技术领域
[0001] 本
发明涉及内燃发动机，尤其涉及轮式内燃发动机及其
飞轮、压缩装置和
燃烧室。
背景技术
[0002] 发动机是现代社会不可缺少的动
力设备。典型的发动机包括广泛应用的
汽油机和柴油机。绝大部分的发动机构造为
往复式发动机，尤其是
活塞往复式发动机。活塞在
气缸中进行往复运动，通过
曲柄轴将活塞的往复运动转化为在
输出轴上的旋转运动。活塞在一个做功周期内不断
加速和减速，消耗了大量的动力以及
能量。直线运动转换成旋转运动的过程也消耗了大量的动量以及能量；并且存在大量的强摩擦运动，所做的摩擦功也相当可观。此类发动机大多是四冲程运作，效率低、
稳定性差并且振动大。为了稳定转速和提高输出功率，需要多个气缸，使得构造复杂、体积较大，也增加了发动机的重量。
[0003] 除了上述普遍使用往复式活塞发动机，还有一种知名度很高、但应用很少的发动机，这就是三
角活塞旋转式发动机，也就是
转子发动机。
转子发动机采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放，与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同。
[0004] 转子发动机直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动
扭矩。与往复式发动机相比，转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。
[0005] 但是上述转子发动机没有往复式发动机的高压缩比，使得燃烧不能够很充分，为了提高输出功率，增加了油耗和尾气污染。由于三角转子引擎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，并且径向密封片上与缸体接触的
位置始终在变化，因此三个燃烧室非完全隔离（密封），径向密封片磨损快。转子发动机的另一个
缺陷是通过偏心转动的三角转子与中心的
齿轮啮合，从而向外输出扭矩，所以在低速时，转子发动机的扭矩低。
发明内容
[0006] 为了解决上述技术问题本发明提供一种轮式内燃发动机，该发动机结合了上述典型的活塞往复式
内燃机与偏心式转子发动机的优点。本发明的飞轮式内燃发动机能够提高发动机的效率，简化结构，减轻重量、噪音和振动，提高转速、转矩和稳定性。
[0007] 为达上述目的，本发明提供了一种内燃机，包括：具有输出轴的飞轮；固定地设置在该飞轮上的活塞，用于驱动所述飞轮旋转；紧贴所述飞轮的气缸壁；具有
燃料喷射设备的燃烧室，连接到气缸壁上的开口；向所述燃烧室提供压缩空气的压缩装置，具有压缩腔室，其
抽取、压缩空气，并且将压缩空气提供到该燃烧室，在压缩空气的过程中逐渐关闭压缩腔室；在燃料燃烧后，打开该压缩腔室。
[0008] 在优选的
实施例中，燃烧室的出口与气缸壁的开口连接；所述飞轮沿其周边设置凹槽，气缸壁构造为凹槽盖，从而形成
密闭空间；所述活塞构造为从该凹槽的底部伸出的突
块，该突块的高度与凹槽的深度大致相同，该突块优选为多个等角度地沿该飞轮的周边设置。
[0009] 可选地，所述燃烧室与所述压缩腔室形成为一体；在压缩空气的过程中关闭所述出口；在燃料燃烧后，打开所述出口。
[0010] 压缩装置形成为具有同轴设置的多级压缩
