CN102644507A

CN102644507A - 一种旋片式发动机

Info

Publication number: CN102644507A
Application number: CN2012100659819A
Authority: CN
Inventors: 李德杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2012-08-22

Abstract

一种旋片式发动机，属于发动机制造和节能减排领域。椭圆柱型气缸腔体内设置圆柱形转子，转子内设置弹簧滑片，滑片将缸腔分成四个子腔，其中两个为燃烧腔，两个为伴腔。由于结构的对称性，该发动机工作时只产生纯力矩，因此振动和噪声小、摩擦力小，燃烧充分，整体效率高，尾气污染小。发动机体积小，动力大，适合高速和低速运行。由于具备结构简单、成本低、性能好、效率高等特点，该发动机极具推广价值。

Description

一种旋片式发动机

技术领域

旋片式发动机，特别涉及多腔旋片式发动机，属于发动机制造和节能减排技术领域。

背景技术

通常的活塞发动机是由汽缸、活塞、曲轴等组成，活塞经过四个冲程，通过活塞和曲轴间的曲柄来推动曲轴转动。由于活塞进行往复运动，而曲轴进行旋转运动，运动方式的不同导致多处产生较大的摩擦力，除了加速磨损，还要增加额外能量损耗，并且导致燃烧不充分，增加尾气排放污染。

往复运动活塞式发动机已经用了百多年，工艺技术已经达到极致，进一步改进的空间已经很小了。解决活塞和曲轴运动方式不同的方法是所谓的旋转活塞发动机，让燃气膨胀能直接驱动转动轴。旋转活塞发动机发明已经半个多世纪，虽然初期被寄予厚望，但由于效率低，污染重等因素，至今应用非常有限。为了解决这一问题，机械工程师们设计了许多新颖结构，然而根本问题并没有真正解决。这些问题包括：汽缸漏气导致动力下降，行星运动的活塞与转动主轴之间仍存在动力传递不匹配的问题，即没有解决垂直主轴的分力问题，摩擦过大，机械损毁程度高，寿命短等。到目前位置，旋转活塞发动机一般采用滚动摩擦，活塞和腔体之间不进行润滑。这种结构在泵和一般的压缩机中比较成功，但在发动机中问题较多，主要是因为发动机燃烧时压力太大，达到数十个大气压，这在泵和一般的压缩机中是没有的。过大的压力必然导致漏气，降低燃油效率。

由于常规发动机的工艺技术高度成熟，要想超越，新的设计必须针对其实质性缺陷，并且自身没有致命缺点。常规发动机的缺点之一是体积大，主要是曲轴传导结构导致的，缺点之二是运动不匹配，导致汽缸燃烧膨胀时附加摩擦力增大，降低了效率。

发明内容

针对已有发动机的问题，并且借鉴往复式活塞发动机的成功经验，本发明提出一种新型结构的发动机，采用滑动摩擦，并进行润滑。本发明采用的工作方式保证燃油燃烧膨胀能产生纯力矩，基本不增加额外摩擦力，因此原理上具有高效率。本发明结构简单，没有曲轴，体积小，动力大，而且解决了已有旋转活塞发动机存在的汽缸漏气等问题。

本发明的技术方案如下：.一种旋片式发动机，基本结构包括气缸缸体（10）、气缸的两个端盖（11、12），缸体和端盖包围出椭圆柱形气缸腔体，气缸腔体内设置一个与气缸腔体同轴的圆柱形转子（20），转子与椭圆形缸体侧壁最近处留有间隙，以便气流通过。在转子两个相互垂直的直径上，外缘沿轴向加工四个矩形通槽（21），并且在位于同一条直径上的两个通槽之间，设置数个直径小于通槽厚度并且垂直于轴线的圆形通孔（22），将两个通槽连通，但两个相互垂直方向上的圆形通孔要相互错位，不能连通。槽中对称放置可以滑动的旋片（30），旋片与转子中圆形通孔位置相对应处，设置与通孔直径相同的圆孔（31）。转子圆形通孔（22）中设置弹簧（32），弹簧两端深入到两边旋片中的圆孔（31）中，弹簧处于压缩状态，弹力使得两个旋片与气缸缸体密切接触。旋片将气缸腔体分成四个子腔，分别为1号腔、2号腔、3号腔和4号腔，其中1号腔和3号腔为燃烧腔，2号腔和4号腔为润滑腔，燃烧腔中燃油燃烧产生动力，通过旋片推动转子旋转，润滑腔只是喷入机油和空气，润滑气缸缸体、气缸端盖、转子和旋片。所述的子腔位置随着转子的转动而发生顺时针或逆时针顺序变化。

