CN102282347B - 旋转活塞发动机 - Google Patents

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Abstract

公开了一种旋转活塞发动机，其包括缸体(1)、缸盖(15)、两组活塞(3A，4B)和离合器(10，42)其中两组活塞(3A，4B)分别设置在底座和活塞轮毂(63)的外径上，离合器包括安装在活塞轮毂内径中的单向超越离合器(10)和安装在活塞轮毂外侧面上的空心轴(32)内径中的可控单向超越离合器(42)，任意一组活塞旋转时，进气、压缩、做功和排气同时进行，一组活塞压缩行程结束时的位置在燃烧做功行程的另一组活塞的后部，从而缓和活塞旋转惯性力。该旋转活塞发动机的结构简单、紧凑并且可实现良好的蜜封性。

Description

旋转活塞发动机
技术领域：
本发明涉及一种内燃发动机，特别是涉及一种旋转活塞发动机。
背景技术：
现在国内外实用的内燃发动机主要有往复活塞式发动机和三角活塞旋转式发动机(简称转子发动机)往复活塞式发动机效率低只有40％左右而且比重量G/Ne高，升功率Ne/zVh低、排污多。转子发动机比往复活塞式发动机G/Ne低等好处可是密封不好，压缩比不能高因此到现在为止没能做成柴油发动机，同排量时输出扭矩小，使用性能不如往复活塞式发动机，因此没有普及使用。为克服上述缺点前人们发明了多种旋转活塞式发动机可是都没有实用，因为活塞走、停、走的结构时惯性力和活塞和主轴的接合与分离问题和要得到可变容积工作室时消耗能量即效率降低、结构复杂。
发明内容：
本发明的旋转活塞发动机主要结构是由密封的缸体内里交叉安放翼状的两组活塞、主轴和离合器、离合器拔爪的拔动部件和制动器组成。
两组活塞轮毂上各连接空心轴，空心轴内径里安装可控单向超越离合器，此离合器内径里安装主轴，两个活塞上的空心轴和主轴的轴线是同一线，主轴连续旋转时两个活塞轴是各自独立圆周角度旋转，轮流与主轴接合旋转或分离停止。
一组活塞停止时缸体内空间隔离成两个以上的封闭空间，在此空间内另一组活塞与主轴接合角度旋转工作进气、压缩、做功、排气同时进行做功完的活塞组停止时的旋转惯性力是下一次另一组活塞做功时的燃烧压力来消除。
上述结构使活塞没有对缸体冲击力，密封性好、整机振动小、总容积与排量之比高，而且离合器和制动器组成走、停、走的结构是解决了活塞停止时与主轴分离问题，因此能制造性能更好的旋转活塞发动机。
先说明柴油旋转活塞发动机的工作原理。
柴油旋转活塞发动机的结构是图1所示缸体1内A组活塞3此活塞轮毂上有翼状的A1和A3活塞，B组活塞4此活塞轮毂上有翼状的B2和B4活塞，A、B活塞组互相交叉安放在缸体内只能在两个活塞之内角度旋转不能超越而且一组活塞与主轴接合旋转时另一组活塞与主轴分离就是作间歇旋转。
单向超越离合器10是外环主动(活塞侧)内环从动(主轴2)的，安装在活塞轮毂内，另有可控单向超越离合器42是外环从动(活塞侧)内环主动(主轴2)的，安装在活塞空心轴内径里，就是A，B活塞组各安装一个单向超越离合器和一个可控单向超越离合器，A、B每组活塞空心轴上各连接制动器。
进气行程a：起动机将主轴2转动其转矩通过A组活塞侧的可控单向超越离合器来转动A组活塞，此时A1活塞后部产生负压吸气，空气经进气口5进缸体内A1活塞前部旋转到喷油器8位置时可控单向超越离合器42的拔爪拔动离合器内外环脱离使A组活塞与主轴2分离，同时A组活塞侧制动轮制动使活塞停止旋转而且不能反转只能正转转到一个活塞端面弧长距离进气行程终了。
