專利名稱：微型發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是基于準(zhǔn)氣體動(dòng)力循環(huán)原理的微型發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，國(guó)際上高能量微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展十分迅速。在2001年美國(guó)紐約舉行的國(guó)際機(jī)械工程大會(huì)上，其中MEMS-23924一文中介紹了美國(guó)加利福尼亞大學(xué)研制的一種微型旋轉(zhuǎn)式汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)，它由一個(gè)外旋輪線形的內(nèi)腔，一個(gè)在該內(nèi)腔中旋轉(zhuǎn)的三角轉(zhuǎn)子，輸氣機(jī)構(gòu)和探針式火花塞組成；由于使用了一個(gè)偏心裝置，轉(zhuǎn)子的中心線與內(nèi)腔的中心線存在一定的位置偏移，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞著偏心裝置的中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的三個(gè)頂點(diǎn)始終保持與內(nèi)腔的側(cè)壁相接觸并形成三個(gè)封閉的燃燒室；由于轉(zhuǎn)子和偏心裝置形成了三個(gè)獨(dú)立的燃燒室，因此轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈共完成三次循環(huán)工作過(guò)程。但是，該微型發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)質(zhì)是將宏觀尺度的熱機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)微縮，其工作原理與宏觀尺度所對(duì)應(yīng)的熱機(jī)是相同的，而這種微型發(fā)動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)的微型化過(guò)程形成的幾何相似卻難以確保其在相應(yīng)宏觀熱機(jī)在機(jī)械相似和熱力相似方面的成立，而且其實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明其熱效率和輸出動(dòng)力遠(yuǎn)不具備超高能量密度的要求(預(yù)計(jì)輸出功率125w，實(shí)際輸出功率2.7w)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微型發(fā)動(dòng)機(jī)，這種微型發(fā)動(dòng)機(jī)采用預(yù)置高壓氣體燃料的供給形式來(lái)代替理想氣體動(dòng)力循環(huán)中的等熵絕熱壓縮過(guò)程來(lái)達(dá)到超高能量密度的要求。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明包括內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1、滑塊2、蓋板5、活塞轉(zhuǎn)軸4、氣缸體3、輸氣機(jī)構(gòu)9和探針式火花塞8，內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1為柱體，沿該飛輪盤(pán)軸線的上端面上有一與活塞轉(zhuǎn)軸4上端的柱體的圓環(huán)形缺口活動(dòng)配合的圓孔，內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1與活塞轉(zhuǎn)軸4固定連接，沿該飛輪盤(pán)軸線的下端面上有一環(huán)形槽和以該環(huán)形槽的內(nèi)半徑為半徑所形成的圓孔，上、下端面上的圓孔相通，該環(huán)形槽包括由內(nèi)、外半徑形成的半圓環(huán)槽，在半圓環(huán)槽所對(duì)的圓孔壁外的內