CN106870125A - 一种旋转发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种旋转发动机，包括至少一个做功单元，做功单元包括：气缸、转子、活塞和密封阀组件，转子套设于旋转发动机的输出轴上；转子贯穿气缸并与气缸密封接触；活塞的外周边的一部分固定在转子的外壁上，其余部分与气缸内壁密封接触，活塞用于将气缸的内腔分隔开并能够在气缸的内腔内运动以带动转子自转；气缸的外壁沿输出轴轴向开设有开口，气缸的内腔通过开口与外界相通；密封阀组件设置于开口处，用于与活塞配合将气缸的内腔分隔成密闭的燃烧腔和与外界相通的排气腔，或用于完全脱离气缸的内腔使气缸的内腔与外界相通。本发明提供的旋转发动机克服了现有技术中往复式发动机做功损失的问题。

Description

一种旋转发动机
技术领域
本发明属于发动机设计领域，涉及一种旋转发动机。
背景技术
现有技术中发动机通常为往复式发动机，是一种利用一个或多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机，活塞式发动机主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。在工作时，活塞作用在连杆及曲轴上的力经过矢量分解后，有很大部分转化为对缸体及曲轴的压力，导致活塞的做功有大部分转化为机械摩擦损失了。如图1所示，是曲轴旋转一周所作的有效功的示意图，活塞向下运动开始对曲轴有效做功，然后由于力臂和作用力的矢量分解而急剧下降。接着，活塞在向上运动排气时，曲轴的转动是由其他活塞做功转动或在惯性驱动作用下转动，此时，向上运动排气的活塞在形式上是在做负功。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转发动机，旨在解决现有技术中往复式发动机做功损失的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种旋转发动机，包括至少一个做功单元，所述做功单元包括：气缸、转子、活塞和密封阀组件，
所述转子套设于所述旋转发动机的输出轴上；
所述转子贯穿所述气缸并与所述气缸密封接触；
所述活塞的外周边的一部分固定在所述转子的外壁上，其余部分与所述气缸内壁密封接触，所述活塞用于将所述气缸的内腔分隔开并能够在所述气缸的内腔内运动以带动所述转子自转；
所述气缸的外壁沿所述输出轴轴向开设有开口，所述气缸的内腔通过所述开口与外界相通；
所述密封阀组件设置于所述开口处，用于与所述活塞配合将所述气缸的内腔分隔成密闭的燃烧腔和与外界相通的排气腔，或用于完全脱离所述气缸的内腔使所述气缸的内腔与外界相通。
可选的，所述密封阀组件包括密封阀和连接组件，
所述开口将所述气缸的外壁分为第一侧边和第二侧边，所述密封阀的一端与所述第一侧边铰接，所述密封阀能够绕其一端转动并使所述密封阀处于所述第一状态或第二状态；
当所述密封阀处于所述第一状态时，所述密封阀的另一端与所述转子的外壁密封接触，所述密封阀与所述活塞配合将所述气缸内腔分隔成密闭的燃烧腔和与外界相通的排气腔；
当所述密封阀处于所述第二状态时，所述密封阀完全脱离所述气缸的内腔；
所述连接组件与所述密封阀连接，用于使所述密封阀保持在所述第一状态或第二状态。
可选的，所述连接组件包括推杆、第一连杆和第二连杆，
所述第一连杆的一端和所述第二连杆的一端均铰接于所述推杆的一端；
所述第一连杆的另一端与所述密封阀铰接；
所述第二连杆的另一端铰接于所述旋转发动机的本体上；
所述推杆用于沿所述推杆的轴向施加推力或拉力。
可选的，当所述密封阀处于第一状态时，所述第一连杆和所述第二连杆之间的夹角为160°-180°，所述夹角形成的区域内不包含所述推杆。
可选的，所述夹角为175°-180°。
可选的，所述推杆与所述活塞联动，
当所述活塞转动经过所述第一侧边时，所述推杆沿其轴向施加推力，用于使所述密封阀处于所述第一状态；
当所述活塞转动至靠近所述第二侧边时，所述推杆沿其轴向施加拉力，用于使所述密封阀处于所述第二状态。
可选的，所述推杆的另一端通过一凸轮机构与所述输出轴连接，所述活塞带动所述输出轴转动，
