CN1055742C - 旋转式内燃机 - Google Patents

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Abstract

该发动机包括一发动机机体(2)，它安装于支座(4)上，可以旋转，包括一个跟向外突出的由气缸盖(12)封闭的径向活塞腔(10)连通的中心腔(8)。一曲轴(14)平行于发动机机体(2)的旋转轴线并和其成径向偏心安装于机体内，可以旋转。一传动系统将机体(2)和曲轴(14)连接在一起，使两者以相同方向和相同转速旋转。活塞(104)在各自的活塞腔内作往复运转，所有活塞由连杆在连接点连于曲轴，这些连接点相对于活塞腔(10)的纵轴线沿机体(2)的旋转方向有一提前角度。因此，在燃烧冲程期间。连杆对曲轴施加一最大的力矩。

Description

旋转式内燃机
本发明涉及一种旋转式内燃机。
由ARREGUI等人提出的本申请人也是4位共同发明人之一的于1983年12月20日公布的名称为内燃旋转式发动机的美国专利US-4,421,073，公开了一种安装在静止壳体内可旋转的发动机机体，该壳体封闭各活塞腔的开口外端。在实践中业已发现要用壳体在分界面上来密封各活塞腔是非常困难的。
由相同的4位共同发明人提出的于1987年2月24日公布的名称为径向活塞泵的美国专利US-4,645,428描述一种不适于用作内燃机的装置，虽然其基本工作原理类同于本发明的发动机。
本发明的目的是提供一种旋转式内燃机，它基于和US-4,645,428的径向泵相类同的工作原理。
本发明的另一目的是提供一种尤其适于按二冲程发动机运转的发动机。
本发明的另一目的是提供具有所述特点的发动机，与传统活塞式内燃机相比，它具有很低的怠速。
本发明的另一目的是提供一种具有所述特点的发动机，其中，由连杆施加于曲轴上的力矩，在整个燃烧冲程内达到最大值。
本发明的另一目的是利用旋加于进气和排气上的离心力，以改善发动机换气。
本发明的另一目的是在各活塞内设置一进气阀，以容许可燃气体进入中心机体腔内。
本发明的另一目的是提供一种具有所述特点的发动机，它利用发动机机体旋转来用空气冷却发动机。
本发明的另一目的是提供一种具有所述特点的发动机，其中，该旋转机体无须单独的飞轮。
本发明的另一目的是提供一种具有所述特点的发动机，它能跟一个其工作循环处于不同相位的类似发动机偶连。
本发明的另一目的是提供一种具有所述特点的发动机，其中，处在燃烧冲程的几度膨胀期间点火是持续进行的，以改善发动机的起动性能。
本发明的另一目的是提供一种具有所述特点的发动机，它无须电火花提前或迟后机构。
本发明的另一目的是提供一种具有所述特点的发动机，其中，废气沿垂直于活塞腔轴线的方向并背离机体旋转方向排出，以有助于这种旋转。
本发明的另一目的是提供一种具有所述特点的发动机，它极易起动，并可装备一增压器系统，以增加其功率。
根据本发明的目的，所公开的旋转式内燃机包括一支座和一个安装于所述支座上绕机体旋转轴线旋转的发动机机体，所述机体限定一中心腔和至少一个自所述中心腔上向外突出并在径向内端跟其连通的径向活塞腔；一个封密所述活塞腔的径向外端并跟所述活塞一起限定一爆炸腔的活塞盖；一个平行于且径向偏心于机体旋转轴轴线以旋转方式安装于所述机体内的曲轴；一个以驱动方式联接机体和曲轴的传动系，所述曲轴和机体按同一方向以同一速度旋转；一活塞在活塞腔内作往复运动；一连杆枢接于活塞和曲轴上的连接点，该连接点跟曲轴的旋转轴线径向间隔，并相对于活塞腔的纵轴线沿机体的旋转方向有一提前角度。
该曲轴可以是动力输出轴，或者是可直接安装在中心腔一侧的发动机机体内、与机体旋转轴共轴线且用轴承支承在支座内的这样一个输出轴。
通常，该发动机有若干活塞腔，它们在一公共平面内成等角度间隔，各活塞的相应连杆连接于同一曲轴。
