CN102877935A - 三冲程滑动叶片式转子发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三冲程滑动叶片式转子发动机。其特点就是抛弃了以往内燃机吸压做排古老的工作模式，全新的工作循环只有三个冲程分别是：换气；压缩；做功。此发动机有效解决了现有常见两冲程四冲程发动机及汪克尔发动机的不足如：机械效率低，动平衡差震动大，噪音大，使用寿命短，体积庞大笨重，零件多成本大，工艺要求高。等缺陷，有效提高了燃料有效利用率。转子活塞动平衡好运行平稳。没有配气***，从根本上解决了复杂的配气结构气门正时和气门行程，震动噪音等问题，它集于众多发动机的优点于一身，它是一种典型的小体积高效率低油耗的环保发动机，现在世界将面临能源危机是目前取代现有常见发动机节约能源非常有效的动力装置。

Description

三冲程滑动叶片式转子发动机

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，涉及一种转子发动机，尤其是滑片式转子发动机。其特征是发动机工作循环只有三个冲程的转子发动机，更明确的说是一种整机机及零件全新设计的三冲程滑动叶片式转子发动机。 

背景技术

现有常规常见的车用船用民用军用动力装置主要是以往复活塞式四冲程和两冲程发动机为主。其次还有一种知名度很高的汪克尔转子发动机又称米勒循环发动机和尚未量产的四冲程滑动叶片式转子发动机，虽然它们经过多年的技术改进完善至今，任然存在着各种缺陷未能解决，大致总结如下：1.汪克尔发动机：寿命短、油耗高、密封困难、低转速时扭矩小、火花塞电极间隙蹿气、燃料燃烧火焰蔓延传播距离长、热损失大、能量转换效率低；2.往复活塞式两冲程发动机：尾气污染严重、油耗高、使用寿命短；3.复活塞式四冲程发动机：气门配气结构复杂、零件多成本大、进排气不连贯噪音大、曲轴连杆惯性振很难平衡、体积较庞大笨重；4.四冲程滑动叶片式转子发动机虽然没有复杂的凸轮配气机构和曲柄连杆机构有效解决了震动好噪音等问题，但是由于四冲程循环工作采用椭圆气缸，转子在气缸内旋转一周径向槽密封叶片上下滑动2次，转子径向槽密封叶片滑动频率大磨损加剧使用寿命短。 

以上发动机还有个共同的缺点就是进气不足、排气不尽、燃料有效利用率低，常见汽油机柴油机的燃料利用率都不超过40％，60％的能量都被尾气的热量，机械摩擦，燃烧不完全等系列原因所消耗。 

发明内容

本发明目的为了克服上述常用内燃机存在的多处不足，保留其优点，经过多次改善取长补短全新设计提出了一种高效节能集多重优点于一身的三冲程滑动叶片式转子发动机。 

不管往复活塞式四冲程发动机还是汪克尔发动机转子发动机工作循环均为四冲程，这个光从名称就不难区分出来，以往的四冲程发动机四个冲程只有一个冲程是做功的冲程，其他三个冲程都是为这一个做功冲程而服务的，往复活塞式四冲程发动机就是最典型的例子，曲轴旋转720°即2周完成一个工作循环，其中做功角度只有180°，做功角度比例只占整个循环的25％，其他三个冲程75％的旋转都是为这25％的做功冲程而服务的。而25％的做功冲程所产生的能量有一部分会被其他三个冲程75％的旋转所消耗掉。为了减少排气吸气压缩这三个冲程不必要能量损失本人提出了一种全新工作模式的发动机即三冲程工作循环发动机。也就是说把四冲程内燃机的排气冲程和进气冲程浓缩到一个冲程里同步进行，改为换气冲程，三 冲程滑动叶片式转子发动机三个冲程分别是：换气、压缩、做功。 

而全新工作模式的三冲程滑动叶片式转子发动机转子旋转一周发动机360°转子周围多个燃烧室连续循环做功，对于单个燃烧室而言三冲程滑动叶片式转子发动机转子旋转360°做功一次，做功频率是往复活塞四冲程发动机的2倍并且做功角度最大可以达到180°做功角度比例占50％。同样做功一次却减少了一圈的机械运转的能量消耗同时也减少了一圈的机械磨损，增加了发动机的寿命。 