当所述活塞转动经过所述第一侧边时，所述输出轴转动带动所述凸轮机构运动，所述凸轮机构带动所述推杆运动，所述推杆沿其轴向施加推力，使所述密封阀处于所述第一状态；
当所述活塞向靠近所述第二侧边的方向转动且与所述第二侧边的夹角为10°-60°时，所述输出轴转动带动所述凸轮机构运动，所述凸轮机构带动所述推杆运动，所述推杆沿其轴向施加拉力，使所述密封阀处于所述第二状态。
可选的，所述转子的外壁通过密封件与所述气缸密封。
可选的，所述气缸的进气口和燃油进口均设置于靠近所述第一侧边的所述气缸外壁上。
可选的，所述做功单元的数量为两个，两个所述做功单元共用一根输出轴，两个气缸之间的输出轴上设有轴承。
与现有技术相比，本发明提供的旋转发动机，将活塞设置成一端固定在转子的外壁，另一端与气缸内壁密封接触，当气缸内气体燃烧时，对活塞的作用力均为径向的作用力，有效地克服了现有技术中往复式发动机做功损失的问题。而且，本发明通过连接组件与密封阀的设置，可以简单有效实现旋转发动机的做功循环，而且通过连接组件的巧妙设计使得只需很小的作用力即可使得密封阀维持在第一状态，保证了燃烧腔的气密性，使得旋转发动机的工作效率更高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种旋转发动机的结构示意图，其中密封阀处于第一状态；
图2是本发明实施例提供的一种旋转发动机的结构示意图，其中密封阀处于第二状态。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种旋转发动机作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1-图2所示，本发明提供了一种旋转发动机，包括至少一个做功单元，所述做功单元包括：气缸1、转子2、活塞3、密封阀组件5，
所述转子2套设于所述旋转发动机的输出轴4上；
所述转子2贯穿所述气缸1并与所述气缸1密封接触，此时在保证气密性的同时转子2可以自由的旋转；
所述活塞3的外周边的一部分固定在所述转子2的外壁上，其余部分与所述气缸1内壁密封接触，所述活塞3用于将所述气缸1的内腔分隔开并能够在所述气缸1的内腔内运动以带动所述转子2自转；
所述气缸1的外壁沿所述输出轴4轴向开设有开口，所述气缸1的内腔通过所述开口与外界相通；
所述密封阀组件5设置于所述开口处，用于与所述活塞3配合将所述气缸1的内腔分隔成密闭的燃烧腔和与外界相通的排气腔，或用于完全脱离所述气缸1的内腔使所述气缸1的内腔与外界相通。
在本方案中，将活塞3设置成一端固定在转子2的外壁，另一端与气缸1内壁密封接触，当气缸内气体燃烧时，对活塞3的作用力均为径向的作用力。
具体来说，当所述密封阀组件5与活塞3配合时，将所述气缸1的内腔分隔成密闭的燃烧腔和与外界相通的排气腔，燃烧腔包括进气口和燃油进口，排气腔通过所述开口直接与外界相通，此时，燃油进口向所述燃烧腔中注入燃油，然后关闭燃油进口，点火后燃油燃烧推动活塞3做功，活塞3转动，带动转子2自转，转子2再带动输出轴4转动，对外输出动力；当活塞3转动至靠近开口时，此时，密封阀组件5再完全脱离所述气缸1的内腔，使所述气缸1的内腔成为一个整体，且通过所述开口与外界相通，此时打开进气口会，向气缸1的内腔内注入压缩空气，燃烧废气会通过开口排出气缸1，以保证在下一个循环内有足够的新鲜空气，而此时密封阀组件5此时不在气缸1的内腔内，因此活塞3可以无障碍的通过开口。当活塞转过开口时，所述密封阀组件5再次与活塞3配合将气缸1的内腔分为燃烧腔和排气腔，进入下一个循环。本方案中燃油燃烧时对活塞的作用力始终在径向，克服了传统发动机中由于活塞作用力由于矢量分解后导致的发动机有效做功效率低的问题。
进一步的，所述密封阀组件5包括密封阀51和连接组件52，所述开口将所述气缸1的外壁分为第一侧边11和第二侧边12，所述密封阀51的一端与所述第一侧边11铰接，所述密封阀51能够绕其一端转动并使所述密封阀51处于所述第一状态或第二状态；
当所述密封阀51处于所述第一状态时，所述密封阀51的另一端与所述转子2的外壁密封接触，所述密封阀51与所述活塞3配合将所述气缸1内腔分隔成密闭的燃烧腔和与外界相通的排气腔，同时，在保证气密性的同时，密封阀51不影响转子2的自由转动；
当所述密封阀51处于所述第二状态时，所述密封阀51完全脱离所述气缸1的内腔；