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1的下表面上，以內(nèi)、外各三段向外凸的圓弧光滑連接且與對(duì)稱分布為槽壁而形成的槽，該槽壁的兩端分別與半圓環(huán)槽的兩端對(duì)應(yīng)相切且槽寬與半圓環(huán)槽的槽寬相同，三段內(nèi)圓弧光滑連接后與相鄰的圓孔壁圍成內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1的孔內(nèi)凸臺(tái)；滑塊2的下部為方形體，該滑塊2的上表面上有一與滑塊2的上表面垂直的圓柱銷，該圓柱銷的上端與內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1內(nèi)的環(huán)形槽的相應(yīng)位置活動(dòng)配合，滑塊2下部的方形體的兩端端面分別為與活塞轉(zhuǎn)軸4的外側(cè)面對(duì)應(yīng)位置和環(huán)形槽外壁對(duì)應(yīng)位置活動(dòng)配合的圓弧面；圓形蓋板5的中部的圓通孔與活塞轉(zhuǎn)軸4側(cè)面相應(yīng)位置上的圓環(huán)形缺口活動(dòng)配合，該蓋板位于內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1下端面上的圓孔底部下方，蓋在氣缸體3的開(kāi)口孔端面上并與氣缸體固定連接；沿活塞轉(zhuǎn)軸4的軸線，從活塞轉(zhuǎn)軸4的上端面到活塞轉(zhuǎn)軸4的下部?jī)?nèi)有從小到大的三段圓孔組成高壓氣體燃料供給的預(yù)混合室，活塞轉(zhuǎn)軸4的上端面上的孔口固定連接有密封的輸氣機(jī)構(gòu)9，在活塞轉(zhuǎn)軸4的側(cè)面中部的圓周上有一夾角為30-60°的扇形凸塊式活塞，當(dāng)滑塊2位于內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1內(nèi)的環(huán)形槽的死點(diǎn)位置時(shí)，滑塊2下部的方形體兩端端面分別與活塞轉(zhuǎn)軸4上的扇形凸輪塊式活塞的端面和對(duì)應(yīng)位置的環(huán)形槽外壁活動(dòng)配合，導(dǎo)氣通孔位于扇形凸塊式活塞中心線下方的活塞轉(zhuǎn)軸4內(nèi)的孔底側(cè)壁上，進(jìn)氣通孔位于活塞轉(zhuǎn)軸4內(nèi)的孔底側(cè)壁上，且進(jìn)氣通孔的軸線按順時(shí)針?lè)较蚺c導(dǎo)氣通孔的軸線夾角為45-75°，活塞轉(zhuǎn)軸4的下部為圓柱體，活塞轉(zhuǎn)軸4的底部有一半徑為0.2-0.4mm，高為0.09-0.11mm的圓柱體；氣缸體3為柱體，沿氣缸體3的軸線，從氣缸體3的上表面到氣缸體3的下部，有上大下小的兩段圓孔組成的盲孔，從大圓孔的孔壁到氣缸體3的外側(cè)面之間有一與大圓孔的高度相同且與滑塊2的前后側(cè)面活動(dòng)配合的方形通槽，滑塊2下部的方形體活動(dòng)地位于蓋板5與方形通槽之間，在與滑塊2的一側(cè)面相鄰的順時(shí)針?lè)较虻拇?、小圓孔的孔壁之間的圓環(huán)面上有一凹槽式燃燒室，該燃燒室的底部有一安裝探針式火花塞的通孔，從滑塊2的另一側(cè)面逆時(shí)針?lè)较虻綒飧左w的90°軸線的大、小圓孔的孔壁之間的圓環(huán)面上有一排氣通孔；氣缸體3的上部與內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1下部?jī)?nèi)的圓孔活動(dòng)配合，活塞轉(zhuǎn)軸4的下部位于氣缸體的盲孔內(nèi)并活動(dòng)配合，當(dāng)活塞轉(zhuǎn)軸4上的進(jìn)氣通孔與氣缸體3內(nèi)的凹槽式燃燒室相通時(shí)，活塞轉(zhuǎn)軸4中的預(yù)混合室內(nèi)的高壓氣體燃料經(jīng)進(jìn)氣通孔噴入到該凹槽式燃燒室內(nèi)，當(dāng)活塞轉(zhuǎn)軸4上的進(jìn)氣通孔與氣缸體3內(nèi)的凹槽式燃燒室錯(cuò)開(kāi)時(shí)，切斷高壓氣體燃料的噴入，活塞轉(zhuǎn)軸4上的扇形凸塊式活塞在燃?xì)獾淖饔孟滦D(zhuǎn)，并同時(shí)通過(guò)氣缸體3內(nèi)的排氣通孔排除廢氣.
