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一种新型内燃机〔转臂发动机〕
 
一种新型内燃机〔转臂发动机〕
  专利类型: 发明展区
  技术领域: 农林牧渔
  专利号: 201611028343.4
  企业名称:
  通讯地址: 重庆市
  发明人: 杨维
  联系人: 杨维
  状态: 研发成功
  电话: 中国专利展示网
  E-mail: 中国专利展示网
  合作方式: 专利权转让, 技术入股, 全国独占, 区域独占, 排它许可, 普通许可, 面议
  浏览次数: 8841次
 
 
 
      专利项目介绍

为了提高发动机的适应性和使用性,减少对环境污染,转臂发动机采用了一种全新结构,整体由动力缸、辅助缸俩部分组成,辅助缸用于供气和其它辅助功能;动力缸内主要设有燃烧室、辅力板、转臂来进行“热、机”转换,并由转臂将动力传递给固定在它上面的主轴,(主轴位于缸体的旋转中心)输出动力。其工作特点是;高压气体在密闭空间做功,并以力臂的方式推动转臂转动,使主轴旋转输出动力,工作周期360度。由于秉弃了曲轴连杆机构带来的种种弊端,与活塞发动机相比,转臂发动机的各项性能、参数指标将有及大提升,有害气体排放大幅减少,噪声减小,无偏振,低速大扭矩,速度可控,机件无负面冲击载荷,更有利于清洁能源的利用。而整机的制造难度好于马自达转子发动机,具有广阔的使用前景。


1新型发动机的基本结构及工作原理
1.1基本结构
图一是:转臂发动机的结构简图,图的上半部用方框图表示辅助系统与动力缸之间的相互关系,图的下半部是动力缸的结构简图。如图示组成动力缸的主要部件有:动力缸体、辅力板、转臂、主轴。动力缸是一个内空大至成园柱状的金属体,在靠近缸体的内壁边沿处对称设有两辅力板,其侧面图如图一中蓝、禄色标识,厚度与缸体厚度稳合。辅力板的一端用轴与缸体相连,辅力板可绕轴转动,板的另一端有一园弧,该弧度与缸体上的一段园弧相稳合,共同组成空的园柱型密闭仓室,燃烧室(见图一中的7所示)。燃烧室一侧的外端与辅力板一段弧可做滑动配合,从而起到密封的作用。图一中指南针状红色区域部分是转臂,其厚度与缸体等高,中心装有主轴,以转臂的外端为直径所划出的园弧,与缸体内空园直径相同,并与缸体内壁中的一段可做滑动配合。同时厚度方向的一侧与辅力板的动端顶可做滑动配合。




1.2工作原理
图二是转臂发动机的工作原理图。转臂发动机也是在封闭环境中,通过压缩混合燃油气体使其燃烧,利用燃烧产生的高压气体来推动机构做功,实现“热、机”转换,因此在整个过程中也有:压缩冲程、爆炸冲程、工作冲程、排气冲程。只是压缩冲程和排气冲程有一时段同时进行。图二是:转臂发动机的工作原理图,图中从a到e分别表示发动机所处工况,各分图中的符号:A和B表示该工况中转臂两端所处位置,P表示燃气爆炸后的压力,小箭头指示压力方向。


图中a是爆炸冲程,此时由供气机构将燃气室内的燃气充满,达到归定压力值,点火舌
将两边燃烧室内的燃气同时点燃,所产生的气压分别推动辅力板的两边向内运动,辅力板
前端接触到转臂A和B端一侧。推动转臂转动,方向逆时针。之后进入到图B。


图B是做功冲程,此时燃气已接触到转臂,并推动转臂 转动,转臂的顶端保持与缸体内侧接触,并作滑动配合。同时燃气继续推动辅力板向内并绕辅力板轴运动,其顶部受压力作用保持与转臂一侧紧密接触,并作滑动配合,而辅力板的另一段园弧面与缸体燃烧室一侧保持接触,并作滑动配合。这样由燃烧室、辅力板、转臂所围成的密闭空间一侧压力大于转臂另一侧的大气压,转臂将继续逆时针转至图C位。图C是排气冲程,转臂进入图C位后,燃气通过排气孔与大气相通,机构开始排气。 
                                                                        
图d是推力板回位与排气冲程,转臂在惯性作用下转到此位,辅力板由弹簧复位,并被设在动端前部的锁紧装置锁紧,同时机构继续排气。


图e是进气与排气冲程,转臂转至该位后,燃烧室密闭,进气机构给燃烧室供气,同时延续排气。之后转臂继续转至图a位置进行下一轮循环,就这样循环往复输出动能。



 


2方案实施:转臂发动机
2.1整体结构
根据以上工作原理设计的《转臂发动机》如图三所示。该发动机采用汽油机设计,图三是发动机的外型图, 整体成园柱状,图中的标示序号2和5是发动机动力缸,俩缸的型状大小功能相同,并互为90度角,置于辅助缸4的两端,辅助缸内主要设置了供气装置,动力缸与辅助缸由俩端的联接盖3和5连接,主轴11为发动机的动力输出轴,位于发动机中心,并惯穿其间,空气进气口8位于发动机联接盖两侧共四处,点火塞位于动力缸俩侧与燃烧室则面相通如图三序号9共四处,位于外盖板上序号10是喷油嘴,它处于燃烧室的正上方共四处,序号10是排气口位于外盖板上共四处。




