CN101865022A - 旋转发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机，尤其是一种旋转发动机，属于发动机技术邻域。提供一种能量损失较低、输出动力强大的发动机。旋转发动机，包括传动轴、套接在所述传动轴上的旋转活塞盘、支撑在所述传动轴上的外缸体以及燃烧室，所述燃烧室为由安装在外缸体上的活动封闭气门、位于旋转活塞盘外圆周上的活塞挡头以及位于活动封闭气门与活塞挡头之间的一段外缸体内壁和一段旋转活塞盘外壁构成的燃料在其内部燃烧时容积可变化的可封闭腔体。

Description

旋转发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，尤其是一种旋转发动机。

背景技术

内燃机结构的发动机是现有机械结构中，将化学能转化为机械能的主要设备，现有内燃机主要包括往复活塞式发动机、旋转活塞发动机和燃气轮机等。往复活塞式发动机是目前机械结构中主要采用的一种发动机，但由于其自身结构特点，使往复活塞式发动机的转矩、燃料的能量利用率等均不高，而且制造成本高、加工工艺难度大、噪音大、有害气体排放大等缺点。旋转活塞发动机是以汪克尔发明的三角旋转发动机为基础发展起来的，与活塞式内燃机相比，其体积小、功率大、重量轻，但由于其结构特点，其制造难度大、精度和材料要求高、故障率高、耐久性差、燃油利用率低等缺点，使其应用受到较大的限制。发明专利申请号为200810030021.2，发明名称为新型旋转活塞式发动机的专利文献公开了另一种结构的旋转发动机，这种结构的发动机将燃烧室设置在传动轴上的旋转装置上，汽油、柴油等化学物质在燃烧室内燃烧推动旋转装置转动，从而带动传动轴转动，将化学能转化为机械能。从该发明公布的资料可知，其工作的原理是：中温高压燃油在燃烧室燃烧爆炸，推动活塞移动给旋转飞轮一个反作用力来驱动传动轴转动，在此过程中势必损耗大量的能量，进而降低燃料的利用率，这样输出的动力就十分有限，在要求输出动力较大的设备中无法满足要求；另外，还必须设置至少一套中温高压燃油发生装置向燃烧室提供中温高压燃油，进而使整个结构十分复杂而庞大，不利于发动机的在应用设备中的布置，也会大量增加制造成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能量损失较低、输出动力强大的发动机，在相同气缸数量和相同气缸排量的情况下，本发明提供的旋转发动机比现有发动机的能量损失有明显降低，其输出动力大大提高。

解决上述技术问题的技术方案是：旋转发动机，包括传动轴、套接在所述传动轴上的旋转活塞盘、支撑在所述传动轴上的外缸体以及燃烧室，所述燃烧室为由安装在外缸体上的活动封闭气门、位于旋转活塞盘外圆周上的活塞挡头以及位于活动封闭气门与活塞挡头之间的一段外缸体内壁和一段旋转活塞盘外壁构成的燃料在其内部燃烧时容积可变化的可封闭腔体。

进一步的是，所述燃烧室为二至三个可多次点火，沿旋转活塞盘的外圆周均布。

进一步的是，在所述旋转活塞盘外侧的传动轴上设置有气体压缩装置，所述气体压缩装置的出口端与燃烧室的进气口相连通。

进一步的是，所述气体压缩装置至少两套，分别对称的布置在旋转活塞盘两侧的传动轴上。

进一步的是，所述每套气体压缩装置上设置有二至三组由缸套、连杆、活塞组成的气体压缩机构，所述每组气体压缩机构均可单独向燃烧室输入压缩气体；所述气体压缩机构连杆的一端与活塞相连，另一端与传动轴相连；所述二至三组气体压缩机构均布置在传动轴径向平面内的圆周上。

