CN100398794C - 啮合曲线转子发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子内燃发动机，特别是一种啮合曲线转子发动机。它包括由燃油和点火系统，其上设有叶片(7)的中心传动轴(1)装于缸体(9)内，轴端设有主动齿轮(18)，至少对称设有一对配气转子(21)和密封转子(20)，转子轴(10)端设有与主动齿轮(18)相啮合的从动齿轮(13)，其两者的传动比与中心传动轴(1)上叶片数相同。本发明由于采用了中心传动轴上设有能与配气和密封转子上的配流腔相配合的叶片、传动轴端的主动齿轮与转子轴上的从动齿轮相啮合，其传动比与叶片数相同等一系列技术措施并经试验证明有结构简单紧凑合理、磨损小效率高并能单独稳定使用作为机械动力源，耗油少等优点，利于推广应用。

Description

啮合曲线转子发动机

技术领域

本发明涉及一种转子内燃发动机，特别是一种啮合曲线转子发动机。是较理想的动力源。

背景技术

现有发动机种类繁多，按运动方式分类，大致可分为活塞式发动机、转子发动机和燃气轮机三种；其中活塞式发动机在活塞往复运动过程中，会将一部分能量损耗在活塞频繁起停的惯性加速度上，还有较大的一部分损耗在活塞与缸体内壁的摩擦功上，而且不能将最大时的力转化为最大扭矩；而燃气轮机是以连续流动的气体为工作介质，依靠燃烧后的高温高压气体，依靠动量冲击轮机叶片，使轮机转动，这种方式的燃气轮机重量轻，结构复杂，不但要求极高的技术力量，其核心材料及技术也只有少数大型发动机制造公司和国家所拥有，而且发动机的有效利用率低。相比之下，转子发动机就具有很明显的优点，结构紧凑轻巧，运转宁静顺畅、磨损小，振动小，直接将膨胀气体压力转化为扭矩输出；现在比较成功的转子发动机为三角活塞旋转式发动机，又称为汪克尔发动机(也叫米勒循环发动机)，因是德国人汪克尔在总结前人的基础上克服一系列的难题下研制成功的，所以得名；但是，这种发动机在低速时油耗较高，并且单独使用时不能稳定输出较大的扭矩

在20世纪中期曾经出现过转子发动机热，涌现出不少各式各样的转子发动机，其中有一种伯苓(BayLin)发动机与申请号200420096766.6的发动机类似，另有在申请号200420096766.6的基础上开发的旋转活塞式内燃发动机(申请号为200420096767)，但是这三种发动机都没有以比较简单的结构形式解决内燃机内四个循环过程。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种能单独稳定使用、磨损小效率高、结构简单紧凑合理的啮合曲线转子发动机。

本发明实现上述目的的技术方案如下：一种啮合曲线转子发动机，是由燃油和点火系统组成，其上设有叶片的中心传动轴装于缸体内，轴端设有主动齿轮，至少对称设有一对配气转子和密封转子，转子轴端设有与主动齿轮相啮合的从动齿轮，其两者的传动比与中心传动轴上叶片数相同。

所述的缸体内的中心腔与中心传动轴同心，其外周对称设有密封转子腔和配气转子腔，并且进、排气口的数量与配气转子的数量相同。

所述的缸体内沿周向均布设有供风冷或水冷的冷却通道。

所述的中心传动轴上的叶片是沿周向呈均布设置，其两边的齿形曲线符合啮合曲线规律的啮合曲线方程式。

所述的配气转子和密封转子的截面上至少在一边开有能与叶片相匹配的配流腔，在与其相对应的另一边开有平衡孔。

所述的传动比为大于等于3，小于5050。

所述的啮合曲线方程式为：

θ＝λ₁arctan[(a+bsin(t))÷bcos(t)]+λ₂t+λ₃

$R=\sqrt{{\mathrm{\λ}}_4+{\mathrm{\λ}}_5\sin \left(t\right)}$

式中：θ为啮合曲线在极坐标系中的角度变量；

R为啮合曲线在极坐标系中的半径变量；

t为角度参数变量；

λ₁-λ₅均为常数；

a、b为常数。

本发明与现有技术相比，由于采用了中心传动轴上设有能与配气和密封转子上的配流腔相配合的叶片、传动轴端的主动齿轮与转子轴上的从动齿轮相啮合，其传动比与叶片数相同等一系列技术措施并经试验证明有结构简单紧凑合理、磨损小效率高并能单独稳定使用作为机械动力源，耗油少等优点，利于推广应用。

