CN105351087A

CN105351087A - 环形气缸转子发动机

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Publication number: CN105351087A
Application number: CN201410428320.7A
Authority: CN
Inventors: 许明德
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2016-02-24

Abstract

本发明公开一种新型环形气缸转子发动机，环形气缸设有进气孔和排气孔，四个活塞分成两组，同组的二个活塞可一起绕主轴转动，四个工作腔分别同时承担进气、压缩、作功、排气的功能；喷油嘴和火花塞可适时喷油和点火；当处于作功的工作腔后侧的活塞后退时，固定在机壳上的止回千斤将其锁定在止回点；当处于作功的工作腔前侧的活塞转速高于主轴时，这个活塞通过与其连结的大轮总成、小传动件、大传动件、键，带动主轴转动，从而把转动动能传递给主轴；每一组活塞转动一周，系统作功四次。可设计成点燃式或压燃式。本发明结构简单、扭矩输出均匀、油耗低、尾气排放易达标、功率重量比大、制造技术要求低、成本低。

Description

环形气缸转子发动机

技术领域

本发明涉及一种新型环形气缸转子发动机，属发动机领域。

背景技术

传统的发动机是往复式发动机(活塞式发动机)，往复式发动机的主要优点是：1、制造技术成熟，保养维修成本低；2、工作可靠，良好的气密性和功率传递可靠性；3、良好的燃油经济性。往复式发动机的主要缺点是：1、结构复杂，体积大、重量大；2、曲柄连杆机构中活塞的往复运动引起的往复惯性力和惯性力矩不能得到完全平衡，这个惯性力大小与转速平方成正比，使发动机运转平顺性下降，限制发展高转速发动机；3、四冲程往复式活塞发动机的四个冲程中有三个冲程完全依靠飞轮惯性旋转，导致发动机的功率、扭矩输出非常的不均匀，尽管现代发动机采用了多缸和V型排列来减小这个缺点，但是不可能完全消除。

目前市场上的三角转子发动机也称汪克尔转子发动机，它的主要优点是：1、结构简单、体积小、重量轻，相比较于往复式活塞发动机，转子发动机减少了曲柄连杆机构，导致了发动机机构大为简化，零件减少；2、均匀的扭矩特性，由于转子发动机一个气缸同时有三个工作腔处于工作状态，所以扭矩输出比较于往复式活塞发动机更加均匀；3、利于发展高速发动机，由于活塞转子与主轴转速比为1∶3，故不需很高的活塞转速即可实现发动机的高转速，发动机的主要运动零件的运动速度比往复式发动机要慢得多，这有利于提高可靠性。它的主要缺点是：1、油耗高，尾气排放难达标，转子发动机的燃烧室形状不利于可燃混合气的充分燃烧，火焰传播路径长，燃油机油消耗量大，同时导致废气中污染物含量较高；2、发动机的结构导致适宜采取点燃式而较难采用压燃式，即适宜用汽油作为燃料而较难用柴油；3、由于转子发动机采用偏心轴，导致发动机振动较大；4、功率输出轴(主轴)位置高，不利于在汽车内布置；5、三角转子发动机的加工制造技术高，成本比较高，所以推广困难。

针对往复式发动机和汪克尔转子发动机存在的缺点，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种新型环形气缸转子发动机。

本发明的基本原理是：环形气缸设有进气孔和排气孔，环形气缸中设置两组活塞，每一组活塞有二个活塞，同组的二个活塞可一起绕主轴转动，由此形成四个工作腔，四个工作腔分别同时承担进气、压缩、作功、排气的功能；喷油嘴和火花塞安置在恰当的位置，适时喷油和点火；当处于作功的工作腔后侧的活塞后退时，固定在机壳上的止回千斤将其锁定在止回点；当处于作功的工作腔前侧的活塞转速高于主轴时，这个活塞通过与其连结的大轮总成、小传动件、大传动件、键，带动主轴转动，从而把转动动能传递给主轴；每一组活塞转动一周，系统作功四次。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种新型环形气缸转子发动机，其特征是主轴90是纺锤形的，中段粗，两端稍细；主轴90依次与油封10、轴承11、A键12、轴承13、轴承14、轴承15、轴承16、B键17、轴承18、油封19连结；轴承11连结主轴90与外壳上盖26，轴承18连结主轴90与外壳下盖27，外壳主体25分别与外壳上盖26、外壳下盖27连结；外壳主体25是一个旋转对称体，其对称轴与主轴90的轴重合；外壳主体25由对称的两半个拼合连结而成，其拼合面与对称轴重合；轴承13、轴承14连结主轴90与A组活塞座总成23，轴承15、轴承16连结主轴90与B组活塞座总成24；A组活塞座总成23与A组气缸内壁21融合为一体，B组活塞座总成24与B组气缸内壁22融合为一体；外壳主体25的中段与环形的气缸外壁20融合为一体；A组活塞31、A组活塞32与A组活塞座总成23固定在一起，B组活塞33、B组活塞34与B组活塞座总成24固定在一起。

