CN106121810A - 一种变压缩比的汪克尔发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变压缩比的汪克尔发动机，至少由摆线形缸体、三角转子、可变容积凹槽及复位弹簧组成；可变容积凹槽至少包括槽体、槽腔、滑块及最小容积挡板；发动机工作时，依次进行吸气冲程与压缩冲程，当转子转至最小工作腔处时，油气混合物被点燃，燃气膨胀做功，推动三角转子转动；做功冲程完成，排气门打开，进入排气冲程，然后进行第二次吸气、压缩、做功及排气冲程，如此循环往复；在做功冲程中,燃气推动转子高速转动，产生的离心力使凹槽内的滑块产生与转子运动方向相反的移动，使围成的凹槽容积发生改变；因不同转速下滑块产生的位移不同，凹槽的容积不同，从而导致发动机在低转速下有较高的压缩比，在高转速下有较低的压缩比。

Description

一种变压缩比的汪克尔发动机
技术领域
本发明属于发动机技术领域，涉及汪克尔发动机，具体涉及一种变压缩比的汪克尔发动机。
背景技术
转子发动机（Rotary Engine）是由德国人菲加士·汪克尔（Felix Wankel，1902-1988）所发明，故又称汪克尔发动机(Wankel Engine)，他在总结前人的研究成果的基础上，解决了一些诸如密封的关键技术问题，研制成功了具有实用性的转子发动机。转子发动机采用三角转子旋转运动来完成吸气、压缩、做功、排气冲程，与传统的往复活塞式发动机的直线运动迥然不同。
汪克尔发动机与传统往复式发动机都依靠空气燃料混合气燃烧产生的膨胀压力以获得转动力,但在往复式发动机中，产生在活塞顶部表面的膨胀压力向下推动活塞，机械力被传给连杆，带动曲轴转动。对于转子发动机，膨胀压力作用在转子的侧面,从而将三角形转子的三个面之一推向偏心轴的中心。这一运动在两个分力的力作用下进行,一个是指向输出轴中心的向心力，另一个是使输出轴转动的切线力。
转子引擎的转子每旋转一圈就点火燃烧膨胀作功三次，而一般的四冲程发动机旋转两圈才作功一次,，故具有很高的功率容积比。另外，由于转子引擎的轴向运转特性，它不需要精密的曲轴平衡就能达到很高的转速。整个发动机只有两个转动部件，省掉了一般四冲程发动机的进、排气活门、气门弹簧、凸轮轴等二十多个活动部件，发动机结构大大简化，发生故障的可能性也大大减小。除了以上的优点外，转子引擎的优点亦包括体积较小、重量轻、低重心、震动小等。
虽然汪克尔发动机具有传统往复式活塞发动机所不具有的突出优点，但也同样存在着一些突出的缺陷。首先是油耗高，尾气排放超标,这主要是由于汪克尔发动机燃烧室呈不规则的狭长型，火焰传播路径较长，燃烧不完全，导致燃油和机油消耗增加。此外，汪克尔发动机低转速下的扭矩小，起步无力；另外一个严重的缺陷是，汪克尔发动机因为结构的原因，压缩比很难提高，只能用点燃式，不能用压燃式，即不能采用柴油作燃料。虽然马自达公司曾经给汪克尔发动机增加了单涡轮增压和双涡轮增压等装置，但只是提高了输出功率，并适度的减少了尾气排放，但还是与往复式发动机有着很大的差距。此外转子发动机还有密封条易磨损，缸体加工困难等问题。
针对以上传统汪克尔发动机的缺陷，本发明开发了一种变压缩比的汪克尔发动机。通过改进发动机的转子结构，将转子上的固定容积凹槽改为可变容积凹槽；在做功冲程阶段, 高温高压燃气推动转子高速转动，产生的离心力使凹槽内的滑块产生与转子运动方向相反的移动，使滑块与凹槽围成的凹槽容积发生改变；由于不同转速下滑块所受的离心力不同,产生的位移不同，导致可变容积凹槽的容积不同，从而使发动机的压缩比连续可变，随着压缩比的变化，发动机的膨胀比也相应变化，可使燃烧更加充分，从而使低速下的扭矩输出及发动机的热效率得以提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种变压缩比的汪克尔发动机，将发动机三角转子上的凹槽设计成可变容积凹槽，以改变燃烧室的腔体容积，使压缩比在整个转速范围内连续可变，低转速下为高压缩比，高转速下为低压缩比；通过调节转子上滑块的限位装置，可调整转子发动机的最小压缩比，使之适应多种燃料的燃烧需要。