由于這種微型發(fā)動(dòng)機(jī)減少一個(gè)耗功的壓縮熱力過(guò)程，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的能量密度將大大高于其它微型發(fā)動(dòng)機(jī)。另外它本身還是一種旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)，除去滑塊2和氣缸體3之外，其它各構(gòu)件均作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)質(zhì)量與旋轉(zhuǎn)質(zhì)量之比相當(dāng)小，因而在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性上可以類似燃?xì)廨啓C(jī)，取得很高的轉(zhuǎn)速，且工作平穩(wěn)、振動(dòng)小，適應(yīng)于超高能量密度熱機(jī)對(duì)超高熱力循環(huán)頻率的要求。同時(shí)，由于燃燒作功過(guò)程處于邊界移動(dòng)的封閉空間，在這點(diǎn)上又類似于常規(guī)的往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)，在相同熱力參數(shù)的情況下，其熱功轉(zhuǎn)換效率又遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中介尺度的微型單級(jí)徑流式或軸流式燃?xì)廨啓C(jī)。而且，由于不組織進(jìn)氣和壓縮過(guò)程，其結(jié)構(gòu)較微型汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)要簡(jiǎn)單得多，特別是密封性的要求較微型汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)要低；另外，微型汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的提高受到燃燒室形狀的限制，而該微型發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比則可以達(dá)到現(xiàn)有的宏觀尺度往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)的水平；同時(shí)，由于活塞轉(zhuǎn)軸兼作燃燒室一部分，從而能夠有效地?cái)U(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的燃燒空間和增加燃燒駐留時(shí)間，微細(xì)空間的有效利用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于微型汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)。


圖1是該發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣燃燒過(guò)程中沿圖3中的A-A剖視圖；圖2是該發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣燃燒過(guò)程中沿圖4中的B-B局部剖視圖；圖3是該發(fā)動(dòng)機(jī)的俯視圖；圖4是該發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣燃燒過(guò)程中沿圖1中的C-C剖視圖；圖5是該發(fā)動(dòng)機(jī)在通過(guò)死點(diǎn)位置時(shí)沿圖7中的D-D剖視圖；圖6是該發(fā)動(dòng)機(jī)在通過(guò)死點(diǎn)位置時(shí)沿圖7中的E-E的局部剖視圖；
圖7是該發(fā)動(dòng)機(jī)在通過(guò)死點(diǎn)位置時(shí)沿圖5中的F-F剖視圖；圖8是內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)的主視圖；圖9是沿圖8中的G-G剖視圖；圖10是沿圖8中的H-H剖視圖；圖11是蓋板的主視圖；圖12是沿圖11中的I-I剖視圖；圖13是沿圖15中的J-J剖視圖；圖14是滑塊的俯視放大圖；圖15是沿圖16中的K-K剖視圖；圖16是活塞轉(zhuǎn)軸的俯視圖；圖17是沿圖16中的L-L局部剖視圖；圖18是沿圖20中的M-M剖視圖；圖19是氣缸體的左視圖；圖20是氣缸體的俯視圖；圖21是沿圖20中的N-N局部剖視圖。
