CN1051071A - 转子发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转子发动机，将其呈圆筒状内壁 的一部分内径加大，以形成一个由内壁、一个吸入室 和一个燃烧室组成的圆的同心圆的一部分，吸入室的 容积大于燃烧室的容积，爆燃能可以有效地被转换， 转子靠爆燃能而直接作圆周旋转运动，能防止在不适 宜的时间发生的爆燃，因此，燃料消耗显著地降低和 得到改善，并能获得有效的、平稳的驱动力。

Description

本发明涉及一种转子发动机，其中，将机壳以及在机壳中旋转的转子的形状予以简化;可以自由地设定吸入室与燃烧室的容积比，沿径向设置在叶片槽内并通过转子中心的叶片与机壳内表面紧密接触，将压缩室与爆燃室分隔的叶片与机壳内表面之间的间隙，不会被爆燃室内的爆燃压力扩大，并且爆燃压力也不会漏入压缩室内，因此，可以防止爆燃在不适宜的时间发生，可以获得稳定的旋转，并可以使燃料消耗明显地降低和获得改善。

在以往技术中，曾有若干种这样的转子发动机。已投入实用的这种转子发动机的典型实例是汪克尔型转子发动机。在汪克尔型转子发动机中，一个表面呈周摆线内包络面的三角形转子，沿着一个呈周摆线曲线的茧状机壳内壁旋转，当一个配置在转子中部的内齿轮与一个固定的外齿轮啮合、且绕其旋转时，设有偏心转子轴的颈部的输出轴便开始旋转。具有周摆线内包络面的转子，沿着一个由周摆线曲线所形成的机壳内壁旋转以后，吸入室的最大容积与燃烧室的最大容积相等，将吸入吸入室内的燃料混合气加以压缩，并使其容积为最小，与此同时，燃料混合气被点燃并发生爆燃，这种爆发力使转子旋转，达到最小容积的燃料混合气在燃烧室内爆燃，而燃烧室的容积与吸入室的最大容积相等。因此，有一部分燃烧能用于旋转转子，而其余的燃烧能没有被利用就从排气孔排出。因而，汪克尔型转子发动机有缺陷，因为它没有有效地利用可利用的燃烧能，并将热量放射出去而没有利用，其热效率低，燃料费用高。汪克尔型转子发动机的结构设计也是失败的，其转子旋转一周只有一次能量的爆发。

在汪克尔型转子发动机中，其封闭燃气的顶部密封件，通过一个弹性件嵌装在每个三角形转子的顶部，因而顶部密封件可以升降自如并可以与机壳内壁紧密接触。此外，将转子发动机的叶片嵌入叶片槽内，该叶片槽沿径向且通过或朝着转子中心设置，机壳内壁（转子沿其转动）是对称的。由于吸入室的最大容积与燃烧室的最大容积相等，所以这种转子发动机与普通转子发动机一样具有相同的缺点。在这种转子发动机中，用于保持叶尖与机壳内壁之间的气密性的燃气密封是靠弹簧的弹力，或靠作用于叶片上的离心力，将叶片槽中的叶片从转子往外推向机壳内壁来实现的。

本发明的梗概说明如下：将具有类型圆筒内壁的类似机壳的一部分内径加大，形成一个吸入室和一个燃烧室，在吸入室前端部设置一个吸入孔，在燃烧室前端部设置一个点火器，并在燃烧室后端部设置一个排气孔，使燃烧室的容积大于吸入室的容积，在叶片槽内沿径向嵌装叶片，叶片可以在对着机壳内壁的方向伸缩自如，叶片通过类似圆筒的转子的中心，并能嵌装在类似圆筒的机壳内，在通过转子中心的叶片槽按转子旋转方向的前后的转子表面上形成突出部分，此突出部分与机壳上连接着压缩室与燃烧室的圆弧形内表面部分紧密接触。

本发明的第一个目的在于提供一种能量效率为最大的转子发动机;这种发动机是通过加大类似圆筒的机壳（具有类似圆筒的内壁）的部分内径来形成吸入室和燃烧室，能够自由地设定吸入室和燃烧室的容积比;并且可将燃烧能有效地转化为旋转功。