压缩行程b：A组活塞停止的同时B组活塞侧可控单向超越离合器与主轴2和B组活塞接合转动B2活塞，B2活塞后部进气前部空气压缩到A1活塞后方此压缩空气推动A1活塞，A1活塞燃烧室9正好到喷油器位置时柱销挡住制动槽A组活塞制动轮制动，使A1活塞停止，此时B2活塞前部紧靠着A1活塞后部，空气压缩到燃烧室9内同时B组活塞侧可控单向超越离合器拔爪拔动离合器内外环脱离使B组活塞和主轴分离，同时B组活塞侧制动轮制动，B2活塞不能反转，此时燃烧室内压缩空气压力和温度升高可以点燃燃油，压缩行程终了。
做功行程c：B2活塞压缩行程终了时紧着A组活塞制动松开，此时A组活塞侧可控超越离合器内外环接合转动，同时喷油器8喷燃油，燃油燃烧做功推动A1活塞旋转，连在一起的A3活塞也旋转，A3活塞前部空气压缩后部进气，同时A组活塞轮毂内的单向超越离合器10接合转动主轴2输出动力。
排气行程d：A3活塞前部压缩行程末A1活塞后部燃烧室9已到排气口6开始排出废气，燃烧室9到扫气口62的前部位时另有鼓风机送的风通过扫气管7扫燃烧室里的残留废气。
发动机正常运转e：A1活塞做功完时连在一起的A3活塞前部正好空气压缩到下一次燃烧做功活塞B2后部，此空气压力推动B2活塞的燃烧室转到喷油器8位置时A3活塞紧贴着B2活塞后部把空气压缩到燃烧室内压缩行程终了，同时喷油器喷油，燃油燃烧B2活塞做功旋转，此时B组活塞侧轮毂内的单向超越离合器10内外环接合转动主轴2输出动力，B2活塞后部做功同时前部排气，连在一起的B4活塞前部把空气压缩后部进气使下一次行程循环做准备，也就是发动机起动后正常运转，进气、压缩、做功、排气同时进行，因此不需要飞轮，此时B2活塞后部的燃烧压力使处在压缩行程终了的A3活塞停止旋转，是A组活塞的旋转惯性力消除了，A组活塞和B组活塞旋转方向是一样，因此A组活塞旋转惯性能量加在B2活塞后部做功的燃气上提高效率。
综上所述旋转活塞发动机进气、压缩、做功、排气、四行程的循环过程是合理的。
附图说明
图1是本发明的旋转活塞发动机的四行程工作原理图
图2是本发明的旋转活塞发动机剖视图
图3是本发明中缸体和活塞剖视图
图4是本发明中缸盖剖视图-
图5是本发明中活塞剖视图
图6是本发明中缸盖冷却水道剖视图
图7是本发明中缸盖、缸体、活塞立体图
图8是本发明中活塞、可控单向超越离合器、制动轮立体图
附图中1缸体，2主轴，3A组活塞，4B组活塞，5周边进气口，6周边排气口，7扫气管，8喷油器，9燃烧室，10单向超越离合器，11缸体冷却水出口，12冷却水道，13冷却水道壁，14缸体冷却水进口，15缸盖，16气缸盖衬垫，17端面进气口，18端面排气口，19缸盖冷却水进口，20缸盖冷却水出口，21冷却水道，22加强肋，23螺栓孔，24缸盖螺栓，25空心轴轮毂密封环槽，26活塞，27活塞内腔，28直角式旋转阀，29空心轴油孔，30冷却油进口，31冷却油出口，32活塞空心轴，33活塞轮毂气、油密封环槽，34活塞密封用油孔，35活塞油密封槽，36活塞气密封槽，37活塞直角形密封片，38弹簧，39螺纹孔，40滑动轴承，41缸体螺栓，42可控单向超越离合器，43离合器拔爪，44杠杆，45滑动圆盘，46制动轮，47螺栓孔，48制动槽，49柱销，50凸轮，51凸轮轴，52凸轮轴承支撑架，53凸轮轴轴承，54从动齿轮，55轴齿轮，56出油口，57驱动齿轮，58风扇，59轴承架，60主轴承，61轴承盖，62扫气口，63活塞轮毂，64弧形孔，65斜面腿件，66轴套。
