CN107218122A - 套筒转子发动机 - Google Patents

Abstract

一种套筒转子发动机，其定子系一组同心的定子筒(1a)及定子端盖(1)，转子系一组同心的转子筒(2a)及转子端盖(2)，两者偏心的扣合且两者的开口端互贴对方的端盖，各定子筒位于相邻的转子筒之间，转子端盖中心设一转动配合的转子轴(3)，其上偏心的设一主轴(3a)与定子筒同心，各定子筒壁上嵌有若干径向滑动的隔板(4)，各隔板轴向的两端分别与定子端盖和转子端盖、径向的两端分别与相邻的转子筒互贴，各定子筒两侧的夹层被隔板分成若干封闭空腔用作汽缸并各设进气孔(5)、排气孔(6)和火花塞(7)。转子的圆周性平动周期性改变各汽缸容积，完成吸气、压缩、做功、排气行程，带动主轴做功。其汽缸多、排列密，功率大、体积小、结构简单。

Description

套筒转子发动机

技术领域：本发明涉及一种发动机，尤其涉及一种套筒转子发动机。

背景技术

往复式活塞发动机的往复运动件多，曲柄连杆机构笨重，体积、重量大，磨损快、功耗多。通过广泛检索，尚未发现与本发明相同的技术方案。

发明内容

本发明的目的就是为克服往复式活塞发动机结构不合理造成体积、重量大，效率低的缺陷，而提供的一种套筒转子发动机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种套筒转子发动机，包括定子和转子，其特征在于：其定子包括一支撑于机架的定子端盖，该端盖侧面设一组与其同心的定子筒且最大定子筒的直径小于该端盖，各定子筒的一端被定子端盖封闭、另一端开口；其转子包括一转子端盖，该端盖侧面设一组与其同心的转子筒且数量比定子筒多一个，各转子筒的一端被转子端盖封闭、另一端开口；定子和转子相互偏心并扣合且两者的开口端互贴对方的端盖的内壁做滑动密封配合，各定子筒分别处在各相邻的两个转子筒之间；在转子端盖中心设一转动配合的转子轴，其上偏心的设一主轴与定子筒同心并支承于机架；在各定子筒的壁上分别对称的嵌有若干做径向滑动密封配合的隔板，各隔板轴向的两端分别与定子端盖和转子端盖、径向的两端分别与相邻的转子筒进行滑动密封配合；各定子筒两侧的夹层被隔板分割成若干空腔，各空腔由其周边的定子筒、定子端盖、转子筒、转子端盖和隔板的部分壁面共同封闭。主轴带动与其偏心的转子轴转动，转子轴带动支承于其上的各转子筒位移，相邻的转子筒又交替的推动其间的各隔板做径向往复滑动、并分别与隔板径向的两端产生滑动；将各转子筒上与隔板进行滑动配合的各段筒壁制成平面并分别与隔板径向的两端进行平面式贴合，可制止转子可能产生的自转和绕主轴心的整体转动，迫使转子只能产生绕主轴心的圆周性的平动；每个隔板所对应的相邻的转子筒壁上的两个配合平面相互平行且随转子进行平动，故无论这两个配合平面的位置如何变化，其与隔板配合的间距和方向均始终保持不变，均能和隔板径向的两端始终保持正常的贴合与滑动，而隔板则通过其径向往复滑动以适应这两个配合平面的位置变化。各转子筒与隔板的平面式贴合还可增强其配合的密封性和耐磨性。随着转子的圆周性平动，各定子筒两侧的各空腔的容积发生周期性改变，可实现吸气、压缩、做功、排气功能，故可用作发动机汽缸，为此经过定子端盖在各定子筒上各相邻的隔板间的筒壁上，均通有一组向内和一组向外的两组进气孔、排气孔和火花塞，使各定子筒两侧的每一个空腔都能通有一组进、排气孔和火花塞，组成蜂窝状的多层汽缸发动机。各定子筒上的隔板数决定了该定子筒两侧的汽缸的数量、大小和形状，隔板数最少为三个，一般为四——六个，随着定子筒的增大，隔板数及汽缸数相应递增，以避免汽缸尺寸过大、形状过狭而不利燃烧。

