CN101215990B - 摆动活塞式转子发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活塞在气缸内的运动轨迹呈圆周摆动的转子发动机。该发动机由外壳和转子两部分组成，在外壳上，设计有燃烧室，燃烧室上设计有进、排气口以及点火装置，外壳内侧中部固定安装有一根凸轮轴；转子套装在外壳的内腔中，转子的主体呈圆环形，发动机的气缸就设计在转子主体上，气缸内的活塞的挂臂绕转子主体上的销钉摆动；在转子主体上端面有一道气流间隙；转子的一个侧盖上固定安装有动力输出轴。该发动机气缸密封性能比较好，系统很容易实现润滑，动平衡性好，能量的转化率较高并且能量损失较小。

Description

摆动活塞式转子发动机

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，涉及一种活塞在气缸内的运动呈圆周摆动式的转子发动机。

背景技术

现有的转子发动机式样很多，结构上均由外壳和转子两部分组成，转子在外壳内转动，动力由转子的中心输出到外壳外，转子分为叶片形和轮轴形的两类，工作方式分为喷气燃烧和吸气压缩燃烧两种方式，与本发明接近的现有技术是一种转子呈轮轴形、工作方式采用吸气压缩方式的转子发动机，该发动机在圆筒形的外壳内安装有一个凸轮转子，凸轮的长半轴所对应的转子的最高凸起点刚好与外壳的内沿接触，短半轴所对应的最低凸起点远离外壳内沿，外壳内侧上安装有一个可在径向伸缩的挡块，挡块的一端帖在凸轮转子的表面，凸轮转动时，推动挡块做径向运动，凸轮转子的动力输出轴设计在转子的中心，这样，在凸轮转轴的外沿、发动机外壳的内壁与挡块之间存在一个伸展空间，当伸展空间内的压力增加时，因为发动机外壳和挡块的空间位置是固定的，在压力作用下转子发生转动，使伸展空间的体积变大；其工作方式是：经过油气混合的可燃气体，依靠转子自身惯性力的作用，在燃烧室内受到压缩后点火燃烧，燃烧气体膨胀对整个气缸的内壁产生压力，此时，由于挡块是固定在外壳上的，外壳和挡块均不会发生运动，转子在压力的作用下被迫转动，使气缸的体积增大，这样，油气燃烧的能量就转化成了转子转动的动力，由转子的动力输出轴输出，实现对外做功。

现有技术中的凸轮转子发动机，虽然可以实现热能与动能的转化，但因机械自身的设计和结构上存在问题，在实际应用中，整个机械润滑问题和燃烧室气体的密封问题无法解决，机件之间摩擦力较大，燃烧室的气体密封状况不佳，漏气较多，严重影响了该机械的使用寿命和能量转化效率。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种摆动活塞式转子发动机，有效解决现有技术中存在的机械效率不高的问题。

该发动机由外壳和转子两部分组成，发动机的整体外形呈圆筒形，在其外壳上，设计有燃烧室，燃烧室上设计有进气口、排气口以及点火装置，在外壳内腔的一个固定侧平面中部，向内固定安装有一根凸轮轴，外壳的另一个侧平面用侧盖封闭；转子一侧套装在外壳的内腔的凸轮轴上，另一侧装在外壳的侧盖上，转子的外沿呈圆环形，两侧面上有侧盖，发动机的气缸就设计在转子上，活塞安装在气缸内，活塞上安装有密封气体的活塞环；活塞的下端有活塞座，活塞座的一侧有挂臂，另一侧有第一弹簧安装柱，在活塞座的底部有轴承安装轴，轴承安装轴上装有轴承，轴承紧帖外壳中部的固定凸轮轴，绕凸轮轴转动；在转子内沿上设计有第二弹簧安装柱，弹簧安装在第一和第二弹簧安装柱上；在转子内沿上还开有活塞的挂臂安装孔，活塞的挂臂安装在安装孔内，用销钉固定，挂臂绕销钉转动；在转子的外端圆环面上，沿圆环的圆周向，安装有两条平行的密封环，气缸的上开孔夹在密封环内，这两条密封环的上沿紧帖外壳的内壁，这样，在外壳内壁、转子上端面以及密封环之间形成一道气流间隙，由于间隙中所夹的气缸内的活塞上安装有密封环，因而这个气流间隙与外部是密封隔离的；转子的两侧安装有侧盖，其中一个侧盖上固定安装有一个有动力输出轴，动力输出轴延伸到外壳外部；外壳、凸轮轴以及转子、动力输出轴为同轴设计。

活塞的运动是绕销钉进行的圆周摆动，气缸的内壁也是按活塞圆周摆动的轨迹设计的，气缸孔径和活塞的上端面呈圆形、椭圆形或者方形，活塞的上端面呈圆弧面，圆弧面的圆弧与转子的圆环形的圆环面呈同心圆面设计。气缸孔和活塞机构设计在转子主体的一侧，其排布不超过转子圆周的一半。外壳和转子的两侧面上开有润滑油供油通孔，外壳和转子之间安装有轴承。

