CN101149017A - 旋转活塞的固定轴结构 - Google Patents

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CN101149017A CNA2006101521938A CN200610152193A CN101149017A CN 101149017 A CN101149017 A CN 101149017A CN A2006101521938 A CNA2006101521938 A CN A2006101521938A CN 200610152193 A CN200610152193 A CN 200610152193A CN 101149017 A CN101149017 A CN 101149017A
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Abstract

本发明是一种用于行星型旋转活塞发动机的旋转活塞的固定轴结构，属于旋转活塞发动机领域，解决了以前旋转活塞的冷却、活塞与其配合轴的润滑、冷却和进、排气口道狭窄的问题。它具有带偏心轴孔的主轴，主轴在端盖上的轴套中转动；与偏心轴孔转动配合的固定轴；旋转活塞与固定轴固定连接，固定轴固定在旋转活塞的中心轴线上或与旋转活塞是一体；实现主轴和固定轴运动关系的在缸体外的齿轮组件。

Description

旋转活塞的固定轴结构
本发明属于旋转活塞发动机领域。
由于往复式发动机往复结构复杂，往复质量大，摩擦面积大，进、排气门阻气严重，阻碍了转速、功率、热效率的进一步提高，因此人们希望发动机运动部件完全做旋转运动来取代往复质量，减少摩擦面积，并让进、排气更加顺畅，人们经过长期研究研究出了多种旋转活塞发动机，但由于设计结构的缺陷，以前的旋转活塞发动机存在很多问题，如：气密封不严，径向密封片难以良好润滑，旋转活塞冷却方法复杂，缸体局部过热等缺陷，致使旋转活塞发动机仍无法取代往复式发动机成为发动机主流机型。汪克尔的三角转子发动机虽然在旋转活塞发动机中是最接近往复式发动机的水平，但仍不能取代往复式发动机的地位。旋转活塞发动机的主要机型是行星型旋转活塞发动机，行星型旋转活塞发动机是按内、外旋轮线，内、外包络线及活塞上和缸体上互相配合的齿轮和内齿圈的齿数比来分类：1.缸体采用外包络线，活塞采用外旋轮线，上述齿数比主要有：1∶2、2∶3、3∶4、4∶5几种类型。2.缸体采用外旋轮线，活塞采用内包络线，上述齿数比主要有：2∶1、3∶2、4∶3、5∶4几种类型。
本发明的目的是为了解决以前行星型旋转活塞发动机的不足，提出的一种用于行星型旋转活塞发动机的旋转活塞的固定轴结构，具体能够解决旋转活塞的冷却问题，活塞与其配合轴的润滑问题，进、排气口道狭窄问题，以及形状参数K值(K＝R/e，其中R为创成半径，e为旋转活塞与主轴的偏心距)偏大问题。
在以上提到的几种以前行星型旋转活塞发动机中它们的共同特点之一是都具有围绕缸体中心旋转同时围绕自身中心自转的旋转活塞、偏心轴以及分别固定在活塞和缸体上的齿轮和内齿圈。本发明提供了一种旋转活塞的固定轴结构，以取代以前行星型旋转活塞发动机中的旋转活塞、偏心轴以及分别固定在活塞和缸体上的齿轮和内齿圈。
行星型旋转活塞发动机中的旋转活塞的固定轴结构包括：具有偏心轴孔的主轴，主轴在端盖上的轴套中转动；与偏心轴孔转动配合的固定轴；与固定轴固定连接的旋转活塞；实现主轴和固定轴运动关系的齿轮组件，该齿轮组件在缸体外：固定轴固定在旋转活塞的中心轴线上或与旋转活塞是一体；在缸体采用外包络线，活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比主要有：1∶2、2∶3、3∶4、4∶5几种类型的行星型旋转活塞发动机中，齿轮组件是由固定在活塞固定轴上的齿轮与固定在缸体上的内齿圈在缸体外相配合组成的；缸体采用外旋轮线，活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比主要有：2∶1、3∶2、4∶3、5∶4几种类型的行星型旋转活塞发动机中，由于本发明旋转活塞的固定轴的结构的限制，无法实现活塞上齿轮与缸体上齿轮直接配合，因此齿轮组件选择另一种结构，这种结构包括：固定在旋转活塞的固定轴上的齿轮、与主轴转动配合的内外齿圈，其内齿与固定轴上的齿轮配合、具有两个同轴的固定在一起的齿轮组成一个过桥齿轮组，其上一个齿轮和内外齿圈的外齿相配合、主轴上的一个齿轮与过桥齿轮组上的另一个齿轮相配合。这种结构通过一定的齿数比例关系实现了与活塞上齿轮和缸体上齿轮直接配合的等效作用。采用了本设计的旋转活塞的固定轴结构，可以制成单缸的行星型旋转活塞发动机，也可以制成双缸的行星型旋转活塞发动机。
由于采用了本发明的旋转活塞的固定轴结构，给发动机带来的有益效果是：1.在以前行星型旋转活塞发动机中，活塞与偏心轴的转动配合是在活塞中实现的，活塞上齿轮与缸体上齿轮的配合也是在缸体活塞中实现的，在这两种配合中对润滑油的密封很困难，都要对对旋转件进行动态密封，在本设计的旋转活塞的固定轴结构中固定轴与偏心轴孔的配合和齿轮组内的齿轮配合是在缸体外实现的，不用对旋转件进行动态密封；2.通过固定轴可以向旋转活塞中输入和导出冷却油，对活塞内部进行封闭冷却，活塞内部充满冷却油冷却效果更好；3.由于固定轴可以比以前的偏心轴做得更细，又没有以前的端面的动态油封，因此形状参数K值可以选得很小，如K值可以达到5.5～4.5，增大了发动机工作室单位长度密封线所密封的气体总量；4.由于固定轴可以比以前的偏心轴做得更细，开在旋转活塞发动机端盖上和旋转活塞侧面上的进、排气口面积更大，进、排气更加顺畅，并适合进气冷却。本发明结构适用于汽油发动机、柴油发动机和利用其他燃料形成可燃混合气体的发动机。
下面对附图进行说明：
图1是以前的行星型旋转活塞发动机侧剖视图；
