CN107701300A - 偏心转子发动机及发动机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种偏心转子发动机及发动机系统，涉及动力设备内燃机的技术领域，包括定子、转子、隔板和端盖；转子偏心设置于定子腔内；转子设置有多个隔板槽，隔板设置于隔板槽内，隔板与定子腔内壁、转子外表面以及端盖可组成多个密闭工作腔；隔板可相对于隔板槽的深度方向滑动；转子相对于定子转动时，定子腔的中心和转子中心形成一条中线，将多个密闭工作腔分为两个部分，隔板在膨胀密闭工作腔的一侧伸出隔板槽；隔板在压缩密闭工作腔的一侧被定子腔的内壁压缩收回至隔板槽内；缓解了现有技术中存在的叶片式气动马达无法作为独立发动机使用，以及输出的功率低，无法满足飞机、机动车等设备动力输出的技术问题。

Description

偏心转子发动机及发动机系统

技术领域

本发明涉及动力设备内燃机技术领域，尤其是涉及一种偏心转子发动机及发动机系统。

背景技术

发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机、外燃机、电动机等，发动机既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器，而偏心转子发动机是内燃机的一种。

现有技术中的偏心转子发动机和叶片式气动马达结构有部分相似。现有技术中的叶片式气动马达的工作介质是空气压缩机提供的压缩空气，具有结构简单，体积小、容易加工制造、转速快等优点。

但是，现有技术中的叶片式气动马达不能没有空气压缩机独立工作，而且空气压缩机还需要动力机旋转带动才能工作；所以叶片式气动马达不适合作为飞机、机动车等设备的独立发动机使用；另外，空气压缩机提供的压缩空气压力比内燃机做功用的混合可燃气体燃爆压力低得多，故而输出的功率低，无法满足飞机、机动车等设备动力输出。

发明内容

本发明的目的在于提供偏心转子发动机及发动机系统，以缓解了现有技术中存在的叶片式气动马达无法作为独立发动机使用，以及输出的功率低，无法满足飞机、机动车等设备动力输出的技术问题。

本发明提供的一种偏心转子发动机，包括：定子、转子、隔板和端盖；

定子内设置有定子腔，转子相对于定子的中心偏心设置于定子腔内；

沿着转子的圆周方向均匀设置有多个隔板槽，隔板设置有多个，多个隔板分别设置于多个隔板槽内，端盖设置为两个，两个端盖分别设置于定子的两端，且端盖与定子密封连接，以使定子腔呈密闭腔体，多个隔板、定子腔内壁、转子的外表面以及端盖可组成多个密闭工作腔；

隔板可相对于隔板槽的深度方向沿着隔板槽滑动，且隔板伸出隔板槽的一端可与定子的内壁连接；

转子相对于定子转动时，定子腔的中心和转子中心形成一条中线，将多个密闭工作腔分为两个部分，一个部分为膨胀密闭工作腔，隔板在膨胀密闭工作腔的一侧伸出隔板槽；另一个部分为压缩密闭工作腔，隔板在压缩密闭工作腔的一侧被定子腔的内壁压缩收回至隔板槽内；当转子旋转一周，隔板往复滑动一次，使得相邻的两个隔板之间的密闭工作腔经过一次增大和缩小的改变。

