CN104806350A - 圆转子式内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆转子式内燃机，做功装置包括中心转子、2N个气封转子、主轴齿轮、与气封转子数量一致的气封转子齿轮、与气封转子数量一致的活塞；其中N为自然数；中心转子设置在缸筒内且固定在主轴上，其两端面与缸筒内端面之间设置有密封结构，其侧面与缸筒内侧面之间设置有密封环槽；气封转子为圆柱体结构，圆周均布在缸筒壁上，其径向设置有活塞槽；主轴齿轮设置在缸筒外且固定在主轴上；气封转子齿轮与相应的气封转子同轴固接；所述气封转子齿轮分别与主轴齿轮啮合。本发明结构简单，将空气压缩环节外置，活塞运动行程中做功行程长；活塞圆周式运动能量直接以圆周运动方向的扭矩传递给主轴，降低了传动件传递之间的能量损失。

Description

圆转子式内燃机

技术领域

本发明涉及一种圆转子式内燃机。

背景技术

轮船、坦克和装甲运输车中使用的内燃机，由于功率要求高，导致燃料消耗巨大，急需高功率低油耗的内燃机。

目前得到应用的内燃机有活塞往复运动式、三角转子式内燃机。

活塞往复运动式内燃机存在以下缺点：

1、活塞往复运动做功，受连杆、曲轴结构限制做功行程短；

2、活塞直线运动的功需要连杆和曲轴转换成圆周运转的功，在传动中造成能量损失；

3、活塞环与缸筒摩擦造成能量损失；

4、曲轴、连杆要克服活塞在上、下止点时的惯性造成能量损失。

三角转子式内燃机不足之处是燃烧室容积较大的一端所做的功克服燃烧室容积较小的一端所做的功为最终输出的功，即大端做功减去小端做功得到输出功，一部分能被自身抵消了，能量被内耗了。

发明内容

本发明目的是提供一种圆转子式内燃机，其解决了现有内燃机做功行程短、能量间接传递造成的能量损失、活塞环摩擦能量损失、克服活塞惯性能量损失和能量内耗的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种圆转子式内燃机，包括缸筒、主轴、电启动装置、做功装置、进排气装置、喷油点火装置、飞轮，

所述缸筒由两个筒体扣合密封而成；所述主轴设置在缸筒轴线上，作为内燃机的输出轴；所述电启动装置用于驱动主轴由静止状态变为旋转状态；

所述飞轮设置在缸筒外且与主轴固连；

其特殊之处在于：

所述做功装置包括中心转子、2N个气封转子、主轴齿轮、与气封转子数量一致的气封转子齿轮、与气封转子数量一致的活塞；其中N为自然数；

所述中心转子设置在缸筒内且固定在主轴上，其两端面与缸筒内端面之间设置有密封结构，其侧面与缸筒内侧面之间设置有密封环槽；

所述气封转子为圆柱体结构，圆周均布在缸筒壁上，其径向设置有活塞槽；

所述主轴齿轮设置在缸筒外且固定在主轴上；所述气封转子齿轮与相应的气封转子同轴固接；所述气封转子齿轮分别与主轴齿轮啮合，传动比为2N∶1；

2N个活塞均为板状结构，其底面固定在中心转子侧面且圆周均布；当活塞与中心转子同步转动时，中心转子和缸筒间的密封环槽被活塞分割成2N个容积同步进行反复变化的燃烧室；所述燃烧室沿主轴旋转方向分为进气段、做功段和排气段；

通过气封转子齿轮与主轴齿轮的齿轮定时关系，每个活塞在燃烧室内转动到排气段时，恰好进入对应一个气封转子的活塞槽内，并随着齿轮的转动，每个活塞在燃烧室内转动到进气段时，离开气封转子的活塞槽；

所述进排气装置数量与气封转子一致，其包括单向进气阀门、进气管、排气口和进气阀门控制装置；所述进气管与单向进气阀门入口相接，所述单向进气阀门出口设置在相应燃烧室的进气段；所述排气口设置在相应燃烧室的排气段；所述进气阀门控制装置用于控制单向进气阀门的通断；

所述喷油点火装置包括油泵、喷油器、火花塞、喷油点火控制装置，所述火花塞和喷油器的数量分别与气封转子一致，均设置在相应燃烧室的进气段；所述喷油点火控制装置用于控制油泵和喷油器的通断以及火花塞的点火。