A组活塞座总成23由A组活塞限位挡块230、A组气缸多槽接口231、A组气缸多槽接口232、活塞座润滑油通孔233、活塞润滑油通孔234、多槽接口231的润滑油通孔235、多槽接口232的润滑油通孔236组成；A组大轮总成51连结在A组活塞座总成23上方；A组活塞限位挡块230在A组活塞座总成23靠近主轴的下方；A组气缸多槽接口231与气缸外壁20的接口啮合；多槽接口231的凹槽内装有多个密封环237；A组气缸多槽接口232与B组气缸多槽接口啮合；活塞润滑油通孔234与活塞凹槽311、活塞凹槽312相通；B组活塞座总成24的结构与A组活塞座总成23的结构完全相同。

A组活塞31、A组活塞32、B组活塞33、B组活塞34都是大圆环的一小段，大圆环的圆心与主轴90的轴心重合，大圆环沿半径方向剖面是一个圆；A组活塞31上开有活塞凹槽311、活塞凹槽312；活塞凹槽311、活塞凹槽312中安装活塞环313、活塞环314。A组活塞(32)、B组活塞(33)、B组活塞(34)的结构与A组活塞(31)的结构相同。

止回千斤总成43固定在外壳主体25上；止回千斤总成43由止回千斤壳体431、止回千斤方孔432、止回千斤舌头433、止回千斤弹簧434、止回千斤后盖435组成；止回千斤壳体431的中央是止回千斤方孔432；止回千斤舌头433安装在止回千斤方孔432中；止回千斤弹簧434安装在止回千斤舌头433后部的孔中；止回千斤弹簧434的后端由止回千斤后盖435压紧；止回千斤后盖435固定在止回千斤壳体431的后端；止回千斤舌头433在A组大轮总成51转到一定位置时可与止回凹槽516或止回凹槽515啮合；止回千斤总成46固定在外壳主体25上，止回千斤总成46的结构与止回千斤总成43相同。

A组大轮总成51的结构分为上下两层；A组大轮总成51的上层的内侧面是起动轮轮齿517、外侧面512上有凸轮513、凸轮514；A组大轮总成51的下层的内侧面是传动大轮511，外侧面512上有止回凹槽515、止回凹槽516；B组大轮总成52固定在B组活塞座总成24的下方，B组大轮总成52仅比A组大轮总成51少掉起动齿轮，其余的结构与A组大轮总成51的结构完全相同。

把动力向外传递的A组传动系按如下顺序连结或啮合：活塞31及活塞32、活塞座总成23、A组大轮总成51、A组小传动件42、A组大传动件41、A键12、主轴90；把动力向外传递的B组传动系按如下顺序连结或啮合：活塞33及活塞34、活塞座总成24、B组大轮总成52、B组小传动件45、B组大传动件44、B键17、主轴90。

传动系有二种应用实例，应用实例之一是缺齿式齿轮传动，应用实例之二是棘轮式传动。

缺齿式齿轮传动的传动大轮511的轮齿有部分缺失，A组小传动件42是一个小齿轮、A组大传动件41是一个大齿轮；传动大轮511的轮齿可与A组传动小齿轮42啮合；A组传动小齿轮42与A组传动大齿轮41啮合，A组传动小齿轮42的转轴轴承支架与外壳主体25固定；B组传动小齿轮45与B组传动大齿轮44啮合，B组传动小齿轮45的转轴轴承支架与外壳主体25固定。