进一步的是，所述传动轴与气体压缩机构连接处设置有曲柄或偏心机构。

进一步的是，所述活塞挡头与旋转活塞盘为一个整体结构。

进一步的是，所述旋转活塞盘外侧的传动轴上设置有气体输送通道气门调节结构和活动封闭气门控制结构。

进一步的是，所述气体输送通道气门调节结构和活动封闭气门控制结构分别为设置在传动轴相邻横截面上的气门调节凸轮结构和活动封闭气门控制凸轮结构。

进一步的是，所述传动轴由左传动轴和右传动轴组成，所述左传动轴与所述右传动轴之间通过花轴连接。

本发明的有益效果是：本发明的旋转发动机的燃烧室为由安装在外缸体上的活动封闭气门、位于旋转活塞盘外圆周上的活塞挡头以及位于活动封闭气门与活塞挡头之间的一段外缸体内壁和一段旋转活塞盘外壁构成的在燃烧时容积可变化的可封闭腔体，当高压燃油输送到该腔体内点火燃烧爆炸后，压强处处相等，体积膨胀产生的力直接作用到活塞挡头上，推动活塞挡头绕传动轴转动，从而直接将化学能转化为传动轴上的机械能，能量损失小，作用到传动轴上的动力大；为了减小发动机的振动，所述的燃烧室为二至三个，沿旋转活塞盘的外圆周均布，这样使传动轴上受到的旋转力矩相对平衡，消除了非对称布置振动源，发动机工作时的振动非常小；进一步的为了使设备结构更加紧凑，在旋转活塞盘外侧的传轴上设置了气体压缩装置，该气体压缩装置随传动轴的转动向燃烧室提供压缩气体，并通过喷油嘴向燃烧室提供燃油从而实现燃烧的目的，所述的结构省去了发动机外部的中温高压燃油发生装置，使本发明的旋转发动机结构更加简单、紧凑。

附图说明

图1为本发明旋转发动机的装配示意图；

图2为本发明旋转发动机旋转活塞盘与外缸体装配的径向剖视图；

图3为本发明旋转发动机的传动轴结构示意图；

图4为本发明旋转发动机的旋转活塞盘主视图；

图5为本发明旋转发动机的气体压缩装置中的活塞、连杆连接布置示意图；

图6为本发明旋转发动机的缸套连接件剖视图；

图7为本发明旋转发动机气体压缩机构工作示意图。

图中标记为：旋转活塞盘1、燃烧室腔盖3、燃烧室4、活塞挡头41、活动封闭气门42、旋转活塞盘外壁43、外缸体内壁44、外钢体5、缸套8、活塞9、连杆10、曲轴11、左曲轴111、右曲轴112、曲柄113、气门调节凸轮结构114、活动封闭气门控制凸轮结构115、气门13。

具体实施方式

为了便于理解和描述的方便，先对本发明的旋转发动机的工作原理作一个概括的介绍：本发明的旋转发动机，是由气体压缩装置先将气体压缩变成高压气体后，再输送到位于旋转活盘外侧的燃烧室与输送到该燃烧室的燃料混合后，燃烧爆炸，带动旋转活塞盘转动，进而带动传动轴转动，达到将化学能转化为机械的目的。在一个工作循环中，先是左边的气体压装置将气体压缩并提供给燃烧室，相对应的右边的气体压缩装置处于进气过程中，为压缩做准备；当左边的气体压缩装置将压缩后的气体全部输送给燃烧室燃烧后即完成第一次点火燃烧，旋转活塞盘在燃料燃烧爆炸的动力作用下旋转，带动传动轴转动向外输出动力，同时使右边的气体压缩装置压缩气体并输送给燃烧室后燃烧即完成旋转一周的第二次点火燃烧，这个过程中左边的压缩装置又处于进气过程中，为下一个压缩做准备，依此类推便完成了本发明的旋转发动机的工作过程。上述一个循环中，是以左边的气体压缩装置为例先开始工作的，当然也可以以右边的气体压缩装置先开始工作作为一个工作循环；同时上述一个循环中，气体压缩装置为左右各只设置有一组气体压缩机构的情况，为了使所述发动机运行更平稳、振动更小，每套气体压缩装置中设置二至三组气体压缩机构，在旋转活塞盘外侧设置二至三个燃烧室，每次燃烧的燃烧室均为二个或三个并且沿旋转活塞盘外圆周均布，从而使旋转活塞盘每次受力都均衡而且二至三个燃烧室同时燃烧爆炸，产生的推动力更强大，实现了本发明提供强大动力发动机的目的。当然所述布置在旋转活塞盘外圆周上的燃烧室也不仅仅有两个或三个，根据需要也可以设置为三个以上，只需沿旋转活塞盘外圆周均布即可。