一种变压缩比的汪克尔发动机，至少由摆线形缸体、三角转子、三角转子上的可变容积凹槽及复位弹簧组成；其特征在于,可变容积凹槽至少包括槽体、槽腔、滑块、最小容积挡板；发动机工作时，依次进行吸气冲程与压缩冲程，当转子转至最小工作腔处时（对应于活塞往复发动机的上止点），油气混合物被点燃，燃气膨胀做功，推动三角转子转动；随着做功冲程完成，排气门打开，进入排气冲程，然后进行第二次吸气、压缩、做功及排气冲程，如此循环往复；在做功冲程中, 高温高压燃气推动三角转子高速转动，产生的离心力使凹槽内的滑块产生与转子运动方向相反的移动，使滑块与槽体围成的凹槽容积发生改变；由于不同转速下滑块所受的离心力不同,产生的位移不同，导致凹槽的容积不同，从而导致发动机在低转速下有较高的压缩比，在高转速下有较低的压缩比。
所述的槽腔位于可变容积凹槽的尾端，处于三角转子凸面之下。
所述的可变容积凹槽开设向两侧凹进的滑道。
所述的滑块上开设导气孔。
所述的滑块与复位弹簧连在一起。
所述的滑块包含两根滑杆。
进一步地，所述的滑杆为圆柱形，左右对称分布于滑块的上部。
所述的复位弹簧是压缩弹簧；转子静止时，复位弹簧产生的弹力使滑块处于最小容积挡板处。
所述的最小容积挡板设在可变容积凹槽最大容积的30%至90%处，即滑块停在最小容积挡板处时，裸露的凹槽容积为凹槽最大容积的30%至90%。
进一步地，所述的最小容积挡板向槽体中心伸出的长度不大于槽体净宽的四分之一，两块挡板的总长度不大于槽体净宽的二分之一。
本发明的有益效果在于：1，发动机的压缩比可随转速的变化连续改变，提高发动机从低负荷到高负荷整个工作范围内的有效热效率，降低油耗，减少排放；2，显著提高低转速下发动机的扭矩，使汽车或其它动力机械起步更有力，加速更迅捷；3，变压缩比的关键部件-可变容积凹槽，零件少，加工方便，运行可靠。4，对于增压型发动机，变压缩比技术可克服增压滞后的缺陷，可充分发挥增压技术的优势。
附图说明
图1是本发明的汪克尔发动机内部结构示意图。
图2是带有可变容积凹槽的三角转子结构示意图。
图3是图2中A-A面的放大剖面图。
图4是可变容积凹槽的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明做进一步的详细描述。
如图1-4所示 一种变压缩比的汪克尔发动机，至少由摆线形缸体1、三角转子2、可变容积凹槽3及复位弹簧4组成；可变容积凹槽3至少包括槽体31、槽腔32、滑道33、滑块34、最小容积挡板35；槽腔32处于可变容积凹槽3的尾部；最小容积挡板35设在可变容积凹槽3最大容积的70%处，即滑块34停在最小容积挡板35处时，裸露的凹槽容积为凹槽最大容积的70%；最小容积挡板35是通过过盈配合嵌在槽体31上的；最小容积挡板35向槽体31中心伸出的长度为槽体31净宽的八分之一，两块挡板35的伸出的总长度为槽体31净宽的四分之一；滑块34上部两侧有圆柱形滑杆341，滑杆341装在滑道33里；滑块34上部设有径向导气孔342；滑块34是通过滑杆341在滑道33中滑行从而在槽体31里自由运动的；复位弹簧4的一端固定在槽腔32中，另一端与滑块34连在一起；复位弹簧4为压缩弹簧；转子静止时，滑块34因复位弹簧4的弹力停在最小容积挡板35处；发动机其它部件的连接及安装按照传统汪克尔发动机的方式进行。
