專利名稱：供氣式內燃機的制作方法
這是一種環形結構的，帶有導軌和活門的動力機械裝置，這種結構應用廣泛，它可以由高壓蒸氣推動，做單方向連續旋轉，用于核動力或火力發電廠成為充分利用熱能的蒸氣機，也可以利用這種結構設計成燃燒汽油或其它燃料的動力機械如汽車或摩托車稱其為供氣式內燃機。
供氣式內燃機是以汽油為主要燃料把供氣系統和燃燒系統分開工作的發動機，提供連續的單方向旋轉輸出的動力裝置，內部旋轉，機架結構在外的稱為轉子發動機。外部旋轉機架結構在內的稱為環形發動機，這兩種發動機(轉子和環形)的工作原理，另件結構基本一樣，只是被驅動的方式不同，下面分別予以介紹。供氣式內燃機由一個獨立工作的供氣系統和全新設計的燃燒結構組成。供氣系統可以采取多種傳統方式作(如手泵、電泵、滑輪泵、往復活塞式、旋轉擠壓式等)把空氣壓縮到理想的壓力，存儲在燃燒室外待用。新型設計的燃燒室結構功能單一，專為燃燒作功，產生推力。它主要由較大的錐狀主燃燒室、細長的環狀付燃燒室、止推導軌、止推活門及輔助燃燒所需的現有技術設備組成。新的燃燒室設計，形成了一個全新的燃燒作功空間，它大頭小尾像一條蝌蚪拖著長長的尾巴，頭尾銜接呈一圓環形狀，這種大頭小尾的燃燒作功空間在受推力推動頭部主燃燒室沿圓周做較長運動時，燃燒室內的可燃氣體既能充分燃燒，且壓力因尾部付燃燒室的細長空間而不會迅速衰減，作功時間長，熱效率高，排污減少。
這是一種新的熱作功方法，獨立的供氣系統可以把空氣按需要完美的送入主燃燒室；而作功燃燒室因功能單一，在設計安排每個作功單元的位置時既可以排列也可以組合，為設計人員在設計選擇時留有充裕的選擇空間。具體的說就是一個作功單元可以由一個圓環形付燃燒室及一個錐狀的主燃燒室組成，例如后面實例意向設計的雙缸小型轉子發動機，把作功單元并排設計，每個作功單元的燃燒作功起始都是轉子旋轉整一周360度時；這種發動機也可以并列多個作功單元，形成多缸轉子發動機，以增大輸出功率。但一個大功率的作功單元也可以由一個較大直徑的環狀的付燃燒室等距離串兩個或兩個以上的主燃燒室來共同組成。例如后面實例意向設計的六缸接力式環形發動機，每個作功單元為一個環形付燃燒室等距離串聯兩個主燃燒室，六個主燃燒室被設計成等距離安排在被驅動環的六個位置上，被驅動環的斷面為四方形的四面體的內側及兩則共設計三道獨立的環形付燃燒室，就要有六道止推導軌，六個止推活門及六套配氣，點火裝置來配合作功。設計點火作功的點為0度和180度兩個位置，那么每次就有兩個對稱的主燃燒室內的可燃氣體被同時點燃，推動被驅動環轉動60度后另外兩個對稱的主燃燒室再次被點燃作功，以此類推，被驅動環每旋轉一周360度，就相當于被一個主燃燒室作功推動了12次，這種串聯接力式作功的方法只要被驅動環的直徑足夠大，就可以把主燃燒室繼續增加從兩個以至三個、四個，以前面的六缸共用一道被驅動環為例，再增加三個新的主燃燒室及必備設施，成為九缸共用一道被驅動環時，每道環形付燃燒室上均勻的分配著三個主燃燒室，設計點火作功的點也就變成0度和120度和240度三個點，每次有三個共用一個付燃燒室的主燃燒室內可燃氣體被同時點燃；推動被驅動環旋轉40度后就又有三個主燃燒室開始作功，被驅動環每被推動旋轉一周360度被相當于單缸作功推動27次，推力巨大。所以每增加三個主燃燒室所增大的推力都要乘以數倍，以這種串接力式的熱作功方法可以因需要而設計制造出多種大功率輸出的動力機械。