附图说明

图1本发明的主剖视结构示意图。

图2是图1的A-A剖视结构示意图。

图3是某一时刻有两对配气、密封转子的发动机运转状态示意图。

图中1、中心传动轴；2大轴承压盖；3、小轴承压盖；4、进气口；5、左轴承座；6、排气口；7、叶片；8、左衬板；9、缸体；10、转子轴；11、右衬板；12、右轴承座；13、从动齿轮；14、配流腔；15、冷却通道；16、右端压盖；17、中心轴承；18、主动齿轮；19、中心腔；20、密封转子；21、配气转子；22、喷油嘴；23、点火器；24、做功腔；25、压气腔。

具体实施方式

本发明实施例结合附图加以详细描述，但不受实施所限。

如图1、2所示的缸体9的中心腔19内设有其上沿周向均布三个叶片7的阶梯状中心传动轴1，并两者同心，中心轴承17设于两端，主动齿轮18装于中心传动轴1的一端，并与转子轴10端的从动齿轮13相啮合，大轴承压盖2装于中心轴承17的一端，沿缸体9内中心腔19外周均布对称设有四根其上装有配气转子21或密封转子20的转子轴10，在转子的两边设有左、右衬板8、11，左右轴承座5、12内设有转子轴承，小轴承压盖3装于轴外端左边，轴右端上的从动齿轮13与中心传动轴1上的主动齿轮18相啮合，右端压盖16装于缸体9的右端，所述的配气转子21设于呈上下对称设置的转子轴10上，所述的密封转子20设在左右对称设置的转子轴10上，并分别置于缸体9内相应的配气转子腔与密封转子腔中，其进气口4与排气口6设于配气转子21的两边，所述的缸体9内的配气转子腔与密封转子腔的截面形状大小相同并呈圆形或缺口圆形，各个转子到中心腔半腔距离相等，且每个转子腔与中心腔的中心距小于中心腔半径与转子腔半径之和，缸体9周向均布沿轴向开有供风冷或水冷的冷却通道15，喷油嘴22设于进气口4前，点火器23设于做功腔。所述的中心传动轴1上叶片7两边的齿形曲线加工成符合啮合曲线方程式的齿形曲线，其啮合曲线方程式为：

θ＝λ₁arctan[(a+bsin(t))÷bcos(t)]+λ₂t+λ₃

$R=\sqrt{{\mathrm{\λ}}_4+{\mathrm{\λ}}_5\sin \left(t\right)}$

式中：θ为啮合曲线在极坐标系中的角度变量；

R为啮合曲线在极坐标系中的半径变量；

t为角度参数变量；

λ₁-λ₅均为常数；

a、b为常数。

所述的配气转子21与密封转子20的截面上至少在一边开有能与叶片7相匹配的配流腔14，并在与其相对应的另一边加工有平衡孔。

所述的所述的传动比为大于等于3，小于5050，并且与叶片7的数量相同。

本发明由于是多组配气转子和密封转子成对使用，能持续稳定提供较大扭矩，使能量转化充分、效率高，节省燃料，延长使用寿命。

本发明使用时，作为机械动力源的输出轴与被驱动的输入轴的离合器相连，首先用启动机起动，中心传动轴1的叶片7在缸体内绕缸体中心腔19与中心传动轴1的共同轴心旋转，密封转子20与配气转子21在缸体9的转子腔内与中心传动轴定传动比旋转，通过转子的圆弧面与啮合曲线形成的曲面将中心腔19内的空间隔断或导通。

