技术领域
[0001] 本
发明涉及一种分离型
转子发动机，所述发动机是在转子旋
转轴5的前后面配置
压缩机和动
力发生机的结构，所述压缩机，包括：压缩机壳体1，其内部空间的截面大部分为圆形，并在上部具有可容纳铰接
叶片9的凹槽、吸入外部空气的进气口17以及用于将在压缩机压缩的空气传送到压缩空气罐12的压缩空气出口10；刀片型压缩机铰接叶片9，将压缩机壳体1内部上部的铰接点20为一端，另一端
接触在转子外表面4，以铰接点为中心进行往复旋转运动，当向与转子3中心相反的方向旋转最大时，完全进入到壳体1的凹槽内部而不妨碍转子3的旋转；转子3，以壳体的内部圆形空间的中心为轴，一部分从转子接触点线接触在壳体内表面2，剩下的部分与壳体内表面2保持间隔进行旋转，所述转子3具有圆形、椭圆形或组合圆形和椭圆形的形状、没有突变而具有缓慢连接的曲线形截面；侧面板，其确保壳体1、转子3以及铰接叶片9侧面的空气气密性。
[0002] 所述动力发生机，包括：壳体1′，其内部空间的截面大部分为圆形，在上部具有凹陷的
燃烧室7空间、可容纳铰接叶片9′的凹槽、将压缩空气罐12的压缩空气传送到燃烧室7的燃烧室通道以及将排气排放到动力发生机的外部的排气口18；刀片型动力发生机铰接叶片9′，将动力发生机壳体1′内部上部的铰接点20′为一端，另一端接触在转子外表面4′，以铰接点20′为中心进行往复旋转运动，当向与转子3′中心相反的方向旋转最大时，完全进入到壳体1′的凹槽内部而不妨碍转子3′的旋转，此时切断燃烧室7空间与壳体内部空间而使燃烧室7形成为密封的空间；转子3′，以壳体1′的内部圆形空间的中心为轴，一部分从转子接触点19线接触在壳体内表面2′，剩下的部分与壳体内表面2′保持间隔进行旋转，所述转子3′具有圆形、椭圆形或组合圆形和椭圆形的形状、没有突变而具有缓慢连接的曲线形截面；侧面板，其确保壳体1′、转子3′以及铰接叶片9′侧面的空气气密性。
[0003] 将在所述压缩机的空气吸入空间6-1的前端通过进气口17吸入的空气以高温高压压缩并通过设在压缩空间6-2的端部的压缩空气出口10储藏在单向止回
阀11和按照动力发生机的转子3′的旋转
位置操纵打开或关闭的压缩空气阀13之间的压缩空气罐12，当动力发生机的转子3′和壳体1′接触的转子接触点19通过壳体内表面2′的最上部的铰接点20′时，打开压缩空气阀13将压缩空气以高速排放到通过铰接叶片9′密封的燃烧室7，同时，具备包括
燃料调整装置14和燃料
喷嘴15的燃料喷射装置，在以高速排放的压缩空气喷射燃料，将压缩空气排放到燃烧室7之后，关闭压缩空气阀13，同时利用设在燃烧室
7的一侧面的点火装置16燃烧与空气混合的燃料而在动力发生机产生动力，在所述动力发生机的排气空间6-4的端部将燃烧气体排放到发动机的外部。
背景技术
[0004] 汪克尔型转子发动机(Wankel-type rotary engine)比
往复式发动机结构简单，并具有每输出重量及体积小，而且振动及噪音低的诸多优点，但并不广泛使用。其是因为在
气缸内部，围绕气缸中
心轴周围偏心旋转的三
角形转子和气缸之间的密封不完整，转子从燃烧气体吸收动力的旋转区间较短而效率比
内燃机低，并且耐久性也低。由于转子偏心旋转，位于三角形转子的
顶点的
密封件和气缸的接触角不断变化而无法紧密接触，若密封件稍微磨损，其密封效果会急剧降低而成为降低效率的原因。
[0005] 作为与汪克尔型转子发动机不同形态的转子发动机有最古老的形态的登载于英国博物馆Evanion Catalogue的Hodson的
专利转子发动机(Evan 6893)。该
蒸汽发动机推定为1884年的专利(参照图4)包括：气缸；转子，以气缸内部的中心轴为轴进行旋转；铰接叶片，其一侧铰接连接在气缸，另一侧接触在转子外表面，随着转子的旋转以铰接为中心进行往复旋转；以及蒸汽流入装置，所述发动机是由
蒸汽压的力对转子赋予旋转力的发动机。
