CN102322339A - 活塞式转子发动机 - Google Patents

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本发明公开了一种活塞式转子发动机,包括定子和转子组件,所述转子组件包括转子、气缸总成、曲轴和正时系统,气缸总成的缸体以轴线沿转子径向的方式固定设置于转子,定子上设有进气门、排气门和火花塞;本发明采用转子发动机的基本结构,将活塞式发动机的结构设置于转子,将转子发动机和活塞式发动机的结构结合起开,由于每个活塞式发动机的燃烧室相对独立,因而具有活塞式发动机较好的密封性能,并且利用转子带动气缸体旋转将现有活塞发动机作功时活塞对气壁的侧压力,转化为动能输出,减小了发动机震动和运行消耗能量,较大程度的提高了进、排气效率;上述结构可使发动机效率高于现有活塞式发动机15-30%,并且减少了气门、凸轮轴等正时机构。

Description

活塞式转子发动机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种动力机,特别涉及一种发动机。 背景技术

[0002] 发动机是用通过燃料燃烧做功的一种动力机械。车辆使用的发动机普遍为活塞式发动机,由气缸、曲柄连杆机构、配气系统、供油系统、润滑系统和点火系统等部分组成;通过燃料燃烧推动活塞往复运动,并通过曲柄滑块结构将动力输出;活塞式发动机由于结构原因,具有较为复杂的配气系统和传动系统,对于排量较大的发动机来说,体积也较大,特别是对于小型车辆来说,布置多缸发动机则较为困难。活塞式发动机由于通过曲柄滑块将动力输出,因而,活塞对汽缸壁形成侧压力,使发动机产生震动,降低机械效率;活塞式发动机的配气机构较为复杂,且密封要求较高,配气机构运行消耗较多的能量,降低效率;进排气以及点火燃烧均位于同一燃烧室,降低进、排气及燃烧做功的效率。

[0003] 基于上述缺点,出现了转子发动机,包括三角转子和壳体(定子),三角转子与壳体之间形成三个空间,同样完成进气、压缩、做功和排气也四项作业,但是每项作业是在各自的空间中完成,等同于每项作业有一个专用气缸,因而具有较高的进气、排气和做工效率。与四冲程活塞式发动机相比,转子发动机的运动零件仅包括转子和输出轴,因而可靠性高;转子发动机中所有零件均沿一个方向持续旋转,不需要像传统发动机中的活塞那样剧烈地变换方向,也不存在侧向力,因而与活塞式发动机相比,振动较小,实现了内部平衡。转子发动机中的动力输出也非常顺畅。因为每次燃烧可使转子旋转90度,并且转子每旋转一周,输出轴将旋转三周,所以每次燃烧可使输出轴旋转270度。这意味着单转子发动机的一次燃烧可为每个输出轴四分之三的旋转提供动力。而单缸活塞式发动机完成一次燃烧需要曲轴(活塞式发动机的输出轴)旋转两周,且燃烧使曲轴旋转180度;也就是说,曲轴每次旋转只有四分之一能获得动力,由此可见,转子发动机效率较高。但是,三角转子引擎的相邻容腔间只有一个径向密封片,径向密封片与缸体始终是线接触,并且径向密封片上与缸体接触的位置始终在变化,因此三个燃烧室非完全隔离(密封),径向密封片磨损快。引擎使用一段时间之后容易因为油封材料磨损而造成漏气问题,大幅增加油耗与污染;其独特的机械结构也造成这类引擎较难维修。

[0004] 因此,需要一种发动机,具有活塞式发动机和转子发动机的优点,减小了发动机震动,减少了配气机构运行消耗的能量,具有较高的进、排气和做功效率,提高机械效率,发动机结构简单,体积小,降低成本。

发明内容

[0005] 有鉴于此,本发明提供一种活塞式转子发动机,具有活塞式发动机和转子发动机的优点,减小了发动机震动,减少了配气机构运行消耗的能量,具有较高的进、排气和做功效率,提高机械效率,发动机结构简单,体积小,降低成本。

[0006] 本发明的活塞式转子发动机,包括定子和转子组件,所述转子组件包括转子、气缸总成、曲轴和正时系统,所述转子同轴转动配合内套于定子,转子为空心结构;气缸总成包括缸体、活塞和连杆,所述缸体以轴线沿转子径向的方式固定设置于转子,曲轴与转子同心位于转子内部空间,所述活塞、连杆和曲轴共同组成曲柄滑块结构;

[0007] 所述定子上设有进气门、排气门和火花塞,所述进气门、排气门和火花塞沿定子圆周方向均勻分布,所述缸体尾端开口并在转子转动时分别与进气门、排气门和火花塞相对完成吸气、压缩、点火、做功和排气过程;

