CN103899413A

CN103899413A - 新型转子发动机

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Publication number: CN103899413A
Application number: CN201410108957.8A
Authority: CN
Inventors: 袁政
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-03-21
Also published as: CN103899413B; WO2015139637A1

Abstract

新型转子发动机，包括，缸体，其内壁上设置有第一活塞槽和第二活塞槽；缸体上设有燃烧室，该燃烧室与第一活塞槽通过一导气通道连通，燃烧室内设有火花塞和喷油嘴，燃烧室设有一燃气冲锋口，燃气冲锋口位于第一活塞槽的滑动弧面的侧面；缸体上设置有两个由其内壁延伸至外部的进气口和排气口；两个分别嵌置在第一活塞槽和第二活塞槽内的摇摆活塞，摇摆活塞上设置有一个贴合端；弹性元件；转子包括两个与缸体内壁滑动且密闭配合的密封端，转子的外周缘面上位于两密封端之间分别形成一个与贴合端滑动且密闭配合的配合面。本发明能够减小活塞在摆动过程中所受到的坡面阻力。

Description

新型转子发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，具体涉及一种新型转子发动机。

背景技术

传统的发动机是往复活塞式发动机，其压缩冲程、燃烧冲程以及膨胀冲程均是单个气缸中进行，因此，就导致其存在动能损失过多的缺陷，从而难以实现高速旋转，输出功率相对较低。此外，传统的往复活塞发动机在工作过程中，活塞和曲轴之间产生较大的相互作用力，这就要求活塞和曲轴具有较高的强度，因此，需要增大活塞、曲轴以及缸体的尺寸来弥补其强度不足的缺陷，这就导致整个发动机的体积相对较大。

一般的转子发动机能够克服往复活塞发动机的上述缺陷，但是，目前的转子发动机均存在结构复杂、燃烧和爆炸效率低等问题，如公开号为CN101133236的专利文献中公开的转子发动机，其结构较为复杂，存在难于维修和成本高的缺陷。上述的现有转子发动机，由于转子与缸体的圆心偏离，在活塞往复运动以实现气体压缩的过程中，活塞在缸体的内表面滑动时，缸体内壁与转子中心轴的距离是逐渐缩小的，那么，活塞除了受到缸体内壁的向心力之外，还由于回转半径不断的减小，受到缸体内壁的坡面阻力，即相当于叶片在上坡时受到的阻力，该阻力会大大的影响气体压缩的能耗，从而降低发动机的效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种新型转子发动机，其能够有效的降低活塞的阻力，提高发动机的效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

新型转子发动机，包括，

缸体，该缸体的内壁在缸体的径向截面上的投影形成一个圆形的轮廓线，该缸体的内壁上设置有对置的第一活塞槽和第二活塞槽；第一活塞槽和第二活塞槽均包括枢接部、与枢接部相对的滑动弧面、以及位于缸体内壁表面上的开口部；缸体上设置有一燃烧室，该燃烧室与第一活塞槽通过一导气通道连通，燃烧室内设置有火花塞和喷油嘴，燃烧室设置有一与缸体的内腔连通的燃气冲锋口，燃气冲锋口位于第一活塞槽的滑动弧面的侧面；缸体上设置有两个由其内壁延伸至外部的进气口和排气口；

两个分别嵌置在第一活塞槽和第二活塞槽内的摇摆活塞，摇摆活塞包括与枢接部转动配合的转动部、以及与滑动弧面密闭且滑动配合的嵌块，嵌块朝向缸体内侧的一端形成一个贴合端，摇摆活塞上设置有将缸体的腔室和第一活塞槽或第二活塞槽导通的进气通道；

弹性元件，该弹性元件用于提供一个使摇摆活塞的嵌块朝向缸体内侧转动的弹性应力；

位于缸体的内腔中的转子，该转子与缸体同轴且能够相对于缸体转动，转子包括两个与缸体内壁滑动且密闭配合的密封端，两密封端相对设置，转子的外周缘面上位于两密封端之间分别形成一个与贴合端滑动且密闭配合的配合面，配合面与缸体的内壁之间围成一个密闭腔室。