进一步地，转子的隔板槽沿着所述转子的径向开设。

进一步地，转子的隔板槽沿着倾斜于所述转子的径向的方向开设。

进一步地，隔板设置为滚柱型隔板、滑动型隔板中的任一种；

滚柱型隔板伸出隔板槽的一端设置有滚柱，以使滚柱型隔板相对于定子腔内壁为滚动摩擦；

滑动型隔板伸出隔板槽的一端设置为平面，以使滑动型隔板相对于定子腔内壁为滑动摩擦。

进一步地，本发明提供的偏心转子发动机，还包括缸套；

定子套设于缸套外部，且缸套与定子腔的内壁连接，隔板可与缸套连接，以相对于缸套转动。

进一步地，定子腔的截面形状为椭圆形。

进一步地，定子腔的截面形状为圆形。

进一步地，相对于端盖的偏心位置对应设置有转轴孔，转子通过轴承与转轴孔连接；

端盖上设置有通气口。

进一步地，本发明提供的一种偏心转子发动机，还包括推动隔板装置；

推动隔板装置设置有多个，多个推动隔板装置设置于隔板槽内，推动隔板装置可与隔板连接，用于推动隔板相对于隔板槽滑动。

本发明提供的一种发动机系统，包括所述的偏心转子发动机。

本发明提供的一种偏心转子发动机，包括：定子、转子、隔板和端盖；定子内设置有定子腔，转子相对于定子的中心偏心设置于定子腔内；偏心距离越大压缩比就越高，沿着转子的圆周方向均匀设置有多个隔板槽，隔板设置有多个，多个隔板分别设置于多个隔板槽内，端盖设置为两个，两个端盖分别设置于定子的两端，且端盖与定子密封连接，以使定子腔呈密闭腔体，多个隔板、定子腔内壁、转子的外表面以及端盖可组成多个密闭工作腔；隔板可相对于隔板槽的深度方向沿着隔板槽滑动，且隔板伸出隔板槽的一端可与定子的内壁连接；转子相对于定子转动时，定子腔的中心和转子中心形成一条中线，多个密闭工作腔分为两个部分，一个部分为膨胀密闭工作腔，隔板在膨胀密闭工作腔的一侧伸出隔板槽；另一个部分为压缩密闭工作腔，隔板在压缩密闭工作腔的一侧被定子腔的内壁压缩收回至隔板槽内；当转子旋转一周，隔板往复滑动一次，使得相邻的两个隔板之间的密闭工作腔经过一次增大和缩小的改变；通过在定子腔内压缩的混合可燃气体燃爆产生的高压气体，推动转子朝着容积增大的方向旋转，偏心转子发动机动力强转速快，缓解了现有技术中存在的叶片式气动马达无法作为独立发动机使用，以及输出的功率低，无法满足飞机、机动车等设备动力输出的技术问题，更加实用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的偏心转子发动机的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的偏心转子发动机的内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的偏心转子发动机的第一方向的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的偏心转子发动机的定子的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的偏心转子发动机的定子又一实施例的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的偏心转子发动机的缸套的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的偏心转子发动机的端盖的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的偏心转子发动机的转子的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的偏心转子发动机的转子的又一实施例的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的偏心转子发动机的隔板的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的偏心转子发动机的隔板的又一实施例的结构示意图。

图标：100-定子；101-定子腔；102-火花塞孔；200-转子；300-隔板；400-端盖；500-隔板槽；600-缸套；700-转轴孔；800-通气口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本实施例提供的偏心转子发动机的整体结构示意图；其中，端盖400与定子100连接。

