CN101680298A - 转子发动机 - Google Patents

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Abstract

一种转子发动机(1)，其特征在于，传动输出轴(30)由在汽缸(26)内进行的内燃提供动力来驱动活塞(50)和曲柄轴(70、80)带动与固定齿圈(88)啮合的驱动齿轮(10、12)反向转动，所述齿轮(10、12)的转动传递旋转运动到所述活塞(50)和所述汽缸(26)、所述齿轮箱基座(32)、所述齿轮(10、12)以及所述输出轴(30)。在各自的曲柄轴(70、80)上反向转动的所述齿轮(10、12)用于传递平衡动力。

Description

转子发动机
技术领域
本发明涉及内燃机，而且更具体地，涉及归类为转子发动机的发动机。
背景技术
传统的内燃机使用一个或者多个汽缸，在所述每个汽缸中由电火花或压缩触发的燃料燃烧产生的爆炸力驱动活塞来回往复运动。所述产生的外部动力用于驱动牵引中所用的轴，例如在机动车中，或者用于其他机械中的静态使用，或者用于产生更多动力，例如利用发电机。
已经有各种方案来改变这种操作方式，例如使用一个或多个安装于驱动轴上的特制形状的转子的汪克尔发动机(Wankel engine)，燃烧的燃料用于提供动力旋转所述转子来驱动所述轴。另一个转子发动机的例子用于第一次世界大战的一些早期军用飞机中，其特征在于，活塞套管驱动推进器，而不是曲柄轴本身。其他的转子发动机典型地试用于摩托车或者早期的公路车辆中。转子发动机的主要存在形式是所述的汪克尔发动机，该发动机的一款商业使用在马自达汽车中。
与传统内燃机相比，转子发动机的优势是能效比率的提高和平衡的改善。然而，成本是一个重要的因素，而且一般对于商业上生产的组件而言，复杂程度意味着高的生产成本，体现为高的销售价格。
因此，需要一种改进的转子发动机，具备与这种通用型发动机相关的优势，同时具备低的生产成本以及可负担的产品销售价格。
发明内容
因此，本发明的一个总的目的是提供一种改进了的转子发动机。
本发明的另一目的是提供一种具有独特的构造和操作元件、制造成本低廉的发动机，使得消费者能够以具有竞争力、可支付的价格得到保证可靠性和效率的发动机。
本发明的再一目的是提供一种基本为模块化构造的、从而方便更换和交换部件的转子发动机。此外，所述模块化构造使得动力火车的设计和功能更加多样化。
此外，本发明的一个重要目的是提供一种具有增强的平衡性、低摩擦以及低噪声输出的转子发动机。
根据本发明，一种转子发动机，其特征在于，汽缸套，在所述汽缸套内可轴向旋转的汽缸，位于所述汽缸顶部并随所述汽缸旋转的汽缸盖，位于所述汽缸盖内的至少一个孔口，固定于所述汽缸套并与所述汽缸盖套准以提供连接端口的阀块，可在所述汽缸内来回往复运动的活塞，至少两个可反向转动的曲柄轴，其中每个曲柄轴具有至少一个凸轮，连接于所述相应曲柄轴的每个凸轮以及所述活塞的连接杆件，连接于所述汽缸的齿轮箱基座，与每个曲柄轴刚性连接(rigidwith)、并可旋转式安装于所述基座内用于以相反方向旋转的小齿轮，连接于所述汽缸套的固定齿圈，每个小齿轮与所述齿圈啮合，以及连接到所述齿轮箱基座的输出轴。
简单起见，每个小齿轮均为锥齿轮，而且所述固定齿圈相应地为锥齿轮式。
提供位于远离所述阀块的所述汽缸套尾部的曲柄箱，所述曲柄轴和所述齿轮箱置于所述汽缸套内，而且所述齿圈固定于所述汽缸套和所述曲柄箱之间，延伸至所述曲柄箱的外围。
齿轮箱基座具有用于每个曲柄轴的轴承座圈以及用于所述输出轴的连接部件。
