CN106499503B - 一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机 - Google Patents

Abstract

一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机，属于机电一体化领域，包括湿式离合器，角位移传感器、传动齿轮，换向轴等。其特征在于：角位移传感器能持续检测转子相对位置B转动的角度，车载ECU判断该角度到达***设定的角度时，控制液压***接入或者断开接入各湿式离合器，切换传动路线，使转子的往复圆弧运动转化为输出轴的单向圆周运动，同时车载ECU能根据车辆行驶工况判断是否需要更改发动机压缩比，当需要更改压缩比时，车载ECU根据车辆出厂预设的模型更改***当前设定的转子可以转动的最大角度值，这就使得发动机转子可以转动的最大角度产生不同，汽缸总容积改变，而燃烧室容积不变，从而实现压缩比可变。该发明的优点在于实现了转子发动机压缩比可变，且压缩比范围较宽，最大压缩比较大。

Description

一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机

技术领域

本发明涉及一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机，属于机电一体化领域。

背景技术

转子发动机与传统往复式发动机相比较都依靠空气燃料混合气燃烧产生的膨胀力以获得转动力，两种发动机的机构差异在于使用膨胀力的方式。传统往复式发动机将膨胀力通过活塞和汽缸转化为直线运动，然后再通过曲柄连杆机构转化成发动机输出轴的圆周运动；转子发动机直接将膨胀力通过特定机械结构装化为发动机输出轴的圆周运动。

传统往复式发动机由于在将直线运动转化为圆周运动时不可避免造成机械能损耗，而转子发动机由于将膨胀力直接转化为轴的旋转运动，因此理论上比传统往复式发动机能量利用效率更高。

三角转子发动机由于没有高压缩比，使得燃烧不充分，油耗高，污染严重，且三角转子发动机润滑条件不良，机械磨损严重，汽缸受热不均匀，阻碍了三角转子发动机的推广。

目前大部分涡轮增压发动机在完成出厂时压缩比固定，涡轮强行向汽缸内吹进过量空气，此时燃料和空气混合比较低，点火时容易发生爆燃，并产生爆震，所以涡轮增压发动机为了防止这种现象出现，基本都使用较低的压缩比，但是低压缩比意味着较低的热效率，在涡轮增压没有完全介入时(也就是发动机转速较低时)，燃烧效率非常低。

发明内容

本发明在于解决上述问题，提供了一种新型转子发动机，它具有压缩比可变，体积小，汽缸受热均匀，密封相对简单的特性。本发明的主要技术方案如下：

一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机，包括车载ECU、汽缸体、转子、弧形板、进气门、排气门、点火装置、喷油装置、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、角位移传感器、第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器、发动机轴、输出轴、换向轴；其特征在于：所述转子和发动机轴刚性连接，弧形板和转子刚性连接，弧形板随转子一同转动，角位移传感器安装在发动机轴上，弧形板转动时和汽缸体有三个相互接触的位置，每个位置上设有密封条；所述第五齿轮和第四齿轮在第四离合器、第三离合器没有接入液压***时空套在发动机轴上，所述第一齿轮和第二齿轮在第一离合器、第二离合器没有接入液压***时空套在输出轴上，第三齿轮和换向轴制成一体，发动机轴两端通过圆柱滚子轴承约束，外圈上有止动槽，槽内装有轴承挡圈，用来防止发动机轴轴向窜动。

