CN105781727B - 旋转活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转活塞发动机，它包括由缸体1和前、后端盖2、3组成的壳体；转子4装于主轴5上，主轴安装在前、后端盖主轴承内；转子4上设有N个均布的气缸室8，嵌装N个活塞9，活塞销11两端伸入前、后端盖上设置的活塞销运动轨道18内，跟随转子作同速但不同心的旋转运动；转子4外径与缸体1内径是同径的圆柱体呈滑动间隙接触；采用往复曲轴式内燃机活塞封气结构解决了转子发动机封气难的问题，同时还采用了燃气轮机的前级连续压气，高压气体进入燃烧室连续作功原理，作用于本发明技术之中；克服了现有内燃机技术诸多缺陷；本发明具有结构简化、机械效率高、运转平稳无振动、噪声小的优越效果。

Description

旋转活塞发动机

技术领域：

本发明涉及一种旋转活塞发动机，属内燃发动机领域。

背景技术：

现有的容积式曲柄连杆机构的往复活塞内燃发动机，其原理是依靠密封的工作室容积的周期变化，达到使混合可燃气体(或压缩气体)压力增高后，由点火系统(或喷油系统喷油)点燃膨胀功推动曲柄连杆机构，实现能够自己往复循环工作的发动机；实现其原理的方法是由启动机带动曲轴旋转，连杆链结曲轴、活塞，在气缸内作往复周期变化，高压可燃介质爆燃后胀功推动曲柄连杆机构而实现发动机活塞往复循环工作。由其基本结构相应简化而形成的旋转活塞发动机也必然具有专利性。本发明人拥有的2003年5月14日授权公告的、专利号为ZL 00126651.9专利，就是一种与本发明密切相关的背景技术。它是缸体内壁面为大小两相交圆弧构成的双圆弧曲线型面的转子发动机，其工作过程中，转子与叶片分别以此两相交圆弧中心为旋转中心，作不同心的旋转运动。另本发明人拥有的2007年7月4日授权公告的、专利号为ZL200410023372.2专利，也是一种与本发明密切相关的背景技术。它是由圆弧型线构成其内壁面的缸体，将转子及均布装设于转子槽道中、具有相应直径圆弧顶面的N个叶片包围其中；转子、叶片的固定旋转中心偏置；转子带动叶片作同转速但不同心的旋转运动，叶片、转子、定子间具有能满足所要求的相对运动和保证所需密封的相应联结结构；经过相应的样机试运转和进一步的分析研究表明，前两个专利共同存在的问题都是发明结构特征未能有效解决密封问题，密封零件是相互碰接或局部叠接分散体，不能形成连续整体的密封零件，密封效果不佳，且密封结构相对复杂，导致专利推广受阻。现有的容积式曲柄连杆机构的往复活塞发动机，存在体积庞大、机构复杂、制造成本高、易损零部件多，机械效率低等诸多弊端。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构紧凑且简化、将N个活塞与N个活塞销嵌装在转子上，随同转子作同速但不同心的旋转，转子旋转过程中，活塞销两端头受到定子左右端盖上设置的活塞销运动轨道的限制，使活塞在缸体内作往复伸缩运动，转子、活塞、活塞销、活塞销运动轨道之间具有能满足它们间所需的相应运动要求和保证所需密封的相应联结结构；有效解决了转子机械的密封问题，实现了可供转子发动机与压缩机械使用的旋转活塞发动机。

本发明的技术方案是：一种旋转活塞发动机，含有缸体、前、后端盖合成壳体；前、后端盖与缸体贴合面分别设置有与转子不同心的活塞销运动轨道；缸体上适当位置分别设有进、排气道、火花塞、冷却循环水道和机油箱；该冷却循环水道设有入口和出口；后端盖安装有机油泵、从动齿轮轴、从动齿轮和后端盖主轴承，前端盖安装有前端盖主轴承，前端盖设置有冷却循环水道转子与主动齿轮装于发动机主轴上；其特征在于所述的旋转活塞发动机内没有N个活塞和N个活塞销；活塞销两端头套装有连杆，其另一端与推力头联结，推力头压在发动机主轴上套装的承力凸轮上。

