CN102269049B - 一种转子发动机及其配气机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于转子发动机的配气机构，该配气机构安装在转子发动机上，所述配气机构具有预定角度的、与进气通道或/和排气通道相通的配气孔。通过配气机构上配气孔与进气通道或/和排气通道的开口位置配合，控制进(排)气相位角；这样能够准确控制转子发动机的进(排)气相位角，为进一步的提高转子发动机的转速和功率提供良好前提；同时，与传统的配气传动机构相比，所述配气机构更加简单，可靠性更高，且调整更加方便。本发明还提供了具有上述配气机构的转子发动机。

Description

一种转子发动机及其配气机构

技术领域

本发明涉及一种发动机技术，特别涉及一种转子发动机的配气机构，还涉及一种包括该配气机构的转子发动机。

背景技术

目前，已经公开了多种类型和结构的发动机。其中，活塞式发动机的技术最为成熟，应用最为广泛；三角发动机虽然已经在市场应用，但应用的范围还十分有限。

请参考图1，该图示出了瑞士专利文献CH71501公开的转子发动机的结构原理图。该转子发动机包括定子部分（图中未示出）和转子部分，转子部分包括壳体10、曲轴20和两个活塞，壳体10可旋转地安装在定子部分上，壳体10的旋转轴线为O1。壳体10包括气缸和与气缸相连的曲轴箱，气缸包括气缸体和气缸盖，并形成一体结构；气缸内形成预定的缸筒11。在气缸的壳体10上设置有进气通路和排气通路。并在排气通路外端部设置有排气门；与排气门相对应，还设置相应的挺杆、摇臂等配气传动机构。曲轴20包括主轴颈和曲柄销，主轴颈可旋转地安装在定子部分上；主轴颈上还设置外齿轮，壳体10设置有与该外齿轮相啮合的齿圈；主轴颈的轴线O2与上述旋转轴线O1保持平行，且二者之间具有预定距离，使壳体10和曲轴20绕不同的轴线旋转。活塞包括活塞体31和连杆32，连杆32一端与活塞体31相连，另一端与曲轴20的曲柄销相连。

上述转子发动机的工作原理是：在进气冲程中，相对于壳体10，活塞体31从上向下移动时（以图1为参照），进气门打开，新鲜空气通过进气门进入缸筒11中；压缩冲程中，活塞体31从下向上移动，进气门和排气门关闭，将空气压缩；在作功冲程中，燃料燃烧作功，驱动活塞体31向下移动，活塞体31再通过连杆32驱动曲轴20绕其主轴颈的轴线O2旋转；在排气冲程中，活塞体31从下向上移动，排气门打开，燃烧后的废气通过排气门排出。曲轴20在连杆32驱动下旋转时，通过端部的外齿轮和齿圈驱动壳体10以预定的速度绕旋转轴线O1旋转；壳体10的旋转速度低于曲轴20的旋转速度，并使曲轴20旋转速度与壳体10的旋转速度之间具有预定的比例。由于工作过程中壳体10保持旋转，该发动机称为转子发动机。

该转子发动机需要设置进气门和排气门，也造成其不可克服的不足。对于转子发动机来讲，其优势在于具有较高的输出转速；为了发挥其优势，在工作过程中，壳体需要保持高速旋转；壳体高速旋转会使缸筒内的空气会受到离心力作用；在排气门打开时，缸筒内的空气就会在离心力作用下向外甩出，使缸筒内形成一定的真空度，使缸筒11的有效进气量减少。基于上述原因，将进气通路和排气通路设置在气缸的侧壁中，可以将位于气缸端部的配气机构转移到侧面的位置，这样不仅可以减小转子部分的半径，还可以使得进气门和排气门所受的离心力减小，因此可以减少气缸的真空度，使缸筒11的有效进气量增加。

上述改进虽然能够减小离心力对转子发动机转速的限制，但使用传统的配气机构来实现配气时，需要摇臂、挺柱和凸轮的同时配合，需要的传动部件多，结构复杂，所以很难保证配气过程中的可靠性。