所述连接组件52与所述密封阀51连接，用于使所述密封阀51保持在所述第一状态或第二状态。
在本方案中，密封阀51通过绕其一端转动实现与转子2外壁的可分离接触，当密封阀51处于第一状态时，燃烧腔内气体燃烧对密封阀51产生的作用力可传递给连接组件52，连接组件52可以对密封阀51施力，保证密封阀51维持在第一状态不移动，保证燃烧腔的气密性。
优选的，所述连接组件52包括推杆523、第一连杆521和第二连杆522，所述第一连杆521的一端和所述第二连杆522的一端均铰接于所述推杆523的一端；所述第一连杆521的另一端与所述密封阀51铰接；所述第二连杆522的另一端铰接于所述旋转发动机的本体上；所述推杆523用于沿所述推杆523的轴向施加推力或拉力。
优选的，当所述密封阀51处于第一状态时，所述第一连杆521和所述第二连杆522之间的夹角θ为160°-180°，所述夹角θ形成的区域内不包含所述推杆523。
进一步的优选的，所述夹角θ为175°-180°。
在上述方案中，通过推杆523、第一连杆521和第二连杆522组成连接组件52，当需要使密封阀51处于第二状态时，只需推杆523施加沿其轴向的拉力F2，即可将第一连杆521和第二连杆522拉动，然后第二连杆522在带动密封阀51运动，由于这些部件之间均为铰接，因此最终密封阀51会被带动绕其一端转动，如图1-2所示，当密封阀51完全脱离所述气缸1的内腔时，此时其即处于所述第二状态，此时，一方面气缸1的内腔完全与外界相通；另一方面，活塞3可以毫无阻碍的转过开口和第一侧边。
当需要使密封阀51处于第一状态时，只需推杆523施加沿其轴向的推力F1，此时通过第一连杆521和第二连杆522的带动，密封阀51绕其一端转动使得其另一端与所述转子2的外壁密封接触，此时密封阀51即处于第一状态。由于燃烧腔内气体的燃烧，对密封阀51会有较大的作用力，该作用力会传递给与密封阀51连接的第二连杆522，当第二连杆522与第一连杆521刚好在同一直线时，会将该作用力直接通过第一连杆521施加给发动机本体，这样就保证了密封阀51的受力平衡，使得其不会因燃烧腔内的气体膨胀压力移动，保证了燃烧腔的气密性。
但在实际应用时，由于加工精度即使用磨损等原因，第一连杆521与第二连杆522不可能恰好处于同一直线，但图1中第一连杆521与第二连杆522之间的夹角θ大于180度时，由于推杆523施加的是推力，再加上燃烧腔内气体的膨胀力将直接推动密封阀51绕其一端滑出所述气缸1的内腔，导致燃烧腔与外界相相通，发动机无法正常工作，因此夹角θ不得大于180度，经过发明人反复大量的试验发现，夹角θ的范围在160°-180°的范围内时效果较好，此时，密封阀51传递给所述第一连杆521的作用力，在所述第一连杆521的一端处的节点经过矢量分解，一部分通过第二连杆522传递给发动机本体，另一部分传递给推杆523，此时由于夹角θ较大，因此，作用力矢量分解后传递给推杆523的力很小，使得推杆523仅需施加很小的推力F1即可使密封阀51的受力平衡，从而保证密封阀51维持在所述第一状态，保证了燃烧腔的气密性。
优选的，所述第一连杆521的另一端铰接于所述密封阀51的中心部位。这样可以使得密封阀51的受力更易传递至第一连杆521。
更进一步的，所述推杆523与所述活塞3联动，当所述活塞3转动经过所述第一侧边11时，所述推杆523沿其轴向施加推力，用于使所述密封阀51处于所述第一状态；当所述活塞3转动至靠近所述第二侧边12时，所述推杆523沿其轴向施加拉力，用于使所述密封阀51处于所述第二状态。
可选的，所述推杆523的另一端通过一凸轮机构与所述输出轴4连接，所述活塞3带动所述输出轴4转动，当所述活塞3转动经过所述第一侧边11时，所述输出轴4转动带动所述凸轮机构运动，所述凸轮机构带动所述推杆523运动，所述推杆523沿其轴向施加推力，使所述密封阀51处于所述第一状态；当所述活塞3向靠近所述第二侧边12的方向转动且与所述第二侧边12的夹角为10°-60°时，所述输出轴4转动带动所述凸轮机构运动，所述凸轮机构带动所述推杆523运动，所述推杆523沿其轴向施加拉力，使所述密封阀51处于所述第二状态。
优选的，所述转子2的外壁通过密封件(如密封圈等)与所述气缸1密封。
