CN1075592C - 一种槽轮旋转活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种槽轮旋转活塞发动机，属于内燃发动机技术领域。该发动机主要由机架(14)，装在机架(14)上的固定缸体(2)，固定缸体(2)内装的旋转缸体(5a、5b)，活塞组(4a、4b)分别固定在旋转缸体(5a、5b)上，旋转缸体(5a、5b)外端面上装有滚子总成(8)，其滚子(18)装在侧槽凸轮的环形槽(17)内，侧槽凸轮(11)固定在传动控制轴(10)上。该发动机活塞组及相关部件从转到停产生的动能，被侧槽凸轮转动的反作用力彻底消耗，能量守恒，所以燃料利用率很高，密封面积大，工作寿命长。

Description

一种槽轮旋转活塞发动机

本发明是一种槽轮旋转活塞发动机，属于内燃发动机技术领域。

现在汽车使用的发动机通常是往复式活塞发动机，由于活塞连杆的往复运动，耗油率较高，燃料经济性差，对于双旋转四循环活塞发动机，由于控制机构中杠杆的往复运动，也出现往复式活塞发动机同样问题。

本发明的目的是提供一种用活塞交替接力的槽轮旋转活塞发动机。

本发明目的是这样实现的，槽轮旋转活塞发动机由配气机构、供给系、冷却系、润滑系、点火或喷油系及装在机架上的固定缸体，固定缸体内有一圆柱形空腔，空腔内装有两个空心园柱形旋转缸体组成缸腔，两个旋转缸体的内端面互相密封配合，且两旋转缸体的轴心线与固定缸体圆柱形空腔轴心线重合；两组共四只活塞装在缸腔内，一组两只轴向对称安装在旋转缸体的圆柱面上，另一组轴向对称安装在另一旋转缸体的圆柱面上；旋转缸体外端面直径线上用连接件对称固定有滚子总成，滚子总成的滚子装在侧槽凸轮的环形槽内，侧槽凸轮固定在传动控制轴的两端，传动控制轴穿过旋转缸体装在机架上。

侧槽凸轮轴心线与活塞组的旋转轴心线平行；每个侧槽凸轮侧面开有环形槽，环形槽可在侧槽凸轮一面或两面同时开设，每个环形槽内装有两个滚子总成的滚子，滚子总成由滚子座上固定有两个滚子组成；传动控制轴上装的侧槽凸轮为2-6个。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、由于槽轮旋转活塞发动机的活塞采用面接触的密封方式，密封面积大，因而耐久性、起动性、低速动力性能均好。

2、该发动机改变了传统发动机的运动规律，两组活塞交替接力转动的动力，复合成一个连续转动的动力输出，活塞组及相关部件从转到停产生的动能，被侧槽凸轮转动的反作用力彻底消耗，能量守恒，所以燃料利用率很高。

3、活塞组转动的角速度成组合的椭园曲线，活塞启动和停止转动时平稳无冲击，使之工作寿命长。

4、体积小、重量轻、结构简单、生产成本低。

本发明图面说明如下：

图1是本发明槽轮旋转活塞发动机实施例一的主视剖面示意图。

图2是本发明槽轮旋转活塞发动机实施例一的左视结构示意图。

图3是图1的局部放大图。

图4是两组活塞与旋转缸体连接的结构示意图。

图5是本发明槽轮旋转活塞发动机活塞运动原理的几何示意图。

图6是本发明槽轮旋转活塞发动机滚子总成在侧槽凸轮的环形槽内运动示意图。

图7是本发明槽轮旋转活塞发动机实施例二中侧槽凸轮安装的结构示意图。

下面结合附图对本发明实施例做进一步说明：实施例一，见附图1、2、3、4，槽轮旋转活塞发动机，包括配气机构、供给系、冷却系、润滑系、点火或喷油系及固定在机架14上的固定缸体2，固定缸体2由端盖3及丝圈1组成，固定缸体2内有一圆柱形空腔，其外侧开有进、出气孔15、16，固定缸体2的空腔内装有两个空心园柱形旋转缸体5a、5b组成缸腔，两个旋转缸体5a、5b的内端面互相密封配合，且两旋转缸体5a、5b的轴心线与固定缸体2的园柱形空腔轴心线重合，用7型丝圈6固定两个园锥滚子轴承7为其定位；两组活塞4a₁、4a₂、4b₁、4b₂装在缸腔内，一组活塞4a₁、4a₂轴向对称安装在旋转缸体5a的圆柱面上，另一组活塞4b₁、4b₂轴向对称安装在旋转缸体5b的圆柱面上；旋转缸体5a、5b内装有衬套12，衬套12壁开有油孔，两端装有卡圈9，防止其轴向窜动，旋转缸体5a、5b外端面直径线上用连接件20分别对称固定有两个滚子总成8，滚子总成8由两只滚子18及一个滚子座19组成，每个侧槽凸轮11上开有不交叉环形槽17，每个环形槽17内装四个滚子18，发动机工作时，滚子18沿侧槽凸轮11的环形槽17壁滚动，环形槽17开在侧槽凸轮11的一侧面，两个侧槽凸轮11分别对称固定在传动控制轴10的两端，用螺帽13锁紧，传动控制轴10穿过旋转缸体5a、5b里装的衬套12内，并固定在机架14上，传动控制轴10中空为冷却润滑油道，侧槽凸轮11的轴心线与活塞组4a₁、4a₂、4b₁、4b₂的旋转轴心线平行。

实施例二：见图7，该槽轮旋转活塞发动机的传动控制轴(10)两端各装两个侧槽凸轮11，侧槽凸轮11的两端面均开有环形槽17，每端面两个滚子总成8用滚子总成支架与旋转缸体5a、5b连接，且滚子18装在环形槽17内。其余结构与实施例一同。