下面接合附图对本发明的一种实施方式进一步说明。
柴油旋转活塞发动机主要组成结构是缸体1是固定安装在底座上，缸体上有一个以上的周边进气口5，进气口接通空气滤清器，还有一个以上的排出废气用的周边排气口6，一个以上的周边扫气口62和一个以上的周边扫气管7，排气口和扫气口连接排气管，扫气口62的用途是另有鼓风机送的风进扫气管7后把活塞燃烧室里的残留废气吹出，上述气口都没有气门是常开式。
缸体上有一个以上的喷油器8，燃油是由高压油泵抽送高压管入喷油器喷油，喷油时间是活塞燃烧室9到喷油器的位置时和可控单向超越离合器内外环接触或脱离时间来设定，如果用磁性离合器替代时燃烧室9到喷油器的位置时和，此磁性离合器接通或断开时间来设定。
缸体上有周边冷却水进口14、冷却水从散热水箱经水泵抽送进缸体内腔的冷却水道12使缸体冷却后经冷却水出口11回水箱。
缸体两侧端面上均匀分布的安装缸盖用螺栓41。
A、B两组活塞轮毂对侧面上各有安放气密封环和油密封环的环槽33，一侧大直径的密封环槽是气密封环槽，此环槽外径上有等距离的两个以上的羊角形突起槽，此气密封环槽内外侧安放有羊角形突起部的圆形气密封环，此密封环内侧上安放圆形密封环，此密封环的接头和有突起部的密封环的接头要错开，另一侧小直径的密封环槽是油密封环槽，此槽是通过油孔与冷却油出口互通的，油密封环是各有一个以上的内环和外环组成的，环的接头互相错开安装于环槽内，气、油密封环底部有弹簧，上述气密封环和油密封环的作用是防止缸体内气体从两组活塞轮毂间泄漏，空心轴轮毂上有羊角形突起的密封环槽25，此空心轴轮毂密封环槽内外侧面安放有羊角形突起部的密封环，此密封环内侧面另安放圆形密封环。
旋转活塞发动机的活塞是A、B两组活塞组成，每组活塞轮毂外径上有两个以上的活塞26固定连接而成，A、B活塞组互相交叉安放在缸体内，活塞空心轴轴线和主轴2的轴线是同一线，活塞在轴线为中心圆周旋转，每一个活塞上有燃烧室9、内腔27和周边和两侧端面上互相连通的有两个以上的气密封片槽36和一个以上的油密封片槽35油密封片槽的油是内腔27互通的油孔34供给，气密封片槽和油密封片槽里分别安放两个以上串联的两边不等长的直角形气密封片和油密封片37，又一样的气、油密封片把两片以上接头互相错开叠层安放在气、油密封片槽内，气密封片和油密封片的作用是防止活塞和缸体、缸盖间隙里漏气。
A、B两组活塞轮毂内径上各用键安装外环主动(活塞侧)内环从动(主轴2)的单向超越离合器10，此离合器内环里用键固定安装主轴2，单向超越离合器是活塞做功时扭矩输出用的，两组活塞轮毂外侧各连接空心轴32，活塞空心轴32是安装在缸盖内径上的滑动轴承40的内径里，空心轴内径里分别安装可控单向超越离合器42，此离合器外径上和空心轴32内径里有对称的两个以上的凹面槽，此槽里流出冷却油，可控单向超越离合器42是外环从动(活塞侧)内环主动(主轴2)，内环是用键安装在主轴上，此离合器42与主轴2结合或分离带动活塞轴32旋转组成活塞走、停、走的间歇运动。
