CN103233781A - 旋转式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机，具体而言，涉及一种以压缩空气作为动力的旋转式发动机。本发明的旋转式发动机包括：发动机本体（100）、进排气结构（300）和轴系统（40），所述进排气结构（300）中气缸杆（104）的头部伸过固定盘（11）分别与三个滑枕（114）固定。气缸杆（104）的来回伸缩推动滑枕（114）在滑道（108）来回地滑动，其产生的轴向推力推动V型滑道轴（42）上的凸起侧面，进而转变成径向的旋转力，使V型滑道轴（42）旋转，进而中间轴（41）也跟着旋转，从而产生动力。该发明中的气缸（102）呈环形径向均布排列，相对于其他空气发动机来说，具有结构简单，低转速转动，高转矩输出，耗气少，续航里程长的特点。

Description

旋转式发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，具体而言，涉及一种以压缩空气为动力的旋转式发动机。

背景技术

本申请的申请人在其专利文献CN101413403 A(其同族国际申请为WO2010051668 A1)中公开一种可用于交通运输工具的空气动力发动机总成，该发动机包括储气罐、空气分配器、发动机本体、联动器、离合器、自动变速器、差速器以及置于排气室内的叶轮发动机。这种发动机利用压缩空气做功而不使用任何燃料，因此没有废气排放，实现了“零排放”，并且重复利用废气进行发电，节省了能源，降低了成本。但这种发动机是基于传统的四冲程发动机，曲轴每旋转720°，活塞做功一次。而作为动力源的压缩空气可以在进入气缸内时即可推动活塞做功，而后排放，即压缩空气发动机的冲程实际为进气-膨胀冲程和排放冲程。显然，专利文献CN101413403 A所公开的这种四冲程压缩空气发动机大大浪费了有效的做功冲程，限制了发动机的效率。并且这种发动机的尾气未能很好地循环利用起来，需要足够大的储气罐储备压缩空气才能工作足够长的时间。

基于专利申请CN101413403 A所存在的问题，本申请的申请人在其申请号为201110331809.9 的中国申请中公开了一种具有尾气回收回路的压缩空气发动机总成 ，该发动机包括气缸、缸盖系统、进气管路、排气管路、活塞、连杆、曲轴、排气凸轮轴、进气凸轮轴、前齿轮箱系统和后齿轮箱。这种发动机利用压缩空气做功而不使用任何燃料，因此没有废气排放，实现了“零排放”，并且循环利用废气进行做功，节省了能源，降低了成本。但这种发动机是直列多缸发动机，控制器中的每个控制器气门孔中只安装一个控制器气门，在发动机总体长度一定的情况下，限制了气缸缸数，因而限制了发动机的总输出功率。显然，201110331809.9 号申请所公开的这种直列多缸空气动力发动机总输出功率不高，发动机的构型仍然值得探索。

基于申请号为201110331809.9所存在的问题，本申请的申请人在其申请号为201210063546.2的中国申请中公开了一种V型多缸空气动力发动机，包括：多缸发动机本体、多柱体动力分配器、动力设备、控制器系统、进气控制调速阀、压缩气罐组、恒压罐、电子控制单元ECU、压缩空气加热设备以及可选择的第二供气回路。旨在解决空气动力发动机的输出功率问题以及尾气循环利用问题，从而实现经济、高效、零排放的新型压缩空气发动机。但这种发动机结构复杂，对压缩空气的利用不高，活塞缸做功时对压缩空气的需求量比较大。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种旋转式发动机，旨在结构复杂，耗气量大的问题。为此，本发明采用如下的技术方案。

一种旋转式发动机，其包括：发动机本体、进排气结构、气缸、轴系统、末端端盖、上箱体、油底壳、支进气管道、主进气管道和润滑系统，还包括副进气管道，当发动机的油门打开，压缩空气经过加热设备加热后通过主进气管道进入副进气管道，副进气管道内的压缩空气经支进气管道进入进排气结构，进而控制气缸内的活塞的左右滑动，同时带动轴系统中的中间轴转动。

