CN104343531A - 一种滚动转子发动机 - Google Patents

Abstract

一种滚动转子发动机，主要由壳体、转子、曲轴、滑动门、单向阀、燃烧室、闸阀等部件组成，圆形转子在壳体内滚动，滑动门与转子保持贴合而且在壳体上滑动，随着转子旋转，空气经单向阀压入燃烧室，在燃烧室内完成喷油燃烧，凸轮打开闸阀，气体推动转子运动做功，本发动机部件少，易制造，成本低，振动小，效率高，寿命长，润滑油消耗少，维护方便，可获得较高的转速和较的大功率。

Description

一种滚动转子发动机

技术领域

本发明涉及一种滚动转子发动机，属于发动机领域。

背景技术

从蒸汽机到内燃机，发动机的发明极大地提高了生产力，当今，迫切需要更高性能的发动机，由于活塞发动机的活塞和连杆做往复运动，转速难以进一步提升，四冲程发动机只有一个冲程做功，需要大质量的惯性轮或多只气缸，增加了成本和重量，为了实现连续旋转的梦想，人们发明了转子发动机和涡轮发动机，然而，转子发动机润滑较为困难，而涡轮发动机在大功率和大体积情况下才有优势。

发明内容

针对当前需求，本发明设计了一种转子发动机，具有较好的密封和润滑冷却条件，部件少，成本低，效率高，是一种实用的转子发动机。

本发明技术方案：

一种滚动转子发动机，主要由壳体、转子、曲轴、滑动门、单向阀、燃烧室、闸阀等部件，圆形转子在壳体内滚动，滑动门与转子保持贴合而且在壳体上滑动，随着转子旋转，空气经单向阀压入燃烧室，在燃烧室内完成喷油燃烧，联动机构或凸轮打开闸阀，燃烧气体推动转子旋转做功。

转子的一端或两端有弹性圈，弹性圈由多层薄片层叠组成，其厚度方向有一定弹性，以补偿转子厚度热变形，滑动门或壳体内其它部件同样可以采用所述弹性结构，可以采用非圆柱形或其它端面较小的转子缩小密封圈长度。

对于半径方向热变形或受力变形，可采用下述一种或几种补偿措施：a. 转子上有弹性辐条；b. 壳体内壁有柔性表面；c. 壳体和转子分别采用不同膨胀率的材料制造；d. 在壳体中嵌入不同膨胀率的线状材料；e. 转子有柔性表面；f. 为获得更高效率，可以采用传感器(例如红外传感器、二氧化碳传感器、声波传感器或其它可判断泄漏传感器)检测漏气情况，采用传感器(如贴片力传感器、光反射传感器、超声波等传感器)检测转子或壳体受力情况，或通过转速和输出扭矩推算转子或壳体受力情况，综合这些情况，采用螺纹或液压装置实时调整壳体半径或曲率；g. 曲轴旋转轴心向气体压力较高的地方偏移，以补偿气压引起的形变；h. 在气压较高的地方将壳体内径缩小，在气压较低的地方将壳体内径加大。

燃烧室具有合适的容积，或通过活塞调节燃烧室容积，或通过多次压缩方式（控制闸阀），达到极高的压缩比，实现光爆震燃烧，在压气段和做功段的壳体上设置阀门，或壳体可以活动，以调节压气和做功行程，适应不同功率，燃烧室用隔热材料制造，或涂覆隔热层，发动机进气经过壳体和燃烧室表面预热，提高整机效率。

滑动门采用轻质材料并采用空心结构以减小重量，曲轴上有平衡配重块，配重块质量及分布结合转子、滑动门和其它运动部件，以整机运行确定，减小发动机振动。

燃烧过程在独立的燃烧室完成，转子和壳体不承受高温，转子和壳体为滚动动摩擦，转子和滑动门相对滑动速度较小，密封材料可以采用自润滑材料，不用或少用润滑油，或少量采用润滑脂，减少从机内带走热量，提高效率。

