CN1094477A - 曲线转子发动机 - Google Patents

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张真
张可植
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Abstract

曲线转子发动机，现有的往复式发动机热效率 低，三角转子发动机成本高，寿命短，本发动机工作缸 分压缩缸同爆发缸两部分，压缩缸内设有偏心的压缩 转子，内壁上设有弹性闸板、进气口、排气阀，爆发缸 内设有侧壁带曲线凹槽及配气孔的爆发转子，内壁上 设有弹性闸板、凹进的燃烧室及排气口，本发动机结 构简单，易加工，成本低，寿命长，噪音小，燃气爆发力 可始终有效地作用于转子周边，大大提高了热转换效 率。

Description

本发明属一种内燃发动机。
现有的往复活塞发动机每个工作循环由吸气、压缩、燃烧-膨胀、排气四个冲程构成，其中燃烧-膨胀为作功冲程，在此冲程中，混合气燃烧后产生的膨胀压力作用于活塞顶部推动活塞通过连杆驱动曲轴作功，当混合气点燃后膨胀压力最大时刻，活塞正处于上止点附近，此时曲轴的有效力臂近于最小，无法产生较大扭矩，当曲轴的有效力臂最大时刻，活塞已下行相当的距离，气缸容积增大很多，使膨胀压力骤减，同样得不到较大扭矩，即到达最高回转半径与产生最大压力的时间不同步，所以导致热转换效率低。此外其活塞连杆等主要部件往复运动的惯性力限制了活塞直径和曲轴半径的几何尺寸，因而单缸功率等指标很难进一步提高，又由于惯性力与旋转角速度的平方成正比，转速的提高也受到限制。近20年出现的三角转子发动机的缸体由三角转子分割为三个腔，工作时，三个腔分别处于吸气、压缩、膨胀燃烧三种状态，三个腔之间的压力差很大，不易密封，而且转子在偏心轴上作复杂的行星运动，振动严重，噪音大，缸体易出现早期振纹，寿命短，不易制作，成本高，低速性能差，同时它也存在爆发膨胀压力与作功有效半径不能同时达到最大值，影响了热功转换效率的提高，所以近年来无较大发展。
本发明旨在提供一种曲线转子发动机，这种发动机结构简单，易于加工，爆发膨胀压力能始终作用在转子最大半径处，从而得到较大的输出扭矩，提高其热效率，同时具有功率大、体积小、重量轻、噪音小、寿命长的优点。
实现上述目的的技术解决方案是：本发动机包括有工作缸体、主轴、点火器、燃烧室以及支撑、紧固、密封部件，其特征在于：所述的工作缸体分为同一中心轴线设置的压缩缸1和爆发缸21两部分，其缸体均为圆筒形，压缩缸体1内设置有与穿过爆发缸21的主轴2相对固定的偏心轴9，偏心轴上相对固定有圆柱形压缩转子8，压缩转子的直径小于缸体内腔直径并大于缸体内腔半径，其尺寸应保证使压缩转子周边与缸体圆筒形内壁相切，压缩缸体内壁上开有母线向的闸板槽5，闸板4一侧顶住嵌在闸板槽底的弹簧6上，一侧顶住压缩转子8的侧壁，从闸板起始，沿压缩转子旋转方向先在压缩缸体内壁上设置一与化油器接口相通的进气口中7，相隔一段距离再设置一单向出气阀3，所述爆发缸体21内的主轴2上相对固定有与缸体内壁滑动配合的圆柱形爆发转子18，爆发转子侧壁上纵向母线方向开有凹进的能被缸体内壁密封的曲线槽19，曲线槽凹壁为圆滑连接的弧面，凹槽两侧弧面各自与转子圆柱形侧壁圆滑连接，爆发缸21内侧壁上母线向开有闸板槽24，闸板22一侧顶在嵌入闸板槽底的弹簧23，一侧顶住爆发转子的外侧壁，按转子旋转方向，在闸板槽之后小于曲线槽19宽度的爆发缸体内侧壁上设有凹进的燃烧室25，燃烧室内设有与所述点火器相连的火花塞26，在燃烧室之后相隔一段距离的爆发缸体侧壁上还设有排气口29，爆发转子侧壁上设有与压缩缸单向出气阀相通且旋转过程中能对准燃烧室的配气口27，爆发转子上曲线槽与配气口及缸体内壁上燃烧室与排气口之间的相对位置根据工作相位定位。