叶片，该压缩叶片被驱动从而抽取并压缩空气。所述燃烧室的数量可以是1个、2个或3个；所述燃烧室通过气缸壁上的开口与所述密闭空间连通，所述压缩装置形成在所述燃烧室后部，该压缩装置形成为具有同轴设置的压缩叶片，该压缩叶片被驱动从而抽取并压缩空气。所述燃烧室还具有燃油喷管和点火装置。
[0011] 压缩装置具有相互嵌套的固定
支撑轴和压缩叶片的
转轴，所述压缩叶片构成为多级压缩叶片，该压缩叶片的转轴绕该固定支撑轴旋转；固定支撑轴延伸穿过所述压缩腔室并且进入所述燃烧室，并且具有与所述出口大致相同的头部，固定支撑该头部的止挡件可滑动地设置在所述固定支撑轴上，并且在压缩叶片和头部之间。在所述止挡件伸出一距离时，该头部抵靠所述燃烧室的出口处的壳体，所述头部从而大致封闭所述出口，基本上密封该燃烧室；当所述头部随着所述止挡件缩回时，所述出口打开。所述止挡件构造为中心设置在固定支撑轴上的圆盘，所述头部垂直于该圆盘地固定在该圆盘的中心。
[0012] 所述气缸壁同心地设置在所述飞轮的外侧。具有多个等角度地设置的活塞，所述气缸壁同心地设置在所述飞轮的外侧，该气缸壁的两个末端部所形成的圆周角不小于任意两个相邻的活塞所形成的圆周角。
[0013] 优选地，飞轮完全容纳在所述气缸壁的内部。
[0014] 所述输出轴向外部输出旋转，该输出轴垂直于飞轮旋转的平面。压缩叶片的转轴由该内燃机排放的废气驱动的
涡轮而驱动。在所述气缸壁的末端部处设置废气排放管道，当活塞转动到所述气缸壁的末端部处时，废气被排出。
[0015] 本发明还提供了用于轮式发动机的飞轮，包括固定地设置在该飞轮上的活塞，用于驱动所述飞轮旋转；以及输出轴，向外部输出旋转，该输出轴垂直于飞轮旋转的平面。
[0016] 在一个实施例中，所述输出轴穿过所述飞轮的
旋转轴线，所述活塞优选地设置为多个等角度地设置在该飞轮上。所述飞轮构造为圆块状，所述飞轮沿其周边设置凹槽，所述活塞构造为从该凹槽的底部伸出的突块，该突块的高度与凹槽的深度大致相同，该突块优选为多个等角度地沿该飞轮的周边设置。
[0017] 本发明进一步提供了用于轮式发动机的压缩装置，具有压缩腔室，该压缩装置抽取并压缩空气，在压缩空气的过程中逐渐关闭压缩腔室；在燃料燃烧后，打开该压缩腔室。
[0018] 所述压缩装置具有相互嵌套的固定支撑轴和压缩叶片的转轴，所述压缩叶片构成为多级压缩叶片，该压缩叶片的转轴绕该固定支撑轴旋转；固定支撑轴延伸穿过所述压缩腔室，并且具有与所述压缩腔室的出口大致相同的头部，固定支撑该头部的止挡件可滑动地设置在所述固定支撑轴上，并且在压缩叶片和头部之间。在所述止挡件伸出一距离时，该头部抵靠所述压缩腔室的出口处的壳体，使得所述头部大致封闭所述压缩腔室的出口，从而基本上密封所述压缩腔室；当所述头部随着所述止挡件缩回时，所述压缩腔室的出口打开。
[0019] 可选地，所述止挡件构造为中心设置在固定支撑轴上的圆盘，所述头部垂直于该圆盘地固定在该圆盘的中心。
附图说明
[0020] 图1示出了根据本发明的飞轮式内燃机；
[0021] 图2示出了图1所述的飞轮的截面；以及
[0022] 图3同样示出了本发明的飞轮式内燃机，并且标注了压缩装置的气
流线。
具体实施方式
[0023] 如图1所示，本发明的轮式发动机，其主体是飞轮1，大致还包括活塞、空气压缩装置以及燃烧室。槽盖3、燃烧室、飞轮输出轴20固定在
基座上，未在图中示出基座。
