CN101696653A - 旋转翼活塞发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转活塞式发动机。是一种旋转翼活塞发动机。现在实用的发动机结构复杂、噪声大、机械性磨损大、比重量高、不紧凑、扭矩小、压缩比低。 克服上述缺点本发明采用了缸体内翼状的A、B两组活塞互相交叉安放轮流旋转和停止，其活塞组各安装单向超越离合器和可控单向超越离合器用活塞组和主轴分离和接合。每任意一组活塞角度旋转时进气、压缩、做功、排气行程同时进行，压缩行程末A组活塞停止时正好到下次燃烧做功的B组活塞后部，因此缓和活塞旋转惯性力，而且没有曲轴连杆、进气门、排气门等机构使结构简单、紧凑，其活塞圆周旋转没有对缸体冲击力、机械性磨损小、密封性好、压缩比任意设定可以制造汽油发动机或柴油发动机。

Description

旋转翼活塞发动机
技术领域：
本发明涉及一种内燃发动机，特别是涉及一种旋转活塞发动机。
背景技术：
现在国内外实用的内燃发动机主要有往复活塞式发动机和三角活塞旋转式发动机(简称转子发动机)往复活塞式发动机效率低只有40％左右而且比重量G/Ne高，升功率Ne/zVh低、排污多。转子发动机比往复活塞式发动机G/Ne低等好处可是密封不好，压缩比不能高因此到现在为止没能做成柴油发动机，同排量时输出扭矩小，使用性能不如往复活塞式发动机，因此没有普及使用。为克服上述缺点前人们发明了多种旋转活塞式发动机可是都没有实用，因为活塞走、停、走的结构时其惯性力和活塞和主轴的接合与分离问题和要得到可变容积工作室时消耗能量即效率降低、结构复杂。
发明内容：
本发明的旋转翼活塞发动机(简称转翼发动机)是用旋转翼活塞机为基础设计的，其旋转翼活塞机结构是主要由密封的缸体其内里交叉安放翼状的两组活塞、主轴和离合器、制动器组成，其活塞机工作介质是液态或气态，其活塞机两组活塞轮流旋转和停止，其活塞轴是空心轴，因此和主轴的轴线同一线也能独立圆周旋转，没有对缸体冲击力，密封性好、整机振动小、总容积与排量之比高，而且离合器和制动器组成走、停、走的结构是解决了活塞停止时与主轴分离问题。用上述活塞机原理设计的发动机时任意活塞旋转停止时的阻力是下一次做功行程的燃烧压力消除了活塞旋转惯性的冲击，因此能制造性能更好的旋转活塞发动机。
先说明柴油转翼发动机的工作原理。
其结构是图1所示缸体1内A组活塞3其轮毂上有翼状的A1和A3活塞，B组活塞4其轮毂上有翼状的B2和B4活塞其A、B活塞组在缸体内互相交叉安放只能在两个活塞之内角度旋转不能超越而且一组活塞与主轴接合旋转时另一组活塞与主轴分离就是作间歇旋转，单向超越离合器10是外环主动(活塞侧)内环从动(主轴2)的，安装在活塞轮毂内，另有可控单向超越离合器42是外环从动(活塞侧)内环主动(主轴2)的，安装在活塞空心轴内径里，就是A，B活塞组各安装一个单向超越离合器和一个可控单向超越离合器。
进气行程a：起动机将主轴2转动其转矩通过A组活塞侧的可控单向超越离合器来转动A组活塞，此时A1活塞后部产生负压吸气，空气经进气口5进缸体内其A1活塞前部旋转到喷油器8位置时可控单向超越离合器42的拔爪拔动离合器内外环脱离使A组活塞与主轴2分离，同时A组活塞侧制动轮制动使活塞停止旋转而且不能反转只能正转转到一个活塞端面弧长距离进气行程终了。