本发明的工作原理与直缸的四冲程曲柄连杆发动机的原理相同，存在吸气、压缩、做功和排气四个冲程，但由于机械设计上的不同，两者的机件工作情况大不相同，本发明工作时进行的四个冲程是在连续转动的过程中完成的，转子转两周完成一个工作循环过程。

由于固定在外壳中心的凸轮轴一半是凸起的圆弧面，另一半是下凹的圆弧面，转子转动时，出现两种工作状态，一是由于气缸内的活塞底部的轴承，紧帖在凸轮轴的表面运动，当活塞底部轴承在凸轮轴的凸面运动时，活塞绕其挂臂安装孔内的销钉转动，被向上顶起，此时，活塞的上表面与转子的主体外沿的表面平齐；二是当活塞底部轴承在凸轮轴的凹面运动时，此时，弹簧压迫活塞向下移动，使活塞上方形成一个工作空腔；在转子连续转动的过程中这两种状态不断重复，这个工作过程再与进、排气门、油气混合燃烧等工作进行配合，即可完成发动机的四个冲程的工作循环过程。四个冲程的具体工作过程是：

1、吸气冲程：当转子上的第一个气缸的边缘转动至外壳上燃烧室的边缘时，活塞下部的轴承正好进入凸轮轴的凹面，此时，排气门关闭，进气门打开，在弹簧下压力的作用下，活塞开始下移，气缸的体积增大，雾化的燃油及新鲜空气吸入燃烧室，其后转过来的气缸依次重复这一吸气工作，当最后一个气缸的边缘转出燃烧室时，进气过程结束。

2、压缩冲程：吸气过程结束后，转子上的第一个气缸转至外壳的最下端，活塞下部的轴承从凸轮轴的凹面开始进入凸面，此时，进气门关闭，排气门关闭，活塞在惯性力的作用下继续向前转动，活塞被向上顶起，气缸的体积减小，气缸内的混合气体被压出，气体沿转子顶部的气流密封间隙压入燃烧室，当最后一个气缸转过外壳最低点时，全部混合气均压入燃烧室，压缩过程结束。此时，转子正好转动了一周。

3、做功冲程：压缩过程结束后，当转子上的第一个气缸的边缘转动至外壳上燃烧室的边缘时，活塞下部的轴承正好进入凸轮轴的凹面此时排气门关闭，进气门关闭，点火装置点火，混合气体在燃烧室及气缸内燃烧，膨胀的燃气对活塞产生下压力，活塞下摆，同时，膨胀的燃气以燃烧室和气缸的侧壁为着力点产生推动力，推动转子转动，对外做功，当最后一个气缸转过燃烧室时，燃烧气体对全部气缸的压迫转动过程结束，做功冲程结束。

4、排气冲程：做功冲程结束后，转子上的第一个气缸转至外壳的最下端，此时，活塞下部的轴承从凸轮轴的凹面开始进入凸面，此时，进气门关闭，排气门打开，活塞在惯性力的作用下继续向前转动，活塞被向上顶起，气缸的体积减小，气缸内的废气被压出，气体沿转子顶部的气流密封间隙压入燃烧室，由燃烧室的排气门排出，当最后一个气缸转过外壳最低点时，排气过程结束。此时，转子正好转动了两周，整个四冲程的工作过程结束，完成一个工作循环。

与现有的转子发动机技术相比，本发明具有明显的优点：一是由于安装在转子顶部的两道密封环，其圆周向与转动方向一至，位置较固定，因而密封性能比较好；二是由于气缸燃烧空间与外空间是密封隔离的，在对整个机构进行润滑时，润滑油不会进入燃烧室，因而润滑系统的安排设置很容易，系统很容易实现润滑，在利于减小各种机件之间的摩擦力；三是产生转动拉力的着力点位于转子主体的外沿周上，远离动力输出轴，因而，输出动力的扭力矩较大，气缸内的燃气压力转化成动力的力臂较长，阴力臂较短，燃气压力可以得到更充分释放，转化成动力，因而能量的转化率较高：四、转子的整个结构比较容易实现对称的转动平衡，有效降低发动机的振动，减小能量损失。

