CN1051072A

CN1051072A - 转子发动机

Info

Publication number: CN1051072A
Application number: CN90106132A
Authority: CN
Inventors: 申卫民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-12-06
Filing date: 1990-12-06
Publication date: 1991-05-01
Also published as: US5251595A

Abstract

转子发动机；转子发动机属于一种动力机械装置，由压气组件与作功组件构成，压气组件有转子压气与活塞压气两种类型，在压气转子上开有吸气凹槽，在作功转子上开有膨胀凹槽，作功组件上有燃烧室，在压气转子与作功转子部位径向装有阻气活塞，将吸气凹槽与膨胀凹槽分割为变容室，压气转子与作功转子之间装有隔气圆板，两端装有阻气圆板，进气，压缩与作功，排气分别在压气组件与作功组件内完成。

Description

转子发动机属于一种动力机械装置，适应于汽车制造，飞机制造，船舶制造，农业机械制造及需要动力机械的领域。

目前应用中的往复式内燃发动机，由于是将往复运动转换为圆周运动，存在着扭矩不平稳，惯性力大，体积大，转换功率损失大，制造困难等缺陷。

为了解决这一难题，汪克尔（Wankel）发动机，中国专利号87104050A，87103715，88102309.4，88207749.6等介绍的发动机作出了偿试，但因存在下列等问题中的一项或几项而没有取得令人满意的结果。

1.没有足够的压缩比，而使得燃烧作功效率低，经济性能差;

2.对燃料的适应性差，尤其是不能使用柴油类挥发度低的燃料;

3.没有与往复式发动机相比拟的输出功率范围;

4.结构复杂，加工困难且没有较好的耐磨性。

本发明的目的是提供一种转子发动机，它有与往复式发动机相比拟的压缩比，适应汽油，煤气，柴油等多种燃料，及与往复式发动机相比拟的输出功率范围。

本发明的目的是这样实现的，转子发动机由压气组件与作功组件构成。压气组件有吸气槽或吸气气缸，作功组件有膨胀凹槽及燃烧室，由压气组件将空气式混合空气压入作功组件的燃烧室，在作功组件的燃烧室内燃烧，膨胀，推动转子作功，其压缩比为压气组件的吸气凹槽容积或吸气气缸容积与燃烧室容积之比，根据不同的需要，可使用汽油，柴油，煤气等多种燃料及采取单缸或多缸的工作方式。

本发明因为将吸气，压缩与作功，排气分两组部件来实施，所以即据有往复式发动机的高压缩比，适应多种燃料，较宽的功率输出范围等优点，又据有转子发动机结构简单，体积小，功率/升高等特点，而且热效率高及经济性能好。

下面结合附图对本发明的转子发动机进行详细的说明：

图1为本发明的转子发动机半剖侧视图;

图2转子压气型工作循环原理图;

图3活塞压气型工作循环原理图;

图4转子压气型旋转一周2次作功工作循环原理图;

图5转子压气组件旋转一周4次压气工作原理图;

图6以火花塞形式出现的点火装置方案图;

图7以喷油火花塞形式出现的点火装置方案图;

图8以喷油嘴形式出现的点火装置方案图;

图9转子压气组件与转子作功组件的矩形阻气活塞密封原理图;

图10作功与压气转子上阻气滑块密封原理图;

图11燃烧室内残留废气排气原理图;

图12作功转子部位机壳上阻气滑块密封原理图。

本发明是这样实现的，（图1，图2），在主轴（8）上装有压气转子（4），作功转子（12），两者之间装有隔气园板（13），两端装有阻气园板（2），隔气园板（13）与阻气园板（2）外园周上都装有阻气密封环（1），阻气园板（2）与压气转子（4），隔气园板（13）及作功转子（12）由螺栓（3）紧联接，装设在机壳（11）内，在机壳（11）两端装有端盖板（34），轴承（6）及轴承盖（7），在机壳（11）径向压气转子（4）部位上有进气口（10），压缩气出口（5），压缩气出口（5）内装有排气门（17），压气转子（4）上开有吸气凹槽（18），装有阻气滑块（16），在进气口（10）与压缩气出口（5）之间装有矩形阻气活塞（9），该活塞下端装有活塞头（36）（图9），活塞头（36）上有凸台（35），凸台（35）朝压缩气出口（5）方向安装，活塞上端装有压力弹簧（25），顶部装有顶盖板（24），在机壳（11）径向作功转子（12）部位上有燃烧室（27），阻气滑块（21），排气口（14），辅助排气槽（26），在燃烧室（27）与排气口（14）之间装有矩形阻气活塞（9），该活塞下端装有活塞头（36）（图9），活塞头（36）上有凸台（35），凸台（35）朝燃烧室（27）方向安装，活塞上端装有压力弹簧（25），顶部装有顶盖板（24），燃烧室（27）顶部有压缩气进气口（15），火花塞或喷油火花塞或者喷油嘴（19）（图6，图7，图8），压缩气进气口（15）内装有进气门（20），压缩气进气口（15）与压缩气出口（5）联通，作功转子（12）上开有膨胀凹槽（23），辅助排气凹槽（22），装有阻气滑块（16）。

