CN1003133B - 旁通压气旋转活塞式发动机 - Google Patents

Abstract

一种旁通压气旋转活塞式发动机。它通过双曲柄机构的正时传动，带动往复式进压气机吸气，并将吸入的可燃气压入带径向滑块的转子与缸体间的工作室中。在工作室中可燃气被压缩点燃，作功后排出，本发明可改变一般转子发动机怠速性能差的缺点，利用压气机使缸体充气系数不完全受发动机转速影响，工作可靠。

Description

旁通压气旋转活塞式发动机

本发明是一种旋转活塞式发动机，特别涉及带旁通压气机构的旋转活塞式发动机。

目前，旋转活塞式发动机型式很多，使用最成功的是三角转子发动机。这种发动机较多地依靠提高发动机的转速来获得较高的功率，而扭矩则相应偏低。它的大部分工作条件（例如密封、燃烧、热损失、进排气）都有利于作高速运行，基本上属于高速型发动机。因此，低速性能差（低速扭矩偏低、低速油耗偏高）是普遍存在的缺点，影响了它的使用。为此，美国专利US3805747提出一种利用往复式压气机为三角转子机提供进气的结构。美国专利US4202313公开了一种具有椭圆缸体的叶片式发动机，它利用旁置的相似结构的叶片式旋转压气机向发动机输送经过压缩的燃气混合物，以此来提高发动机的功率。但这种发动机的密封与冷却尚不理想。

为了解决上述问题，本发明提出一种能适应低速、高扭矩工作的，怠速和高速均能获得满意性能的，润滑密封良好的旁通压气旋转活塞式发动机。

本发明是一种旋转活塞式发动机，由转子轴，正时传动机构，配气装置，磁电机，化油器，进气门，旁通进压气机构，转子，装在转子径向槽中底部设有弹簧、簧杆的至少2个的滑块，缸体，缸盖及对置在两缸盖上的火花塞等组成。由旁通进压气机构和转子机构分别完成进、压、爆、排。旁通进压气机构吸气终了，燃气通道被接通，旁通进压气机构中的活塞将被吸入旁通进压气缸的可燃气压入转子缸体中被滑块隔出的随转子转动和缸壁曲面变化而逐渐形成的压缩室中，完成行进压缩。爆、排、由转子机构完成。这种结构组合充气效率高，对改善发动机的怠速性能和部分负荷工况极为有利。

缸体的内腔是由与转子同心且半径相等的圆弧面，一段切面，一段半径为滑块最大伸出长度、中心在与缸体上平面逆时针成一斜角的径向线与转子圆周线相交处的圆弧面，一段与该圆弧面相切且半径为转子半径的圆弧面及一段切面组成的封闭曲面。缸壁上开有孔中心线过缸体中心且垂直于缸体上平面的进气孔，在其对侧曲面变化段开有排气道及与之相接的主排气孔。进气孔对侧还开有与排气道断开的副排气孔。缸壁中设有水套。缸体可以为整体的也可以为对开的。发动机排气时，因其排气道较长，废气压力仍推动滑块作功，直到主排气孔，从而增大了输出功率，提高了发动机的经济性。闭锁在转子进气道中的残留废气可从副排气孔进一步排出，形成良好的排气状况，又进一步提高了缸体的充气效率。对置的进排气孔则从根本上避免了因进排气重迭而影响燃烧的因素，改善了低速部分负荷工况的燃烧稳定性。

在圆形转子的内部径向槽间设有储油腔，储油腔上有油孔与转子轴上的进油环槽相通，有油孔与径向槽的两侧面相通。该槽两侧面开有微泄漏槽。转子的外圆周上开有进气道，与径向槽相接。进气道可为楔形或非楔形，道宽略大于进气孔直径，道口深约5～7mm，自该径向槽逆时针延伸，起点在转子机构处于点火相位时能形成封闭的燃烧室之处。进气道的断面形状可为U形、半圆形和矩形等。采用这种结构，油流可随滑块的伸缩运动从储油腔吸入滑块底部，再通过转子轴上的出油孔泵到配油盘及各润滑点，达到转子中间冷却、润滑的目的。

滑块的两端面装有底部有弹簧片的平行于顶面的横向密封条。还装有从其前面与顶面的交线向后并与前面倾斜成一夹角的纵向密封条。其顶面装有底部有压簧的径向密封刮片。其与滑块相接触的两侧面装有挡销及密封条。

本发明中的正时传动机构可以是双曲柄机构，也可以是链传动或多组齿轮传动等类似传动机构;配气装置可以是凸轮，也可以是簧阀等类似配气装置;旁通进压气机构可以是往复式活塞压气机，也可以是旋转压气机或旋转往复式压气机。