上述可控单向超越离合器和单向超越离合器是可以用磁性离合器来替代，此时一个活塞组各只用一个磁性离合器，磁性离合器比单向超越离合器体积大因此活塞轮毂或活塞空心轴内安装时相应的轮毂或空心轴做大，另外安装跟活塞旋转同步的开关电路和电源系统，开关电路的触点安装在柱销49下端上，也可以用活塞位置传感器和电子开关电路来替代触点开关电路。
可控单向超越离合器42的拔爪43的拔动是轴齿轮55旋转使啮合一起的从动齿轮54转动，从动齿轮轴上连接凸轮轴51，安装在凸轮轴上的凸轮50转动推动柱销49的上、下平底从动件运动，柱销是安装在凸轮轴承支撑架52上，支撑架是安装在缸盖内径壁上，柱销下端斜面腿件65在滑动圆盘45的弧形孔64内推动滑动圆盘45，滑动圆盘内径两侧有装满滚珠，因此滑动圆盘是在轴上能横向移动、周向旋转，滑动圆盘推动离合器拔爪上的杠杆44的动力臂，此杠杆是小角度倾斜安装在离合器边上，此时拔爪上连接的杠杆的阻力臂角度旋转使离合器拔爪43角度旋转使可控单向超越离合器的外环与内环分离，也就是实现活塞轴和主轴的分离，拔爪旋转角度的大小是杠杆的两侧长短来调整，杠杆44是有回位弹簧，此弹簧的作用是滑动圆盘没有推力时杠杆回到原来位置上，使主轴和活塞轴接合。
柱销49头部是斜面，上部和下部各有平底从动件，柱销中部有摆动弹簧，此弹簧的作用是凸轮推动从动件使柱销头部进制动槽后，或出制动槽后保持原状，柱销下端斜面腿件65推动滑动圆盘同时柱销头部进制动轮46的制动槽48内使活塞制动，制动槽的前部是斜面正吻合柱销头部斜面，制动轮是用螺栓经螺栓孔47安装在活塞空心轴端面的螺纹孔39里，制动轮制动时活塞不能反转可是正转可以转到一个活塞端面距离后又挡住，这是因为制动槽的长度就这么长，其作用是活塞在压缩行程末不要反转而且燃烧室9可以移动到燃烧做功行程位置等待后燃烧开始前柱销出制动槽使制动松开活塞旋转，制动槽的弧长l是等于制动槽对应的活塞端面弧长ι加柱销头部斜面前后厚度a和，即l＝ι+a，A组活塞旋转时B组活塞要制动状态也就是两侧活塞空心轴上的制动轮分别作制动和松开动作，此动作间隔的调整是轴齿轮55和从动齿轮54的传动比和凸轮的每一循环即δo+δS+δ1 o+δ1 S＝2π中推程运动角δo和远休止角δS的大小来调整设定，要凸轮、柱销和滑动圆盘的运动过程正时吻合活塞行程，活塞的旋转启动时间是喷油器上次喷油后和下次喷油前的停止喷油时间的长短来调整。
凸轮机构的从动件是平底件，凸轮在上、下位置时各有一个从动件接触的结构是柱销跟凸轮同步运动，这个结构比一般用一个从动件加回位弹簧的结构没有滞后现象。
本发明的旋转活塞发动机是用离合器来接合和分离主轴和活塞轴，离合器来转动主轴的，一般可控单向超越离合器接合时间是0.4/s左右，磁性离合器接通时间是≤0.3/s，因此发动机是低速的，如果要提高发动机的转速就用接合和分离时间更快的离合器或离合器接合时间要提前也就是离合器拔爪的拔动时间要提前，另外一种方法是发动机起动后转速达到一定值时不使用可控单向超越离合器42，具体方法是主轴2上固定安装轴套66，轴套上的孔上用柱销活动安装锐角形杠杆的支点，此杠杆的动力臂上连接重球，动力臂上另连接弹簧的一端，此弹簧的另一端连接在轴套上，杠杆的阻力臂是比动力臂短，动力臂是支点为中心与阻力臂形成锐角，此阻力臂上连接钢丝绳的一端，钢丝绳的另一端是连接在拔爪上的杠杆44的动力臂上，运转方式是主轴转动达到一定的转速时重球产生离心力克服弹簧的拉力往周向拉动杠杆的动力臂，此时阻力臂上连接的钢丝绳拉动杠杆44，此杠杆拔动离合器42的拔爪43使活塞轴和主轴分离，发动机活塞自动运转，因此发动机转速不受离合器42的限制，转速可以达到高速。