上述电启动装置包括启动电机以及被启动电机驱动的启动齿圈；所述启动齿圈设置飞轮上。

上述进气阀门控制装置包括与气封转子齿轮同轴设置的进气端面凸轮，所述进气端面凸轮可将单向进气阀门的开关顶开，从而单向进气阀门打开。

上述喷油点火控制装置包括设置在主轴上且绕主轴旋转的油泵凸轮、喷油信号盘和点火信号盘；

所述油泵凸轮的最高点将油泵柱塞顶起，使高压油进入喷油器；

所述喷油信号盘的输出信号控制喷油器的通断；

所述点火信号盘的输出信号控制火花塞点火。

上述的圆转子式内燃机还包括设置在缸筒外且固连在主轴端部的联轴器。

上述N＝1或2。

一种圆转子式内燃机用连续旋转气封机构，包括缸筒、主轴、做功装置、进排气装置；其特殊之处在于：

所述缸筒由两个筒体扣合密封而成；所述主轴设置在缸筒轴线上，作为内燃机的输出轴；

所述做功装置包括中心转子、2N个气封转子、主轴齿轮、与气封转子数量一致的气封转子齿轮、与气封转子数量一致的活塞；其中N为自然数；

所述中心转子设置在缸筒内且固定在主轴上，其两端面与缸筒内端面之间设置有密封结构，其侧面与缸筒内侧面之间设置有密封环槽；

所述气封转子为圆柱体结构，圆周均布在缸筒壁上，其径向设置有活塞槽；

所述主轴齿轮设置在缸筒外且固定在主轴上；所述气封转子齿轮与相应的气封转子同轴固接；所述气封转子齿轮分别与主轴齿轮啮合，传动比为2N∶1；

2N个活塞均为板状结构，其底面固定在中心转子侧面且圆周均布；当活塞与中心转子同步转动时，中心转子和缸筒间的密封环槽被活塞分割成2N个容积同步进行反复变化的燃烧室；所述燃烧室沿主轴旋转方向分为进气段、做功段和排气段；

通过气封转子齿轮与主轴齿轮的齿轮定时关系，每个活塞在燃烧室内转动到排气段时，恰好进入对应一个气封转子的活塞槽内，并随着齿轮的转动，每个活塞在燃烧室内转动到进气段时，离开气封转子的活塞槽；

所述进排气装置数量与气封转子一致，其包括单向进气阀门、进气管、排气口和进气阀门控制装置；所述进气管与单向进气阀门入口相接，所述单向进气阀门出口设置在相应燃烧室的进气段；所述排气口设置在相应燃烧室的排气段；

所述进气阀门控制装置包括与气封转子齿轮同轴设置的进气端面凸轮，所述进气端面凸轮可将单向进气阀门的开关顶开，从而单向进气阀门打开。

上述N＝1或2。

一种圆转子式内燃机用进油进气结构，包括进油结构和进气结构，其特殊之处在于：

所述进气结构包括单向进气阀门、进气管、排气口和进气阀门控制装置；所述进气管与单向进气阀门入口相接，所述单向进气阀门出口设置在相应燃烧室的进气段；所述排气口设置在相应燃烧室的排气段；所述进气阀门控制装置包括与气封转子齿轮同轴设置的进气端面凸轮，所述进气端面凸轮可将单向进气阀门的开关顶开，从而单向进气阀门打开。

上述进油结构包括油泵、喷油器、喷油点火控制装置；

所述喷油器的数量与气封转子一致，设置在相应燃烧室的进气段；

油泵油泵和喷油器的通断，其包油泵和喷油器的通断，其包括设置在主轴上且绕主轴旋转的油泵凸轮、喷油信号盘；

所述油泵凸轮的最高点将油泵柱塞顶起，使高压油进入喷油器；

所述喷油信号盘的输出信号控制喷油器的通断。

本发明的有益效果是：

1、结构简单。

2、将空气压缩环节外置，活塞运动行程中做功行程长。

3、活塞圆周式运动能量直接以圆周运动方向的扭矩传递给主轴，降低了传动件传递之间的能量损失。

4、利用了活塞的惯性，提高了能量利用的效率，降低了能量损失。

5、活塞运行中不与缸筒摩擦，从而减少了因为摩擦而产生的能量损失。

6、内部零件之间无摩擦，能量传递损失小，从而减少了能量损失产生的热量，提高了零件使用寿命。

附图说明

图1是本发明的内部结构图；

图2是外部齿轮传动图；

图3是本内燃机串联俯视图；

图4是本发明工作流程图；

附图标记：1-缸筒，2-主轴，3-中心转子，4-活塞，5-气封转子，6-单向进气阀门，7-进气管接头，8-进气管，9-火花塞，10-喷油器，11-排气口，12-主轴齿轮，13-气封转子齿轮，14-进气端面凸轮，15-联轴器，16-飞轮，17-启动齿圈，18-启动电机，19-燃烧室，20-电机输出齿轮，21-点火信号盘，22-喷油信号盘，23-密封结构，24-进气段，25-做功段，26-排气段、27-油泵、28-油泵凸轮。

