22)关闭，然后活塞(22)转为压缩行程，当接近上止点附近时(空气也接近压缩至最大)排气门(26)开启，压缩空气经导管及环腔进气孔(11)进入环腔(此时环腔进气们(13)也处于开启状态)，目前环腔所对应的状态是：隔门(6)呈阻断状态(用以阻断及开启环腔通道)，环腔活塞(10)也处于刚刚穿过(此时隔门处于瞬间开启状态，环腔通道无阻拦而畅通)隔门(6)离开隔门不远的位置，此时的环腔进气孔(11)也正处于隔门与环腔活塞(10)之间的环腔壁上，压缩空气刚好快速充入其中，同时喷油嘴(20)也喷油而混合，当所充入的空气混合气的压力达到数倍到数十倍大气压的时候，环腔进气们(13)关闭，环腔火花塞(15)引燃混合气体，环腔活塞在高压燃气的推动下沿环腔作圆周运动，当环腔活塞(10)运动到接近1周并穿过环腔排气孔(12)时，带有余压的混合燃气由环腔排气孔(14)排气；需要指出的是：所排出的带余压的混合然气可在送入下一级环腔，此时下一级环腔的隔门与环腔活塞的位置关系也处于上一级环腔隔门(6)及活塞(10)在接收压缩空气时一样，余气的压力依然驱动活塞进行圆周运动，直到越过排气口排出废气(以达到进一步回收废气能量的目的；下一级环腔活塞依然是刚性连接在同一个输出转动轴(3)上，因而所有活塞都有同样的回转角速度，只是所处的圆周位置有一定的偏差)；正时盘(5)1个或多个在正时盘上设有凸起及凹陷来驱动各个气门及隔门的开启及关闭；总结而言：发动机中的各环腔及空气压缩装置都是时序及同步并行工作的且完成各自的冲程环节，环腔空间是用于压缩混合气及燃烧后的燃气压力对环腔活塞的作功，环腔可分为1级或多级，燃气进行串连式流通；其特征就在于：进入环腔之前需要压缩泵(同步/异步)预制高压空气或油气混和气；使用了环腔与环腔活塞的准匀速的配合且作功与排气过程同时进行；环腔组件即可以是设有1级也可以是设有多级(各级活塞刚性的与主轴连接，上一级环腔所排放的带有余压的废气将排放给下一级环腔的进气口(即：上一级的排气口与下一级的进气口相通)，时序原则：下一级环腔的活塞要略早于上一级环腔活塞通过各 自的隔门，也就是上一级环腔开始排气之时下一级环腔下一级环腔已基本完成关闭隔门且开始进入进气状态)，环腔有多级时，下一级环腔的活塞面积比上一级环腔的活塞面积要大或是在相同的时间内下一级环腔的活塞所扫过的体比要上一级环腔的活塞所扫过的体积要大；在环腔中设有1个或多个隔门(用以阻断及开启环腔通道)；隔门的开启及关闭可以通过1根隔门导柱统一执行也可以将隔门分成多个子隔门由多根子隔门导柱错时(分时)执行；对于各级环腔绝热的处理，即可以不经绝热处理也可以对第一级(燃气燃烧的那一级)后段(即燃气燃烧后活塞所经过的环腔段)进行气缸壁的绝热化处理，下一级之后的废气作功环腔可以完全绝热话处理；主轴与环腔活塞之间的连接即可以使用机械连接也可以使用磁驱动方式。