本发明可将2个或多个旁通进压气机构和转子机构串联安装。这样利用一套正时传动装置，在发动机点火次不变的情况下，使其开排量成倍增加。

本发明可以较小的体积获得较大的排量。串联装配时，体积增大不多却可成倍地提高排量。本发明可用多种结构组合实现，其充气系数稳定，基本不受发动机转速的影响。怠速性能好，不会发生倒转;也不会出现因气门重叠而造成的影响燃烧的不利因素。燃烧、排气充分，排气过程继续作功，可进一步提高功率，减少污染。本发明润滑、密封、冷却完善。结构简单，缸体加工方便。由于其独特的结构，可以广泛地用于目前往复式、旋转式发动机的一切使用领域内。

本发明有如下附图。

图1是本发明的传动结构示意图。其中：（1）转子轴;（2）转子正时齿轮;（3）双曲柄机构正时齿轮;（4）双曲柄机构;（5）曲柄连杆机构;（6）活塞;（7）旁通进压气缸;（8）配气凸轮;（9）磁电机;（10）弹簧;（11）化油器;（12）进气门;（13）缸盖;（14）转子;（15）缸体;（16）齿轮箱。

图2是图1中的B-B剖视图。其中：（17）火花塞;（18）滑块;（19）弹簧;（20）簧杆;（21）润滑点。

图3是图2中滑块部分的密封结构图。其中：（22）密封条;（23）纵向密封条（甲）;（24）纵向密封条（乙）;（25）径向密封刮片;（26）定位销;（27）挡销;（28）弹簧;（29）横向密封条;（30）弹簧片;（31）纵向弹簧片;（32）弹簧片。

图4是图1中的缸体（15）结构图。其中：（R₁）与转子同心且半径相等的圆弧面;（L₁）连结（R₁）与（R₂）的切面;（R₂）半径为滑块（18）最大伸出长度的圆弧面;（R₃）半径为转子半径且与（R₂）相切的圆弧面;（L₂）连结（R₁）与（R₃）圆弧面的切面。

图5是两套旁通进压气机构与转子机构串联布置的结构示意图。其中带括号数字所指的零部件均为增加的零部件。

本发明的一种实施例采用如图1、图2、图3、图4所示的方案。其中，转子轴（1）安装在齿轮箱（16）、缸盖（13）的轴孔中，其上固装着转子轴正时齿轮（2），固装在双曲柄机构（4）上的双曲柄机构正时齿轮（3）与之啮合，传动比为1∶4，即齿轮（2）转一圈，齿轮（3）转4圈。双曲柄机构（4）连接曲柄连杆机构（5）。曲柄连杆机构（5）的轴上固装着配气凸轮（8），轴端与磁电机（9）相接。配气凸轮（8）通过套装着弹簧（10）的进气门（12）控制着来自化油器（11）的进气。曲柄连杆机构（5）的连杆带动活塞（6）在旁通进压气缸（7）中上下移动。活塞的行程为75mm，缸径为65mm，排量为1.3升。旁通进压气缸（7）安装在缸体（15）的上平面上，形成气体通道。缸体（15）中的转子（14）上装有4块滑块（18）。最大伸出长度为30mm。滑块（18）的底部装有弹簧（19），簧杆（20）穿过转子（14）和转子轴（1）且两端面对顶着两块滑块（18）中的弹簧（19）。滑块（18）的侧面装有密封条（22）及挡销（27），端面装有底部设波状弹簧片（30）的横向密封条（28）和斜置的纵向密封条（23）、（24）、定位销（26），顶面装有底部带压簧（28）的径向密封刮片（25）。密封条及密封刮片均采用铸铁件。转子（14）的直径为180mm，其内部4道径向槽间设有4个封闭的储油腔。储油腔上有油孔与转子轴（1）上的进油环槽相通，在径向槽的两侧壁上开有长圆形油槽沟通储油腔与径向槽间的油路。径向槽的两侧面有直通槽底的纵向微泄漏槽。转子（14）的外圆周上开有4条楔形进气道。进气道宽比缸体（15）上的进气孔直径大5mm，与径向槽相接处深6mm，自该径向槽逆时针延伸，起点在自该径向槽中心起算，60°弧长减进气孔半径再减4mm处，断面为矩形。缸体（15）是对开的。厚度为40mm，其内腔曲面由与转子同心且半径相等的圆弧面（R₁），切面（L₁），半径为30mm，中心在与缸体（15）上平面逆时针成30°夹角的径向线与转子（14）圆周线交点处的圆弧面（R₂），与圆弧面（R₂）相切且半径为转子半径的圆弧面（R₃）及切面（L₂）组成。缸体（15）的四周设有水套。缸壁上开有孔中心线过缸体（15）的中心且垂直于缸体（15）上平面的进气孔。其对侧曲面变化段开有排气道及与之相接的主排气孔，其对侧还开有与排气道断开但与主排气孔相通的副排气孔。排气道的起点位于过缸体（15）中心且平行于其上平面的直线与缸壁的交点，排气道的截面积约为一个循环同排量的二冲程发动机排气孔截面积的一半。缸体（15）上还装有润滑点（21），两端盖（13）安装在缸体（15）的端面，在缸体（15）燃烧室位置，两缸盖（13）上装有对置的火花塞（17）。