[0006] 美国 专 利“combustion engine having fuel cut-off at idle speed and compressed air starting and method of operation(专利号：4,741,164；1988.5.3”是与Hodson的专利发动机具有类似的基本形状的转子发动机，依次设有：止回阀，其设在压缩机模组和
燃烧器模组之间，压缩机模组，具有气缸、转子、气室阀(air chamber valve)(或燃烧室阀：firing chamber valve)；压缩空气储箱，其具有气阀，该气阀储存剩余压缩空气，供在启动发动机时使用；气
门(air gate)；燃料供给装置；燃烧室。气门具有以下结构；通过由转子旋转位置
信号而进行运作的
电磁阀打开，将压缩空气供给到燃烧室，在燃烧室发生燃烧时由燃烧气体的压力被关闭。
[0007] 美国的另一专利的转子发动机(专利号5,247,916)，在另外具备对应于压缩机的压缩偏心轮(compression eccentric)和对应于动力发生机的动力偏心轮(power eccentric)的方面与本发明相似，但是代替铰接叶片9、9′，由压缩门(compression gate)和动力门(power gate)构成的方面与本发明不同，所述压缩门(compression gate)和动力门(power gate)是在转子以一侧结合在气缸狭槽(slot)，另一侧通过
弹簧接触在转子外表面的状态旋转时，进出狭槽内部。
[0008]
国际申请的混合循环转子发动机(hybrid cycle rotary engine)(
国际申请号PCT/US2007/074980)也另外具有压缩机和燃烧器模组，但是代替铰接叶片利用所谓摇杆的旋转阀，所述摇杆紧密接触在一方通过另外的
凸轮装置或弹簧的力而旋转的转子。
发明内容
[0009] 背景技术中，代替铰接叶片而利用门(gate)(或摇杆(racker))的转子发动机(专利号5,247,916)和混合循环转子发动机(国际申请号PCT/US2007/074980)需用弹簧等推门(gate)(或摇杆(racker))使之紧密接触在转子外表面，为了总是接触在高速旋转的转子上需要一个非常强力的弹簧。为了设置这种弹簧，需要相当大的空间，这会导致发动机的大型化。
[0010] 美国专利4,741,164(1988.5.3)发动机，将在压缩机模组压缩的空气通过闸阀传送到燃烧器模组，剩下的压缩空气储存在具备专门操作空气的进出的气阀的压缩空气储箱，在启动发动机时使用。所述结构，在打开闸阀之前，在压缩机模组压缩的空气无法从压缩机模组的内部空间排放，因此压缩机的压力远远高出燃烧室所需要的气压急剧上升，随此用于旋转压缩机转子的
能量急剧变大而引起降低发动机的效率的原因。并且，在压缩机模组压缩完空气时，将两模组的转子的旋转角度精密地调整为预定关系以燃烧器模组的燃烧室被燃烧室阀密封而成为接收压缩空气的状态。
[0011] 往复式发送机为了打开气阀而使用随着
曲柄轴的旋转而旋转的凸轮机构，美国专利4,741,164(1988.5.3)通过电磁阀打开用于将压缩空气供给至燃烧室的闸阀。为了用充分的时间将压缩空气供给到燃烧室，从旋转角度
传感器接收信号之后以最短的时间内打开闸阀，为此，电磁阀应以最快的速度反应信号。例如，在以5,000rpm旋转的发动机，为了从旋转角度传感器接收信号之后，转子旋转5度期间打开闸阀，电磁阀应在0.00017秒以内完成动作。为了在最短的时间内瞬时间打开闸阀，电磁阀必须要非常大，此时闸阀用大力堵住高压压缩的空气通道。
[0012] 转子发动机由于每输出重量及体积比往复式发动机相比非常小，因此最适合用于航空发动机，但是，仍具有随着高度变高，空气变稀薄而发动机的输出急剧降低的一般发动机的特性，因此为了使用在更高效的航空发动机需要进一步改善。