在圖1，圖2，圖4至圖7，圖8，圖11，圖13，圖15，圖16，圖20，圖21中，1-內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)，2-滑塊，3-氣缸體，4-活塞轉(zhuǎn)軸，5-蓋板，6-銷釘，7-銷釘，8-探針式火花塞，9-輸氣機(jī)構(gòu)具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明微型發(fā)動(dòng)機(jī)作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
該微型發(fā)動(dòng)機(jī)包括內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1、滑塊2、氣缸體3、活塞轉(zhuǎn)軸4、蓋板5、輸氣機(jī)構(gòu)9和探針式火花塞8。圖1～圖4表示了該發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣燃燒時(shí)各部分的位置關(guān)系，活塞轉(zhuǎn)軸4的側(cè)面中部的圓周上有一扇形凸塊式活塞，該活塞的中心線平行于水平線，與內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1活動(dòng)配合的滑塊2的中心線位于活塞轉(zhuǎn)軸水平中心線上且滑塊2的右側(cè)面與活塞轉(zhuǎn)軸4的外側(cè)面活動(dòng)配合；滑塊2在氣缸體3的方形通槽中只能作水平方向滑動(dòng)，且滑塊2上的圓柱銷的上端位于內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1的環(huán)型槽中，通過(guò)環(huán)形槽形線的變化控制圓柱銷的運(yùn)動(dòng)從而改變滑塊的運(yùn)動(dòng)。在圖2中，當(dāng)活塞轉(zhuǎn)軸4的進(jìn)氣通孔與氣缸體3的凹槽式燃燒室相通時(shí)，高壓氣體燃料進(jìn)入燃燒室，通過(guò)探針式火花塞點(diǎn)燃開(kāi)始工作，高壓氣體燃料由氫氣與氧氣按5∶1的比例混合而成。圖5～圖7表示了該發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)死點(diǎn)位置時(shí)各部分的位置關(guān)系?；瑝K2在轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1的作用下沿氣缸體3內(nèi)的方形通槽向外移動(dòng)，滑塊2的兩端面分別與活塞轉(zhuǎn)軸4上的扇形凸塊式活塞的端面和對(duì)應(yīng)位置的環(huán)形槽外壁活動(dòng)配合。在圖6中可以看到此時(shí)活塞轉(zhuǎn)軸4的進(jìn)氣通孔與氣缸體3的凹槽式燃燒室相錯(cuò)開(kāi)，高壓氣體燃料的噴入被切斷。
圖8～圖10是內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1的結(jié)構(gòu)圖。該飛輪盤(pán)是外半徑為6mm，高為1.6mm的圓柱體，沿其軸線的上端面有一半徑為1.2mm的圓孔，沿該飛輪盤(pán)的軸線的下端面上有一環(huán)形槽和以該環(huán)形槽的內(nèi)半徑為3.75mm所形成的高度為1.1mm的圓孔，上、下端面上的圓孔相通，該環(huán)形槽包括內(nèi)半徑為3.75mm、外半徑為4.2mm的半圓環(huán)槽，該半圓環(huán)槽的高度為1.45mm，在半圓環(huán)槽所對(duì)的圓孔壁外的內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1的下表面上以內(nèi)、外半徑分別為5.75mm與6.2mm，圓心坐標(biāo)為(-0.18，-2)；5.75mm與6.2mm，圓心坐標(biāo)為(-0.18，2)以及4.95mm與5.4mm，圓心坐標(biāo)為該飛輪盤(pán)的圓心坐標(biāo)為(O，O)的三段向外凸的圓弧分別光滑連接為內(nèi)、外槽壁而形成的槽，該槽壁的兩端分別與半圓環(huán)槽的兩端對(duì)應(yīng)相切，三段內(nèi)圓弧光滑連接后與圓孔壁圍成內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1的下表面的孔內(nèi)凸臺(tái)，該凸臺(tái)的下表面到內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1的下表面的距離為0.62mm。在圖8中，該飛輪盤(pán)的上表面上的通孔外所在的上表面的同一圓周上加工有四個(gè)安裝銷子的通孔。