本装置的压气组件，除采取上述的转子压气方式外，可以采用活塞压气方式工作，在这种工作方式中，园柱形压气活塞（33）安装在气缸（32）内，并可在气缸（32）内上下往复运动，气缸（32）顶部装有进气口（28），压缩气出口（31），进气口（28）内装有进气门（29），压缩气出口（31）内装有排气门（30），压缩气出口（31）与压缩气进气口（15）联通，气缸压气组件曲轴（38）与作功转子（12）同速运转。

根据奥托（OTTO）循环，本发明的进气，压缩，膨胀，排气按以下方式进行：

1.转子压气型（图2）：

0～180° 进气，压缩;压气转子（4）沿箭头方向旋转，从（B）点转过阻气活塞（9）开始，至（A）点转过阻气活塞（9）结束，从进气口（10）吸入空气或混合空气，与此同时，将上一循环吸入的空气或混合空气经压缩气出口（5），压缩气进气口（15）压入燃烧室（27）内;

180～360° 作功，排气;作功转子（12）沿箭头方向旋转，从（C）点转过阻气活塞（9）开始，至（D）点转过阻气活塞（9）结束，当（C）点转过阻气活塞（9）时，点火装置（19）工作，燃烧室（27）内的压缩混合气燃烧，膨胀，推动转子作功，与此同时，将上一循环产生的废气从排气口（14）排出;

2.活塞压气型（图3）：

0～180° 进气，作功，排气;活塞（33）从气缸顶部向下运动，从进气口（28）吸入空气或混合空气，作功转子（12）沿箭头方向旋转，（C）点转过阻气活塞（9），点火装置（19）工作，燃烧室（27）内上一循环压入的压缩混合气燃烧，膨胀，推动转子作功，直至（D）点转过阻气活塞（9），并将上一作功循环的废气从排气口（14）排出;

180～360° 压缩;活塞（33）从下止点向上运动，将气缸内的空气或混合空气经压缩气出口（31），压缩气进气口（15）压入燃烧室（27）内，直至活塞（33）到达气缸顶部;

在这种工作方式中，活塞式压气组件曲轴（38）与作功转子（12）同速运转。

作功转子的据体作功过程是这样的，当压气组件内空气或混合空气全部压出后，进气门（20）关闭，作功转子（12）上（C）点转过阻气活塞（9），火花塞或喷油火花塞（19）工作，燃烧室内压缩混合空气立刻燃烧，燃气在阻气活塞（9），隔气园板（13），阻气园板（2），燃烧室（27），阻气滑块（16），膨胀凹槽（23）所围成的空间内膨胀，推动转子作功，随着转子的转动，空间逐渐变大，直至作功转子（12）上（D）点转过阻气活塞（9），作功结束，与此同时，上一工作循环所产生的废气从排气口（14）排出;残留在燃烧室（27）内的废气，经辅助排气凹槽（22），辅助排气槽（26），从排气口（14）排出。

转子发动机除了引入压缩比的概念外，还有膨胀比，其比例关系如下：

压缩比 ε1＝V28/V27

膨胀比 ε2＝V23/V27

ε2≥ε1

式中：V28压气转子吸气凹槽或压气气缸容积;

V23作功转子膨胀凹槽容积;

V27燃烧室容积。

在实际应用中，通常取ε2＞ε1，使膨胀终了时膨胀凹槽（23）内的压力尽可能的接近大气压力，提高作功效率。

为了适应多种燃料及不同工作需求，转子发动机的点火装置（19）有火花塞（图6），喷油火花塞（图7），喷油嘴（图8）三种类型;点火有下述两种方式：

1.点火式：

压缩行程完成后，燃烧室（27）内的压缩混合气由火花塞或喷油火花塞（19）点火燃烧;

2.压燃式：

压缩行程完成后，高压燃油经喷油嘴（19）呈雾状喷入燃烧室（27）与燃烧室（27）内的高温压缩空气混合，并由高温压缩气体引燃。

为了加强矩形阻气活塞（9）与转子轴面的密封性，在压气转子（4）与作功转子（12）阻气活塞（9）的下端，装有活塞头（36），活塞头（36）上有凸台（35），在压气转子组件中，凸台（35）朝压缩气出口（5）方向安装，在作功转子组件中，凸台（35）朝燃烧室（27）方向安装，当压气转子吸气凹槽或作功转子上膨胀凹槽转过阻气活塞（9）时，燃气或压缩气体将对凸台（35）产生压力，加强阻气活塞（9）与转子轴面之间的密封性;在机壳（11）内及转子上分别有阻气滑块（21），（16），在隔气园板（13），阻气园板（2）外轴面上都装有阻气密封环（1），加强压气及作功过程的密封性。

