内燃式微型叶片转子发动机(一） 技术领域本
发明属于微型发动机技术领域，特别涉及的是一种微型内燃式叶片转子式发动机。(二） 背景技术微型发动机将
燃料燃烧产生的
热能转化为机械能，实现微小空间条件下机械动
力输出， 其
能量密度大约是当前最好的锂
电池的10-100倍。已提出的微型发动机系统，如微型
涡轮 发动机(美国
专利5932940)、微型
汪克尔发动机(Femandez-Pello A C， Pisano A P, Fu K. MEMS rotary engine power system. Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan, 2003.123.9: 326-330)、微型
斯特林发动机（美国专利5941079 )、微型自由
活塞发动机（美 国专利7258086)等，由于直接将现有宏观发动机系统的结构形式微型化，因而结构复杂， 在微空间条件下难以设计制造，并未得到实际应用。2006年已公开的
申请号为 20061004004.3的微型发动机，包括内
凸轮飞轮盘、.滑
块、盖板、活塞
转轴和
气缸体等零部 件，采用准气体动力循环，结构形式较传统发动机简单紧凑，然而由于需要通过内凸轮和 往复直线运动的滑块方式控制发动机工作过程，因而限制了其转速的提高。(三） 发明内容本发明针对上述不足，提供了一种内燃式微型叶片
转子发动机，该发动机仅作旋转运 动，转速高，适应超高
能量密度的动力输出要求且结构简单、易于微加工制造。为实现上述发明目的，本发明的技术方案包括：前端盖l、
轴承2、间隔环3，
气缸体 4、套筒5、转子6、后端盖7、叶片8、铂丝热火头9、进气接头10和点火电池11。所述 的套简5内装有气缸体4，气缸体4偏心内孔装有转子6，转子6前端作为动力输出端，其 特征在于：套简5轴向两端分别与前端盖1和后端盖7固定连接，中间有一个直立的进气 管，其上端与进气接头10连接，下端与气缸体4的进气方槽相通，套简5中部左侧下方有 一个排气通口与气缸体4的排气方槽相通，套简5.中部右侧下方沿轴向有三个点火孔与气 缸体4的三个点火孔对应相通，孔内分别安装三个铂丝热火头9;气缸体4为柱体，柱体内 部沿轴向有一个偏心内孔，柱体外壁面上有一个进气方槽和一个排气方槽，进气方槽底面 有5-10个沿轴向分布的进气通孔与偏心内孔相通，排气方槽底面有2-4个沿轴向分布的排 气通口与偏心内孔相通；转子6是由四段阶梯圆柱体组成的轴，该阶梯轴与气缸体4外壁圆柱面有相同轴心线，转子6
主轴段沿圆周方向均勾分布三个叶片槽，槽内装有叶片8，主 轴段装入气缸体4的偏心内孔，主轴段的左右两侧以间隙配合方式分别套装间隔环3，左右 间隔环3分别与气缸体4的两端面紧压固定连接，转子6第二段柱体和第四段柱体分别过 盈配合安装轴承2，转子6左端第一段柱体作为动力输出端；气缸体4、间隔环3、轴承2 均以
过盈配合方式固定在套简5的内壁。在气缸体4横截面上，偏心内孔中心与转子6中心的连线、进气通孔底部沿顺
时针旋 转方向的起点与转子6中心的连线，这两条线形成的夹
角为40-45度；偏心内孔中心与转子 6中心的连线、进气通孔底部沿顺时针旋转方向的终点与转子6中心的连线，这两条线形成 的夹角为50-60度，其目的在于当