转子呈椭圆形，密封端为椭圆的长轴对应的两端，配合面为两长轴端点之间的表面；缸体内部腔室的直径与转子长轴的直径相等。

转子上设置有两个镂空部，该两镂空部对称分布于转子短轴的两侧。

弹性元件为设置在缸体和摇摆活塞之间的弹簧。

枢接部和转动部通过一转轴枢接在一起。

弹性元件为一设置在转轴上的扭簧，该扭簧的一自由端抵接于摇摆活塞、另一自由端抵接于缸体。

进气口和排气口分别位于第二活塞槽的两侧并且沿逆时针方向排列；转子相对于缸体顺时针转动。

导气通道内设置有单向阀，该单向阀仅能够供气体从第一活塞槽进入燃烧室。

为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：

新型转子发动机，包括，

缸体，该缸体的内壁在缸体的径向截面上的投影形成一个封闭的轮廓线，该轮廓线上具有一上顶点和下顶点，缸体的内壁位于上顶点和下顶点之间的部分形成一个中间部向着缸体外侧凸出的弧形配合面；缸体上设置有一燃烧室，该燃烧室分别通过位于上顶点两侧的进气通道和燃气冲锋口与缸体的内腔连通，燃烧室内设置有火花塞和喷油嘴；缸体上位于下顶点的两侧分别设置有一排气口和进气口，进气通道、燃气冲锋口、排气口、进气口在缸体沿顺时针方向排列；

位于缸体内并可相对于缸体同轴转动的转子，该转子的外周缘具有圆周阵列分布的两个活塞槽，活塞槽包括枢接部、与枢接部相对的滑动弧面、以及位于转子外周缘面的开口部；

两个分别嵌置在两活塞槽内的摇摆活塞，摇摆活塞包括与枢接部转动配合的转动部、以及与滑动弧面密闭且滑动配合的嵌块，嵌块朝向缸体内壁的一侧形成一个与弧形配合面密闭且滑动配合的贴合端；嵌块上具有一当摇摆活塞转动至燃气冲锋口时与燃气冲锋口正对的受压面。

摇摆活塞上设置有将活塞槽和缸体的内腔连通的连通孔。

缸体的内壁在缸体的径向截面上的投影呈椭圆形，转子的径向截面呈圆形，且缸体内壁上顶点、下顶点处的半径与转子的半径相等。

本发明的有益效果在于：

相比于现有的转子发动机，本发明将活塞沿转子径向的往复运动改变为沿转子的径向摆动，能够减小活塞在摆动过程中所受到的坡面阻力。

附图说明

图1为本发明一种发动机的结构示意图；

图2为图1中A处的放大视图；

图3为本发明另一种发动机的结构示意图；

图4为图3中B处的放大视图；

其中：10、缸体；11、第一活塞槽；111、枢接部；112、滑动弧面；113、底壁；12、进气口；13、排气口；14、第二活塞槽；20、转子；21、密封端；22、密封端；23、配合面；24、配合面；30、摇摆活塞；31、转动部；32、嵌块；33、弧形面；34、侧壁；35、进气通道；36、贴合端；40、燃烧室；41、火花塞；42、喷油嘴；43、导气通道；44、燃气冲锋口。

50、缸体；51、进气口；52、排气口；53、弧形配合面；54、弧形配合面；60、转子；61、活塞槽；611、枢接部；612、滑动弧面；70、摇摆活塞；71、转动部；72、嵌块；73、贴合端；74、受压面；75、连通孔；80、燃烧室；81、火花塞；82、喷油嘴；83、燃气冲锋口；84、进气通道；90、摇摆活塞。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例一：

如图1、2所示，为本发明的一种转子发动机，其包括缸体10、两个摇摆活塞30、转子20以及两个弹性元件（图未示），其中，缸体10的内壁在缸体10的径向截面上的投影形成一个圆形的轮廓线，该缸体10的内壁上设置有第一活塞槽11和第二活塞槽14，该第一活塞槽11和第二活塞槽14的结构相同并且其二者对置的分布在缸体10的内壁上，以第一活塞槽11为例，其包括一个枢接部111、与枢接部111相对的滑动弧面112、以及位于缸体10内壁表面的开口部，该开口部使第一活塞槽11内部腔室与缸体10的内腔贯通，第二活塞槽14的结构域第一活塞槽11的结构相同，在这里不做重复说明。

缸体10上在接近第一活塞槽11的位置处设置有一燃烧室40，该燃烧室40第一活塞槽11通过一导气通道43连通，燃烧室40内设置有火花塞41和喷油嘴42，其中，导气通道43是有第一活塞槽11的底壁113延伸至燃烧室40中，燃烧室40内部还设置有一与缸体10的内腔连通的燃气冲锋口44，该燃气冲锋口44位于缸体10上第一活塞槽11的滑动弧面112的侧面，即燃气冲锋口44位于缸体10上靠近第一活塞槽11的滑动弧面112的位置上。缸体10上位于第二活塞槽14的两侧分别设置有一进气口12和排气口13，其中，进气口12和排气口13沿逆时针方向上排列。

