CN106014615B - 转叶式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转叶式发动机，包括气缸体和气缸盖，还包括可旋转的设置于所述气缸体上的第一叶轮、设置于第一叶轮上且与第一叶轮相配合的第二叶轮以及与第一叶轮和第二叶轮连接且使第二叶轮的转速大于第一叶轮的转速的传动机构。本发明的转叶式发动机，运行噪音小，结构简单，出现故障的概率较低，维修与日常的维护成本较低，燃烧更加充分，效率高。

Description

转叶式发动机

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，具体地说，本发明涉及一种转叶式发动机。

背景技术

目前在使用的内燃机主要有活塞式和燃气涡轮发动机两种，市场上普及的活塞式发动机主要是四冲程活塞式内燃机。一般四冲程发动机每旋转两转才做工一次，而且还需要精密的与复杂的配气机构协调才能保证正常工作。而且一般的四冲程发动机具有进排起门活塞等20多个活动部件，因此出故障的可能性也比较高。燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机目前主要用于船舶军舰，坦克工程车辆等(通常是体积庞大可以容纳下燃气涡轮发动机机器)。燃气涡轮发动机虽然可以提供很大的动力，但是其油门响应差，经济工况区间非常小，而且每次启动都需要消耗大量的燃油，对制造工艺要求很高，目前不适合市场普及。

而纵观国内外小型和微型内燃机的发展，目前大多处于研究阶段，均存在以下问题：

1)整体热效率仍然很低；

2)由于制造公差难以保证密封；

3)加工制造困难。

无论是利用具有高能量密度碳氢燃料的微型化燃料电池还是各种微、小型内燃机系统，追求能量转化效率还不是目前研究阶段的主要目标。从理论研究的角度来看：如何提出适合于小型化、微型化的具有创新意义的研究方案以及针对新研究方案的相关设计理论的研究是目前的主要矛盾。传统内燃机系统缩小后会继承原来的缺点，如：燃气轮机燃油消耗量大；转子发动机密封困难；活塞发动机的振动难以克服以至限制其高速化发展等。因此，人们多年来一直试图研制一种结构新颖、简单，易于加工，能适合特殊用途的小型内燃机，以期从根本上解决上述发动机存在的固有缺点。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种结构紧凑的转叶式发动机。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：转叶式发动机，包括气缸体和气缸盖，还包括可旋转的设置于所述气缸体上的第一叶轮、设置于第一叶轮上且与第一叶轮相配合的第二叶轮以及与第一叶轮和第二叶轮连接且使第二叶轮的转速大于第一叶轮的转速的传动机构。

所述第一叶轮包括支撑于所述气缸体上的主轴和设置于主轴上且位于气缸体内的多个第一叶片，所述第二叶轮通过所述单向轴承安装于主轴上。

所述第一叶片在所述主轴上沿周向均匀设置多个。

所述第二叶轮包括设置于所述气缸体内的叶片组和套设于所述主轴上且与叶片组连接的轴套，叶片组是由多个第二叶片组成，各个第二叶片分别位于相邻的两个所述第一叶片之间，气缸盖与轴套之间设有单向轴承。

所述叶片组是由多个沿周向均布的所述第二叶片组成，第二叶片的端部与轴套连接。

所述传动机构包括依次连接的第一齿轮机构和第二齿轮机构，第一齿轮机构为不完全齿轮机构，第一齿轮机构与所述主轴连接，第二齿轮机构与所述轴套连接。

所述第一齿轮机构包括设置于所述主轴上的不完全齿轮和与不完全齿轮啮合的第一齿轮。

所述第二齿轮机构包括第二齿轮、设置于所述第二叶轮上的第三齿轮以及与第二齿轮和第三齿轮啮合的第四齿轮，第二齿轮和所述第一齿轮设置于与所述主轴相平行的第一传动轴上。

所述不完全齿轮的分度圆直径大于所述第一齿轮的分度圆直径，第一齿轮的分度圆直径与所述第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮的分度圆直径相等。