启动时，顺时针转动转子轴（1），通过啮合齿轮，带动双曲柄机构（4）、曲柄连杆机构（5）、配气凸轮（8）、磁电机（9）逆时针旋转。同时曲柄连杆机构（5）带动活塞（6）从旁通进压气缸（7）的上死点向下死点移动。配气凸轮（8）逐渐顶开进气门（12）。随着活塞（6）的移动，化油器（11）雾化后的燃油气被吸入旁通进压气缸（7），当活塞（6）移到下死点时，进气终了。此时，旁通进压气缸（7）通过缸体（15）上的进气孔与转子（14）上的进气道接通，进气门（12）关闭。活塞（6）向下移动，在行进中将雾化后的可燃气全部压入缸体（15）中被伸出的滑块（18）隔出的随转子（14）转动和缸壁曲面变化而逐渐形成的压缩室中。当活塞移到上死点，压气终了，进气道被旋转的转子隔断，缸体（15）中形成封闭的燃烧室。

这里，实际压缩比：ε＝V_h/V_c

V_h＝V_a+V_b+V_j+V_e V_c＝V_e+V_d

式中：V_h-气缸工作容积

V_c-实际燃烧室容积

V_a-旁通进压气缸（7）的容积

V_b-缸体（15）进气孔容积

V_j-旁通进压气缸（7）进气道的容积

V_e-转子（14）进气道容积

V_d-缸体（15）燃烧室的容积

随后，磁电机（9）动作，火花塞（17）跳火，可燃气燃烧膨胀，形成高温高压气体，推动滑块（18）并带动转子（14）及转子轴（1）旋转作功。当滑块（18）转到缸体（15）的排气道处开始排气。废气先利用本身较高的压力自行排气并继续推动滑块（18）作功。随着滑块（18）的行进，被闭锁在转子（14）进气道中的残留废气从副排气孔中继续排出。至此完成一个工作循环。当转子（14）转一周时，旁通进压气缸（7）中的活塞（6）往复4次，缸体（15）中完成四次工作循环。即本实施例为单缸四点火次，所使用的燃料为汽油。

在进、压、爆、排过程中，始终贴紧缸壁的滑块（18）从转子（14）径向槽中伸出时可通过槽壁上的长圆形油槽抽吸储油腔内的储油。当滑块（18）被压入槽内时，径向槽侧壁的长圆槽被滑块（18）隔断，其底部的油被压入转子轴（1）的出油孔中，继而泵到配油盘及各润滑点。转子轴（1）出油孔中装有单向阀，以防油被倒吸。

本实施例中缸体（15）采用水冷，转子（14）为中间油冷。

本发明中的双曲柄机构也可以用链传动、齿轮传动等类似机构代替;配气凸轮可用簧阀等类似配气装置代替;旁通进压气机构可用旋转压气机或旋转往复式压气机代替。

本发明的另一个实施例采用如图5所示的方案。其中，将两套旁通进压气机构、配气装置、转子机构串联，共用一套正时齿轮及双曲柄机构，在发动机点火次不变的情况下，使其升排量成倍增加。

Claims (11)

1、一种旋转活塞式发动机，具有缸体（15），装在缸体（15）中的圆形转子（14），转子轴（1），对置安装缸体（15）两侧的缸盖（13），装在转子（14）径向槽中的底部有弹簧（19）、簧杆（20）的至少2个滑块（18）以及通过气道及进气门（12）与气缸相连的旁通进压气机构和传动机构，其特征是：

-缸体（15）的内腔是由与转子同心且半径相等的圆弧面（R₁），切面（L₁），中心处于缸体平面上逆时针成一斜角的径向线与转子圆周线相交处、半径为滑块（18）最大伸出长度的圆弧面（R₂），与该圆弧面（R₂）相切的半径为转子半径的圆弧面（R₃）及切面（L₂）组成的封闭曲面，

-圆形转子（14）内部径向槽间设有储油腔，通过油孔将其与转子轴（1）上的进油槽及转子（14）上的径向槽相通，

-转子（14）的外圆周上开有分别与径向槽口相接的进气道。

2、如权利要求1所述的旋转活塞式发动机，其特征是：

-滑块（18）的两端面装有底部带有弹簧片（30）的横向密封条（29）和纵向密封条（23），所述横向密封条（29）平行于顶面，纵向密封条（23）从其前面与顶面的交线向后并与前面倾斜成一夹角，

-滑块（18）顶面装有底部有压簧（28）的径向密封刮片（25），

-滑块（18）与槽接触的两侧面装有挡销（27）及密封条（22）。

3、如权利要求1所述的旋转活塞式发动机，其特征是所述的传动机构是双曲柄机构、链传动机构或多组齿轮传动机构。

4、如权利要求1所述的旋转活塞式发动机，其特征是旁通进压气缸（7）上带有凸轮配气装置或者簧阀。

5、如权利要求1所述的旋转活塞式发动机，其特征是所述的旁通进压气机构是往复活塞压气机，或旋转压气机，或者旋转往复式压气机。

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