在上述主要技术方案的基础上，可以增加以下进一步完善的技术方案：

所述的一组定子筒所含的定子筒数为一个，所述的一组转子筒所含的转子筒数为两个，组成一台单定子双层汽缸发动机。

所述的一组定子筒所含的定子筒数为一个时，其定子筒上各相邻的隔板间的筒壁上均只保留一组向内的进气孔、排气孔和火花塞，仅使定子筒内侧的各空腔各通有一组进、排气孔和火花塞，而其外侧的各空腔则不通进、排气孔和火花塞，从而只利用定子筒内侧的各空腔作汽缸而不用其外侧的各空腔，组成一台单定子单层汽缸发动机。

所述的一组定子筒所含的定子筒数为两个，所述的一组转子筒所含的转子筒数为三个，组成一台双定子四层汽缸发动机。

所述的一组定子筒所含的定子筒数为三个，所述的一组转子筒所含的转子筒数为四个，组成一台三定子六层汽缸发动机。

所述的一组定子筒所含的定子筒数多于一个时，将每个定子筒上的隔板与其它定子筒上的隔板相互错开一定角度，可使每个定子筒两侧的汽缸与其它定子筒两侧的汽缸的位置依次错开一定角度，其工作相位也依次错开一定角度，以增加做功频次、稳定功率输出。

本发明的有益效果是：由于采用本方案，发动机无曲柄连杆机构，可直接输出旋转动力，且蜂窝式的结构使发动机的汽缸多、结构紧，功率大、体积小，构造简单且消极质量、有害惯性、机械振动、磨损及功耗均小。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明：

图1为实施例1的主视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3-8为实施例1的主轴转动两周的工作原理的示意图；

图9为实施例2的主视图；

图10为图9的A-A剖视图；

图11为实施例3的结构示意图；

图12为实施例4的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2所示，一种套筒转子发动机，包括定子和转子，其定子包括一支撑于机架的定子端盖1，该端盖侧面设一与其同心的定子筒1a且其直径小于该端盖，定子筒的一端被定子端盖封闭、另一端开口；其转子包括一转子端盖2，该端盖侧面设有与其同心的内、外转子筒2a，两个转子筒的一端被转子端盖封闭、另一端开口；定子和转子相互偏心并扣合且两者的开口端互贴对方的端盖的内壁做滑动密封配合，定子筒处在内、外转子筒之间；在转子端盖中心设一转动配合的转子轴3，其上偏心的设一主轴3a与定子筒同心并支承于机架；在定子筒的壁上对称的嵌有四个做径向滑动密封配合的隔板4，各隔板轴向的两端分别与定子端盖和转子端盖、径向的两端分别与内、外转子筒进行滑动密封配合；四个隔板将定子筒内、外两侧的夹层分割成两层共八个空腔，各空腔由其周边的定子筒、定子端盖、转子筒、转子端盖和隔板的部分壁面共同封闭。主轴带动与其偏心的转子轴转动，转子轴带动支承于其上的内、外转子筒位移，内、外转子筒又交替的推动各隔板在定子筒壁上做径向往复滑动、并分别与隔板径向的两端产生滑动；将内、外转子筒上与隔板进行滑动配合的各段筒壁制成平面并分别与隔板径向的两端进行平面式贴合，可制止转子可能产生自转和绕主轴心的整体转动，迫使转子只能产生绕主轴心的圆周性的平动；每个隔板所对应的内、外转子筒壁上的两个配合平面相互平行且随转子进行平动，故无论这两个配合平面的位置如何变化，其与隔板配合的间距和方向均始终保持不变，均能和隔板径向的两端始终保持正常的贴合与滑动，而隔板则通过其径向往复滑动以适应这两个配合平面的位置变化。各转子筒与隔板的平面式贴合还可增强其配合的密封性和耐磨性。随着转子的圆周性平动，定子筒两侧的各空腔的容积产生周期性改变，可实现吸气、压缩、做功、排气功能，故可用作发动机汽缸，为此经过定子端盖在定子筒上各相邻的隔板间的筒壁上，均通有一组向内和一组向外的两组进气孔5、排气孔6和火花塞7，使定子筒两侧的每一个空腔都能通有一组进、排气孔和火花塞，组成一台单定子双层汽缸发动机(定子筒内侧四汽缸G1-G4、外侧四汽缸G5-G8)。下面以定子筒内侧汽缸G1及其对面的定子筒外侧汽缸G7为例，结合图3-8，对其工作原理进一步说明：

