CN100366871C - 冲击式发动机 - Google Patents

Abstract

冲击式发动机，属于发动机领域。其特征是在机架上设置定子，在动力输出轴上设置转子，定、转子两者同轴心对应设置，定子的一个侧表面与转子的一个侧表面经弹力调节组件压紧或拉紧，形成一个滑动运动副；在定、转子的相对面对应设置倾斜式冲击波推力缸，推力缸的缸体腔一部分位于定子上，其另一部分位于转子上，缸体腔的轴线与定子和/或转子表面之间的夹角小于90°；在定子之推力缸缸体腔的一端设置燃料供给系统和点火系统；在定子的每个两推力缸之间同圆周设置进/排气门。

Description

冲击式发动机

技术领域

本发明属于发动机领域，尤其涉及一种冲击式发动机。

背景技术

一般的驱动用发动机是活塞往复运动式发动机，其基本结构是在气缸中设置一活塞，通过进、排气阀和供油、点火系统的联合动作和配合，使得发动机工作时活塞在气缸里做往复直线运动。为了把活塞的直线运动转化为动力输出轴的旋转运动，必须使用曲柄/连杆机构。

采用上述结构的发动机，由于需将活塞的往复直线运动通过曲柄/连杆机构转换为动力输出轴的旋转运动，所以转换过程中存在机械能的损耗和能源的浪费，故其机械效率较低(与其所消耗燃料源的能量值相比较，通常往复运动式发动机的净功率值仅能达到25～40％左右)，体积大，工作时震动大，备件的品种、规格多，维修工作量大，机械故障多，良性运行时间少，使用年限短；同时，处于活塞和气缸之间的活塞环存在磨损问题，一旦磨损超标，会严重影响活塞的正常工作和发动机的工作效率，亦产生严重的环境污染。

德国工程师汪克尔在1961年发明了第一台转子发动机(又称三角活塞式发动机)，它的活塞是个偏心的转子，在枣核形状的缸体里旋转。转子呈三角形，3个尖点处的活塞环始终与缸壁接触，转子的3个面与对应的型腔内壁形成3个燃烧室，转子旋转一周的过程中，它们的容积始终在变化。

上述结构不再需要曲轴和气门结构，唯一的运动部件就是转子活塞。很显然，它比传统发动机简单，也紧凑得多。

此后不久，马自达公司购买了汪克尔的专利，历经三十余年的完善过程，至今已有可工业化大规模生产的定型转子发动机生产出来，主要装用于马自达的RX-7型跑车上。

但是上述转子发动机仍然存在活塞环结构，亦同样无法避免其磨损后间隙增大，影响活塞的正常工作和发动机工作效率降低的问题，且其枣核形状缸体的加工精度要求较高，给其加工制造、维修、推广和应用带来了一定的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无曲柄/连杆机构，亦无活塞和活塞环结构，其转子、定子之间间隙调整便捷，加工制造简单，维护维修方便，可保证发动机长期处于最佳工作状态的冲击式发动机。

本发明的技术方案是：提供一种冲击式发动机，包括机架、燃料供给系统、点火系统和动力输出轴，其特征是在机架上设置定子，在动力输出轴上对应设置转子，定子和转子两者同轴心对应设置，定子的一个侧表面与转子的一个侧表面经设置在动力输出轴上的弹力调节组件压紧或拉紧，形成一个滑动运动副；在定子和转子的相对面对应设置至少两组倾斜式冲击波推力缸，所述推力缸的缸体腔一部分位于定子上，其另一部分位于转子上，缸体腔的轴线与定子和/或转子表面之间的夹角小于90°；在定子之推力缸缸体腔的一端设置燃料供给系统和点火系统；在定子的每个两推力缸之间同圆周设置进/排气门。

其中，所述的弹力调节组件包括设置在动力输出轴上的锁紧螺母、位于锁紧螺母和定子或转子之间的平面轴承和多开口弹力垫，锁紧螺母经过平面轴承和多开口弹力垫，将转子和定子的对应侧面压紧或拉紧，形成一个滑动运动副。

