CN103670688A - 旋转活塞式发动机 - Google Patents

Abstract

一种旋转活塞式发动机，由两组绕轴线相对称的环形汽缸为弧形空心环状壳体，沿轴线排列连接，环状壳体外侧有环形口，两组双环形汽缸内圆面沿轴向设置有排气道与二者相通，旋转活塞整体设置在环形汽缸中，其中的旋转轴上间隔固定设置有活塞固定座，并沿活塞固定座侧面分别设置有活塞，活塞呈弧形绕轴线相对称，弧形活塞的端头的端面是弧形，端头弧形端面与弧形活塞外圆呈锐角设置，弧形活塞的弧形体运转时关闭和打开、环形汽缸内圆面沿轴向设置的排气道，转动旋转轴时，旋转轴可带动活塞固定座上的弧形活塞，在环形汽缸中绕轴线自由旋转，在环形汽缸的进排气口处，分别对应设置有一圆柱形的旋转做功汽缸底和旋转压缩气体汽缸底，旋转做功汽缸底和旋转压缩气体汽缸底各为一组是绕轴线呈弧形并相对称，弧形端头的端面与弧形做功汽缸底和压缩气体汽缸底外圆面呈锐角设置。

Description

旋转活塞式发动机

技术领域

本发明涉及一种内燃机类的旋转活塞式发动机。

背景技术

目前常用的发动机是奥托式汽油发动机和狄塞耳式柴油发动机。这两种发动机的共同特点都是利用气体的膨胀，推动活塞在汽缸里作往复运动。然后通过连杆、曲轴，将往复的运动转变为主轴的旋转运动。因为在将往复运动转变为旋转运动时，总要消耗一部分能量，所以它们的效率并不高，而且必须有曲轴，飞轮等机件，使得它们的构造复杂，机身庞大而笨重，影响转速，以至于在提高速度方面受到很大的限制，这是它们共有的缺点。那么是否有可能将往复式活塞动力机改进一下，使气体膨胀做功直接推动主轴旋转呢？科学家经过多年精心研究发明了三种旋转活塞式发动机，一种是转子活塞式发动机，另一种是双旋转四循环旋转活塞式发动机，还有一种是双旋转一循环旋转活塞式发动机。它们虽然结构不一样，但基本原理都是相同的，即利用活塞在汽缸内的转动，来直接带动主轴运动。这三种旋转活塞式发动机目前都有致命的缺点难以解决，一直不能用于实际。文件号为CN2353899Y双旋转一循环旋转活塞式发动机的致命缺点一：该发动机的活塞固定盘的外圆部分在活塞的中间部位、造成环形汽缸底外口面处，有一较大的、突出的外圆障碍物、致使旋转汽缸底不能置放到位，在环形汽缸底口与旋转汽缸底间形成一个较大的漏气口、使旋转汽缸底不能与环形汽缸底形成密封、无法实现气体的压缩和气体的膨胀做功，从而使该机失去了发动机的功能。

CN2353899Y缺点二：该发动机的活塞、在沿运动方向的尺寸较短、且压缩气体面是平的，为了实现活塞旋转，必须在压缩的气体、大部分未排入做功汽缸前打开汽缸底使活塞通过，实现活塞旋转，这样就致使大部分未排入做工汽缸的压缩气体漏掉，形成浪费，损失了大部分的有用功，造成该发动机不能运转，从而使该发动机不具有发动机的功能。

CN2353899Y缺点三：该发动机的排气通道在压缩气体汽缸和做功汽缸的侧壁之间，造成了排气距离远、气流方向侧转的形式，从而阻碍了压缩气体的流通、使压缩气体无法及时、大量地传输到做功汽缸里、不能形成发动机的燃烧与膨胀，该发动机也就没有了发动机的意义。

CN2353899Y缺点四：该发动机缺少气门装置、无法关闭汽缸、汽缸没有形成一个密封的气室，就没有发动机所必须具备的压缩气体和膨胀做功的功能，所以就丧失了发动机的实质意义。