供氣式內燃機的工作原理為壓、進、爆、排、清五過程。(一)壓把大氣通過多種方式壓縮到理想壓力儲存在儲壓器內。如果是火車、輪船等大型機械設施可設有氣泵房。(二)進儲壓氣內的壓力空氣在進氣過程中與燃料理想搭配進入主燃燒室。(三)爆點燃主燃燒室內的可燃氣，熱能推動主燃燒室沿圓周做單方向的旋轉運動。(四)排釋放經過燃燒作功后的廢氣。(五)清此過程既能使燃燒室廢氣排凈，又能產生氣阻，防止可燃氣的回流，同時起到空氣潤滑的作用。(具體的工作示意圖在后面予以說明)供氣式內燃機與四沖程活塞發動機相比較(1)由于有了獨立的空氣壓縮機構，就可以使進入燃燒室的壓力任意調整，既可以使發動機因需要而制成節油型的，充分利用燃燒室的變化，如使環型付燃燒室變得更細小，利用稀薄燃燒技術就可以達到節能的目的；也可以設計成速度型的發動機，因燃燒作功的轉子是做圓周運動的，與活塞連桿組合相比，可以承受更大的沖擊力，所以在工作時，能從正常的燃燒作功逐漸加速到爆燃的狀態下工作，使轉子轉的更快。而爆燃問題一直是困擾四沖程發動機的大問題，因活塞連桿組合上下改變方向的運動，抗沖擊力差，不能充分實現熱功的轉換。
(2)輸出功率因作功半徑可以任意加大，所以沒有極限，可滿足多種機械的設計要求。
(3)四沖程發動機的熱功受作用力面是活塞的頂部，而活塞的直線運動使作功燃燒室形成一個圓柱體的迅速增大的空間，作功行程短，能量損耗大。而新型發動機的主燃燒室在受推力向前運動時，推動它前進的付燃燒室熱功空間相對來說細而長，相比四沖程發動機活塞圓面運動形成的圓柱體空間，新燃燒室內部的壓力衰減過程相對來說放慢，能量損耗小，作功時間延長，熱效率提高。
(4)對環境保護有利，供氣和燃燒作功分開后，供氣系統不會產生空氣污染，燃燒室功能單一，另件減少，轉子由軸承支撐，全浮在機架中，在解決材料的耐熱性及加工精度上下功夫，力爭實現空氣潤滑，不用機油潤滑燃燒室高溫環槽部分，減少了燒機油污染。
(5)節約維修保養費用由于在高溫下工作的另件減少，壓氣機構等在常溫下的工作壽命延長，而且維修方便，費用降低。
工作過程簡介供氣式內燃機的壓氣、供油、點火等設備都可以利用現有技術完成，這里就不介紹了，主要介紹燃燒室部分的構造及工作過程。燃燒室的構成主要由機架、轉子、轉子軸承、引燃室、主燃燒室、付燃燒室、止推導軌、止推活門及進氣門、排氣孔、清濁孔、主噴油咀、付噴油咀、火花塞和一些輔助另件如配氣、點火裝置、氣密環等組成，也選需要的予以介紹。在轉子與機賀的圓筒型緊密旋轉配合間，主燃燒室和付燃燒室像一條首尾銜接的環形蝌蚪，較大的頭身部分是主燃燒室，細長成環狀的尾巴是付燃燒室被緊夾在轉子與機架間。主燃燒室的形狀呈錐形大頭朝前，朝向轉子運動的方向，前后與付燃燒室聯接，付燃燒室斷面成梯形或者半圓形等，但所有的斷面在一個付燃燒室里時必須完全一樣，達到一定的加工精度，止推導軌是機架上凸進于付燃燒室與付燃燒室緊密配合的一段弧形另件，長度設計因要求而不同，它把環形付燃燒室完全阻斷為前后不通氣的兩部分，而在主燃燒室通過它時又能使主燃燒室成為完全密封的獨立空間，并在主燃燒室通過止推導軌時要完成進氣和噴油的過程，使主燃燒室內充滿空燃比為十八到二十二比一的稀薄可燃氣體，止推導軌的前端開有排氣孔，后端有引燃室及點火裝置，引燃室是一微型易于被火花塞點燃理想可燃氣體的構造，有單獨的付噴油咀噴油，作功時先被點燃后再引燃主燃燒室內的稀薄可燃氣。