该发动机最好设有可燃气体进气装置，它跟中心腔及在中心腔与爆炸腔之间的通道装置直接连通。最好，该通道装置包括一些经各活塞的小孔，它们装有单向阀，以便仅允许可燃气体自中心腔通至爆炸腔。最好，设有第二通道装置，它通过活塞腔外的机体，并将中心腔跟爆炸腔连通。这些活塞孔连同上面最后提到的通道一起改善了发动机的换气性能。
发动机点火装置包括一个设有一集电极及一个输送高压电流的发射极的点火塞，该发射极固定于支座上，并在集电极的通道内延伸，以便在发射极和集电极之间提供连续的电连接至少达几度燃烧冲程转角，从而进一步改善发动机起动性能。
最好，发动机是风冷的。这些活塞腔设有外散热片，以便自旋转机体上将热量传到空气中去。
最好，排气阀由气缸盖支承，并设有固定于各气缸盖上的废气排出管，后者大致垂直于活塞腔纵轴线配量，并背离机体旋转方向延伸，以便产生一股有助于机体旋转的排气喷流。
图1为本发明发动机的局部侧视图；
图2为沿图1的2-2线所取的局部横剖面图；
图3为沿图2的3-3线所取的纵剖面图；
图4为在图3的区4内所取的放大的剖面图；
图5为沿图4的5-5线所取的横剖面图；
图6和6A至6E广泛地表示在机体近乎转动一周期间发动机机体的盖，并表示在二冲程工作循环的各阶段的相关活塞；
图7为一气缸腔的平面剖视图，以顶视图表示一活塞，在其上装有一单向阀；
图8为沿图7的8-8线所取的横剖面图；
图9为沿图7的9-9线所取的另一横剖面图；
图10和10A表示在图9的区10内所取的单向阀，它们分别处于关闭和开启位置；
图11和12为分别沿图3的11-11线和12-12线所取的剖面图；
图13为发动机及其可燃气体的供给系统的示意图；
图14为点火电路及发动机起动装置的示意图；
图15为偶合在一起以驱动一公用输出轴的本发明的二相同发动机的局部正视图。
在这些附图中，相同的标号指示相同的构件。
参照图1、2和3，一个发动机体2安装在支座4上，能绕机体旋转轴线6旋转；机体2限定一中心腔8，后者由一中心部3和若干个，例如4个径向排列的活塞腔10构成，活塞腔由气缸11构成，在其径向内端跟中心腔8连通，而在其径向外侧由一气缸盖12封闭。机体2的圆柱形中心部3由中心部盖3a和3b封闭。螺栓11b将气缸盖12和气缸11固定于中心部3上。盖3a由螺栓27(见图12)固定于中心部3。中心部盖3b由螺栓11a固定于中心部(见图11)。一动力输出轴16和发动机体2的中心部盖3a构成整体，在中心腔8的一侧延伸，和发动机机体旋转轴线6成共轴线配置。动力输出轴16由一止推轴承18以轴颈支承于环组件21、22和23内，这些环组件由一固定装置24固定在支座4上。密封件20密封轴承18的润滑油。一环齿26固定在动力输出轴的同一侧的机体2的中心部盖3a上，并间隔地包围了一部分动力输出轴，且和其成共轴线配置。
一起动马达28固定于支座4上，其链轮30和齿轮26啮合。起动马达28设有一适当的邦迪克斯(Bendix)系统，并通过转动机体来起动发动机。在所示实施例中，有4个活塞腔10，它们相隔90°，均处于同一平面内，相对于旋转轴线6成径向排列。
各气缸盖12装有一传统结构的排气阀32，通过弹簧34作用，保持在其关闭位置。各排气阀32通过摇臂36克服弹簧作用来开启，摇臂由一可调长度的挺杆40驱动，在气缸盖12上绕摇臂轴38转动，挺杆穿过环齿26的轮毂，由轮毂及气缸盖凸耳13导向。挺杆40带有骑在凸轮44上的凸轮从动件滚轮42，凸轮由环组件21、22和23的部件21构成(参看图12)。该图还表示环齿26由若干螺栓27固定于机体中心部3上。
在其动力输出轴16的相反侧，机体2借助于滚斜轴承46用轴颈支承于圆柱形支承部48的外围，该圆柱形支承部设有一向外延伸的环形突缘50，并用螺栓52固定于支座4上。
在滚针轴承46的各侧设有密封装置54和54a。点火装置包括安装在各气缸盖12上的一火花塞56，它和一针形集电极58成电连接。4个集电极针58中的每一个由用电绝缘材料制成的环60支承，环60由跟旋转轴线6成共轴线配置且间隔地包围机体中心部3的支架62支承。4个集电极针58悬在导体环部66的槽64内，环部经绝缘垫68被支承在支承部48的突缘50上。导电环部66延伸到几度机体转角。其结构上的安装是这样的，火花塞56能连移地发火几度机体转角。
