CN102330598A - 双轮转子发动机 - Google Patents

Abstract

一种双轮转子发动机，双轮为凸轮(1)和凹轮(2)，安装在∞形缸体(3)里，凸轮(1)的独齿(5)作为活塞在环形气缸中转动，凹轮(2)将环形气缸分隔成燃烧室(23)和废气室(24)，燃烧室(23)吸入高压空气和加压燃油后直接点火燃烧。燃气做功和排除废气是同时进行的，当废气室(24)排空，一轮做功同时完毕。然后独齿(5)从凹轮(2)的凹槽(7)中转过，产生一个新的燃烧室(23)并迅速扩大，吸入高压空气和加压燃油，燃烧做功，如此不断循环工作。

Description

双轮转子发动机

所属技术领域

本发明涉及一种发动机，具体地说是涉及一种车用旋转活塞式燃油发动机。

背景技术

现有的车用燃油发动机主要是往复式活塞发动机，这类发动机的效率一般在20％至40％之间。长期以来，人们一直致力于研究旋转式活塞发动机，以期提高发动机的效率，节省燃油。就目前的已知技术，还只有一款用于汽车的三角活塞旋转式发动机。这款发动机又称为米勒循环发动机，它具有一个茧形缸体，缸体中有一个三角形的转子，三角形转子分割缸体为三个空间，当一个偏心轮带动三角形转子转动时，三个空间的大小会发生变化。依据这种缸体空间可变化的结构，三角活塞旋转式发动机实现了类似于往复式活塞发动机的吸气、压缩、做功、排气四个行程。这款发动机的缺点是扭矩低，存在偏心振动，对发动机的材料、润滑、冷却和密封具有相当高的要求，整机的制造成本高。业内对该发动机的评价是技术还不成熟，还不能普遍应用于民用汽车。目前，只有个别厂家将该发动机应用在跑车上，其它车型仍然采用的是往复式活塞发动机。

发明内容

本发明提供一种双轮转子发动机，它很好地实现了活塞旋转工作。与三角活塞旋转式发动机相比较，本发明只有吸气、做功同时排气两个行程。

本发明是以如下方式实现的：一个柱形的凸轮和一个柱形的凹轮以轮缘相贴，由一对平行轴带动，安装在一个∞形缸体内。平行轴在缸体外连接着一对同步齿轮，使得凸轮和凹轮保持同步相对转动。凸轮具有一颗独齿，凹轮具有一个凹槽，两轮相对旋转时，独齿刚好从凹槽中转过。独齿的齿尖贴着缸体弧面，缸体弧面与凸轮的轮缘之间就构成了一个环形的空间，这个环形的空间可视为环形气缸，独齿作为活塞在环形气缸中旋转。凹轮的作用是将环形气缸分隔成两个空间，一个空间叫燃烧室，它存在于独齿转动的后方，一个空间叫废气室，它存在于独齿转动的前方。燃烧室有进气口与缸体外的进气管相连接，废气室有排气口与缸体外的排气管相连接。当双轮转动时，燃烧室会由小变大，从进气口吸入燃气，燃气燃烧做功推动独齿转动，独齿转动挤压前方废气室的空间，从排气口排出废气。当废气室空间被挤压到消失后，独齿从凹轮的凹槽中转过，产生一个新的燃烧室空间，新的燃烧室扩大吸入燃气，燃气燃烧做功推动独齿，如此不断地循环工作，使环形气缸不间断地实现吸气、燃烧和排气的循环。此双轮转子发动机在气缸中不对燃气进行压缩，它由一个压气机对空气进行压缩，再和加压的燃油一起喷入气缸，直接燃烧。

燃烧室的进气口是个弧形，开在缸体平面上，缸体里一个随凸轮转动的气盘具有开启和关闭进气口的功能。气盘是一个平面圆盘，圆盘的边缘开有一个弧形的气门。当气盘贴着缸体平面转动时，由于气门和进气口都处于同一圆周位置，气门就会和进气口发生相交、重叠和错位，当进气口与气门相交和相重叠时，称为气门开启，此时燃油和空气可以进入燃烧室，当进气口与气门相错位时，称为气门关闭，此时燃烧室可以点火做功。排气口是一个矩形，开在缸体的缸壁上，且靠近废气室的末端，独齿旋转到此处时废气空间被压缩到最小，可以最大程度地排出废气。

现有汽车发动机的喷油器有中压和高压两种，中压喷油器安装在供气歧管处，当进气气门开启时，喷油器开始喷油，燃油和空气的混合气由进气气门进入气缸；高压喷油器安装在缸盖处，燃油直接喷入气缸。这两种喷油器应用于本发明中，其安装位置是不一样的，中压喷油器安装在进气管外穿过进气管，喷口对着进气口，只有当气门开启时，燃油才能由气门进入气缸。高压喷油器安装在缸体外的柱面上，喷口穿入缸壁，燃油不经过气门直接喷入气缸。

