技术领域
[0001] 本
发明涉及一种内燃
转子发动机，特别是一种容积式转子发动机。
背景技术
[0002]
活塞式内燃发动机自19世纪问世以来，经过不断改进和发展，设计和整体性能，已相当完善。它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用，它在人类活动中占有非常重要的地位。现在主要以
四冲程发动机为主，但四冲程发动机结构复杂，造价较高，体积较大。气
门配气机构以及
点火系统复杂，零部件多，保养困难，机械噪音大。由于
曲轴转720度做功1次，所以功率输出小、旋转平衡不稳定,再有燃烧时间短，
汽油在
燃烧室内会出现不能充分燃烧的现象。
[0003] 过去的百多年里，发明者提出了许多关于转子发动机结构的提案。但是，这些概念都没有实用化，直到德国人汪克尔(F.ankel）博士在1957年研制出转子发动机。与一般四冲程发动机每旋转两圈才作功一次相比，具有高
马力容积比的优点，转子发动机的优点亦包括体积较小、重量轻、低
重心、震动小等。
[0004] 与
往复式发动机相比，转子发动机有如下缺点，油耗高，污染重。由于转子发动机燃烧室的外形不太有利于完全燃烧。由于转子发动机的相邻容腔间只有一个径向密封片，径向密封片与缸体始终是线
接触，径向密封片磨损快。磨损严重，零部件寿命短。使用一段时间之后容易因为油封材料磨损而造成漏气问题，大幅增加油耗与污染。其独特的机械结构也造成这类引擎加工制造技术高，维修较难。
[0005] 此外，还有燃气
涡轮发动机，利用燃气的高压推动
燃气涡轮发动机的
叶片旋转，从而输出动力。因为它的结构最简单，而且最能体现出燃气涡轮发动机所特有的体积小、重量轻、起动快、少用或不用
冷却水等一系列优点。燃气涡轮发动机使用范围很广，如用在航空、
发电厂和轮船等。
[0006] 燃气涡轮发动机具有上述的各优点，如果能应用于
能源消耗量巨大的
汽车、火车等常用运输工具，将带来节能、环保、舒适和易于维护等诸多益处，但现有的涡轮发动之所以一直未大量应用于上述运输工具，主要由于
加速性能差；低速时能耗大，成本高，维护艰难等,而且很难精细地调节输出的功率。所以汽车和摩托车很难使用燃气涡轮发动机作为驱动。
[0007] 目前，全球都在进行燃气
涡轮机的微型化研究。微型化存在最大问题就是：微型化流量太低。叶片式
动力涡轮和叶片式
压气机在低流量下效率就面临的最严峻考验。
[0008] 在目前，多种应用场合下对发动机的要求是：预留给发动机的空间有限，在要求发动机重量更小的前提下，却又要求发动机具有更高的功率输出、热效率，及对各种
燃料具有更好的适应性与极低的排放。
发明内容
[0009] 本发明的目的是提供一种具有较高的机械效率、结构简单，动力学性能接近
燃气轮机，而
热力循环性能优于常规四冲程
内燃机的容积式转子发动机。
[0010] 本发明的内燃转子发动机, 其特征在于它由活塞往复式压气机、燃烧室和转子单元组成，所述的活塞往复式压气机包括曲轴、连接曲轴的
连杆，在连杆上的活塞以及位于
气缸上部的进气
阀和
单向阀；所述的燃烧室包括
火花塞和排气阀，燃烧室前端与单向阀连通；所述的转子单元包括
叶轮、叶轮轴及在叶轮外周的叶轮机匣，所述叶轮机匣上部有导向
喷嘴与燃烧室连通，叶轮端面上有弧线凹槽，所述的叶轮机匣后端设有排气管。
[0011] 为使本内燃转子发动机获得适当的动力输出，本内燃转子发动机还在叶轮轴和曲轴之间设置有减速装置, 减速装置的
齿轮与叶轮轴上的齿
轮齿合, 减速装置驱动曲轴与气缸的曲轴共轴。
[0012] 为抵消气缸的曲轴左右运动时产生的振动，进而实现低噪音、低油耗，本内燃转子发动机的活塞往复式压气机还可设置左、右两个气缸，左、右两个气缸的曲轴与减速装置驱动曲轴共轴，或与两套减速装置的驱动曲轴分别连接。
[0013] 为进一步提高发动机的效率，本内燃转子发动机还设置有一个高压储气罐、气体压力流量控制系统及换热器,高压储气罐通过换热器与叶轮机匣上的进气孔连接，叶轮机匣的排气管穿过高压储气罐的换热器。