附图说明

图1是本发明侧面的剖面示意图；

图2是本发明B-B向的剖面示意图；

图3是本发明的A-A向的剖面示意图；

图4是本发明的活塞的立体结构示意图；

具体实施方式

实施例：摆动活塞式转子发动机，该发动机由外壳1和转子2两部分组成，发动机的整体外形呈圆筒形，在其外壳1上，设计有燃烧室7，燃烧室7上设计有进气口9、排气口10以及点火装置8，在外壳1内腔一侧的固定侧平面中部，向内固定安装有一根凸轮轴16，外壳1的另一个侧平面用侧盖22密闭；转子2的一侧套装在外壳1的内腔的凸轮轴16上，另一侧套装在外壳内，转子2的外沿呈圆环形，两侧面上有第一侧盖26和第二侧盖27，发动机的气缸3就设计在转子2上，活塞4安装在气缸3内，活塞4上安装有密封气体的活塞环6；活塞4的下端有活塞座5，活塞座5的一侧有挂臂13，另一侧有第一弹簧安装柱19，在活塞座5的底部有轴承安装轴18，轴承安装轴18上装有轴承17，轴承17紧帖外壳中部的固定凸轮轴16，绕凸轮轴16转动；在转子2内沿上设计有第二弹簧安装柱21，弹簧20安装在第一弹簧安装柱19及第二弹簧安装柱21上；在转子2的内沿上还开有活塞的挂臂安装孔12，活塞的挂臂13安装在安装孔12内，用销钉11固定，挂臂13绕销钉11转动；在转子2的外端圆环面上，沿圆环的圆周向，安装有两条平行的密封环24，气缸3的上开孔夹在密封环24内，这两条密封环24的上沿紧帖外壳2的内壁，这样，在外壳1内壁、转子2上端面以及密封环24之间形成一道气流间隙15，由于间隙15中所夹的气缸3内的活塞4上安装有密封环6，因而这个气流间隙15与外部是密封隔离的；转子2的一侧安装有第二侧盖27，另一侧安装有一个固定有动力输出轴23的第一侧盖26，动力输出轴23延伸到外壳1外部；外壳1、凸轮轴16以及转子2、动力输出轴23为同轴设计。

活塞4的运动是绕销钉11进行的圆周摆动，气缸3的内壁也是按活塞4圆周摆动的轨迹设计的，气缸3孔径和活塞4的上端面呈圆形，活塞4的上端面呈圆弧面，圆弧面的圆弧与转子2的圆环形的圆环呈同心圆面设计。气缸孔3和活塞机构设计在转子2的一侧，其排布刚好占转子2圆周的一半，气缸孔和活塞机构设计为三组。外壳1和转子2的两侧面上开有润滑油供油通孔14，外壳1和转子2之间安装有轴承25。

Claims (4)

1.摆动活塞式转子发动机，由外壳(1)和转子(2)两部分组成，在其外壳(1)上，设计有燃烧室(7)，燃烧室(7)上设计有进气口(9)、排气口(10)以及点火装置(8)，转子(2)安装在外壳(1)内，转子(2)上设计有气缸(3)，转子(2)的内侧设计有活塞活动系统，活塞(4)在气缸(3)内运动，活塞(4)上安装有密封气体的活塞环(6)；其特征在于：发动机的整体外形呈圆筒形，在外壳(1)的一个固定侧平面中部，向外壳内固定安装有一根凸轮轴(16)，外壳(1)的另一个侧平面用侧盖(22)封闭；转子(2)套装在外壳(1)内腔中的凸轮轴(16)上，转子(2)呈圆环形，转子(2)的两侧安装有第一侧盖(26)和第二侧盖(27)，发动机的气缸(3)就设计在转子(2)上，活塞(4)安装在气缸(3)内，活塞(4)的下端有活塞座(5)，活塞座(5)的一侧有挂臂(13)，另一侧有第一弹簧安装柱(19)，在活塞座(5)的底部有轴承安装轴(18)，轴承安装轴(18)上装有轴承(17)，轴承(17)紧帖外壳中部的固定凸轮轴(16)，绕凸轮轴(16)转动；在转子(2)内沿，设计有第二弹簧安装柱(21)，弹簧(20)安装在第一弹簧安装柱(19)及第二弹簧安装柱(21)上；在转子(2)的内沿上还开有活塞的挂臂安装孔(12)，活塞的挂臂(13)安装在安装孔(12)内，用销钉(11)固定，挂臂(13)绕销钉(11)转动；在转子(2)外圆圆环面上，沿圆环的圆周向，有两条以上平行的密封环(24)，气缸(2)的上开孔夹在密封环(24)内，在外壳(1)内壁、转子(2)外圆面以及密封环(24)之间有气流间隙(15)，转子(2)的第一侧盖(26)上的固定设计有动力输出轴(23)，动力输出轴(23)延伸到外壳(1)外部；外壳(1)、凸轮轴(16)以及转子(2)、动力输出轴(16)为同转轴设计。

2.根据权利要求1所述的摆动活塞式转子发动机，其特征在于：活塞(4)的运动是绕销钉(11)进行的圆周摆动，气缸(3)的内壁也是按活塞圆周摆动的轨迹设计的，气缸(3)的孔径和活塞(4)的形状可以是圆形、椭圆形或者方形，活塞(4)的上端面呈圆弧面，圆弧面的圆弧与转子主体(2)的圆环形的圆环呈同心圆设计。

3.根据权利要求2所述的摆动活塞式转子发动机，其特征在于：转子(2)上的气缸(3)和与之配套的活塞机构不少于两组，气缸(3)和活塞机构设计在转子(2)的内侧，其排布不超过转子(2)圆周的一半。

4.根据权利要求3所述的摆动活塞式转子发动机，其特征在于：外壳(1)和转子(2)的两侧面上设计有润滑油通孔(14)，外壳(1)和转子(2)之间安装有轴承(25)。

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