所述不完全齿轮的分度圆直径为所述第一齿轮的分度圆直径的两倍，第一齿轮的分度圆直径与所述第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮的分度圆直径相等。

本发明的转叶式发动机，具有如下优点：

1、没有配气机构的机械振动，也没有运动方向转换产生的振动，因此运行噪音小；

2、结构简单，出现故障的概率较低，维修与日常的维护成本较低；

3、燃烧更加充分，效率高；

4、输出平稳；

5、对环境的适应能力较强，在空气稀薄的地区可以正常工作。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明转叶式发动机的结构示意图；

图2是第一叶轮与气缸体的装配图；

图3是第二叶轮与气缸盖的装配图；

图4是气缸盖与轴套的装配图；

图5是传动机构的结构示意图；

图6是第一叶轮和第二叶轮处于初始状态时的结构示意图；

图7是完成压缩过程后气缸体内部的结构示意图；

图8是处于点火做功过程时气缸体内部的结构示意图；

图中标记为：

1、进气管；2、油管；3、气缸体；31、进气口；32、排气口；33、喷油口；4、第一叶轮；41、主轴；42、第一叶片；5、气缸盖；6、传动机构；61、不完全齿轮；62、第一齿轮；63、第二齿轮；64、第三齿轮；65、第四齿轮；66、第一传动轴；67、第二传动轴；7、火花塞；8、第二叶轮；81、第二叶片；82、轴套；9、单向轴承。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1所示，本发明提供了一种转叶式发动机，包括气缸体3、与气缸体3固定连接的气缸盖5、可旋转的设置于气缸体3上的第一叶轮4、安装于第一叶轮4上且与第一叶轮4相配合的第二叶轮8以及与第一叶轮4和第二叶轮8连接且使第二叶轮8的转速大于第一叶轮4的转速的传动机构6。

如图1和图6所示，气缸体3的内部具有圆柱形的空腔，气缸体3的侧壁上设置有与进气管1连接的进气口31、与油管2连接的喷油口33和与排气管连接的排气口32，气缸体3上并设置有火花塞7，进气口31、排气口32、喷油口33和火花塞7在气缸体3上为沿周向分布，空气经进气口31进入气缸体3内，燃料经喷油口33进入气缸体3内，废气经排气口32排出气缸体3。在周向上，火花塞7位于排气口32与进气口31之间，进气口31位于喷油口33与火花塞7之间，喷油口33位于排气口32与进气口31之间。

如图2所示，第一叶轮4包括支撑于气缸体3上的主轴41和设置于主轴41上且位于气缸体3的内腔中的多个第一叶片42，第一叶片42在主轴41上沿周向均匀设置多个。主轴41与气缸体3为同轴设置，所有第一叶片42的端部边缘与气缸体3的圆柱形内壁面接触。

如图1至图3所示，气缸盖5用于封闭气缸体3的端部开口，气缸盖5与气缸体3固定连接，第二叶轮8包括设置于气缸体3的内腔中的叶片组和套设于主轴41上且与叶片组固定连接的轴套82，叶片组是由多个第二叶片81组成，各个第二叶片81分别位于相邻的两个第一叶片42之间，所有第一叶片42的端部边缘与气缸体3的圆柱形内壁面接触，第一叶片42和第二叶片81将气缸体3的内腔分隔成多个互不相通的工作容积。如图4所示，气缸盖5的中心处设有让轴套82通过的通孔，气缸盖5与轴套82之间设有单向轴承9，单向轴承9用于使第二叶轮8整体相对于气缸盖5只能做单向旋转运动，即第二叶轮8在气缸体3内部只能朝一个方向旋转。单向轴承9的结构如同本领域技术人员所公知的那样，在此不再赘述。

