專利名稱：微型發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機，尤其是基于準氣體動力循環(huán)原理的微型發(fā)動機。
背景技術(shù)：
近年來，國際上高能量微機電系統(tǒng)的發(fā)展十分迅速。在2001年美國紐約舉行的國際機械工程大會上，其中MEMS-23924一文中介紹了美國加利福尼亞大學(xué)研制的一種微型旋轉(zhuǎn)式汪克爾發(fā)動機，它由一個外旋輪線形的內(nèi)腔，一個在該內(nèi)腔中旋轉(zhuǎn)的三角轉(zhuǎn)子，輸氣機構(gòu)和探針式火花塞組成；由于使用了一個偏心裝置，轉(zhuǎn)子的中心線與內(nèi)腔的中心線存在一定的位置偏移，當轉(zhuǎn)子繞著偏心裝置的中心旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子的三個頂點始終保持與內(nèi)腔的側(cè)壁相接觸并形成三個封閉的燃燒室；由于轉(zhuǎn)子和偏心裝置形成了三個獨立的燃燒室，因此轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈共完成三次循環(huán)工作過程。但是，該微型發(fā)動機的實質(zhì)是將宏觀尺度的熱機進行結(jié)構(gòu)微縮，其工作原理與宏觀尺度所對應(yīng)的熱機是相同的，而這種微型發(fā)動機在結(jié)構(gòu)的微型化過程形成的幾何相似卻難以確保其在相應(yīng)宏觀熱機在機械相似和熱力相似方面的成立，而且其實驗結(jié)果也證明其熱效率和輸出動力遠不具備超高能量密度的要求(預(yù)計輸出功率125w，實際輸出功率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)動機，這種微型發(fā)動機采用預(yù)置高壓氣體燃料的供給形式來代替理想氣體動力循環(huán)中的等熵絕熱壓縮過程來達到超高能量密度的要求。
為了實現(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1、滑塊2、蓋板5、活塞轉(zhuǎn)軸4、氣缸體3、輸氣機構(gòu)9和探針式火花塞8，內(nèi)凸輪飛輪盤1為柱體，沿該飛輪盤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)形缺口活動配合的圓孔，內(nèi)凸輪飛輪盤1與活塞轉(zhuǎn)軸4固定連接，沿該飛輪盤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)槽所對的圓孔壁外的內(nèi)凸輪飛輪盤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1的孔內(nèi)凸臺；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1內(nèi)的環(huán)形槽的相應(yīng)位置活動配合，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)面對應(yīng)位置和環(huán)形槽外壁對應(yīng)位置活動配合的圓弧面；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)形缺口活動配合，該蓋板位于內(nèi)凸輪飛輪盤1下端面上的圓孔底部下方，蓋在氣缸體3的開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的下部內(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，當滑塊2位于內(nèi)凸輪飛輪盤1內(nèi)的環(huán)形槽的死點位置時，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應(yīng)位置的環(huán)形槽外壁活動配合，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，進氣通孔位于活塞轉(zhuǎn)軸4內(nèi)的孔底側(cè)壁上，且進氣通孔的軸線按順時針方向與導(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)面活動配合的方形通槽，滑塊2下部的方形體活動地位于蓋板5與方形通槽之間，在與滑塊2的一側(cè)面相鄰的順時針方向的大、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)面逆時針方向到氣缸體的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1下部內(nèi)的圓孔活動配合，活塞轉(zhuǎn)軸4的下部位于氣缸體的盲孔內(nèi)并活動配合，當活塞轉(zhuǎn)軸4上的進氣通孔與氣缸體3內(nèi)的凹槽式燃燒室相通時，活塞轉(zhuǎn)軸4中的預(yù)混合室內(nèi)的高壓氣體燃料經(jīng)進氣通孔噴入到該凹槽式燃燒室內(nèi)，當活塞轉(zhuǎn)軸4上的進氣通孔與氣缸體3內(nèi)的凹槽式燃燒室錯開時，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氣的作用下旋轉(zhuǎn)，并同時通過氣缸體3內(nèi)的排氣通孔排除廢氣.