曲轴14安装在支承部48的通孔内，可以转动，并通过球轴承72和靠近中心腔配置的预润滑的轴瓦74用轴颈支承在所述支承部内。
设有传动系来转动曲轴14，其旋转方向和速度跟机体2相同。该传动系包括一主齿轮76，它固定于曲轴14的外端，跟固定在一辅助轴80上的链轮78啮合，辅助轴通过轴承82用轴颈支承于支承部48内，并装有一个其直径跟链轮78一样大的链轮，后者跟环齿86啮合，环齿由机体2的中心部3支承，并具有和主齿轮76相同直径。
若需要，一转速计90连于曲14的外端，并由固定于盖94上的支架92支承，盖可拆卸地固定于支承部48上，以封住在其内制出的空腔95，该空腔用于安置主齿轮76和链轮78。润滑这些齿轮的润滑油盛于空控95内，也盛于安置齿轮84、86且由密封装置密封的空腔内。
曲轴14的内端由位于中心腔8内的轮盘96构成，该轴延伸出一短轴98，其上固定一圆盘100，圆盘直径跟轮盘96的直径相同，它用曲柄销102留有间隔地固定在那里。
一活塞104安装在各活塞腔10内，可往复移动，该活塞经一连杆106用曲柄销枢接于轮盘96和圆盘100的曲柄组件上。该4个曲柄销构成连杆106和曲轴14的连接点，它们相对于曲轴14的轴线是径向等间隔的，并且，相对于活塞腔10的纵轴线110，顺着如图2中的箭头108所代表的机体旋转方向，有一提前角度。如图2中清楚表示的，各连接点和曲轴14轴线的连接直线近似垂直于相应活塞腔10的纵轴线110。在机体一整转内，这一关系多少保持不变，这样，当任一气缸发火时，一最大扭矩基本上在整个燃烧冲程期内施加于该曲轴。
如图1和3所示，可燃气体进气管包括一个自支承件48上伸出的侧管112，它和在支承件48内制出的纵向孔114连通，该纵向孔通向中心腔8内。该腔经二套通道又跟4个活塞腔10连通，第一套径向通道116在各活塞腔10外部构成，并环绕各活塞腔，在内端跟中心腔8连通，并通至活塞腔10的圆柱周壁上的各开口。
自中心腔至爆炸腔的第2套通道通过活塞本身。如图7至10A所示，所有活塞的顶部制有二小孔120，各被一单向阀122关闭，该单向阀仅允许可燃气体沿一个方向通过，即自中心腔至由气缸盖12和活塞上方的活塞腔的相邻部构成的爆炸腔。每一单向阀122可以是一种簧片结构，由螺栓124固定在活塞的顶部，当活塞内的压力高于爆炸腔中的压力时，该片簧在压差下作用，以打开小孔120。
显然，若需要可采用其它形式的响应压差的单向阀，来适当的抵制在燃烧期内在活塞腔内产生的压力。
图8还表示普通的活塞环126，连接活塞和连杆的活塞销128以及曲柄销102的布置，后者枢接连杆和由轮盘96与圆盘100构成的曲柄组件。
再参看图2，可以看到，每一气缸盖12，在排气阀32下游制有一排气道130，它跟排气管132连通，后者在其外侧是完全敞通的，并以直角被固定于气缸盖上，同时也垂直于活塞腔的纵轴，且背离以箭头108所示的机体旋转方向延伸。
该发动机是风冷式的，各气缸盖设有散热片134，各活塞腔设有散热片136。
再参照图4和5，它们是关于传动系的，可以看出，辅助轴80相对于机体旋转轴线及曲轴14是这样配置的，即其链轮78和84跟主齿轮76和环齿86在端视图上它们的相交点相啮合。
图13表示燃料输送路线的示意图，包括传统的燃料箱137，其中盛有汽油和润滑油的适当混合物，所述发动机为二冲程发动机。该燃料混合物被输至一传统的汽化器138，空气和燃料混合物最好用泵或鼓风机140加压，后者用作增压器，将加压混合物经输送侧管112和孔114输至中心腔8。
图14是电路系统的示意图，表示如下的传统部件：电瓶142带有接地线144和正极导线146，由发电机143和调压器145再充电，并对发动机起动马达28、电流表148、照射系统150供电，若需要，经点火开关152和电流调节器154对感应线圈156供电，感应线圈经配电盒158将高压电供给绝缘环部66a的导电发射极片160，当有关活塞处在外止点位置时，该发射极片跟任一火花塞56的集电极针58在发动机机体的几度转角内保持导电关系。