具体实施方式

一种圆转子式内燃机，包括缸筒、主轴、电启动装置、做功装置、进排气装置、喷油点火装置，缸筒由两个筒体扣合密封而成；主轴设置在缸筒轴线上，作为内燃机的输出轴；电启动装置用于驱动主轴由静止状态变为旋转状态；做功装置包括中心转子、2N个气封转子、主轴齿轮、与气封转子数量一致的气封转子齿轮、与气封转子数量一致的活塞；其中N为自然数；中心转子设置在缸筒内且固定在主轴上，其两端面与缸筒内端面之间设置有密封结构，其侧面与缸筒内侧面之间设置有密封环槽；气封转子为圆柱体结构，圆周均布在缸筒壁上，其圆柱面与中心转子圆柱面之间保留一定的小间隙，其径向设置有活塞槽，活塞槽为使活塞通过气封转子时而设计的让位槽；主轴齿轮设置在缸筒外且固定在主轴上；气封转子齿轮与相应的气封转子同轴固接；气封转子齿轮分别与主轴齿轮啮合，传动比为2N∶1；N优选1或2；2N个活塞均为板状结构，其底面固定在中心转子侧面且圆周均布，其顶面与缸筒内的密封环槽保留一定的间隙；当活塞与中心转子同步转动时，中心转子和缸筒间的密封环槽被活塞分割成2N个容积同步进行反复变化的燃烧室；通过气封转子齿轮与主轴齿轮的齿轮定时关系，每个活塞在密封环槽内转动到特定位置时，恰好进入对应一个气封转子的活塞槽内，并随着齿轮的转动，活塞在特定位置离开气封转子的活塞槽；进排气装置数量与气封转子一致，其包括单向进气阀门、进气管、排气口和进气阀门控制装置，其中进气管内通高温高压气体；进气管与缸筒内进气腔一端口相接，缸筒内进气腔与单向进气阀门入口相接，单向进气阀门出口设置在相应燃烧室内且位于燃烧室的进气段；排气口设置在相应燃烧室内且位于燃烧室的活塞离开段；进气阀门控制装置用于控制单向进气阀门的通断；喷油点火装置包括喷油器、火花塞、喷油控制装置和点火控制装置，火花塞和喷油器的数量分别与气封转子一致，均设置在相应燃烧室的进气段；喷油控制装置用于控制喷油器的通断；点火控制装置用于控制火花塞点火。

电启动装置包括启动电机以及被启动电机驱动的启动齿轮，启动齿圈设置在缸筒外且与主轴的飞轮固连。

圆转子式内燃机还包括飞轮，飞轮设置在缸筒外且与主轴固连；电启动装置包括启动电机以及被启动电机驱动的启动齿圈，启动齿圈设置飞轮上。

进气阀门控制装置包括与气封转子齿轮同轴设置的进气端面凸轮，进气端面凸轮的最高点可将单向进气阀门的开关顶开，从而单向进气阀门打开。

圆转子式内燃机还包括设置在缸筒外且固连在主轴端部的联轴器。

喷油点火控制装置包括设置在主轴上且绕主轴旋转的油泵凸轮、喷油信号盘和点火信号盘，油泵凸轮将油泵柱塞顶起，使高压油进入油轨，喷油信号盘通过信号传感器将信号传给控制系统，控制系统通过电磁阀控制喷油器喷油，从而喷油器打开；点火信号盘通过信号传感器将信号传给控制系统，控制系统控制火花塞点火。油泵凸轮、喷油信号盘和点火信号盘可以借鉴现有内燃机设计方案。