压缩行程b：A组活塞停止的同时B组活塞侧可控单向超越离合器与主轴2和B组活塞接合转动B2活塞，其后部进气前部空气压缩到A1活塞后方其压缩空气推动A1活塞其活塞燃烧室9正好到喷油器位置时柱销挡住制动槽使A1活塞停止，此时空气压缩到燃烧室9内同时B组活塞侧可控单向超越离合器拔爪拔动离合器内外环脱离使B组活塞和主轴分离，同时B组活塞侧制动轮制动，其活塞不能反转，此时缸体内压缩空气压力和温度升高可以点燃燃油，压缩行程终了。
做功行程c：B2活塞压缩行程终了时紧着A组活塞制动松开，同时喷油器8喷燃油，其燃烧做功推动A1活塞旋转，连在一起的A3活塞也旋转，其前部空气压缩后部进气，同时A组活塞轮毂内的单向超越离合器10接合转动主轴2输出动力。
排气行程d：A3活塞压缩行程末A1活塞后部燃烧室9已到排气口6开始排出废气，其燃烧室9到扫气口62的前部位时另有鼓风机送的风通过扫气管7扫燃烧室里的残留废气。
发动机正常运转e：A1活塞做功完时其连在一起的A3活塞前部正好空气压缩到下一次燃烧做功活塞B2后部，其压力推动B2活塞其燃烧室转到喷油器8位置，同时喷油器喷油，燃油燃烧B2活塞后部做功同时前部排气，连在一起的B4活塞前部把空气压缩后部进气使下一次行程循环做准备，也就是发动机起动后正常运转，进气、压缩、做功、排气同时进行，因此不需要飞轮，此时B2活塞后部的燃烧压力使处在压缩行程终了的活塞A3停止旋转，是A组活塞的旋转惯性力消除了，其A组活塞和B组活塞旋转方向是一样，其A组活塞旋转惯性能量加在B2活塞后部做功的燃气上因此提高效率。
综上所述转翼发动机进气、压缩、做功、排气、四行程的循环过程是合理的。
下面结合说明书附图柴油转翼发动机为例进一步说明。
附图说明
图1是转翼发动机的四行程工作原理图
图2是发动机剖视图
图3是缸体和活塞剖视图
图4是缸盖剖视图
图5是活塞剖视图
图6是缸盖冷却水道剖视图
图7是缸盖、缸体、活塞立体图
图8是活塞、可控单向超越离合器、制动轮立体图
1缸体，2主轴，3A组活塞，4B组活塞，5周边进气口，6周边排气口，7扫气管，8喷油器，9燃烧室，10单向超越离合器，11缸体冷却水出口，12冷却水道，13冷却水道壁，14缸体冷却水进口，15缸盖，16气缸盖衬垫，17端面进气口，18端面排气口，19缸盖冷却水进口，20缸盖冷却水出口，21冷却水道，22加强肋，23螺栓孔，24缸盖螺栓，25缸盖密封环槽，26活塞，27活塞内腔，28直角式旋转阀，29油孔，30冷却油进口，31冷却油出口，32活塞空心轴，33活塞轮毂气、油密封环槽，34活塞密封用油孔，35活塞油密封槽，36活塞气密封槽，37活塞密封片，38弹簧，39螺纹孔，40滑动轴承，41缸体螺栓，42可控单向超越离合器，43离合器拔爪，44杠杆，45滑动圆盘，46制动轮，47螺丝孔，48制动槽，49柱销，50凸轮，51凸轮轴，52凸轮轴承支撑架，53凸轮轴轴承，54从动齿轮，55轴齿轮，56出油口，57驱动齿轮，58风扇，59轴承架，60主轴承，61轴承盖，62扫气口，63活塞轮毂，64弧形孔，65斜面腿件。
柴油转翼发动机主要组成结构是缸体1是固定安装在底座上，其缸体上有1个或1个以上的周边进气口5，其进气口接通空气滤清器，还有1个或1个以上排出废气用的周边排气口6，1个或1个以上的周边扫气口62和周边扫气管7，其排气口和扫气口连接排气管，扫气口62的用途是另有鼓风机送的风进扫气管7后把活塞燃烧室里的残留废气吹出，其气口都没有气门是常开式，还有1个或1个以上的喷油器8，用的燃油是柴油或生物柴油，其燃油是由高压油泵抽送高压管入喷油器喷油，其喷油时间是活塞燃烧室9到喷油器的位置时和可控单向离合器内外环接触或脱离时间来设定，如用磁性离合器时燃烧室9到喷油器的位置时和其磁性离合器接通或断开时间来设定。