优选的是，所述发动机本体安装在上箱体内。

上述方案中优选的是，所述上箱体的侧壁上开有排气孔。

上述方案中优选的是，所述气缸为六个，三个为一组通过两个末端端盖固定在上箱体的两端，并且相对中间轴呈环形径向均布排列。

上述方案中优选的是，所述主进气管道通过管接头与副进气管道连接，副进气管道为两根，每一根副进气管道上设有三根支进气管道。

上述方案中优选的是，所述支进气管的一端连接在副进气管道上，另一端连接在气缸的顶部。

上述方案中优选的是，所述进排气结构包括进气结构、排气结构、固定盘。

上述方案中优选的是，所述进气结构包括进气摇臂、进气凸轮和进气气门。

上述方案中优选的是，所述排气结构包括排气摇臂、排气凸轮和排气气门。

上述方案中优选的是，所述轴系统包括中间轴、V型滑道轴、进气凸轮和排气凸轮。

上述方案中优选的是，所述发动机本体内设有润滑系统。

上述方案中优选的是，所述润滑系统包括：主油道、向上油道、凸轮润滑油道、滑道轴润滑油道和凸轮回油道。

上述方案中优选的是，所述润滑系统中设置有机油泵，当发动机开始进气工作时，轴系统中的V型滑道轴转动，从而带动中间轴转动，机油泵将油底壳内的润滑油吸入泵体中对进排气结构、轴系统及活塞的腔体进行润滑，最终完成润滑的润滑油通过凸轮回油道回到油底壳中。

附图说明            

现在将描述根据本发明的优选但非限制性的实施例，本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中：

图1为本发明的旋转式发动机整体结构示意图；

图2为按照本发明的图1的旋转式发动机的正面剖视图；

图3为按照本发明的图1的旋转式发动机的侧面剖视图；

图4为按照本发明的图1中旋转式发动机的俯视图；

图5为按照本发明的图1中发动机本体的立体图；

图6为按照本发明的图5的正面剖视图；

图6-1为按照本发明的图5中固定盘的结构示意图；

图7为按照本发明的图5的俯视图；

图8为按照本发明的图1中进排气结构的结构示意图；

图9为按照本发明的图8的正面剖视图；

图10为按照本发明的图8的侧视图；

图11为按照本发明的图1中轴系统的结构示意图；

图12为按照本发明的图11正面剖视图；

图13为按照本发明的图11的俯视图；

图14为按照本发明的图1中润滑系统的结构示意图。

具体实施方式

以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

现在参考附图，图1、图2为本发明的旋转式发动机的结构示意图。如图1、图2所示，旋转式发动机，其包括：发动机本体100、进排气结构300、气缸102、轴系统40、末端端盖11、上箱体12、油底壳14、支进气管道15、主进气管道17和润滑系统500，还包括副进气管道16，当发动机的油门打开，压缩空气经过加热设备加热后通过主进气管道17进入副进气管道16，副进气管道16内的压缩空气经支进气管道15进入进排气结构300，进而控制气缸102内的活塞112的左右滑动，同时带动轴系统40中的中间轴41转动。

进一步参考图1-图4，发动机本体100通过螺栓10连接在上箱体12上，并与油底壳14通过螺栓密封性连接，其中轴系统40与气缸102的外部通过固定盘101连接在一起，并通过末端端盖11固定在上箱体12上。储气罐中的压缩空气在加热装置加热后通入主进气管道17中，进入主进气管道17后的压缩空气会进入副进气管道16中暂存，随后副进气管道16内的压缩空气会根据进排气结构300和轴系统40的控制通过支进气管道15进入气缸102中，做功完成后的气体通过上箱体12侧壁上的排气口18排出。气缸102为六个，三个为一组通过两个末端端盖11固定在上箱体12的两端，并且相对中间轴41（如图11所示）呈环形径向均布排列。主进气管道17通过管接头13与副进气管道16连接，副进气管道16为两根，每一根副进气管道16上设有三根支进气管道15，支进气管道15的一端连接在副进气管道16上，另一端连接在气缸102的顶部。