本发明的第二个目的在于提供一种机械损失小的高效转子发动机。这种发动机的转子直接靠燃烧能作圆周旋转运动，而无需设置诸如齿轮等变速装置。

本发明的第三个目的在于提供一种间隙密封性好的转子发动机。在该转子发动机中，用于分隔压缩室与爆燃室的叶片的叶尖与机壳上的压缩室与燃烧室连接部分的圆弧形内表面之间的间隙小，即叶尖与连接部分的内表面相互紧密接触，不会被爆燃压力扩大，压缩气体不会在压缩室内发生爆燃，这样就不会在不适当的时间发生爆燃，并可使转子达到稳定旋转。

本发明的第四个目的是，提供一种转子发动机，这种转子发动机在转子旋转一转期间，在被叶片彼此分离的每个室内，依次发生吸气、压缩、燃烧和排气各过程，这样，转子的旋转均匀，并可使燃烧能平稳地转化为旋转功。

下面结合附图对本发明进行说明。

图1是四叶片转子发动机的部分纵剖面图，发动机处于随遇状态在叶片槽中部设有弹簧。

图2是图1所示转子发动机正好在燃烧前的部分纵剖面图。

图3是叶片的基础端部的局部放大剖面图。

图4是三叶片转子发动机正好在燃烧前的部分纵剖面图，在转子中部设有限制爆燃压力的空间。

图5是与图3所示实施例不同的三叶片转子的局部放大断面图;用隔板构成的限制爆燃压力的空间。

图6是与图3所示实施例不同的三叶片转子的局部放大断面图，其限制爆燃压力的空间的隔板上钻有孔。

图7是与图3所示实施例不同的三叶片转子的局部放大断面图，在其限制爆燃压力的空间用隔板的孔中，增设了调节开孔度的装置。

图8是图1所示四叶片转子发动机的部分纵剖面图，当齿轮位于中部时，在每个叶片槽按转子旋转方向的前后的转子表面上形成突出部分，叶片槽内部设有弹簧，突出部分采用的是突出板。