CN2353899Y缺点五：该机的环形汽缸的内圆面活塞固定盘的旋转口，由于是环形的，且内腔大，旋转口小，所以在制造时至少需要两部分组装一起，才能成为一个完整的环形汽缸，这样就要另增加一套该处的冷却系统和复杂、笨重、庞大，连接成整体汽缸的构造，另外，该处汽缸由两部分组成、组装时无法避免一定的偏差，加之使用时因两部分结构无法相同，必然会因为使用时热胀冷缩而造成的又一偏差，最终形成了较大的缝隙，使该机无法实现汽缸在压缩气体和膨胀做功时所必要的密封精度，从而不能达到发动机压缩气体和膨胀做功的功能要求。

CN2353899Y缺点六：该发动机的燃烧膨胀动力是单边的，呈不对称不平衡状态，在膨胀做功时，不能形成均匀、对称、平衡平稳的旋转动力，这是其一，其二，该机旋转活塞和旋转汽缸底的结构，呈较大的偏心重状态、旋转时会产生严重的震动，极易造成发动机的损坏，以至于不能运行。双旋转四循环旋转活塞式发动机的致命缺点是主轴在压缩气体和膨胀运动时，必须进行200次/秒突快突慢的速度变化，才能完成压缩和膨胀做功，因此主轴的转动是不均匀的，机件在这样突快突慢的运转中极易损坏，使该发动机没有实用的可能。转子发动机的致命缺点，在于它是一个三角转子在一个如同椭圆形的汽缸内上下左右偏离中心的进行压缩气体和燃烧膨胀做功，由于三角转子的运行轨迹由椭圆形汽缸控制，三角转子转动时，沿着汽缸壁摩擦运动，三角转子在压缩气体和燃烧膨胀做功的同时自身也受到一个强大的压缩气体和膨胀做功的反作用力，加上转子与汽缸壁的快速摩擦运动，致使三角转子的密封片迅速烧熔、损坏造成大量的漏气和停机，经试制无法克服该缺点。因此，到目前为止，旋转活塞式发动机仍未能用于实际。

发明内容

为了解决往复式活塞发动机效能低和转子活塞式发动机及双旋转一循环旋转活塞式发动机、双旋转四循环旋转活塞式发动机所存在的缺点，本发明的目的是设计一种旋转活塞式发动机。该发动机体积小、效率高、噪音低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由一组绕轴线相对称的环形做功汽缸和一组绕轴线相对称的环形压缩气体汽缸组成，二者均为弧形空心环状壳体，侧面有弧形口，沿轴线排列连接，环形做功汽缸和环形压缩气体汽缸二者方向相反，绕轴线旋转一定角度配置，环形做功汽缸和环形压缩气体汽缸的内圆面沿轴向各设有排气道与二者相通，弧形做功活塞和弧形压缩气体活塞以及相连的主轴整体设置在环形做功汽缸和环形压缩气体汽缸中。弧形做功活塞、弧形压缩气体活塞的弧形体与环形做功汽缸、环形压缩气体汽缸各自的排气道相配合、转动时进行压缩气体和膨胀做功时排气道的打开和关闭。其中的旋转轴上沿轴线、间隔固定设置有活塞固定座，并沿活塞固定座侧面分别设置绕轴线相对称的弧形做功活塞和弧形压缩气体活塞，弧形做功活塞和弧形压缩气体活塞，各自的弧形端面为弧形、弧形端面与弧形做功活塞、弧形压缩气体活塞各自的弧形外圆面呈锐角，弧形做功活塞和弧形压缩气体活塞的弧形体在压缩气体、排气、燃烧膨胀时，关闭和打开排气道，弧形做功活塞、弧形压缩气体活塞的弧形端面与各自相对应的旋转汽缸底的弧形端相配合，以一定比例转速、控制压缩气体量的多少，进行排气、燃烧、膨胀和做功。转动主轴时，主轴可带动活塞固定座侧面的弧形做功活塞和弧形压缩气体活塞，分别在环形做工汽缸、环形压缩气体汽缸中，绕轴线自由旋转。在环形做功汽缸和环形压缩气体汽缸的进排气口处，分别对应设置有旋转做功汽缸底和旋转压缩气体汽缸底，旋转做功汽缸底和旋转压缩气体汽缸底呈弧形，各自绕轴线相对称设置，弧形端面与各自外圆弧面呈锐角，与弧形做功活塞、弧形压缩气体活的各自端头的弧形端面相配合，以一定比例的转速进行排气、吸气、压缩、膨胀、做功的旋转运动，达到平稳、均匀的动力和提高做功效能的目的。