具体来说，叶片7-1在进气口处向进气方向旋转时，配气转子21的圆弧面与中心传动轴1相邻叶片间的圆弧面形成极微小间隙或无间隙配合，形成对转轴与中心腔之间的空间隔断，随叶片的不断旋转，叶片、中心传动轴1的圆弧面、缸体的中心腔圆弧面和配气转子的圆弧面，以及两个端面所形成的空间不断增加，气体不断被吸入；当叶片到达密封转子时，因叶片的截面曲线符合啮合曲线规律，密封转子的配流腔14处与叶片的曲面形成极微小的间隙(接近线性密封)，将吸气腔隔断，并随着叶片不断旋转，过渡到密封转子的圆弧面将吸气腔隔断；在吸气腔被隔断的同时，下一叶片7-2也将通过(或已通过)配气转子和进气口4，对吸气腔中的气体进行压缩，当叶片压缩气体并接近密封转子时，密封转子的配流腔14已运转到配流腔14内的空间与吸气腔；此时应为压气腔25相通，压缩气体在吸气腔与配流腔内继续被压缩，因叶片的截面曲线符合啮合曲线规律，密封转子的配流腔14两端与叶片的两组曲面均形成极微小间隙(可以达到较好的密封)，且转子的配流腔14曲线在啮合曲线与转子截面圆弧之间，使叶片与密封转子啮合的运转过程中，密封转子的配流腔内除了叶片外还有连续的空间使气体流动；当叶片7-2转出与密封转子的啮合范围时，密封转子的配流腔14与做功腔24导通，压缩气体进入做功腔24，另有部分压缩气体仍留在配流腔内，在压缩前(吸气时)、压缩过程中或压缩气体进入做功腔时均可通过喷油嘴22对气体喷射燃烧油；当密封转子的配流腔14离开缸体的中心腔到达转子腔后(此时，密封转子的圆弧面对中心腔隔断)点火器23，对压缩气体点火，气体膨胀做功推动叶片7-2旋转，做功终了时，叶片7-2将通过配气转子，配气转子将燃烧废气在中心腔隔断，燃烧废气大部分通过排气口6排出，剩余的一部分在下一个叶片7-3做功的时候被排出排气口，极少数燃烧废气进入配气转子的配流腔14，并在叶片7-3与配气转子的啮合过程中被压出配流腔14。叶片继续旋转，进入下一做功循环工况。

Claims (5)

1.一种啮合曲线转子发动机，它是由燃油和点火系统组成，其上设有叶片(7)的中心传动轴(1)装于缸体(9)内，轴端设有主动齿轮(18)，至少对称设有一对配气转子(21)和密封转子(20)，其特征在于转子轴(10)端设有与主动齿轮(18)相啮合的从动齿轮(13)，其两者的传动比与中心传动轴(1)上叶片数相同，中心传动轴(1)上的叶片(7)是沿周向呈均布设置，其两边的齿形曲线符合啮合曲线规律的啮合曲线方程式，啮合曲线方程式为：

θ＝λ₁arctan[(a+bsin(t))÷bcos(t)]+λ₂t+λ₃

$R=\sqrt{{\mathrm{\λ}}_{4+}{\mathrm{\λ}}_5\sin \left(t\right)}$

式中：θ为啮合曲线在极坐标系中的角度变量；

R为啮合曲线在极坐标系中的半径变量；

t为角度参数变量；

λ₁-λ₅均为常数；

a、b为常数。

2.根据权利要求1所述的一种啮合曲线转子发动机，其特征在于所述的缸体(9)内的中心腔(19)与中心传动轴(1)同心，其外周对称设有密封转子腔和配气转子腔，并且进、排气口(4、6)的数量与配气转子(21)的数量相同。

3.根据权利要求1或2所述的一种啮合曲线转子发动机，其特征在于所述的缸体(9)内沿周向均布设有供风冷或水冷的冷却通道(15)。

4.根据权利要求1所述的一种啮合曲线转子发动机，其特征在于所述的配气转子(21)和密封转子(20)的截面上至少在一边开有能与叶片(7)相匹配的配流腔(14)，在与其相对应的另一边开有平衡孔。

5.根据权利要求1所述的一种啮合曲线转子发动机，其特征在于所述的传动比为大于等于3，小于5050。

Images