本发明也可以像现有发动机多缸结构一样，构成双缸、三缸、四缸乃至更多缸的结构。多缸结构只需增加凸轮的数量就行了，一个凹轮可以匹配多个凸轮。一个凹轮配两个凸轮，称为双缸；一个凹轮配三个凸轮，称为三缸；一个凹轮配四个凸轮，称为四缸，以此类推。

和现有技术相比较，本发明具有以下优点：

活塞在气缸中的受力面与输出轴的扭矩始终保持垂直，无用功几乎为零，燃气热能转化为机械动能的效率高。

同排量条件下，凸轮转动的力臂长度大于活塞式发动机的曲轴曲臂的长度，因此输出扭矩大。

没有曲轴、偏心轮结构，整机工作平稳，振动小。

结构简单，体积小，易于制造。

凸轮、凹轮和缸体之间无接触磨擦，寿命长。

附图说明

图1为本发明各零部件术语定义图

图2为本发明实施例结构图

图3为本发明工作行程示意图

图4为本发明喷油器部件的另一种安装结构图

图5为本发明多缸结构图

具体实施方式

结合图1，首先，对本发明中涉及到的一些术语进行定义。缸体图a，由两个相交圆柱筒，及与两相交圆柱筒的轴线相垂直的两平行平面所构成的组合体，由于形状似符号“∞”，所以叫∞形缸体3，简称缸体3。缸体3的两平行平面叫缸体平面13，缸体3的内弧面叫缸壁12，缸体3的外弧面叫柱面11。一个缸体平面13上开有一个弧形的进气口15，缸壁12上开有一个矩形的排气口14。进气口15在缸体3外与进气管17相连接，排气口14在缸体3外与排气管20相连接。同步齿轮和平行轴图b，同步齿轮9是指模数和齿数都相同的两个齿轮，它们安装在一对平行轴10上，使得两轴以相同的速度相对转动。凸轮和凹轮图c，凸轮1和凹轮2都是柱轮，凸轮1具有一颗独齿5，凹轮2具有一条凹槽7，工作时，两轮以轮缘6相贴转动，独齿5与凹槽7相遇时，独齿5的齿尖8贴着凹槽7的槽底从凹槽7中转过。另外，凸轮1和凹轮2都是空心的，且具有必要的加强筋和配重筋。空心是为了节约材料和减小惯性，加强筋是增加强度，配重筋利于转动时重心平稳。内凹弧边图d，这是凸轮1的独齿5旋入凹轮2的凹槽7时的放大图。为了使独齿5从凹槽7中转过的角度达到最小，从而获得最大的工作角度，独齿5的两条对边和凹槽7的两条对边都设计成了内凹弧边19、18。气盘图e，气盘4是一个平面圆盘，中心有一个轴孔，边缘开有一个弧形的缺口，弧形缺口定名为气门16。弧形与弧线边图f标准弧形应具有两条弧边和两条直边。气门16和进气口15都是弧形，但是各有一条直边改成了弧线边28、29。气门16紧靠独齿5安装，靠着独齿5的弧形的直边就设计成弧线边28，弧线边28的形状与独齿5的内凹弧边19相同，安装时，内凹弧边19和弧线边28是相重叠的。同样，气门16转动中要与进气口15相交，进气口15的弧形的一条直边也设计成了与内凹弧边19相同的弧线边29。这样设计是为了提高气门16转动时与进气口15的线形重合度，提高气门16开启和关闭的速度。

参考图2，这是一个实施例图，上图为轴向剖面图，下图为轴向剖面图的A-A向剖视图，图中标注的零部件及结构的名称有：凸轮1、凹轮2、缸体3、气盘4、独齿5、轮缘6、凹槽7、同步齿轮9、平行轴10、缸壁12、缸体平面13、排气口14、进气口15、气门16、进气管17、排气管20、点火器21、喷油器22、燃烧室23、废气室24、控制电路25、压气机26、油泵27、齿轮箱30。

