CN102787909B - 一种动子发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动子发动机，包括圆环形的缸体、辐条、转动轴、动子、进气门、火花塞、排气门，所述的动子设在缸体内，所述的缸体包括固定不动的缸体外环和转动的缸体内环，所述的进气门、火花塞、排气门均设在缸体外环上，所述的辐条中部与转动轴相连接，动子通过传动滑块机构将动力传递给辐条带动转动轴输出动力。该发动机热功效率高节能，而且还能极大的减少振动和噪声，同时减少污染气体的排放。

Description

一种动子发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种动子发动机。

背景技术

目前，发动机多为往复式活塞发动机，往复式活塞发动机的缸体为圆柱形缸体，活塞在缸体内，可燃混合气燃烧推动活塞做往复运动，对外做功。往复式活塞发动机是汽车上应用最多的发动机，但存在以下不足之处：

1、热效率不高，只有30%～40%的热能转化为机械能，污染气体排放量大；主要原因是：提前排气，工质还没有把热能全部转化为机械能，造成能量浪费；强制排气消耗一定的机械能；废气还有很多的热能没有被充分利用；提前点火，产生部分负功消耗一定的机械能；怠速时，只需要很少的可燃混合气，但是往复式活塞发动机的充气容积是一定的，还是必须充满气体，造成压缩气体消耗的能量没有减少，同时非做功气体还要消耗较多的热量，造成能量浪费。

2、活塞往复运动造成振动大、噪声大，而且振动也会造成能量的损失，以及造成较大的机械磨损。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种动子发动机，其目的是大幅提高热功效率，而且还能极大的减少振动和噪声，同时减少污染气体的排放。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种动子发动机，包括圆环形的缸体、辐条、转动轴、动子、进气门、火花塞、排气门，所述的动子设在缸体内，所述的缸体包括固定不动的缸体外环和相对缸体外环可转动的缸体内环，所述的进气门、火花塞、排气门均设在缸体外环上，所述的辐条中部与转动轴相连接，动子通过传动滑块机构将动力传递给辐条带动转动轴输出动力。

还包括动子控制器，所述的动子控制器包括自动控制器和电磁控制器，所述的自动控制器的斜齿滑块与动子上的单向斜面锯齿相适配，所述的电磁控制器的条形块与动子上的楔形凹槽相适配，所述的电磁控制器与ECU电连接。

还包括润滑系统，所述的润滑系统包括润滑油箱、润滑油喷油泵、润滑油喷嘴、回油槽，所述的润滑油喷油泵与润滑油喷嘴通过润滑油喷油管相连接，所述的回油槽与润滑油箱通过回油管相连接。

所述的传动滑块机构包括传递动力的传动滑块、拨动动子的楔形滑块、顶动块，所述的传动滑块设在辐条的一端部，所述的楔形滑块设在辐条的另一端部，所述的传动滑块和楔形滑块上均设有与顶动块相适配的斜面。

所述的动子中部朝向缸体内环设有凹槽，传动滑块厚度等于动子上的凹槽宽度，所述的楔形滑块厚度大于动子上的凹槽宽度。

所述的缸体外环上与排气门相邻设有一组辅助排气门，所述的辅助排气门通过进气量控制踏板控制开开启或关闭。

所述的动子上设有通气孔，传动滑块上设有通气槽，辐条上设有进风口，所述的通气孔、通气槽、进风口相连通。

所述的楔形滑块上设有排气槽。

所述的缸体外环和缸体内环之间设有密封垫片。

所述的缸体为叠加的两缸体，两缸体的辐条十字交叉对称与转动轴相连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、缸体有足够的做功行程能充分利用工质的能量做功；

2、不需要提前排气，不会造成能量损失，排气门一直处于开放状态减少了强制排气时的能量消耗，提高发动机功效；

3、利用废气的剩余能量来压缩可燃混合气，充分利用了废气的剩余能量；

4、充气室容积可以根据工况改变大小，使发动机始终燃烧一定的理想空燃比的混合气，优化发动机的燃油经济性，降低污染气体的排放，减少了怠速和低负荷时压缩混合气的能量消耗和不做功气体的热量消耗；

5、ECU和电磁控制器配合，在初燃期完成到达明显燃烧期时，ECU才指示电磁控制器松开动子，使发动机达到最大功效，不存在提前点火，没有负功；

6、由于动子是做圆周运动，不是往复运动，所以机械振动小，噪声低；

7、做功初始时，动子就具有缸体圆环半径长度的力臂，因此扭矩比传统发动机大；

8、本发动机实际只有做功和压缩二个冲程，因此功率将大幅提高。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明动子发动机构造示意图。