[0024] 飞轮1大体构造为圆块状，输出轴20与飞轮1固定连接，向外部输出旋转，输出轴20垂直于飞轮1的旋转平面，并且输出轴穿过所述飞轮的旋转轴线。如图1所示，飞轮1逆
时针转动。
[0025] 多个活塞12-19固定地设置在飞轮1上，活塞的数量可取其它数值，包括仅有一个活塞。在发动机工作时，活塞驱动飞轮1旋转。活塞优选地设置为多个等角度地设置在该飞轮上。
[0026] 如图2所示，飞轮1沿其周边设置凹槽2，活塞构造为从该凹槽2的底部伸出的突块，该突块的高度与凹槽的深度大致相同，该突块优选为多个等角度地沿该飞轮1的周边设置。
[0027] 在图1中，槽盖（气缸壁）3紧贴飞轮1的凹槽2的顶部。优选地，槽盖3同心地设置在所述飞轮1的外侧。槽盖3可以构造成完整的环，使得飞轮完全容纳在槽盖3的内部，并且设有排气口。槽盖3也可以构造成一段圆弧，如图1和3所示，槽盖3的两端所形成的圆周角优选地不小于相邻的两个活塞所形成的圆周角，从而在这两个活塞之间形成一密封空间。该设置使得燃料燃烧后所产生的膨胀气体更有效地驱动活塞旋转，提高发动机的效率。在槽盖3上设有开口22，燃烧室通过该开口与槽盖3连接，从而向密封空间（气缸）提供膨胀气体。优选地，在燃烧室8的两侧设置凹槽盖。
[0028] 以下描述压缩装置和燃烧室。本发明的压缩装置采用了类似喷气式飞机的发动机的设置，通过压缩叶片吸入外部空气，从而得到压缩空气。如图1和3所示，压缩装置大致包括吸气叶片5、中间压力叶片6和高压叶片7以及相互嵌套的固定支撑轴21和压缩叶片的转轴23，转轴23绕固定支撑轴21旋转，上述三级叶片同心地固定到转轴23。也可以仅仅设置一级压缩叶片，从而简化结构。转轴23被外部设置驱动，例如
电动机。当转轴23旋转时，三级叶片跟随转动，从而抽取、压缩空气。
[0029] 压缩装置具有压缩腔室8，压缩装置向燃烧室提供压缩空气。在优选的实施例中，为了简化结构，整体地形成压缩腔室和燃烧室，即在相同的腔室内压缩空气、并且点燃燃油和压缩空气的混合物，如图1和图3所示。
[0030] 可以理解，还可以使用其它装置压缩空气，获得需要的空气压缩比。本发明的压缩装置可由电动机或飞轮驱动，也可以通过设置由本发动机排放的废气所驱动的涡轮驱动。
[0031] 为了获得更高的压缩比，需要密闭作为压缩腔室的燃烧室。本发明的固定支撑轴21延伸穿过压缩腔室8并且进入所述燃烧室，并且具有与所述出口24大致相同的头部11；止挡件10固定支撑头部11，并且一起在轴向上能移动，在压缩空气的过程中，止挡件10和头部
11朝向压缩腔室8（燃烧室）伸出一段距离时，头部11逐渐大致密封出口24，从而密闭压缩腔室和燃烧室。在燃料燃烧后，止挡件10和头部11回缩，使得头部11从出口24后退。
[0032] 在燃烧室和压缩腔室一体形成的实施例中，固定支撑轴21可伸入燃烧室。止挡件10设置在压缩叶片7的前方。为了限制止挡件10朝向燃烧室的伸出，在止挡件10朝向燃烧室伸出一距离、并且达到一定程度时，头部11抵靠燃烧室的出口24处的壳体，从而无法继续向前延伸，在该位置时，头部11大致闭合出口24。当所述头部11随着所述止挡件缩回时，所述出口24打开。
[0033] 该实施例所示的止挡件10和头部11形成了控制出口24的“自动