[0008] 所述正时系统包括同轴固定于转子内圈的内齿圈和与曲轴传动配合的正时外齿轮,所述正时外齿轮与内齿圈之间传动并带动转子转动,所述转子的角速度为曲轴角速度的三分之一且转向相同。

[0009] 进一步,所述气缸总成为三组沿圆周方向均勻分布,所述三组气缸总成的气缸体位于转子同一径向平面,所述三组气缸总成的连杆互不干涉分别连接于曲轴的曲柄销;

[0010] 进一步,三组气缸总成的连杆分别为连杆I、连杆II和连杆III,所述曲轴的曲柄销为一长曲柄销,连杆I、连杆II和连杆III均连接于长曲柄销;

[0011] 进一步,连杆I大头和连杆II大头均为叉状,连杆III为直连杆结构,所述连杆I 大头叉状结构的两个支腿分别与长曲柄销连接,所述连杆II大头叉状结构的两个支腿位于连杆I大头叉状结构的两个支腿之间分别与长曲柄销连接;所述连杆III的大头位于连杆II大头叉状结构的两个支腿之间与长曲柄销连接;

[0012] 进一步,所述定子内圆与进气门相对形成进气槽,所述进气槽在圆周方向的尺寸等于活塞的吸气行程中转子所转过的长度;所述定子内圆与排气门相对形成排气槽,所述排气槽在圆周方向的尺寸等于活塞的排气行程中转子所转过的长度;所述定子内圆表面与火花塞对应设有燃烧室,所述缸体尾部开口面积可覆盖于燃烧室;

[0013] 进一步,所述转子外圆位于缸体尾部开口周围形成矩形密封槽或环形密封槽,所述缸体尾部开口的矩形密封槽或环形密封槽围成的面积覆盖燃烧室,所述环形密封槽内设有环形密封条;

[0014] 进一步,所述转子外圆位于缸体尾部开口圆周方向两侧分别设有条形密封槽,同一缸体尾部开口圆周方向两侧的条形密封槽之间的距离大于燃烧室在圆周方向的尺寸,所述条形密封槽内设有条形密封条;转子轴向两端面设有环形端面密封槽,所述环形端面密封槽内设有端面环形密封条;

[0015] 进一步,所述正时系统还包括两个正时惰轮,正时外齿轮、两个正时惰轮和内齿圈依次啮合,正时外齿轮与内齿圈之间的传动比为3 : 1 ;

[0016] 进一步,所述缸体与转子一体成型、焊接成型或可拆式固定连接。

[0017] 本发明的有益效果:本发明的活塞式转子发动机,采用转子发动机的基本结构,将活塞式发动机的结构设置于转子,将转子发动机和活塞式发动机的结构结合起开,由于每个活塞式发动机的燃烧室相对独立,因而具有活塞式发动机较好的密封性能,从而保证进气、压缩、燃烧和排气效率,机械效率较高,不会如现有转子发动机具有较高的油耗与污染, 并且利用转子带动气缸体旋转将现有活塞发动机作功时活塞对气壁的侧压力,转化为动能输出,减小了发动机震动;利用气缸旋转定点分别完成进气——压缩——作功——排气四个工作循环,取消了现有活塞式发动机的气门、凸轮轴机构,减少了运行消耗能量;由于点火、进气、排气在不同的位置进行,进气通道和排气通道较大,较大程度的提高了进、排气效率;上述结构可使发动机效率高于现有活塞式发动机15-30%,并且减少了气门、凸轮轴等正时机构,发动机结构简单,成本降低。

附图说明

[0018] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

[0019] 图1为本发明的结构示意图;

[0020] 图2为图1沿A-A向剖视图;

[0021] 图3为正时系统结构示意图。

具体实施方式

[0022] 实施例一

[0023] 图1为本发明的结构示意图,图2为图1沿A-A向剖视图,图3为正时系统结构示意图,如图所示:本实施例的活塞式转子发动机,包括定子1和转子组件,所述转子组件包括转子2、气缸总成、曲轴14和正时系统,所述转子2同轴转动配合内套于定子1,转子2为空心结构;气缸总成包括缸体3、活塞4和连杆,所述缸体3以轴线沿转子2径向的方式固定设置于转子2,曲轴14与转子2同心位于转子2内部空间,曲轴14与转子2同心是指曲轴14的动力输出轴段与转子2同心,而不是偏心段(曲柄销);所述活塞4、连杆和曲轴14 共同组成曲柄滑块结构,也就是气缸总成与现有技术的活塞式发动机结构相同,活塞4位于缸体3内,连杆小头通过轴销15连接于活塞4,连杆大头连接于曲轴14的曲柄销1½共同组成曲柄滑块结构,通过曲轴将动力输出;