[0013] 利用门(gate)(或摇杆(racker))的转子发动机(专利号5,247,916)和混合循环转子发动机(国际申请号PCT/US2007/074980)的问题可通过使用铰接叶片9、9′来解决。所述铰接叶片通过压缩空气和燃烧气体而紧密接触在转子外表面4、4′，因此不需要将铰接叶片9、9′推到转子外表面4、4′的弹簧等其他装置。只是，在压缩空气和燃烧气体的压力急剧下降的瞬间，即压缩机的转子3的转子接触点位于铰接点20和进气口17之间时和，在动力发生机，转子3′的转子接触点19位于排气口18和铰接点20′之间时，因压缩空气和燃烧气体的压力微弱而将铰接叶片9、9′推到转子3、3′的力变弱，因此有时需要弹簧等其他装置。但此时，压缩机未正式进入压缩冲程之前的状态，动力发生机处于铰接叶片9′被旋转的转子3′提升而开始密封燃烧室7的状态，因此没有弹簧等其他装置也不妨碍发动机的动作及性能。
[0014] 美国专利4,741,164(1988.5.3)中，通过闸阀将发动机的压缩空气传送到燃烧器模组的结构导致发动机的效率降低的问题，该问题，可通过在压缩机的压缩空气出口10和压缩空气阀13之间依次设置止回阀11和压缩空气罐12来解决。由此，在压缩机经压缩的空气全部通过止回阀11储藏在压缩空气罐12，并由只允许一方向流动的止回阀堵住储藏在压缩空气罐12的空气，使空气无法再回到压缩机，仅在打开压缩空气阀13时才能供给到燃烧室7。压缩空气管12的体积为所述燃烧室的体积的1至3倍(该数值范围是用来举例说明的，可根据发动机有所不同)，压缩空气罐12全部接受压缩机的压缩空气，其压力也不会急剧增加，因此防止压缩机的压缩空间6-2的压力急剧上升。并且，虽然压缩机的转子3通过转子的
旋转轴5从动力发生机接受旋转力，但是，压缩机只是通过进气口17吸入空气并压缩储藏在压缩空气罐12，而且，动力发生机并不是从压缩机直接接受所需的压缩空气，而是从储藏有压缩空气的压缩空气罐接受，因此压缩机和动力发生机3、3′不需要精密调整为预定角度后进行设置。
[0015] 美国专利第4,741,164(1988.5.3)中，为了将压缩空气传送到燃烧室，用通过
电信号运行的电磁阀打开闸阀(gate valve)，为了快速打开堵住高压压缩气体的闸阀应打开电磁阀，还需附加装置来形成使电磁阀运行的
电压、
电流以及运行信号。若代替由电磁阀动作的闸阀，适用利用一般适用于
汽车往复式发动机的凸轮装置的
阀体，或随着铰接叶片9的移动而移动来操作打开或关闭的双方向止回阀51则可以解决所述问题点(参照图5及6)。尤其，所述双向止回阀是两个单向止回阀相面对的形状，在与阀体连接的流路两端之间存在压力差时，阀体内的球堵住压力低的一方的出口而构成总是被堵住的结构，为了打开阀体，需利用阀杆52将球勉强地从压力低的一方推到压力高的一方，如图6所示，动力发生机的铰接叶片通过转子旋转而开始密封燃烧室时，被所述铰接叶片抬起的阀杆52推被压缩空气关闭的双向止回阀51的球而形成通道以使燃烧气体流入燃烧室(图6-b，c)，具备包括燃料调整装置和燃料喷嘴的燃料喷射装置，并将燃料喷射在高速排放的压缩空气中，将阀杆52提到最大的瞬间，操作所述燃烧室内的点火装置并在燃烧室燃烧燃料(图6-d)，在所述燃烧室，燃烧气体的压力急剧上升而高于压缩空气罐的压力时，因其压力差，双向止回阀51的球完全被推上而堵住压缩空气的通道，从而可以切断压缩空气流入燃烧室，并燃烧气体向压缩空气罐逆流(6-d，e，f)，当转子旋转时，铰接叶片打开燃烧室，大部分燃烧气体排放到膨胀空间而燃烧室的压力低于压缩空气罐的压力时，压缩空气将双向止回阀51的球完全往下推而切断压缩空气供给至打开着的燃烧室(图6-a)。
[0016] 为了将转子发动机使用于更高效的航空发动机，在压缩机的壳体除了设置进气口外，进一步适用向转子旋转方向设置可打开或关闭的进气口的可变压缩比压缩机(图8)。在完全打开可打开或关闭的另一进气口81的状态下，压缩机的转子经过另一进气口为止被压缩的空气由另一进气口泄露，因此不发生压缩，当转子经过另一进气口时才开始压缩，因此被压缩的空气量变少且压缩比变低(图9-c)。若完全堵住另一进气口，则获得最大压缩比(图9-a)，完全打开时，获得最小的压缩比(图9-c)，可根据打开或关闭的程度获得适当的压缩比(图9-b)。不仅如此，在完全打开另一进气口时，直到转子通过另一进气口为止不需要用于压缩的动力。若利用可变压缩比压缩机，则可以制作在各种条件下性能最佳的发动机。例如，当本发明的分离型转子发动机用作航空发动机时，在