其所述的多开口弹力垫，包括开有中间孔的刚性垫体和在刚性垫体上设置的凸起式弹性片；所述凸起式弹性片横截面的中间部位为与垫体接触的平面固定部分，其两侧凸起形成弹性部分；在弹性部分的外缘，延伸设置与平面固定部分并行但不重合的支撑部分；在弹性片的平面固定部分设置紧固件将弹性片和刚性垫体联接为一体。

所述的凸起式弹性片呈环形、矩形、多边形或不规则形状均布在刚性垫体的表面；其所述凸起式弹性片凸起弹性部分的横截面为多边形、圆弧形或拱形；在所述凸起式弹性片凸起弹性部分与刚性垫体之间可以设置有弹簧。

本发明提供的一种具体技术方案是，上述的定子和转子为圆盘式结构；定子和转子的对应侧面之边缘对应设置相互匹配的凹凸式密封环结构。

其所述的推力缸和进/排气门均布在定子的与转子对应之侧面；所述的推力缸均布在转子的与定子对应之侧面。

本发明提供的另一种具体技术方案是，上述的定子和转子为圆截锥套/圆截锥式结构；定子可以位于转子外侧或内侧。

其所述的冲击波推力缸和进/排气门均布在定子的与转子对应侧面之圆周或半圆周上；所述的冲击波推力缸均布在转子的与定子对应之侧面上。

在所述定子的与转子对应之侧面上可设置多道环状排列的冲击波推力缸和进/排气门，在所述转子的与定子对应之侧面上同样对应设置多道环状排列的冲击波推力缸。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.直接将燃料燃烧膨胀的冲击力转化为驱动扭矩；与往复式活塞发动机相比，同样功率的发动机尺寸变小，重量减轻，而且振动和噪声降低，具有很大优势；

2.克服了曲柄/连杆机构、活塞和活塞环结构存在的诸多缺陷，使发动机的力/体比、效/重比、推/重比得以提高，使生产制造成本和用户的运行成本大大降低；

3.整机结构简洁，活动零部件少，定子和转子之间的间隙调整简便、可靠，维护、维修工作量大大减少，同时可有效延长其良性使用年限，有利于减少用户的维护工作量和维修费用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述。

图1是本发明的结构示意图；

图2是多开口弹力垫的结构示意图；

图3是多开口弹力垫实施例的结构示意图；

图4是多开口弹力垫另一实施例的结构示意图；

图5是本发明一实施例的结构示意图；

图6是本发明另一实施例的结构示意图；

图7是圆盘式定子工作端面的结构示意图；

图8是圆盘式转子工作端面的结构示意图；

图9是本发明第三实施例的结构示意图；

图10是图9的A-A′剖面结构示意图；

图11是本发明第四实施例的结构示意图；

图12是图11的B-B′剖面结构示意图；

图13是本发明第五实施例的结构示意图；

图14是本发明第六实施例的结构示意图；

图15是本发明第七实施例的结构示意图；

图16是本发明第八实施例的结构示意图。

具体实施方式

图1中，在机架上设置定子1，在动力输出轴2上对应设置转子3，定子和转子两者同轴心对应设置，定子的一个侧表面与转子的一个侧表面经设置在动力输出轴上的弹力调节组件压紧或拉紧，形成一个滑动运动副；在定子和转子的相对面对应设置至少两组倾斜式冲击波推力缸4，所述推力缸的缸体腔一部分位于定子上，其另一部分位于转子上，缸体腔的轴线与定子和/或转子表面之间的夹角小于90°；在定子之推力缸缸体腔的一端设置燃料供给系统5和点火系统6；在定子的每个两推力缸之间同圆周设置进/排气门10。

当燃料供给系统和点火系统在控制系统的控制下配合工作时，进入冲击波推力缸的燃料燃烧，产生膨胀冲击力，推动转子驱动动力输出轴转动，直接输出功率和转矩；当位于转子上的冲击波推力缸旋转至位于定子上的进/排气门部位时，进行废气排放和新鲜空气的补充，依次再进入下一燃烧环节，如此依次循环，不断产生和输出功率和转矩。