上述的气缸102以轴系统40上的中间轴41对称，左边的气缸组按顺时针看为1#气缸、2#气缸和3#气缸；右边的气缸组按顺时针看为4#气缸、5#气缸和6#气缸。

现在参考图5-图7，图5描述了根据本发明的发动机本体100的结构示意图。

发动机本体100包括气缸102、气缸杆104、活塞112、排气凸轮105、滑道108、进气凸轮118和轴系统40。气缸102为六个，三个为一组通过两个末端端盖11固定在上箱体12的两端，并且相对中间轴41（如图11所示）呈环形径向均布排列，所述末端端盖11通过卡簧103固定在中间轴41的两端，并且在末端端盖11与中间轴41之间设有轴承。横向相邻的两个气缸102的气缸杆104通过滑道108连接在一起，进而将相邻的两个气缸102连接在一起。气缸杆104的一端通过活塞112的连接置于气缸102的活塞腔内，另一端穿过固定盘101上圆孔通过气缸杆固定螺母113与滑道108上的滑枕114相连。固定盘101安装在轴系统40的中间轴41上，并且在固定盘101与中间轴41之间设有固定轴承107。气缸102进排气时，气缸杆104在活塞112的推动下在活塞腔内左右滑动。由于气缸杆104的另一端与滑道108上的滑枕114连接在一起，滑枕114夹持在轴系统40中的V型滑道轴42上，因此气缸杆104左右滑动时产生的推力推动V型滑道轴42的凸起侧面，进而将该推力转变成径向的旋转力，使V型滑道轴42旋转，最终带动中间轴41旋转，从而产生动力。

如图6所示，滑道108为两端90度折弯的槽型体；或采用切割工艺切割成的槽型体；或选用焊接方式焊接成的槽型体。槽型体的主体面的中部开有矩形孔，矩形孔的两端加工成半圆形；两端折弯部分的中部开有半圆孔，其上部开有螺纹孔。滑道108上通过滑道螺栓110连接有滑枕114，螺栓110上设有滑道轴承109，滑道轴承109的底部设有滑道轴承固定座111，滑道轴承109置于滑道108主体面的矩形孔中，为了减少滑道轴承109与滑道18的矩形孔之间的摩擦，故将矩形孔的两端加工成半圆形。滑枕114为两端90度折弯的槽型体，槽型体的主体面的上表面开有两个带有螺纹的盲孔，该盲孔用于连接滑道螺栓110；槽型体的主体面的内平面上开有两个销孔，销孔内设有固定销116，固定销116上设有滑轮轴承117，滑轮轴承117与主体面的内平面之间设有垫片115。两个滑轮轴承117置于轴系统40上的V型滑道轴42的两侧，并与V型滑道轴42的V型螺旋状凸起45的侧面接触。

进一步参考图6和图6-1，轴系统40的中间轴41上设有排气凸轮105和进气凸轮118，排气凸轮105位于进气凸轮118的外侧，进气凸轮118的端部置于固定盘101上的中心孔121内。所述中心孔121的直径为轴系统40中的中间轴41的直径。排气凸轮105和进气凸轮118通过凸轮固定螺钉106固定在中间轴41上。如图6-1所示，固定盘101为具有凸起部的圆盘，凸起部的中心孔中设有固定轴承107。固定盘101上以中心孔121为中心均匀地分布着三个导出孔122，导出孔122的直径为气缸102顶部的进排气控制壳305（参考图8所示）的中心连接塞（未示出）；每个导出孔122的周边均匀地分布着四个连接孔123，气缸102顶部的进排气控制壳305通过该连接孔123与固定盘101连接。

接下来参考图8-图10，图8为进排气结构300的结构示意图。所述进排气结构300包括：进气结构、排气结构、固定盘101。进气结构包括，进气摇臂321、进气凸轮118和进气气门320；排气结构包括，排气摇臂311、排气凸轮105和排气气门312。

下面结合图1并参考图8和图9详细介绍进排气结构300的工作过程。进排气控制壳305的侧面设有进气孔322，该进气孔322与支进气管道15（如图1所示）密封连接。当发动机的油门打开，压缩空气经过加热设备加热后通过主进气管道17进入副进气管道16，副进气管道16内的压缩空气经支进气管道15进入进排气结构300，进而控制气缸102内的活塞112的左右滑动，同时带动轴系统40中的中间轴41转动。当进气凸轮118与进气摇臂321相接触时，进气摇臂321的中间杆推动进气气门320的气门杆，进气气门320顶部的弹簧303被压缩，气缸102的活塞腔进入压缩空气，活塞112向活塞腔的底部方向滑动。活塞112在滑动过程中带动气缸杆304向活塞腔的底部方向滑动，因为气缸杆104的端部与滑枕114连接，并且滑枕114夹持在轴系统40的V型滑道轴42上，因此在气缸杆104在滑动的过程中带动滑枕114在滑道108的矩形孔内滑动，在此过程中产生的轴向推力推动V型滑道轴42的V型螺旋状凸起45，进而将该推力转变成径向的旋转力，使V型滑道轴42旋转，进而也带动轴系统40的中间轴41也随之旋转，从而产生动力。