由于這種微型發(fā)動機減少一個耗功的壓縮熱力過程，因此發(fā)動機的能量密度將大大高于其它微型發(fā)動機。另外它本身還是一種旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，除去滑塊2和氣缸體3之外，其它各構(gòu)件均作旋轉(zhuǎn)運動，往復(fù)質(zhì)量與旋轉(zhuǎn)質(zhì)量之比相當小，因而在結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性上可以類似燃氣輪機，取得很高的轉(zhuǎn)速，且工作平穩(wěn)、振動小，適應(yīng)于超高能量密度熱機對超高熱力循環(huán)頻率的要求。同時，由于燃燒作功過程處于邊界移動的封閉空間，在這點上又類似于常規(guī)的往復(fù)式活塞內(nèi)燃機，在相同熱力參數(shù)的情況下，其熱功轉(zhuǎn)換效率又遠遠高于中介尺度的微型單級徑流式或軸流式燃氣輪機。而且，由于不組織進氣和壓縮過程，其結(jié)構(gòu)較微型汪克爾發(fā)動機要簡單得多，特別是密封性的要求較微型汪克爾發(fā)動機要低；另外，微型汪克爾發(fā)動機壓縮比的提高受到燃燒室形狀的限制，而該微型發(fā)動機的壓縮比則可以達到現(xiàn)有的宏觀尺度往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的水平；同時，由于活塞轉(zhuǎn)軸兼作燃燒室一部分，從而能夠有效地擴大發(fā)動機內(nèi)部的燃燒空間和增加燃燒駐留時間，微細空間的有效利用要遠遠高于微型汪克爾發(fā)動機。


圖1是該發(fā)動機在進氣燃燒過程中沿圖3中的A-A剖視圖；圖2是該發(fā)動機在進氣燃燒過程中沿圖4中的B-B局部剖視圖；圖3是該發(fā)動機的俯視圖；圖4是該發(fā)動機在進氣燃燒過程中沿圖1中的C-C剖視圖；圖5是該發(fā)動機在通過死點位置時沿圖7中的D-D剖視圖；圖6是該發(fā)動機在通過死點位置時沿圖7中的E-E的局部剖視圖；
圖7是該發(fā)動機在通過死點位置時沿圖5中的F-F剖視圖；圖8是內(nèi)凸輪飛輪盤的主視圖；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，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-輸氣機構(gòu)具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明微型發(fā)動機作進一步詳細的說明。
該微型發(fā)動機包括內(nèi)凸輪飛輪盤1、滑塊2、氣缸體3、活塞轉(zhuǎn)軸4、蓋板5、輸氣機構(gòu)9和探針式火花塞8。圖1～圖4表示了該發(fā)動機進氣燃燒時各部分的位置關(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1活動配合的滑塊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，且滑塊2上的圓柱銷的上端位于內(nèi)凸輪飛輪盤1的環(huán)型槽中，通過環(huán)形槽形線的變化控制圓柱銷的運動從而改變滑塊的運動。在圖2中，當活塞轉(zhuǎn)軸4的進氣通孔與氣缸體3的凹槽式燃燒室相通時，高壓氣體燃料進入燃燒室，通過探針式火花塞點燃開始工作，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)動機通過死點位置時各部分的位置關(guān)系?；瑝K2在轉(zhuǎn)動的內(nèi)凸輪飛輪盤1的作用下沿氣缸體3內(nèi)的方形通槽向外移動，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應(yīng)位置的環(huán)形槽外壁活動配合。在圖6中可以看到此時活塞轉(zhuǎn)軸4的進氣通孔與氣缸體3的凹槽式燃燒室相錯開，高壓氣體燃料的噴入被切斷。
圖8～圖10是內(nèi)凸輪飛輪盤1的結(jié)構(gòu)圖。該飛輪盤是外半徑為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)槽所對的圓孔壁外的內(nèi)凸輪飛輪盤1的下表面上以內(nèi)、外半徑分別為5.75mm與6.2mm，圓心坐標為(-0.18，-2)；5.75mm與6.2mm，圓心坐標為(-0.18，2)以及4.95mm與5.4mm，圓心坐標為該飛輪盤的圓心坐標為(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1的下表面的孔內(nèi)凸臺，該凸臺的下表面到內(nèi)凸輪飛輪盤1的下表面的距離為0.62mm。在圖8中，該飛輪盤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的下部內(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。外部氣源通過輸氣機構(gòu)將高壓氣體燃料輸送進預(yù)混合室，當高壓氣體燃料輸送完后撤出外部氣源，混合室內(nèi)氣體通過高壓作用于輸氣機構(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上部的第一個圓環(huán)形缺口上加工有四個與內(nèi)凸輪飛輪盤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的進氣通孔，且進氣通孔的軸線按順時針方向與導(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內(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)面相鄰的順時針方向的兩圓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針方向45°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)面逆時針方向45°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與蓋板5上的銷釘孔相配合的盲孔。
該發(fā)動機處于停機狀態(tài)時，高壓氣體燃料充入活塞轉(zhuǎn)軸4的預(yù)混合室，該過程可以認為是一個抽象和虛擬的等溫壓縮過程；之后，在發(fā)動機工作過程中，充入的高壓氣體燃料在預(yù)混合室密閉空間里進一步受熱增壓。當該發(fā)動機順時針旋轉(zhuǎn)時，活塞轉(zhuǎn)軸4上的進氣通孔對準氣缸體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)進氣通孔噴入燃燒室，此時該燃燒室由滑塊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燃。隨后，活塞轉(zhuǎn)軸4繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)，此時活塞轉(zhuǎn)軸4上的進氣通孔與氣缸體3內(nèi)的凹槽式燃燒室錯位，從而切斷高壓氣體燃料的供給，活塞左側(cè)在燃氣的作用下順時針旋轉(zhuǎn)，同時活塞右側(cè)推動上一輪燃燒作功過程中產(chǎn)生的廢氣排入外界。然后，隨活塞轉(zhuǎn)軸4同步轉(zhuǎn)動的內(nèi)凸輪飛輪盤1拉出滑塊2，以便讓活塞轉(zhuǎn)軸4通過死點位置，進入下一燃燒作功過程。