在控制系统的控制下，可以选择使全部或部分燃料供给系统和点火系统以及推力缸工作，便于及时调整发动机的输出功率，大大提高燃料的净功率值，减少环境污染。

推力缸缸体腔的横截面可以为圆形、椭圆形、多边形或其他规则或不规则的形状，主要考虑便于机械加工切削和金属表面处理的方便以及机械构件强度等方面的需要。

其弹力调节组件包括设置在动力输出轴上的锁紧螺母7、位于锁紧螺母和定子或转子之间的平面轴承8和多开口弹力垫9，锁紧螺母经过平面轴承和多开口弹力垫，将转子和定子的对应侧面压紧或拉紧，形成一个滑动运动副。

通过调节锁紧螺母，可以改变多开口弹力垫对转子和定子的压力，从而达到调节转子和定子之间间隙的目的。

本发明的装置经过长时间工作后，转子和定子之间的间隙会增大，当其间隙值大于设计要求后，只需调节锁紧螺母，即可使间隙值恢复到设计要求值，调整工作极其简单、方便。

设置在动力输出轴上的弹力调节组件可以设置在转子一侧(如本图所示)，亦可设置在定子一侧。

图2中，开口弹力垫包括开有中间孔9-4的刚性垫体9-1和在刚性垫体上设置的凸起式弹性片9-2，其所述凸起式弹性片横截面的中间部位为与垫体接触的平面固定部分，其两侧凸起形成弹性部分，在弹性部分的外缘，延伸设置与平面固定部分并行但不重合的支撑部分，在弹性片的平面固定部分设置紧固件9-3将弹性片和刚性垫体联接为一体。

刚性垫体上对称或均布设置至少两个凸起式弹性片，刚性垫体的至少一侧设置有凸起式弹性片。

由于刚性垫体上设置有中间孔9-4，使得整个弹力垫便于定位或套装，为设备部件的安装、维修带来便利。

其中，弹性片凸起弹性部分的横截面可以为多边形、圆弧形或拱形；或者说，弹性片凸起弹性部分的横截面为圆弧形、拱形、三角形、四边形、六边形或八边形与并行但不重合的平面固定部分和支撑部分相交的所切部分。

利用凸起式弹性片结构可以使集中载荷变为分散载荷，并增大构件的受力面积；刚性垫体的侧表面可均布设置凸起式弹性片，使其推/压力均匀、弹力面积大。

同时，本弹力垫的结构简单，制造和拆装方便，便于机械构件之间的压力或推力的调节。

在刚性垫体9-1上可以设置两圈(或多圈)凸起式弹性片9-2，各弹性片呈放射状环形均布在刚性垫体的表面，可以进一步增大构件的受力面积，使载荷受力分布更为均匀。

根据需要，在垫体上也可以设置多圈(或称为多层)呈放射状环形均布的凸起式弹性片，凸起式弹性片还可以呈矩形、多边形或不规则形状分布在垫体表面。

图3中，多开口弹力垫的凸起式弹性片横截面的中间部位为与垫体接触的平面固定部分9-21，其两侧凸起形成弹性部分9-22；在弹性部分的外缘，延伸设置与平面固定部分并行但不重合的支撑部分9-23，其余同图2。

本图中，弹性片凸起弹性部分9-22的横截面为圆弧形或拱形；或者说，弹性片凸起弹性部分9-22的横截面为圆弧形或拱形与并行但不重合的平面固定部分9-21和支撑部分9-23相交的所切部分。

根据制造工艺的需要，图中的凸起式弹性片可以为一次性冲压成型的双凸起式弹性片，亦可由两片单凸起式弹性片经紧固件合成为一组双凸起式弹性片。

图4中，弹性片凸起弹性部分9-22的横截面为六边形的一半，弹性片凸起弹性部分9-22与刚性垫体9-1之间设置有弹簧9-5，以增加其弹力，其余同图3。

图5中，定子1和转子3为圆盘式结构；定子和转子的对应侧面之边缘对应设置相互匹配的凹凸式密封环结构。

弹力调节组件位于转子圆盘一侧，采用此种结构的目的是便于定子圆盘采用风冷式冷却散热系统。

其余部分同图1。

图6中，定子1和转子3为圆盘式结构；弹力调节组件位于定子圆盘一侧，采用此种结构，定子圆盘可以采用水(或油)冷式冷却散热系统，同时，便于对转子圆盘部分采用风冷式冷却散热系统。