如图3所示，叶片组是由多个沿周向均布的第二叶片81组成，第二叶片81的端部与轴套82的端部固定连接，第二叶片81并插入气缸体3的内腔中，第二叶片81的结构与第一叶片42的结构和大小基本相同。轴套82的中心处具有让主轴41穿过的通孔，轴套82的轴线即为第二叶轮的旋转中心线。在本实施例中，如图2和图3所示，第一叶片42和第二叶片81均设置两个。

如图1和图5所示，传动机构6包括依次连接的第一齿轮机构和第二齿轮机构，第一齿轮机构为不完全齿轮机构，第一齿轮机构与主轴41连接，第二齿轮机构与第二叶轮8连接。第一齿轮机构与主轴41连接，第二齿轮机构与轴套82连接。第一齿轮机构包括不完全齿轮61和与不完全齿轮61啮合的第一齿轮62，主轴41穿过气缸盖5后延伸至气缸体3的外部，不完全齿轮61固定设置于主轴41上且位于气缸体3和气缸盖5的外部。第二齿轮机构包括第二齿轮63、第三齿轮64以及与第二齿轮63和第三齿轮64同时啮合的第四齿轮65，第一齿轮62和第二齿轮63固定设置于与主轴41相平行的第一传动轴66上，第四齿轮65固定设置于与第一传动轴66相平行的第二传动轴67上。第二叶轮8的叶片组位于气缸盖5的内侧，轴套82穿过气缸盖5后并朝向气缸盖5的外侧伸出，第三齿轮64固定设置于该轴套82上且与轴套82同轴。不完全齿轮61的轮齿不布满整个节圆圆周，不完全齿轮61和第二齿轮63为齿轮机构的主动齿轮，第一齿轮62、第二齿轮63、第三齿轮64和第四齿轮65均为正常齿轮，对于第一齿轮机构和第一齿轮机构，通过主动齿轮的连续转动来实现间歇运动，即实现第二叶轮8的间歇旋转和旋转一定角度后的锁止。

本发明的转叶式发动机主要通过两个叶轮转速的不同来完成压缩、做功、排气等一系列过程。第一叶片42是装在主轴41上的，第二叶片81是和气缸盖5做成一体的，第二叶片81的运动是通过主轴41上的不完全齿轮61带动第一齿轮62转动，然后通过第一传动轴66带动第二齿轮63转动，最后经第四齿轮65带动第三齿轮64转动。

不完全齿轮61的分度圆直径为第二齿轮63的分度圆直径的两倍，第二齿轮63的分度圆直径与第三齿轮64、第一齿轮62和第四齿轮65的分度圆直径相等。设，不完全齿轮61的分度圆直径为Rb1，第一齿轮62的分度圆直径为R1，第二齿轮63的分度圆直径为R2，第三齿轮64的分度圆直径为R3，第四齿轮65的分度圆直径为R4，则Rb1、R1、R2、R3、R4之间的尺寸关系为Rb1＝2R1＝2R2＝2R3＝2R4。不完全齿轮61每隔90度转角开90无齿轮转角，即不完全齿轮61上具有两个均布轮齿的有轮齿区和未布置轮齿的两个无轮齿区，有轮齿区的弧度为90度，无轮齿区的弧度为90度，各个无轮齿区位于两个有轮齿区之间。设，不完全齿轮61的角速度为wb1，第一齿轮62的角速度为w1，第二齿轮63的角速度为w2，第三齿轮64的角速度为w3，第四齿轮65的角速度为w4，则wb1、w1、w2、w3、w4之间的关系为2wb1＝w1＝w2＝w3＝w4，所第一传动轴66的角速度为主轴41的角速度的两倍，所以当主轴41的旋转角度为900时，第一传动轴66的旋转角度为180度，所以第二叶轮的转速将会是第一叶轮的转速的两倍，当第一叶轮转90度时第二叶轮转180度。不完全齿轮61每隔90度有90圆弧的无齿区域，第一叶轮转90度时第二叶轮转180度，然后第一叶轮继续转90度后，在单向轴承和压缩气体的作用下会使第二叶轮停转。

