CN102269054B - 一种转子发动机壳体及转子发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子发动机壳体及转子发动机。转子发动机壳体包括一端封闭的气缸和与气缸另一端相固定的曲轴箱，气缸内壁围成的空间为缸筒，壳体上设置连通壳体的缸筒的进气通路和排气通路，排气通路设置在气缸侧壁上并贯穿气缸侧壁，其内开口与气缸的封闭端之间具有预定的距离；进气通路包括设置在气缸内侧壁上的进气孔和设置在曲轴箱侧壁内的进气槽，进气通路连通气缸缸筒内的空间和曲轴箱内的空间。采用上述壳体的转子发动机可以减小离心力对转子发动机的不利影响，即减小了对转子发动机转速的限制，为进一步提高转子发动机的能效和功率，发挥转子发动机高转速的优点提供前提。

Description

一种转子发动机壳体及转子发动机

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别是涉及一种转子发动机壳体及转子发动机。

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；三角转子发动机虽然已经在市场应用，但应用的范围还十分有限。瑞士专利文献CH71501公开了一种转子发动机，请参考图1，该图是瑞士专利文献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内形成缸筒11，在壳体10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，所述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，为了保持有效进气量，就需要对壳体的旋转速度进行限制；对壳体旋转速度的限制就限制了转子发动机的输出转速，无法发挥转子发动机的优势。

因此，如何减小离心力对转子发动机的不利影响，以提高转子发动机的能效和功率是当前首要解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于，提供一种转子发动机壳体，以减小离心力对转子发动机的不利影响，提高转子发动机的能效和功率。

在提供转子发动机壳体的基础上，本发明的第二个目的在于，提供一种转子发动机

为了实现上述第一个目的，本发明提供的转子发动机壳体包括一端封闭的气缸和与所述气缸另一端相固定的曲轴箱，所述气缸内壁围成的空间为缸筒，所述壳体上设置连通壳体的缸筒的进气通路和排气通路，

所述排气通路设置在所述气缸侧壁上并贯穿所述气缸侧壁，其内开口与所述气缸的封闭端之间具有预定的距离。

优选地，所述进气通路包括设置在所述气缸内侧壁上的进气孔和设置在所述曲轴箱侧壁内的进气槽，所述进气通路连通所述气缸缸筒内的空间和曲轴箱内的空间。

优选地，该转子发动机壳体包括两个所述气缸，且两个所述气缸均与一个所述曲轴箱固定，且相对于该曲轴箱对称分布。

优选地，所述排气通路延伸方向与所述缸筒的轴线相垂直。

优选地，所述壳体具有多个所述进气通路。

优选地，多个所述进气通路均匀分布在所述缸筒的轴线四周。

优选地，所述气缸外壁上具有向外延伸的散热片。

优选地，所述散热片为板状结构，且其延展平面与所述缸筒的轴线相平行。

优选地，所述曲轴箱外壁上具有向外延伸的散热片。

优选地，所述排气通路的内开口与所述气缸封闭端之间的最小距离小于所述进气孔的内开口与所述气缸封闭端之间的最小距离。

为了实现上述第二个目的，本发明提供的转子发动机包括曲轴、活塞和如上所述的壳体；

其中：所述壳体可旋转地安装在定子部分上，所述曲轴的主轴颈可旋转地安装在定子部分上，所述壳体相对于定子部分的旋转轴线与曲轴的主轴颈的轴线平行；

所述曲轴包括主轴颈和曲柄销；所述主轴颈与曲轴箱还分别设置有外齿轮与齿圈，所述外齿轮与齿圈相啮合；

所述活塞包括活塞体和连杆，所述连杆一端与曲柄销相连，另一端与活塞体相连，所述活塞体与所述缸筒相配合。

与现有技术相比，本发明提供的转子发动机的壳体中，所述排气通路位于气缸的侧壁上，且所述排气通路的内开口与所述气缸封闭端之间具有预定的距离，即在排气通路的内开口与气缸的燃烧室之间具有预定的距离，所以在转子发动机工作时，即使壳体高速旋转，气缸缸筒内的至少一部分空气不在会离心力作用下通过排气通路向外流出，进而能够保证转子发动机具有足够的进气量。同时，由设置在气缸内侧壁的进气孔和设置在气缸侧壁内的进气槽组成的进气通路将缸筒与曲轴箱的空间相连通，也可以避免在离心力作用下增加进气阻力，并且还可以利用气缸壁对新鲜空气进行预热。因此采用上述壳体的转子发动机可以减小离心力对转子发动机的不利影响，即减小了对转子发动机转速的限制，为进一步提高转子发动机的能效和功率，发挥转子发动机高转速的优点提供前提。

另外，由于排气通路的内开口与缸筒的最顶部之间的最小距离小于进气孔的内开口与缸筒的最顶部之间的最小距离，所以采用上述壳体的转子发动机在工作中，当活塞向下移动进入排气阶段时，燃烧室首先与排气通路相通，高温高压气可以通过排气通路排出；并且在活塞继续向下移动，燃烧室与进气孔相通时，燃烧室内的高温高压气体压力已经减小。这样不仅可以避免缸筒内高温高压气体通过进气孔进入进气通路中，进而避免高温高压气体点燃进气通路内的可燃气体，还可以为可燃气体进入燃烧室提供便利。