本发动机的工作原理是：在压缩缸1内，偏心轴上的压缩转子8与缸体内壁之间的空腔被闸板4分隔为2部分，随着偏心轴9的转动，压缩转子8沿缸体内壁滚动，被闸板分隔开的两部分空腔体积也随之不断变化，燃油气从化油器接口通过缸体侧壁上的进气口进入缸体空腔内，当压缩转子滚过该进气口后，即将进气之后压缩转子至闸板之间的空腔密封，并随转子的滚动不断压缩该空腔气体，达到一定压力后，压缩燃气从单向出气阀3出去进入爆发缸，在上述一空腔被压缩情况下，另一空腔则从进气口7进入燃气，压缩转子不断滚动，即不断重复吸气、压缩、排气的过程向爆发缸提供压缩燃气。在爆发缸21内，爆发转子转动过程中当其侧壁上与压缩缸体单向出气阀相通的配气口27对准燃烧室25时（图2a），高压混合燃气进入燃烧室，转子继续转动，配气口被缸体侧壁封闭后（图2b），点火器通过火花塞点火，混合气开始燃烧，当爆发转子转到其侧壁上凹进的曲线槽对准燃烧室时（图2c），混合气进入显燃期，温度急骤增高，气体急骤膨胀，产生爆发高压，此压力作用在曲线槽一侧弧面上，对转子产生一圆周向的推力，而曲线槽另一侧弧面其后部被闸板挡住与高压气隔离，由闸板承受爆发力，故转子将沿一个方向转动，随着闸板沿曲线槽弧面滑动，充有爆发燃气的曲线槽空腔逐渐增大，压力降低，当转到曲线槽对准排气口的位置时（图2d），曲线槽内充气容积已达最大，压力最低，废气从排气口排出，完成一个工作循环。
本发动机将工作缸分为压缩缸及爆发缸两部分，缸体均为圆筒形，转子为圆柱形，加工容易，主要部件为简单的旋转运动，振动小，噪音小，寿命长，该机进气、压缩与爆发、排气分别置于两部分缸体内同步进行，加大了有效作功转角，同时其燃气爆发力始终作用转子周边，可获得最大旋转力臂，有效地利用了爆发力，提高了热效率，整个机器结构简单，成本低，重量轻，体积小，输出功率大。同时本机压缩转子滚动压缩燃气的方式也可减少振动和部件磨损，延长使用寿命。
附图说明：
图1、本发明压缩缸实施例横截面结构示意图。
a、单闸板压缩缸
1:  压缩缸  2:  主轴  3:  单向出气阀
4:  闸板  5:  闸板槽  6:  弹簧
7:  进气口  8:  压缩转子  9:  偏心轴
b、对称双闸板压缩缸
10、15:  进气口  11、14:  闸板  12、13:  单向出气阀
图2、本发明爆发缸实施例结构及不同工位示意图。
16:  闸板  17、25:  燃烧室  18:  爆发转子
19、28:  曲线槽  20、29:  排气口  21:  爆发缸
22:  闸板  23:  弹簧  24:  闸板槽
26:  火花塞  27、27':  配气口
图3、本发明实施例整体结构示意图。
30:  化油器接口  31:  吸气通道  32:  进气口
33:  压缩缸  34:  压缩转子  35:  前隔板
36:  定位环  37:  压缩缸  38:  偏心轴
39:  后隔板  40:  爆发缸  41:  排气管
42:  排气口  43:  曲线槽  44:  后端盖
45:  爆发转子  46:  主轴  47:  凸缘
48:  油封环  49:  燃烧室  50:  火花塞
51:  配气口  52:  定压阀  53:  单向出气阀
54:  贮气腔  55:  单向出气阀  56:  密封环
57:  偏心轴  58:  起动瓜  59:  皮带盘
60:  配电机构  61:  前端盖
图4、图3中压缩缸和爆发缸横截面结构示意图。
65、68：压缩缸闸板槽  66、67：压缩缸闸板
69、73：爆发缸闸板槽  70、74：爆发缸闸板
71、43：曲线槽  72：管路
75、55：压缩缸单向出气阀
图5、本发明实施例爆发转子结构示意图。
80、81：曲线槽
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