两个摇摆活塞30分别嵌置在第一活塞槽11和第二活塞槽14中，并且摇摆活塞30与第一活塞槽11和第二活塞槽14以相同的方式互相配合，以第一活塞槽11为例，摇摆活塞30包括与枢接部111转动配合的转动部31、以及与滑动弧面112密闭且滑动配合的嵌块32，嵌块32朝向缸体10内侧的一端形成一个贴合端36，具体的是，嵌块32远离转动部31的弧形面33与滑动弧面112密闭且滑动配合。摇摆活塞30上设置有将缸体10的腔室和第一活塞槽11导通的进气通道35，该进气通道35具体的是由摇摆活塞30靠近第一活塞槽11底壁113一侧的侧壁34延伸至嵌块32靠近缸体10内腔一侧的表面。在第二活塞槽14中的摇摆活塞30的安装方式与上述相同，在这里不做重复说明。

弹性元件为一弹簧（图未示），该弹簧设置在缸体10和摇摆活塞30之间，该弹簧可以将摇摆活塞30的嵌块32朝向缸体10的内侧顶压。当然，上述的枢接部111和转动部31也可以是通过一个转轴枢接在一起，弹性元件为一设置在转轴上的扭簧，该扭簧的一自由端抵接在摇摆活塞30上、另一自由端接接在缸体10上，使摇摆活塞30的嵌块32始终保持向着缸体10内侧转动的趋势，总之，上述的弹性元件只要能够在摇摆活塞30上施加一个使摇摆活塞30的嵌块32朝向缸体10内侧转动的弹性应力即可。

转子20位于缸体10内部，其与缸体10同轴且能够相对于缸体10顺时针转动，该转子20包括两个与缸体10内壁滑动且密闭配合的密封端21和密封端22，密封端21和密封端22相对设置，转子20的外周缘面上位于密封端21和密封端22之间分别形成一个与贴合端36滑动且密闭配合的配合面23和配合面24，配合面23与缸体10的内壁之间形成一个密闭的腔室，同样的，配合面24与缸体10的内壁之间也形成一个密闭的腔室。可以将上述转子20设置为椭圆形，密封端21和密封端22为转子20椭圆长轴对应的两端，配合面23和配合面24分别为转子20椭圆长轴端点之间的表面，缸体10内部腔室的直径与转子20的长轴直径相等，从而保证密封端21、密封端22与缸体10的内壁表面密闭配合。

上述的发动机在使用时，转子20在顺时针方向上相对于缸体10转动，当密封端21和密封端22转动至摇摆活塞30处时，摇摆活塞30受转子20的顶压，两摇摆活塞30会完全收纳于第一活塞槽11和第二活塞槽14中，当密封端21和密封端22转动至缸体10内壁的其他位置时，在弹性元件的作用下，两摇摆活塞30的贴合端36与转子20上的配合面23和配合面24密闭配合。上述的发动机工作原理如下，当密封端21转动至位于第二活塞槽14中的摇摆活塞30（即图1中下方的摇摆活塞30）处时，该下方的摇摆活塞30完全收纳于第二活塞槽14中，并且其贴合端36与配合面24密闭配合，在转子20继续转动并恰好越过进气口12时，配合面24、密封端21、下方摇摆活塞30以及缸体10内壁所界定的腔室正好通过进气口12与外界连通，并且在转子20继续转动的过程中，上述腔室体积逐渐增大，外界的空气会经由进气口12进入到该腔室，发动机开始吸气过程，当密封端21转动至位于第一活塞槽11中的摇摆活塞30（即图1中上方的摇摆活塞30）处时，上述的配合面24、密封端21、下方摇摆活塞30以及缸体10内壁所界定的腔室体积增大到最大，发动机的吸气过程完成，并且在此时，密封端22恰好转动至下方的摇摆活塞30处，在转子继续转动，密封端22恰好越过进气口12时，密封端22开始将上述密封端21吸入的气体压入燃烧室40，具体的是，密封端22转动，被吸入的气体会顺延上方的摇摆活塞30的进气通道35进入第一活塞槽11，接着通过导气通道43进入燃烧室40，当压缩气体完全进入到燃烧室40后，密封端22转动到恰好越过燃气冲锋口44的位置，此时，喷油嘴42向燃烧室40内喷入燃油，且火花塞41点火，燃油和压缩空气充分混合并瞬时爆炸，爆炸后的燃气从燃气冲锋口44喷出，对恰好越过的密封端22做功，对密封端22施加一个使其顺时针转动的力矩，燃烧后的废气被封存在密封端22、配合面23、上方的摇摆活塞30以及缸体10内壁所界定的腔室内，当密封端21恰好越过燃气冲锋口44时，燃烧室40内部爆炸对其做功一次，并且当密封端21转过燃气冲锋口44并继续转动的过程中，其能够将对密封端22做功后产生的废气向着排气口13处压缩，密封端22转动到排气口13处时，废气压缩完毕，即完成发动机的排气过程，当密封端22转过排气口13时，其开始下一次吸气动作，与此同时，燃烧室40内的燃气对密封端21完成一次做功。通过上述过程，可以看出，上述发动机的转子20在转动一周的过程中，燃烧室40进行两次燃烧做功，两次燃烧做功分别对密封端21和密封端22施加一个顺时针转动的力矩，同时，转子20转动一周的过程中，密封端22和密封端21分别进行一次吸气-压气-排气动作。上述过程具有较高的连贯性，当密封端22进行吸气的同时，密封端21接受燃气的喷射压力并同时进行排气动作，当密封端22完成吸气动作后，密封端21完成排气动作并开始压气动作。

