CN102536447A

CN102536447A - 转缸转子发动机

Info

Publication number: CN102536447A
Application number: CN2012100269146A
Authority: CN
Inventors: 马驰成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-29
Filing date: 2012-01-29
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明涉及一种发动机，公开了一种转缸转子发动机，包括壳体和转子，其特征在于：壳体的内壁为圆形，壳体上沿圆周方向设有进气槽口和排气槽口，壳体内壁设有安装火花塞的孔，壳体侧面的端盖内设有内齿圈；转子为圆环形结构，转子内设有三个呈120度星形均匀分布的缸体，缸体内设活塞，转子的中心安装有曲轴连杆机构，三个连杆一端安装在曲柄上的连杆销上，另一端分别与转子内的三个活塞相连接；曲轴通过传动机构带动转子沿相同的方向旋转。优点是：结构简单可靠，做功密集，功率高，体积小，油耗低，噪音小，振动小，本发明可用于替代普通的往复式发动机和转子发动机。

Description

转缸转子发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，尤其涉及一种转子发动机。

背景技术

发动机主要有两大类：往复式发动机和转子发动机，这两种发动机都依靠空燃混合气燃烧产生的膨胀压力以获得转动力。它们的区别在于使用膨胀压力的方式不同，在往复式发动机中，产生在活塞顶部表面的膨胀压力向下推动活塞，机械力被传给连杆，带动曲轴转动。对于转子发动机，膨胀压力作用在转子的侧面，从而将三角形转子的三个面之一推向偏心轴的中心，这一运动在两个分力的力作用下进行，一个是指向输出轴中心的向心力，另一个是使输出轴转动的切线力。转子发动机壳体的内部空间总是被分成三个工作室，在转子的运动过程中，这三个工作室的容积不停地变动，在摆线形缸体内相继完成进气、压缩、燃烧和排气四个过程，每个过程都是在摆线形缸体中的不同位置进行，而往复式发动机的四个过程都是在一个汽缸内进行的。

在这两种发动机中，工作室容积都成波浪形稳定变化，但二者之间存在着明显的不同。首先是每个过程的转动角度：往复式发动机转动180度，而转子发动机转动270度，是往复式发动机的1.5倍。换句话说，在往复式发动机中，曲轴在四个工作过程中转两圈(720度)；而在转子发动机中，偏心轴转三圈(1080度)，转子转一圈。这样，转子发动机就能获得较长的过程时间，而且形成较小的扭矩波动，从而使运转平稳流畅。此外，即使在高速运转中，转子的转速也相当缓慢，从而有更宽松的进气和排气时间，为那些能够获得较高的动力性能的系统的运行提供了便利。

在汪克尔型转子发动机上，转子的顶点随着发动机壳体内圆周的椭圆形壳体而运动，同时保持与围绕在发动机壳体中心的一个偏心轨道上的输出轴齿轮的接触。三角形转子的轨道是用一个相位齿轮机构来规定的。相位齿轮包括安装在转子内侧的一个内齿圈和安装在偏心轴上的一个外齿轮。如果转子齿轮在其内侧有30个齿，轴齿轮在其外原周上有20个齿，由此得到其齿数比为3∶2。由于这一齿数比，转子和轴之间的转速比被限定为1∶3。和偏心轴相比，转子有较长的转动周期。转子转动一圈，偏心轴转动三圈。当发动机转速为3000转/分时，转子的速度只有1000转/分。

往复式发动机和转子发动机各有其优缺点：

1、转子发动机有几个优点：(1)减小了体积和减轻了重量。(2)精简结构，由于转子发动机将空燃混合气燃烧产生的膨胀压力直接转化为三角形转子和偏心轴的转动力，所以不需要设置连杆，进气口和排气口依靠转子本身的运动来打开和关闭；不再需要配气机构，包括正时齿带、凸轮轴、摇臂、气门、气门弹簧等，而这在往复式发动机中是必不可少的一部分。(3)具有均匀的扭矩特性，转子发动机在整个速度范围内有相当均匀的扭矩曲线，即使是在两转子的设计中，运行中的扭矩波动也与直列六缸往复式发动机具有相同的水平，三转子的布置则要小于V型八缸往复式发动机，运行更安静，噪音更小。(4)可靠性和耐久性.如前所述，转子的转速是发动机转速的三分之一。另外，由于转子发动机没有那些高转速运动部件，如摇臂和连杆，所以在高负荷运动中，更可靠和更耐久。