为了进一步的说明本发明的旋转发动机的结构和工作过程，下面接合附图进行进一步的说。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，是本发明提供的一种旋转发动机。所述的发动机，包括传动轴11、套接在所述传动轴11上的旋转活塞盘1、支撑在所述传动轴11上的外缸体5以及燃烧室4，所述燃烧室4为由安装在外缸体5上的活动封闭气门42、位于旋转活塞盘1外圆周上的活塞挡头41以及位于活动封闭片42与活塞挡头41之间的一段外缸体内壁44和一段旋转活塞盘外壁43构成的燃料在其内部燃烧时容积可变化的可封闭腔体。采用所述结构的燃烧室，当压缩气体与燃油的混合物在该燃烧室内燃烧爆炸后，气体膨胀的力直接作用到活塞挡头41上，推动活塞挡头41移动，进而推动旋转活塞盘1转动，给传动轴11施加一个力矩，使传动轴11转动，将化学能转化为传动轴11上的机械能，整个过程实现了能量的直接转化传递，作用力强大直接，能量损失小，燃料利用率高，输出力巨大。为了制作旋转活塞盘1的方便，所述的活塞挡头41可以单独制作完成后，再连接到旋转活塞盘1。由于燃料在燃烧室内燃料爆炸后的作用力特别大，而且是冲击力，所述结构活塞挡头41单独制作安装的结构，对连接处的连接件要求高，为了保证使用的周期和安全性，本发明所述活塞挡头41与旋转活塞盘1为一个整体结构。

上述结构的燃烧室4，在旋转活塞盘1外侧可以设置一个，也可以设置多个，当只设置一个燃烧室4时，压缩气体与燃油的混合物在该燃烧室4内燃烧爆炸后，产生的力在旋转活塞盘1上为单边作用力，其结果是使发动机的振动增大，在机械结构的运行中，振动是危害很大的一种工况。为了减小设备在运行中的振动，本发明所述燃烧室4为二至三个，沿旋转活塞盘1的外圆周均布。压缩气体与燃油的混合物同时在每一个燃烧室4内燃烧爆炸，产生二或三个均布在旋转活塞盘1外圆周的作用力，作用到旋转活塞盘1的外圆周上，使旋转活塞盘1所受的驱动力处于平衡状态，消除了产生振动的根源，使所述发动机的振动减小到最小，进而减小因振给机械结构设备运行带来的众多不利因素，达到减小噪音、延长使用受命、减少维修次数的作用。