止推活門是安裝在主燃燒室前面使之與環形付燃燒室分成不通氣的兩部分，使主燃燒室作功時能量不致外泄。止推活門在運行到止推導軌前面時打開，以便順利通過止推導軌，在通過止推導軌后又被立即關閉，為下一步作功做準備。進氣門及清濁孔是安裝在機架上寬度大于止推導軌而小于主燃燒室寬度的位于止推導軌兩旁的幾道高壓空氣出氣口，可以因需要設置多道進氣門。清濁孔的作用較多，它靠近止推導軌的前面，當主燃燒室剛剛運行到清濁孔時，主燃燒室的一部分還在止推導軌的外邊，清濁孔內噴出的高壓力空氣及時將主燃燒室內未排清的廢氣吹出，當主燃燒室完全進入止推導軌后，清濁孔就成為進氣孔，當主燃燒室通過清濁孔以后，清濁孔應對外繼續保持壓力，形成氣阻，防止廢所前行及可燃氣的回流。主噴油咀設在止推導軌的中部靠前位置，在進氣噴油過程中爭取油氣最好的混合。
由于轉子發動機與環形發動機的燃燒作功方法完全一樣，只不過驅動的形式不同，所以下面只詳細介紹轉子發動機的由一個主燃燒室，一個環形付燃燒室組成的最小的作功單元的(壓氣過程就不介紹了)進氣、爆發、排氣、清污四過程。
(1)進氣過程如說明書附

圖1-1至附圖1-3所示，是沿環形燃燒室中心正剖面示意圖當主燃燒室運行全部進入止推導軌時(如附圖1-1)，已經成為獨立的密封空間，清濁孔變為進氣孔，壓力空氣進入主燃燒室，進氣過程開始，轉子繼續運行到通過進氣門和主噴油咀處(如附圖1-2所示)，進氣和噴油同時進行，主燃燒室充滿可燃氣繼續運行到通過進氣門和主噴油咀(如附圖1-3所示)進氣過程結束。附圖1-4是前面三張圖的解釋圖，是前三圖水平旋轉90度的側面透視示意圖。
(2)爆發過程如說明書附圖2-1至附圖2-2所示附圖2-1時主燃燒室內充滿壓力的可燃氣體被引燃室噴出的火焰點燃，作功開始，推動轉子旋轉至附圖2-2位置，爆發過程結束。點火正時時間為引燃室必須在主燃燒室內就噴火，不得在進入付燃燒室后再點火。
(3)排氣過程如附圖3-1所示，止推活門被打開，經過作功燃燒過的廢氣通過排氣門被排出，排氣過程開始，到下一次作功開始前如附圖2-1時，排氣過程結束。排氣門的另一作用是把未燃燒凈的氣體及泄漏的可燃燒氣體引到壓氣機構，被壓入儲壓器內準備二次燃燒。
(4)清濁過程如附圖4-1所示，當主燃燒室運行到這個位置時，清濁孔送出壓力空氣，把主燃燒內殘存的未排凈廢氣吹向排氣孔，瞬間結束。
說明書附圖5-1和附圖5-2是環形發動機燃燒室作功的簡單示意圖，它的作功方式與轉子發動機完全一樣，只不過是驅動的方式不同，就不多介紹了。
以上是供氣式內燃機燃燒室部分進氣，爆發，排氣，清濁四過程的示意圖的解釋。
實例設計意向簡單示意圖(1)雙缸小型轉子發動機如說明書附圖6-1至6-4所示本設計根據壓、進、爆、排、清五過程原理，按設計需要，附圖6-1是利用轉子本身的旋轉，設計成自體壓氣機構，是在轉子的內徑加雙鏍旋結構裝置，附圖6-3是把雙缸發動機的兩個主燃燒室安排在圓筒型轉子的圓形表面成錯開的180度對稱，兩個作功單元并列平行，每個燃燒室的每次作功要推動轉子旋轉360度。為充分利用轉子筒型高速旋轉的結構特點，在轉子圓筒型內壁與轉子軸之間安裝呈螺旋狀的起壓氣及散熱作用的螺旋裝置，再輔助以空氣壓縮機以滿足發動機壓氣的需要，兩缸發動機的兩道止推導軌并排可以安排在圓周的任何位置，假設安裝在圓的0度位置前面，0度為點火爆發點，那么設1缸先被點火作功，轉子旋轉180度時Ⅱ缸再被點火，以此類推，推動轉子旋轉連續作功。