本发明的有益效果是：与最好的同容积往复式发动机相比，所产生的功率要大2倍，耗油量却只是它的1/3；而且体积也很小，平均每一匹马力只重1/2公斤多一点；此外发动机的转速范围亦很广，从60转/分到4000转/分不等。而且震动小，噪音低，环保意义显著。该旋转活塞式发动机的膨胀气体几乎是充分用来做功的，由于进气槽和排气槽的口大小与汽缸截面相等，不像一般往复活塞式那样只有狭小的排气阀和通道，因此吸气排气通畅。而且它的活塞始终是不倒转的，排气和膨胀气体的运动方向始终一致。此外，省掉阀门机构以后，不仅摩擦减少，也省掉了冲开阀门弹簧所消耗的能量。

克服了文件号CN2353899Y双旋转一循环旋转活塞式发动机的缺陷一：该发动机的活塞固定盘的外圆部分在活塞的中间部位、造成环形汽缸底外口面处，有一较大的、突出的外圆障碍物、致使旋转汽缸底不能置放到位，在环形汽缸底口与旋转汽缸底之间形成一个较大的漏气口、使旋转汽缸底不能与环形汽缸底形成密封、无法实现气体的压缩和气体的膨胀做功。

克服了文件号CN2353899Y双旋转一循环旋转活塞式发动机的缺陷二：该发动机的活塞、在沿运动方向的尺寸较短、且压缩气体面是平的，为了实现活塞往一个方向旋转，必须在压缩的气体、大部分未排入做功汽缸前打开汽缸底，使活塞通过，从而实现活塞旋转，这样就致使大部分未排入做功汽缸的压缩气体漏掉，形成浪费，损失了大部分的有用功，造成该发动机不能运转，从而使该发动机不具有发动机的功能。

克服了文件号CN2353899Y双旋转一循环旋转活塞式发动机的缺陷三：该发动机的排气通道在压缩气体汽缸和做功汽缸的侧壁之间，造成了排气距离远、气流方向侧转的形式，从而阻碍了压缩气体的流通，使压缩气体无法及时、大量地传输到做功汽缸里、不能形成发动机的燃烧与膨胀，该发动机也就没有了发动机的意义。

克服了文件号CN2353899Y双旋转一循环旋转活塞式发动机的缺陷四：该发动机缺少气门装置、无法关闭汽缸、没有形成一个密封的气室，就无法进行发动机所必须的压缩气体膨胀和做功的功能，所以该机就没有了发动机的实质意义。

克服了文件号CN2353899Y双旋转一循环旋转活塞式发动机的缺陷五：该机的环形汽缸的内圆面开有活塞固定盘的旋转口，由于是环形的，且内腔大，旋转口小，所以在制造时至少需要两部分组成，才能组成一个完整的环形汽缸，这样就要另增加一套该处的冷却系统和复杂、笨重、庞大，连接成整体汽缸的构造，另外，该处汽缸由两部分组成、组装时无法避免一定的偏差，加之使用时因为两部分结构无法相同，必然因为热胀冷缩而造成的又一偏差，最终形成较大的缝隙，无法实现汽缸在压缩气体时所必要的密封精度，从而不能达到发动机压缩气体和膨胀做功的功能。

克服了文件号CN2353899Y双旋转一循环旋转活塞式发动机的缺陷六：该发动机的燃烧膨胀动力是单边的，呈不对称不平衡状态，在膨胀做功时，不能形成均匀、对称、平衡平稳的旋转动力，这是其一，其二，该机旋转活塞和旋转汽缸底的结构，呈较大的偏心重状态、旋转时会产生严重的震动，极易造成发动机的损坏，以至于不能运行。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的环形汽缸结构简图。

图2为本发明的旋转做功汽缸底和旋转压缩气体汽缸底的结构简图。

图3为本发明的旋转活塞结构简图。

图4、图5、图6、图7为本发明的旋转一周是各汽缸工作原理图。

图8.、图9、图10为本发明的配置工作原理图。

图中，1是环形做功汽缸，2是环形压缩气体汽缸，3是弧形做功活塞，4是弧形压缩气体活塞，5是旋转做功汽缸底，6是旋转压缩气体汽缸底，7是排气道，8是活塞固定座，9是环形口。