此外，本发明提供的转子发动机的壳体中，将进气通路的进气孔和排气通路设置在气缸的侧壁上，这样就可以将位于气缸端部的配气机构转移到侧面的位置，即可以减小发动机壳体的整体半径，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。

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结构示意图；

图3是图2中A-A剖视图；

图4是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；

图6是图5中，气缸的轴侧图；

图7是图5中，曲轴的剖视结构示意图；

图8是图5中，活塞连杆总成的轴侧图；

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，配气盘的主视图。

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，对其转子发动机壳体进行描述，不再单独对转子发动机壳体进行描述。

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，其中：两个气缸210固定在曲轴箱220上，并且相对于曲轴箱220对称分布，构成了转子发动机的壳体。

结合图5，并参考图6，图6是图5中气缸的轴侧图。气缸220的一端封闭，另一端与曲轴箱220固定，气缸210内壁围成的空间为缸筒。如图5所示，在气缸210的侧壁上设置有排气通路211，排气通路211贯穿气缸210的侧壁，并且其内开口与缸筒的最顶部的封闭端之间具有预定的距离h，该预定距离h的大小可以根据进气压力、额定工况及额定功率等因素来确定；在优选的技术方案中，排气通路211为直孔，并且其延伸方向与气缸210缸筒的轴线相垂直。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。

转子发动机壳体中的曲轴箱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内设置有齿圈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平行且不重合，二者之间具有预定的距离。

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的侧壁上还设置有进气槽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，该进气通路可以连通气缸210缸筒内的空间和曲轴箱220内的空间。在本发明实施例中，进气通路为两个，即气缸210上设置有两个进气孔212，曲轴箱220上设置有两个进气槽223，并且两个进气通路均匀分布在气缸210缸筒的轴线四周。此外，本领域普通技术人员应该知道，进气通路设置为两个只是本申请提供的一个实施例，在其他实施例中，进气通路还可以设置为多个，进气通路的个数不应构成对本发明的限制。

本发明实施例提供的转子发动机与现有的转子发动机的驱动原理相同，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。通过适当设置排气通路211内开口与进气孔内开口212a之间的关系及配气相位，也可以将转子发动机设置为四冲程发动机，以适应实际需要。

此外，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。

本例中，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，即利用活塞体241的运动控制进气通路的开启或关闭。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的内开口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，本发明实施例采用另一种配气控制机构。

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为环形结构，在盘面上设置有预定角度的、弧形的配气孔111。如图3所示，配气盘110安装在定子部分100上，配气盘110中心线与转子部分200的旋转轴线O1重合。排气通路211的外开口与配气孔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。

另外，控制和调整转子发动机排气相位或/和进气相位不限于上述结构，还可以利用现有的电子控制、机构控制等其他方式进行控制和调整。当然，排气通路211的延伸方向不限于与气缸210缸筒的轴线相垂直，也可以与气缸210缸筒的轴线平行，还可以根据实际情况设置，使其向在其他预定方向延伸，还可以根据实际情况需要，设置为特定结构的通路。

本例中，活塞体241与连杆242保持相对固定，保持相对固定可以通过适当的可拆卸机构连接，也可以通过铆接、焊接等方式固定，还可以使二者一体成形。使活塞体241与连杆242保持相对固定时，活塞体241与连杆242不需要通过铰接轴和铰接座进行铰接，这样不仅可以减少转子部分200的零件数量，方便转子部分200的组装和调试；更重要的是：与现有活塞式发动机中的活塞相比，由于连杆242与活塞体241之间不需要铰接销和铰接座，可以避免铰接销和铰接座膨胀而产生的活塞体241变形问题，进而可以将活塞体241做成横向截面为圆形的结构，所述横向截面为与活塞体241往复运动的方向垂直的截面。这样还可以方便活塞体241的加工，有利用保证活塞体241的加工精度，保证活塞体241与缸筒之间的配合关系。

本例中，使两个活塞240的连杆242相对固定。该结构的益处在于，可以进一步的简化转子发动机的结构，提高活塞240的工作可靠性，减小工作过程中产生的振动，且可以方便转子发动机的安装与调试。

为了更好地发挥转子发动机的高转速的优点，还可以通过调整壳体与曲轴230之间的传动比，改变曲轴230的输出转速。本例中，壳体与曲轴230之间的传动比为1∶2时，即壳体旋转一圈，曲轴230旋转2圈，同时，使曲柄销232的偏心距为与该曲柄销相连的活塞240在缸筒中的行程的1/4到1/2；所述行程为活塞240在预定缸筒中上止点与下止点之间的距离。还可以根据实际情况，通过改变外齿轮234与齿圈224之间的传动比使壳体与曲轴230之间具有合适的转速比，并使曲柄销232的偏心距和与曲柄销232相连的活塞240相对于气缸210行程之间具有适当的比例关系；通过有限次实验或模拟计算，可以获得合适的传动比和偏心距；其中，壳体与曲轴240之间的传动比越大，偏心距越大，优选曲柄销的偏心距为相对应活塞240在缸筒中行程的1/4到1/2。