圆转子式内燃机还包括设置在缸筒外且固连在主轴端部的联轴器。

以气封转子为两个(N＝1)时为例说明本发明工作原理：

在圆形缸筒中心设计有密封环槽(即环形腔体)，活塞固定在中心转子上在密封环槽中绕主轴中心运行，中心转子通过主轴上的主轴齿轮和气封转子齿轮将驱动力传递给中心转子两侧的气封转子，两个气封转子将密封环槽分割成两半，气封转子上设计有豁口(活塞槽)，随着气封转子的旋转，活塞可以通过气封转子，进入另一半密封环槽内，此时活塞与气封转子之间的密封环槽形成一个密封腔体即燃烧室，进气端面凸轮打开单向进气阀门，高温高压空气进入燃烧室，主轴上的油泵凸轮驱动油泵在油轨中形成高压，喷油控制装置使喷油器在特定位置将高压燃油喷入腔体与高温高压空气混合，主轴上的点火信号盘通过点火传感器产生信号并传给控制系统，控制系统控制火花塞点火，燃烧产生的能量推力带动活塞、主轴输出动力。中心转子与缸筒通过三道凸凹交错的密封齿形成迷宫密封达到径向密封，活塞和气封转子外表面渡有一定厚度的涂层，既保证了燃烧室的密封性，又可以使它们和缸筒密封环槽、气封孔润滑；

本发明点火做功过程：

缸筒1由两部分(也可称为自由端与动力输出端)扣合密封而成，缸筒内设计有供活塞4运行的密封环槽，用启动电机18通过电机输出齿轮20及启动齿圈17驱动主轴2旋转，内燃机启动后后启动电机的离合器使电机输出齿轮20及启动齿圈17脱离，主轴通过连接键带动中心转子3旋转，使得固定在中心转子上的活塞4在密封环槽内圆周运动；主轴前端固定的主轴齿轮2通过气封转子齿轮带动两个气封转子5旋转，达到与活塞运动的同步性。当活塞运行到图4-a位置时，活塞刚完成一次做功、排气，准备进入气封转子内的活塞槽，图4-b中活塞进入气封转子内的活塞槽，随着气封转子的旋转，活塞运行到气封转子的另一端，进入另一半密封环槽内(见图4-c)，此时活塞与气封转子之间的密封环槽形成一个密封腔体，进气端面凸轮打开单向进气阀门，高温高压空气充入密封腔体，同时喷油器将高压燃油喷入与之混合，高温高压的燃油混合气经火花塞点燃后推动活塞圆周运动做功(图4-c至图4-d)，通过主轴将动力输出，图4-d至图4-a活塞通过排气口排气后再进行下一次做功。

在图3所示实例中，两台或多台内燃机可通过联轴器串联工作。

Claims (10)

1.一种圆转子式内燃机，包括缸筒、主轴、电启动装置、做功装置、进排气装置、喷油点火装置、飞轮，

所述缸筒由两个筒体扣合密封而成；所述主轴设置在缸筒轴线上，作为内燃机的输出轴；所述电启动装置用于驱动主轴由静止状态变为旋转状态；

所述飞轮设置在缸筒外且与主轴固连；

其特征在于：

所述做功装置包括中心转子、2N个气封转子、主轴齿轮、与气封转子数量一致的气封转子齿轮、与气封转子数量一致的活塞；其中N为自然数；

所述中心转子设置在缸筒内且固定在主轴上，其两端面与缸筒内端面之间设置有密封结构，其侧面与缸筒内侧面之间设置有密封环槽；

所述气封转子为圆柱体结构，圆周均布在缸筒壁上，其径向设置有活塞槽；

所述主轴齿轮设置在缸筒外且固定在主轴上；所述气封转子齿轮与相应的气封转子同轴固接；所述气封转子齿轮分别与主轴齿轮啮合，传动比为2N∶1；

2N个活塞均为板状结构，其底面固定在中心转子侧面且圆周均布；当活塞与中心转子同步转动时，中心转子和缸筒间的密封环槽被活塞分割成2N个容积同步进行反复变化的燃烧室；所述燃烧室沿主轴旋转方向分为进气段、做功段和排气段；

通过气封转子齿轮与主轴齿轮的齿轮定时关系，每个活塞在燃烧室内转动到排气段时，恰好进入对应一个气封转子的活塞槽内，并随着齿轮的转动，每个活塞在燃烧室内转动到进气段时，离开气封转子的活塞槽；

所述进排气装置数量与气封转子一致，其包括单向进气阀门、进气管、排气口和进气阀门控制装置；所述进气管与单向进气阀门入口相接，所述单向进气阀门出口设置在相应燃烧室的进气段；所述排气口设置在相应燃烧室的排气段；所述进气阀门控制装置用于控制单向进气阀门的通断；