在气缸端盖上设置两个燃烧腔的燃油和空气进气口（13）、两个润滑腔的飞溅润滑机油和空气进气口（15）、两个燃烧腔尾气排放口（14）和两个润滑腔飞溅润滑机油和空气出气口（16）。两个燃烧腔进气口（13）设置在沿转子直径方向的一条直线上，位置靠近气缸缸体，其附近设置两个润滑腔进气口（15）。两个燃烧腔的尾气排放口（14）设置在与燃烧腔进气口垂直的方向上，同样靠近缸体，其附近设置两个润滑腔出气口（16）。转子与主轴（40）同轴相连。润滑转子、弹簧和旋片的压力机油入口（17）和出口（18）分别设置在两个气缸端盖上靠近主轴，能将机油注入到转子通槽中的位置上。

该发动机采用主轴转一周燃烧膨胀一次的四步工作模式，1号腔3号腔同时燃烧，由于结构的对称性，燃油膨胀只产生纯转矩，不产生垂直于轴的压力，也就是不会增加额外摩擦力。第一步开始时关闭燃烧腔尾气排放口（14）和润滑腔进气口（15），开启燃烧腔进气口（13）和润滑腔出气口（16），空气和燃油喷入两个燃烧腔，空气和机油从两个润滑腔中排出；第二步开始时燃烧腔尾气排放口（14）继续处于关闭状态、关闭燃烧腔进气口（14）和润滑腔出气口，开启润滑腔进气口（15），燃烧腔进行压缩，润滑腔喷入空气和机油；第三步开始时燃烧腔进气口和尾气排放口继续处于关闭状态，关闭润滑腔进气口，开启润滑腔出气口，两个燃烧腔点燃膨胀，两个润滑腔排出空气和机油；第四步开始时，燃烧腔进气口继续处于关闭状态，开启燃烧腔尾气排放口和润滑腔进气口，关闭润滑腔出气口，燃烧腔排出尾气，润滑腔喷入空气和机油。

所述的燃烧腔进气口和润滑腔进气口可以分别设置在两个端盖上相对应的位置上，燃烧腔排放口和润滑腔出气口可以分别设置在两个端盖上相对应的位置上，以此解决设置在一侧端盖上过于拥挤的问题。

所述的进排气口还可以设置在缸体侧壁上，用以减小多个缸串连时的发动机体积。最紧凑的串联中，气缸之间只有一个共用的端盖，各缸之间的压力机油流通口设置在共用缸盖上，在端缸的两个端盖上设置进出口。

所述的燃烧腔进排气口和润滑腔进出气口可以采用凸轮控制，也可以从设置在主轴上的传感器采集位置信息，通过计算机控制，同时控制火花塞和油门喷嘴。

发动机主要尺寸包括椭圆缸腔长短轴尺寸、转子直径和腔的轴向长度，依据排量和压缩比进行设计。与往复式活塞发动机不同，本发明中缸的轴向长度不受缸腔横截面尺寸的限制，增大了结构设计的灵活性。由于主轴旋转一周两个对称的燃烧腔同时膨胀一次，主轴旋转1/4周，因此最好有四缸实现动力均衡，轴上时刻有转矩，保证运行平稳。

对于多缸发动机，当进排气口都设置在缸体侧壁上时，可以共用一个椭圆柱缸体，一次加工完成。各缸之间的端盖共用，共用端盖上设置压力机油连通口。多缸用的转子也可以整体加工，各缸之间的端盖采用两块紧密拼装。装配好的转子、旋片、弹簧、共用端盖组件一次装入椭圆柱缸体中，再安装最外侧端盖。需要注意的是进排气口的阀门结构应保证润滑腔滑过时不留机油。

缸体、端盖、乃至转子等都可以采用水冷方式冷却，具体结构不属于本发明保护范围，不详细说明。

与已有技术相比，本发明由于燃油膨胀只产生纯力矩，因此运行平稳，噪声和震动小。同样由于这个原因，燃烧效率高，污染小。由于采用了腔内润滑，润滑油的密封功能导致汽缸的密封性能好，发动机不漏气，使得效率进一步提高。与往复式活塞发动机相比，本发明体积减小明显，而且机构简单，成本低，效率高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的工作过程图。图中的进气口、排气口、机油入口、机油出口等为白色填充时，表示开启，黑色填充时，表示关闭。进气口和排气口中心为叉号时表示进气，为黑点时表示排气。

图3为机油进口和出口的结构示意图，关闭时汽缸内表面完全平滑。

图4为燃烧腔和润滑腔的进排气口分别设置在两个端盖上的结构示意图。

图5为所有进排气口都设置在缸体侧壁上的结构示意图。

图6为进排气口都设置设置在缸体侧壁上，多缸串连结构示意图。

各图中，图中10为缸体，11、12为端盖，13为燃烧腔燃油和空气进气口，14为燃烧腔尾气排放口，15为润滑腔飞溅润滑机油和空气入口，16为润滑腔机油和空气出口，17为压力机油入口，18为压力机油出口，20为转子，21为转子沿轴线方向的通槽，22为转子中安放弹簧的圆孔，30为旋片，31为旋片上安放弹簧的圆孔，32为弹簧，40为主轴。