发明内容

因此，本发明的第一个目的在于，提供一种用于转子发动机的配气机构，以简化转子发动机的配气机构，提高转子发动机的可靠性。

本发明的第二个目的在于提供了一种包括该配气机构的转子发动机。

为了实现上述第一个目的，本发明提供的用于转子发动机的配气机构，所述转子发动机包括定子部分和转子部分，其中，所述转子部分包括壳体、曲轴和活塞，所述壳体包括气缸和与气缸相连的曲轴箱，所述气缸内形成缸筒；所述气缸的侧壁上设置连通缸筒的进气通路和排气通路，该配气机构安装在所述定子部分上，且所述配气机构安装在所述转子部分和所述定子部分之间；所述配气机构为具有中心孔的环状结构，在所述中心孔与外边缘之间具有贯通两侧面的配气孔；其中，所述配气孔具有预定角度，且所述配气孔与所述排气通道相通；所述中心孔的中心线与所述转子部分的旋转轴线重合。

可选的，所述配气机构至少一个侧面上设置有耐磨层。

可选的，所述配气孔为预定角度的、与所述排气通道的开口配合的通孔。

为了实现上述第二个目的，本发明提供的一种转子发动机，包括上述任一种用于转子发动机的配气机构；所述转子部分具有与所述配气机构外侧面相配合的、环状的配气面；所述排气通路的外开口位于该配气面上，该外开口与所述配气孔相对应。

可选的，在所述定子部分和所述配气机构之间设置有可沿配气机构中心线方向伸缩的弹性部件。

可选的，所述弹性部件为弹簧，也可以为其他弹性部件。

可选的，所述配气机构上开有第一环形凹槽，所述配气面上设置有第二环形凹槽，所述第一环形凹槽与第二环形槽同时与一个密封环相配合。

与现有技术相比，在壳体上设置配气机构，并在定子部分的相对应的部分设置与配气机构外侧面相配合的配气面，通过配气机构上配气孔与配气面上排气通路的外开口位置配合，控制排气管道与排气通路之间的连通时刻，控制转子发动机的进气相位角；这样能够准确控制转子发动机的进气相位角，为进一步的提高转子发动机的转速和功率提供良好前提；同时，与传统的配气传动机构相比，配气机构的结构更加简单，可靠性更高，且调整更加方便。

在进一步的技术方案中，配气机构至少一个侧面上设置有耐磨层，可以提高配气机构的耐磨性，延长配气机构的使用寿命。

在进一步的技术方案中，在定子部分和配气机构之间设置有可沿配气机构中心线方向伸缩的弹性部件，以及在配气机构上开有第一环形凹槽，在配气面上设置有与第一环形凹槽通过密封环相配合的第二环形凹槽，可以提高配气机构与外侧配合面的气密性。

附图说明

图1是瑞士专利文献CH71501公开的转子发动机的结构原理图；

图2是本发明实施例提供的转子发动机的主视结构示意图；

图3是图2中A-A剖视结构示意图；

图4是本发明实施例提供的转子发动机中，转子部分的主视结构示意图；

图5是图4中B-B剖视结构示意图；

图6是图5中，气缸的立体结构图；

图7是图5中，曲轴的剖视结构示意图；

图8是图5中，活塞总成的立体结构示意图；

图9是本发明实施例提供转子发动机中，转子部分的爆炸图；

图10是本发明实施例提供转子发动机中，配气盘的结构示意图；

图11示出了配气机构与定子部分一体成形时，转子发动机的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

为了描述的方便，以下在对转子发动机的整体结构进行描述的同时，对其转子部分进行描述，不再单独对其转子部分进行描述。

请参考图2和图3，图2是本发明实施例提供的转子发动机的结构示意图，图3是图2中A-A剖视图。实施例提供的转子发动机包括定子部分100和转子部分200，定子部分100与预定的基础固定，转子部分200可相对于定子部分100旋转。以下对转子部分200的结构进行详细描述。