另有周边冷却水进口14、其冷却水从散热水箱经水泵抽送进缸体内腔的冷却水道12使缸体冷却后经冷却水出口11回水箱，其缸体两侧端面上均匀分布的安装缸盖用螺栓41其缸体内由A、B两组活塞互相交叉安放，其活塞空心轴32是缸盖内径上安装的滑动轴承40的内径里旋转，其A、B两组活塞轮毂对侧面上各有安放气密封环和油密封环的环槽33，一侧大直径的密封环槽是气密封环槽，其环槽外径上有等距离的4个或4个以上的羊角形突起槽，其气密封环槽内外侧安放4个或4个以上的有羊角形突起部的圆形气密封环，其环槽内内侧上安放圆形密封环，其密封环的接头和有突起部的密封环的接头要错开安放于大直径气其密封环槽内，另一侧小直径的密封环槽是油密封环槽，其槽是通过油孔跟冷却油出口互通的，其油密封环是各有1个或1个以上的内环和外环组成的，环的接头互相错开安装于环槽内，其气、油密封环底部有弹簧，其气密封环和油密封环的作用是防止缸体内气体从两组活塞轮毂间泄漏。
转翼发动机活塞是A、B两组活塞组成，每组活塞轮毂外径上包括有两个或两个以上的活塞26固定连接而成，其活塞组在缸体内互相交叉安放，其活塞空心轴轴线和主轴2的轴线是同一线，活塞在其轴线为中心圆周旋转，其每一个活塞上有燃烧室9、内腔27和其周边和两侧端面上互相连通的有两个或两个以上的气密封片槽36和1个或1个以上的油密封片槽35其油密封片槽的油是内腔27互通的油孔34供给，其气密封片槽和油密封片槽里分别安放2个或2个以上串联的气密封片和油密封片37，又一样的密封片两片或两片以上接头互相错开叠层安放在片槽内，其气密封片和油密封片的作用是防止活塞和缸体、缸盖间隙里漏气。
A、B两组活塞轮毂内径上各用键安装外环主动(活塞侧)内环从动(主轴2)的单向超越离合器10，其内环是主轴2上用键固定安装，其单向超越离合器是活塞做功时扭矩输出用的，其两组活塞轮毂外侧各连接空心轴32，其内径上分别安装可控单向超越离合器42，其离合器外径上和空心轴32内径里有对称的2个或2个以上的凹面槽，其槽里流出冷却油，离合器42是外环从动(活塞侧)内环主动(主轴2)，内环是主轴上用键安装，其离合器42是主轴2带动活塞轴32旋转组成活塞走、停、走的间歇运动。其可控单向超越离合器和单向超越离合器是可以用磁性离合器来替代，此时1个活塞组各只用1个磁性离合器，磁性离合器比单向超越离合器体积大因此活塞轮毂或活塞空心轴内安装时相应的轮毂或空心轴做大，另外安装跟活塞旋转同步的开关电路和电源***，其开关电路的触点安装在柱销49下端上，也可以用活塞位置传感器和电子开关电路来替代触点开关电路。
可控单向离合器42的拔爪43的拔动是轴齿轮55旋转使从动齿轮54转动，其连接凸轮轴51上安装的凸轮50转动推动柱销49的上、下平底从动件运动，其柱销是凸轮轴承支撑架52上安装，其支撑架是缸盖内径壁上安装的，其柱销下端斜面腿件65在滑动圆盘45的弧形孔64内推动滑动圆盘45，其滑动圆盘内径两侧有装满滚珠，因此能横向移动、周向旋转，其滑动圆盘推动杠杆44，其杠杆是小角度倾斜安装在离合器边上，其杠杆的角度变化使离合器拔爪43角度旋转，拔爪旋转角度的大小是杠杆的两侧长短来调整使拔爪的转动可控单向超越离合器外环与内环分离，也就是实现活塞轴和主轴的分离与接合，杠杆44是有回位弹簧，其弹簧的作用是滑动圆盘没有推力时杠杆回到原来位置上。