所述转子为单个转子。

所述发动机转子不是围绕发动机轴心作360度的纯圆周运动，而是做一定角度的往复圆弧运动，该角度明显低于360度。

所述角位移传感器能够持续检测和反馈的角度为发动机转子相对位置B转动的角度。

所述车载ECU根据角位移传感的位置信号通过控制离合器切换传动路线，可以使转子的往复圆弧运动转化为输出轴的单向圆周运动。

所述转子可以转动的最大角度可以根据车辆行驶工况做出调整，由车载ECU判断是否需要更改当前压缩比，实现压缩比可变。

所述发动机实现压缩比可变的方法为：角位移传感器能持续检测转子相对位置B转动的角度，车载ECU通过角位移传感器实时检测转子相对位置B转动的角度，当该角度到达***设定的角度值时，车载ECU便控制液压***通往各离合器的电磁阀的打开或者关闭，从而控制各离合器是否接入液压***，实现传动路线的切换，使得转子不再继续转动更大的角度，而是更改转动方向，此时压缩比固定；但是车载ECU可以根据车辆行驶工况判断是否需要更改发动机压缩比，当需要更改压缩比时，车载ECU根据车辆出厂预设的模型更改***当前设定的转子可以转动的最大角度值，这就使得发动机转子可以转动的最大角度产生不同，汽缸总容积改变，而燃烧室容积不变，从而实现压缩比可变；例如要实现高压缩比，需要车载ECU根据出厂预设的压缩比与车辆行驶工况的模型，增大转子可以转动的最大角度值，使得车载ECU通过角位移传感器检测到转子转动到设定的转子最大转动角度值时控制传动路线实现切换即可；反之要实现低压缩比，只需要车载ECU根据出厂预设的压辆行驶工况的模型，减小转子可以转动的最大角度值即可。

本发明比较现有技术的优点：

由于汽缸内有效容积相对三角转子发动机更大，所以该发动机具有更高压缩比。

在压缩比相同的条件下，该发动机相对三角转子发动机体积占比更小，零部件更少，质量更轻。

三角转子发动机中三角转子不是作纯粹的圆周运动，转子的三个顶角对汽缸内壁有一定冲击作用，造成过早磨损，直接影响发动机的密封性，从而影响燃油经济性。该发动机只做部分圆周运动，相比而言密封简单。

三角转子发动机燃烧只集中在一侧位置，而另一侧位置基本不受影响，使得汽缸体受热不均，而该发动机整个汽缸在作功行程都会受热，受热相对均匀。

该发动机压缩比可变，并具有较宽的压缩比范围，可以让发动机在燃油适应性方面具有巨大优势，因为高压缩比发动机需要较高标号的燃油。

附图说明

图1为本发明所述的动力传输路线图。

图2为本发明所述的发动机四行程工作原理图。

图3为本发明所述的发动机结构说明图。

具体实施方式

动力传输路线图(图1)

1.第一离合器，2.第一齿轮，3.第二离合器，4.第二齿轮，5.输出轴，6.第三齿轮，7.换向轴，8.发动机轴，9.第四齿轮，10.第三离合器,11.第五齿轮，12.第四离合器,13.角位移传感器。

发动机四行程工作原理图(图2)

14.排气门，15.进气门，16.点火装置，17.喷油装置，18.弧形板，19.转子，20.汽缸体。

发动机结构说明图(图3)

21.发动机轴,22.第五齿轮，23.第四齿轮，24.汽缸体。

下面结合附图对本发明做详细说明：

第一实施例：

如图1、2、3所示，本发明所述的一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机包括：车载ECU、汽缸体20、转子19、和转子19刚性连接的弧形板18、喷油装置17、点火装置16、进气门15、排气门14、角位移传感器13、第四离合器12、第五齿轮11、第三离合器10、第四齿轮9、发动机轴8、换向轴7、第三齿轮6、输出轴5、第二齿轮4、第二离合器3、第一齿轮2、第一离合器1。其中转子19和发动机轴8刚性连接，弧形板18能随同转子19一同转动，角位移传感器13安装在发动机轴8上，弧形板18转动时和汽缸体20有三个相互接触的位置，每个位置上设有密封条，第五齿轮11和第四齿轮9在第四离合器12、第三离合器10没有接入液压***时空套在发动机轴8上，发动机轴8两端通过圆柱滚子轴承约束，外圈上有止动槽，槽内装有轴承挡圈，用来防止发动机轴8轴向窜动。第一齿轮2和第二齿轮4在第一离合器1、第二离合器3没有接入液压***时空套在输出轴5上，齿轮3和换向轴7制成一体。