图2是以前的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：1∶2的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图3是以前的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：2∶3的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图4是以前的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：3∶4的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图5是以前的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：4∶5的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图6是以前的缸体采用外旋轮线、活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：2∶1的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图7是以前的缸体采用外旋轮线、活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：3∶2的行星型旋转活塞发动机(又称：三角转子发动机)的示意图；
图8是以前的缸体采用外旋轮线、活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：4∶3、的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图9是以前的缸体采用外旋轮线、活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：5∶4的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图10是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：1∶2的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图11是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：2∶3的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图12是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：3∶4的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图13是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：4∶5的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图14是采用本发明结构的缸体采用外旋轮线、活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：2∶1的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图15是采用本发明结构的缸体采用外旋轮线、活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：3∶2的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图16是采用本发明结构的缸体采用外旋轮线、活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：4∶3的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图17是采用本发明结构的缸体采用外旋轮线、活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：5∶4的行星型旋转活塞发动机的示意图；
图18是缸体采用外包络线，活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比主要有：1∶2、2∶3、3∶4、4∶5几种类型的单缸行星型旋转活塞发动机的侧剖图；
图19是缸体采用外旋轮线，活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比主要有：2∶1、3∶2、4∶3、5∶4几种类型的单缸行星型旋转活塞发动机的侧剖图；
图20是缸体采用外包络线，活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比主要有：1∶2、2∶3、3∶4、4∶5几种类型的双缸行星型旋转活塞发动机的侧剖图；
图21是缸体采用外旋轮线，活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比主要有：2∶1、3∶2、4∶3、5∶4几种类型的双缸行星型旋转活塞发动机的侧剖图；
图22是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：2∶3的行星型旋转活塞发动机(简称：特例一)中的旋转活塞的剖面视图；
图23是图22的仰视剖面视图；
图24是图22的A-A剖面视图；