图7中，在定子圆盘一侧每两个推力缸4之间同圆周设置进/排气门10，推力缸4和进/排气门10间隔均布在定子1的与转子对应之侧面，定子圆盘的边缘对应设置凹凸式密封环结构11。

图8中，冲击波推力缸4均布在转子3的与定子对应之侧面，转子圆盘的边缘对应设置与子定转盘边缘的凹凸式密封环相匹配的凹凸式密封环结构12。

图9中，定子1和转子3为圆截锥套式结构，定截锥套位于转截锥套的外侧，弹力调节组件位于定子圆盘一侧，其余部分同图1。

如本图所示，在定截锥套的与转截锥套对应之侧面上可设置多道环状排列的冲击波推力缸和进/排气门，在所述转子的与定子对应之侧面上同样对应设置多道环状排列的冲击波推力缸。

置多道环状排列的冲击波推力缸和进/排气门的目的是提高发动机的输出功率，同时，通过控制不同的冲击波推力缸和进/排气门是否工作，可以方便地调节和控制发动机的输出功率。

本图中，弹力调节组件位于定截锥套一侧，采用此种结构的目的是便于定截锥套采用风冷式冷却散热系统。

图10中，冲击波推力缸4和进/排气门10均布在定截锥套1的与转截锥套对应侧面之上半圆周上；同时，冲击波推力缸均布在转截锥套3的与定截锥套对应之侧面上。

图11中，弹力调节组件位于转截锥套3一侧，定截锥套1经过连接固定件12与机架11联接，其余同图9。

采用此种结构，定截锥套可以采用水(或油)冷式冷却散热系统，同时，便于对转截锥套部分采用风冷式冷却散热系统。

图12中，在定截锥套1上每两个推力缸4之间同圆周设置进/排气门10，冲击波推力缸和进/排气门均布在定截锥套内表面的上半圆周上，冲击波推力缸均布在转截锥套的外表面上。

图13中，在动力输出轴2上同轴设置了两组定子和转子为圆盘式结构的冲击式发动机，这样设置可以进一步减少发动机的整体体积，成倍提高其输出功率和转矩，进一步降低震动，使整个装置运行更加平稳，更加环保。

采用本图所示镜向对称结构时，两组发动机的冲击波推力缸4和4’的轴线与对应的定、转圆盘的端平面之间的倾斜角度正好相反。

还可以根据需要，采用同向非对称设置结构设置两组或更多组的圆盘式发动机同轴工作，以适应各种不同需要的场合。采用同向非对称设置结构设置多台发动机的优点是所有同种机械零件的规格、结构完全相同，可相互替换，减少了备品备件的规格和数量。

图14中，在动力输出轴2上同轴设置了两组定子和转子为圆截锥套/圆截锥式结构的冲击式发动机，其优点与图13所示结构相同。

图15中，定子和转子为圆截锥套/圆截锥式结构，定圆截锥套1位于转圆截锥套3的内侧，弹力调节组件位于转圆截锥套3的一侧，冲击波推力缸4和进/排气门10均布在定圆截锥套1的与转圆截锥套对应侧面之下半圆周上，动力输出轴2分别经轴承13和14与机架15和16联结，其余同图1。

当采用定圆截锥套位于转圆截锥套内侧的结构形式时，转圆截锥套的外侧表面上可以设置散热片来散热；同时，定圆截锥套部分可以采用水路冷却的结构形式进行降温冷却。

图16中，动力输出轴2竖向设置，冲击波推力缸4和进/排气门10均布在定圆截锥套1的与转圆截锥套对应侧面之整个圆周上，其余同图1。

由于本发明的结构特点所致，不论采用外转式或内转式结构(即定圆截锥套位于转圆截锥套的内部或外部)，在弹力调节组件的作用下，定圆截锥套与转圆截锥套之对应侧面之间均可构成受压或受推状态下的滑动运动副。所以，其动力输出轴的设置方向不受限制，既可以横向设置，也可以竖向设置，还可以根据需要，倾斜设置。