该发动机在某一固定压缩比工作过程如下：

压缩行程：如图2压缩行程所示,车载ECU通过角位移传感器13检测到转子19即将运动到位置A时，控制车辆液压***通往第一离合器1、第四离合器12的电磁阀打开，通往第二离合器3、第三离合器10的电磁阀关闭，高压油液开始接入第一离合器1、第四离合器12的油缸，在第一离合器1和第四离合器12的作用下第一齿轮2、第五齿轮12分别和输出轴5、发动机轴8建立传动联系，液压***断开接入第二离合器3、第三离合器10的油缸，第二齿轮4和第四齿轮10分别围绕输出轴5、发动机轴8空转。此时整个发动机的传动路线为输出轴5—第一离合器1—第一齿轮2—第五齿轮11—第四离合器12—发动机轴8。该行程下惯性力是主动力，在惯性力的作用下输出轴5转动，然后依次通过第一离合器1、第一齿轮2、第五齿轮11、第四离合器12，最终带动发动机轴8转动，因为转子19和发动机轴8刚性连接，所以转子19随着发动机轴8一起转动，从位置A开始向位置B作顺时针转动，此时进气门15、排气门14都关闭，汽缸内混合气开始被压缩。输出轴5继续转动，转子19运动到位置B,转子19相对位置B转动角度为零，压缩过程结束。

作功行程：如图2作功行程所示，车载ECU通过角位移传感器13检测到转子19相对位置B转动的角度为零，此时控制液压***通往第二离合器3、第三离合器10的电磁阀打开，通往第一离合器1、第四离合器12的电磁阀关闭，高压油液接入第二离合器3和第三离合器10的油缸，而断开接入第一离合器1和第四离合器12的油缸，传动路线实现切换。此时进气门15、排气门14继续关闭，被压缩的混合气在半圆形燃烧室内被点火装置16点燃，推动转子19由位置B向位置A开始作逆时针转动，虽然转子19相对压缩行程做相反方向的运动，但是通过换向轴7使得输出轴5转动方向仍然和压缩行程时一致。此时传动路线为转子19—发动机轴8—第三离合器10—第四齿轮9—第三齿轮6—第二齿轮4—第二离合器3—输出轴5，在该行程下，燃料燃烧产生的膨胀力是主动力，转子19是主动件，然后动力依次通过发动机轴8、第三离合器10、第四齿轮9、第三齿轮6、第二齿轮4、第二离合器3传递到输出轴5上，当转子19运动到位置A时，到达***设定在当前压缩比下的转子可以转动的最大角度，作功行程结束。

排气行程：如图2排气行程所示，作功行程结束角位移传感器13检测到转子19转动到***设定在当前压缩比下的转子19可以转动的最大角度，即转子19转动到位置A时，车载ECU控制车辆液压***通往第一离合器1、第四离合器12的电磁阀打开，通往第二离合器3、第三离合器10的电磁阀关闭，第一离合器1和第四离合器12的油缸接入液压***，第二离合器3、第三离合器10的油缸断开接入液压***，传动路线被重新切换成压缩行程时的传动路线，即传动路线为输出轴5—第一离合器1—第一齿轮2—第五齿轮11—第四离合器12—发动机轴8，依靠输出轴的惯性动力先后经输出轴5、第一离合器1、第一齿轮2、第五齿轮11、第四离合器12传递到发动机轴8上，此时转子19由位置A开始向位置B作顺时针转动，汽缸内废气被“赶”进燃烧室，当到达位置B时，排气门14打开，高温高压的废气得以排出，排气行程结束。

进气行程：如图2进气行程所示，排气行程结束，转子19转动到位置B,车载ECU通过角位移传感器13检测到转子19相对位置B转动的角度为零，此时控制液压***通往第二离合器3、第三离合器10的电磁阀打开，通往第一离合器1、第四离合器12的电磁阀关闭，高压油液接入第二离合器3和第三离合器10的油缸，而断开接入第一离合器1和第四离合器12的油缸，传动路线又被车载ECU重新切换成作功行程时的传动路线，即转子19—发动机轴8—第三离合器10—第四齿轮9—第三齿轮6—第二齿轮4—第二离合器3—输出轴5。该行程下转子19由位置B向位置A开始作逆时针转动，汽缸内形成低压，此时进气门15打开，空气进入，同时喷油装置17开始喷油，汽缸内开始形成混合气，当转子19到达位置A时，进气门15、喷油装置17关闭，进气行程结束。