[0024] 所述定子上设有进气门12、排气门10和火花塞8,所述进气门12与火花塞8之间的距离满足缸体内活塞的压缩行程,火花塞8与排气门10之间的距离满足缸体内活塞的燃烧做功行程,进气门12和排气门10之间的距离满足缸体内活塞排气完成开始吸气的行程, 当然,该行程越短越好,但是要保证足够的密封,进气门12和排气门10之间设定较小的间距即可实现;所述缸体3尾端开口并在转子转动时分别与进气门12、排气门10和火花塞8 相对完成吸气、压缩、点火、做功和排气过程;应用中,进气门12和排气门10并无严格界定, 可以互换;如图所示,缸体3尾端开口位于转子外圆表面;

[0025] 所述正时系统包括同轴固定于转子2内圈的内齿圈16和与曲轴传动配合的正时外齿轮17,所述正时外齿轮17与内齿圈16之间传动并带动转子2转动,所述转子2的角速度为曲轴14角速度的三分之一且转向相同,转子2转速低,具有较好的可靠性;该角速度比例使气缸总成的缸体3在吸气、压缩、点火、做功和排气过程中与进气门12、排气门10和火花塞8正对,实现连续工作;转子与曲轴的转向相同,在缸体吸气后压缩行程中,与活塞对缸体内壁的侧压力方向相同,利于缓冲侧压力造成的机械损耗和振动。

[0026] 本实施例中,所述气缸总成为三组沿圆周方向均勻分布,所述三组气缸总成的气缸体3位于转子同一径向平面,能够大大减小发动机的体积,并具有较大的功率;所述三组气缸总成的连杆互不干涉分别连接于曲轴的曲柄销;发动机运转平稳,从各个方向抵消力, 震动小,怠速稳定;本实施例中,三组气缸总成的连杆互不干涉的布置方法有多种,可以是三个曲柄销沿曲轴轴向并列且成一定角度分布,三个连杆做成弯曲状相互避开的结构,虽有附加力矩产生,但是发动机整体依然具有前述优点。

5[0027] 本实施例中,三组气缸总成的连杆分别为连杆I 5、连杆116和连杆1117,所述曲轴14的曲柄销1½为一长曲柄销,连杆I 5、连杆116和连杆III7均连接于长曲柄销;连接于同一曲柄销,使得发动机及曲轴结构紧凑,体积较小,便于安装布置。

[0028] 本实施例中,连杆I 5大头和连杆116大头均为叉状,连杆III7为直连杆结构,所述连杆I 5大头叉状结构的两个支腿分别与长曲柄销连接,如图,连杆I 5大头叉状结构的两个支腿分别为支腿fe和支腿恥;所示所述连杆116大头叉状结构的两个支腿(如图,支腿6a和支腿6b)位于连杆I大头叉状结构的两个支腿(支腿fe和支腿5b)之间分别与长曲柄销连接;所述连杆III7的大头位于连杆116大头叉状结构的两个支腿(支腿6a和支腿6b)之间与长曲柄销连接;采用叉状结构避开三个连杆的运转干扰,没有附加力矩,不会出现偏磨现象,延长使用寿命,并且保持较为紧凑的机械结构。

[0029] 本实施例中,所述定子1内圆与进气门10相对形成进气槽11,所述进气槽131在圆周方向的尺寸等于活塞4的吸气行程中转子2所转过的长度;所述定子1内圆与排气门 12相对形成排气槽13,所述排气槽13在圆周方向的尺寸等于活塞4的排气行程中转子2 所转过的长度;设置进气槽11以及排气槽13,增大缸体3的进排气范围,并且进气槽11以及排气槽13的圆周方向尺寸严格控制,使进气后立刻压缩,及排气后立刻不损失气体从而增加;所述定子内圆表面与火花塞对应设有燃烧室9,所述缸体3尾部开口面积可覆盖于燃烧室9利于分点火燃烧,并留出火花塞的位置;

[0030] 本实施例中,所述转子2外圆位于缸体3尾部开口圆周方向两侧分别设有条形密封槽2a,同一缸体3尾部开口圆周方向两侧的条形密封槽加之间的距离大于燃烧室9在圆周方向的尺寸,所述条形密封槽加内设有条形密封条•’转子2轴向两端面设有环形端面密封槽2c,所述环形端面密封槽2c内设有端面环形密封条•’转子2外圆与定子1内圆之间具有足够小的间隙,也就是说,在二者发生转动的最低限度间隙条件;同时,通过条形密封条和端面环形密封条的密封作用下,及小间隙的作用,保证缸体做工是的高效性,同时,保证不会有废气及油污泄漏,保证环保及低油耗。