所述齿轮箱基座与齿轮箱托架连接形成所述远离所述阀块的所述汽缸尾部，使得在使用过程中，当所述齿轮在曲柄轴驱动下随着与所述固定齿圈啮合的齿轮转动时，所述汽缸和所述活塞绕其纵轴旋转
所述输出轴可以简单地连接到所述齿轮箱基座上或者，选择性地，可为所述输出轴提供行星齿轮。优选地，在所述齿轮箱基座内为所述输出轴提供合适的轴承座圈。
每个曲柄轴均可具有用于每个凸台的配重体。
所述汽缸盖具有合适的孔口，在使用中，所述孔口顺序与所述阀块中的相应入口和出口套准，所述汽缸相对于所述阀块转动，这样，根据所述内燃机为四冲程发动机还是二冲程发动机、按照合适的顺序进行所述套准。
通过阅读此处提供的结合附图的详细描述，本发明的其他目的和优势将变得明显。
附图说明
结合下述附图对该发明进行描述，本发明的其他方面和优势将得到更好的理解，其中不同图中所用的相同标记代表相同的部件，其中：
图1是根据本发明实施方式的转子发动机的侧视图，显示了位于其汽缸中下止点处的活塞；
图2是与图1对应的视图，显示了位于其汽缸中上止点处的活塞；
图3是图1和图2中所描述的转子发动机的外部透视图；
图4是活塞在下止点位置的转子发动机的旋转部件的横截面视图；
图5是位于下止点位置的所述两个曲柄轴的横截面视图；
图6是优选的驱动轴的类似于图5的横截面视图；
图7是位于其汽缸中的活塞的中间冲程的所述曲柄轴、连接杆件和驱动齿轮的视图；
图8是图9中沿B-B线的横截面视图；
图9是位于其汽缸中的活塞的中间冲程的具有连接杆件的所述活塞和曲柄轴的视图；
图10是位于中间冲程的所述活塞和曲柄装置的透视图；
图11-15是所述阀门布置的详细视图；
图11是图12沿A-A线的视图，显示了所述汽缸盖的尾部；
图12是所述阀块装置的视图；
图13是所述阀门布置和所述汽缸的分解视图；
图14是图15中沿C-C线的所述吸入口阀门布置和排出口阀门布置的视图；
图15是根据本发明的组装转子发动机的视图；
图16是所述装配有用于所述输出轴的行星齿轮箱的发动机的旋转部件透视图；
图17是与图16类似的视图，不同之处是其具有简单的输出轴布置。
具体实施方式
此处将参考附图描述本发明的优选实施方式，用于说明而不是限制的目的。
参考图1和图2，其中图1显示了根据本发明实施方式的转子发动机，包括汽缸套或发动机箱22，在其空腔部分容纳具有散热片85的可旋转式汽缸26，其紧密配合以保证所述汽缸26在所述空腔部分内的平滑旋转运动。所述汽缸26具有汽缸盖27，所述汽缸盖27具有合适的孔口28，如下所述。
曲柄箱24连接于所述汽缸套22，在其之间具有齿圈88，如图所示，而且提供了用于输出轴30的输出座圈31。
所述汽缸26在其位于远离所述汽缸盖27的尾端处构成齿轮箱托架29，所述齿轮箱托架29连接于齿轮箱托架基座32和曲柄轴外部支撑36，在所述齿轮箱托架29和所述齿轮箱托架基座32之间、以及所述曲柄轴70和80之间均具有轴承44。在图1和图2中，行星齿轮箱40在所述轴承44的区域连接到所述齿轮箱托架基座32，输出轴30在其相对内端具有用于与所述齿轮箱的其他齿轮啮合的齿60，所述轴30由所述齿轮箱40延伸而出。在其他实施方式中，如图6中的例子，在所述轴30与所述齿轮箱基座33之间设置简单连接，如机械接头，用于传递功率。
活塞50在所述汽缸26内来回往复运动，其限定了如图1所示的燃烧空间51。所述活塞50通过两个由各自的凸台延伸出来的连接杆件48、49由活塞销52所带动，或者由两个独立并反向转动的曲柄轴70、80带动的曲柄销45、47的作用所带动。每个所述轴70、80分别带动锥齿轮10、12，其与固定在所述汽缸套22和所述曲柄箱24之间的锥齿圈88依次啮合。所述轴70、80在曲柄轴支撑36中的轴承90、92中被驱动，而且被安装于所述轴承44中，具体如图7和图8所示。