为了避免燃气在爆炸做功过程中回流到第一活塞槽11中，可以在导气通道43内设置单向阀，该单向阀仅允许气体从第一活塞槽11进入到燃烧室40中。

实施例二：

如图3、4所示，为本发明的另一种转子发动机，其包括缸体50、转子60、摇摆活塞70和摇摆活塞90。其中，缸体50的内壁在缸体50的径向截面上的投影形成一个封闭的轮廓线，该封闭的轮廓线上具有一上顶点a和下顶点b，缸体50的内壁上位于上顶点a和下顶点b之间的部分形成一个中间部向着缸体50外侧凸出的弧形配合面，即弧形配合面53和弧形配合面54；实际上，可以将上述缸体50的内腔设置为椭圆形，即上述的封闭轮廓线为椭圆形，上顶点a和下顶点b为椭圆的短轴两端，而弧形配合面53和弧形配合面54实际上是椭圆短轴两端点之间的部分，当然，上述的封闭轮廓线也可以是其他造型，只要保证在弧形配合面53和弧形配合面53的半径是逐渐变化的即可。

缸体50上设置有一燃烧室80，该燃烧室80内部设置有火花塞81和喷油嘴82，并且，燃烧室80两侧分别设置有一与缸体50的内腔连通的进气通道84和燃气冲锋口83，进气通道84和燃气冲锋口83分别位于上顶点a的两侧；在缸体50上位于下顶点b的两侧分别设置有一进气口51和排气口52，该进气口51和排气口52均是将缸体50的内腔与外界环境连通，在顺时针方向上，进气通道84、燃气冲锋口83、排气口52、进气口51在缸体50的内壁上顺序排列。

转子60位于缸体50的内腔中，其与缸体50同轴，并且转子60能够在发动机工作时沿顺时针方向绕缸体50的中心轴线转动，转子60可以是呈圆形，其半径为r，上述缸体50的上顶点a、下顶点b处的半径也同样为r。转子50的外周缘具有圆周阵列分布的两个活塞槽61，活塞槽61包括枢接部611、与枢接部611相对的滑动弧面612、以及位于转子60外周缘面的开口部。

摇摆活塞70和摇摆活塞90的结构和形状完全相同，其二者分别嵌置在两个活塞槽61中，以摇摆活塞70为例，其包括与枢接部611转动配合的转动部71、以及与滑动弧面612密闭且滑动配合的嵌块72，嵌块72朝向缸体内壁的一侧形成一个与弧形配合面53以及弧形配合面54密闭且滑动配合的贴合端73；嵌块72上具有一当摇摆活塞70转动至燃气冲锋口83时与燃气冲锋口83正对的受压面74，该受压面74可以是嵌块72上与滑动弧面612滑动配合的面，也可以是设置在嵌块72上的其他面。