该发动机运转如下：该发动机为二冲程发动机，即任一给定的活塞相对于发动机的每次爆炸完成二个冲程，一个径向向外冲程，一个径向向内冲程。参照图6、6A至6E，表示机体2相对于在任一给定的活塞腔内的活塞的一系列角度位置，由于曲轴14相对于机体旋转轴线6是偏心的，该活塞在活塞腔内占有一相应的轴向位置。在图6中，活塞处于外止点，排气阀是关闭的，进气口也是关闭的，簧片单向阀122也是关闭的，可燃气体在活塞上方被完全压缩；出现着火，然后燃气燃烧，在机体转过多于1/4转期间，在图6B所示该点，产生工作冲程，排气阀32在凸轮44作用下开启(见图12)，废气经排气管132排出，它们作为一股喷流，有助于机体旋转。当爆炸减弱到低于中心腔8内由鼓风机140产生的压力时，簧片单向阀122打开，新鲜可燃气体将废气扫除。由于因机体旋转施加于燃气上的离心力的结果，扫气效率提高。
排气阀关闭，阀122保持开启，活塞继续其径向向内冲程；进气口118未盖住，如图6C所示，额外的新鲜可燃气体进入爆炸室。在活塞的压缩冲程期间，该气体被压缩，活塞首先关闭进气口118，并充分压缩这些可燃气体直至被点燃，如图6所示。
应该注意，在整个燃烧冲程中，在曲轴上产生最大的扭矩，而且，一个完全的活塞冲程基本上相等于机体旋转轴线6与曲轴轴线14之间的偏心距和连接点102与曲轴轴线14之间的距离的总和。
本发明的原型发动机的实际试验业已表明，该型发动机的怠速约为传统活塞式发动机怠速的一半。这可能是由于上述特性造成的。当得到足够的动力平衡时，该发动机的振动较传统的发动机为小。即使该发动机为风冷式的，由于机体旋转，并且由于新鲜可燃气体流经活塞本身，因此仍获得了高的冷却效率。
活塞内的进气阀连同由于发动机体旋转而在可燃输入气体和废气上产生的离心力作用也大大有助于发动机的换气效率。
低怠速导致发动机运行经济性的全面提高，且减少磨损。
在理论上柴油机也可采用本发明的基本原理。
虽然，在所示实施例中，输出扭矩经动力输出轴16可以得到，然而，通过适当修改所述轴的外端并在其外端上卸下转速计，它显然可以直接从曲轴14上获得；这可避免经过由齿轮76、78、辅助轴80，链轮84和环齿86构成的传动系来传递扭矩。在此情况下，该传动齿轮系仅用于跟曲轴同步地转动机体。
虽然已表示了一种4气缸发动机，显然，该气缸数是可以增减的。
在图15中，面对面地配置了本发明的二个发动机，两机体2安装在一公用支座4a上，二相应输出轴成共轴线并由一链轮162相互连接，该链轮经一传动链164驱动共用输出轴168的链轮166，该共用输出轴安装于支座4上，可以转动。相应发动机动力轴和曲轴之间的偏心的角度方位是不同的，以提供，例如发动机之间45度间隔的点火，如由相应的点火电流发送体组件170的角度变换所指示那样，后者包括一环部66a。
在该发动机中，参照图13的示意图，按照各进气口和排气阀的开、关定时，可能需要将一个单向阀设置于鼓风机140和进气管112之间的进气回路内。该单向阀防止输入气体向鼓风机倒流。
所有连杆处于同一平面内的事实导致了发动机长度缩短。
提供几度发动机机体转角的火花塞点火的点火系统导致了发动机的安全起动。而且，无须设置一个装置来相对于活塞的外止点提早或推迟点火。
图15的双发动机配置相对于发动机机体每旋转45度产生一次爆炸，两发动机的燃料系统和点火系统是公用的，然而部件66a的位置可能需要独立调整。
即使在装有该发动机的车辆停着以怠速运转时，发动机的冷却仍然是颇有效的。

Claims (16)