缸盖15是一样的两个件在缸体两侧端面有均匀分布的螺栓41螺栓上对应螺栓孔23安装两侧缸盖15后用螺母拧紧，缸盖和缸体之间安装气缸盖衬垫16防止缸体内气体泄漏。
缸盖内径上安装滑动轴承40，两侧缸盖外端面与缸体进气口5对应处有同数的两侧端面进气口17，进气口5和17与空气滤清器联接，还有缸体排气口6对应处有同数的两侧缸盖端面排气口18，排气口6和18联接排气管，进气口和排气口都没有气门，是常开式。
另有缸盖冷却水进口19，冷却水经过冷却水道21时对缸盖进行冷却后经冷却水出口20流出。
缸盖外面低处和高处有加强肋22使增强刚度，两个缸盖外侧螺栓24上安装轴承架59用螺母固定，两侧轴承架里各安装主轴承60此轴承内径上过盈配合安装主轴2，此轴后部是动力输出端，轴的前部用键安装驱动齿轮57，驱动齿轮的作用是与传动链啮合转动高压燃油泵、水泵、机油泵、发电机、鼓风机等发动机运转所需要的机器提供动力，这些机器部件在发动机前部适当的部位安装，主轴2的最前端安装风扇58，风扇前面有散热水箱，此水箱的冷却水由水泵抽入管道，进各进水口、冷却缸体和缸盖后出水口与回流管接通流到水箱形成冷却水循环使发动机机体温度控制。
油冷却和油润滑是底座内油底壳里的机油经滤网后用机油泵抽送油管到直角式旋转阀28进活塞空心轴油孔29和经冷却油进口30进活塞内腔27里冷却活塞和活塞油密封环槽和活塞轮毂油密封环槽供油后经出口31到可控单向超越离合器42和活塞空心轴32之间的两个以上的凹面间隙里往外流出同时对离合器，滑动圆盘、凸轮、齿轮等进行润滑，另进入油孔29的油经小孔进滑动轴承40进行润滑，机油对活塞冷却和各零件进行润滑后从出油孔56回到油底壳完成循环。
如果再提高效率可以用增压技术，此时进气口接增压器送风管上，此时压缩比ε要小一些。
旋转活塞发动机做成汽油发动机时，上述柴油喷油器要拆卸后此处换装火花塞，此火花塞接线点火系统，另安装蓄电池、发电机等电源系统和燃料供给系统，进气口接至化油器或电控喷射装置，压缩比ε要调整小一些不要燃气自然着火爆燃。
综上所述本发明的旋转活塞发动机没有曲柄连杆机构和进气门、排气门及连动机构因此机械性磨损小、能量损失小、噪音降低而且有效解决了活塞停止时惯性力和活塞和主轴分离与接合而且旋转惯性能量再利用提高了效率，总容积与排量之比高、升功率高、机体紧凑、压缩比任意设定可以制造汽油旋转活塞发动机或柴油旋转活塞发动机。

Claims (5)

1.一种旋转活塞发动机，包括缸体、缸盖、活塞、离合器，其特征是：
所述的旋转活塞发动机是底座和活塞轮毂(63)外径上连接活塞(26)，安装在活塞轮毂内径里的单向超越离合器(10)，活塞轮毂外侧面上连接的空心轴(32)，安装在此空心轴内径里的可控单向超越离合器(42)，此离合器拔爪(43)的拔动部件、制动器，安装在离合器(10、42)内径里的主轴(2)、冷却、润滑系统，安装在底座上的缸体(1)的圆周面上有周边扫气口(62)、扫气管(7)，扫气管连接鼓风机。
2.根据权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征是：