附图说明

摘要附图 

说明书附图图1：发动机结构正视图 

说明书附图图2：发动机结构右视图 

说明书附图图3：燃烧室火花塞喷油嘴局部图 

说明书附图图4：换气冲程空气废气交换原理示意图 

附图零件符号注释：1.火花塞电极座2.喷油嘴3.火花塞电极4.冷却水道5.端盖固定螺栓孔6.缸体7.叶片8.空气进气口9.转子体10.转子主轴轴承11.转子主轴12.燃烧室13.端盖14.废气出气口15.空气滤清器16.强制进气装置17.消音器 

具体实施方式

三冲程滑动叶片式转子发动机主要有以下零件组成如说明书附图所示：进气装置总成、转子总成、定子总成、发动机信号采集控制总成组成。转子总成由转子体9、叶片7、转子主轴11构成，转子体上有多个径向槽叶片7由弹簧支撑可在槽内自由滑动，叶片7把转子9平均分割开和定子组合形成多个大小均匀相对独立又密封的燃烧室12，当发动机工作时转子旋转燃烧室的容积连续改变，叶片7在转子上的径向槽内自由滑动配合汽缸体完成每个独立燃烧室的密封，转子上每相邻2个叶片之间都有内凹形状与气缸壁之间的空间形成燃烧室，燃烧室中间安装有火花塞电极3(相当于传统火花塞的中心电极)；定子总成包括闭合圆弧形的气缸6和气缸左右端盖13，左右端盖13上装有主轴轴承10，汽缸壁内有冷却水道4，汽缸壁上装有火花塞电极座1(相当于传统火花塞的侧电极)和喷油嘴2，火花塞电极座1和喷油嘴2和气缸内壁表面平齐安装。转子主轴经轴承偏心安装在气缸定子内左、右端盖上，左右端盖两测分别开有进气口与排气口用于新鲜空气与废弃之间的交换。定子转子和叶片之间都有密封装置。发动机信号采集控制总成由传感器和ECU构成。 

三冲程滑动叶片式转子发动机工作原理 

当启动装置驱动发动机时，转子(9)开始逆时针围绕转子主轴(11)转动(如说明书附 图图1所示)，同时强制进气装置(15)开始工作从发动机进气口(8)不断压进新鲜空气，转子转动时每个燃烧室都会依次经过发动机的进气口(8)和排气口(14)如说明书附图图1所示时针12点位置，当燃烧室经过发动机的进气口(8)和排气口(14)时，每个燃烧室(12)的空间会依次不段被从进气口(7)压进新鲜的空气填充，同时燃烧室(12)的废气被压进的新鲜空气从排气口(14)挤出，完成换气冲程，换气过程空气和废气流动方向如(说明书附图图2)和(说明书附图图4所示)。转子(9)继续围绕转子主轴(11)转动进入压缩冲程，燃烧室(12)转到约时钟6点位置，直至燃烧室体积压缩变化到最小时压缩冲程结束。喷油嘴(2)在压缩冲程结束之前提前向燃烧室内喷入高压雾状燃料，这时安装在燃烧室(12)的火花塞电极(3)已经接近安装在缸体(6)上的火花塞电极座(1)达到合适的点火角度和状态具体细节如(说明书附图图3所示)，紧接着火花塞电极(3)和火花塞电极座(1)之间高压放电点火，具体提前喷油角度和点火角度由ECU根据发动机的不同工况控制。火花塞点火，点燃的可燃混合气迅速燃烧产生高温高压的燃气，此时做功冲程开始，燃烧室受到高温高压燃气膨胀力的作用使转子受到一个连续变化且同方向的旋转力，使转子加速旋转做功，燃烧室空间渐渐不断连续变大，直到最大，大约时针12点位置时做功冲程结束。此时转子已经旋转360度，此燃烧室继续旋转下面又将重复进入换气冲程，因为转子周围有多个燃烧室，这时下一个燃烧室也已经开始做功，不需要外力的帮助发动机的转速和惯性已经足以维持自身的正常运转，发动机连续如此重复循环稳定的做功。因为发动机没有配气***，靠机械强制压进新鲜空气同时挤出废气从根本上解决了气门正时和气门行程的问题，而且省去了吸气和排气2个冲程，变为换气冲程，。所以称之为三冲程发动机。 