所述的转子及N个活塞与N个活塞销包围在合成壳体中，前、后端盖上分别设置有活塞销运动轨道；转子外径与缸体内径是同径的圆柱体呈滑动间隙接触；转子径向面上中心对称均布N个气缸室，在其顶部设置有封气环，以其N个活塞与N个活塞销嵌装于N个气缸室内，其活塞销两端套装滚针轴承并嵌装于前、后端盖上的活塞销运动轨道内，活塞上部位置设置有活塞环；活塞销两端头套装有连杆，其另一端与推力头联结，推力头压在发动机主轴上套装的承力凸轮上。

所述的缸体上的在活塞随转子旋转至压缩终点的适当位置设置排气道与主燃烧室连通；转子径向面上中心对称均布设置的N个叶片槽道内嵌装伸缩叶片及弹簧，并在其安装火花塞头部的缸体柱体内壁面适当位置设置半圆燃烧室。

所述的转子的旋转中心与活塞销运动轨道中心不同心，活塞跟随转子作旋转运动时，其活塞销两端头套装滚针轴承在前、后端盖上的活塞销运动轨道内旋转，活塞在转子的气缸室内作往复伸缩运动。

所述的转子径向面上中心对称均布设置N个气缸室，对应嵌装N个活塞，并安装N根活塞销；设置单层中心对称均布N个气缸室，对应嵌装N个活塞，并安装N根活塞销；设置N层中心对称均布N个气缸室，其嵌装N层N个活塞与N根活塞销。

所述的转子(4)径向面与缸体柱体内壁面间隙接触，以适应连续压缩气体进入主燃烧室(6)的要求；其缸体上的进气道口个数与转子均布N层气缸室个数对应。

所述的缸体上的进气道口个数与转子均布N层气缸室个数对应，缸体上的进气道口个数不对应转子均布N层气缸室的层数时，缸室为双数层时，缸体上的进气道口个数按1/2设置，气缸室的层数为单数层时，按1/2加分数的整数设置缸体上的进气道口个数。

所述的缸体轴向柱体面上设置有冷却循环水道，与前、后端盖内壁面构成封闭通道，并在其内壁面冷却循环水道边缘处适当部位设置水封密封环。

本发明的旋转活塞发动机的工作是依靠转子及嵌装在转子内的N个活塞和N根活塞销(其销两端头伸入前、后端盖内壁上与转子不同心的活塞销运动轨道内)在定子缸体内旋转，与相应的进、排气系统配合，活塞在转子缸体内伸缩滑动，于旋转中完成发动机吸气-压缩-膨胀作功-排气的工作循环而实现的。转子旋转，带动嵌装于其气缸室内的活塞随之旋转，活塞销两端头在前、后端盖与缸体贴合面分别设置的与转子不同心的活塞销运动轨道内作同速但不同心的旋转，活塞在转子缸体内作伸缩滑动，以适应与转子同速的运动要求；转子旋转一周，N个活塞在转子缸体内完成吸气-压缩-膨胀作功-排气的工作循环。转子旋转，燃烧室将有连续的混合可燃高压气体进入，经火花塞点燃后推动转子径向面作功；活塞上的压力，由活塞销两端头套装的连杆与另一端联结的推力头传力给发动机主轴套装的承力凸轮上；由于发动机力臂长因而可得到较大的扭矩力；采用本发明制造高转速发动机时，可以不设置转子径向面上中心对称均布N个叶片槽道和伸缩叶片及弹簧，但在缸体安装火花塞的内壁面适当位置设置半圆燃烧室，高压混合燃气爆燃后，随着转子的旋转，半圆燃烧室内爆燃的高压气体与主燃烧室贯通，高压气体得到进一步爆燃，非常好的实现了发明任务。

有益效果：本发明这种结构形式的发动机，采用往复曲轴式内燃机活塞封气结构解决了转子发动机封气难的问题，同时还采用了燃气轮机的前级连续压气，高压气体进入燃烧室连续作功原理，作用于本发明技术之中，两者之间结构区别是大不相同的，第一，燃气轮机不属于容积式发动机，第二，燃气轮机油耗很高；而本发明技术属容积式内燃机，爆燃的气体作用于转子径向和伸缩叶片上，且转子力臂(半径大)长，同转速下扭矩力增大，本发明可以制造各种排量级的动力，特别适宜制造大功率发动机，更可显示其结构简化、振动与噪声小、节省生产成本、机械效率高，能够完全满足市场需求的优越效果。