转子发动机外壳采用自然或强制风冷及沿外壳周向开水道循环水冷两种方式，转子采用通过与外壳交换散热冷却及用机油或水在转子内循环冷却两种方式。

上述介绍的是转子发动机工作过程，点火方式及基本型的工作方案，本发明还有不超出本发明权利要求实质和范围的改进，下面再介绍一种旋转一周作功两次发动机及旋转一周4次压气的转子压气方案。

1.转子发动机旋转一周2次作功方案（图4）：

在这工作方案中，机壳（11）径向压气转子（4）部位有两套对称的进气口，压缩气出口，排气门及矩形阻气活塞，在作功转子（12）部位有两套对称的压缩气进气口，排气口，矩形阻气活塞，辅助排气槽，燃烧室，火花塞或喷油火花塞或者喷油嘴及进气门，压缩气出口（4a）与压缩气进气口（15a）联通，压缩气出口（5b）与压缩气进气口（15b）联通，进气口（10a）吸入的空气或混合空气经压气转子吸气凹槽（18），压缩气出口（5b），压缩气进气口（15b）压入燃烧室（27b），进气口（10b）吸入的空气或混合空气经压气转子吸气凹槽（18），压缩气出口（5a），压缩气进气口（15a）压入燃烧室（27a），每旋转一周，燃气在两个燃烧室以180度角间隔燃烧，膨胀，作功。

2.压气转子旋转一周4次压气方案（图5）：

在这种工作方案中，机壳（11）径向压气转子（4）部位有两套对称的进气口，压缩气出口，排气门，矩形阻气活塞，压气转子对称开有两个吸气凹槽，每旋转一周，每个进气口，压缩气出口，排气门，吸气凹槽各工作两次。

按此方案的压气转子组件，与上一方案中介绍的作功组件配合，一套压气转子组件为两套作功转子组件压气，每旋转一周，可作功4次;构成了转子发动机单压气组（单缸）最大功率输出组合。

下面再介绍一个狄塞尔（Diesel）转子发动机方案，象上述几个方案一样，发动机的结构图及工作机构没变，与奥托（OTTO）循环下的转子发动机的区别是，点火装置（19）采用图8介绍喷油嘴按点火方式2工作，发动机采用狄塞尔（Diesel）循环，其压缩比较高。

上述的各种方案中，若需要较大的输出功率，可用多组压气组件与多组作功组件组合-即多缸工作方式。

转子发动机由于采用压气与作功组件，将吸气，压缩与作功，排气分两组部件来完成，所以即据有往复式发动机的高压缩比，适应多种燃料，较宽的功率输出范围等优点，又据有转子发动机结构简单，体积小，功率/升高等特点，尤其是引入了膨胀比的概念，进一步提高了热效率及经济性能;能广泛的应用于汽车制造，飞机制造，船舶制造，农业机械制及需要动力机械的领域。

Claims

1、转子发动机属于一种动力机械装置，由压气组件与作功组件构成，其特征是在该装置的主轴(8)上装有压气转子(4)，作功转子(12)，两者之间装有隔气园板(13)，两端装有阻气园板(2)，隔气园板(13)与阻气园板(2)外园周上都装有阻气密封环(1)，阻气园板(2)与压气转子(4)，隔气园板(13)及作功转子(12)由螺栓(3)紧联接，装设在机壳(11)内，在机壳(11)两端装有端盖板(34)，轴承(6)及轴承盖(7)，在机壳(11)径向压气转子(4)都位上有进气口(10)，压缩气出口(5)，压缩气出口(5)内装有排气门(17)，压气转子(4)上开有吸气凹槽(18)，装有阻气滑块(16)，在进气口(10)与压缩气出口(5)之间装有矩形阻气活塞(9)，该活塞下端装有活塞头(36)，活塞头(36)上有凸台(35)，凸台(35)朝压缩气出口(5)方向安装，活塞上端装有压力弹簧(25)，顶部装有顶盖板(24)，在机壳(11)径向作功转子(12)部位上有燃烧室(27)，阻气滑块(21)，排气口(14)，辅助排气槽(26)，在燃烧室(27)与排气口(14)之间装有矩形阻气活塞(9)，该活塞下端装有活塞头(36)，活塞头(36)上有凸台(35)，凸台(35)朝燃烧室(27)方向安装，活塞上端装有压力弹簧(25)，顶部装有顶盖板(24)，燃烧室(27)顶部有压缩气进气口(15)，火花塞或喷油火花塞或者喷油嘴(19)，压缩气进气口(15)内装有进气门(20)，压缩气进气口(15)与压缩气出口(5)联通，作功转子(12)上开有膨胀凹槽(23)，辅助排气凹槽(22)，装有阻气滑块(16)。