图2为沿图1中A-A剖视图。

图3为本发明动子发动机剖视示意图。

图4为本发明动子构造示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为本发明传动滑块和顶动块构造示意图。

图7为本发明主辐条和传动滑块构造示意图。

图8为本发明楔形滑块和顶动块构造示意图。

图9为本发明辅助排气门构造示意图。

图10为沿图9中B-B剖视图。

图11为本发明辅助排气门控制示意图。

图12为本发明传动滑块与顶动块作用示意图。

图13为本发明楔形滑块与顶动块作用示意图。

图14为本发明电磁控制器与动子作用示意图。

图15为本发明电磁控制器与楔形滑块作用示意图。

图16为本发明双缸叠加传动构造示意图。

图中：1.缸体外环、2.缸体内环、3.主辐条、4.转动轴、5.排气门Ⅰ、6.进气门Ⅰ、7.排气门Ⅱ、8.进气门Ⅱ、9.键、10.密封垫片、11.动子Ⅰ、12.动子Ⅱ、13.动子Ⅲ、14.火花塞Ⅱ、15.火花塞Ⅰ、16.辅助排气门Ⅰ、17.辅助排气门Ⅱ、18.润滑油箱、19.润滑油喷油泵、20.自动控制器Ⅰ、21.斜齿滑块Ⅰ、22.ECU、23.副辐条、24.电磁控制器Ⅰ、25.条形块Ⅰ、26.自动控制器Ⅱ、27.斜齿滑块Ⅱ、28.电磁控制器Ⅱ、29.条形块Ⅱ、30.传动滑块、31.顶动块Ⅰ、32.楔形滑块、33.顶动块Ⅱ、34.单向斜面锯齿、35.楔形凹槽、36.通气孔、37.通气槽、38.排气槽、39.液压控制滑块、40.辅助排气门滑块Ⅰ、41.辅助排气门滑块Ⅱ、42.辅助排气门滑块Ⅲ、43.辅助排气门滑块Ⅳ、44.辅助排气门滑块Ⅴ、45.滑块斜面、46.进气量控制踏板、47.第二缸体主辐条、48.第二缸体副辐条、49.转动轴皮带盘、50.电机皮带盘、51.电机、52.液压传感器、53.液压缸、54.润滑油喷嘴、55.回油槽、56.回油管、57.润滑油喷油管、58.进风口。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，该动子发动机的缸体为圆环形缸体，圆环形缸体由内、外的两个圆环相扣，即缸体外环1和缸体内环2相扣，缸体外环1固定不动，缸体内环2相对缸体外环可转动。辐条与转动轴4相连接，辐条包括一端的主辐条3和另一端的副辐条23，辐条与转动轴之间通过键9稳固连接在一起。当发动机做功时，缸体内的动子转动，动子带动缸体内环以及辐条转动，进而带动转动轴输出动力。缸体外环上对称设置有排气门Ⅰ5和排气门Ⅱ7，以及在排气门Ⅰ5相邻处设有辅助排气门Ⅰ16，在排气门Ⅱ7相邻处设有辅助排气门Ⅱ17，在缸体外环1上还对称设有进气门Ⅰ6和进气门Ⅱ8，在进气门Ⅰ相邻处设有火花塞Ⅰ15，在进气门Ⅱ相邻处设有火花塞Ⅱ14。在缸体外环1外圆周面上对应两排气门位置处分别设有润滑油喷嘴54和回油槽55，润滑油喷嘴54通过润滑油喷油管57与润滑油箱18相连通，在润滑油喷油管57上设有润滑油喷油泵19，通过润滑油喷嘴将润滑油喷入缸体内，再通过回油槽55连通回油管56回流到润滑油箱18中形成润滑系统，达到动子润滑的目的。