2.2内部构造及功能简述
转臂发动机有两个动力缸,每个缸内有两个燃烧室共有四个,一个缸内的两室同步工作,做功冲程时转臂转过弧度约135度,周期360度,另一个缸工作时间相差180度。围绕燃烧室供气、排气的相关机械结构另部件型状、大小及功能完全相同。


 


 


图四是发动机的展开图,序号1是发动机动力缸,主要由缸体、序号2辅力板、序号3转臂、序号4点火塞所组成的机构完成热、机交换,其工作过程前面以作介绍。


序号6是联接盖外形如图示,它是连接动力缸和辅助缸的中间环节,内空可安装启动齿轮或供油系统,侧面是空气进气口罩,罩内设有进气单向阀。


序号14是辅助缸,缸内主要设有供排气机构,整个供、排气系统采用齿轮传动,序号9是供气活塞,它是由主轴上的一个锥齿分别与两个锥齿配合,来带动两边活塞上的曲轴转动,从而让活塞上下与其它机构同步移动,为燃烧室供气。序号11是进、排气杆,序号12是供气阀,活塞上行时气压将阀门打开,为燃烧室供气,供气完成后由弹簧和活塞产生的负压共同作用将阀门关闭,当发动机进入到排气冲程时,进、排气杆在序号13排气机构带动下,可进入燃烧室,排出废气,之后退出燃烧室,为下次供气作准备。
2.3转臂发动机部份参数   单位(mm)
整体尺寸:  φ380x350              转臂半径:  100
压缩比:  10:1                  供气容积Vj:   332πx41(mm)3 
工作容积Vg:   60πx36x40(mm)3     ( 其中60π是工作行程) 
燃烧室容积Vs :  122πx26(mm)3      Vg/Vj=  1.7                          
最大输出扭矩Te:  Te>800Nm


3上述发动机的基本特性
由于转臂发动机的‘热、机’转换,采用了推力板和转臂结构,从而最大限度利用了,燃气燃烧后所产生的能量。与往复式活塞发动机相比,各项性能均有显著提升,具体为:
a 与相同的四缸径活塞发动机相比较,效率可提高四至八倍。
b 燃油消耗低,废气、有害气体排放少。
c 整体尺寸小:     Φ385X390       单位:mm。
d  更适合低燃质的清洁能源,如天然气等。
e  由于进气、燃烧(工作冲程)、排气相互隔离不在同一处,这对于燃料的完全燃烧及为有利,同时也有自然消声的作用。
f 燃烧室内无废气,燃气燃烧更稳定、充分。
g无偏振,工作平稳
h 低速时有较大转矩。易启动。
i 相对于往复式活塞发动机,该发动机中的供气机构和排气机构的结构较多,但没有高温高压,材质要求不高,易制造。本发明的新型内燃机制造难点是燃烧室的密封,及推力板、转臂与缸体之间,在高温、高压下无润滑的动态密封,可借鉴汪克尔转子发动机的密封措施。但制造难度要好于三角型转子发动机,这是因为零件易于加工。


上述发动机的有益技术效果:


如今因环境污染,能源过度消耗等问题,使得人们优心忡忡,而现有活塞发动机能耗大、对环境影响大,虽经不断改进,乃不如人意,迫使人们努力去寻找新的动力源,以取代现有的发动机。这就使得内燃机限入了尴尬的境地,能耗小,环境污染少的新型发动机或许能帮助人们走出困境。


转臂发动机以其独特的结构,最大限度利用了燃气燃烧所产生的能量,使有效燃油消耗率,在原有活塞发动机的基础上,至少降低65%。有害气体排放也将大幅降低,发动机的NVH性能也会大幅改善,各项性能将优于〈国六〉指标。转臂发动机可做成大、中、小功率发动机,用于陆上汽车运输;在城市交通拥挤低速行驶时可节油,且发动机在低、中、高速时输出扭矩都很大,或可简化变速器,有可能只用一个倒挡省去其余挡,采用油门控制速度,其好处是不言而喻的。在军事上,因体积小,功率大,用于各种装甲运兵车或坦克,可提高其机动性,和改善车上的工作环境,曾加续航里程。在水上运输可为大、中、小船泊提供动力,并降低运输成本,减小环境污染。也能为螺旋翼飞机提供较安静,环保的动力。


总之,本发明的新型内燃机在绝大多数使用转轴输出动力的地方,都能取代往复式发动机、燃气轮机,并能获得良好的使用效果,节省能源,减少环境污染。因此该发动机如能成功面市,将改变发动机现有的世界格局,经济效益和社会效益都非常巨大,适合在动力机械领域推广使用。
             
专利寻合作         
屏弃了活塞发动机曲柄连杆机构带来的种种弊端,最大限度的利用了燃气燃烧所产生的能量具有:高效率、低排放,适用于大、中、小发动机,转速可控,低转速时有大扭矩,易制造。其性能大大优于〈国六〉标准,将扭转发动机现状。


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