当V型滑道轴42转动一定角度时，排气凸轮105与排气气门312的气门杆相接触，排气气门312顶部的弹簧303被压缩，排气气门312离开排气气门座套，排气气门312的排气孔313打开，活塞112向外滑动，从而将活塞腔内的压缩空气从排气气门312的排气孔313中排出，最终通过上箱体12侧壁上的排气口18排出。当活塞腔内的活塞112滑动到活塞腔的顶部时，活塞腔内的压缩空气被排出，排气凸轮105与排气摇臂311相分离，排气气门312在弹簧303的作用下回到排气气门座套内，排气气门312上的排气孔313被关闭，活塞腔停止排气。活塞112就按照上述的过程循环工作。

进一步参考图8，现在更加详细地描述进排气结构300的内部结构。本发明的进排气结构300包括进气结构、排气结构、固定盘101。

进气结构包括：进气气门320和进气摇臂321，每个气缸102内设有一个进气气门320和一个进气摇臂321。进气气门320设置在气缸102的进排气控制壳305内，并通过弹簧303抵靠在气门座套内，弹簧303上设有进排气控制壳盖板307。上述进排气控制壳305的侧壁上一边设有堵子302，另一边设有排气孔313，其顶部设有进气孔322。

进气摇臂321的一端通过固定圆柱309固定在固定盘101上，固定圆柱309上设有旋转轴承301；进气摇臂321的另一端的端部通过销子306连接有滚轮308，该滚轮308抵靠在进气凸轮118上。当气缸102内进入压缩空气时，进气摇臂321上的滚轮308与进气凸轮118的凸起接触。

排气结构包括：排气气门312和排气摇臂311，每个气缸102内设有一个排气气门312和一个排气摇臂311。排气气门312设置在气缸102的进排气控制壳305内，并通过弹簧303抵靠在气门座套内，弹簧303上设有进排气控制壳盖板307。上述进排气控制壳305的侧壁上一边设有堵子302，另一边设有排气孔313，其顶部设有进气孔322。

排气摇臂311的一端通过固定销钉310固定在固定盘101上，固定销钉310上设有旋转轴承301；排气摇臂311的另一端的端部通过销子306连接有滚轮308，该滚轮308抵靠在排气凸轮105上。当气缸102内进入压缩空气时，排气摇臂311上的滚轮308与排气凸轮105的凸起接触。

参考图11-13并结合图5和图6介绍轴系统40的工作过程。当发动机的油门打开，压缩空气经过加热设备加热后通过主进气管道17进入副进气管道16，副进气管道16内的压缩空气经支进气管道15进入进排气结构300，进而控制气缸102内的活塞112的左右滑动，同时带动轴系统40中的中间轴41转动。

轴系统40包括中间轴41和V型滑道轴42，其通过固定平键43连接在一起。进气凸轮118和排气凸轮105通过凸轮固定销钉106固定在中间轴41上，以V型滑道轴42为中心两边各设有一个进气凸轮118和一个排气凸轮105。排气凸轮105位于进气凸轮118的外侧，并且进气凸轮118与排气凸轮105凸起的起始角度相差90度。中间轴41的两端均设有卡槽44，该卡槽44用于固定和定位中间轴41两端的末端端盖11，另外该卡槽44对于末端端盖11内的轴承起到固定的作用，防止该发动机工作时末端端盖11在中间轴41上发生左右滑动的现象。V型滑道轴42上设有V型螺旋状凸起45，该V型螺旋状凸起45位于滑道108上的滑枕114内的槽内。气缸102进排气时，气缸杆104在活塞112的推动下在活塞腔内左右滑动。由于气缸杆104的另一端与滑道108上的滑枕114连接在一起，滑枕114夹持在轴系统40中的V型滑道轴42上，因此气缸杆104左右滑动时产生的推力推动V型滑道轴42的凸起侧面，进而将该推力转变成径向的旋转力，使V型滑道轴42旋转，最终带动中间轴41旋转，从而产生动力。