圖11～圖12是蓋板5的結(jié)構(gòu)圖。蓋板5為半徑為3.7mm，高為0.43mm的圓柱形蓋板，在蓋板5的半圓面的同一圓周上有三個(gè)安裝銷釘?shù)耐住?br> 圖13～圖14是滑塊2的結(jié)構(gòu)圖?；瑝K2包括長(zhǎng)為1.96mm，寬為1.6mm，高為1.1mm的方形體和一與其垂直且半徑為0.16mm的圓柱銷。該圓柱銷位于方形體的上表面中心線的左端，滑塊2下部的方形體的左、右端面分別為半徑為1.95mm和2.2mm的圓弧面。
圖15～圖17是活塞轉(zhuǎn)軸4的結(jié)構(gòu)圖?；钊D(zhuǎn)軸4是一個(gè)圓環(huán)缺口呈階梯狀的圓柱體，在該圓柱體的外側(cè)面中部的圓周上有一夾角為45°，外半徑為3.4mm的扇形凸塊式活塞，從活塞轉(zhuǎn)軸4的上端面到活塞轉(zhuǎn)軸4的下部?jī)?nèi)分別有半徑為0.7mm，1.2mm，1.7mm，高度分別為1.0mm，0.6mm，0.9mm的三段圓孔組成的高壓氣體燃料的預(yù)混合室。外部氣源通過(guò)輸氣機(jī)構(gòu)將高壓氣體燃料輸送進(jìn)預(yù)混合室，當(dāng)高壓氣體燃料輸送完后撤出外部氣源，混合室內(nèi)氣體通過(guò)高壓作用于輸氣機(jī)構(gòu)的底部膜片防止氣體泄漏，活塞中心線下方的活塞轉(zhuǎn)軸4內(nèi)的孔底側(cè)壁上有一半徑為0.1mm的導(dǎo)氣通孔，用于在活塞轉(zhuǎn)軸4高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中保持它的平衡，在活塞轉(zhuǎn)軸4底部有一半徑為0.3mm，高為0.1mm的圓柱體，以減少活塞轉(zhuǎn)軸4與氣缸體3之間的摩擦，在活塞轉(zhuǎn)軸4上部的第一個(gè)圓環(huán)形缺口上加工有四個(gè)與內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1上的銷釘孔相配合的盲孔。在圖17的局部剖視圖中，活塞轉(zhuǎn)軸4內(nèi)的孔底側(cè)壁上有一半徑為0.1mm的進(jìn)氣通孔，且進(jìn)氣通孔的軸線按順時(shí)針?lè)较蚺c導(dǎo)氣通孔的軸線夾角為45°。
圖18～圖21是氣缸體3的結(jié)構(gòu)圖。氣缸體3為外半徑4.13mm，高度為2.57mm的圓柱體，沿氣缸體3的軸線，從其上表面到其下部?jī)?nèi)，有半徑分別為3.4mm和2.3mm的盲孔，從半徑為3.4mm的圓孔孔壁到氣缸體3的外側(cè)面之間有一與半徑為3.4mm的圓孔高度相同的方形通槽，在與滑塊2的一側(cè)面相鄰的順時(shí)針?lè)较虻膬蓤A孔的孔壁之間的圓環(huán)面上有一燃燒室，該燃燒室的一側(cè)面與方形通槽的上端面重合，另一側(cè)面位于方形通槽中心線順時(shí)針?lè)较?5°處，該燃燒室的底部有一半徑為0.13mm的通孔，從滑塊2的另一側(cè)面逆時(shí)針?lè)较?5°處的兩圓孔孔壁之間的圓環(huán)面上有一半徑為0.4mm的排氣通孔，在氣缸體3的上表面上加工有三個(gè)與蓋板5上的銷釘孔相配合的盲孔。
該發(fā)動(dòng)機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，高壓氣體燃料充入活塞轉(zhuǎn)軸4的預(yù)混合室，該過(guò)程可以認(rèn)為是一個(gè)抽象和虛擬的等溫壓縮過(guò)程；之后，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，充入的高壓氣體燃料在預(yù)混合室密閉空間里進(jìn)一步受熱增壓。當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，活塞轉(zhuǎn)軸4上的進(jìn)氣通孔對(duì)準(zhǔn)氣缸體3內(nèi)的凹槽式燃燒室，預(yù)混合室內(nèi)的高壓氣體燃料經(jīng)進(jìn)氣通孔噴入燃燒室，此時(shí)該燃燒室由滑塊2的側(cè)面、氣缸體3內(nèi)側(cè)壁、活塞轉(zhuǎn)軸4外表面及扇形凸塊式活塞的側(cè)面構(gòu)成，再由氣缸體3內(nèi)的凹槽式燃燒室底部通孔中的探針式火花塞點(diǎn)燃。