如图3、图4所示，本实施例的压缩缸由2个同轴且气道并联的压缩缸33、37组成，第一压缩缸33前部设有前端盖61，第一同第二个压缩缸之间设有前隔板35，第二个压缩缸37同爆发缸40之间设有后隔板39，爆发缸40后部设有后端盖44，上述几个部件通过双头螺栓串联固定为一体，同时相邻部件之间均采用定位环36定位联接，以保证同心度。
位于两压缩缸内的同轴偏心轴38、57相对中心轴线相差180°偏心设置并为一整体部件，与穿过爆发缸的主轴46用花键副间隙配合联接，偏心轴、主轴通过前端盖、后隔板、后端盖轴承支撑。偏心轴前端伸出前端盖的主轴部分设有起动瓜58和皮带盘59，主轴后部伸出后端盖的一端装有凸缘47，用以输出动力。
前端盖上设有化油器接口30，与设在两压缩缸体外层的吸气通道31相通，两压缩缸体上的进气口32与吸气通道相通，在两压缩缸体外层还设有密封的贮气腔54，该贮气腔与两压缩缸体的单向出气阀53、55相通，同时与设在后隔板上的定压阀52相通，定压阀输出口设在后隔板上能对准爆发转子上配气孔51的位置上。
压缩缸体内壁上相隔180°对称设置两闸板11、14，并按转子旋转方向分别在两块闸板后的缸体内壁上对应设置两组前述的进气口10同单向出气阀12以及进气口15同单向出气阀13。同时压缩缸体内壁上设有弹性衬里，以加强密封，降低噪音，而且设置对称的闸板可使力偶平衡，运转平稳，噪音振动小，还可比单闸板提高压气效率60%。
本实施例压缩缸和爆发缸内的闸板槽65、68和69、73底端均通过管路72（图4虚线示）同单向出气阀相通，启动初靠弹簧顶住闸板，运行中靠压缩气使闸板顶住转子，以使闸板适应高速跳动的工况，保证随时贴紧转子，提高密封效果。同时闸板均是用多层单片叠加组合而成，单片层间填充有油膜，这样闸板在转子曲面上滑动时，多层片可随曲面的不同曲率自然形成阶梯状，增大了接触面积，提高了密封性，层间油膜则可形成良好的润滑及密封条件，而且闸板分层后，每层质量小，跳动惯性小，有利于提高转速和寿命。
本实施例爆发缸内爆发转子45侧壁相隔180°中心轴线对称地在母线方向设置两个曲线槽19、28（参见图2a），同时在缸体内壁上相隔180°对称设置两个闸板16、22，按转子旋转方向，分别在两块闸板后的缸体内壁上对应设置两组前述的燃烧室25同排气口29以及燃烧室17同排气口20，爆发转子侧壁上也相隔180°对应设置2个前述的配气孔27、27′，这样设置也能达到力偶平衡、运转平稳、振动噪音小的目的，同时加大了爆发推力。
如图5所示，上述曲线槽内弧面横截面曲线是由对着转子旋转方向一侧的两圆外切部位的一段圆滑弧线
Figure 941028542_IMG6
同一段曲率半径渐增的蜗线
Figure 941028542_IMG7
圆滑连接而成，
Figure 941028542_IMG8
头端同蜗线
Figure 941028542_IMG7
尾部均同爆发转子侧壁相切圆滑连接且蜗线尾端曲率半径与爆发转子半径相同。采用蜗线是为了便于加工，这部分也可采用渐开线或摆线。上述曲线是使曲线槽对着旋转方向的一侧较深，另一侧逐渐变浅，这样可使爆发初期得到较大的作功面，取得较大的圆周向推力，随着转子旋转，曲线凹槽内充气容积逐渐增大压力逐渐减少，由于减缓压力降的速度，可充分利用爆发压力，提高热效率。
本实施例是在爆发转子侧壁母线中间一段开曲线槽（见图5），两端未开通的凸起部分可同侧壁一起对凹槽起密封作用。
本发动机转子内均设有能向转动部位供油的油通道，保证良好的润滑，后隔板和爆发缸体，后端盖均设有中空的水道，以循环水散热，排气口侧设有调温气道，以利低温启动时迅速升温。转子端面同相邻端盖及隔板之间均设有密封材料。
本机启动时可用起动瓜手摇启动，也可用电机带动主轴启动，启动时，压缩燃气进入密封的贮气腔54，待达到设定压力后，即自动打开定压阀52进入爆发缸，开始正常运转。
下面是本实施例同往复式发动机的几项指标对比：
往复式发动机  曲线转子发动机
转速(转/分)  4000～6000  6000
油耗(克/马力小时)  205～220  180