上述的发动机在使用时，转子60绕缸体50的中心轴沿顺时针方向转动，当摇摆活塞70或摇摆活塞90转动至缸体50的上顶点a、上顶点b处时，摇摆活塞70和摇摆活塞90受缸体50内壁的顶压，其分别完全嵌置在两活塞槽61中，当摇摆活塞70和摇摆活塞90转动到弧形配合面53和弧形配合面54处时，在离心力的作用下，摇摆活塞70和摇摆活塞90上的贴合端73顶压于弧形配合面53或弧形配合面54，即与缸体50的内壁密闭配合。上述发动机的工作原理如下，当摇摆活塞70瞬时针转动恰好越过进气口51时，摇摆活塞70的受压面74、转子60以及缸体50的内壁围成的封闭腔室通过进气口51与外界环境连通，此时，在摇摆活塞70从进气口51处顺时针沿弧形配合面54滑动至进气通道84的过程中，上述摇摆活塞70的受压面74、转子60以及缸体50的内壁围成的封闭腔室的体积逐渐增大，从而将外界环境中的空气吸入到该封闭腔室中，当摇摆活塞70恰好转动到上顶点a处时，吸气过程完毕，与此同时，摇摆活塞90恰好转动到下顶点b处，在该状态下，转子60继续转动，摇摆活塞90将摇摆活塞70转动时吸入的空气压缩，并通过进气通道84压入燃烧室80时，在摇摆活塞90恰好转动至进气通道84时，压气过程完成，此时摇摆活塞在一个较小时间内转动至恰好越过燃气冲锋口83的位置，摇摆活塞90上的受压面正对燃气冲锋口83，燃烧室80内部的喷油嘴82喷油同时火花塞81点火，使摇摆活塞90压入的压缩空气与燃油瞬间爆炸，燃气从燃气冲锋口83冲出，对摇摆活塞90的受压面施加较大的压力，从而在转子60上施加一个使其顺时针转动的力矩。摇摆活塞90从燃气冲锋口83处转动至排气口52处时，摇摆活塞90做功完成，同时，摇摆活塞70转动至进气通道84处，完成压气过程，继续转动，摇摆活塞70恰好越过燃气冲锋口83，燃烧室80再一次燃烧，对摇摆活塞70做功，同时，摇摆活塞70可将摇摆活塞90做功完成后产生的废气从排气口52压出，当摇摆活塞70转动至排气口52处时，其做功完成，同时也将摇摆活塞90做功完成后产生的废气完全压出。上述的过程中，转子60每转动一周，燃烧室80进行两次燃烧做功，两次燃烧做功产生的燃气压力分别对摇摆活塞70和摇摆活塞90的受压面施加较大压力，从而分别产生一个使转子60顺时针转动的力矩，同时，转子60转动一周的过程中，摇摆活塞70和摇摆活塞90分别进行一次吸气-压气-排气动作，具有较高的连贯性。

为了确保活塞槽61内部压力与缸体50内部压力一直，使摇摆活塞70和摇摆活塞90能够与缸体50的内壁密闭配合，可以在摇摆活塞70上设置一个连通孔75，该连通孔75由摇摆活塞70的外侧面延伸至摇摆活塞70的内侧面，从而将缸体50的内腔与活塞槽61连通，可避免压力差使摇摆活塞70向着转子60内侧转动，确保摇摆活塞70的贴合端73与缸体50内壁密闭配合；与上述相同的，摇摆活塞90上同样设置有连通孔。

还可以在进气通道84内安装一单向阀，该单向阀仅用于供气体从缸体50的腔室进入到燃烧室80，用于避免燃烧室80爆炸后部分燃气会顺延进气通道84进入缸体50的内腔。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.新型转子发动机，其特征在于，包括，

2.如权利要求1所述的新型转子发动机，其特征在于，转子呈椭圆形，密封端为椭圆的长轴对应的两端，配合面为两长轴端点之间的表面；缸体内部腔室的直径与转子长轴的直径相等。

3.如权利要求1所述的新型转子发动机，其特征在于，弹性元件为设置在缸体和摇摆活塞之间的弹簧。

4.如权利要求1所述的新型转子发动机，其特征在于，枢接部和转动部通过一转轴枢接在一起。

5.如权利要求4所述的新型转子发动机，其特征在于，弹性元件为一设置在转轴上的扭簧，该扭簧的一自由端抵接于摇摆活塞、另一自由端抵接于缸体。

6.如权利要求1所述的新型转子发动机，其特征在于，进气口和排气口分别位于第二活塞槽的两侧并且沿逆时针方向排列；转子相对于缸体顺时针转动。

7.如权利要求1所述的新型转子发动机，其特征在于，导气通道内设置有单向阀，该单向阀仅能够供气体从第一活塞槽进入燃烧室。

8.新型转子发动机，其特征在于，包括，

9.如权利要求8所述的新型转子发动机，其特征在于，摇摆活塞上设置有将活塞槽和缸体的内腔连通的连通孔。

10.如权利要求8所述的新型转子发动机，其特征在于，缸体的内壁在缸体的径向截面上的投影呈椭圆形，转子的径向截面呈圆形，且缸体内壁上顶点、下顶点处的半径与转子的半径相等。