隨后，活塞轉(zhuǎn)軸4繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)活塞轉(zhuǎn)軸4上的進(jìn)氣通孔與氣缸體3內(nèi)的凹槽式燃燒室錯(cuò)位，從而切斷高壓氣體燃料的供給，活塞左側(cè)在燃?xì)獾淖饔孟马槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)，同時(shí)活塞右側(cè)推動(dòng)上一輪燃燒作功過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣排入外界。然后，隨活塞轉(zhuǎn)軸4同步轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1拉出滑塊2，以便讓活塞轉(zhuǎn)軸4通過(guò)死點(diǎn)位置，進(jìn)入下一燃燒作功過(guò)程。
該微型發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)行外部預(yù)制高壓氣體燃料、通過(guò)探針式火花塞點(diǎn)火、在混合氣中進(jìn)行火焰?zhèn)鞑ト紵娜紵Ｊ剑钊D(zhuǎn)軸4旋轉(zhuǎn)一周，發(fā)動(dòng)機(jī)完成一次燃燒作功和排氣過(guò)程。
在中介尺度和高轉(zhuǎn)速條件下，該微型發(fā)動(dòng)機(jī)采用靜壓方式的氣體軸承以保證軸承的承載能力和工作穩(wěn)定性。預(yù)混合室中的高壓氣體燃料是隨著活塞轉(zhuǎn)軸4一起作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，混合氣體各組分氣體由于質(zhì)量密度不同而呈分層分布狀態(tài)，如通常氣態(tài)燃料的質(zhì)量密度要低于氧氣的質(zhì)量密度，則質(zhì)量密度較重的氧氣分布于外環(huán)，質(zhì)量密度較輕的氣態(tài)燃料分布于內(nèi)環(huán)，于是可在活塞轉(zhuǎn)軸4外側(cè)通過(guò)微細(xì)制造技術(shù)加工1-2個(gè)相當(dāng)微小的通孔，該孔半徑為0.02mm-0.04mm，形成類似常規(guī)氣體軸承上的節(jié)流器，利用預(yù)混合室內(nèi)的高壓氣源構(gòu)成需要的靜壓徑向軸承和靜壓止推軸承。
權(quán)利要求
1.一種微型發(fā)動(dòng)機(jī)，包括輸氣機(jī)構(gòu)(9)、探針式火花塞(8)，其特征在于該發(fā)動(dòng)機(jī)包括內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)、滑塊(2)、蓋板(5)、活塞轉(zhuǎn)軸(4)、氣缸體(3)，內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)為柱體，沿該飛輪盤(pán)軸線的上端面上有一與活塞轉(zhuǎn)軸(4)上端的柱體的圓環(huán)形缺口活動(dòng)配合的圓孔，內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)與活塞轉(zhuǎn)軸(4)固定連接，沿該飛輪盤(pán)軸線的下端面上有一環(huán)形槽和以該環(huán)形槽的內(nèi)半徑為半徑所形成的圓孔，上、下端面上的圓孔相通，該環(huán)形槽包括由內(nèi)、外半徑形成的半圓環(huán)槽，在半圓環(huán)槽所對(duì)的圓孔壁外的內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)的下表面上，以內(nèi)、外各三段向外凸的圓弧光滑連接且與對(duì)稱分布為槽壁而形成的槽，該槽壁的兩端分別與半圓環(huán)槽的兩端對(duì)應(yīng)相切且槽寬與半圓環(huán)槽的槽寬相同，三段內(nèi)圓弧光滑連接后與相鄰的圓孔壁圍成內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)的孔內(nèi)凸臺(tái)；滑塊(2)的下部為方形體，該滑塊(2)的上表面上有一與滑塊(2)的上表面垂直的圓柱銷，該圓柱銷的上端與內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)內(nèi)的環(huán)形槽的相應(yīng)位置活動(dòng)配合，滑塊(2)下部的方形體的兩端端面分別為與活塞轉(zhuǎn)軸(4)的外側(cè)面對(duì)應(yīng)位置和環(huán)形槽外壁對(duì)應(yīng)位置活動(dòng)配合的圓弧面；圓形蓋板(5)的中部的圓通孔與活塞轉(zhuǎn)軸(4)側(cè)面相應(yīng)位置上的圓環(huán)形缺口活動(dòng)配合，該蓋板位于內