柱销49其头部是斜面，上部和下部各有平底从动件，其柱销中部有摆动弹簧，其弹簧的作用是凸轮推动从动件使柱销头部进制动槽后，或出制动槽后保持原状，其柱销下端斜面腿件65推动滑动圆盘同时其头部进制动轮46的制动槽48内使活塞制动，其制动槽的前部是斜面正吻合柱销头部斜面，其制动轮是用螺丝经螺丝孔47安装在活塞空心轴端面的螺纹孔39里，其制动轮制动时活塞不能反转可是正转可以转到一个活塞端面距离后又挡住，这是因为制动槽的长度就这么长，其作用是活塞在压缩行程末不要反转而且其燃烧室9可以移动到燃烧做功行程位置等待后燃烧开始前其柱销出制动槽使制动松开活塞旋转，其制动槽的弧长l是根据制动槽对应的活塞端面弧长ι加柱销头部斜面前后厚度a合，即l＝ι+a，A组活塞旋转时B组活塞要制动状态也就是两侧活塞空心轴上的制动轮分别作制动和松开动作，其动作间隔的调整是轴齿轮55和从动齿轮54的传动比和凸轮的每一循环即δo+δs+δ1 o+δ1 s＝2π中推程运动角δ。和远休止角δs的大小来调整设定，要凸轮、柱销和滑动圆盘的运动过程正时吻合活塞行程，活塞的旋转启动时间是喷油器上次喷油后和下次喷油前的停止喷油时间的长短来调整。
凸轮机构的从动件是平底件其凸轮在上、下位置时各有1个从动件接触的结构是柱销跟凸轮同时运动，这个结构比一般用1个从动件加回位弹簧的结构没有滞后现象。
其发动机是用离合器来接合和分离主轴和活塞轴，其离合器来转动主轴的，一般单向超越离合器接合时间是0.4/s左右，磁性离合器接通时间是≤0.3/s，因此其发动机是低速的，如果要提高发动机的转速就用接合和分离时间更快的离合器或离合器接合时间要提前也就是离合器拔爪的拔动时间要提前，另一种方法是主轴2后部动力输出端上安装大齿轮，底座上另安装1对轴承，其轴承内径上安装高速输出轴，其轴上安装小齿轮，其大齿轮和小齿轮啮合转动，其传动比的大小来调整高速轴的转速，也就是发动机的输出转速。
缸盖15是一样的两个件在缸体两侧端面有均匀分布的螺栓41其螺栓上对应螺栓孔23安装两侧缸盖15后用螺母拧紧，其缸盖和缸体之间安装气缸盖衬垫16防止缸体内气体泄漏。
缸盖内侧面上有密封环槽25其槽里安放1个或1个以上内环和外环组成的密封环，其两环的接头互相错开安装，其密封环底部有弹簧，其密封环的作用是防止缸体内气体从活塞轮毂和缸盖之间泄漏，缸盖内径上安装滑动轴承40，其两侧缸盖外端面与缸体进气口5、对应的处有同数的两侧端面进气口17，其进气口5和17与空气滤清器联接，还有缸体排气口6对应处有同数的两侧缸盖端面排气口18，其排气口6和18联接排气管，其进气口和排气口都没有气门，是常开式。
另有水泵抽送的冷却水进缸盖冷却水进口19，冷却水经过冷却水道21时对缸盖进行冷却后经冷却水出口20流出回散热水箱，其缸盖外面低处和高处有加强肋22使增强刚度，其两个缸盖外侧螺栓24上安装轴承架59用螺母固定，其两侧轴承架里各安装主轴承60其轴承内径上过盈配合安装主轴2，其轴后部是动力输出端，其轴的前部用键安装驱动齿轮57，其作用是与传动链啮合转动高压燃油泵、水泵、机油泵、发电机、鼓风机等发动机运转所需要的机器转动提供动力，这些机器部件在发动机前部适当的部位安装，主轴2的最前端安装风扇58其前面有散热水箱其水箱的冷却水由水泵抽入管道，进各进水口、冷却缸体和缸盖后出水口与回流管接通流到水箱形成冷却水循环使发动机机体温度控制。
油冷却和油润滑是底座油底壳里机油经滤网后用机油泵抽送油管到直角式旋转阀28进活塞空心轴油孔29和经冷却油进口30进活塞内腔27里冷却活塞和活塞油密封环槽和活塞轮毂油密封环槽供油后经出口31到离合器42和活塞空心轴32之间的1个或1个以上的凹面间隙往外流出同时对离合器，滑动圆盘、凸轮、齿轮等进行润滑，另进入油孔29的油经小孔进滑动轴承40进行润滑，机油对活塞冷却和各零件进行润滑后从出油孔56回到油底壳完成循环。