第二实施例：

为加快各个离合器的分离和结合速度，第一离合器1、第二离合器3、第三离合器10、第四离合器12均采用电磁流变装置，通过给予第一离合器1、第二离合器3、第三离合器10、第四离合器12不同的控制电压控制第一离合器1、第二离合器3、第三离合器10、第四离合器12的分离或结合。

最后说明该发动机实现压缩比可变的方法：

角位移传感器能持续检测转子相对位置B转动的角度，车载ECU通过角位移传感器13实时检测转子19相对位置B转动的角度，当该角度到达***设定的角度值时，车载ECU便通过控制液压***通往各离合器的电磁阀的打开或者关闭，从而控制离合器是否接入液压***，实现传动路线的切换，使得转子不再继续转动更大的角度，而是更改转动方向，此时压缩比固定。但是车载ECU可以根据车辆行驶工况判断是否需要更改发动机压缩比，当需要更改压缩比时，车载ECU根据车辆出厂预设的模型更改***当前设定的转子可以转动的最大角度值，这就使得发动机转子可以转动的最大角度产生不同，汽缸总容积改变，而燃烧室容积不变，从而实现压缩比可变。例如要实现高压缩比，需要车载ECU根据出厂预设的压缩比与车辆行驶工况的模型，增大转子可以转动的最大角度值，使得车载ECU通过角位移传感器13检测到转子19转动到设定的转子最大转动角度值时控制传动路线实现切换即可；反之要实现低压缩比，只需要车载ECU根据出厂预设的压缩比与车辆行驶工况的模型，减小转子可以转动的最大角度值即可。

本发明主要提供的是一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机，在不背离本发明本质的情况下，可将传动***的传动比，转子、汽缸和燃烧室的形状，汽缸密封方式做相应改动，例如可以将转子的形状改为扇形，汽缸体改为相应的形状，结果便是发动机压缩比更大。但这些改动都应属于本发明所属的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机，包括车载ECU、汽缸体、转子、弧形板、进气门、排气门、点火装置、喷油装置、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、角位移传感器、第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器、发动机轴、输出轴、换向轴；其特征在于：所述转子和发动机轴刚性连接，弧形板和转子刚性连接，弧形板随转子一同转动，角位移传感器安装在发动机轴上，弧形板转动时和汽缸体有三个相互接触的位置，每个位置上设有密封条；所述第五齿轮和第四齿轮在第四离合器、第三离合器没有接入液压***时空套在发动机轴上，所述第一齿轮和第二齿轮在第一离合器、第二离合器没有接入液压***时空套在输出轴上，第三齿轮和换向轴制成一体，发动机轴两端通过圆柱滚子轴承约束，外圈上有止动槽，槽内装有轴承挡圈，用来防止发动机轴轴向窜动；在压缩行程，车载ECU通过角位移传感器检测到转子即将运动到位置A时，控制车辆液压***通往第一离合器、第四离合器的电磁阀打开，通往第二离合器、第三离合器的电磁阀关闭，高压油液开始接入第一离合器、第四离合器的油缸，在第一离合器和第四离合器的作用下第一齿轮、第五齿轮分别和输出轴、发动机轴建立传动联系，液压***断开接入第二离合器、第三离合器的油缸，第二齿轮和第四齿轮分别围绕输出轴、发动机轴空转；整个发动机的传动路线为输出轴—第一离合器—第一齿轮—第五齿轮—第四离合器—发动机轴，该行程下惯性力是主动力，在惯性力的作用下输出轴转动，然后依次通过第一离合器、第一齿轮、第五齿轮、第四离合器，最终带动发动机轴转动；转子和发动机轴刚性连接，所以转子随着发动机轴一起转动，从位置A开始向位置B作顺时针转动，汽缸内混合气开始被压缩；转子运动到位置B，转子相对位置B转动角度为零时，压缩过程结束；在作功行程，车载ECU通过角位移传感器检测到转子相对位置B转动的角度为零，此时控制液压***通往第二离合器、第三离合器的电磁阀打开，通往第一离合器、第四离合器的电磁阀关闭，高压油液接入第二离合器和第三离合器的油缸，而断开接入第一离合器和第四离合器的油缸，传动路线实现切换；此时传动路线为转子—发动机轴—第三离合器—第四齿轮—第三齿轮—第二齿轮—第二离合器—输出轴；在该行程下燃料燃烧产生的膨胀力是主动力，推动转子由位置B向位置A开始作逆时针转动，转子是主动件，然后动力依次通过发动机轴、第三离合器、第四齿轮、第三齿轮、第二齿轮、第二离合器传递到输出轴上，当转子运动到位置A时，作功行程结束；在排气行程，作功行程结束时角位移传感器检测到转子转动到位置A，车载ECU控制车辆液压***使传动路线重新切换成压缩行程时的传动路线，即传动路线为输出轴—第一离合器—第一齿轮—第五齿轮—第四离合器—发动机轴，依靠输出轴的惯性动力先后经输出轴、第一离合器、第一齿轮、第五齿轮、第四离合器传递到发动机轴上，转子由位置A开始向位置B作顺时针转动，汽缸内废气开始排出，当到达位置B时，排气行程结束；在进气行程，车载ECU通过角位移传感器检测到转子相对位置B转动的角度为零，传动路线又被车载ECU重新切换成作功行程时的传动路线，即转子—发动机轴—第三离合器—第四齿轮—第三齿轮—第二齿轮—第二离合器—输出轴；该行程下转子由位置B向位置A开始作逆时针转动，汽缸内形成低压，空气进入汽缸，当转子到达位置A时，进气行程结束；如此往复，发动机转子实现在位置A和位置B之间做往复圆弧运动。