燃烧室内气体膨胀做功完成后，闸阀延迟一段时间再关闭，直到燃烧室内的废气被排出。

可以有一个或多个滑动门，以设计不同功率的发动机。

本发明的优点是：

与现有的技术比较，本发动机部件少，易制造，成本低，效率高，振动小，寿命长，润滑油消耗少，维护方便，可获得较高的转速和较的大功率。

附图说明

图1为原理示意图。

图2是发动机内部结构图。

图3是整机结构图。

图4是转子端面密封结构图。

图5是四个滑动门组成的发动机。

图6是一种简化设计的发动机。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施例进行详细介绍。

如图1所示，转子2在壳体1内滚动，滑动门4的延长杆上有圆孔和转子共同安装在曲轴3上，转子和滑动门保持固定距离，并且它们之间有密封条，滑动门可在壳体上滑动，滑动门和转子将壳体内空间分隔为两部分，随着转子滚动，气体经单向阀5进入燃烧室6，在此完成喷油燃烧过程，曲轴上的凸轮打开闸阀7，膨胀气体推动转子滚动做功，弹性片8起到隔离尾气与进气作用，其顶部有金属丝编制的储油带，采用微型油缸或油泵对储油带补充润滑油，对转子进行润滑，多余润滑油自然回流。

燃烧室采用隔热涂层或隔热材料制造，燃烧在燃烧室内完成，避免腐蚀和加热转子和壳体，尽管燃烧气体将部分热量传递给燃烧室，但这些热量将会加热下次进入的气体，使燃烧更加充分，最终不影响发动机效率，而有利于减低排放污染。

燃烧室具有合适的容积，或通过活塞调整其容积，或通过多次压缩方式（旋转多圈再打开闸阀），可以达到极高的压缩比，实现光爆震燃烧，以提高效率和减少污染。

转子和壳体为滚动摩擦，燃烧过程在燃烧室内完成，转子和壳体不承受燃烧高温，壳体内壁可以采用具有一定柔性的材料或较软的金属。

闸阀通过凸轮或联动机构打开和关闭，单向阀也可以用凸轮打开和关闭，以减小气体阻力。

曲轴旋转中心向燃烧室出口和入口做适当偏移，以补偿气压引起的形变。

在气压较高的地方缩小壳体内径，在气压较低的地方加大壳体内径，为获得更高效率，可采用传感器检测检测漏气状况，以及转子和壳体受力状况，检测结果提供给微电脑，微电脑控制螺杆或液压装置实时控制壳体半径或局部曲率，保持最佳运行状态。

在图1中，如果去掉进气口、单向阀、燃烧室、闸阀，将燃气喷射口作为入口，在单向阀处接一个输出管，即构成一个很好的流体泵或压缩机。

图2是是发动机内部结构图，滑动门4的延长杆和转子2同轴，使滑动门和转子保持固定距离，它们之间相对速度较小并且有密封条，转子的两端有弹性辐条9，轴瓦10是由两个半圆组合而成，在曲轴插入后安装，11是滑动门跟随轴，安装在壳体上，它和滑动门之间有密封条，跟随轴的一边暴露在壳体外边，润滑较方便。

图3是整机结构图，曲轴的两端安装在端盖12上，滑动门4上有润滑油入口13，直通滑动门和转子之间的空隙，以注入润滑密封条的润滑油，转子端面具有开放润滑条件。

根据上述结构可以看出，整机润滑条件较好，润滑油消耗少。

做为小功率发动机，可以省去滑动门延长杆，将滑动门加厚（较大的厚度具有稳定性），并采用较小的滑动距离，使用弹簧保持滑动门和转子贴合，也可以将滑动门和转子做成一体，或将延长杆放进端盖之内，简化结构。

曲轴上有平衡配重块，配重块的质量和分布根据装配好的整机试验确定。

图4是转子端面密封结构，在转子的一端或两端有弹性环14，弹性环由多层金属或非金属薄片层叠而成，其整体硬度和磨损率与转子材料相等，单层薄片环经过处理具，有不规则的轻微的凸起和凹陷，因此，组合的弹性环厚度方向可压缩，单层薄片环内圈有弹性凸起，弹性环夹在油环15和转子端面之间，当然，转子端面密封也可采用当前所采用的柔性密封圈。