阀门”。在燃烧室中，优选为圆盘状的止挡件10（阀门）在截面图中大致呈T型。当压缩装置向燃烧室8提供压缩空气时，高压气流将该阀门向前推动，头部11（阀芯）就关闭燃烧室的出口。当燃油燃烧，燃气爆炸力将阀门向后推动，从而打开燃烧室的出口。如上面所描述，阀门设置在固定支撑轴21上，并且可以沿该支撑轴21前后滑动。
[0034] 在一个未在附图示出的实施例中，燃烧室与压缩腔室独立地形成，在这种情况下，头部11可伸入燃烧室8，与压缩腔室的出口处的壳体一起限定最大伸出程度。
[0035] 本领域技术人员在知晓本发明的情况下，可以想到其它限制转轴的最大伸出程度的方式。
[0036] 虽然仅示出了一个燃烧室，但是在飞轮的边缘上还可以适当地设置多个燃烧室，优选为2个或3个。
[0037] 以下具体介绍本发明的轮式发动机的具体工作原理。
[0038] 当压缩装置的转轴23在驱动下旋转时，三级压缩叶片吸入外部空气，可见图3所示的气流线。所产生的高压气流进入作为压缩腔室的燃烧室8，并且推动“自动阀门”向前移动，使得头部11沿着固定支撑轴21的轴线方向向燃烧室8伸出。当头部11伸出并且达到抵靠燃烧室的出口24处的壳体，从而限制头部11继续向前延伸，见图3。在该位置上，头部11刚好大致阻塞开口24，从而形成密闭的燃烧室（压缩腔室）。因此，在燃烧室（压缩腔室）内获得所需的压缩比。
[0039] 此时，燃油通过燃油
喷嘴9被喷入燃烧室8，并且点燃燃烧室8内的高压燃气混合物。燃油爆炸所产生的高压气流急剧膨胀，首先将向后推动“自动阀门”，这同时打开了燃烧室的出口24，使得高压气流进入两个活塞之间形成的密封空间，从而推动活塞驱动飞轮旋转（见图1），直到高压气流停止膨胀。在该时刻，“自动阀门”在压缩叶片所吸入的压缩空气的推动作用下再次关闭出口24，从而进行下一次
做功冲程。
[0040] 当活塞转动到13的位置时，停止膨胀的气流（废气）可以自行逸出，从而实现排气。
[0041] 为了控制飞轮1的旋转方向（顺时针/逆时针），可以适当地设置燃烧室的喷口方向，使得高压气流向飞轮的切线方向喷射；也可以适当地设置活塞与高压气流的接触表面，使得活塞带动飞轮在相同的旋转方向上转动。这是所属技术领域的技术人员能够知晓的。
[0042] 优选地，当活塞在开口22处时，即点燃燃油，打开出口24，喷出高压气流，从而最佳地利用高压气流做功。
[0043] 本发明采用了类似喷气式飞机的发动机的原理进行空气压缩，获得了较高的压缩比，这显著区别于三角转子引擎。可以使用汽油，当飞轮1的转动达到最高理论速度时，可以连续地点燃燃烧室内的汽油，从而持续地喷出高压气流，通过该气流的膨胀推动活塞做功。如果使用柴油，就压缩到一定程度，柴油自动燃烧。本发明的发动机可以通过点爆或者可以使连续燃烧。
[0044] 本发明的发动机消耗极少的能量。具体来讲，做功气体相切地作用在飞轮的外周边缘，最大的力矩处。推动活塞的作用力虽然不在切线方向，但是仅有一个很小的角度，不会显著减弱推力，因为
流体的推力方向可以随通道而改变方向，只要存在压力就会产生推力。因此，本发明的燃油膨胀的做功的效率很高。
[0045] 相对于往复式发动机，本发明的轮式发动机工作原理简单、效率高，能够节省大量燃油。在飞轮转动的周期内，本发明的发动机能够实现多次小点爆或是连续的燃烧，从而减低了振动和噪音，并且稳定了飞轮的转速。在减小部件磨损的情况下，本发明的发动机能够获得极高的转速，从而克服了三角发动机的最大缺陷，也便于维修。