图25是图22的B-B剖面视图；
图26是采用本发明结构的行星型旋转活塞发动机的旋转活塞内部油冷却原理示意图
图27是采用本发明结构的缸体采用外旋轮线、活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比主要有：2∶1、3∶2、4∶3、5∶4几种类型的行星型旋转活塞发动机的旋转活塞上的火花塞电极触点与缸体上的电极触点动态接触的示意图；
图28是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：2∶3的行星型旋转活塞发动机(简称：特例一)的侧剖视图；
图29是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：4∶5的行星型旋转活塞发动机(简称：特例二)的正剖视图；
图30是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：2∶3的行星型旋转活塞发动机(简称：特例一)的正剖视图；
图31是图29的C-C剖面图(只保留旋转活塞和固定轴)；
图32是采用本发明结构的缸体采用外旋轮线、活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：3∶2的行星型旋转活塞发动机(简称：特例三)的正剖视图；
图33是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：4∶5的行星型旋转活塞发动机(简称：特例二)的端盖上的密封系统及进、出气口的最大范围示意图；
图34是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：4∶5的行星型旋转活塞发动机(简称：特例二)的旋转活塞上进、出气口的最大范围示意图；
图35是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：2∶3的行星型旋转活塞发动机(简称：特例一)的端盖上的密封系统及进、出气口的最大范围示意图；
图36是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：2∶3的行星型旋转活塞发动机(简称：特例一)的旋转活塞上进、出气口的最大范围示意图；
图37是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：4∶5的行星型旋转活塞发动机(简称：特例二)的旋转活塞上的实际排气口示意图；
图38是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：4∶5的行星型旋转活塞发动机(简称：特例二)的旋转活塞上的实际进气口示意图；
图39是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：2∶3的行星型旋转活塞发动机(简称：特例一)的旋转活塞上的实际排气口示意图；
图40是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：2∶3的行星型旋转活塞发动机(简称：特例一)的旋转活塞上的实际进气口示意图；
图41是采用本发明结构的行星型旋转活塞双缸发动机主轴上配重块位子示意图；
图42是图41右视剖面图；
图43是采用本发明结构的行星型旋转活塞单缸发动机主轴上配重块位子示意图；
图44是图43右视剖面图；
在各图中：1-偏心轴；2-前轴承；3-缸体上的齿轮；4-活塞上的齿轮；5-缸体前端盖；6-缸体后端盖；7-缸体；8-旋转活塞；9-径向密封片；10-主轴；11-固定轴；12-过桥齿轮组上的另一个齿轮；13-过桥轴；14-内外齿圈；15-过桥齿轮组上与内外齿圈的外齿圈配合的齿轮；16-主轴上的动力齿轮；17-动力输出轴；18-动力输出轴上的齿轮；19-主轴上的轴套；20-固定轴上的轴套；21-内外齿圈上的轴套；22-动力输出轴上的轴套；23-过桥齿轮轴套；24-排气口；25-进气口；26-可燃混合气体；27-冷却油；28-活塞上电极；29-缸体上电极；30-绝缘体；31-缸体前端盖上的排气道；32-发动机废气；33-活塞上进气口；34-活塞上排气口；35-火花塞；36-缸体后端盖上的进气道；37-缸体上的进气道；38-缸体上的排气道；39-密封销；40-第一道端面密封片；41-第二道端面密封片；42-端盖上最大进、排气口的尺寸；43-活塞上最大进、排气口的尺寸；44-主轴上配重块；45-发动机飞轮；46-发动机飞轮上配重块；47-主轴上的偏心孔；48-主轴上的一个齿轮。
在图1、2、3、4、5、6、7、8、9中可见，在以前行星型旋转活塞发动机中，旋转活塞8与偏心轴1在活塞里做转动配合，旋转活塞8与前、后端盖5、6之间的油封只能用动态方式。在描述本发明结构的图10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21中，可见旋转活塞8和固定轴11固定连接，并且固定轴11在主轴10内的偏心轴孔47内转动，因此固定轴11和偏心轴孔47的润滑不在缸体中进行，同时所有的齿轮组件：缸体上的齿轮3、活塞上的齿轮4、内外齿圈14、过桥齿轮组上与内外齿圈的外齿圈配合的齿轮15、过桥齿轮组上的另一个齿轮12、主轴上的一个齿轮48、主轴上的动力齿轮16、动力输出轴上的齿轮18均在缸体外工作。在图10、11、12、13、18、20中可见：缸体采用外包络线，活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比主要有：1∶2、2∶3、3∶4、4∶5几种类型的单缸行星型旋转活塞发动机中活塞上的齿轮4和缸体上的齿轮3可直接配合。在图14、15、16、17、19、21中：固定轴11和主轴10的运动关系必须通过一个齿轮组件来实现，这个齿轮组件包括：活塞上的齿轮4、内外齿圈14、过桥齿轮组上与内外齿圈的外齿圈配合的齿轮15、过桥齿轮组上的另一个齿轮12、主轴上的一个齿轮48。