图2为本实施例提供的偏心转子发动机的内部结构示意图；其中，隔板300设置于隔板槽500内。

图3为本实施例提供的偏心转子发动机的第一视角下的结构示意图；其中，第一视角下为沿着定子100的开口端方向。

图4为本实施例提供的偏心转子发动机的定子的结构示意图；其中，定子腔101的截面形状为圆形。

图5为本实施例提供的偏心转子发动机的定子又一实施例的结构示意图；其中，定子腔101的截面形状为椭圆形。

图6为本实施例提供的偏心转子发动机的缸套的结构示意图；其中，缸套600对应定子100均设置有火花塞孔102。

图7为本实施例提供的偏心转子发动机的端盖的结构示意图；其中，端盖400设置有转轴孔700和通气口800。

图8为本实施例提供的偏心转子发动机的转子的结构示意图；其中，隔板槽500沿着转子200的径向开设。

图9为本实施例提供的偏心转子发动机的转子的又一实施例的结构示意图；隔板槽500沿着倾斜于转子200的径向的方向开设。

图10为本实施例提供的偏心转子发动机的隔板的结构示意图；其中，隔板300设置为滑动型隔板。

图11为本实施例提供的偏心转子发动机的隔板的又一实施例的结构示意图；隔板300设置为滚柱型隔板。

如图1-11所示，本实施例提供的一种偏心转子发动机，包括：定子100、转子200、隔板300和端盖400；转子200相对于定子腔101的中心偏心设置于定子腔101内；沿着转子200的圆周方向均匀设置有多个隔板槽500，隔板槽500内设置隔板300，隔板300可相对于隔板槽500的深度方向沿着隔板槽500滑动，隔板300伸出隔板槽500的一端与定子100的内壁连接；端盖400设置为两个，两个端盖400分别设置于定子100的两端，端盖400与定子100密封连接，由定子100的内表面、转子200的外表面、多个隔板300以及端盖400，形成了多个密闭工作腔，相邻的两个隔板300之间形成一个密闭工作腔，相邻密闭工作腔之间通过隔板300隔开；隔板300之间的距离近发动机的燃烧室较窄，定子100内径长，做功行程就长，使燃烧膨胀的能量得到更加充分的利用。

隔板300数量设置有多个，具体隔板300的数量根据转子200的直径以及发动机的其他参数决定。定子腔101的中心和转子200中心形成一条中线，将多个密闭工作腔分为两个部分，转子200相对于定子100转动时，一部分为膨胀工作腔，隔板300在膨胀工作腔的一侧伸出隔板槽500抵在定子100的内壁上旋转；另一个部分为压缩工作腔，隔板300在压缩工作腔的一侧被定子腔101的内壁压缩收回至隔板槽500内；转子200旋转一周，隔板300往复滑动一次，使得相邻的两个隔板300之间的密闭工作腔经过一次增大和缩小的改变。

定子腔101的截面形状为椭圆形，可以使得转子200相对于定子腔101转动时，隔板300伸出更长，使得输出扭矩力更大。

定子腔101的截面形状也可以为圆形；方便生产，提高了效率。

具体地，如图3所示，偏心安装的转子200离定子腔101的最远点，密闭工作腔的转子200转到此处容积最大(膨胀极限)。此时，隔板300伸出之后和隔板槽500之间具有空隙，背离转子200离定子腔101的最远点，此时达到了压缩极限位置，偏心安装的转子200和定子腔101之间的间隙最小，密闭工作腔转到此处容积最小；而且偏心安装的转子200圆心和定子中心构成的一条中线，将工作腔分为两个部分，一个部分的隔板300在膨胀工作腔的一侧伸；另一个部分的隔板300在压缩工作腔的一侧被定子的内壁压缩收回至隔板槽500内。

在上述实施例的基础上，如图8所示，本实施例提供的偏心转子发动机的隔板槽500沿着转子200的径向开设。

如图9所示，转子200的隔板槽500沿着倾斜于转子200的径向的方向开设。倾斜设置的隔板槽500中的隔板300不是径向往复滑动，斜置能降低旋转运动隔板300顶部和定子100的内壁摩擦阻力，以及降低往复运动隔板300沿沟槽滑动的摩擦阻力。

转子200两端面槽内设置有密封组件，以使与端盖400之间实现动密封；转子200上可以开设导气槽，通过导气槽把密闭工作腔内的高压气导入隔板300的底部与隔板槽500之间，推出隔板300抵在定子腔101的内壁上，隔板300和隔板槽500之间的废气从端盖400上的排气口排出。

隔板300设置为滚柱型隔板、滑动型隔板中的任一种；滚柱型隔板伸出隔板槽500和定子腔101内壁接触的面安装有滚柱，使滚柱型隔板与定子腔101内壁间的滑动移动变为滚动移动，降低隔板和定子100内壁的磨损。