本发明旋转活塞发动机结构设计合理，构思新颖，结构紧凑且简化，运转平稳振动小，生产成本低，实现发动机连续平稳作功，且扭矩力臂长(转子半径大，压缩后的混合燃气爆燃力直接作用在转子径向面上)，机械效率高，可大幅降低燃油消耗等特性；上述的一个转子可以设置N个气缸室，其单个转子直径在500mm以内设置的N个为4-24个气缸室，N个活塞与气缸室个数等同，N根活塞销为气缸室的1/2，N层气缸室为1-3层；当转子直径大于500mm，小于2000mm时，设置的N个为16-48个气缸室，N个活塞与气缸室个数等同，N根活塞销为气缸室的1/2，N层气缸室为1-4层；该发动机可作为汽车动力，亦可作为中小型航空动力和坦克动力等。能够完全满足市场需求，具有巨大的经济效益。

附图说明：

图1一种旋转活塞发动机的工作循环原理图。

图2图1中的转子逆时针旋转了144度后发动机的工作循环原理图

图3一种旋转活塞发动机取去前端盖2及其右部部件后的方向视图。

图4定子上对应双层伸缩叶片的双进气道口发动机的A-A视图。

图5定子上不对应双层伸缩叶片的单进气道口发动机的A-A视图。

图6后端盖3贴合缸体面结构视图。

图7前端盖2贴合缸体面结构视图。

图8旋转活塞发动机转子轴向视图。

图9活塞的基本结构图。

图10高速旋转发动机转子轴向视图。

图11高速旋转活塞发动机取去前端盖2及其右部部件后的方向视图。

图中，本发明旋转活塞发动机结构实施包括1缸体、2前端盖、3后端盖、4转子、5主轴、6主燃烧室、7伸缩叶片、8汽缸室、9活塞、10活塞环、11活塞销、12滚针轴承、13火花塞、14冷却循环水道、15进气道、16排气道、17机油箱、18活塞销运动轨道、19叶片槽道、20半圆燃烧室、21机油泵、22从动齿轮轴、23主动齿轮、24从动齿轮、25后端盖主轴承、26前端盖主轴承、27冷却循环水道入口、28冷却循环水道出口、29水封密封环、30弹簧、31转子径向汽缸封气环、32承力凸轮、33推力头、34连杆。

具体实施方式：

参考上述附图，一种旋转活塞发动机，含有缸体1、前、后端盖2、3合成壳体；缸体上适当位置分别设有进、排气道15、16、火花塞13、冷却循环水道14和机油箱17，该冷却循环水道14设有入口27和出口28；后端盖3安装有机油泵21、从动齿轮轴22、从动齿轮24和后端盖主轴承25，前端盖2安装有前端盖主轴承26，前端盖2设置有冷却循环水道转子4与主动齿轮23装于发动机主轴5上；其特征在于所述的旋转活塞发动机内没有N个活塞9和N个活塞销11；活塞销两端头套装有连杆34，其另一端与推力头33联结，推力头33压在发动机主轴5上套装的承力凸轮32上；

所述的转子4及N个活塞9与N活塞销11包围在合成壳体中，前、后端盖2、3与缸体贴合面分别设置有与转子4不同心的活塞销运动轨道18；转子4外径与缸体1内径是同径的圆柱体呈滑动间隙接触；转子4径向面上中心对称均布N个气缸室8，在其顶部设置有封气环31，以其N个活塞9与N个活塞销11嵌装于N个气缸室8内，其活塞销11两端套装滚针轴承12并嵌装于前、后端盖上的活塞销运动轨道18内；活塞9上部位置设置有活塞环10活塞；销两端头套装有连杆34，其另一端与推力头33联结，推力头33压在发动机主轴5上套装的承力凸轮32上。