从上这结构中可以知道，燃烧室4内用于燃烧爆炸的压缩气体是从外部输入的，这样为了给燃烧室4提供压缩气体，势必将在发动机结构外设置一个高压气体压缩装置或者高压气体储存装置，这样将使整个发动机的结构复杂、体积庞大，对发动机在设备中的安装布置十分不利，同时也会增加发动机的制造成本。为了使本发明的发动机的结构更加简单、体积更加小巧，便于制造和安装，在所述旋转活塞盘1外侧的传动轴11上设置有气体压缩装置，所述气体压缩装置的出口端与燃烧室的进气口相连通；所述气体压缩装置至少两套，分别对称的布置在旋转活塞盘1两侧的传动轴11上；所述每套气体压缩装置上设置有二至三组由缸套8、连杆10、活塞9组成的气体压缩机构，所述每组气体压缩机构均可单独向燃烧室4输入压缩气体；所述气体压缩机构连杆10的一端与活塞9相连，另一端与传动轴11相连；所述二至三组气体压缩机构均布置在传动轴11径向平面内的圆周上。密闭所述进气口的燃烧室腔盖3设置在构成燃烧室4的那一段外缸体侧壁上，通过所述的气体压缩装，随传动轴的转动带动气体压缩机构运转向燃烧室4提供压缩空气，再与从喷油嘴喷入的燃料混合燃烧爆炸，完成将化学能转化为机械的过程。当旋转活塞盘1外侧只设置一个燃烧室时4时，可以只在旋转活塞盘1一侧的传动轴11上设置一套该气体压缩装置，每组压缩装置中可以只设置一组由缸套8、连杆10、活塞9组成的气体压缩机构，这时旋转活塞盘旋转一周，点火一次，在小动力要求时可以满足使用要求；当要求较大动力时，旋转活塞盘1旋转一周，点一次火显然无法满足要求，此时可以在旋转活塞盘1两侧的传动轴11上各设置一套该气体压缩装置，每组压缩装置中只设置一组由缸套8、连杆10、活塞9组成的气体压缩机构，此时旋转活塞盘1旋转一周，点两次火，输出动力便增加一倍，但旋转活塞盘1始终还是半边受力，因旋转活塞盘1半边受力时发动机振动较大，对设备的长期运行极端不利，所以本发明的最佳结构便是，在旋转活塞盘1两侧的传动轴11上各至少设置一套所述的气体压缩装置，而且每套气体压缩装置中设置二至三组气体压缩机构，为了方便安装布置，将所述缸套8通过连接件15连接成一个整体，同时每一套气体压缩装置的各件连杆10与传动轴11连接的一端通过一个连接环连为一个整体后，再与传动轴11连接，如图1、图5、图6、图7所示。同样根据图1、图5、图6、图7的结构可知，传动轴11旋转一周，每一组气体压缩机构工作一次，以在旋转活塞盘1两侧的传动轴11上各设置一套气体压缩装置，每套装置中布置两组气体压缩机构为例，此时旋转活塞盘1外侧布置为两个燃烧室4，当上方的气体压缩机构处于压缩并向燃烧室4输送气体的过程中，下方的气体压缩机构则处于进气过程中，随传动轴11的转动，上方的气体压缩机构输气完成并转入进气过程，下方的气体压缩机构开始压缩气体完成后转入向燃烧室4输送气体的过程，如此往复循环，当传动轴旋转一周，两组气体压缩机构各完成一次气体压缩并向燃烧室4输送压缩气体的过程，左右两则相互配合，并可以向燃烧室4输送四次压缩气体，燃烧室4点火燃烧爆炸4次，这种结构适用于要求输出动力较大的工况条件。如果每套气体压缩装置上布置的是三组气体压缩机构，则对应的旋转活塞盘1外侧布置为三个燃烧室4，传动轴11旋转一周点6次，对外提供的动力更大。从上述的描述可知，所述传动轴11与气体压缩机构连接处设置有曲柄113或偏心机构，通过曲柄113或偏心机构实现上述的气体压缩输送功能。所述的曲柄113与现有技术中发动机曲轴上的曲柄结构相同。

如前所述，本发明的旋转发动机的燃烧室4由安装在外缸体5上的活动封闭气门42、位于旋转活塞盘1外圆周上的活塞挡头41以及位于活动封闭气门42与活塞挡头41之间的一段外缸体内壁44和一段旋转活塞盘外壁43构成的可封闭腔体，当燃料及压缩气体的混合物在燃烧室4内燃烧爆炸后，活动封闭片42必须处于关闭位置，即处于封闭腔体位置，而气体压缩机构在气体还没有压缩到需要的压力值时，气体输入通道的气门13也必须关闭；当爆炸气体膨胀完成以及气体被压缩到需要的压力值后，进入下一个工作环循，这时活动封闭气门42必须处于打开位置，旋转活塞盘1转过活动封闭气门42后再形成燃烧室4封密腔体，此时活动封闭气门42又必须关闭，同时气体输入通道上的气门13再打开，这个过程的配合必须严密，故所述旋转活塞盘1外侧的传动轴11上设置有气体输送通道气门调节结构和活动封闭气门控制结构；所述气体输送通道气门调节结构和活动封闭气门控制结构分别为设置在传动轴11相邻横截面上的气门调节凸轮结构114和活动封闭气门控制凸轮结构115。当然所述的气体输送通道气门调节结构和活动封闭气门控制结构也可以设置为各自独立，但两者之间的协调配合较难实现统一，故而造成很高的故障率。