棘轮式传动的传动大轮511的轮齿呈锯齿状，A组小传动件42是一个棘轮总成，棘轮总成42由棘轮舌421、平衡块422、棘轮转轴423、弹簧腔424、弹簧425组成，棘轮舌421与传动大轮511的锯齿状轮齿啮合，棘轮舌421和平衡块422连成一体，并可绕棘轮转轴423转动；A组大传动件41是一块动平衡中心在主轴中心的金属板，通过A键12固定在主轴90上。

在环形的气缸外壁20上开有排气孔28和进气孔29；喷油嘴60安装在气缸外壁20的外侧，气缸外壁20的对应位置有小孔保证燃料能进入气缸；火花塞70安装在气缸外壁20的外侧，气缸外壁20的对应位置有孔；起动电机80固定在外壳上盖26上，起动电机80的齿轮与起动轮轮齿517啮合。

附图说明

附图1为本发明的工作原理示意图之一，传动系是缺齿式齿轮传动。附图1中画出了A组大传动件41、A组传动小齿轮42、止回千斤总成43、A组大轮总成51；没有画出B组大传动件44、B组传动小齿轮45、止回千斤总成46、B组大轮总成52；起动电机的电源和控制系统、润滑油的通道、散热装置、喷油嘴的驱动机构、火花塞的点燃机构、传动小齿轮的轴承及固定在外壳主体上的轴承支架等没有在图中画出。

附图2为本发明的工作原理示意图之二，传动系是缺齿式齿轮传动。附图2与附图1在同一时刻，所以两图中活塞的位置是相同的。附图2中画出了B组大传动件44、B组传动小齿轮45、止回千斤总成46、B组大轮总成52；没有画出A组大传动件41、A组传动小齿轮42、止回千斤总成43、A组大轮总成51；起动电机的电源和控制系统、润滑油的通道、散热装置、喷油嘴的驱动机构、火花塞的点燃机构、传动小齿轮的轴承及固定在外壳主体上的轴承支架等没有在图中画出。

附图3为本发明的剖面示意图，传动系是缺齿式齿轮传动，起动电机的电源和控制系统、润滑油的通道、散热装置、喷油嘴的驱动机构、火花塞的点燃机构、传动小齿轮的轴承及固定在外壳主体上的轴承支架等没有在图中画出。

附图4为本发明的A组止回千斤总成43的剖视示意图。

附图5为本发明的A组活塞31的剖视示意图。

附图6为本发明的A组大轮总成51、A组活塞座总成23和气缸内壁21的剖视示意图。

附图7为本发明的A组活塞限位挡块230和B组活塞限位挡块240作用示意图。如图，在起动时，A组活塞在起动电机带动下转动到如图位置时，活塞A2和活塞B1之间的工作腔容积达到设计的压缩区最小容积值，A组活塞限位挡块230和B组活塞限位挡块240刚好开始接触，从而保证活塞A2和活塞B1之间的工作腔容积不再变小。

附图8为本发明的工作原理示意图，传动系是棘轮式传动。

具体实施方式

如附图所示，本发明一种新型环形气缸转子发动机，其结构如上所述。下面以传动系是缺齿式齿轮传动为例说明具体实施方式。为便于说清问题，环形气缸的止回点定义为圆周的0°，一周共360°。附图1和附图2中，A组活塞32(简称活塞A2)的中心位置在0°、A组活塞31(简称活塞A1)的中心位置在180°、B组活塞33(简称活塞B1)的中心位置在40°、B组活塞34(简称活塞B2)的中心位置在220°，进气孔位于187°-195°、排气孔位于166°-174°、喷油嘴中心位置位于350°、火花塞中心位置位于352°。为便于说明，以下把活塞A2与活塞B1之间的工作腔称为A2B1区；同样，另三个工作腔分别称为B1A1区、A1B2区、B2A2区。

