[发明专利]一种转子式外燃机气缸及转子式外燃机

说明书

技术领域

本发明属于动力机械系统的外燃机领域，是基于气动原理发明的一种新型外燃机。 

背景技术

外燃机也称为外燃式发动机，它与内燃机虽然都是利用燃料的内能来转化为机械能，但是它们的工作方式却有很大的不同。其中内燃机是将燃料和空气混合物在气缸内燃烧来把产生的热能直接转化为机械能的，而外燃机是将在外部燃烧室中燃烧得到的高温高压燃烧产物直接通入外燃机中，使燃烧产物膨胀并且把其动能同时转化为机械能，或者是利用燃烧产物来加热循环的工质(如蒸汽动力装置中利用燃气加热水)，使工质膨胀做功转化为机械能，这些做功方式的动力装置称为外燃动力装置或称外燃机。 

由于外燃机被广泛用于鱼雷、轻型水下潜水器等在水下运行装置的动力，根据鱼雷、轻型水下潜水器等这些装置运行的要求，外燃机应该同时满足高效率、高功率和无极变速的要求。下面以鱼雷为例来说明为什么外燃机必须同时满足上述三种要求。众所周知，鱼雷之所以采用外燃机主要是因为水下无法给内燃机提供燃料燃烧所需的氧化剂，即无法使用内燃机。而航程远是现代鱼雷的基本要求之一，那么就要求使用外燃机的鱼雷不但要携带大量的燃料还要携带足量的氧化剂，这对于内部空间极为有限的鱼雷来讲是不容易实现的，因为如果太多燃料占据了其内部的大部分空间，那么它所能携带的战斗部分就会减少，从而威力大大减小，所以必须提高发动机的效率。同时为了鱼雷打击的效能，鱼雷必须同时满足高速和无极变速的要求，这样鱼雷在距离目标较远的时可以不断改变航速已达到躲避侦查的目的，同时接近目标后要以高速运行，提高打击效果，所以要满足高功率和无极变速的要求。 

目前已有的外燃机中，斯特林发动机由于结构比较复杂，比功率较低等缺点而没有广泛应用，而应用最广泛的发动机是活塞和涡轮这两类发动机，比如国内外众多热动力鱼雷大多都采用活塞式外燃机或涡轮发动机。但是这两种发动机也有其自身的缺陷，主要表现在高功率和无级变速之间的矛盾，其中活塞式外燃机可以大范围的无级变速，但活塞式外燃机的功率输出有限，无法满足高速下的功率要求，为了满足这一功率就要求必须发展涡轮发动机，活塞式外燃机已很难满足要求。而涡轮发动机也有其自身的缺陷，虽然它可以满足鱼雷高航速对高功率的要求，但涡轮发动机动力系统实现大范围无级变速时机构和经济性下降明显，因此它只适合小范围的无级变速，无法满足大范围无级变速的要求。综上所述，现有的外燃机虽然在结构上进行了大量的优化和改进，但都因为发动机自身结构和工作方式，限制了其在某些方面的突破，如活塞式外燃机输出功率有限，而涡轮发动机的主要缺点则是其无法满足大范围无级变速的要求。 

为了克服现有外燃机的上述缺点，人们通过不断地改进发动机的一些运行方式及结构参数，如改变活塞式外燃机的工作室形状，改变涡轮发动机叶栅形状等等，但终究因为现有发动机自身的结构和工作方式的限制，使它们的效率提高程度有限，无法从根本解决现有外燃机无法同时满足高效率、高功率和无极变速要求的缺点。

中国专利号：201220001639.8，公开日：2012年11月21日，公开了一份名称为液体活塞外燃机的专利文件，该实用新型公开了一种液体活塞外燃机，包括气液缸、液压动力机构、液体工质回送系统和锅炉，所述气液缸经气体工质控制阀与所述锅炉的蒸气出口连通，在所述气液缸上设排气口，在所述排气口处设排气控制阀，所述气液缸上设液体工质出口和液体工质回流口，所述液体工质出口与所述液压动力机构的动力液体入口连通，所述液压动力机构的液体出口与所述液体工质回送系统连通，所述液体工质回送系统与所述液体工质回流口连通。该实用新型省略了发动机的活塞曲柄连杆机构，具有效率高、体积小、重量轻等优势。但是该实用新型因为自身的结构和工作方式的限制，输出功率仍然有限，不能满足高功率输出。 

中国专利号：99816745.2 ，公开日：2002年06月05日，公开了一份名称为提高效率的涡轮发动机的专利文件，该涡轮发动机具有一个转子和一个流体流动通道，该流体流动通道延伸通过压缩、燃烧和膨胀或涡轮阶段，其中流体流经流体流动通道而对转子进行驱动。涡轮发动机具有一个或多个定子-转子-定子组件并使用一个具有涡轮叶片的平转子盘。在燃烧期间捕获流体从而能升高温度和压力且同时在燃烧期间将流体保持在接近于定容的状态。流体被多次重新进入到转子中从而使得涡轮发动机的移动部件周期性地暴露给发动机循环的不同部分，为了减低部件的平均温度因而允许有更高的压缩比率和燃烧温度。但是该发明无法满足大范围无级变速的要求。 

发明内容

、要解决的问题