根据本发明的发动机的结构，由于传动轴11上设置有气门调节凸轮结构114和活动封闭气门控制凸轮结构115以及带动气体压缩机构的曲柄113或偏心机构，而旋转活塞盘1又是套接在所述的传动轴11上的，如果传动轴11制作成整体结构，则旋转活塞盘1的与传动轴11的套接处必须有避开所述凸轮结构和曲柄113或偏心机构的较大的孔，套接安装完成后再用零件封闭，安装结构复杂，而且旋转活塞盘1强度会大大减弱，为此本发明所述传动轴11由左传动轴111和右传动轴112组成，所述左传动轴111与所述右传动轴112之间通过花轴连接。采用这种结构后，便不再需要在旋转活塞盘1上设置避开所述凸轮结构114和曲柄113或偏心机构的大孔，安装方便、旋转活塞盘1结构强好。

Claims (10)

1.旋转发动机，包括传动轴(11)、套接在所述传动轴(11)上的旋转活塞盘(1)、支撑在所述传动轴(11)上的外缸体(5)以及燃烧室(4)，其特征在于：所述燃烧室(4)为由安装在外缸体(5)上的活动封闭气门(42)、位于旋转活塞盘(1)外圆周上的活塞挡头(41)以及位于活动封闭气门(42)与活塞挡头(41)之间的一段外缸体内壁(44)和一段旋转活塞盘外壁(43)构成的燃料其内部燃烧时容积可变化的可封闭腔体。

2.根据权利要求1所述的旋转发动机，其特征在于：所述燃烧室(4)为二至三个，沿旋转活塞盘(1)的外圆周均布。

3.根据权利要求1所述的旋转发动机，其特征在于：在所述旋转活塞盘(1)外侧的传动轴(11)上设置有气体压缩装置，所述气体压缩装置的出口端与燃烧室的进气口相连通。

4.根据权利要求3所述的旋转发动机，其特征在于：所述气体压缩装置至少两套，分别对称的布置在旋转活塞盘(1)两侧的传动轴(11)上。

5.根据权利要求4所述的旋转发动机，其特征在于：所述每套气体压缩装置上设置有二至三组由缸套(8)、连杆(10)、活塞(9)组成的气体压缩机构，所述每组气体压缩机构均可单独向燃烧室(4)输入压缩气体；所述气体压缩机构连杆(10)的一端与活塞(9)相连，另一端与传动轴(11)相连；所述二至三组气体压缩机构均布置在传动轴(11)径向平面内的圆周上。

6.根据权利要求5所述的旋转发动机，其特征在于：所述传动轴(11)与气体压缩机构连接处设置有曲柄(113)或偏心机构。

7.根据权利要求1～6中任一顶所述的旋转发动机，其特征在于：所述活塞挡头(41)与旋转活塞盘(1)为一个整体结构。

8.根据权利要求7所述的旋转发动机，其特征在于：所述旋转活塞盘(1)外侧的传动轴(11)上设置有气体输送通道气门调节结构和活动封闭气门控制结构。

9.根据权利要求8所述的旋转发动机，其特征在于：所述气体输送通道气门调节结构和活动封闭气门控制结构分别为设置在所述传动轴(11)相邻横截面上的气门调节凸轮结构(114)和活动封闭气门控制凸轮结构(115)。

10.根据权利要求8或9所述的旋转发动机，其特征在于：所述传动轴(11)由左传动轴(111)和右传动轴(112)组成，所述左传动轴(111)与所述右传动轴(112)之间通过花轴连接。

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