附图1中，A2B1区是作功区，猛烈燃烧的高温高压气体推动活塞B1顺时针转动，并带动活塞B2一起转动；猛烈燃烧的高温高压气体欲推动活塞A2逆时针转动，这时止回千斤舌头433正在止回凹槽516中，阻止活塞A2逆时针转动。附图2与附图1处于同一时刻。附图2中，猛烈燃烧的高温高压气体推动活塞B1顺时针转动，活塞B1带动B组活塞座总成24转动，B组活塞座总成24带动传动大轮521转动，传动大轮521带动B组传动小齿轮45转动，B组传动小齿轮45带动B组大传动件44转动，B组大传动件44带动主轴90转动；由此，实现高温高压气体所作的功向主轴90输出转动动能。

附图1中，B1A1区是排气区，活塞A1不发生转动，活塞B1的顺时针转动，把废气从排气孔28排出。

附图1中，A1B2区是进气区，活塞A1不发生转动，活塞B2在B1的带动下顺时针转动，新鲜空气(汽油机的话，则是雾状的汽油滴与空气的混合物)从进气孔29吸入。

附图1中，B2A2区是压缩区，活塞A2不发生转动，活塞B2在B1的带动下顺时针转动，新鲜空气(汽油机的话，则是雾状的汽油滴与空气的混合物)被压缩。

接着分析附图1和附图2在上述时间之后的状况：A2B1区仍是作功区，活塞A1不发生转动，A2B1区进一步扩展；B1A1仍是排气区，体积进一步变小；A1B2区仍是进气区，体积进一步变大；B2A2区被压缩得越来越小；如果是汽油机，压缩比达到设计值时火花塞点火；如果是柴油机，压缩比即将达到设计值时喷油；B2A2区立即从压缩区转变为作功区；而这时，A2B1区中的高温高压气体继续膨胀，推动活塞B1、活塞B2顺时针转动；活塞B2的顺时针转动，使B2A2区内气压增大，同时，B2A2区内的燃料已开始燃烧，B2A2区内气压迅速增大，活塞A2将脱离止回点，作顺时针转动；活塞B1受高温高压气体推动顺时针转动直至活塞B1的后侧面到达排气孔28的上侧面；这时的活塞B2已接近止回点，这时的B组活塞系统(含B组活塞座总成24、B组大轮总成52)具有极大的转动角速度，因此就具有较大的转动惯性，足够抵御B2A2区内刚刚被点燃的气体产生的对活塞B2的逆时针方向的作用效果，保证活塞B2能冲过止回点；当活塞B2冲过止回点后，失去动力的活塞B2随着B2A2区内点燃的火焰产生的气压急速升高，转速迅速降为零，接着反向转动，直至达到止回点，停止转动；当活塞在止回点附近时，传动大轮上缺失轮齿的位置正好对准A组传动小齿轮42或B组传动小齿轮45，因此，活塞在止回点附近的低速顺时针转动或反向转动不会影响另一组活塞高速转动，保证高速转动的活塞向主轴90输出动能。

在上述过程之后，B2A2区是作功区，A2B1区是排气区，B1A1区是进气区，A1B2区是压缩区。如此不断循环。

A组大轮总成51具有六大功能：

1、A组大轮总成51与A组活塞组连结在一起，当A组活塞组高速转动的转速高于主轴90时，A组大轮总成51通过传动大轮511、A组小传动件42、A组大传动件41，把A组活塞组的动能传递给主轴90。

2、A组大轮总成51的外圆周上有二条凹槽(止回凹槽516、止回凹槽515，相距180°)，它的功能是当某活塞反向转动到达止回点时，止回千斤总成43把A组大轮总成51锁定在这一位置——也即把活塞锁定在止回点。

3、A组大轮总成51的外圆周上的凸轮，可用来控制喷油泵喷油。

4、A组大轮总成51的外圆周上的凸轮，可用来控制火花塞点火。

5、A组大轮总成51是一个旋转惯性轮，其转动惯量越大，起动越容易。

6、起动电机80的齿轮与A组大轮总成51的起动齿轮517啮合，接通起动电源后，A组大轮总成51带动A组活塞座总成23及A组活塞转动，从而发动发动机。

B组大轮总成52具有上述的前五项功能。

不同的燃料需要不同的气体压缩比，只要调整活塞的宽度，进气孔、排气孔的宽度和位置，就可以调整压缩比(压缩比可大于20)。由此可知，本发明的发动机可设计为各种类型燃料的发动机。