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)下端面上的圓孔底部下方，蓋在氣缸體(3)的開(kāi)口孔端面上并與氣缸體(3)固定連接；沿活塞轉(zhuǎn)軸(4)的軸線，從活塞轉(zhuǎn)軸(4)的上端面到活塞轉(zhuǎn)軸(4)的下部?jī)?nèi)有從小到大的三段圓孔組成高壓氣體燃料供給的預(yù)混合室，活塞轉(zhuǎn)軸(4)的上端面上的孔口固定連接有密封的輸氣機(jī)構(gòu)(9)，在活塞轉(zhuǎn)軸(4)的側(cè)面中部的圓周上有一夾角為30-60°的扇形凸塊式活塞，當(dāng)滑塊(2)位于內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)內(nèi)的環(huán)形槽的死點(diǎn)位置時(shí)，滑塊(2)下部的方形體兩端端面分別與活塞轉(zhuǎn)軸(4)上的扇形凸輪塊式活塞的端面和對(duì)應(yīng)位置的環(huán)形槽外壁活動(dòng)配合，導(dǎo)氣通孔位于扇形凸塊式活塞中心線下方的活塞轉(zhuǎn)軸(4)內(nèi)的孔底側(cè)壁上，進(jìn)氣通孔位于活塞轉(zhuǎn)軸(4)內(nèi)的孔底側(cè)壁上，且進(jìn)氣通孔的軸線按順時(shí)針?lè)较蚺c導(dǎo)氣通孔的軸線夾角為45-75°，活塞轉(zhuǎn)軸(4)的下部為圓柱體，活塞轉(zhuǎn)軸(4)的底部有一半徑為0.2-0.4mm，高為0.09-0.11mm的圓柱體；氣缸體(3)為柱體，沿氣缸體(3)的軸線，從氣缸體(3)的上表面到氣缸體(3)的下部，有上大下小的兩段圓孔組成的盲孔，從大圓孔的孔壁到氣缸體(3)的外側(cè)面之間有一與大圓孔的高度相同且與滑塊(2)的前后側(cè)面活動(dòng)配合的方形通槽，滑塊(2)下部的方形體活動(dòng)地位于蓋板(5)與方形通槽之間，在與滑塊(2)的一側(cè)面相鄰的順時(shí)針?lè)较虻拇?、小圓孔的孔壁之間的圓環(huán)面上有一凹槽式燃燒室，該燃燒室的底部有一安裝探針式火花塞的通孔，從滑塊(2)的另一側(cè)面逆時(shí)針?lè)较虻綒飧左w(3)的90°軸線的大、小圓孔的孔壁之間的圓環(huán)面上有一排氣通孔；氣缸體(3)的上部與內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)下部?jī)?nèi)的圓孔活動(dòng)配合，活塞轉(zhuǎn)軸(4)的下部位于氣缸體(3)的盲孔內(nèi)并活動(dòng)配合，當(dāng)活塞轉(zhuǎn)軸(4)上的進(jìn)氣通孔與氣缸體(3)內(nèi)的凹槽式燃燒室相通時(shí)，活塞轉(zhuǎn)軸(4)中的預(yù)混合室內(nèi)的高壓氣體燃料經(jīng)進(jìn)氣通孔噴入到該凹槽式燃燒室內(nèi)，當(dāng)活塞轉(zhuǎn)軸(4)上的進(jìn)氣通孔與氣缸體(3)內(nèi)的凹槽式燃燒室錯(cuò)開(kāi)時(shí)，切斷高壓氣體燃料的噴入，活塞轉(zhuǎn)軸(4)上的扇形凸塊式活塞在燃?xì)獾淖饔孟滦D(zhuǎn)，并同時(shí)通過(guò)氣缸體(3)內(nèi)的排氣通孔排除廢氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)是外半徑為6mm，高為1.6mm的圓柱體，沿其軸線的上端面有一半徑為1.2mm的圓孔，沿該飛輪盤(pán)的軸線的下端面上有一環(huán)形槽和以該環(huán)形槽的內(nèi)半徑為3.75mm所形成的高度為1.1mm的圓孔，上、下端面上的圓孔相通，該環(huán)形槽包括內(nèi)半徑為3.75mm、外半徑為4.2mm的半圓環(huán)槽，該半圓環(huán)槽的高度為1.45mm，在半圓環(huán)槽所對(duì)的圓孔壁外的內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)的下表面上以內(nèi)、外半徑分別為5.75mm與6.2mm，圓心坐標(biāo)為(-0.18，-2)；5.75mm與6.2mm，圓心坐標(biāo)為(-0.18，2)以及4.95mm與5.4mm，圓心坐標(biāo)為該飛輪盤(pán)的圓心坐標(biāo)為(0，0)的三段向外凸的圓弧分別光滑連接為內(nèi)、外槽壁而形成的槽，該槽壁的兩端分別與半圓環(huán)槽的兩端對(duì)應(yīng)相切，三段內(nèi)圓弧光滑連接后與圓孔壁圍成內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)的下表面的孔內(nèi)凸臺(tái)，該凸臺(tái)的下表面到內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)的下表面的距離為0.62mm，該飛輪盤(pán)的上表面上的通孔外所在的上表面的同一圓周上加工有四個(gè)安裝銷子的通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于滑塊(2)包括長(zhǎng)為1.96mm，寬為1.6mm，高為1.1mm的方形體和一與其垂直且半徑為0.16mm的圓柱銷。