请参考图4和图5，图4是本发明实施例提供的转子发动机中，转子部分的结构示意图，图5是图4中B-B剖视图。转子部分200包括两个气缸210、一个曲轴箱220、一个曲轴230和两个活塞240。

结合图5，并参考图6，图6是图5中气缸的轴侧图。气缸210内形成预定的缸筒。在气缸210的侧壁上设置有排气通路211。如图5所示，该排气通路211的内开口与缸筒的最顶部之间具有预定的距离h，距离h的大小可以根据进气压力，额定工况及额定功率等因素确定；优选的技术方案中，排气通路211为直孔，其延伸方向与后述曲轴230的主轴颈的轴线平行。气缸210侧壁上还设置有进气孔212，进气孔212的一个开口212a位于缸筒内壁面上，另一开口212b位于气缸210的端面上。

结合图5，并参考图7，图7是图5中曲轴的剖视结构示意图。本例中，曲轴230为组合式曲轴，包括两个主轴颈231和一个曲柄销232，曲柄销232两端分别安装在主轴颈231的两个曲柄233上，主轴颈231的轴线与曲柄销232的轴线平行，且两轴线之间具有相应的距离，即曲柄销232具有一定的偏心距。优选的技术方案中，为保证曲轴230的动平衡，在曲柄233相对称的一侧还设置有平衡块。另外，在一个主轴颈231上还设置有外齿轮234。

请再参考图8，图8是图5中活塞连杆总成的轴侧图。两个活塞240均包括活塞体241和连杆242；本例中，活塞体241与连杆242固定相连；而且，两个活塞240的两个连杆242也固定连接在一起，这样，两个活塞240就形成转子发动机的活塞连杆总成。两个活塞240的连杆242固定相连的端部相互扣合，形成一个与曲柄销232相配合的安装孔。

结合图3和图5，并参考图9，图9是本发明实施例提供转子发动机中，转子部分的爆炸图。

曲轴箱220两端与两个气缸210相连，形成转子部分的壳体。曲轴箱220两侧分别通过旋转组件与定子部分100可旋转相连，其旋转轴线为O1。本例中，曲轴箱220包括曲轴箱体221和飞轮盘222，曲轴箱体221和飞轮盘222通过可拆卸结构固定相连。在飞轮盘222内设置齿圈224。

两个活塞240的活塞体241分别与两个气缸210的缸筒相配合，在缸筒内壁与活塞体241顶面之间形成燃烧室；活塞连杆总成形成的安装孔与曲轴230的曲柄销232相连，使曲柄销232可以相对于连杆242及活塞连杆总成旋转。曲轴230的两个主轴颈231分别与定子部分100可旋转相连，主轴颈231的轴线为O2。上述旋转轴线O1与该轴线O2平行且具有预定的距离。

曲轴箱220上的齿圈224与主轴颈231上的外齿轮234相啮合。使齿圈224与外齿轮234保持啮合的目的在于：使曲轴230和壳体之间保持预定的转速比。本领域技术人员可以理解，使齿圈224与气缸210或壳体的其他部分保持相对固定，使壳体具有适当的齿圈，同样可以达到使曲轴230与壳体保持预定转速比的目的。

与气缸210侧壁上的进气孔212相对应，曲轴箱220上设置有进气槽223，该进气槽223与进气孔212的位于气缸210端面上的开口212b相对应，二者形成进气通路；该进气通路连通曲轴箱220内的空间与缸筒。

本发明实施例提供的转子发动机驱动原理为，即通过燃料燃烧作功，驱动活塞240驱动曲轴230旋转，通过曲轴230与壳体之间的外齿轮234和齿圈224使壳体与曲轴230之间以预定的转速比旋转。与现有的转子发动机的工作原理不相同的是：本发明实施例提供的转子发动机为二冲程工作的发动机。在第一冲程期间，完成进气和压缩过程，在第二冲程期间，完成作功和排气过程；该过程可以与现有的二冲程发动机的工作过程相同，在此不同赘述。

将排气通路211设置在气缸210的侧壁中，可以方便地将位于气缸210端部的配气机构转移到侧面的位置；这样可以减小转子部分200半径，从而有利于减小转子发动机的体积，方便转子发动机的安装与应用。