本发明所举的上述实施例均为说明性的，而不是限制性的；在权利要求书的等同物的意义和范围内的所有改变、变化，均在本发明请求保护的范围之内。

由于本发明采用了可直接将燃料油或燃料气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩的结构形式，克服了曲柄/连杆机构、活塞和活塞环结构存在的诸多缺陷，与往复式活塞发动机相比，同样功率的发动机尺寸变小，重量减轻，而且振动和噪声降低，使发动机的输出力/体积比、效率/重量比、推力/重量比得以大幅度提高，整机结构简洁，活动零部件少，定子与转子之间的间隙调整简便、可靠、方便，维护、维修工作量大大减少，有利于减少用户的维护工作量和维修费用，其经济效益和社会效益明显。

本发明可广泛用于各种发动机和动力驱动领域。

Claims (10)

1.一种冲击式发动机，包括机架、燃料供给系统、点火系统和动力输出轴，其特征是：

在机架上设置定子，在动力输出轴上对应设置转子，定子和转子两者同轴心对应设置，

定子的一个侧表面与转子的一个侧表面经设置在动力输出轴上的弹力调节组件压紧或拉紧，形成一个滑动运动副；

在定子和转子的相对面对应设置至少两组倾斜式冲击波推力缸，所述推力缸的缸体腔一部分位于定子上，其另一部分位于转子上，缸体腔的轴线与定子和/或转子表面之间的夹角小于90度；

在定子之推力缸缸体腔的一端设置燃料供给系统和点火系统；

在定子的每个两推力缸之间同圆周设置进/排气门。

2.按照权利要求1所述的冲击式发动机，其特征是所述的弹力调节组件包括设置在动力输出轴上的锁紧螺母、位于锁紧螺母和定子或转子之间的平面轴承和多开口弹力垫，锁紧螺母经过平面轴承和多开口弹力垫，将转子和定子的对应侧面压紧或拉紧，形成一个滑动运动副。

3.按照权利要求2所述的冲击式发动机，其特征是所述的多开口弹力垫，包括开有中间孔的刚性垫体和在刚性垫体上设置的凸起式弹性片；

其所述凸起式弹性片横截面的中间部位为与垫体接触的平面固定部分，其两侧凸起形成弹性部分；

在弹性部分的外缘，延伸设置与平面固定部分并行但不重合的支撑部分；

在弹性片的平面固定部分设置紧固件将弹性片和刚性垫体联接为一体。

4.按照权利要求3所述的冲击式发动机，其特征是所述的凸起式弹性片呈环形、矩形、多边形或不规则形状均布在刚性垫体的表面；其所述凸起式弹性片凸起弹性部分的横截面为多边形、圆弧形或拱形；在所述凸起式弹性片凸起弹性部分与刚性垫体之间可以设置有弹簧。

5.按照权利要求1所述的冲击式发动机，其特征是所述的定子和转子为圆盘式结构；所述的定子和转子的对应侧面之边缘对应设置相互匹配的凹凸式密封环结构。

6.按照权利要求5所述的冲击式发动机，其特征是所述的推力缸和进/排气门间隔均布在定子的与转子对应之侧面；所述的推力缸均布在转子的与定子对应之侧面。

7.按照权利要求1所述的冲击式发动机，其特征是所述的定子和转子为圆截锥套/圆截锥式结构。

8.按照权利要求7所述的冲击式发动机，其特征是所述的定子可以位于转子外侧或内侧。

9.按照权利要求7所述的冲击式发动机，其特征是所述的冲击波推力缸和进/排气门均布在定子的与转子对应侧面之圆周或半圆周上；所述的冲击波推力缸均布在转子的与定子对应之侧面上。

10.按照权利要求7所述的冲击式发动机，其特征是在所述定子的与转子对应之侧面上可设置多道环状排列的冲击波推力缸和进/排气门，在所述转子的与定子对应之侧面上同样对应设置多道环状排列的冲击波推力缸。

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