2、相对于往复式发动机的比较，转子发动机有如下缺点：(1)耗油量比较大。这主要是转子发动机燃烧室的形状不太有利于完全燃烧，火焰传播路径较长，使得燃油和机油的消耗增加。(2)转子发动机只能用点燃式，不能用压燃式，也就是不能采用柴油。(3)转子发动机的加工制造技术高，成本比较贵，推广困难。

3、对于往复式发动机缺点：(1)结构复杂，需要配气机构，包括正时齿带、凸轮轴、摇臂、气门、气门弹簧等。(2)体积和重量较大。(3)扭矩特性曲线波动较大。(4)噪音大，活塞和气门机构会产生较大的机械噪音。(4)高转速运动部件多，影响了可靠和耐久性。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种油耗低、效率高、扭矩波动小、结构简单、制造成本低，同时具备往复式发动机和转子发动机优良特性的一种转子发动机。

为解决上述问题，本发明提供了一种转缸转子发动机，包括壳体和转子，其特征在于：壳体的内壁为圆形，壳体上沿圆周方向设有进气槽口和排气槽口，进气槽口和排气槽口相邻，在相邻处的对面壳体内壁设有安装火花塞的孔，进气槽口与化油器连接，排气槽口与排气管连接，壳体侧面的内壁或端盖上设有内齿圈；转子为中空的圆形结构，转子内设有三个呈120度星形均匀分布的缸体，缸体内设活塞，转子的中心安装有曲轴连杆机构，曲轴安装在转子中心的中心轴上，中心轴固定在端盖的内侧中心位置，曲柄的一头安装有连杆销，三个连杆一端安装在曲柄上的连杆销上，另一端分别与转子内的三个活塞相连接；曲轴通过传动机构带动转子沿相同的方向旋转。曲轴和转子的转速比为3∶1，旋转方向相同。

本发明所述的传动机构可以利用现有技术的多种方案实现，优选行星齿轮机构，在曲轴驱动的中心轴上安装太阳轮，在转子侧面均匀设置三个转轴，每个转轴上安装一个行星轮，太阳轮、行星轮和齿圈在同一个平面，且齿牙相互啮合形成行星齿轮机构，太阳轮和作为行星轮支架的转子的转速比设定为3∶1。

本发明中的转子设计成圆形，内设三个星状均匀分布的缸体，通过缸体内的活塞驱动连杆，使曲柄转动，曲柄通过行星齿轮机构带动转子在壳体内转动，内壁为圆形的壳体相当于缸盖，曲轴每转动3圈转子转动1圈，3个缸体内的活塞各做2次往复运动，完成进气、压缩、燃烧和排气四个过程，每个缸都是转到进气槽口时吸气，吸气后压缩，转到火花塞附近时点火做功，转到排气槽口时排气。