图1所述的环形汽缸结构，由一组绕轴线相对称的环形做功汽缸(1)和一组绕轴线相对称的环形压缩气体汽缸(2)四部组成。环形压缩气体汽缸(2)外形为弧形空心环状壳体，环状壳体侧面有环形口(9)。具体形状见图1。环形做功汽缸(1)的形状与环形压缩气体汽缸(2)相似，环形压缩气体汽缸(2)与环形做功汽缸(1)沿轴线排列连接，环形压缩气体汽缸(2)与环形做功汽缸(1)二者方向相反各自绕轴线设置。环形压缩气体汽缸(2)与环形做功汽缸(1)的内圆弧面的一端沿轴向各设有排气道(7)与二者相通。

图3中，在旋转轴上沿轴线间隔固定设置有活塞固定座(8)、沿活塞固定座(8)的侧面、分别设置有压缩气体活塞(4)和做功活塞(3)、其形状为环形，沿轴线断开、形成一组对称的弧形，弧形端头的端面是弧形面、弧形端面与弧形压缩气体活塞(4)和弧形做功活塞(3)的外圆弧面呈锐角设置，当旋转弧形做功活塞(3)和弧形压缩气体活塞(4)及相连接的固定座(8)、主轴整体设置在环形做功汽缸(1)、环形压缩气体汽缸(2)中时，转动主轴、主轴可带动活塞固定座(8)上的弧形做功活塞(3)和弧形压缩气体活塞(4)在环形做功汽缸(1)、环形压缩气体汽缸(2)中绕轴线自由旋转。

图2所述的旋转做功汽缸底(5)和旋转压缩气体汽缸底(6)，其形状为圆柱形、沿轴向开有缺口、形成一组对称的弧形状，弧形端的端面与旋转做功汽缸底(5)和旋转压缩气体汽缸底(6)的外圆弧面呈锐角设置，外圆柱面为汽缸底，旋转做功汽缸底(5)、旋转压缩气体汽缸底(6)与环形做功汽缸(1)、环形压缩气体汽缸(2)的配置关系沿轴向看如图4，图8，图9，图10。

图4中，当弧形压缩气体活塞(4)按箭头方向在环形压缩气体汽缸(2)中旋转时，开始压缩气体旋转，旋转压缩气体汽缸底(6)，正好密封住环形压缩气体汽缸(2)的排气底口的位置，弧形做功活塞(3)的弧形体正好密封住环形做功汽缸(1)中排气道(7)的排气通口。图5、图6中，此时旋转做功汽缸底(5)已密封住环形做功汽缸(1)的底口，弧形做功活塞(3)的弧形体已进入环形做功汽缸(1)，转过排气道(7)，打开了排气道(7)的通气口，排气道(7)与环形做功汽缸(1)相通，当环形压缩气体汽缸(2)中的压缩气体经过弧形压缩气体活塞(4)，端头的弧形端面与旋转压缩气体汽缸底(6)弧面端头相作用，完全把压缩的气体排入做功汽缸(1)中时，弧形压缩气体活塞(4)的弧形体将关闭住环形压缩气体汽缸(2)的内圆弧面的排气道(7)。做功汽缸(1)内贮有压缩空气、当油料喷入后，点火、燃烧膨胀推动做功活塞(3)在环形做功汽缸(1)中旋转直至做功活塞(3)旋转出环形做功汽缸(1)做功完毕。一个做功行程完毕。