缸体和缸盖、活塞是铸造后加工，缸体、活塞和缸盖接触面的光洁度
Figure G2009102098041D0000071
10以上，活塞轮毂和活塞同体铸造和加工，活塞空心轴用45°以上钢制成后活塞轮毂连接。
如果再提高效率可以用增压技术，此时进气口接增压器送风管上，此时压缩比ε要小一些。
转翼发动机做成汽油发动机时燃油用汽油、醇类燃料、气体燃料或易汽化的燃油，上述柴油喷油器要拆卸后此处换装火花塞，其火花塞接线点火***，另安装蓄电池、发电机等电源***和燃料供给***，进气口接至化油器或电控喷射装置，其压缩比ε要调整小一些不要燃气自然着火爆燃。
综上所述本发明的转翼发动机没有曲柄连杆机构和进气门、排气门及连动机构因此机械性磨损小、能量损失小、噪音降低而且有效解决了活塞停止时惯性力和活塞和主轴分离与接合而且旋转惯性能量再利用提高了效率，总容积与排量之比高、升功率高、机体紧凑、压缩比任意设定可以制造汽油转翼发动机或柴油转翼发动机。

Claims (10)

1.一种旋转翼活塞发动机，其特征是，用旋转翼活塞机为基础设计的，主要由底座、缸体(1)和其两侧面上安装的缸盖(15)，其内径上的滑动轴承(40)和缸体内交叉安放的A、B两组活塞和其两侧制动轮(46)和制动***，其制动控制***和主轴(2)其两侧各安装的主轴承(60)、两组活塞上各安装的单向超越离合器(10)、可控单向超离合器(42)其离合器拔爪(43)的拔动***，其离合器是可以用1个磁性离合器来替代，燃料供给***、空气供给***、排气***、油冷却、油润滑***、水冷却***和点火***、电源***组成的，其旋转翼活塞发动机可以制造汽油发动机或柴油发动机，需要时可以用增压技术。
2.根据权利要求1所述的旋转翼活塞发动机，其特征是，底座上安装的缸体(1)的圆周面上有1个或1个以上的周边进气口(5)、周边排气口(6)、扫气口(62)、扫气管(7)和冷却水进口(14)、冷却水出口(11)其内腔有冷却水道壁(13)隔开的冷却水道(12)，其缸体两侧面上均匀分布的安装缸盖用螺栓(41)其缸体两侧面上安装气缸盖衬垫(16)的结构。
3.根据权利要求1所述的旋转翼活塞发动机，其特征是，两个一样的缸盖(15)上有缸体两侧面螺栓(41)对应的螺栓孔(23)其螺栓上对应的螺栓孔安装两侧缸盖后用螺母拧紧，其两侧缸盖各外端面上跟缸体进气口和缸体排气口对应处有同数的端面进气口(17)、端面排气口(18)和冷却水进口(19)、冷却水出口(20)、加强肋(22)、缸盖螺栓(24)，其缸盖内侧面有安装气密封环的环槽(25)，其槽内1个或1个以上的接头错开安放的内环和外环组成的密封环，其缸盖内腔有冷却水道(21)和内径上安装滑动轴承(40)，缸盖外端面螺栓(24)上安装轴承架(59)的结构。
4.根据权利要求1所述的旋转翼活塞发动机，其特征是，缸体内交叉安放A、B两组活塞，其活塞是轮毂(63)外径上连接的各有两个或两个以上的活塞(26)组成，其每一个活塞后部有燃烧室(9)和内腔(27)，其周边和两侧端面各有互相连通的1个或1个以上的油密封槽(35)其槽内两个或两个以上串联的油密封片把接头错开两层或两层以上叠层安放，另有两个或两个以上的气密封槽(36)，其槽内安放两个或两个以上串联的气密封片把接头错开两层或两层以上叠层安放，A、B两组活塞轮毂对侧面上各有安放气密封环的槽和油密封环的槽(33)，其大直径的气密封环槽外径有羊角形突起槽，其环槽内外侧上安放有羊