[0031] 本实施例中,所述正时系统还包括两个正时惰轮,正时外齿轮17、两个正时惰轮和内齿圈16依次啮合,正时外齿轮17与内齿圈16之间的传动比为3 : 1;如图所示,正时外齿轮17、正时惰轮18、正时惰轮19和内齿圈16依次啮合,将正时外齿轮17的动力传递至内齿圈16,保证正时。

[0032] 本实施例中,所述缸体3与转子2 —体成型、焊接成型或可拆式固定连接,本实施例为一体成型,具有较好的可靠性。

[0033] 实施例二

[0034] 本实施例与实施例一的区别仅在于密封结构不同,本实施例中,所述转子2外圆位于缸体3尾部开口周围形成矩形密封槽或环形密封槽(图中没有表示),所述缸体3尾部开口的矩形密封槽或环形密封槽围成的面可覆盖燃烧室,所述矩形密封槽或环形密封槽内设有密封条;

[0035] 采用矩形密封槽结构时,矩形密封槽其中一对相对两边沿圆周方向,另外相对两边沿轴向设置;可实现缸体尾部开口四周的密封,进一步提高密封的可靠性和集中性,同时,矩形结构可使密封条只承受横向和纵向摩擦,受力状况好,密封可靠,寿命长;当然,环形密封槽依然能够达到密封效果,只是受力状况不如矩形结构的密封槽。[0036] 最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1. 一种活塞式转子发动机,包括定子和转子组件,所述转子组件包括转子、气缸总成、 曲轴和正时系统,所述转子同轴转动配合内套于定子,转子为空心结构;气缸总成包括缸体、活塞和连杆,所述缸体以轴线沿转子径向的方式固定设置于转子,曲轴与转子同心位于转子内部空间,所述活塞、连杆和曲轴共同组成曲柄滑块结构;所述定子上设有进气门、排气门和火花塞,所述进气门、排气门和火花塞沿定子圆周方向均勻分布,所述缸体尾端开口并在转子转动时分别与进气门、排气门和火花塞相对完成吸气、压缩、点火、做功和排气过程;所述正时系统包括同轴固定于转子内圈的内齿圈和与曲轴传动配合的正时外齿轮,所述正时外齿轮与内齿圈之间传动并带动转子转动,所述转子的角速度为曲轴角速度的三分之一且转向相同。
2.根据权利要求1所述的活塞式转子发动机,其特征在于:所述气缸总成为三组沿圆周方向均勻分布,所述三组气缸总成的气缸体位于转子同一径向平面,所述三组气缸总成的连杆互不干涉分别连接于曲轴的曲柄销。
3.根据权利要求2所述的活塞式转子发动机,其特征在于:三组气缸总成的连杆分别为连杆I、连杆II和连杆III,所述曲轴的曲柄销为一长曲柄销,连杆I、连杆II和连杆III 均连接于长曲柄销。
4.根据权利要求3所述的活塞式转子发动机,其特征在于:连杆I大头和连杆II大头均为叉状,连杆III为直连杆结构,所述连杆I大头叉状结构的两个支腿分别与长曲柄销连接,所述连杆II大头叉状结构的两个支腿位于连杆I大头叉状结构的两个支腿之间分别与长曲柄销连接;所述连杆III的大头位于连杆II大头叉状结构的两个支腿之间与长曲柄销连接。
5.根据权利要求4所述的活塞式转子发动机,其特征在于:所述定子内圆与进气门相对形成进气槽,所述进气槽在圆周方向的尺寸等于活塞的吸气行程中转子所转过的长度; 所述定子内圆与排气门相对形成排气槽,所述排气槽在圆周方向的尺寸等于活塞的排气行程中转子所转过的长度;所述定子内圆表面与火花塞对应设有燃烧室,所述缸体尾部开口面积可覆盖于燃烧室。
6.根据权利要求5所述的活塞式转子发动机,其特征在于:所述转子外圆位于缸体尾部开口周围形成矩形密封槽或环形密封槽,所述缸体尾部开口的矩形密封槽或环形密封槽围成的面积覆盖燃烧室,所述环形密封槽内设有环形密封条。
7.根据权利要求5所述的活塞式转子发动机,其特征在于:所述转子外圆位于缸体尾部开口圆周方向两侧分别设有条形密封槽,同一缸体尾部开口圆周方向两侧的条形密封槽之间的距离大于燃烧室在圆周方向的尺寸,所述条形密封槽内设有条形密封条;转子轴向两端面设有环形端面密封槽,所述环形端面密封槽内设有端面环形密封条。
8.根据权利要求6或7所述的活塞式转子发动机,其特征在于:所述正时系统还包括两个正时惰轮,正时外齿轮、两个正时惰轮和内齿圈依次啮合,正时外齿轮与内齿圈之间的传动比为3 : 1。
9.根据权利要求8所述的活塞式转子发动机,其特征在于:所述缸体与转子一体成型、 焊接成型或可拆式固定连接。
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