图9是图8所示突出板的放大图。

图10是另一实施例所示突出部分的部分放大纵剖面图，该突起部分是以垫圈为基础的突出物。

图11是另一实施例所示突出部分的部分放大纵剖面图，该突出部分是在转子上形成的。

现按附图详细说明本发明为达到上述目的而采取的措施以及本发明的实施例。

实施例1，如图1～3所示。在本实施例中，弹簧沿径向设置于叶片槽内，机壳包括一个具有类似圆筒的内壁3的似类圆筒的构件2。将两个相互对置的内表面部分的内径加大，以便形成两个由类似圆筒的内壁3构成的圆的同心圆部分，一个部分的圆心角为30°，而另一部分的圆心角约为60°。两个加大部分的端部与类似圆筒的内壁平滑地连接起来，并形成吸入室4和燃烧室5。燃烧室5的容积比吸入室4的容积大。转子6类似于圆柱形，并可被嵌装于类似圆筒的内壁3内。沿径向开设叶片槽7，以便使其通过转子6的中心，并互为直角。固定在叶片槽7相互交叉部位的底部8，将每个叶片槽7分成两个相等的部分。每个叶片9嵌装于每个被分成相等的两部分的叶片槽7内。在每个叶片9的叶尖部分上，嵌有新型陶瓷（图中未示出）制的顶部密封件，以保证气密性并降低叶尖与机壳1内表面之间的摩擦。在每个叶片9的基础端部上，增设一个如图3所示的限制爆燃压力用的密封件10。以便防止爆燃压力通过叶片槽7漏入基础端部。弹簧11配置在叶片9的基础端部与叶片槽7相互交叉的底部8之间。当转子6静止和以低速旋转时，主要地由弹簧11来将叶片9的叶尖推向机壳1的内表面。当转子6以高速旋转时，弹簧11与作用于各叶片9上的离心力偶合起来，进一步保持各叶片9的叶尖与机壳1内表面之间的气密性。当可以靠离心力（因起动机起动时转子发动机旋转而产生的，作用于各个叶片9上的）保持各叶片9的叶尖与机壳1内表面之间的气密性时，弹簧11可以省略。在此情况下，由于叶片9进入吸入室4和燃烧室5内，吸入室4被当作吸气室4a和压缩室4b来利用，而燃烧室5被当作爆燃室5a和排气室5b来利用。按转子6的旋转方向a论，在吸气室4按转子6旋转方向a的前端部的机壳1上钻有吸气孔12，并吸入燃料混合气。吸气孔12可以是一种设有燃料喷射装置的喷出系统。在燃烧室5按转子6旋转方向a的前端部的机壳1上设有点火器13，并包括火花塞等（图中未示出）点火器13用于点燃与爆燃从吸气孔12吸入、随着转子6的旋转而由叶片9在燃烧室5前端部经压缩的燃料混合气。当压缩的燃料混合气体在燃烧室5的前端部被点燃并爆燃时，相互邻近的叶片9（它们在燃烧室5的前端侧形成气密的爆燃室5a）的面积是不同的，并靠作用于叶片9上的爆燃压力的差而使转子旋转。就旋转方向a而言，在燃烧室5后端部的机壳1上钻有排气孔14。排气孔14用于排放废气，这种废气是当经压缩的燃料混合气在燃烧室5的前端部一侧被点燃和爆燃时，经过爆燃和燃烧而产生的。在转子6的表面上加工出来的，其截面呈圆弧状等的空腔15，用于调节可压缩性，该空腔15位于各叶片槽7之后（按转子6的旋转方向论）靠近各叶片槽7的位置。适当地加工该容腔15，可以使机壳1上类似圆筒那部分的直径与转子6直径大体相等，因而可以使上述叶片面积的差增大。

还可以在转子6表面的圆周方向加工出空腔15，以便使该空腔达到相邻的叶片槽7，或接近于相邻的叶片槽7;该空腔15还可以具有槽一般的作用，该槽的作用是，在吸入吸气室4a之后，靠叶片9（由于转子6的旋转）将经压缩的燃料混合气保持在压缩室4b内，并且转子6将燃料混合气送入爆燃室5a。上述各室的位置如下：吸气室4a位于吸入室4的前端一侧;压缩室4b位于吸入室4的后端一侧;爆燃室5a位于燃烧室5的前端。

实施例2如图4所示。叶片槽7内没有设置弹簧11，而是利用爆燃压力来保持叶片9的叶尖与机壳1的内表面之间的气密性。1是与实施例1同样的一种机壳。

将机壳1的类似圆筒的内壁3的一侧下部。以及对着该下部的类似圆筒内壁3的另一侧，从上部到下部那一部分的内径加大，以便形成一个同心圆的各部分，一侧下部的圆心角约为30°，而另一侧从上部到下部那一部分的圆心角约为130°。加大部分的两端部与类似圆筒的内壁3平滑地连接起来，并形成与实施例1同样的吸入室4和燃烧室5°6是一个与实施例1同样的转子。从转子6的圆周上三等分点开始，朝着转子6的中心加工出三条与实施例1相同的叶片槽7。叶片9与实施例1的叶片相同，并将各叶片9都嵌装于各叶片槽7内。从转子6的表面钻出爆燃压力进气孔16，其位置在三个叶片槽7的后边（按旋转方向a论），与各种叶片槽7平行，并靠近各叶片槽7，但该爆燃压力进气孔16不钻到转子6的中心。在靠转子6中心一侧，设有与叶片槽7连通的限制爆燃压力的空间17。沿转子6的周向，钻有连通爆燃压力进气孔16与限制爆燃压力的空间17的连通孔18，在其内部设有单向阀19，该阀被嵌入并恰好在爆燃压力进气孔16前面，并将该连通孔18堵塞着，一部分爆燃压力，从爆燃压力进气孔16通过连通孔18中的单向阀19，引入限制爆燃压力的空间17，因此，将各叶片槽7中的叶片9强力地推向机壳1的内表面，并提高了各叶片9的叶尖与机壳1内表面之间的气密性。12是吸气孔，13是点火器，14是排气孔，这些部分与实施例1的相同。在吸气孔12与排气孔14之间的机壳1部分，设置一个类似转杆的分隔器部分20。当吸入室4与燃烧室5相互靠近时，如本实施例所示，用分隔器20来提高吸入室4和燃烧室5之间的气密性，并可将分隔器20配制成与转子6一起旋转的。如实施例1中所述，转子6是靠着作用于叶片9上的爆燃压力差而旋转的，而这些叶片9是暴露于燃烧室5前端一侧的爆燃室5a中，并是相互相邻的。