本发明实施例中，排气通路211的内开口与缸筒的最顶部封闭端之间的最小距离小于进气通路的内开口与缸筒的最顶部封闭端之间的最小距离，即相对于进气通路的内开口，排气通路211的内开口的位置更靠近于活塞体241的上止点。在活塞240向下移动，排气阶段开始时，燃烧室首先与排气通路211相通，高温高压气通过排气通路211排出；在活塞240继续向下移动，燃烧室与进气通路相通时，高温高压气体压力已经减小。这样不仅可以避免燃烧室内高温高压气体通过进气通路进入进气通路中，进而可以避免点燃进气通路内的可燃气体，还可以为可燃气体进入燃烧室提供便利。

同时，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。

另外，为了更进一步的提高转子发动机的进气量和功率，本发明提供的转子发动机中还设置有增压装置，以增加进气通道的进气压力；该增压装置设置于转子发动机的进气通道中，进气通道与曲轴箱220内空间相通。这样可以提高转子发动机的进气量，提高该发动机的功率。进气通道可以设置在定子部分100中，且可以在定子部分100与曲轴箱220之间设置旋转密封装置，以保证进气通道与曲轴箱220内空间的顺畅相通。

经过上述技术手段的结合，本发明实施例提供的转子发动机的输出转速可以大幅提高，其曲轴230转速可以达到15000转/分。另外，为了充分利用转子发动机转子部分200的旋转运动，本发明实施例中，在所述壳体外壁面设置有向外延伸的散热片；这样，在转子部分200的壳体相对于定子部分100旋转时，就会相对于空气运动，使空气相对于散热片流动，为空气与壳体之间的热交换提供便利，提高壳体的散热效果。与现有的风冷和水冷方式相比，本发明实施例提供的转子发动机仅设置相应的散热片就可以实现散热的目的，不仅能够大大简化转子发动机的结构，还可以降低转子发动机的运行成本，提高运行可靠性。

进一步地，为了增加壳体与空气之间的接触面积，增加气缸的刚性，提高气缸内部镜面的负载能力，还可以使所述散热片为板状结构，并且气缸外侧的散热片的延展平面与所述气缸缸筒的轴线平行，即在转子发动机进行运转时，使空气更好地通过散热片之间的空隙，减小转子部分的旋转阻力。

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 (10)

1.一种转子发动机壳体，包括一端封闭的气缸和与所述气缸另一端相固定的曲轴箱，所述气缸内壁围成的空间为缸筒，所述壳体上设置连通壳体的缸筒的进气通路和排气通路，其特征在于，

所述排气通路设置在所述气缸侧壁上并贯穿所述气缸侧壁，其内开口与所述气缸的封闭端之间具有预定的距离；

所述进气通路包括设置在所述气缸内侧壁上的进气孔和设置在所述曲轴箱侧壁内的进气槽，所述进气通路连通所述气缸缸筒内的空间和曲轴箱内的空间。

2.根据权利要求1所述的转子发动机壳体，其特征在于，包括两个所述气缸，且两个所述气缸均与一个所述曲轴箱固定，且相对于该曲轴箱对称分布。

3.根据权利要求2所述的转子发动机壳体，其特征在于，所述排气通路延伸方向与所述缸筒的轴线相垂直。

4.根据权利要求2所述的转子发动机壳体，其特征在于，所述壳体具有多个所述进气通路。

5.根据权利要求3所述的转子发动机壳体，其特征在于，多个所述进气通路均匀分布在所述缸筒的轴线四周。

6.根据权利要求2所述的转子发动机壳体，其特征在于，所述气缸外壁上具有向外延伸的散热片。

7.根据权利要求6所述的转子发动机壳体，其特征在于，所述散热片为板状结构，且其延展平面与所述缸筒的轴线相平行。

8.根据权利要求7所述的转子发动机壳体，其特征在于，所述曲轴箱外壁上具有向外延伸的散热片。

9.根据权利要求1-8任一项所述的转子发动机壳体，其特征在于，所述排气通路的内开口与所述气缸封闭端之间的最小距离小于所述进气孔的内开口与所述气缸封闭端之间的最小距离。

10.一种转子发动机，包括定子部分和转子部分，其特征在于，所述转子部分包括曲轴、活塞和权利要求1-9任一项所述的壳体；

其中：所述壳体可旋转地安装在定子部分上，所述曲轴的主轴颈可旋转地安装在定子部分上，所述壳体相对于定子部分的旋转轴线与曲轴的主轴颈的轴线平行；

所述曲轴包括主轴颈和曲柄销；所述主轴颈与曲轴箱还分别设置有外齿轮与齿圈，所述外齿轮与齿圈相啮合；

所述活塞包括活塞体和连杆，所述连杆一端与曲柄销相连，另一端与活塞体相连，所述活塞体与所述缸筒相配合。

Images