齿轮箱30中的同步齿轮9通过一对平行轴10，带动缸体3中的凸轮1和凹轮2相对转动。凸轮1的轮缘6和缸体3的缸壁12及上下缸体平面13围成的空间视为环形气缸，凸轮1的独齿5视为活塞，独齿5转动的前方是废气室24，后方是燃烧室23。缸体平面13上开有进气口15，缸壁12上开有排气口14，进气口15在缸体3外与进气管17相连接，排气口14在缸体3外与排气管20相连接，气盘4在缸体3里贴着缸体平面13与凸轮1同轴转动。缸体3外对着进气口15的位置，穿过进气管17安装有喷油器22，靠近进气口15的柱面11上安装有点火器21，进气管17连接着压气机26，喷油器22连接着油泵27及控制电路25。本发明的工作过程如下：启动发动机，油泵27对燃油加压，压气机26对空气加压，凸轮1旋转，气门16与进气口15相交，气门16开启，控制电路25给出信号，喷油器22开始并保持喷油，燃烧室23吸入加压空气和燃油，直至气门16与进气口15错位关闭，点火器21高压点火，燃气燃烧做功推动独齿5带动凸轮1旋转，独齿5排出前方废气室24前一轮产生的废气，独齿5与凹轮2的凹槽7相遇，独齿5旋过凹槽7，产生一个新的燃烧室23，气门16开启，喷油器22喷油，如此不断循环。压气机26在本发明中是一个极重要的部件，离开它双轮转子发动机就不能工作。现有发动机也有配置压气机的，但那只是空气压缩比很小的所谓增压技术，气缸中的终极气压还是由活塞自身完成的。本发明中的压气机26提供的气压是终极气压，它需要配置气压输出可控装置。控制输出气压的变化，并配合喷油器22喷油脉冲宽度的变化，就可以控制双轮转子发动机输出功率的变化。压气机26和气压控制设备已是成熟的产品，只要依据双轮转子发动机的需求参数，进行选择配套就行了。图2中的喷油器22属于中压喷油器安装位置，燃油是由气门16进入缸体3的。

参考图3，这是本发明的工作行程图。图a表示燃烧室23吸气开始时的工作状态，此时凸轮1的独齿5刚刚旋过凹轮2的凹槽7，新的燃烧室23刚刚产生，气门16与进气口15刚刚相交，燃烧室23空间很小。图b，气门16与进气口15已完成相交、重叠，刚刚错位封闭进气口15，表示吸气结束时的工作状态。图c表示点火器21点火那一时刻的状态。图d，燃烧室23气体膨胀推动独齿5，独齿5转动排出前方废气室24的废气，图d表示做功和排气同时进行的工作状态。从图3的四幅图可以看出，本发明的工作状态只有两个行程，图a和图b是吸气行程，图c是点火时刻，图d是做功和排气同时进行的行程。由此可见，本发明是一个二行程发动机。

参考图4，本发明也支持高压喷油器构成直喷式结构。直喷式结构喷油器22是安装在缸壁12外的柱面11上的，燃油直接喷入气缸，从A向图可以看到喷油器22和点火器21是上下安装的，稍有错位。

参考图5，图5为本发明多缸结构图。本发明可以通过增加凸轮1的数量构成双缸、三缸、四缸乃至更多缸的结构。图a为双缸结构，它由一个凹轮2和两个凸轮1构成。图b为三缸结构，它由一个凹轮2和三个凸轮1构成。图c为四缸结构，它由一个凹轮2和四个凸轮1构成。

Claims (7)

1.一种带有压气机(26)、喷油器(22)、∞形缸体(3)的双轮转子发动机，其特征是：双轮是一个凸轮(1)和一个凹轮(2)，双轮都是柱形轮，它们以轮缘(6)相贴，由同步齿轮(9)带动在∞形缸体(3)内相对转动，凸轮(1)具有一颗作为活塞的独齿(5)，凹轮(2)具有一条凹槽(7)，一个名为气盘(4)的平面圆盘在缸体(3)里贴着缸体平面(13)与凸轮(1)同轴转动，气盘(4)的边缘开有一个弧形气门(16)，缸体平面(13)上开有一个弧形进气口(15)，当气盘(4)转动时，气盘(4)上的气门(16)与缸体平面(13)上的进气口(15)在每一周内都会产生相交、重叠和错位。

2.根据权利要求1所叙述的双轮转子发动机，其特征是：缸体平面(13)上的进气口(15)在缸体(3)外连接着进气管(17)，喷油器(22)穿过进气管(17)，喷口对着进气口(15)，燃油通过气门(16)喷入缸体(3)。

3.根据权利要求1所叙述的双轮转子发动机，其特征是：喷油器(22)也可以安装在缸体(3)的柱面(11)上，喷口穿入缸壁(12)，燃油直接喷入缸体(3)。

4.根据权利要求1所叙述的双轮转子发动机，其特征是：凸轮(1)的独齿(5)的两条对边和凹轮(2)的凹槽(7)的两条对边都为内凹弧边(19、18)。

5.根据权利要求1或4所叙述的双轮转子发动机，其特征是：气门(16)的弧形和进气口(15)的弧形各有一条直边分别设计成了弧线边(28、29)，两弧线边(28、29)的形状与独齿(5)的内凹弧边(19)相同。

6.根据权利要求1所叙述的双轮转子发动机，其特征是：缸体(3)的缸壁(12)上还具有一个矩形的排气口(14)，排气口(14)在缸体(3)外连接着排气管(20)。

7.根据权利要求1所叙述的双轮转子发动机，其特征是：凹轮(2)和凸轮(1)的配置，可以是一个凹轮(2)配置一个凸轮(1)，也可以是一个凹轮(2)配置多个凸轮(1)构成多缸工作的结构。

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