图9具体描述了所述连接杆件48、49单独作用，并将所述反向旋转传递给所述各自的曲柄轴70、80。该图也示出了其活塞位于中间冲程位置的所述发动机，所述活塞具有所述连接杆件48、49使得所述活塞50和所述汽缸26的壁上的侧向加载大幅度减少(该图中未示出)。
图11至图15示出了构成所述发动机1的阀门布置的三个部件。图11示出了圆盘形式、随所述汽缸26的旋转而旋转的汽缸盖27，所述汽缸盖具有旨在与固定于所述汽缸套22一端的固定阀块78中合适的入口和出口按顺序套准的孔口28。所述阀块78包括至少两个(一个输出口和一个输入口，用于柴油机型发动机)、优选包括三个端口(一个入口、一个出口、一个点火装置，用于电火花点火型发动机)，如此处所示。虽然本发明实施方式涉及四冲程发动机，通过改变孔口28的数量，二冲程发动机也是可能的。
在图13-15中，而且更具体地，在图13中示出了本发明的所述阀门布置的分解视图，具体地，利用相应凹槽71中套准的环72、73、75和76提供完全的密封，所述凹槽71形成于所述阀块78周边各自的入口和出口，以及其内环和外环。虽然没有示出，通常会在其具有卷曲或者波浪弹片的基座内提供所述凹槽71，以保证提供合适的压力来在如所述阀块78和所述汽缸盖27之间构成充分有效的密封。此外，虽然不是必需，可从图13中看出，利用切口提供密封以保证所述阀块78的凹槽71内有效的密封。可以了解到，在使用过程中，接触到所述汽缸盖27的加工表面的是密封环。由图14可知，所述密封圈72、73、75、76对于所述汽缸盖27而言是偏心的，因而保证了所述汽缸盖27的孔口28在旋转过程中总是处于被包围的状态，也保证了所述密封环不会总是接触所述汽缸盖27内的相同部位。
在操作过程中，本发明的转子发动机1将被耦合到需要旋转动力的某类型的载荷。燃料通过合适的燃料分配器，如汽化器，供应给所述阀块78，火花点火器(未示出)用于为将要发生的点燃提供必要的启动，由此纵向驱动位于所述汽缸26中的所述活塞50。这样，所述曲柄轴70和80在连接杆件48和49上的活塞的推力作用下以相反的方向同步转动。所述曲柄轴70和80的旋转带动所述锥齿轮10和12反向旋转，而且通过与所述静态锥齿圈88的啮合，所述活塞50和所述汽缸26以及其他运动部件一起绕所述汽缸轴线(未示出)转动，这样所述齿轮箱托架29和所述齿轮箱基座32使得所述输出轴旋转以传递驱动到所述工作载荷(未示出)。所述连接杆件48和49的反向转动提供了一种平衡能量的传递，其最小化了振动以及由此产生的噪声。在图4、图5和图16中示出的所有部件在所述发动机1的操作过程中都将绕所述汽缸轴旋转；而且对于所述图6和图17中的实施方式而言也是如此。因此，此处公开的本发明的构造的优势为提高燃料燃烧效率。
在另一实施方式中(未示出)，所述密封环72、73、75、76可以由一个单独的密封环来替换，所述单独的密封环可与环绕所述汽缸盖孔口28的相应凹槽套准，而且与所述阀块28的加工表面密封接触。在这样的实施方式中，部件更少，而且当磨损时仅需由所述密封环来替换所述阀块28，而不需要替换汽缸盖27。
可以理解，也可以采纳多于一个汽缸的结构；然而应当保持利用一个汽缸所取得的平衡载荷。由于所述发动机基本为模块化，这些模块可以合适的方式组装以提供在任何给定环境中所需的能量。
尽管描述了本发明的所述转子发动机的具体实施方式，本领域技术人员将承认，在本发明的精神实质内可以进行多处替换。此处进行的描述仅是为了说明的目的，不是为了限制。