平均有效压力(公斤力/厘米2) 8～10 16
升功率(马力/升)  40～60  100
比重量(公斤/马力)  1～2  1.7

Claims (9)

1、曲线转子发动机，包括有工作缸体、主轴、点火器、燃烧室以及支撑、紧固、密封部件，其特征在于：所述的工作缸体分为同一中心轴线设置的压缩缸1和爆发缸21两部分，其缸体均为圆筒形，压缩缸体1内设置有与穿过爆发缸21的主轴2相对固定的偏心轴9，偏心轴上相对固定有圆柱形压缩转子8，压缩转子的直径小于缸体内腔直径并大于缸体内腔半径，其尺寸应保证使压缩转子周边与缸体圆筒形内壁相切，压缩缸体内壁上开有母线向的闸板槽5，闸板4一侧顶住嵌在闸板槽底的弹簧6上，一侧顶住压缩转子8的侧壁，从闸板起始，沿压缩转子旋转方向先在压缩缸体内壁上设置一与化油器接口相通的进气口7，相隔一段距离再设置一单向出气阀3，所述爆发缸体21内的主轴2上相对固定有与缸体内壁滑动配合的圆柱形爆发转子18，爆发转子侧壁上纵向母线方向开有凹进的能被缸体内壁密封的曲线槽19，曲线槽凹壁为圆滑连接的弧面，凹槽两侧弧面各自与转子圆柱形侧壁圆滑连接，爆发缸21内侧壁上母线向开有闸板槽24，闸板22一侧顶在嵌入闸板槽底的弹簧23，一侧顶住爆发转子的外侧壁，按转子旋转方向，在闸板槽之后小于曲线槽19宽度的爆发缸体内侧壁上设有凹进的燃烧室25，燃烧室内设有与所述点火器相连的火花塞26，在燃烧室之后相隔一段距离的爆发缸体侧壁上还设有排气口29，爆发转子侧壁上设有与压缩缸单向出气阀相通且旋转过程中能对准燃烧室的配气口27，爆发转子上曲线槽与配气口及缸体内壁上燃烧室与排气口之间的相对位置根据工作相位定位。
2、如权利要求1所述的曲线转子发动机，其特征在于：在所述压缩缸体内壁上相隔180°对称设置两块所述的闸板11、14，并按转子旋转方向，分别在两块闸板后的缸体内壁上对应设置2组所述的进气口10同单向出气阀12以及进气口15同单向出气阀13，压缩缸体内壁上设有弹性衬里。
3、如权利要求1或2所述的曲线转子发动机，其特征在于：所述的压缩缸由2个同轴且气道并联的压缩缸33、37组成，位于两压缩缸内的偏心轴57、38相对中心轴线相差180°偏心设置。
4、如权利要求3所述的曲线转子发动机，其特征在于：所述的爆发缸内爆发转子侧壁相隔180°中心轴线对称地设置两个所述的曲线槽19、28，在缸体内壁上相隔180°设置两个所述的闸板16及22，按转子旋转方向，分别在两块闸板后的缸体内壁上对应设置两组所述的燃烧室25同排气口29以及燃烧室17同排气口20，爆发转子侧壁上相隔180°也对应设置2个所述的配气孔27、27′。
5、如权利要求4所述的曲线转子发动机，其特征在于：所述曲线槽内弧面横截面曲线是由对着转子旋转方向一侧的两圆外切部位的一段圆滑弧线 同一段曲率半径渐增的蜗线
Figure 941028542_IMG3
圆滑连接而成， 头端同
Figure 941028542_IMG5
尾端均同爆发转子侧壁相切圆滑连接且蜗线尾端曲率半径与爆发转子半径相同。
6、如权利要求1或2所述的曲线转子发动机，其特征在于：所述的闸板槽底端同压缩缸单向出气阀输出端相通，所述闸板是用多层单片叠加组合而成，单片层间填充有油膜。
7、如权利要求3所述的曲线转子发动机，其特征在于：所述的闸板槽底端同压缩缸单向出气阀输出端相通，所述闸板是用多层单片叠加组合而成，单片层间填充有油膜。
8、如权利要求4所述的曲线转子发动机，其特征在于：所述的闸板槽底端同压缩缸单向出气阀输出端相通，所述闸板是用多层单片叠加组合而成，单片层间填充有油膜。
9、如权利要求5所述的曲线转子发动机，其特征在于：所述的闸板槽底端同压缩缸单向出气阀输出端相通，所述闸板是用多层单片叠加组合而成，单片层间填充有油膜。
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