具体实施方式

以下以实施例对本发明做进一步说明。

实施例，椭圆的长短轴之比取为1.3：1，长轴长度为16cm，短轴12.3cm，转子直径取为11.4cm，椭圆缸腔长度为10cm。旋片厚度1cm，宽度5cm，长度与缸腔相同，其中弹簧孔深度1cm，弹簧最长8cm，最短时为4.3cm。压缩比为10.5，单缸排量0.4升，四缸达到1.6升。

Claims

1.一种旋片式发动机，其特征在于，包括气缸缸体（10）、气缸的两个端盖（11、12），缸体和端盖包围出椭圆柱形气缸腔体，气缸腔体内设置一个与气缸腔体同轴的圆柱形转子（20），转子与椭圆形缸体侧壁最近处留有间隙，以便气流通过；在转子两个相互垂直的直径上，外缘沿轴向加工四个矩形通槽（21），并且在位于同一条直径上的两个通槽之间，设置数个直径小于通槽厚度并且垂直于轴线的圆形通孔（22），将通槽连通，但两个相互垂直方向上的圆形通孔要相互错位，不能连通；槽中对称放置可以滑动的旋片（30），旋片与转子中圆形通孔位置相对应处，设置与通孔直径相同的圆孔（31），转子圆形通孔（22）中设置弹簧（32），弹簧两端深入到两边旋片中的圆孔（31）中，弹簧处于压缩状态，弹力使得两个旋片与气缸缸体密切接触；旋片将气缸腔体分成四个子腔，分别为1号腔、2号腔、3号腔和4号腔，其中1号腔和3号腔为燃烧腔，2号腔和4号腔为润滑腔，燃烧腔中燃油燃烧产生动力，通过旋片推动转子旋转，润滑腔只是喷入机油和空气，润滑气缸缸体、气缸端盖、转子和旋片；所述的子腔位置随着转子的转动而发生顺时针或逆时针顺序变化。

2.根据权利要求1所述的旋片式发动机，其特征在于，在气缸端盖上设置两个燃烧腔的燃油和空气进气口（13）、两个润滑腔的飞溅润滑机油和空气进气口（15）、两个燃烧腔尾气排放口（14）和两个润滑腔飞溅润滑机油和空气出气口（16）；两个燃烧腔进气口（13）设置在沿转子直径方向的一条直线上，位置靠近气缸缸体，其附近设置两个润滑腔进气口（15）；两个燃烧腔尾气排放口（14）设置在与燃烧腔进气口垂直的方向上，同样靠近缸体，其附近设置两个润滑腔出气口（16）；转子与主轴（40）同轴相连；润滑转子、弹簧和旋片的压力机油入口（17）和出口（18）分别设置在两个气缸端盖上靠近主轴，能将机油注入到转子通槽中的位置上。

3.根据权利要求1所述的旋片式发动机，其特征在于，该发动机采用主轴转一周燃烧膨胀一次的四步工作模式，1号腔3号腔同时燃烧，由于结构的对称性，燃油膨胀只产生纯转矩，不产生垂直于轴的压力，也就是不会增加额外摩擦力；第一步开始时关闭燃烧腔尾气排放口（14）和润滑腔进气口（15），开启燃烧腔进气口（13）和润滑腔出气口（16），空气和燃油喷入两个燃烧腔，空气和机油从两个润滑腔中排出；第二步开始时燃烧腔排放口（14）继续处于关闭状态、关闭燃烧腔进气口（14）和润滑腔出气口（16），开启润滑腔进气口（15），燃烧腔进行压缩，润滑腔喷入空气和机油；第三步开始时燃烧腔进气口和尾气排放口继续处于关闭状态，关闭润滑腔进气口，开启润滑腔出气口，两个燃烧腔点燃膨胀，两个润滑腔排出空气和机油；第四步开始时，燃烧腔进气口继续处于关闭状态，开启燃烧腔尾气排放口和润滑腔进气口，关闭润滑腔出气口，燃烧腔排出尾气，润滑腔喷入空气和机油。

4.根据权利要求1所述的旋片式发动机，其特征在于，所述的燃烧腔进气口和润滑腔进气口可以分别设置在前后两个端盖相对应的位置上，燃烧腔尾气排放口和润滑腔出气口可以分别设置在前后两个端盖相对应的位置上，以此解决设置在一侧端盖上过于拥挤的问题。

5.根据权利要求1所述的旋片式发动机，其特征在于，所述的所有进排气口还可以设置在缸体侧壁上，以减小多缸串连时的轴向长度，减小发动机体积。

6.根据权利要求1所述的旋片式发动机，其特征在于，所述的燃烧腔进气口、尾气排气口、润滑腔进气口和出气口可以采用凸轮控制，也可以从设置在主轴上的传感器采集位置信息，通过计算机控制，同时控制火花塞和油门喷嘴。