所述的缸体1上的活塞9随转子旋转至压缩终点的适当位置设置排气道16与主燃烧室6连通；转子4径向面上中心对称均布N个叶片槽道19内嵌装伸缩叶片7及弹簧30，并在其安装火花塞头部的缸体1柱体内壁面适当位置设置半圆燃烧室20。

所述的转子4的旋转中心与前、后端盖2、3上的活塞销运动轨道18中心不同心，活塞9跟随转子4作旋转运动时，其活塞销11两端头套装滚针轴承12在前、后端盖上的活塞销运动轨道18内旋转，活塞9在转子4的气缸室8内作往复伸缩运动。

所述的转子4径向面上中心对称均布N个气缸室8，对应嵌装N个活塞9，并安装N根活塞销11；设置单层中心对称均布N个气缸室8，对应嵌装N个活塞9，并安装N根活塞销11；设置N层中心对称均布N个气缸室8，其嵌装N层N个活塞9与N根活塞销11。

所述的转子4径向面与缸体1柱体内壁面间隙接触，以适应连续压缩气体进入主燃烧室6的要求；其缸体1上的进气道口个数与转子4均布N层气缸室8个数对应。

所述的缸体1上的进气道口个数不对应转子4均布N层气缸室8的层数时，气缸室8为双数层时，缸体1上的进气道口个数按1/2设置，气缸室8的层数为单数层时，按1/2加分数的整数设置缸体1上的进气道口个数。

所述的缸体1轴向柱体面上设置有冷却循环水道14，与前、后端盖2、3内壁面构成封闭通道，并在其内壁面冷却循环水道14边缘处适当部位设置水封密封环29。

图1为本发明旋转活塞发动机的工作循环原理图，表示出旋转活塞发动机旋转过程中，转子上各缸运动状态；图中1号活塞已快完成吸气，2号活塞在压缩过程中，3号活塞处在压缩终了即将进入点火的位置，4号活塞处在膨胀作功位置，5号活塞处在与排气通道连通进行排气状态；

图2为图1中的转子带动活塞旋逆时针转了144度后，发动机的工作循环原理图，图中，1号活塞处在压缩终了即将进入点火的位置，2号活塞处在膨胀作功位置，3号活塞处在与排气通道连通进行排气状态，4号活塞已快完成吸气，5号活塞在压缩过程中，转子旋转一周，各个缸分别都完成一次吸气-压缩-膨胀作功-排气的工作循环；图中显示转子与定子缸体呈间隙接触，转子与缸体同心，活塞销与活塞跟随转子作同速但不同心的旋转，活塞作伸缩滑动运动。

图3相应显示出旋转活塞发动机相关部件配置，发动机各缸处在的工作循环状态；图中显示在缸体上设置有冷却循环水道14、机油箱17、滚针轴承12安装在活塞销运动轨道18内；活塞销两端头套装有连杆34，其另一端与推力头33联结，推力头33压在发动机主轴5上套装的承力凸轮32上。

图6为后端盖3靠缸体面视图，显示出设置有活塞销运动轨道18、冷却循环水入口27，冷却循环水道14，封水环29。

图7为前端盖2靠缸体面视图，显示出设置有活塞销运动轨道18、冷却循环水出口28，冷却循环水道14，封水环29。

图8为转子4的基本结构视图，显示出一种结构的转子设置了N个均布的对置中心的气缸室8，在转子径向(气缸室顶部)设置了径向封气环31，叶片槽道19。

图9活塞基本结构视图，显示出活塞顶部是与缸体同弧的曲面，上部开有活塞环槽10。

图10一种高速旋转活塞发动机转子轴向结构视图，显示出一种结构的转子设置了N个均布的对置中心的气缸室8，在转子径向(气缸室顶部)设置了径向封气环31。

图11相应显示出一种高速旋转活塞发动机相关部件配置，发动机各缸处在的工作循环状态；图中显示在缸体上靠火花塞13的头部位置设置有半圆燃烧室20。

综上所述，本发明旋转活塞发动机结构设计合理，构思新颖，发明创造技术方案独特，其具有结构紧凑且简化，运转平稳振动小，节省生产成本，可实现发动机连续平稳作功，且扭矩力臂长(转子半径大，压缩后的混合燃气爆燃力直接作用在转子径向面上)，机械效率高，同时可大幅降低燃油消耗等特性；该发动机可作为汽车动力，亦可作为中小型航空动力和坦克动力等。按此方案实施，能够完全满足市场需求，将给国家带来巨大的经济效益，造福于人类的优越效果。