发动机启动时，启动电机(图中未画出)带动主轴3a顺时针转动，主轴带动与其偏心的转子轴3(轴心O1)绕主轴心O转动，转子轴带动支承于其上的内、外转子筒产生绕主轴心的顺时针圆周性平动，内、外转子筒且推动各隔板4做出适应性的径向往复滑动，定子筒两侧的各空腔的容积也随之产生周期性改变：

转动至图3所示位置，G1、G7两汽缸的排气孔6均呈关闭状，两汽缸的容积均最小并渐增、两汽缸的进气孔5均开启、开始吸入混合气；

转动至图4所示位置，两汽缸容积最大、吸满混合气、吸气止、两汽缸的进气孔均关闭，两汽缸的容积开始减小、压缩始；

转动至图5所示位置，两汽缸的容积最小、压缩止，两汽缸的火花塞7点燃各自缸内混合气做功、两汽缸容积渐增。做功情形如图6所示，G1汽缸内的燃气对内转子筒形成的气压合力F1，作用于内转子筒外壁在缸内露出段的中点，作用方向顺着主轴转向、作用线通过内转子筒的中心，受力的内转子筒又通过转子端盖推动其中心的转子轴绕主轴心顺时针转动，带动主轴继续保持顺时针转动做功；G7汽缸内的燃气对外转子筒形成的气压合力F2，作用于外转子筒内壁在缸内露出段的中点，作用方向顺着主轴转向、作用线通过外转子筒的中心，受力的外转子筒又通过转子端盖拉动其中心的转子轴绕主轴心顺时针转动，带动主轴继续保持顺时针转动做功；

转动至图7所示位置，两汽缸的容积最大、做功止，两汽缸的容积开始减小、两汽缸的排气孔均开启、排出废气；

转动至图8所示位置，两汽缸的容积最小、排气止、两汽缸的排气孔均关闭。至此，主轴转动两周，两个汽缸各完成一个工作循环，实现自维持运行，进入下一循环且不断重复。

定子筒内侧的其余各汽缸G2、G3、G4的工作原理皆同G1汽缸，仅工作相位依次相差90°；定子筒外侧的其余各汽缸G5、G6、G8的工作原理皆同G7汽缸，仅工作相位依次相差90°。定子筒内侧的各汽缸各与其对面的一个定子筒外侧的汽缸同步工作、共同做功(如汽缸G1与汽缸G7)。

实施例2：

如图9、10所示，一种套筒转子发动机，其定子包括一定子端盖1，该端盖侧面设一与其同心的定子筒1a且定子筒直径小于该端盖，其转子包括一转子端盖2，该端盖侧面设两个与其同心的转子筒2a；在定子筒的壁上对称的嵌有四个做径向滑动密封配合的隔板4。在定子筒上各相邻的隔板间的筒壁上均只通有一组向内的进气孔5、排气孔6和火花塞7，仅使定子筒内侧的四个空腔各通有一组进、排气孔和火花塞，而其外侧的四个空腔则不通进、排气孔和火花塞，从而只利用定子筒内侧的四个空腔，形成四个定子筒内侧汽缸(G1-G4)，而不用其外侧的四个空腔，组成一台单定子单层四汽缸发动机。其转子轴3、主轴3a的设置，各件的配合，定子筒内侧的各汽缸的工作原理，均如前所述。该机用于小功率场合，且单层汽缸的冷却和润滑也更方便。