如图2所示，缸体外环1的横截面呈U形，缸体外环1与缸体内环2之间设有密封垫片10，使缸体外环和缸体内环紧密合在一起不漏气，当密封垫片磨损老化后可以更换。

如图3所示，在圆环形的缸体内设有三个形状大小完全相同的动子Ⅰ11、动子Ⅱ12、动子Ⅲ13，动子与缸体内壁紧密相接，不漏气。动子中部朝向缸体内环设有一个长方形的凹槽。在图中的，动子Ⅰ11被自动控制器Ⅰ20的斜齿滑块Ⅰ21固定在相应的位置暂时不动，动子Ⅱ12被电磁控制器Ⅰ24内的条形块Ⅰ25控制处于暂时停止状态，通过动子Ⅰ与动子Ⅱ之间的充满了已经达到压缩比的可燃混合气，ECU22指示火花塞Ⅱ14点火，当燃烧达到明显燃烧期时，ECU22指示电磁控制器Ⅰ24松开条形块Ⅰ25，气体膨胀推动动子Ⅱ12顺时针运动做功，动子Ⅱ12通过主辐条3内的传动滑块30带动缸体内环、辐条、转动轴运动，达到输出动力的目的。与此同时，沿缸体顺时针方向另一端的动子Ⅲ13处于火花塞Ⅰ15之后，ECU指示打开进气门Ⅰ6，根据工况开始由气泵充入一定量可燃混合气，同时将废气从排气门Ⅰ5挤出，当动子Ⅱ12的前端运动到排气门Ⅰ时，进气也同时完成，废气剩余能量推动动子Ⅱ12继续顺时针运动，压缩动子Ⅱ与动子Ⅲ之间的可燃混合气，这时候动子Ⅱ的运动速度会因为可燃混合气的阻力变慢，主辐条内的传动滑块30的速度相对较快，在动子Ⅱ中的凹槽里由尾端滑动到前端，这时废气的剩余能量恰好被充分利用完，传动滑块30就开始推动动子Ⅱ12继续顺时针运动压缩可燃混合气到需要的压缩比，此时，辅助排气门Ⅰ16根据工况开闭一定的个数，排出不做功的气体。当达到压缩比时传动滑块尾端的斜面与顶动块Ⅱ33的斜面接触，传动滑块30被顶起使传动滑块脱离动子Ⅱ12的凹槽，滑过动子Ⅱ进入动子Ⅲ13的凹槽，而动子Ⅱ12这时恰好被自动控制器Ⅱ26的斜齿滑块Ⅱ27控制在相应位置，不会逆时针运动。与此同时，在上述压缩过程中，副辐条已经运动到另一端，副辐条内的楔形滑块32一端部的斜面恰好推动动子Ⅰ11的尾端，使动子Ⅰ顺时针移动到原来动子Ⅱ的位置，楔形滑块另一端部尾端被顶动块Ⅰ的斜面向上顶起，使楔形滑块32滑过动子Ⅰ，动子Ⅰ被电磁控制器Ⅰ控制暂时处于不动。上述过程完成后，ECU指示火花塞Ⅰ15点火，同时指示打开进气门Ⅱ8，气泵根据工况从进气门开始进气，当火花塞Ⅰ点火后，燃烧达到明显燃烧期，ECU指示电磁控制器Ⅱ28中的条形块Ⅱ29松开动子Ⅲ13，气体膨胀做功推动动子Ⅲ顺时针运动，通过传动滑块传递动力到缸体内环、辐条、转动轴；当动子Ⅲ的前端运动到排气口Ⅱ的位置时，废气剩余能量同样推动动子Ⅲ继续顺时针运动，压缩动子Ⅲ与动子Ⅰ之间的可燃混合气，达到压缩比后，火花塞Ⅱ点火，动子Ⅰ做功过程又开始进行，以上过程不断循环做功，发动机不断输出动力。

如图4和图5所示，动子的形状及构造：动子整体呈弧形，与缸体的弧形相一致，动子的二端有活塞环，确保与缸体内壁密封不漏气；动子中部朝向缸体内环设有一个长方体形的凹槽，该长方体形的凹槽方便传动滑块与动子相互作用；沿顺时针，动子的尾端有一个凹槽，在点火时，在前面的一动子的凹槽内即为进气门和火花塞，方便进气；动子朝向缸体外环设有楔形凹槽35，方便电磁控制器控制动子，还设有单向斜面锯齿34，方便自动控制器使动子在相应的位置处于暂时不动，不会逆时针运动，当该动子顺时针运动压缩前面的气体时，在不同工况下，ECU指示进入可燃混合气量不同，压缩后的体积大小不同，自动控制器的斜齿滑块会咬合在不同的位置。当咬合在动子最前面一个锯齿时，压缩后的体积最小，对应怠速时需要的最少可燃混合气；当咬合在动子最后面一个锯齿时，压缩后的体积最大，对应满负荷时需要的最多可燃混合气；动子的内部设置通气孔36，冷却气体可以在通气孔里流动，能够冷却动子，同时便于自动控制器的斜齿滑块进入锯齿空隙时，能排出空气，能够稳妥紧密的咬合住锯齿，传动滑块厚度等于动子上的凹槽宽度，冷却空气在两通气孔内流动，达到更好的冷却效果。