大气压高的低高度打开另一进气口使发动机运行，而在空气稀薄的高高度关闭另一进气口而保持较高的压缩空气的空气压，从而可以提高发动机的性能。
附图说明
[0017] 图1是本发明的代表图，示出分离型转子发动机。
[0018] 图2是在分离型转子发动机上示出发动机的构成元件按照转子的旋转位置进行运作的示意图。
[0019] 图3是在本发明通过减小燃烧室的体积而提高燃烧室的压力的压燃式分离型转子发动机。
[0020] 图4是登载于英国博物馆Evanion Catalogue的Hodson的专利转子发动机(Evan6893)。
[0021] 图5是适用双向止回阀的分离型转子发动机。
[0022] 图6是说明双向止回阀的动作的示意图。
[0024] 图8是适用可变压缩比压缩机的分离型转子发动机。
[0025] 图9是说明可变压缩比压缩机的示意图。
具体实施方式
[0026] 以下，参照附图详细说明为了达成所述目的的本发明的操作例。
[0027] 如图2-a、2-b所示，压缩机通过转子3的旋转和铰接叶片9的协助压缩从吸气口17吸入的空气，然后通过压缩空气出口10和压缩空气止回阀11供给至压缩空气罐12。铰接叶片9的一端由压缩空气的压力紧密接触在转子3而保持气密，以防压缩空气的压力损失。压缩空气通过所述止回阀切断向压缩机的逆流，在关闭压缩空气阀13的状态下储藏在压缩空气罐12。
[0028] 在动力发生机的转子3′旋转的同时接触在壳体内表面2′的转子接触点19通过壳体内表面2′最上部的铰接点20′时，被动力发生机的转子3′提升的铰接叶片堵住被凹陷的壳体内表面而形成密封的燃烧室7，与此同时，通过适当的装置打开压缩空气阀13而压缩空气罐12的空气快速流入到密封的燃烧室7。压缩空气流入的同时，从设置在压缩空气通道的燃料喷嘴15喷射燃料，与压缩空气混合流入到燃烧室7(图2c参照)。燃料可通过设在压缩空气阀13的前方或后方的燃料喷嘴15供给，还可以在压缩机外部与空气混合之后流入到压缩机。
[0029] 当压缩空气和燃料流入到燃烧室7之后，压缩空气阀13被关闭，紧接着点火装置16运行而在燃烧室发生燃烧。当转子3′旋转而打开铰接叶片9′时，所产生的高温高压燃烧气体从燃烧室出口出来而进入膨胀空间6-3并对转子传递旋转力(参照图2-d)。高压燃烧气体对铰接叶片9′施加力，使所述铰接叶片的一端紧密接触在转子外表面，从而保持气密。旋转的转子3′通过排气口18将残留在排气空间6-4的排气推到发动机外面，并通过使设在相同的旋转轴5的压缩机的转子3旋转并压缩压缩空间6-2内的空气。
[0030] 如
柴油发动机，在将分离型转子发动机用作压燃式发动机时，减低燃烧室的大小而提高压缩比以便在压缩机由压缩空气罐供给的空气达到能自然点火及燃烧供给至燃烧室的燃料。柴油的情况，将燃烧室的大小调整为压缩比成为20以上，但是，可根据燃料防烟及点火的压缩比有所不同，因此燃烧室的大小可根据燃料不同。图3示出应用为压燃式发动机的例子。喷射燃料的燃料喷嘴32设于缩小燃烧室31内部，燃料根据缩小燃烧室31的高温高压自然点火，因此不需要另外的点火装置。
[0031] 作为压缩空气阀13的一种形态可以适用双向止回阀51(参照图5，6)。压缩机通过转子的旋转和铰接叶片的协助压缩从进气口吸入的空气，然后通过压缩空气出口和压缩空气止回阀供给至压缩空气罐。压缩空气通过压缩空气止回阀切断向压缩机的逆流，在关闭双向止回阀51的状态下储藏在压缩空气罐。在动力发生机转子的转子接触点到达壳体内表面的最上部的铰接点之前，压缩空气罐的空气压高于燃烧室的压力，从而双向止回阀51的球堵住通向燃烧室的通道而切断压缩空气的流动(图6-a)。