該微型發(fā)動機實行外部預(yù)制高壓氣體燃料、通過探針式火花塞點火、在混合氣中進行火焰?zhèn)鞑ト紵娜紵Ｊ?，活塞轉(zhuǎn)軸4旋轉(zhuǎn)一周，發(fā)動機完成一次燃燒作功和排氣過程。
在中介尺度和高轉(zhuǎn)速條件下，該微型發(fā)動機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)運動，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)通過微細制造技術(shù)加工1-2個相當微小的通孔，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)動機，包括輸氣機構(gòu)(9)、探針式火花塞(8)，其特征在于該發(fā)動機包括內(nèi)凸輪飛輪盤(1)、滑塊(2)、蓋板(5)、活塞轉(zhuǎn)軸(4)、氣缸體(3)，內(nèi)凸輪飛輪盤(1)為柱體，沿該飛輪盤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)形缺口活動配合的圓孔，內(nèi)凸輪飛輪盤(1)與活塞轉(zhuǎn)軸(4)固定連接，沿該飛輪盤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)槽所對的圓孔壁外的內(nèi)凸輪飛輪盤(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(1)的孔內(nèi)凸臺；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(1)內(nèi)的環(huán)形槽的相應(yīng)位置活動配合，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)面對應(yīng)位置和環(huán)形槽外壁對應(yīng)位置活動配合的圓弧面；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)形缺口活動配合，該蓋板位于內(nèi)凸輪飛輪盤(1)下端面上的圓孔底部下方，蓋在氣缸體(3)的開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)的下部內(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，當滑塊(2)位于內(nèi)凸輪飛輪盤(1)內(nèi)的環(huán)形槽的死點位置時，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應(yīng)位置的環(huán)形槽外壁活動配合，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，進氣通孔位于活塞轉(zhuǎn)軸(4)內(nèi)的孔底側(cè)壁上，且進氣通孔的軸線按順時針方向與導(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)面活動配合的方形通槽，滑塊(2)下部的方形體活動地位于蓋板(5)與方形通槽之間，在與滑塊(2)的一側(cè)面相鄰的順時針方向的大、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)面逆時針方向到氣缸體(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(1)下部內(nèi)的圓孔活動配合，活塞轉(zhuǎn)軸(4)的下部位于氣缸體(3)的盲孔內(nèi)并活動配合，當活塞轉(zhuǎn)軸(4)上的進氣通孔與氣缸體(3)內(nèi)的凹槽式燃燒室相通時，活塞轉(zhuǎn)軸(4)中的預(yù)混合室內(nèi)的高壓氣體燃料經(jīng)進氣通孔噴入到該凹槽式燃燒室內(nèi)，當活塞轉(zhuǎn)軸(4)上的進氣通孔與氣缸體(3)內(nèi)的凹槽式燃燒室錯開時，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氣的作用下旋轉(zhuǎn)，并同時通過氣缸體(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)動機，其特征在于內(nèi)凸輪飛輪盤(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)槽所對的圓孔壁外的內(nèi)凸輪飛輪盤(1)的下表面上以內(nèi)、外半徑分別為5.75mm與6.2mm，圓心坐標為(-0.18，-2)；5.75mm與6.2mm，圓心坐標為(-0.18，2)以及4.95mm與5.4mm，圓心坐標為該飛輪盤的圓心坐標為(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(1)的下表面的孔內(nèi)凸臺，該凸臺的下表面到內(nèi)凸輪飛輪盤(1)的下表面的距離為0.62mm，該飛輪盤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)動機，其特征在于滑塊(2)包括長為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)動機，其特征在于活塞轉(zhuǎn)軸(4)是一個圓環(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)的下部內(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)上部的第一個圓環(huán)形缺口上加工有四個與內(nèi)凸輪飛輪盤(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的進氣通孔，且進氣通孔的軸線按順時針方向與導(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)動機，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內(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)面相鄰的順時針方向的兩圓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針方向45°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)面逆時針方向45°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)動機，尤其是基于準氣體動力循環(huán)原理的微型發(fā)動機，使發(fā)動機的輸出動力達到超高能量密度的要求。該微型發(fā)動機包括內(nèi)凸輪飛輪盤1、滑塊2、氣缸體3、活塞轉(zhuǎn)軸4、蓋板5、輸氣機構(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，從而實現(xiàn)通過預(yù)置預(yù)混高壓氣體燃料的形式來代替理想氣體動力循環(huán)中的等熵絕熱壓縮過程的熱力學(xué)效果。因此，它的輸出循環(huán)凈功更高，能量密度更大，而且由于不組織進氣和壓縮過程，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡單。
文檔編號F02B53/02GK1815000SQ20061005400
公開日2006年8月9日 申請日期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 申請人:重慶大學(xué)