2.如权利要求1所述的一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机，其特征在于：所述转子为单个转子。

3.如权利要求1所述的一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机，其特征在于：发动机转子不是围绕发动机轴心作360度的纯圆周运动，而是做一定角度的往复圆弧运动，该角度明显低于360度。

4.如权利要求1所述的一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机，其特征在于：所述角位移传感器能够持续检测和反馈的角度为发动机转子相对位置B转动的角度。

5.如权利要求1所述的一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机，其特征在于：所述车载ECU根据角位移传感的位置信号通过控制离合器切换传动路线，可以使转子的往复圆弧运动转化为输出轴的单向圆周运动。

6.如权利要求1所述的一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机，其特征在于：所述转子可以转动的最大角度可以根据车辆行驶工况做出调整，由车载ECU判断是否需要更改当前压缩比，实现压缩比可变。

7.如权利要求1所述的一种往复圆弧运动的可变压缩比转子发动机，其特征在于：发动机实现压缩比可变的方法为：角位移传感器能持续检测转子相对位置B转动的角度，车载ECU通过角位移传感器实时检测转子相对位置B转动的角度，当该角度到达***设定的角度值时，车载ECU便控制液压***通往各离合器的电磁阀的打开或者关闭，从而控制各离合器是否接入液压***，实现传动路线的切换，使得转子不再继续转动更大的角度，而是更改转动方向，此时压缩比固定；但是车载ECU可以根据车辆行驶工况判断是否需要更改发动机压缩比，当需要更改压缩比时，车载ECU根据车辆出厂预设的模型更改***当前设定的转子可以转动的最大角度值，这就使得发动机转子可以转动的最大角度产生不同，汽缸总容积改变，而燃烧室容积不变，从而实现压缩比可变；要实现高压缩比，需要车载ECU根据出厂预设的压缩比与车辆行驶工况的模型，增大转子可以转动的最大角度值，使得车载ECU通过角位移传感器检测到转子转动到设定的转子最大转动角度值时控制传动路线实现切换即可；反之要实现低压缩比，只需要车载ECU根据出厂预设的压缩比与车辆行驶工况的模型，减小转子可以转动的最大角度值即可。