[0032] 图6-b是在转子接触点通过壳体内表面最上部的铰接点时，铰接叶片基于与动力发生机的转子接触而旋转开始密封燃烧室，由铰接叶片提升的阀杆52推动由压缩空气关闭的双向止回阀51的球，并形成压缩空气罐的压缩空气流到燃烧室的通道，以使压缩空气快速流入到密封的燃烧室，并通过设在空气通道的燃料喷嘴将燃料供给至燃烧室。所述双向止回阀51，当与阀体连接的流路的两端之间存在压力差时，阀体内的球堵住压力低的一方的出口，从而具有总是被关闭的结构，为了打开阀体应利用阀杆52将球勉强地从压力低的一方向压力高的一方推动。
[0033] 在阀杆52提升到最大的状态下结束向燃烧室供给压缩空气(图6-c)，接着，燃烧室内的点火装置运作而在燃烧室发生燃烧(图6-d)。此时，在燃烧室，燃烧气体的压力急剧上升而超出压缩空气罐的压力，因其压力差，双向止回阀51的球完全往上推而堵住压缩空气的通道，从而切断燃烧气体向空气压缩罐逆流。当转子从图6-c旋转到6-d期间，燃烧室保持预定体积，因此通过在此期间适当调整发生点火的位置，使得在预定体积下进行完全燃烧。当转子接触点经过燃烧室出口时，接触在转子外表面而旋转的铰接叶片往下旋转，通过阀杆的弹簧作用阀杆52也跟着铰接叶片往下移动。图6-e，f示出当转子旋转时铰接叶片打开所述燃烧室，此时燃烧气体泄露在膨胀空间，同时燃烧室的压力变低，但是，燃烧室的压力仍高于压缩空气罐的压力，因此双向止回阀51的球仍堵住压缩空气通道。图6-a示出动力发生机的转子接触点通过排气口而在动力发生机产生动力的燃烧气体通过排气口排放到发动机外面，此时，压力相对变大的压缩空气罐的空气压将双向止回阀51的球往下推而堵住通向燃烧室的空气通道，因此压缩空气不会漏在燃烧室。
[0034] 图7是本发明的另一个例，即将双向止回阀75
水平设置，并将阀杆74的端部倾斜地制作，当阀杆74被铰接叶片往上推时，止回阀的球因倾斜面的作用推到水平方向，而打开上部壳体内通向燃烧室72的通道，在上部壳体71设置燃烧室72的。尤其，如图7所示，因在阀杆74的倾斜面运作的双向止回阀75内的压力始终受向下方向的力的阀杆75发挥当动力发生机的铰接叶片为了形成燃烧室而以铰接点为中心快速旋转时与动力发生机的壳体碰撞的瞬间，施加与铰接叶片的旋转相反方向的力，以减小冲击的作用。
[0035] 为了将转子发动机使用于更高效的航空发动机，在压缩机的壳体除了设置进气口17外，进一步适用向转子旋转方向设置可打开或关闭的进气口的可变压缩比压缩机(参照图8)。若完全堵住可打开或关闭的另一进气口81，则获得最大压缩比(图9-a)，完全打开时，获得最小的压缩比(图9-c)，可根据打开或关闭的程度获得适当的压缩比。在完全打开可打开或关闭的另一进气口的状态下，转子经过另一进气口时为止被压缩的空气通过另一进气口被泄露，因此不会发生压缩，当转子经过另一进气口时才开始压缩，因此被压缩的空气量变少且压缩比变低。而且，直到转子通过另一进气口为止不需要用于压缩的动力。若利用可变压缩比压缩机，则可以制作在各种条件下性能最佳的发动机。例如，当本发明的分离型转子发动机用作航空发动机时，在大气压高的低高度打开另一进气口使发动机运行，而在空气稀薄的高高度关闭另一进气口而保持较高的压缩空气的空气压，从而可以提高发动机的性能。
[0036] 铰接叶片9、9′受力以便通过压缩空气和燃烧气体紧密接触在转子外周面4、4′，因此不需要将铰接叶片9、9′推到转子外周面4、4′的弹簧等其他装置。但是，当压缩空气和燃烧气体的压力急剧下降的瞬间，即在压缩机的转子3的转子接触点位于铰接点
20和进气口17之间时和，在动力发生机的转子3′的转子接触点19位于排气口18和铰接点20′之间时，由于将铰接叶片9、9′推到转子3、3′的力微弱而会需要弹簧等其他装置。但此时，压缩机未正式进入
压缩行程的状态，动力发生机处于铰接叶片9′被旋转的转子9′提升而开始封闭燃烧室7的状态，因此没有弹簧等其他装置也不妨碍发动机的动作及性能。