所述喷油点火装置包括油泵、喷油器、火花塞、喷油点火控制装置，所述火花塞和喷油器的数量分别与气封转子一致，均设置在相应燃烧室的进气段；所述喷油点火控制装置用于控制油泵和喷油器的通断以及火花塞的点火。

2.根据权利要求1所述的圆转子式内燃机，其特征在于：所述电启动装置包括启动电机以及被启动电机驱动的启动齿圈；所述启动齿圈设置飞轮上。

3.根据权利要求1所述的圆转子式内燃机，其特征在于：

所述进气阀门控制装置包括与气封转子齿轮同轴设置的进气端面凸轮，所述进气端面凸轮可将单向进气阀门的开关顶开，从而单向进气阀门打开。

4.根据权利要求1所述的圆转子式内燃机，其特征在于：

所述喷油点火控制装置包括设置在主轴上且绕主轴旋转的油泵凸轮、喷油信号盘和点火信号盘；

所述油泵凸轮的最高点将油泵柱塞顶起，使高压油进入喷油器；

所述喷油信号盘的输出信号控制喷油器的通断；

所述点火信号盘的输出信号控制火花塞点火。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的圆转子式内燃机，其特征在于：

还包括设置在缸筒外且固连在主轴端部的联轴器。

6.根据权利要求5所述的圆转子式内燃机，其特征在于：

所述N＝1或2。

7.一种圆转子式内燃机用连续旋转气封机构，包括缸筒、主轴、做功装置、进排气装置；

其特征在于：

所述缸筒由两个筒体扣合密封而成；所述主轴设置在缸筒轴线上，作为内燃机的输出轴；

所述做功装置包括中心转子、2N个气封转子、主轴齿轮、与气封转子数量一致的气封转子齿轮、与气封转子数量一致的活塞；其中N为自然数；

所述中心转子设置在缸筒内且固定在主轴上，其两端面与缸筒内端面之间设置有密封结构，其侧面与缸筒内侧面之间设置有密封环槽；

所述气封转子为圆柱体结构，圆周均布在缸筒壁上，其径向设置有活塞槽；

所述主轴齿轮设置在缸筒外且固定在主轴上；所述气封转子齿轮与相应的气封转子同轴固接；所述气封转子齿轮分别与主轴齿轮啮合，传动比为2N∶1；

2N个活塞均为板状结构，其底面固定在中心转子侧面且圆周均布；当活塞与中心转子同步转动时，中心转子和缸筒间的密封环槽被活塞分割成2N个容积同步进行反复变化的燃烧室；所述燃烧室沿主轴旋转方向分为进气段、做功段和排气段；

通过气封转子齿轮与主轴齿轮的齿轮定时关系，每个活塞在燃烧室内转动到排气段时，恰好进入对应一个气封转子的活塞槽内，并随着齿轮的转动，每个活塞在燃烧室内转动到进气段时，离开气封转子的活塞槽；

所述进排气装置数量与气封转子一致，其包括单向进气阀门、进气管、排气口和进气阀门控制装置；所述进气管与单向进气阀门入口相接，所述单向进气阀门出口设置在相应燃烧室的进气段；所述排气口设置在相应燃烧室的排气段；

所述进气阀门控制装置包括与气封转子齿轮同轴设置的进气端面凸轮，所述进气端面凸轮可将单向进气阀门的开关顶开，从而单向进气阀门打开。

8.根据权利要求7所述的圆转子式内燃机用连续旋转气封机构，其特征在于：所述N＝1或2。

9.一种圆转子式内燃机用进油进气结构，包括进油结构和进气结构，其特征在于：

所述进气结构包括单向进气阀门、进气管、排气口和进气阀门控制装置；所述进气管与单向进气阀门入口相接，所述单向进气阀门出口设置在相应燃烧室的进气段；所述排气口设置在相应燃烧室的排气段；所述进气阀门控制装置包括与气封转子齿轮同轴设置的进气端面凸轮，所述进气端面凸轮可将单向进气阀门的开关顶开，从而单向进气阀门打开。

10.根据权利要求9所述的圆转子式内燃机用进油进气结构，其特征在于：

油泵油泵、喷油器油泵、喷油器、喷油点火控制装置；

所述喷油器的数量与气封转子一致，设置在相应燃烧室的进气段；

油泵油泵和喷油器的通断，其包油泵和喷油器的通断，其包括设置在主轴上且绕主轴旋转的油泵凸轮、喷油信号盘；

所述油泵凸轮的最高点将油泵柱塞顶起，使高压油进入喷油器；

所述喷油信号盘的输出信号控制喷油器的通断。