实施例3如图所示。在本实施例中，实施例2所述的限制爆燃压力的空间17内的爆燃压力，只用于保持机壳1内表面与叶片9之间的气密性，而该叶片9将吸入室后端一侧的压缩室4b与燃烧室5前端一侧的爆燃室5a分开。

用图5所示的隔板21，将图4所示限制爆燃压力空间17的内部分隔开来。隔板21系由三个径向叶片构成，各叶片与各限制爆燃压力空间17内的各连通孔18的靠近转子6一侧连接，该连通孔18与爆燃压力进气孔16、限制爆燃压力空间17以及转子6的中心连通。隔板21将各爆燃压力进气孔16与各叶片槽7的基础部分连通，该叶片槽7接近于在与转子6旋转方向a相反方向上的各爆燃压力进气孔16。隔板21只是利用爆燃压力将在与转子6旋转方向相反的方向上与爆燃室相邻的叶片，推向机壳1的类似圆筒的内壁3。这样，隔板21在防止爆燃压力漏入吸入室4的同时，并使将在转子6正常旋转方向上和在燃烧室5内的叶片9的叶尖推向机壳1内壁的推力减弱，而叶片9被适度地推向机壳1内壁时除外。隔板21还使叶片9叶尖与机壳1内壁之间的摩擦力降低，以便使转子6容易旋转。

实施例4如图6所示。在隔板21上开了孔22，把一部分爆燃压力也用来保持燃烧室5内叶片9叶尖与机壳1内壁之间的气密性。

在隔板21的三个叶片上，分别钻有孔22。由于钻了该孔22，爆燃压力就可以持续有效地被控制用来均匀地作用于各叶片9上。上述爆燃压力是连续发生的，并因设置了实施例3所述的那种隔板21，所以只作用于位于反转子旋转方向的叶片9上。

实施例5如图7所示。在实施例4所述隔板21的孔22上，增设开孔度调节装置23。通过开孔度调节装置的遥控，对燃烧室5内的各叶片9的叶尖与机壳1内表面之间的气密性进行调节。

开孔度调节装置23利陶瓷材料等制成的开孔膜片，根据机壳1内壁与叶片9叶尖之间的摩擦力，对孔22的开孔度进行调节，而摩擦力取决于工作介质的性质，例如燃料的粘性。当摩擦力的作用大时，要使开孔度小，并使在吸入室4和燃烧室5内的叶片9容易旋转。

实施例6如图8和图9所示。所用的机壳1和转子6与实施例1中的相同，并防止燃烧室5前端一侧的爆燃室5a内的爆燃压力，漏入吸入室4后端一侧的压缩室4b内。圆弧形内表面24是类似圆筒的内壁3的一部分，并将吸入室4按转子6旋转方向a的后端一侧的压缩室4b，与燃烧室5按转子6旋转方向a的前端一侧的爆燃室5a连接起来。四个叶片9靠弹簧11可在叶片槽7内伸缩自如，该弹簧设在十字架形叶片槽7的交叉点的基础部分与实施例1所述叶片之间。叶片9a是叶片9中的一个，它与圆弧形内表面24接触，它将压缩室4b与爆燃室5a分隔。在十字架形叶片槽7按转子6旋转方向的前和后的转子6表面上设置突出部25。突出部25与连接着压缩室4b和爆燃室5a的圆弧形内表面24相接触。在本实施例中，在转子6上加工出平行于叶片槽2的槽26，其位置位于各叶片槽2按转子6旋转方向a的前和后。在槽26的基础部分形成类似圆柱形的扩大部分26a。在槽26内嵌装着突出板27，在突出板27的基础部分形成类似圆柱形的扩大部分27a，将它嵌装于类似圆柱形的扩大部分26a内。位于基础部分的类似圆柱形的扩大部分27a从其侧面嵌装于槽26的类似圆柱形的扩大部分，这样，使突出板27的顶部与机壳1上连接压缩室4a与爆燃室5a的圆弧形内表面24相接触。