槽轮旋转活塞发动机的工作原理是传动控制系统通过一组活塞4a₁、4a₂转动，带动与之连接的滚子(18)沿侧槽凸轮11的环形槽17壁滚动，并带动侧槽凸轮11及其相关部件转动。当活塞4a₁、4a₂转到指定角度被侧槽凸轮11锁定，与此同时，另一组活塞4b₁、4b₂进行工作，带动与之连接的滚子18沿侧槽凸轮11的环形槽17壁滚动，并带动侧槽凸轮11及其相关部件转动。发动机工作时，活塞组4a₁、4a₂、4b₁、4b₂循环工作，侧槽凸轮11在工作中始终转动，侧槽凸轮11每转动一周，相关活塞组转动半周，相关活塞组的运动分为转动和被锁定两种状态。

侧槽凸轮角速度为y₀时活塞组角速度表现为一条实线的组合椭园曲线，见图5，虚线为另一组活塞角速度的组合椭园曲线，实、虚两曲线重叠部份的面积是相邻两活塞把可燃气体压缩到最小体积时，两活塞轴向中线交叉于转动轴心的夹角。

由单纯椭园定积分： $s=\frac{a}{b}(\frac{x}{2}\sqrt{a^2-x^2}+\frac{a^2}{2}\arcsin \frac{x}{a})$

消除x得活塞组运动基0≤x≤a本方程：

上述公式中：α-则槽凸轮转角    β-活塞组转角ab-单纯椭园长、短轴 $\mathrm{ab}=\frac{4\mathrm{\π}}{2\sqrt{3}+\mathrm{\π}}$

s-单纯椭圆定积分面积

P-方程系数p=2(fg)b/π

v-相邻两活塞把可燃气体压缩到最小体积时，两活塞轴向中线交叉于转动轴心的夹角由 $V=\frac{\sqrt{3}}{2}\mathrm{ab}-\frac{\mathrm{\π}}{4}\mathrm{ab}+2\[\frac{\left(\mathrm{fg}\right)b}{2\mathrm{ab}}\sqrt{{\left(\mathrm{ab}\right)}^2-{\left(\mathrm{fg}\right)}^2\•b^2}+\frac{\mathrm{ab}}{2}\arcsin \frac{\left(\mathrm{fg}\right)b}{\mathrm{ab}}\]$ $V=\frac{37.5}{180}\mathrm{\π}$ 代入上式得(fg)b积值

由活塞组转动基本方程，得两组侧槽凸轮槽理论曲线方程：见图6，图中虚线为侧槽凸轮槽理论曲线，图中X₁O₁Y₁坐标系既反映滚子总成运动，又给X₂O₂Y₂坐标系定位，实线X₂O₂Y₂坐标系是反映侧槽凸轮槽理论曲线，内、外侧曲线的坐标系，点划线X₂O₂Y₂坐标系表示滚子总成被锁定之后即将开锁瞬间，实线X₂O₂Y₂坐标系位置。

上述公式中：

H-O₁O₂距离，当滚子总成中心到旋转轴心距离为1时，H=0.35

K-活塞组从转到停瞬时滚子总成中心经园心与正x₂轴线的夹角，K=π/2r-滚子半径，当滚子总成中心到旋转轴心距离为1时，r=0.175α-侧槽凸轮转角， $0\≤a\≤\frac{(1+\sqrt{3})\mathrm{ab}}{p}$

通过侧槽凸轮槽理论曲线方程，侧槽凸轮槽理论曲线切线方程，滚子半径及与之连接的以O₂为中心园弧线，最终得完整的侧槽凸轮槽的内、外曲线方程及曲线是显而易见的。

Claims (6)

1、一种槽轮旋转活塞发动机，包括配气机构、供给系、冷却系、润滑系、点火或喷油系及装在机架(14)上的固定缸体(2)；固定缸体(2)内有一圆柱形空腔，空腔内装有两个空心园柱形旋转缸体(5a、5b)组成缸腔，两个旋转缸体(5a、5b)的内端面互相密封配合，且两旋转缸体(5a、5b)的轴心线与固定缸体(2)圆柱形空腔轴心线重合；两组活塞(4a₁、4a₂、4b₁、4b₂)装在缸腔内，一组活塞(4a₁、4a₂)轴向对称安装在旋转缸体(5a)的圆柱面上，另一组活塞(4b₁、4b₂)轴向对称安装在旋转缸体(5b)的圆柱面上；其特征在于旋转缸体(5a、5b)外端面直径线上对称固定有滚子总成(8)，滚子总成(8)的滚子(18)装在侧槽凸轮(11)的环形槽(17)内，侧槽凸轮(11)固定在传动控制轴(10)的两端，传动控制轴(10)穿过旋转缸体(5a、5b)装在机架(14)上。

2、根据权利要求1所述的槽轮旋转活塞发动机，其特征在于侧槽凸轮(11)轴心线与活塞组(4a₁、4a₂、4b₁、4b₂)的旋转轴心线平行。

3、根据权利要求1或2所述的槽轮旋转活塞发动机，其特征在于侧槽凸轮(11)的环形槽(17)可在一面或两面同时开设。

4、根据权利要求1所述的槽轮旋转活塞发动机，其特征在于侧槽凸轮(11)的每一环形槽(17)内装有两个滚子总成(8)的滚子(18)。

5、根据权利要求1或4所述的槽轮旋转活塞发动机，其特征在于每一滚子总成(8)由滚子座(19)上固定有两个滚子(18)组成。

6、根据权利要求1或4所述的槽轮旋转活塞发动机，其特征在于传动控制轴(10)上装的侧槽凸轮(11)为2-6个。

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