缸体内交叉安放A、B两组活塞，每组活塞是活塞轮毂(63)外径上连接的各有两个以上的活塞(26)组成，每一个活塞后部有燃烧室(9)、内腔(27)，活塞上的气密封槽内安放两个以上串联的两边不等长的直角形气密封片(37)，此槽内又叠层安放一样的气密封片，活塞上的油密封槽内安放两个以上串联的两边不等长的直角形油密封片，此槽内又叠层安放一样的油密封片，A、B两组活塞轮毂对侧面上各有安放气密封环和油密封环的活塞轮毂气、油密封环槽(33)，大直径的气密封环槽外径有羊角形突起槽，此环槽内外侧上安放有羊角形突起部的气密封环，此气密封环内侧上安放另外圆形气密封环，另一侧活塞轮毂对侧面上的小直径的油密封环槽内安放两个以上的油密封环。
3.根据权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征是：
活塞轮毂(63)外侧面上连接活塞空心轴(32)，活塞轮毂外侧面上有羊角形突起的空心轴轮毂密封环槽(25)，此槽内的外侧上安放有羊角形突起部的气密封环，此密封环的内侧上另安放圆形气密封环，活塞空心轴是安装在缸盖内径里的滑动轴承(40)内径上，活塞空心轴一侧有空心轴油孔(29)，活塞空心轴端面有螺纹孔(39)，单向超越离合器(10)是安装在活塞轮毂内腔里，主轴(2)是用键安装在单向超越离合器内径里，可控单向超越离合器(42)是安装在活塞空心轴内径里，主轴(2)是安装在可控单向超越离合器内径里，可控单向超越离合器(42)是用一个磁性离合器来替代，此时另安装电源及开关电路，开关电路用触点开关电路或电子开关电路。
4.根据权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征是：
可控单向超越离合器(42)上的拔爪(43)是接触杠杆(44)一端，缸杆的另一端是接触滑动圆盘(45)，拔爪的旋转角度大小是杠杆的两侧长短来调整，制动轮(46)是安装在活塞空心轴(32)端面上，制动轮内径上有两个以上的制动槽(48)制动槽前部是斜面，制动槽的弧长是等于活塞端面弧长加柱销厚度的和，柱销(49)是安装在凸轮轴承支撑架(52)上，支撑架是安装在缸盖内径壁上，柱销头部是斜面跟制动槽的斜面吻合，柱销上部和下部各连接凸轮接触的平底从动件，柱销中部有摆动弹簧，柱销下端斜面腿件(65)是在滑动圆盘(45)的弧形孔(64)内运动，主轴(2)上安装轴套(66)，此轴套上安装锐角形杠杆的支点，此杠杆的动力臂上连接重球和弹簧，此弹簧的另一侧是连接在轴套上，阻力臂上连接钢丝绳的一端，此钢丝绳的另一端连接拔爪上的杠杆(44)的动力臂上，凸轮(50)是安装在凸轮轴(51)上，凸轮轴连接从动齿轮(54)，此齿轮啮合轴齿轮(55)，主轴(2)两侧各有轴齿轮。
5.根据权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征是：
冷却和润滑用油是从直角式旋转阀(28)进空心轴上的油孔(29)经冷却油进口(30)进活塞内腔(27)里进行冷却活塞后出油孔(31)到离合器(42)和活塞空心轴(32)之间的两个以上的凹面间隙里往外流出同时对离合器、滑动圆盘、凸轮、齿轮进行润滑，另外给滑动轴承(40)供油。
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