优选的，所述气缸1的进气口和燃油进口均设置于靠近所述第一侧边11的所述气缸1外壁上。
进一步的，所述做功单元的数量为两个，两个所述做功单元共用一根输出轴4，两个气缸1之间的输出轴4上设有轴承。
本发明提供的旋转发动机，将活塞设置成一端固定在转子的外壁，另一端与气缸内壁密封接触，当气缸内气体燃烧时，对活塞的作用力均为径向的作用力，有效地克服了现有技术中往复式发动机做功损失的问题。而且，本发明通过连接组件与密封阀的设置，可以简单有效实现旋转发动机的做功循环，而且通过连接组件的巧妙设计使得只需很小的作用力即可使得密封阀维持在第一状态，保证了燃烧腔的气密性，使得旋转发动机的工作效率更高。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种旋转发动机，其特征在于，包括至少一个做功单元，所述做功单元包括：气缸、转子、活塞和密封阀组件，
所述转子套设于所述旋转发动机的输出轴上；
所述转子贯穿所述气缸并与所述气缸密封接触；
所述活塞的外周边的一部分固定在所述转子的外壁上，其余部分与所述气缸内壁密封接触，所述活塞用于将所述气缸的内腔分隔开并能够在所述气缸的内腔内运动以带动所述转子自转；
所述气缸的外壁沿所述输出轴轴向开设有开口，所述气缸的内腔通过所述开口与外界相通；
所述密封阀组件设置于所述开口处，用于与所述活塞配合将所述气缸的内腔分隔成密闭的燃烧腔和与外界相通的排气腔，或用于完全脱离所述气缸的内腔使所述气缸的内腔与外界相通。
2.根据权利要求1所述的一种旋转发动机，其特征在于，所述密封阀组件包括密封阀和连接组件，
所述开口将所述气缸的外壁分为第一侧边和第二侧边，所述密封阀的一端与所述第一侧边铰接，所述密封阀能够绕其一端转动并使所述密封阀处于所述第一状态或第二状态；
当所述密封阀处于所述第一状态时，所述密封阀的另一端与所述转子的外壁密封接触，所述密封阀与所述活塞配合将所述气缸内腔分隔成密闭的燃烧腔和与外界相通的排气腔；
当所述密封阀处于所述第二状态时，所述密封阀完全脱离所述气缸的内腔；
所述连接组件与所述密封阀连接，用于使所述密封阀保持在所述第一状态或第二状态。
3.根据权利要求2所述的一种旋转发动机，其特征在于，所述连接组件包括推杆、第一连杆和第二连杆，
所述第一连杆的一端和所述第二连杆的一端均铰接于所述推杆的一端；
所述第一连杆的另一端与所述密封阀铰接；
所述第二连杆的另一端铰接于所述旋转发动机的本体上；
所述推杆用于沿所述推杆的轴向施加推力或拉力。
4.根据权利要求3所述的一种旋转发动机，其特征在于，当所述密封阀处于第一状态时，所述第一连杆和所述第二连杆之间的夹角为160°-180°，所述夹角形成的区域内不包含所述推杆。
5.根据权利要求4所述的一种旋转发动机，其特征在于，所述夹角为175°-180°。
6.根据权利要求3所述的一种旋转发动机，其特征在于，所述推杆与所述活塞联动，
当所述活塞转动经过所述第一侧边时，所述推杆沿其轴向施加推力，用于使所述密封阀处于所述第一状态；
当所述活塞转动至靠近所述第二侧边时，所述推杆沿其轴向施加拉力，用于使所述密封阀处于所述第二状态。
7.根据权利要求6所述的一种旋转发动机，其特征在于，所述推杆的另一端通过一凸轮机构与所述输出轴连接，所述活塞带动所述输出轴转动，
当所述活塞转动经过所述第一侧边时，所述输出轴转动带动所述凸轮机构运动，所述凸轮机构带动所述推杆运动，所述推杆沿其轴向施加推力，使所述密封阀处于所述第一状态；
当所述活塞向靠近所述第二侧边的方向转动且与所述第二侧边的夹角为10°-60°时，所述输出轴转动带动所述凸轮机构运动，所述凸轮机构带动所述推杆运动，所述推杆沿其轴向施加拉力，使所述密封阀处于所述第二状态。
8.根据权利要求1所述的一种旋转发动机，其特征在于，所述转子的外壁通过密封件与所述气缸密封。
9.根据权利要求2所述的一种旋转发动机，其特征在于，所述气缸的进气口和燃油进口均设置于靠近所述第一侧边的所述气缸外壁上。
10.根据权利要求1所述的一种旋转发动机，其特征在于，所述做功单元的数量为两个，两个所述做功单元共用一根输出轴，两个气缸之间的输出轴上设有轴承。
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