[0014] 本内燃转子发动机由于采用了活塞往复式压气机对空气进行压缩，压缩后的高压空气在体积固定的燃烧室内进行等容燃烧，燃烧后的高温高压气体直接进入转子单元，由于叶轮端面上有弧线凹槽，与叶轮机匣形成弧线凹槽容积室，叶轮和叶轮机匣之间因不接触并没有产生接触摩擦，高压气体经喷嘴作用在叶轮外圆与叶轮机匣之间的弧线凹槽容积室上，推动叶轮高速转动，当叶轮转速达到某一
临界点后，气体膨胀
动能和叶轮的惯性动能
叠加，这时，无须再费更多的气体膨胀动能，叶轮依旧会快速转动，而且不停地高速转动，使得发动机的输出
扭矩提高，同时惯性动能得到最大利用，使得发动机的输出功率高和低速扭矩大。
[0015] 本内燃转子发动机的叶轮每转一圈燃烧室燃爆1次，气缸进气与燃烧室点火燃烧是在同时进行的，因此旋转平稳，振动小、噪音低，舒适感更好。本发动机与往复式发动机相比没有了点火提前
角以及复杂的进排气机构，可靠性更高，机械效率更好，因此发动
机体积减少，重量减轻，零部件减少，易于开发生产，成本降低同时售后维修
费用减少。
[0016] 本发明本内燃转子发动机还有单缸发动机及多缸发动机的多种结构。
[0017] 1、当其为单缸发动机结构时，是所有发动机中最简单的一种，它只有一个汽缸，是发动机的基本形式。
[0018] 2、当其为多缸发动机，即有两个以上气缸的发动机。它是由若干个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组成。
[0019] 多缸发动机的气缸排列有直列、V形和水平对置以及星形等形式，这取决于安装、制造成本和冷却方式等因素。
[0020] 本发明的本内燃转子发动机对于多气缸构成的直列排列发动机来说由于每个气缸多一个叶轮，排列更长，这种布局的发动机不适合用在尺寸紧凑的汽车上。
附图说明
[0021] 图1为本发明内燃转子发动机的结构示意图；图2为本发明内燃转子发动机转子单元的结构示意图；
图3为本发明内燃转子发动机利用压缩空气混合动力时的结构示意图。
具体实施方式
[0022] 以下结合附图说明本发明内燃转子发动机的结构：
实施例1。
[0023] 如图1所示，当本发明内燃转子发动机为单缸结构时：它由活塞往复式压气机1、燃烧室2和转子单元组成，活塞往复式压气机1的曲轴11设置在气缸14的缸体上，曲轴11与连杆12连接，连杆12与活塞13连接，在气缸14上部分别有在进气管16开口处的进气阀15和通往燃烧室2入口处的单向阀17。燃烧室2有火花塞21，燃烧室2的后端有排气阀22，燃烧室2前端通过单向阀17与气缸14连通。如图2所示，转子单元包括叶轮3、叶轮轴31及在叶轮3外周的叶轮机匣33，叶轮机匣33上部有导向喷嘴23经过排气阀22与燃烧室2连通，叶轮3端面上有弧线凹槽32，叶轮机匣33后端设有排气管34。为降低速度和提高输出扭矩，本内燃转子发动机在叶轮轴31和曲轴11之间设置有减速装置4, 减速装置4的齿轮与叶轮轴31上的齿轮齿合, 减速装置4驱动曲轴与气缸14的曲轴11的一端共用一个轴。
[0024] 当驱动活塞往复式压气机1的曲轴11旋转时，通过连杆12的传动，活塞13便做往复运动，由气缸14内壁、气缸盖和活塞13顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞13从
上止点处开始向下运动时，气缸14内的工作容积逐渐增大，这时，混合气体即沿着进气管16推开进气阀15而进入气缸14，活塞13到达
下止点直到工作容积变到最大时为止，进气阀15关闭；活塞13经过下止点后向上运动时，气缸14内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸14内压力达到并略高于排气压力时，气体排出气缸14，经单向阀17进入燃烧室2。直到活塞13运动到达上止点