角形突起部的气密封环，其环槽内内侧上安放圆形气密封环，其两个气密封环的接头错开安放，另一侧轮毂侧面上的小直径的油密封环槽内两个或两个以上的油密封环接头错开安放，其轮毂外侧连接活塞空心轴(32)，其轴是滑动轴承(40)内径上安装，其轴一侧有冷却油孔(29)，其活塞空心轴端面有螺纹孔(39)，活塞轮毂内腔安装单向超越离合器(10)其离合器内径里用键安装主轴(2)，活塞空心轴内径里安装可控单向超越离台器(42)其离台器内径里安装主轴(2)的结构，其两个超越离合器是可以用1个磁性离合器来替代，此时另安装电源及开关电路，其开关电路可以用触点开关电路或电子开关电路。
5.根据权利要求1所述的旋转翼活塞发动机，其特征是，缸体周边进气口(5)和其两侧面缸盖端面进气口(17)是柴油机时联接空气滤清器或增压器送风管上，汽油机时其进气口(5)、(17)联接化油器或电控喷射装置，缸体周边排气口(6)和扫气口(62)，缸盖端面排气口(18)是连接排气管，扫气管(7)是连接鼓风机的结构。
6.根据权利要求1所述的旋转翼活塞发动机，其特征是，主轴(2)两侧上各安装主轴承(60)其主轴承是安装在轴承架(59)上，其主轴(2)两侧各有轴齿轮(55)，其轴前部安装驱动齿轮(57)，要发动机高速时选择接合和分离时间更快的离合器或主轴(2)输出端上安装大齿轮，底座上安装一对轴承，其内径上安装高速轴，其轴上安装小齿轮，其大齿轮和小齿轮啮合的结构。
7.根据权利要求1所述的旋转翼活塞发动机，其特征是，可控单向超越离合器(42)上的拔爪(43)是杠杆(44)一端接触，杠杆的另一端是滑动圆盘(45)接触，其拔爪的旋转角度大小是杠杆两侧长短来调整，制动轮(46)是安装在活塞空心轴(32)端面上，其制动轮内径上有两个或两个以上的制动槽(48)其前部是斜面，其制动槽的弧长是活塞端面弧长加柱销厚度的合的长度一样，柱销(49)是凸轮轴承支撑架(52)上安装，其支撑架是缸盖内径壁上安装，其柱销头部是斜面跟制动槽的斜面吻合，其柱销上部和下部各有凸轮接触的平底从动件，其柱销中部有摆动弹簧，其柱销下端斜面腿件(65)在滑动圆盘(45)的弧形孔(64)内运动，凸轮(50)是凸轮轴(51)上安装，其凸轮轴连接从动齿轮(54)，其齿轮啮合轴齿轮(55)的结构。
8.根据权利要求1所述的旋转翼活塞发动机，其特征是，柴油机是1个或1个以上的喷油器(8)安装在缸体上，其燃油是高压油泵供给，提高效率时可用增压技术，汽油发动机时此喷油器(8)位置上换装火花塞，压缩比要调整，另安装点火***、电源***和燃料供给***。
9.根据权利要求1所述的旋转翼活塞发动机，其特征是，冷却和润滑用油是从直角式旋转阀(28)进油孔(29)经冷却油进口(30)到活塞内腔(27)进行冷却活塞后出油孔(31)经离合器和活塞空心轴之间凹面间隙流出同时对离合器、滑动圆盘、凸轮、齿轮进行润滑，另外滑动轴承(40)活塞油密封槽和活塞轮毂密封环槽供油后经出油孔(56)回流油底壳循环。
10.根据权利要求1所述的旋转翼活塞发动机，其特征是，水冷却用水由管道通过缸体进水口(14)、缸盖进水口(19)进缸体和缸盖后经过缸体冷却水道(12)和缸盖冷却水道(21)时冷却缸体和缸盖后缸体冷却水出口(11)和缸盖冷却水出口(20)流出，经管道回流水箱形成冷却水循环。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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