Claims (7)

1.一种旋转活塞发动机，含有缸体(1)、前、后端盖(2、3)合成壳体；前、后端盖(2、3)与缸体贴合面分别设置有与转子(4)不同心的活塞销运动轨道(18)；转子(4)；缸体上分别设有进、排气道(15、16)、火花塞(13)、冷却循环水道(14)和机油箱(17)，该冷却循环水道(14)设有入口(27)和出口(28)；后端盖(3)安装有机油泵(21)、从动齿轮轴(22)、从动齿轮(24)和后端盖主轴承(25)，前端盖(2)安装有前端盖主轴承(26)和冷却循环水道(14)，转子(4)与主动齿轮(23)装于发动机主轴(5)上；其特征在于所述的旋转活塞发动机内设有N个活塞(9)与N个活塞销(11)；活塞销(11)两端头套装有连杆(34)，其另一端与推力头(33)联结，推力头(33)压在发动机主轴(5)上套装的承力凸轮(32)上；

所述的转子(4)及N个活塞(9)与N个活塞销(11)包围在合成壳体中；转子(4)外径与缸体(1)内径是同径的圆柱体呈滑动间隙接触；转子(4)径向面上中心对称均布N个气缸室(8)，在其顶部设置有封气环(31)，以其N个活塞(9)与N个活塞销(11)嵌装于N个气缸室(8)内，其活塞销(11)两端套装滚针轴承(12)并嵌装于前、后端盖上的活塞销运动轨道(18)内；活塞(9)上部位置设置有活塞环(10)；活塞销两端头套装有连杆(34)，其另一端与推力头(33)联结，推力头(33)压在发动机主轴(5)上套装的承力凸轮(32)上。

2.按权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于所述的缸体(1)上的活塞(9)随转子旋转至压缩终点的适当位置设置排气道(16)与主燃烧室(6)连通；转子(4)径向面上中心对称均布N个叶片槽道(19)内嵌装伸缩叶片(7)及弹簧(30)，并在其安装火花塞头部的缸体(1)柱体内壁面适当位置设置半圆燃烧室(20)。

3.按权利要求1或 2所述的旋转活塞发动机，其特征在于所述的转子(4)的旋转中心与前、后端盖(2、3)上的活塞销运动轨道(18)中心不同心，活塞(9)跟随转子(4)作旋转运动时，其活塞销(11)两端头套装滚针轴承(12)在前、后端盖上的活塞销运动轨道(18)内旋转，活塞(9)在转子(4)的气缸室(8)内作往复伸缩运动。

4.按权利要求1或 2所述的旋转活塞发动机，其特征在于所述的转子(4)径向面上中心对称均布N个气缸室(8)，对应嵌装N个活塞(9)，并安装N根活塞销(11)；设置单层中心对称均布N个气缸室(8)，对应嵌装N个活塞(9)，并安装N根活塞销(11)；设置N层中心对称均布N个气缸室(8)，其嵌装N层N个活塞(9)与N根活塞销(11)。

5.按权利要求1或 2所述的旋转活塞发动机，其特征在于所述的转子(4)径向面与缸体(1)柱体内壁面间隙接触，以适应连续压缩气体进入主燃烧室(6)的要求；其缸体(1)上的进气道口个数与转子(4)均布N层气缸室(8)个数对应。

6.按权利要求1或 2所述的旋转活塞发动机，其特征在于所述的缸体(1)上的进气道口个数不对应转子(4)均布N层气缸室(8)的层数时，气缸室(8)为双数层时，缸体(1)上的进气道口个数按1/2设置，气缸室(8)的层数为单数层时，按1/2加分数的整数设置缸体(1)上的进气道口个数。

7.按权利要求1或 2所述的旋转活塞发动机，其特征在于所述的缸体(1)轴向柱体面上设置有冷却循环水道(14)，与前、后端盖(2、3)内壁面构成封闭通道，并在其内壁面冷却循环水道(14)边缘处适当部位设置水封密封环(29)。