下面参照几个简图来说明发动机的具体工作过程。

如图6所示，气缸体3内进气、进油，形成可燃混合气，此时第一叶片42和第二叶片81处于位置最远的状态，发动机为初始状态。

如图7所示，为气缸体3内完成进气、进油后，并且第一叶轮4转动90度，第二叶轮8转动180度后的相对位置示意图，两个叶轮的旋转方向相同。此时可燃混合气已经完成压缩，气体被压缩在燃烧室内，火花塞7准备点火。而且，在对可燃混合气进行压缩的同时也完成了废气的排出，废气经排气口排出。

如图8所示，完成点火后第一叶轮4继续旋转90度，在第一叶轮转动的这段时间内第二叶轮停止转动，最终两个叶轮又回到初始位置，这时候再次进行喷油、喷气，重复图6所示的过程，这样整个循环就可以进行下去。

作为优选的，本发明的转叶式发动机还包括对气缸体3内供气的供气装置，供气装置具有多种形式。在本实施例中，供气装置由电动充气泵和高压储气罐构成，电动充气泵通过气管与高压储气罐连接，高压储气罐通过进气管1与气缸体3的进气口31连接，电动充气泵为高压储气罐进行充气，并由高压储气罐进行储存，可以使发动机在空气稀薄的地区依旧正常工作。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.转叶式发动机，包括气缸体、气缸盖、可旋转的设置于所述气缸体上的第一叶轮、设置于第一叶轮上且与第一叶轮相配合的第二叶轮以及与第一叶轮和第二叶轮连接且使第二叶轮的转速大于第一叶轮的转速的传动机构；

第一叶轮包括支撑于气缸体上的主轴和设置于主轴上且位于气缸体内的多个第一叶片，第二叶轮通过单向轴承安装于主轴上，单向轴承用于使第二叶轮整体相对于气缸盖只能做单向旋转运动；

传动机构包括依次连接的第一齿轮机构和第二齿轮机构，第一齿轮机构为不完全齿轮机构，第一齿轮机构包括设置于主轴上的不完全齿轮和与不完全齿轮啮合的第一齿轮；

其特征在于：所述第二齿轮机构包括第二齿轮、设置于第二叶轮上的第三齿轮以及与第二齿轮和第三齿轮啮合的第四齿轮，第二齿轮和第一齿轮设置于与主轴相平行的第一传动轴上，第四齿轮固定设置于与第一传动轴相平行的第二传动轴上，不完全齿轮的分度圆直径为第一齿轮的分度圆直径的两倍，第一齿轮的分度圆直径与第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮的分度圆直径相等，第一传动轴的角速度为主轴的角速度的两倍，第二叶轮的转速是第一叶轮的转速的两倍。

2.根据权利要求1所述的转叶式发动机，其特征在于：所述第一叶片在所述主轴上沿周向均匀设置多个。

3.根据权利要求1所述的转叶式发动机，其特征在于：所述第二叶轮包括设置于所述气缸体内的叶片组和套设于所述主轴上且与叶片组连接的轴套，叶片组是由多个第二叶片组成，各个第二叶片分别位于相邻的两个所述第一叶片之间，气缸盖与轴套之间设有所述单向轴承。

4.根据权利要求3所述的转叶式发动机，其特征在于：所述叶片组是由多个沿周向均布的所述第二叶片组成，第二叶片的端部与轴套连接。

5.根据权利要求4所述的转叶式发动机，其特征在于：所述第一叶片和第二叶片均设置两个。

6.根据权利要求1至5任一所述的转叶式发动机，其特征在于：还包括对气缸体内供气的供气装置。

7.根据权利要求6所述的转叶式发动机，其特征在于：所述供气装置由电动充气泵和高压储气罐构成，电动充气泵通过气管与高压储气罐连接，高压储气罐通过进气管与气缸体的进气口连接，电动充气泵为高压储气罐进行充气，由高压储气罐进行储存。