与现有技术相比，本发明的优点是：1、取消了往复运动的气门，气门弹簧，凸轮轴，摇臂等零件，结构更加简单可靠，往复运动的零件减少，能量损失小，效率高，功升大。2、此发动机既吸收了往复发动机的成熟技术，又结合汪克尔转子发动机的旋转做功等优势，采用往复发动机的半球形燃烧室，圆柱体缸体活塞结构，燃烧做功效率高。此发动机曲轴转动三圈，转子转动一圈，转子转动速度慢，发动机有充足的时间进排气，这种进排气方式有利于解决气门升程的问题，还可稍加变化从而改进进排气叠加角和进排气角度，有利于解决高低速气门正时的技术问题，性能优于往复式发动机。本发明采用了面接触，解决了汪克尔转子发动机线接触密封不好的缺点。汪克尔转子发动机燃气压力作用转子，转子再由大齿轮传到小齿轮的曲轴上，所以低速扭矩小，而本发明的燃气压力作用于活塞直接传到曲轴输出，扭矩高于汪克尔发动机。3、发动机将三个缸放在一个很小的空间内，又采用四冲程式配气方式，而曲轴转动一圈，就有一个缸做功一次，相当于二冲程发动机，做功密集，功率高，体积小，油耗低。4、发动机中除活塞外，其他部件的运动都是圆周运动，加上三个缸依次做功，且做功密集，又加上行星齿轮传动，噪音小，振动小，即使在没有平衡装置运转时，振动和噪音也小于一般往复发动机。5、往复发动机完成一个工作循环曲轴要转动二圈，而此发动机完成一个工作循环曲轴要转动三圈，它比往复发动机多转一圈，但活塞的运动速度却降低了，可以减少活塞的往复惯性，将往复运动更多的转化为旋转运动，使其更适应高速旋转。6、此发动机可以和汪克尔转子发动机一样，将二个或多个发动机连在一起，做成双转缸或多转缸发动机提高动力，功升大，但体积小。本发明可用于替代普通的往复式发动机和转子发动机。

附图说明

图1是本发明的壳体、转子和曲柄上的行星齿轮传动机构示意图。

图2是本发明的外形示意图。

图3是本发明的壳体及端盖示意图。

图4～图7是本发明垂直于转子轴线的纵向剖视图，同时也是本发明的工作原理图。

具体实施方式

如图1～图7所示，本发明包括壳体1和转子5，壳体1的内壁为圆形，壳体1上沿圆周方向设有弧度为80°～100°的进气槽口8和排气槽口15，进气槽口8和排气槽口15相邻，在相邻处的对面壳体1内壁设有安装火花塞16的孔，进气槽口8与化油器9连接，排气槽口15与排气管连接，壳体1内壁侧面或端盖内设有内齿圈2；转子5为圆环形结构，转子5内设有三个呈120度星形均匀分布的缸体10、20、30，缸体内设活塞11，转子5的中心安装有曲轴14连杆12机构，曲轴14安装在转子5中心的中心轴3上，中心轴3固定在端盖18的内侧中心位置，曲柄14的一头安装有连杆销13，三个连杆12一端安装在曲柄14上的连杆销13上，另一端分别与转子内的三个活塞11相连接；在曲轴14驱动的中心轴3上安装太阳轮4，在转子5侧面均匀设置三个转轴6，每个转轴6上安装一个行星轮7，太阳轮4、行星轮7和齿圈2在同一个平面，且齿牙相互啮合形成行星齿轮机构，如图1所示，转子5充当行星轮架，该行星齿轮机构中太阳轮4与转子5的转速比为3∶1，因此曲轴14和转子5的转速比为3∶1，旋转方向相同，当然，也可以通过其他现有技术的其它传动结构实现曲轴14和转子5的转速比为3∶1。

图4～图7是本发明的内部结构及工作原理图，四个冲程的工作过程如下：

1、如图4所示，当转I缸10正对壳体1的C点时，曲柄14的连杆销13一端也正对C点，I缸10处于排气上止点，转子5、曲轴14顺时针转动，活塞11下行，即向转子中心移动，I缸10进入进气冲程，开始吸气，II缸20处于压缩冲程，正压缩燃气，III缸30处于做功冲程燃气正对活塞做功。

2、如图5所示，当转I缸10顺时针转动90°正对壳体1的D点时，曲柄14转动270度，有连杆销13的一端正对B点，I缸10完成吸气过程，处于吸气的下止点，转子5、曲轴14继续顺时针转动，活塞上行，即向外移动，I缸10进入压缩冲程，压缩燃气，II缸20则处于做功冲程，III缸30处于排气冲程。