該圓柱銷位于方形體的上表面中心線的左端，滑塊(2)下部的方形體的左、右端面分別為半徑為1.95mm和2.2mm的圓弧面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于活塞轉(zhuǎn)軸(4)是一個(gè)圓環(huán)缺口呈階梯狀的圓柱體，在該圓柱體的外側(cè)面中部的圓周上有一夾角為45°，外半徑為3.4mm的扇形凸塊式活塞，從活塞轉(zhuǎn)軸(4)的上端面到活塞轉(zhuǎn)軸(4)的下部?jī)?nèi)分別有半徑為0.7mm，1.2mm，1.7mm，高度分別為1.0mm，0.6mm，0.9mm的三段圓孔組成的高壓氣體燃料的預(yù)混合室?；钊行木€下方的活塞轉(zhuǎn)軸(4)內(nèi)的孔底側(cè)壁上有一半徑為0.1mm的導(dǎo)氣通孔，在活塞轉(zhuǎn)軸(4)底部有一半徑為0.3mm，高為0.1mm的圓柱體，在活塞轉(zhuǎn)軸(4)上部的第一個(gè)圓環(huán)形缺口上加工有四個(gè)與內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)(1)上的銷釘孔相配合的盲孔，活塞轉(zhuǎn)軸(4)內(nèi)的孔底側(cè)壁上有一半徑為0.1mm的進(jìn)氣通孔，且進(jìn)氣通孔的軸線按順時(shí)針?lè)较蚺c導(dǎo)氣通孔的軸線夾角為45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于氣缸體(3)為外半徑4.13mm，高度為2.57mm的圓柱體，沿氣缸體(3)的軸線，從其上表面到其下部?jī)?nèi)，有半徑分別為3.4mm和2.3mm的盲孔，從半徑為3.4mm的圓孔孔壁到氣缸體(3)的外側(cè)面之間有一與半徑為3.4mm的圓孔高度相同的方形通槽，在與滑塊(2)的一側(cè)面相鄰的順時(shí)針?lè)较虻膬蓤A孔的孔壁之間的圓環(huán)面上有一燃燒室，該燃燒室的一側(cè)面與方形通槽的上端面重合，另一側(cè)面位于方形通槽中心線順時(shí)針?lè)较?5°處，該燃燒室的底部有一半徑為0.13mm的通孔，從滑塊(2)的另一側(cè)面逆時(shí)針?lè)较?5°處的兩圓孔孔壁之間的圓環(huán)面上有一半徑為0.4mm的排氣通孔，在氣缸體(3)的上表面上加工有三個(gè)與蓋板(5)上的銷釘孔相配合的盲孔。
全文摘要
一種微型發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是基于準(zhǔn)氣體動(dòng)力循環(huán)原理的微型發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力達(dá)到超高能量密度的要求。該微型發(fā)動(dòng)機(jī)包括內(nèi)凸輪飛輪盤(pán)1、滑塊2、氣缸體3、活塞轉(zhuǎn)軸4、蓋板5、輸氣機(jī)構(gòu)9和探針式火花塞8?；钊D(zhuǎn)軸4內(nèi)腔空間為預(yù)混合室，通過(guò)該預(yù)混合室向氣缸體3中的燃燒室供給高壓氣體燃料，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)預(yù)置預(yù)混高壓氣體燃料的形式來(lái)代替理想氣體動(dòng)力循環(huán)中的等熵絕熱壓縮過(guò)程的熱力學(xué)效果。因此，它的輸出循環(huán)凈功更高，能量密度更大，而且由于不組織進(jìn)氣和壓縮過(guò)程，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)F02B53/02GK1815000SQ20061005400
公開(kāi)日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月9日
發(fā)明者張力, 陳衛(wèi)軍, 李堅(jiān) 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)