图5是有四个滑动门的发动机，有4个容积连续变化的工作室，有4组气门和喷油点火装置，当负载很轻时，可以停止对其中一个或多个工作室供油，并保持气门开启状态，可以最大限度节省燃油，同样原理，可设计不同滑动门数量的发动机，满足不同功率设计。

图6是一种简化设计的发动机，采用弹簧、气压平衡或使用凸轮方法，或所述方法组合，使滑动门4和转子2保持跟踪状态，并且保持合适的压力，本方案更适合于小型或微型发动机，发动机端盖上有润滑油入口16，润滑油出口在另一端盖对应位置。

对于转子2和滑动门4的密封，考虑到相对滑动速度较小，可采用固体自润滑材料制造密封条，或不使用密封条，而滑动门本身采用自润滑材料制造，也可从滑动门4上构造润滑油通路。

Claims (10)

1.一种滚动转子发动机，主要由壳体、转子、曲轴、滑动门、单向阀、燃烧室、闸阀等部件组成，圆形转子在壳体内滚动，滑动门与转子保持贴合而且可在壳体上滑动，随着转子滚动，空气经单向阀压入燃烧室，进行喷油燃烧，凸轮机构打开闸阀，推动转子滚动做功。

2.根据权利要求1一种滚动转子发动机，其特征在于：转子的一端或两端有弹性圈，弹性圈由多层薄片叠加组成，其厚度方向有弹性，以补偿转子厚度的热变形，弹性圈结构也可用于壳体内其它部件，可以采用非圆柱形转子，以缩短密封圈长度。

3.根据权利要求1一种滚动转子发动机，其特征在于：对于半径方向热变形或受力变形，可采用下述一种或几种补偿措施：a. 转子上有弹性辐条；b. 壳体内壁采用柔性材料；c. 壳体和转子分别采用不同膨胀率的材料；d. 转子表面采用柔性材料；e. 在壳体适当位置嵌入不同膨胀率的材料；f. 根据漏气情况和受力状况，采用螺纹或液压装置实时调整壳体半径或曲率；g. 曲轴旋转中心向气体压力较高的地方偏移；h. 气压较高的地方缩小壳体内径，气压较低的地方加大壳体内径。

4.根据权利要求1一种滚动转子发动机，其特征在于：燃烧室具有合适的容积，或采用活塞调节燃烧室容积，或通过多次压缩方式，达到较高的压缩比，实现光爆震燃烧，在压气段和做功段的壳体上有阀门，或这些段壳体可以活动，以调节压气和做功行程，适应不同功率，燃烧室有隔热涂层，发动机进气经过壳体和燃烧室表面预热，提高效率。

5.根据权利要求1一种滚动转子发动机，其特征在于：滑动门采用轻质材料制造，并采用空心结构以减小重量，曲轴上有平衡配重块，配重块根据转子、滑动门和其它运动部件以整机试验确定。

6.根据权利要求1一种滚动转子发动机，其特征在于：转子和壳体不承受高温且为滚动摩擦，可以采用自润滑或柔性材料，不用或少用润滑油。

7.根据权利要求1一种滚动转子发动机，其特征在于：滑动门和转子的相对速度较小，它们之间的密封条受力小，润滑油可以从滑动门外露端注入，或采用自润滑材料。

8.根据权利要求1一种滚动转子发动机，其特征在于：燃烧室内气体完成膨胀后，闸阀延迟一段时间关闭，直到燃烧室内的废气排出。

9.根据权利要求1一种滚动转子发动机，其特征在于：可以有一个或多个滑动门及相应部件，设计不同功率的发动机。

10. 根据权利要求1一种滚动转子发动机，其特征在于：本原理可以制造流体泵或压缩机。