3、如图6所示，当转I缸10再顺时针转动90°正对壳体1的A点时，曲柄14又转动了270度，有连杆销13的一端也正对A点，I缸10完成压缩过程，处于压缩的上止点，火花塞16点火，点燃可燃混合气，转子5、曲轴14由于惯性继续顺时针转动，高温高压的燃气推动活塞下行，即向转子5中心方向移动，I缸10进入做功冲程，通过连杆12推动曲柄14转动，II缸20则处于排气冲程，III缸30处于进气冲程。

4、如图7所示，当转I缸10再顺时针转动90°正对壳体1的B点时，曲柄14又转动了270度，有连杆销13的一端正对D点，I缸10处于做功的下止点，完成做功过程，转子5、曲轴14由于惯性继续顺时针转动，活塞上行，即向外侧移动，I缸10进入排气冲程，II缸20则处于进气冲程，III缸30处于压缩冲程。

当I缸10再顺时针转动90°，曲柄14再转动270度时又回到了图4所示的状态，如此循环实现发动机的连续运转和做功。

本发明的壳体1与转子5的接触面安装有气环和油环，保证在进气、排气时不会漏气、漏油。三个缸体顶端与壳体1接触面也安装有气环和油环。在壳体1上设置有两个火花塞16、17，前火花塞16为高速火花塞，后火花塞17为底速火花塞。在连杆销13上有润滑油孔，润滑油可以通过此孔来润滑连杆，也可以通过连杆销上油的飞溅甩到连杆另一端、活塞和气缸中，用以润滑连杆、活塞及气缸。本发明中曲柄14的中心轴3是发动机的动力输出轴。也可以将转子5与发动机的输出轴19连接，使输出轴19与转子5转速相同，这样可以将输出轴19的转速降到中心轴3转速的三分之一。

Claims

1.转缸转子发动机，包括壳体(1)和转子(5)，其特征在于：壳体(1)的内壁为圆形，壳体(1)上沿圆周方向设有进气槽口(8)和排气槽口(15)，进气槽口(8)和排气槽口(15)相邻，在相邻处的对面壳体内壁设有安装火花塞(16)的孔，进气槽口(8)与化油器(9)连接，排气槽口(15)与排气管连接，壳体侧面的(1)内壁或端盖上设有内齿圈(2)；转子(5)为为中空的圆形结构，转子(5)内设有三个呈120度星形均匀分布的缸体(10、20、30)，缸体内设活塞(11)，转子(5)的中心安装有曲轴(14)连杆(12)机构，曲轴(14)安装在转子(5)中心的中心轴(3)上，中心轴(3)固定在端盖(18)的内侧中心位置，曲柄(14)的一头安装有连杆销(13)，三个连杆(12)一端安装在曲柄(14)上的连杆销(13)上，另一端分别与转子内的三个活塞(11)相连接；曲轴(14)通过传动机构带动转子(5)沿相同的方向旋转。

2.根据权利要求1所述的转缸转子发动机，其特征在于：所述曲轴(14)和转子(5)的转速比为3∶1，旋转方向相同。

3.根据权利要求1或2所述的转缸转子发动机，其特征在于：所述曲轴(14)驱动的中心轴(3)上安装太阳轮(4)，在转子(5)侧面均匀设置三个转轴(6)，每个转轴(6)上安装一个行星轮(7)，太阳轮(4)、行星轮(7)和齿圈(2)在同一个平面，且齿牙相互啮合形成行星齿轮机构。

4.根据权利要求1或2所述的转缸转子发动机，其特征在于：所述转子(5)与壳体(1)接触面安装有气环和油环；三个缸体(10、20、30)顶端与壳体(1)接触面安装有气环和油环。

5.根据权利要求1或2所述的转缸转子发动机，其特征在于：所述进气槽口(8)和排气槽口(15)的弧度为80°～100°。

6.根据权利要求1或2所述的转缸转子发动机，其特征在于：所述壳体(1)上设置有两个火花塞(16、17)。

7.根据权利要求1或2所述的转缸转子发动机，其特征在于：所述中心轴(3)是发动机的动力输出轴；也可以将转子(5)与发动机的输出轴(19)连接，输出轴(19)与转子(5)转速相同。