如图6和图7所示，传动滑块的前侧面和后侧面都有通气槽37，通气槽方便传动滑块进入动子凹槽时排出空气，不会受到空气阻力，能方便进入凹槽；而且在辐条运动时，冷空气可以从左侧通气槽进入到动子，在动子内部流动冷却动子，从右侧凹槽流出。传动滑块30下端呈弧形，弧度与缸体内环弧度吻合一致当传动滑块从后一个动子移动到前一个动子时，必然经过压缩了的可燃混合气，这样的结构可以防止漏气。传动滑块尾端有一个斜面，可以与顶动块的斜面相作用，沿斜面向上滑动被顶起，使传动滑块在相应的位置脱离动子。

辐条顺时针运动时，冷空气从主辐条侧面进风口进入传动滑块左侧面通气槽，然后在动子内部的通气孔36里流动，最后从传动滑块的右侧凹槽流出，达到冷却动子的目的。

如图8所示，副辐条23内的楔形滑块32厚度大于动子长方体形凹槽的宽度，但是小于动子总宽度，使楔形滑块不会下落到动子的凹槽里又能很好的滑过动子；楔形滑块32上设有一排气槽38，方便排出可能淤积在动子凹槽里的空气；楔形滑块尾端也有一个斜面，当楔形滑块推动动子移位到达需要的位置时，动子被电磁控制器控制在相应的位置后，该斜面会与顶动块的斜面作用，把楔形滑块顶起，使楔形滑块不再推动动子，从上端滑过动子。

如图9所示，排气门与辅助排气门的五个辅助排气门滑动块Ⅰ40、辅助排气门滑动块Ⅱ41、辅助排气门滑动块Ⅲ42、辅助排气门滑动块Ⅳ43、辅助排气门滑动块Ⅴ44相连，它们都被液压控制滑块39控制打开或者关闭。当五个辅助排气门滑块全部打开时，构成的进气容积最小，对应怠速时需要的最少可燃混合气；当五个辅助排气门滑块全部关闭时，构成的进气容积最大，对应满负荷时需要的最多可燃混合气，因此可以实现充气容积可变。

如图10所示，进气量控制踏板46来控制辅助排气门滑动打开或关闭，根据工况用脚下踏该踏板时，液压缸53的压力增大，压力传感器52将信息传递给ECU，ECU指示喷油泵喷入相应的燃油量，同时指示进气泵压入相应的空气量，满足工况要求；与此同时，液压传动将液压控制滑块39向前推，作用于辅助排气门滑块上的滑块斜面45，使辅助排气门下行关闭，容纳相应工况的可燃混合气。

如图11所示，液压控制滑块39压下其中二个辅助排气门滑块，辅助排气门滑块的下端与缸的内壁正好平整一致，与前面动子的尾端形成的了一定的充气容积，等于所需要的可燃混合气的体积。

如图12所示，当主辐条3内的传动滑块30推动动子顺时针运动，压缩与前一个动子之间的可燃混合气，达到需要的压缩比时，传动滑块30尾勾的斜面就作用在顶动块的斜面上，被顶起，传动滑块就脱离现在的动子，向前滑动，进入到前一个动子的凹槽；顶动块的后端连接在一个液压缸上，该液压缸与进气量控制踏板46下的液压缸连通，通过液压来确定顶动块处在的位置，也决定了传动滑块被顶起的位置，从而决定压缩后的混合气体积大小，该体积的大小与进气量大小相一致，保证了压缩比是不变的。

如图13所示，压缩混合气的过程的同时，在另一端的副辐条23正在进行下面的过程：副辐条23内的楔形滑块32的斜面作用于动子的尾端，推动动子脱离自动控制器移动到进气门和火花塞的前面，以便进气门打开进气。当动子到达相应位置被电磁控制器控制后，楔形滑块的尾端就会作用于顶动块被顶起，使楔形滑块端部滑过该动子。