燃烧室容积由最小开始逐渐增大时，开始进气过程，设置 一定的进气提前，有利于通过扫气方式排空燃烧室残余气体，提高进气充气效率。在气缸 体4横截面上，进气通孔底部沿顺时针旋转方向的终点与转子6中心的连线、点火通孔中 心线，这两条线形成的夹角为120度，其目的在于保证无论转子6处于任何转角
位置，进 气通孔与点火通孔至少被一个叶片隔离开，防止回火造成预混合室内预置高压气体被点燃。 在气缸体4横截面上，偏心内孔中心与转子6中心的连线、排气通口沿顺时针旋转方向的 起点与转子6中心的连线，这两条线形成的夹角为120度，保证燃烧室容积达到最大时， 燃烧室能够与排气通口即时接通进入排气过程，使燃烧废气的顺利排出。在气缸体4横截 面上，偏心内孔中心与转子6中心的连线、排气通口沿顺时针旋转方向的终点与转子6中 心的连线，这两条线形成的夹角为60度，其目的是保证燃烧室容积达到最小时才结東排气 过程。气缸体4上的进气通孔直径要小于氢气熄火间距0.64mm以防止回火。气缸体4偏心 内孔壁面和转子6外壁
镀有铂粉层以进行微空间条件下的催化燃烧反应。钼丝热火头9通 过表面炽热点火方式点燃预置可燃混合气。本内燃式微型叶片转子发动机通过预置高压可燃混合气的燃料供给形式代替理想气体 动力循环的等熵压缩过程。转子6主轴段上的三个叶片8将气缸体4偏心内孔、转子6主 轴段和左右间隔环3构成的封闭气缸容积空间分割成三个互不连通的燃烧室。当任意两个 叶片8所围成的燃烧室与气缸体4的进气通口相通时，预置高压可燃混合气喷入该燃烧室 内，预置气体压力作用于燃烧室两侧叶片8,因两侧叶片受气体压力作用的面积不同而产生 压力差，带动转子6旋转；当该燃烧室移动到与气缸体4的进气通孔错开且与其点火孔相 通时，钧丝热火头9点燃预置可燃混合气，气体燃烧膨胀作功，通过叶片8带动转子6继 续旋转，直至燃烧室容积最大；当该燃烧室容积开始由大变小时，燃烧室与气缸体4排气 通口接通，排出燃烧废气。本发明与
现有技术相比，其技术的有益效果是.：1、 本发明通过预置高压可燃混合气的燃料供给形式代替常规
热机理想气体动力循环的 压缩过程，充分利用了燃料储存的可用能，循环热效率高。2、 本发明中仅有旋转运动而无往复直线运动，且旋转运动
质量分布均勻、动平衡特性 良好，转速高，适合超高能量密度的动力输出要求。3、 本发明转子每旋转一周完成三次燃烧作功过程，输出功率高、输出力平稳、转速稳定。4、 本发明在燃烧室内壁的表面上镀有铂粉层，提高了微空间和高转速条件下的燃烧反 应速率和燃烧
稳定性。5、 本发明采用了叶片式转子偏心结构，使发动机空载时可在只提供高压空气而无燃料 的情况下仍能保持较高转速，其启动停机便利，且节约燃料。6、 本发明采用表面炽热点火方式通过铂丝热火头点燃高压预置可燃混合气，易于微空 间条件下的安装布置，结构简单、体积小、耗能少'。(四）
附图说明图1是本发明的主视图；图2是沿图1中的A-A旋转剖视图；图3是图2中的B-B截面剖视图；图4是图3中的C-C旋转剖视图；•图5 、图6和图7是本发明进气过程的工作原理图；图8、图9和图10是本发明燃烧过程的工作原理图；图11和图12是本发明排气过程的工作原理图；图13是气缸体4的主视图；图14是沿图13中的H-H旋转剖视图；图15是沿图14中J-J截面剖视图； •图16是沿图13中的I-I旋转剖视图；图1至图16中：1_前端盖、2-轴承、3-间隔环、4-气缸体、5-套简、6-转子、 7-后端盖、8-叶片、9-铂丝热火头、10-进气接头、11-点火电池。