本发明实施例所提供的变压缩比汪克尔发动机与现有汪克尔发动机的驱动原理相同，即发动机工作时，依次进行吸气冲程与压缩冲程，当转子转至最小工作腔处时（对应于活塞往复发动机的上止点），油气混合物被点燃，燃气膨胀做功，推动三角转子2转动；随着做功冲程完成，排气门打开，进入排气冲程，然后进行第二次吸气、压缩、做功及排气冲程，如此循环往复；本实施例中的变压缩比汪克尔发动机的特点在于，在做功冲程中, 高温高压燃气推动三角转子2高速转动，产生的离心力使滑块34产生与三角转子2运动方向相反的移动，使滑块34与槽体31围成的凹槽容积发生改变，由于不同转速下滑块34所受的离心力不同,产生的位移不同，导致可变容积凹槽3的容积不同，从而使发动机的压缩比连续可变；在低转速下具有较高的压缩比，在高速下具有较低的压缩比。
以上实施例只是优选的实施方式之一，是为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，不可理解为对本发明权力保护范围的限定，相反，对于本领域的普通科研人员而言，凡利用本发明进行的任何非实质性的改动或调整，均应落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变压缩比的汪克尔发动机，至少由摆线形缸体、三角转子、三角转子上的可变容积凹槽及复位弹簧组成；其特征在于,可变容积凹槽至少包括槽体、槽腔、滑块及最小容积挡板；发动机工作时，依次进行吸气冲程与压缩冲程，当转子转至最小工作腔处时（对应于活塞往复发动机的上止点），油气混合物被点燃，燃气膨胀做功，推动三角转子转动；随着做功冲程完成，排气门打开，进入排气冲程，然后进行第二次吸气、压缩、做功及排气冲程，如此循环往复；在做功冲程中, 高温高压燃气推动三角转子高速转动，产生的离心力使凹槽内的滑块产生与转子运动方向相反的移动，使滑块与槽体围成的凹槽容积发生改变；由于不同转速下滑块所受的离心力不同,产生的位移不同，导致凹槽的容积不同，从而导致发动机在低转速下有较高的压缩比，在高转速下有较低的压缩比。
2.按照权利要求1所述的一种变压缩比的汪克尔发动机，其特征在于：所述的槽腔位于可变容积凹槽的尾端，处于三角转子凸面之下。
3.按照权利要求2所述的一种变压缩比的汪克尔发动机，其特征在于：所述的可变容积凹槽开设向两侧凹进的滑道。
4.按照权利要求1所述的一种变压缩比的汪克尔发动机，其特征在于：所述的滑块上开设导气孔。
5.按照权利要求 1所述的一种变压缩比的汪克尔发动机，其特征在于：所述的滑块与复位弹簧连在一起。
6.按照权利要求1所述的一种变压缩比的汪克尔发动机，其特征在于：所述的滑块包含两根滑杆。
7.按照权利要求6所述的一种变压缩比的汪克尔发动机，其特征在于：所述的滑杆为圆柱形，左右对称分布于滑块的上部。
8.按照权利要求1所述的一种变压缩比的汪克尔发动机，其特征在于：所述的复位弹簧是压缩弹簧；转子静止时，复位弹簧产生的弹力使滑块处于最小容积挡板处。
9.按照权利要求8所述的一种变压缩比的汪克尔发动机，其特征在于：所述的最小容积挡板设在可变容积凹槽最大容积的30%至90%处，即滑块停在最小容积挡板处时，裸露的凹槽容积为凹槽最大容积的30%至90%。
10.按照权利要求9所述的一种变压缩比的汪克尔发动机，其特征在于：所述的最小容积挡板向槽体中心伸出的长度不大于槽体净宽的四分之一，两块挡板的总长度不大于槽体净宽的二分之一。
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