实施例7如图10所示，如实施例6所述突出部分25那样的突出部，是用螺钉拧在转子6表面上的。

在转子6的表面上，加工形成了安装部分28，将它设在各叶片槽7按转子6旋转方向a的前和后，并使它与叶片槽7平行。以垫片为基础的突出部29，分别带有固定在安装部分28的垫片29a。从垫片29a突出出来的突出件29b，分别形成倒“T”字形和“L”字形等。用螺钉将各垫片29a固定在转子6上的各安装部28。各突出件29b的顶部，与连接着机壳1上的压缩室4b和爆爆燃室5a的圆弧形内表面24相接触。如图10所示，可以同时采用一个倒“T”字形的以垫片为基础的突出部29和一个“L”字形的以垫片为基础的突出部，也可以采用两者之中的一个。

实施例8如图11所示。直接在转子6上形成实施例6中所述的突出部25。在转子6的表面上，叶片槽7按转子6旋转改变方向a的前和后形成突出部31，使其与各叶片槽7平行。突出部31的顶部，与连接着压缩室4b和爆燃室5a和圆弧形内表面24相接触，并使其成为突出部25。

此外，在实施例1至8中，吸入室4的容积等于燃烧室5的容积者，与燃烧室5的容积大于吸入室4的容积者相比，前者的爆燃能不能有效地被转子6的旋转方向所利用。然而，如实施例所述，本发明的输出轴，不是象普通的汪克尔型转子发动机那样，靠内外齿轮的啮合而旋转的，而是将输出轴直接连接到转子6上，爆燃能通过转子6可以直接转换为输出轴的圆周旋转运动，因而这一部分的能量损失小并从总的来说，燃料消耗率低于普通汪克尔型转子发动机的。

本发明的构成，如以上所述。由于将类似圆筒的内壁的半径局部地加大，以形成一个与类似圆筒的内壁3所形成圆的同心圆部分，并形成吸入室4和燃烧室5，因而，由周摆线曲线的机壳内壁与周摆线内包络面的转子所围成的燃烧室的最大容积，并非象普通汪克尔型转子发动机那样固定地等于吸入室的最大容积。吸入室最大容积与燃烧室最大容积之比，可以通过对类似圆筒的加大内壁半径那部分尺寸的调节而自由地设定。因此，与吸入室4相比，可将燃烧室5充分地加大，并可将一般未被利用就从排气孔14放射出去的爆燃能，有效地被用于旋转动。由于本发明在结构上不同于靠内外齿轮的啮合来使输出轴旋转的普通汪克尔型转子发动机，而是可通过转子6将爆燃能直接地转换为输出轴（图中未示出）的旋转运动，所以能量没有损失，热效率得到提高，并且能够显著地改善燃料消耗。这样，普通汪克尔型转子发动机的一些缺点，即转子在机壳内旋转的同时还伴有垂直运动（这是一种准往复运动）就能克服。