位置，单向阀17关闭，火花塞21点燃混合气体燃烧，排气阀22打开，高温高压气体从导向喷嘴23喷入叶轮3弧线凹槽32与叶轮机匣33之间的弧线凹槽容积室里，气体高速膨胀推动叶轮3转动，叶轮轴31经减速机构4带动曲轴11旋转，完成一个工作循环并输出机械能，除了维持活塞往复式压气机1本身继续运转外，其余动力即通过
传动轴用于对外做功，废气从34排气管排出。
[0025] 当活塞13再次从上止点向下运动时，上述过程重复出现。总之，曲轴11旋转一周即在气缸14、燃烧室2以及叶轮3分别同步进行进气、压缩、做功及排气四个冲程。气缸进气与燃烧室点火燃烧是在同时进行的。
[0026] 本发动机的燃烧室不再是
汽缸盖与活塞顶部构成的空间，而是一个由独立的燃烧室2，单向阀17，排气阀22，火花塞21（或燃料喷嘴）构成，燃烧室2是燃料在其中燃烧生成高温气体的装置，它接近于理想的等容燃烧。
[0027] 传统的活塞发动机只有
活塞头部分产生动力，气缸其他大约75%表面积（腔壁）则吸收
热能，导致用于动力输出的
能量减少，其次，本发动机燃烧室
散热面积只有传统往复发动机25%左右，热量散失更小，所以热效率得到提高，可以利用
风冷散热或者水冷循环散热。
[0028] 本发动机可以进行变容或不同容积的模
块设计，便于更换，适合使用更多燃料（如成为
液化气发动机、
天然气发动机等）。
[0029] 单缸发动机只有一个汽缸，是发动机的基本形式，结构简单，其构成的零部件数量也较少，且不需进行左右汽缸的平衡调整，故障点少；同时，简单的结构又决定了单缸机具有制造和装配工艺简单、技术难度小等特点，因而单缸机的制造成本也较低，且使用维护简便，具有很好的经济性。主要应用在摩托车，三轮车，农林机械，航模以及微型应急发
电机等。
[0030] 实施例2。
[0031] 本发明内燃转子发动机实施例1结构的
基础上，依据气缸水平对置动力是一种最符合运动机械原理的发动机组合形式的机理，可以进行左右成对配置发动机，另外，活塞曲轴在左右运动时产生的振动可以互相抵消，进而实现了低噪音、低油耗。
[0032] 本发明内燃转子发动机当左右成对配置发动机时有两种结构：1、 成对配置左、右两个气缸14, 左、右两个气缸14的曲轴11共同与一个叶轮3输出动力的减速装置4上的驱动曲轴连接。
[0033] 2、 成对配置左、右两个气缸14, 左、右两个气缸14的曲轴11分别与各自的叶轮3输出动力对应的减速装置4上的驱动曲轴连接。
[0034] 这种结构的发动机适用在汽车，轮船，发电机，小型飞机、
直升机上应用。
[0035] 实施例3。
[0036] 如图3所示：为进一步提高发动机的效率，在本发明内燃转子发动机实施例1结构的基础上，增加了高压储气罐5、气体压力流量控制系统51，及换热器52，其中高压储气罐5通过换热器52与叶轮机匣33上的进气孔53连接，叶轮机匣33的排气管34穿过高压储气罐5的换热器
52的内部。本实施例的发动机可以就用在压缩空气混合动力汽车上。
[0037] 从高压储气罐5出来的压缩空气经过气体压力流量控制系统51进入换热器52吸收排气管4中的废热升温，然后经连接管从叶轮机匣33的进气孔53进入叶轮3与叶轮机匣33之间的弧线凹槽容积室内，膨胀气体做功推动叶轮3旋转，在弧线凹槽容积室内膨胀的气体随着叶轮3旋转到燃烧室2的排气喷嘴23处与高温气体的混合升温进行二次膨胀做功，在低速行驶时，压缩空气和发动机同时提供动力，这样可以利用燃气的废热给减压后的压缩空气升温，提高内能。同时提高压缩空
气动力的行程，当压缩空气用完后或者时速高于设定速度时动力将由发动机单独提供。
[0038] 本实施例的压缩空气混合动力发动机的另一大不同之处其放弃了传统的气缸加活塞的发动机动力结构，转而采用转子发动机结构。其优点有：储存的压缩空气只需推动发动机的叶轮3旋转就可完成从空气能到汽车机械能的转换，从而更有效率；二来因为发动机结构更加简单，从而减少了使用和维修成本。
[0039] 压缩空气混合动力汽车作为一种符合当前社会需要的新型节能环保汽车，具有其他汽车所不具备的优势，而且它所消耗的压缩空气可以使用电力压缩空气得到的，而电力是一种
可再生能源，它可以由多种清洁的方法得到。