图4、图5、图6、图7是汽缸的截面图，打斜线的表示弧形压缩气体活塞(4)和环形压缩气体汽缸(2)及旋转压缩气体汽缸底(6)，打网线的表示弧形做功活塞(3)和旋转做功汽缸底(5)及环形做功汽缸(1)。其中弧形做功活塞(3)，弧形压缩气体活塞(4)，旋转压缩气体汽缸底(6)，旋转做功汽缸底(5)在工作时都与主轴按比例速度同时旋转。参看图4，旋转压缩气体汽缸底(6)与主轴按比例速度运行在处于密封压缩气体汽缸(2)底口位置，弧形做功活塞(3)的弧形体也已密封住了环形做功汽缸(1)中的排气道(7)的通气口。弧形压缩气体活塞(4)与主轴按比例速度压缩气体。弧形做功活塞(3)运行在压缩气体汽缸(2)的背后，所以以虚线表示弧形做功活塞(3)，弧形做功活塞(3)和旋转做功汽缸底(5)都与主轴按比例速度在运行。图5，弧形做功活塞(3)已进入环形做功汽缸(1)，于此同时弧形做功活塞(3)的弧形体已转过环形做功汽缸(1)内的排气道(7)，打开排气道(7)的通气口，旋转做功汽缸底(5)已密封环形做功汽缸(1)的底口，弧形压缩气体活塞(4)的弧形体将关闭环形压缩气体汽缸(2)内圆弧面排气道(7)的通气口，使环形做功活塞(3)与旋转做功汽缸底(5)之间形成一个高度密封的燃烧膨胀室，弧形压缩气体活塞(4)端头的弧形端面与旋转压缩气体汽缸底(6)弧面端头相作用下，把气体压缩并完全传输至环形做功汽缸(1)内，完成压缩气体，它的压缩比可以达到20∶1，被压缩的气体温度可以达到300-700℃。被压缩的气体通过排气道(7)急速喷入环形做功汽缸(1)的燃烧膨胀室后，喷油，点火，燃烧膨胀。图6，弧形做功活塞(3)被燃烧膨胀的气体高速推动做功。旋转压缩气体汽缸底(6)已与主轴按比例速度旋转打开环形压缩气体汽缸(2)底口，这时新鲜的气体充满环形压缩气体汽缸(2)以利于再次压缩气体。图7，弧形做功活塞(3)做功完毕，已运行在环形压缩气体汽缸(2)的背后，弧形压缩气体活塞(4)准备进入环形压缩气体汽缸(2)，旋转压缩气体汽缸底(6)与主轴按比例速度旋转，即将密封环形压缩气体汽缸(2)底口再次压缩气体，由于该机是采用四缸四循环，二缸一组的形式，一组是在燃烧膨胀做功，同时带动另一组压缩气体，两组的燃烧膨胀相互带动对方压缩气体。

Claims (1)

1.一种旋转活塞式发动机，其特征在于：由一组绕轴线相对称的环形做功汽缸(1)和一组绕轴线相对称的环形压缩气体汽缸(2)组成，二者均为弧形空心环状壳体，沿轴线排列连接，环形做功汽缸(1)与环形压缩气体汽缸(2)方向相反绕轴线旋转一定角度配置，二者的侧面设置有环形口(9)，环形做功汽缸(1)与环形压缩气体汽缸(2)的内圆面沿轴向设置有排气道(7)与二者相通，弧形做功活塞(3)和弧形压缩气体活塞(4)的活塞固定座(8)及相连的主轴整体设置在环形做功汽缸(1)和环形压缩气体汽缸(2)中，运转时，弧形做功活塞(3)、弧形压缩气体活塞(4)的弧形体与环形做功汽缸(1)和环形压缩气体汽缸(2)、排气道(7)相配合，打开和关闭排气道(7)，其中，活塞固定座(8)侧面分别设置有弧形做功活塞(3)和弧形压缩气体活塞(4)，二者均为一组绕轴线相对称的弧形，弧形端的端面呈弧形，弧形做功活塞(3)和弧形压缩气体活塞(4)的外圆弧面与各自的弧形端的端面弧形呈锐角设置，弧形做功活塞(3)和弧形压缩气体活塞(4)的弧形体长度大于该弧形体的高度，在环形做功汽缸(1)，环形压缩气体汽缸(2)的排气口处，分别对应设计有旋转做功汽缸底(5)和旋转压缩气体汽缸底(6)，二者均为圆柱形，沿轴向开有缺口、形成一组绕轴线相对称对称的弧形，旋转做功汽缸底(5)和旋转压缩气体汽缸底(6)的外圆弧面与各自的弧形端的端面呈锐角设置，弧形做功活塞(3)和弧形压缩气体活塞(4)的端头的弧形端面与旋转做功汽缸底(5)和旋转压缩气体汽缸底(6)的弧形端相配合。

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