1.一种旋转式内燃机，包括一支座(4)和一个安装于所述支座上绕机体旋转轴线(6)旋转的发动机机体(2)，所述机体(2)限定一中心腔(8)和至少一个自所述中心腔上向外突出并在径向内端跟其连通的径向活塞腔(10)；一个封密所述活塞腔(10)的径向外端并跟所述活塞一起限定一爆炸腔的活塞盖(12)；一个平行于且径向偏心于机体旋转轴线(6)以旋转方式安装于所述机体(2)内的曲轴(14)；一个以驱动方式联接机体(2)和曲轴(14)的传动系(76，78.84，86)，所述曲轴(14)和机体(2)按同一方向以同一速度旋转；一活塞(104)在活塞腔(10)内作往复运动；一连杆(106)枢接于活塞(104)和曲轴(14)上的连接点(102)，该连接点跟曲轴(14)的旋转轴线径向间隔，并相对于活塞腔(10)的纵轴线沿机体(2)的旋转方向有一提前角度。
2.按权利要求1所述的发动机，其特征在于所述曲轴(14)为一动力输出轴。
3.按权利要求1所述的发动机，其特征在于还包括一根在中心腔(8)一侧固定于机体(2)的动力输出轴，它跟发动机机体旋转轴线(6)成共轴线，并以轴颈支承于所述支座(4)内。
4.按权利要求3所述的发动机，其特征在于所述曲轴(14)构成第二动力输出轴。
5.按权利要求1所述的发动机，其特征在于还包括连通中心腔(8)的可燃气体进气装置(112，114)，及连通中心腔(8)和所述爆炸腔的第一通道装置(116)。
6.按权利要求5所述的发动机，其特征在于第一通道装置(116)穿过机体(2)，并在活塞腔(10)外部延伸。
7.按权利要求6所述的发动机，其特征在于还包括穿过所述活塞(104)的第二通道装置；由所述活塞(104)附带的单向阀装置(122)，以允许所述可燃气体仅自中心腔(8)经活塞(104)通至所述爆炸腔。
8.按权利要求7所述的发动机，其特征在于所述单向阀(122)由活塞(104)两端的压差驱动。
9.按权利要求5所述的发动机，其特征在于还包括由活塞腔盖(12)附带的点火装置(56)。
10.按权利要求9所述的发动机，其特征在于还包括由活塞腔盖(12)附带的排气阀装置(32)。
11.按权利要求10所述的发动机，其特征在于还包括一个固定于活塞腔盖(12)上的废气排出管(132)，它基本上垂直于活塞腔(10)的纵轴线，且背离机体(2)的旋转方向延伸。
12.按权利要求1所述的发动机，其特征在于还包括在进气装置(112，114)内的可燃气体泵装置(140)。
13.按权利要求11所述的发动机，其特征在于它是二冲程发动机，还包括一些其它的径向活塞腔(10)，它们彼此成等角度间隔，且跟所述最初提到的活塞腔(10)成等角度间隔；一个在所述活塞腔(10)内的活塞(104)和一连杆(106)，这些连杆连于曲轴(14)的相应连接点上，这些连接点跟曲轴(14)的旋转轴线彼此成相等的径向间隔，且彼此成相等的角度间隔。
14.按权利要求13所述的发动机，其特征在于还包括自围绕活塞腔(10)的机体(2)上突出的散热片装置(134，136)。
15.按权利要求13所述的发动机，其特征在于还包括用于各爆炸腔的点火装置；一个固定于支座(4)上沿机体旋转方向延伸的发射极(160)；对发射极(160)供以连续高压电流的装置(156)；由各活塞腔盖(12)支承的且暴露于所述爆炸腔内的点火塞(56)；一个跟各点火塞(56)保持电连接且固定于活塞腔盖(12)的集电极(58)；发射极(160)中的一个及集电极(58)中的一个沿机体旋转方向延长，因此，所述发射极(160)和集电极(58)保持相互电连接状态达几度机体旋转角度。
16.按权利要求15所述的发动机，其特征在于还包括另一发动机，该两发动机各具有一动力输出轴(16)，它们用两彼此面对面延伸的输出轴(16)安装于支座(4a)上；一个以旋转方式安装在处于机体(2)旋转轨迹外部的支座(4a)上的公用输出轴(168)；一个由所述公用输出轴(168)支承的第二链轮(166)；一条跟第一和第二链轮啮合的驱动链(164)；每一发动机具有至少4个活塞腔(10)，一发动机曲轴(14)相对于该发动机机体(2)的旋转轴线(6)的偏心，较之另一发动机曲轴(14)相对于该另一发动机机体的旋转轴线的偏心有一提前角度。
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