综合以上所述在与其它同排量的发动机相对比较而言有以下诸多优点： 

与往复活塞式四冲程多缸内燃机相比减小发动机运转滑动摩擦面积和距离、减小了发动机的磨损、增大了发动机做功时间比例、减小了散热损失的时间、散热面积和散热距离。 

三冲程滑动叶片式转子发动机动机的压缩和膨胀之比可以根据需要灵活设计。 

尾气的压力不会给发动机的运转带来阻力，高温高压尾气的能量可以较好的开发利用，可以有效的提高发动机效率。 

没有凸轮摇臂配气结构和曲轴偏心配重机构具有运行震动小、噪音小、体积小、整机零件少、结构简单紧凑、制造成本低、机械效率高、油耗低、升功率大、可靠性高、寿命长、同功率下转子发动机体积小、重量轻、重心低。 

能量转换利用效率高，360°多个燃烧室连续不间断重叠做功，载荷输出均匀稳定、动平衡好，运行平稳，动力响应快，运行震动小噪音小。能满足舰艇动力装置要求，特别适合做 跑车的动力装置，这点常规发动机只能靠增加气缸数量来解决。 

由于每个燃烧室的之间都有一定压力，相邻的燃烧室压力是阶梯式递增递减变化，叶片两面部分压力相互抵消。可以起到叶相互之间辅助密封的作用，并大大减小叶片的负荷。 

转子上每个燃烧室中间内凹处安装火花塞电极，保证了每个燃烧室的每次点火都处于最佳点火位置，并且中间内凹处与定子内圆弧面形成的片燃烧室有利于火焰的蔓延，燃烧充分。 

三冲程滑动叶片式转子发动机因为采用的是闭合圆弧形气缸转子旋转一周滑片上下往复滑动一次。而采用椭圆形气缸的四冲程滑动叶片式转子发动机转子旋转一周滑片上下往复滑动两次，相比之下具有滑动叶片运动频率小只有四冲程滑动叶片式转子发动机的一半。 

进气量充足，进气压力大高于大气压，换气彻底完全，可以排尽所有燃烧尾气 

本发动机因为气缸接近于圆形转子转子每旋转一周每个叶片1次过气缸壁最远端和最近端往复运动一次，而具椭圆气缸的四冲程滑动叶片式转子发动机因为是椭圆气缸，转子每旋转一周每个叶片2次经过气缸壁最远端和最近端往复运动两次。相比之下具有叶片运动频率小，震动小，滑动距离短，寿命长，因为只有三个冲程同体积情况下可以获得更大是的排量和功率。

唯一美中不足的就是密封相对传统发动机稍微复杂，但在这个科技发展的时代，加上实践并问题并不是很难解决，可行性非常高，很多小问题已经完美解决这。相比之下它的优点远远大于缺点，经过适当零件和功能的调整改变压缩比也做可做柴油发动机和醇类发动机，成为多燃料发动机。目前真个世界将临能源机，它是对未来发展影响举足轻重的发动机。 

Claims (6)

1.一种三冲程滑片式转子发动机其特征是发动机运行完成一个完整的工作循环只有三个冲程，分别是：换气冲程、压缩冲程、做功冲程。

2.气缸主要由圆弧和平滑过渡的曲线闭合连接形成闭合圆弧形气缸，并在气缸两侧端盖上设有进排气口。

3.发动机运转时，进气装置从进气口向每个经过进气口的燃烧室不断压进新鲜空气，同时将废气从排气口不断挤出实现换气冲程新鲜空气与废气的置换。

4.该发动机转子旋转一周叶片在转子周围的径向槽内上下滑动一次。

5.该发动机一个转子上一圈至少设有三个以上燃烧室。

6.转子上的燃烧室中间处内凹，并设点火装置。

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