Claims (15)

1、一种转子发动机(1)，其特征在于，汽缸套(22)，在所述汽缸套(22)内能够轴向旋转的汽缸(26)，附于所述汽缸(26)的顶部并能够随其旋转的汽缸盖(27)，设置在所述汽缸盖(27)中的至少一个孔(28)，固定于所述汽缸套(22)、并与所述汽缸盖(27)套准以提供连接端口的阀块(78)，能够在所述汽缸(26)内来回往复运动的活塞(50)，至少两个能够朝相反方向转动的曲柄轴(70、80)，其中每个曲柄轴(70、80)均具有至少一个凸台(45、47)，连接到相应曲柄轴(70、80)的每个凸台(45、47)以及所述活塞(50)上的连接杆件(48、49)，连接到所述汽缸(26)的齿轮箱基座(32)，与每个曲柄轴(70、80)刚性连接、并旋转式安装在所述基座(32)上用于以相反方向旋转的小齿轮(10、12)，连接到所述汽缸套(22)的固定齿圈(88)，每个小齿轮(10、12)与所述齿圈(88)啮合，和连接到所述齿轮箱基座(32)上的输出轴(30)。
2、根据权利要求1所述的转子发动机，其特征在于，各小齿轮(10、12)为锥齿轮的形式，而且所述固定齿圈(88)也相应地为锥齿轮。
3、根据权利要求1或2所述的转子发动机，其特征在于，设置曲柄箱(24)，并将其连接到远离所述阀块(78)的所述汽缸套(22)。
4、根据上述任一项权利要求所述的转子发动机，其特征在于，所述齿轮箱基座(32)具有用于每个所述曲柄轴(70、80)的轴承座圈(44)。
5、根据权利要求4所述的转子发动机，其特征在于，所述齿轮箱基座(32)设置有用于所述输出轴(30)的连接部件。
6、根据权利要求4或5所述的转子发动机，其特征在于，所述齿轮箱基座(32)与齿轮箱托架(29)联结形成远离所述阀块(78)的所述汽缸(26)的尾部，使得在使用中，当曲柄轴(70、80)随着与所述固定齿圈(88)啮合的齿轮(10、12)驱动所述齿轮(10、12)旋转时，所述汽缸(26)和所述活塞(50)绕其纵向轴旋转。
7、根据权利要求4-6任一项所述的转子发动机，其特征在于，所述输出轴(30)通过单一的机械接头连接到所述齿轮箱基座(32)上。
8、根据权利要求4-6任一项所述的转子发动机，其特征在于，所述输出轴(30)通过行星齿轮装置(40)的作用力连接到所述齿轮箱基座(32)上。
9、根据上述任一项权利要求所述的转子发动机，其特征在于，所述阀块(78)设置有至少两个用于按顺序与所述汽缸盖(27)中的所述孔口(28)套准的端口。
10、根据权利要求9所述的转子发动机，其特征在于，所述汽缸盖(27)设置有适于容纳于所述孔口(28)周围形成的相应凹槽中的密封环。
11、根据权利要求9所述的转子发动机，其特征在于，所述阀块(78)设置有适于容纳于其入口和出口周围形成的相应凹槽(71)中的密封环(75、76)。
12、根据权利要求11所述的转子发动机，其特征在于，所述密封环(75、76)相对于所述汽缸盖(27)为偏心的。
13、根据权利要求10、11、12中的任一项所述的转子发动机，其特征在于，所述凹槽(71)设置有弹片。
14、根据上述任一项权利要求所述的转子发动机，其特征在于，所述汽缸(26)在其外部设置有散热片(85)。
15、根据上述任一项权利要求所述的转子发动机，其特征在于，所述发动机为火花点火式发动机，而且设置有用于触发所述汽缸(26)内的燃料燃烧的火花塞。
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