润滑系统：外壳的内腔(由发动机外壳主体25、外壳上盖26、外壳下盖27连结后形成一个密闭内腔)中注入适量的润滑油；本发明的A组活塞座总成23上开有活塞座润滑油通孔233、活塞润滑油通孔234、多槽接口231的润滑油通孔235、多槽接口232的润滑油通孔236，活塞润滑油孔234与活塞凹槽311、活塞凹槽312相通，B组活塞座总成24上也有类同的孔；主轴90设计成水平放置，当活塞转动时，通过飞溅作用和离心力的作用下，润滑油可到达需要润滑的各个部位。

起动：起动电机80的齿轮与A组大轮总成51的起动齿轮517啮合，接通起动电源后，A组大轮总成51带动A组活塞座总成23及A组活塞转动；本发明中的A组活塞限位挡块230和B组活塞限位挡块240可保证任意二个活塞之间的容积不小于设计的最小压缩体积；当活塞A1或活塞A2接近止回点前火花塞点火(之前已喷油)，即可引发第一次燃料燃烧；在引发几次燃料燃烧后，即可退出起动状态，进入正常运转。

传动系是棘轮式传动时，A组传动系的实施方式：当A组大轮总成51的转速小于主轴90的转速时，棘轮舌421在传动大轮511的锯齿状轮齿的锯齿顶面上滑行；当A组大轮总成51的转速大于主轴90的转速时，棘轮舌421在弹簧425的推动下进入传动大轮511的锯齿齿槽，由此实现传动大轮511对棘轮舌421的推动，并通过棘轮转轴423、A组大传动件41、A键12的传递，推动主轴90加速转动；平衡块422的作用是平衡棘轮舌421在主轴90高速转动时产生的离心力。传动系是棘轮式传动时，B组传动系的实施方式与A组传动系的实施方式原理相同，不再累述。

以上所述，对于熟悉本领域的技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种新型环形气缸转子发动机，其特征是主轴(90)是纺锤形的，中段粗，两端稍细；主轴(90)依次与油封(10)、轴承(11)、A键(12)、轴承(13)、轴承(14)、轴承(15)、轴承(16)、B键(17)、轴承(18)、油封(19)连结；轴承(11)连结主轴(90)与外壳上盖(26)，轴承(18)连结主轴(90)与外壳下盖(27)，外壳主体(25)分别与外壳上盖(26)、外壳下盖(27)连结；外壳主体(25)是一个旋转对称体，其对称轴与主轴(90)的轴重合；外壳主体(25)由对称的两半个拼合连结而成，其拼合面与对称轴重合；轴承(13)、轴承(14)连结主轴(90)与A组活塞座总成(23)，轴承(15)、轴承(16)连结主轴(90)与B组活塞座总成(24)；A组活塞座总成(23)与A组气缸内壁((21)融合为一体，B组活塞座总成(24)与B组气缸内壁(22)融合为一体；外壳主体(25)的中段与环形的气缸外壁(20)融合为一体；A组活塞(31)、A组活塞(32)与A组活塞座总成(23)固定在一起，B组活塞(33)、B组活塞(34)与B组活塞座总成(24)固定在一起；B组活塞座总成(24)的结构与A组活塞座总成(23)的结构完全相同；止回千斤总成(43)固定在外壳主体(25)上，止回千斤总成(46)固定在外壳主体(25)上，止回千斤总成(46)的结构与止回千斤总成(43)相同；A组大轮总成(51)固定在A组活塞座总成(23)的上方；B组大轮总成(52)固定在B组活塞座总成(24)的下方，B组大轮总成(52)仅比A组大轮总成(51)少掉起动齿轮，其余的结构与A组大轮总成(51)的结构完全相同；把动力向外传递的A组传动系按如下顺序连结或啮合：活塞(31)及活塞(32)、活塞座总成(23)、A组大轮总成(51)、A组小传动件(42)、A组大传动件(41)、A键(12)、主轴(90)；B组传动系的结构与A组传动系的结构相同；传动系有二种应用实例，应用实例之一是缺齿式齿轮传动，应用实例之二是棘轮式传动；在环形的气缸外壁(20)上开有排气孔(28)和进气孔(29)；喷油嘴(60)安装在气缸外壁(20)的外侧，气缸外壁(20)的对应位置有小孔保证燃料能进入气缸；火花塞(70)安装在气缸外壁(20)的外侧，气缸外壁(20)的对应位置有孔；起动电机(80)固定在外壳上盖(26)上，起动电机(80)的齿轮与起动轮轮齿(517)啮合。