在双缸结构中两个旋转活塞8可以同时共用一根固定轴，也可以各用一根。
特例1：是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：2∶3的行星型旋转活塞发动机，在图11、18、20、22、23、24、25、28、30、35、36、39、40中可见，由于采用本发明结构，固定轴11可以做得比图1中的偏心轴1细得多，这样活塞上进气口33可以做得大一些，由于活塞上排气口34在没有固定轴的一面，因此可以做得更大，保证了发动机的高速运转，在图22、23、24、25、28中按着可燃混合气体26(对柴油发动机来说就是新鲜空气)行进的路线可以看出旋转活塞8中的任何部位都可以得到可燃混合气体26(对柴油发动机来说就是新鲜空气)的良好冷却。
特例2：是采用本发明结构的缸体采用外包络线、活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：4：5的行星型旋转活塞发动机，见图13、29、31、33、34、37、38，可以看出不仅旋转活塞8的内部结构全部对称，而且内部结构可以得到良好的冷却，活塞上进气口33和活塞上排气口34都比较大。
特例3：是采用本发明结构的缸体采用外旋轮线、活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比是：3∶2的行星型旋转活塞发动机(也叫三角转子发动机)，见图19、21、26、27、32，由于采用本发明结构，火花塞35可以装在旋转活塞8上，电流从缸体上电极29通过活塞上电极28传给火花塞35再传给旋转活塞8，再传给缸体7传出，在图26中可以看出旋转活塞8内部冷却系统是密闭的不需要动态密封结构，这样不仅解决了以前的三角转子发动机缸体7受热不均匀的问题，而且还解决了旋转活塞8内部冷却和润滑问题。
在特例3的这种发动机中，齿轮组件中各齿轮节圆直径的关系如下：
D2-D1＝2e，D4/D3＝(3D2-2D1)/3D2
其中：活塞上的齿轮4节圆直径为D1；内外齿圈14的内齿圈节圆直径为D2；内外齿圈14的外齿圈节圆直径为D3；过桥齿轮组上与内外齿圈的外齿圈配合的齿轮15的节圆直径为D4，e为旋转活塞与主轴的偏心距，另外过桥齿轮组上的另一个齿轮12与主轴上的一个齿轮48的节圆直径相等，当内外齿圈14的轴心与过桥齿轮组上与内外齿圈的外齿圈配合的齿轮15的轴心的距离一定时，D3+D4的值一定，并且旋转活塞与主轴的偏心距e一定时，再设定活塞上的齿轮4节圆直径D1的值，即可算出其他齿轮的节圆直径。
对于特例1和特例2：在图33、34、35、36中可见，端盖上最大进、排气口的尺寸42可以接近第二道端面密封片41所围成的尺寸，端盖上实际进、排气口的尺寸在端盖上最大进、排气口的尺寸42范围内即可；活塞上最大进、排气口的尺寸43接近第一道端面密封片40在旋转活塞8的侧表面运动时所创成的内包络线，活塞上实际进、排气口的尺寸在活塞上最大进、排气口的尺寸43范围内即可。
图41、42、43、44表示的是采用本发明结构的行星型旋转活塞发动机动平衡的结构，对于双缸行星型旋转活塞发动机来说，只在两个旋转活塞8之间的主轴上有主轴上配重块44即可；对于单缸行星型旋转活塞发动机动来说，不仅在旋转活塞8和发动机飞轮45之间的主轴上有主轴上配重块44，在发动机飞轮45上还要有发动机飞轮上配重块46。
在图20、21中可见：采用本发明结构的行星型旋转活塞双缸发动机动的动力是由主轴上的动力齿轮16通过动力输出轴上的齿轮18传给动力输出轴17的，主轴10上可以根据实际情况的需要，固定安装更多的齿轮。

Claims (4)

1.一种用于行星型旋转活塞发动机的旋转活塞的固定轴结构，它包括：旋转活塞、端盖、端盖上的轴套，其特征在于：它具有带偏心轴孔的主轴，主轴在端盖上的轴套中转动；与偏心轴孔转动配合的固定轴；旋转活塞与固定轴固定连接，固定轴固定在旋转活塞的中心轴线上或与旋转活塞是一体；实现主轴和固定轴运动关系的在缸体外的齿轮组件。
2.根据权利要求1所述的固定轴结构，其特征在于：在缸体采用外包络线，活塞采用外旋轮线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比主要有：1∶2、2∶3、3∶4、4∶5几种类型的行星型旋转活塞发动机中，齿轮组件是由固定在活塞固定轴上的齿轮与固定在缸体上的内齿圈在缸体外相配合组成的。
3.根据权利要求1所述的固定轴结构，其特征在于：缸体采用外旋轮线，活塞采用内包络线以及活塞上和缸体上互相配合齿轮齿数比主要有：2∶1、3∶2、4∶3、5∶4几种类型的行星型旋转活塞发动机中，由于本发明旋转活塞的固定轴的结构的限制无法实现活塞上齿轮与缸体上齿轮直接配合，因此齿轮组件选择另一种结构，这种结构包括：固定在旋转活塞的固定轴上的齿轮、与主轴转动配合的内外齿圈，其内齿与固定轴上的齿轮配合、具有两个同轴的固定在一起的齿轮组成的一个过桥齿轮组，其上一个齿轮和内外齿圈的外齿相配合、主轴上的一个齿轮与过桥齿轮组上的另一个齿轮相配合。这种结构通过一定的齿数比例关系实现了与活塞上齿轮和缸体上齿轮直接配合的等效作用。
4.根据权利要求1所述的固定轴结构，其特征在于：对于双缸行星型旋转活塞发动机来说，在两个旋转活塞之间的主轴上有主轴上的配重块；对于单缸行星型旋转活塞发动机动来说，不止在旋转活塞和发动机飞轮之间的主轴上有主轴上配重块，在发动机飞轮上还要有发动机飞轮上配重块。
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