(2)六缸接力式大功率環形發動機如說明書附圖7-1至7-5所示本設計也是根據壓、進、爆、排、清五過程原理，按設計需要，把六缸發動機的六個主燃燒室安排成串聯在環形發動機的大半徑的被驅動環上，在被驅動環的斷面為正方形的四面體的內側及左右兩側上設有三道獨立的環形付燃燒室，并在被驅動環上等距離即每60度弧上安排一個主燃燒室，這六個主燃燒室分別聯接成三道獨立的燃燒動力輸出單元，而且因為六個主燃燒室的頂部斷面圓的圓心(如附圖7-3至7-5)在一個與被驅動環同心的圓上，所以六個主燃燒室所產生的推動力的方向完全相同。與六個主燃燒室相對應，也應有六道止推導軌，六個止推活門和六套進配氣裝置，六套噴油點火裝置被對稱安裝在被驅動環的0度和180度的兩個相對應的位置上。每個作功燃燒室推動主燃燒室的行程是180度而不是360度，每次點火都是兩個對稱成180度的主燃燒室被同時點燃，然后被驅動環每前進60度又有兩個主燃燒室開始作功，這樣一來，被驅動環每轉動一周相當于一個主燃燒室作功十二次，輸出動力相當可觀。附圖7-2至7-5是附圖7-1的解釋圖。
關于說明書附圖的說明說明書附圖1-1是環形燃燒室正剖面進氣過程示意圖。主燃燒室在此位置時，進氣過程開始，止推活門被壓縮在止推導軌的下面，圖中1、機架，2、轉子，3、引燃室，4、主燃燒室，5、付燃燒室，6、止推導軌，7、止推活門，8、主燃燒室，9、清濁孔，10、排氣門，11、主噴油咀，12、付噴油咀，13、火花塞。
說明書附圖5-1是環形發動機的燃燒室結構簡單示意圖，圖中1、機架，2、被驅動環，3、引燃室，4、主燃燒室，5、付燃燒室，6、止推導軌，7、止推活門，8、進氣門，9、清濁孔，10、排氣門，11、主噴油咀，12、付噴油咀，13、火花塞。
權利要求
1.供氣式內燃機，包括轉子發動機和環形發動機，所發明的是一種新的熱作功方法，根據這種方法能設計出多種可應用的動力機械。我根據這種方法設計的轉子和環形發動機是其中之一。
2.發動機的錐型主燃燒室，環形付燃燒室結構呈前大后小的燃燒作功空間。由止推導軌和止推活門來把付燃燒室分割成幾段獨立的空間。主燃燒室在運行到止推導軌時被與付燃燒室隔絕，成一獨立空間并同時被充滿高壓可燃氣。
3.作功燃燒時的作功單元可以設計成一個主燃燒室一次作功推動轉子旋轉360度的整圓周，也可以設計成一個主燃燒室一次作功推動較大半徑的驅動環前進180度或90度或其它度數，以形成接力式的連續作功，這樣一個大型被驅動環每旋轉一周被點火作功達十幾次或幾十次，可獲得強大的動力輸出。以上幾個特點與現有的各類發動機構造有明顯的不同，屬于本人所發明，特申請專利，并希望得到專利法所能給予的應得權力。
全文摘要
供氣式內燃機屬于機械領域，供氣系統和燃燒系統分開工作,提供單方向連續旋轉輸出的動力,以汽油,柴油,壓縮天然氣及液氫等為燃料的內燃機。供氣系統可充分利用高速運動物體的迎風阻力。燃燒系統使燃料燃燒充分。轉子或環型發動機的結構使作功連續,熱效率提高,功率加大。無進排氣門,無活塞連桿曲軸組合設計既降低噪音又降低了發動機高度。燃燒室不用機油潤滑減少了空氣污染。是一種適用范圍很廣的內燃機。
文檔編號F02B53/00GK1213742SQ9810073
公開日1999年4月14日 申請日期1998年3月16日 優先權日1998年3月16日
發明者李健 申請人:李健