(五） 具体实施方式 下面结合附图对本发明的实施作进一步详细的说明：本发明包括前端盖l、轴承2、间隔环3、气缸体4、套简5、转子6、后端盖7、叶片8、铂丝热火头9、进气接头IO和点火电池11;如图1至图4所示为本发明在进气燃烧时 各部件的装配位置关系。进气接头IO左边接压缩空气、右边接压缩氢气。套5两端分别有 一段内螺紋和前端盖1和后端盖7为固定连接，在套简5中部位置有一个竖立的进气圆管 与进气接头IO螺紋固定连接；套筒5外柱面下方右侧有三个沿轴向分布的通孔，用于安装 三个铂丝热火头9;沿套筒5外柱面下方左侧轴向有一个排气口；套简5与气缸体4釆用过 盈配合。气缸体4为柱体，柱体内部沿轴向有一个偏心内孔；柱体外壁面上有一个进气方 槽和一个排气方槽，进气方槽底面有IO个沿轴向分布的进气通孔与偏心内孔相通，排气方 槽底面有3个沿轴向分布的矩形排气通口与偏心内孔相通；在气缸体4外柱面上沿轴向有 三个点火孔，用于安装铂丝热火头9。气缸体4和套简5上的进气通孔、点火孔、排气通孔 分别对齐相通。前端盖l与套简5通过螺紋固定连接并顶压在轴承2的
外圈端面上。转子6 为与套筒5外壁圆柱面有相同轴心线的四段阶梯轴，转子6的中间主轴段的外柱面上沿轴 向的三个叶片槽内分别间隙配合有三个叶片8，主轴段的左右两侧以间隙配合方式分别套装
铜制间隔环3，间隔环3与气缸体4的两端面紧压固定连接。转子6第二段柱体和第四段柱 体分别以过盈配合的方式装上轴承2，转子6第一段柱体作为动力输出端。后端盖7与套简 5通过螺紋固定连接并顶压在轴承2外圈端面上。如图5至图12是发动机工作循环的原理图。图中三个叶片8将气缸体4偏心内孔、转 子6主轴段和左右间隔环3构成的封闭气缸容积空间分割成三个互不连通的燃烧室。图5 中，当其中两个叶片8所围成的燃烧室与气缸体4进气通孔相通时，高压预置可燃混合气 从气缸体4进气通孔喷入该燃烧室内；叶片在气体压力作用下带动转子6旋转，通过预置 气体压力膨胀作功，如图6和图7所示。在图8中，该燃烧室转动到与气缸体4上的点火 通孔相通时，可燃混合气被铂丝热火头点燃，燃烧膨胀作功；叶片8在高温高压燃气的作 用下带动转子6继续旋转，如图9和图10所示。在图11中当该燃烧室转动到与气缸体4 上的排气通口相连通时，燃烧废气经气缸体4排气通口排出。发动机转子6每旋转一周， 由三个叶片8分割形成的三个燃烧室交替经历进气、燃烧作功和排气过程。如图13至图16是气缸体4的零件结构图。在图15中在气缸体4横截面上，偏心内孔 中心与转子6中心的连线、进气通孔底部沿顺时针旋转方向的起点与转子6中心的连线， 这两条线形成的夹角a为40度；偏心内孔中心与转子6中心的连线、进气通孔底部沿顺时 针旋转方向的终点与转子6中心的连线，这两条线形成的夹角P为60度；进气通孔底部沿 顺时针旋转方向的终点与转子6中心的连线、点火通孔中心线，这两条线形成的夹角Y为 120度；偏心内孔中心与转子6中心的连线、排气通口沿顺时针旋转方向的起点与转子6中心的连线，这两条线形成的夹角5为120度；偏心内孔中心与转子6中心的连线、排气通 口沿顺时针旋转方向的终点与转子6中心的连线，这两条线形成的夹角6为60度。微型转子发动机的转子6第一段柱体为动力输出端，它可驱动微型发
电机构成超高能 量密度的微型电池系统替代广泛使用的锂电池应用于可携带
电子设备和仪器，也可以作为 发动机动力装置直接输出机械动力驱动微型无人飞机、微型无人车辆、微型
机器人等微型 移动功能器件。