实施例3：

如图11所示，一种套筒转子发动机，其定子包括一定子端盖1，该端盖侧面设两个与其同心的定子筒1a且最大定子筒的直径小于该端盖，其转子包括一转子端盖2，该端盖侧面设三个与其同心的转子筒2a；在两个定子筒的壁上分别对称的嵌有四个做径向滑动密封配合的隔板4且两组隔板相互错开45°，两组隔板将两个定子筒的内、外两侧的四个夹层，分割成十六个封闭空腔，均用作发动机的汽缸，组成一台双定子四层汽缸发动机。其转子轴3、主轴3a及进、排气孔和火花塞的设置，各件的配合，各定子筒两侧的各汽缸的工作原理，均如前所述。将两个定子筒壁上的两组隔板错开45°，可使一个定子筒两侧的各汽缸与另一定子筒两侧的各汽缸的位置依次错开45°，工作相位也依次错开45°，增加了做功频次、稳定了功率输出。

实施例4：

如图12所示，一种套筒转子发动机，其定子包括一定子端盖1，该端盖侧面设三个与其同心的定子筒1a且最大定子筒的直径小于该端盖，其转子包括一转子端盖2，该端盖侧面设四个与其同心的转子筒2a；在由内向外的三个定子筒的壁上分别对称的嵌有四、六、八个做径向滑动密封配合的隔板4且三组隔板相互错开一定角度，三组隔板将三个定子筒的内、外两侧的六个夹层，分割成三十六个封闭空腔，均用作发动机的汽缸，组成一台三定子六层汽缸发动机。其转子轴3、主轴3a及进、排气孔和火花塞的设置，各件的配合，各定子筒两侧的各汽缸的工作原理，以及各定子筒上隔板相互错开的有益效果，均如前所述。

Claims (6)

1.一种套筒转子发动机，包括定子和转子，其特征在于：其定子包括一定子端盖(1)，该端盖侧面设一组与其同心的定子筒(1a)且最大定子筒的直径小于该端盖，其转子包括一转子端盖(2)，该端盖侧面设一组与其同心的转子筒(2a)且数量比定子筒多一个，定子和转子相互偏心并扣合且两者的开口端互贴对方的端盖的内壁，各定子筒分别处在各相邻的转子筒之间，在转子端盖中心设一转动配合的转子轴(3)，其上偏心的设一主轴(3a)与定子筒同心，在各定子筒的壁上分别对称的嵌有若干做径向滑动密封配合的隔板(4)，各隔板轴向的两端分别与定子端盖和转子端盖、径向的两端分别与相邻的转子筒做滑动密封配合，且将各转子筒上与隔板进行滑动配合的各段筒壁制成平面，经过定子端盖在各定子筒上各相邻的隔板间的筒壁上，均通有一组向内和一组向外的两组进气孔(5)、排气孔(6)和火花塞(7)。

2.根据权利要求1所述的套筒转子发动机，其特征在于：所述的一组定子筒(1a)所含的定子筒数为一个，所述的一组转子筒(2a)所含的转子筒数为两个。

3.根据权利要求1所述的套筒转子发动机，其特征在于：所述的一组定子筒(1a)所含的定子筒数为一个时，其定子筒上各相邻的隔板间的筒壁上均只保留一组向内的进气孔(5)、排气孔(6)和火花塞(7)。

4.根据权利要求1所述的套筒转子发动机，其特征在于：所述的一组定子筒(1a)所含的定子筒数为两个，所述的一组转子筒(2a)所含的转子筒数为三个。

5.根据权利要求1所述的套筒转子发动机，其特征在于：所述的一组定子筒(1a)所含的定子筒数为三个，所述的一组转子筒(2a)所含的转子筒数为四个。

6.根据权利要求1、4、5所述的套筒转子发动机，其特征在于：所述的一组定子筒(1a)所含的定子筒数多于一个时，将其每个定子筒上的隔板与其它定子筒上的隔板相互错开一定角度。