在整个工作过程中，进气通路与曲轴箱220内空间保持相通，进气通路与活塞体241顶侧燃烧室之间的通断根据活塞体241的位置确定。如图5所示，在上部活塞体241运动到与其相对的进气孔212的开口212a之上时，进气通路与燃烧室之间保持隔离，在上部活塞体241运动到进气孔212的开口212a最上部之下时，进气通路与燃烧室之间保持相通。当然，也可以使进气通路的开口位于气缸210或曲轴箱220外表面合适位置；进气通路不限于由进气孔和进气槽形成，也可以为其他具体结构，比如：可以仅在气缸210的侧壁中设置与曲轴箱220内空间相连通的孔，等等；还可以利用现有普通发动机的配气控制机构来控制进气相位及进气时间。

为了更好地发挥转子发动机的高转速优点，简化配气传动机构的结构，准确地控制转子发动机的排气相位，本发明实施例提供了一种配气机构。

请参考图10，图10是本发明实施例提供转子发动机中，配气盘110的主视图。配气盘110为具有中心孔的环形结构，在中心孔与外边缘之间具有贯通两侧面的，且具有预定角度的、弧形的配气孔111。当配气孔111为弧状长形孔时，其配气孔111的中心弧线的中心与所述中心孔的中心重合。如图3所示，配气盘110安装在定子部分100和转子部分200之间。

上述配气盘110可以安装在定子部分100上时，在转子部分200旋转方向上，使配气盘110与定子部分100保持相对固定；配气盘110的配气孔111与定子部分100的排气管道相通；转子部分200具有与配气盘110外侧面相配合的、环状的配气面；配气盘110中心孔的中心线与转子部分200的旋转轴线O1重合；排气通路211的外开口位于该配气面上，且该外开口与所述配气孔111相对应。即在转子部分200相对于定子部分100旋转过程中，气缸210上的排气通路211的外开口在预定角度内能够和配气盘110上的弧形的配气孔111相通，使排气通路211与转子发动机的排气管道相通。在工作过程中，可以通过调整配气盘110的配气孔111与定子部分100相对位置，使排气通路211与排气管道在预定时间内连通，调整该转子发动机的排气相位。当然，由于排气通路211的内开口与活塞体241顶侧的燃烧室之间通断还受到活塞体241位置的影响；因此，调整转子发动机的排气相位要综合配气盘110配气孔111的位置及活塞241的位置确定。

为了保证配气盘110在配气过程中的气密性，在定子部分100和配气盘之间设置有可沿配气盘110中心线方向伸缩的弹性部件，该弹性部件可以保证配气盘111和转子部分200的配气面保持预定的压力，保持充分接触，保证气密性，优选的弹性部件为弹簧，还可以在配气盘110和配气面上开有环形凹槽，同时在二者上的环形槽上安装有一个密封环以保证配气盘110在工作过程中的气密性。

另外，配气盘110还可以安装在转子部分200的壳体上；此时，排气通路211的外开口与配气盘110的配气孔111相对，定子部分100具有与配气盘110外侧面相配合的配气面，定子部分100的排气管道至少一部分开口位于配气面上，该开口与配气孔111相对应。此时，定子部分100包括定子本体和配气板，使配气板的外侧面形成所述配气面，配气板安装在定子本体上；定子本体和配气板之间可以设置沿所述配气盘110中心线方向伸缩的弹性部件，以保证配气盘110与配气板在工作过程中的气密性；当然，也可以在转子部分200和配气盘110之间设置有可沿轴向伸缩的弹性部件。

与现有技术相比，在壳体上设置配气盘，并在定子部分的相对应的部分设置与配气盘110外侧面相配合的配气面，通过配气盘110上配气孔111与配气面上排气通路的外开口位置配合，控制排气管道与排气通路之间的连通时刻，控制转子发动机的进气相位角；这样能够准确控制转子发动机的进气相位角，为进一步的提高转子发动机的转速和功率提供良好前提；同时，与传统的配气传动机构相比，配气盘的结构更加简单，可靠性更高，且调整更加方便。