此外，与爆燃行程为不连续的汪克尔型转子发动机和往复式发动机相比，由于本发明可以获得连续的爆燃冲程，因而可以获得更有效更平稳的旋转（驱动力）。

本发明还在通过转子6中心的各叶片槽7按转子6旋转方向a的前和后的转子6表面上，设置了突出部25，此突出部与连接着机壳1上的压缩室4b和爆燃室5a的圆弧形内表面24相接触，因此，共有叶片9a、叶片9a前的突出部25和叶片9a后的突出部25三点，与连接着压缩室4b和爆燃室5a的圆弧形内壁24相接触。突出部25与叶片9和9a不同，它不靠弹簧11在叶片槽7内伸缩，而是在突出部25与机壳1上的圆弧形内壁24之间，只保持一个使转子6在机壳1的圆弧形内表面24内旋转所需的小间隙。即使是在爆燃压力的作用下，突出部25顶部与圆弧形内表面24之间的该间隙也不会扩大，爆燃室5a内的爆燃压力，不会穿过该间隙作用于突出部25之间，叶片9的叶尖与圆弧形内表面24之间、突出部25与圆弧形内表面24之间的间隙不会扩大，并靠弹簧11的弹性或离心力将叶片9a的叶尖稳定地推向内表面24，因此，本发明可以作到：防止爆燃压力漏入压缩室4b;避免不适时的爆燃;以及使转子6的旋转平稳。

Claims (12)

1、一种转子发动机，其特征在于：将具有类似圆筒形内壁的类似圆筒体的部分内径加大；并设置一个在其中形成一个吸入室和一个燃烧室的机壳；为了嵌装于该机壳的该类似圆筒的部分内的转子被分开地设置；叶片的安装，要保证其能在该转子上径向开出的若干个叶片槽内，对着该机壳的内壁伸缩自如；在该机壳上的该吸入室的前端部分开有一个吸气孔，以该转子的旋转方向为基准，分别在该机壳上的该燃烧室的前端部分设有一个点火器，并在该机壳上的该燃烧室的后端部分开有一个排气孔。

2、权利要求1所述转子发动机，其特征在于：该燃烧室大于该吸入室。

3、权利要求1或2所述转子发动机，其特征在于：若干个叶片靠设在该叶片槽内的弹簧，沿着转子的径向、对着该机壳的内壁伸缩自如。

4、权利要求1或2所述转子发动机，其特征在于：在各该叶片槽按该转子旋转方向的后方和位于靠近各该叶片槽位置的该转子上，开有爆燃压力进气孔;在该转子的中部，设有限制爆燃压力的空间，爆燃压力通到各该叶片槽，由在其中设有单向阀的连通孔将该进气孔与该限制爆燃压力的空间相互连通;在各该叶片的基础端部还设有用于限制爆燃压力的密封件。

5、权利要求1、2、3或4所述转子发动机，其特征在于：在各该叶片槽按该转子旋转方向的后方的转子表面上，加工出一个空腔。

6、权利要求4所述转子发动机，其特征在于：在该限制爆燃压力的空腔内，设有隔板;该隔板将各该爆燃压力进气孔与该叶片槽的各该基础端部连接起来，该叶片槽接近于在与转子旋转方向相反的方向上的该爆燃压力进气孔。

7、权利要求6所述转子发动机，其特征在于：在该隔板上开孔该隔板将各该爆燃压力进气孔与各该叶片槽连接起来;该叶片槽接近于在与反转子旋转方向相反的方向上的该爆燃压力进气孔。

8、权利要求7所述转子发动机，其特征在于：在该隔板的孔上增设了调节该孔开孔度的调节装置。

9、权利要求1、2或3所述转子发动机，其特征在于：在该叶片槽前和后的该转子表面上，设置突出部，该突出部与该机壳上连接该压缩室和该爆燃室的圆弧形内表面相接触;从而防止该圆弧形内表面面与该叶片叶尖之间的间隙扩大;该叶片嵌装于分隔该压缩室和爆燃室的该叶片槽内。

10、权利要求9所述转子发动机，其特征在于：在该叶片槽前和后的该转子上，开有基础部分加大的槽，将基础部分加大的突出板，嵌装于该槽内，作为上述突出部分。

11、权利要求9所述转子发动机，其特征在于：在该叶片槽前和后的该转子的表面上，加工出安装部，将以垫片为基础的突出件作为该上述突出部，用螺钉拧到该安装部上。

12、权利要求9所述转子发动机，其特征在于：在该叶片槽前和后的该转子的表面上，形成一个突出状物，作为上述突出部。

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