2.如权利要求1所述的止回千斤总成(43)，其特征是止回千斤总成(43)由止回千斤壳体(431)、止回千斤方孔(432)、止回千斤舌头(433)、止回千斤弹簧(434)、止回千斤后盖(435)组成；止回千斤壳体(431)的中央是止回千斤方孔(432)；止回千斤舌头(433)安装在止回千斤方孔(432)中；止回千斤弹簧(434)安装在止回千斤舌头(433)后部的孔中；止回千斤弹簧(434)的后端由止回千斤后盖(435)压紧；止回千斤后盖(435)固定在止回千斤壳体(431)的后端；止回千斤舌头(433)在A组齿轮总成(51)转到一定位置时可与止回凹槽(516)或止回凹槽(515)啮合。

3.如权利要求1所述的A组活塞(31)，其特征是A组活塞(31)是大圆环的一小段，大圆环的圆心与主轴(90)的轴心重合，大圆环沿半径方向剖面是一个圆；A组活塞(31)上开有活塞凹槽(311)、活塞凹槽(312)；活塞凹槽(311)、活塞凹槽(312)中安装活塞环(313)、活塞环(314)；如权利要求1所述的A组活塞(32)、B组活塞(33)、B组活塞(34)，其特征是结构与A组活塞(31)的结构相同。

4.如权利要求1所述的A组活塞座总成(23)，其特征是A组活塞座总成(23)由A组活塞限位挡块(230)、A组气缸多槽接口(231)、A组气缸多槽接口(232)、活塞座润滑油通孔(233)、活塞润滑油通孔(234)、多槽接口(231)的润滑油通孔(235)、多槽接口(232)的润滑油通孔(236)组成；A组活塞限位挡块(230)在A组活塞座总成(23)靠近主轴的下方；A组气缸多槽接口(231)与气缸外壁(20)的接口啮合；多槽接口(231)的凹槽内装有多个密封环(237)；A组气缸多槽接口(232)与B组气缸多槽接口啮合；活塞润滑油通孔(234)与活塞凹槽(311)、活塞凹槽(312)相通。

5.如权利要求1所述的缺齿式齿轮传动，其特征是缺齿式齿轮传动的传动大轮(511)的轮齿有部分缺失，A组小传动件(42)是一个小齿轮、A组大传动件(41)是一个大齿轮；传动大轮(511)的轮齿可与A组传动小齿轮(42)啮合；A组传动小齿轮(42)与A组传动大齿轮(41)啮合，A组传动小齿轮(42)的转轴轴承支架与外壳主体(25)固定；B组传动小齿轮(45)与B组传动大齿轮(44)啮合，B组传动小齿轮(45)的转轴轴承支架与外壳主体(25)固定。

6.如权利要求1所述的棘轮式传动，其特征是棘轮式传动的传动大轮(511)的轮齿呈锯齿状，A组小传动件(42)是一个棘轮总成，棘轮总成(42)由棘轮舌(421)、平衡块(422)、棘轮转轴(423)、弹簧腔(424)、弹簧(425)组成，棘轮舌(421)与传动大轮(511)的锯齿状轮齿啮合，棘轮舌(421)和平衡块(422)连成一体，并可绕棘轮转轴(423)转动；A组大传动件(41)是一块动平衡中心在主轴中心的金属板，通过A键(12)固定在主轴(90)上。

7.如权利要求1所述的A组大轮总成(51)，其特征是它的结构分为上下两层；A组大轮总成(51)的上层的内侧面是起动轮轮齿(517)、外侧面(512)上有凸轮(513)、凸轮(514)；A组大轮总成(51)的下层的内侧面是传动大轮(511)，外侧面(512)上有止回凹槽(515)、止回凹槽(516)。