在进一步的技术方案中，配气盘110外侧面，即在与耐磨面相配合的侧面上设置有耐磨层；这样可以提高配气盘110的耐磨性，延长配气盘110的使用寿命。为了便于加工，配气孔111可以为弧状长形孔，且弧状长形孔的中弧线的中心与配气盘的中心孔的中心重合，这样，也能够为实现排气开始与终了时的转换。

在进一步的技术方案中，在转子部分200和配气盘110之间设置有可沿配气盘中心线方向伸缩的弹性部件，以及在配气盘110上开有第一环形凹槽，在配气面上设置有与第一环形凹槽通过密封环相配合的第二环形凹槽，可以提高配气盘110的气密性。

本发明实施例中，由于采用的配气盘110，可以通过配气盘110控制排气通路211的状态。这样，在作功完成之后，活塞体241从上止点向下止点移动，即相对于气缸210向下移动时（以图5中上部活塞为参照），可以使排气开始的时刻早于进气开始的时刻，进行排气。附着活塞体241继续向下移动，进气通路和排气通路均与活塞体241顶侧的燃烧室相通，此时可以实现换气过程；换气过程中，活塞体241反向运动。换气过程持续预定时间后，可以通过配气盘110断开排气通路211与排气管连通，使排气通路211断开，进气继续进行，换气结束。活塞体241向上止点运动，直至活塞体241将进气通路与燃烧室隔离后，进气结束。这样，在保证排尽燃烧室内废气的前提下，在一个工作周期内，就可以使缸筒内气体流出的结束时刻早于气体流入的结束时刻，即使该气缸210的排气结束时间早于进气结束时间，减小新鲜空气流出的量，增加新鲜空气充入量，提高转子发动机的有效进气量，为提高转速和功率提供前提。

根据上述描述，可以理解，配气机构不限于为配气盘，还可以是其他具体结构，只要具有与进气通道或/和排气通道相通的配气孔，就可以满足配气需要；配气机构可以是单独的零部件，也可以与定子部分或转子部分一体成形，如图11所示，该图示出了配气机构与定子部分一体成形时，转子发动机的剖视结构示意图。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，比如说，可以使转子发动机包括更多个（对）气缸210及多个（对）活塞240，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于转子发动机的配气机构，所述转子发动机包括定子部分和转子部分，其中，所述转子部分包括壳体、曲轴和活塞，所述壳体包括气缸和与气缸相连的曲轴箱，所述气缸内形成缸筒；所述气缸的侧壁上设置连通缸筒的进气通路和排气通路，其特征在于，

该配气机构安装在所述定子部分上，且所述配气机构安装在所述转子部分和所述定子部分之间；

所述配气机构为具有中心孔的环状结构，在所述中心孔与外边缘之间具有贯通两侧面的配气孔；

其中，所述配气孔具有预定角度，且所述配气孔与所述排气通路相通；

所述中心孔的中心线与所述转子部分的旋转轴线重合。

2.根据权利要求1所述的配气机构，其特征在于，所述配气机构至少一个配合面上设置有耐磨层。

3.根据权利要求1或2所述的配气机构，其特征在于，所述配气孔为预定角度的、与所述排气通道的开口配合的通孔。

4.一种转子发动机，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的配气机构；所述转子部分具有与所述配气机构外侧面相配合的、环状的配气面；所述排气通路的外开口位于该配气面上，且该外开口与所述配气孔相对应。

5.根据权利要求4所述的转子发动机，其特征在于，在所述定子部分和所述配气机构之间设置有可沿配气机构中心线方向伸缩的弹性部件。

6.根据权利要求5所述的转子发动机，其特征在于，所述弹性部件为弹簧。

7.根据权利要求6所述的转子发动机，其特征在于，所述配气机构上开有第一环形凹槽，所述配气面上设置有第二环形凹槽，所述第一环形凹槽与第二环形槽同时与一个密封环相配合。

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