2、由权利要求1所述的装置，其特征是转子压气组件可由活塞压气组件替换，在这种工作方式中，园柱形压气活塞（33）安装在气缸（32）内，并可在气缸（32）内上下往复运动，气缸（32）顶部装有进气口（28），压缩气出口（31），进气口（28）内装有进气门（29），压缩气出口（31）内装有排气门（30），压缩气出口（31）与压缩气进气口（15）联通，气缸压气组件曲轴（38）与作功转子（12）同速运转。

3、由权利要求1，2所述的装置，其特征是工作循环过程为：

A.转子压气型：

180～360° 作功，排气;作功转子（12）沿箭头方向旋转，从（C）点转过阻气活塞（9）开始，至（D）点转过阻气活塞（9）结束，当（C）点转过阻气活塞（9）时，点火或喷油装置（19）工作，燃烧室（27）内的压缩混合气燃烧，膨胀，推动转子作功，与此同时，将上一循环产生的废气从排气口（14）排出;

B.活塞压气型：

0～180° 进气，作功，排气;活塞（33）从气缸顶部向下运动，从进气口（28）吸入空气或混合空气，作功转子（12）沿箭头方向旋转，C）点转过阻气活塞（9），点火或喷油装置（19）工作燃烧室（27）内上一循环压入的压缩混合气燃烧，膨胀，推动转子作功，直至（D）点转过阻气活塞（9），并将上一作功循环的废气从排气口（14）排出;

180～360° 压缩;活塞（33）从下止点向上运动，将气缸内的空气或混合空气经压缩气出口（31），压缩气进气口（15）压入燃烧室（27）内，直至活塞（33）到达气缸顶部。

4、由权利要求1，2所述的装置，其特征是当压气组件内空气或混合空气全部压出后，进气门（20）关闭，作功转子（12）上（C）点转过阻气活塞（9），火花塞或喷油火花塞或者喷油嘴（19）工作，燃烧室内压缩混合空气立刻燃烧，燃气在阻气活塞（9），隔气园板（13），阻气园板（2），燃烧室（27），阻气滑块（16），膨胀凹槽（23）所围成的空间内膨胀，推动转子作功，随着转子的转动，空间逐渐变大，直至作功转子（12）上（D）点转过阻气活塞（9），作功结束，与此同时，上一工作循环所产生的废气从排气口（14）排出，残留在燃烧室（27）内的废气，经辅助排气凹槽（22），辅助排气槽（26），从排气口（14）排出。

5、由权利要求1所述的装置，其特征是可按旋转一周2次作功方式工作，在这种工作方式中，机壳（11）径向压气转子（4）部位有两套对称的进气口，压缩气出口，排气门及矩形阻气活塞，在作功转子（12）部位有两套对称的压缩气进气口，排气口，矩形阻气活塞，辅助排气槽，燃烧室，火花塞或喷油火花塞或者喷油嘴及进气门，压缩气出口（4a）与压缩气进气口（15a）联通，压缩气出口（5b）与压缩气进气口（15b）联通，进气口（10a）吸入的空气或混合空气经压气转子吸气凹槽（18），压缩气出口（5b），压缩气进气口（15b）压入燃烧室（27b），进气口（10b）吸入的空气或混合空气经压气转子吸气凹槽（18），压缩气出口（5a），压缩气进气口（15a）压入燃烧室（27a），每旋转一周，燃气在两个燃烧室以180度角间隔燃烧，膨胀，作功。

6、由权利要求5所述的装置，其特征是转子压气组件可按旋转一周4次作功方式工作，在这种工作方式中，机壳（11）径向压气转子（4）部位有两套对称的进气口，压缩气出口，排气门，矩形阻气活塞，压气转子对称开有两个吸气凹槽，每旋转一周，每个进气口，压缩气出口，排气门，吸气凹槽各工作两次。

7、由权利要求1，2，5所述的装置，其特征是点火方式为：

A.点火式：

B.压燃式：

8、由权利要求1，2，5，6所述的装置，其特征是在压气转子（4）与作功转子（12）阻气活塞（9）的下端，装有活塞头（36），活塞头（36）上有凸台（35），在压气转子组件中，凸台（35）朝压缩气出口（5）方向安装，在作功转子组件中，凸台（35）朝燃烧室（27）方向安装，当压气转子吸气凹槽或作功转子上膨胀凹槽转过阻气活塞（9）时，燃气或压缩气体将对凸台（35）产生压力，加强阻气活塞（9）与转子轴面之间的密封性。