最后参考图14所示，其为本发明的发动机的润滑系统的结构示意图（实心箭头方向为润滑油流向的方向）。

该润滑系统500包括：主油道507、向上油道508、凸轮润滑油道509、滑道轴润滑油道510和凸轮回油道511。润滑系统500中设置有机油泵503，当发动机开始进气工作时，轴系统40中的V型滑道轴42转动，从而带动中间轴41转动，机油泵503将油底壳14内的润滑油吸入泵体中对进排气结构300、轴系统40及活塞112的腔体进行润滑，最终完成润滑的润滑油通过凸轮回油道511回到油底壳14中。为了防止机油泵503的油压过高而影响其工作，在机油泵503上设有限压阀505。

当气缸102从支进气管道15中进入压缩空气开始工作时，轴系统40中的中间轴41在气缸杆104的带动下旋转，在此过程中机油泵503起动，将油底壳14内的润滑油通过磁铁吸滤器501和集滤器502除杂后进入向上油道508中，随后进入凸轮润滑油道509对进气凸轮118和排气凸轮105进行润滑，从凸轮润滑油道509出来的润滑油进入滑道轴润滑油道510对滑道108上的各个部件进行润滑，接下来的润滑油通过凸轮回油道511进入主油道507中，最后通过凸轮回油道511回到油底壳14内，发动机往复转动时，润滑系统500对发动机的各部件按照上述的润滑过程循环润滑。

油底壳14的底部设有磁性放油塞504，当油底壳14内的润滑油需要更换时，只需要将磁性放油塞504打开即可。为了防止上箱体12与油底壳14组装在一起后发动机工作产生振动时，油底壳14内的润滑油会从上箱体12与油底壳14的接触处漏出，在上箱体12与油底壳14的接触处设有油堵506。

尽管参考附图详细地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对本发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (10)

1.一种旋转式发动机，其包括：发动机本体（100）、进排气结构（300）、气缸（102）、轴系统（40）、末端端盖（11）、上箱体（12）、油底壳（14）、支进气管道（15）、主进气管道（17）和润滑系统（500），其特征在于：还包括副进气管道（16），当发动机的油门打开，压缩空气经过加热设备加热后通过主进气管道（17）进入副进气管道（16），副进气管道（16）内的压缩空气经支进气管道（15）进入进排气结构（300），进而控制气缸（102）内的活塞（112）的左右滑动，同时带动轴系统(40)中的中间轴（41）转动。

2.如权利要求1所述的旋转式发动机，其特征在于：所述发动机本体（100）安装在上箱体（12）内。

3.如权利要求2所述的旋转式发动机，其特征在于：所述上箱体（12）的侧壁上开有排气孔（18）。

4.如权利要求1所述的旋转式发动机，其特征在于：所述气缸（102）为六个，三个为一组通过两个末端端盖（11）固定在上箱体（12）的两端，并且相对中间轴（41）呈环形径向均布排列。

5.如权利要求1所述的旋转式发动机，其特征在于：所述主进气管道（17）通过管接头（13）与副进气管道（16）连接，副进气管道（16）为两根，每一根副进气管道（16）上设有三根支进气管道（15）。

6.如权利要求1或5所述的旋转式发动机，其特征在于：所述支进气管（15）的一端连接在副进气管道（16）上，另一端连接在气缸（102）的顶部。

7.如权利要求1所述的旋转式发动机，其特征在于：所述进排气结构（300）包括进气结构、排气结构、固定盘（101）。

8.如权利要求7所述的旋转式发动机，其特征在于：所述进气结构包括进气摇臂（321）、进气凸轮（118）和进气气门（320）。

9.如权利要求7所述的旋转式发动机，其特征在于：所述排气结构包括排气摇臂（311）、排气凸轮（105）和排气气门（312）。

10.如权利要求1所述的旋转式发动机，其特征在于：所述轴系统（40）包括中间轴（41）、V型滑道轴（42）、进气凸轮（118）和排气凸轮（105）。

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