如图14所示，传动滑块30已经滑入到前一个动子的凹槽里，火花塞点火后，燃烧达到明显燃烧期，电磁控制器在ECU22的指示下，通过电磁作用顶起条形块的左端，使条形块的右端脱离动子下端的楔形凹槽，动子已经顺时针运动做功了一段行程，电磁控制器的条形块处在二个动子之间的位置。电磁控制器内的条形块的构造是：条形块朝向缸体外环的面呈弧形，与缸体外环的内壁的面吻合一致，二端面呈圆弧形与电磁控制器内壁紧密接触，不漏气，中间与转轴铰接，可转动。

如图15所示，辐条另一端的副辐条23内的楔形滑块32已经将动子推动到进气门和火花塞的前面，电磁控制器的条形块进入动子下端的楔形凹槽，使动子暂时处于不动状态，ECU22指示进气门打开，开始进气；同时副辐条内的楔形滑块就从动子的上部滑过去。

如图16所示，一台发动机中设置二个圆环形缸体时，这二个缸体的辐条呈十字交叉形，两辐条均固定在转动轴上。即第二缸体主辐条47和第二缸体副辐条48固定在转动轴4上。当第一个圆环形缸体处于做功时，第二个缸体正好处于压缩可燃混合气的过程，反之，当第二个缸体处于做功时，第一个缸体正好处于压缩可燃混合气的过程，使得整个发动机连续平稳的输出动力。

转动轴4固定有转动轴皮带盘49，通过皮带与电机51上的电机皮带盘50连接，当发动机启动时，电机51通过皮带传递动能到转动轴，完成发动机的启动。

本发明中的动子在圆环形缸体内部做圆周运动时，需要的润滑油是由润滑油箱储存，位于缸体下方，通过润滑油喷油泵向缸内喷油，每当动子将要运动做功时，ECU指示喷油一次，确保达到润滑效果；缸体外环采用冷却液降温，内环是不断转动的，可以采用风冷降温。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种动子发动机，其特征在于：包括圆环形的缸体、辐条、转动轴（4）、动子、进气门、火花塞、排气门，所述的动子设在缸体内，所述的缸体包括固定不动的缸体外环（1）和相对缸体外环可转动的缸体内环（2），所述的进气门、火花塞、排气门均设在缸体外环（1）上，所述的辐条中部与转动轴（4）相连接，动子通过传动滑块机构将动力传递给辐条带动转动轴（4）输出动力；

所述的传动滑块机构包括传递动力的传动滑块（30）、拨动动子的楔形滑块（32）、顶动块，所述的传动滑块（30）设在辐条的一端部，所述的楔形滑块（32）设在辐条的另一端部，所述的传动滑块（30）和楔形滑块（32）上均设有与顶动块相适配的斜面。

2.如权利要求1所述的动子发动机，其特征在于：还包括动子控制器，所述的动子控制器包括自动控制器和电磁控制器，所述的自动控制器的斜齿滑块与动子上的单向斜面锯齿（34）相适配，所述的电磁控制器的条形块与动子上的楔形凹槽（35）相适配，所述的电磁控制器与ECU（22）电连接。

3.如权利要求2所述的动子发动机，其特征在于：还包括润滑系统，所述的润滑系统包括润滑油箱（18）、润滑油喷油泵（19）、润滑油喷嘴（54）、回油槽（55），所述的润滑油喷油泵（19）与润滑油喷嘴（54）通过润滑油喷油管（57）相连接，所述的回油槽（55）与润滑油箱（18）通过回油管（56）相连接。

4.如权利要求3所述的动子发动机，其特征在于：所述的动子中部朝向缸体内环（2）设有凹槽，传动滑块（30）厚度等于动子上的凹槽宽度，所述的楔形滑块（32）厚度大于动子上的凹槽宽度。

5.如权利要求4所述的动子发动机，其特征在于：所述的缸体外环（1）上与排气门相邻设有一组辅助排气门，所述的辅助排气门通过进气量控制踏板（46）控制开开启或关闭。

6.如权利要求5所述的动子发动机，其特征在于：所述的动子上设有通气孔（36），传动滑块（30）上设有通气槽（37），辐条上设有进风口（58），所述的通气孔（36）、通气槽（37）、进风口（58）相连通。

7.如权利要求6所述的动子发动机，其特征在于：所述的楔形滑块（32）上设有排气槽（38）。

8.如权利要求1至7任一项所述的动子发动机，其特征在于：所述的缸体外环（1）和缸体内环（2）之间设有密封垫片（10）。

9.如权利要求8所述的动子发动机，其特征在于：所述的缸体为叠加的两缸体，两缸体的辐条十字交叉对称与转动轴（4）相连接。

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