滑动型隔板伸出隔板槽500的一端设置为弧形面，以使滑动型隔板相对于定子腔101内壁为滑动移动。

本实施例提供的偏心转子发动机，还包括缸套600；定子100套设于缸套600外部，且缸套600与定子腔101的内壁连接，隔板300与缸套600连接，以相对于缸套600转动。

缸套600镶在定子腔101内，且缸套600的外齿与定子100的内齿咬合，使缸套600不能转动。

端盖400，安装在定子100的两端，相对于端盖400的偏心位置对应设置有转轴孔700，转轴孔700内安装轴承，轴承内安装转子200的转轴，端盖400上设置有通气口800。端盖400的通气口800在工作容积旋转到最大位置过后约隔一个隔板300厚度的位置，长度约和隔板300在此位置与转子200之间的间隙长度相同，从而排出隔板300和隔板槽500之间的废气，或者喷入润滑油，降低隔板300和端盖400转子200隔板槽500之间的摩擦阻力。

进一步地，本实施例提供的偏心转子发动机，还包括推动隔板装置；推动隔板装置设置有多个，分别设置于隔板槽500内，推动隔板装置与隔板300连接，用于推动隔板300相对于隔板槽500滑动。

推动隔板装置可以用弹簧或者伸缩气缸等，具体地，隔板300依靠隔板槽500内置的推动装置，和隔板300底部的气压力、旋转的离心力推出隔板300抵在定子腔101的内壁上。

另外，也可以没有推动隔板300的推动装置，只依靠旋转的离心力、隔板300底部的气压力也能推出隔板300抵在定子腔101的内壁上旋转，以保证每组密闭工作腔的容积密封。

本实施例提供的偏心转子发动机，转子200的隔板槽500设置有不同的方向，定子100截面也有圆形和椭圆形，以及隔板300设置有多种，可以针对不同的需要，选用不同的转子200、定子100以及隔板300；使得设计更加合理，更加实用，方案更加完善。

定子腔101的中心和转子200中心形成一条中线，将工作腔分为两个部分，转子200相对于定子100转动时，一个部分为膨胀工作腔，隔板300在膨胀工作腔的一侧伸出隔板槽500；另一个部分为压缩工作腔，隔板300在压缩工作腔的一侧被定子100内壁压缩收回至隔板槽500内；当转子200旋转一周，隔板300往复滑动一次，使得相邻的两个隔板300之间的密闭工作腔经过一次增大和缩小的改变，偏心安装的转子200组合无论向那边旋转，转子200和定子腔101之间的容积都是半边压缩、半边膨胀。通过在定子腔101内压缩的混合可燃气体燃爆产生的高压气体推动转子200顺密闭工作腔容积增大的方向旋转，动力强转速快。

如图3所示，由于转子200的偏心安装，每转一圈的每组两块隔板300伸出抵在定子腔101内壁上的长度只有两次相同，一次是在工作容积转到了最大区域(膨胀密闭工作腔的容积达到膨胀极限)，另一次是工作容积转到了最小区域(压缩密闭工作腔容积达到压缩极限)；在其他位置，隔板300伸出抵在定子腔101内壁上的长度不同，使燃烧膨胀的压力作用在隔板300上的面积不等而产生转矩差，推动转子200朝着密闭工作腔增大的方向旋转，隔板300与定子腔101内壁接触的位置随转子200旋转移动，混合可燃气体燃烧膨胀的高压推力主要作用在隔板300上推动转子200旋转。

运动过程中，每一个密闭工作腔都在同时工作，随着转子200旋转，在定子腔101和转子200之间的空隙内相继完成进气、压缩、燃烧膨胀和排气四个主要过程，每个过程都是在定子100中的不同位置进行的，定子100的每一部分都专用于各个过程之一，转子200转动一圈完成一个循环。

发动机排气口在密闭工作腔旋转膨胀到最大位置过后，进气口在排气口后面压缩一侧。进气口离压缩极限位置越近，压缩行程就越短，进气量少、压缩比低，这样就使压缩行程比做功膨胀行程短；做功膨胀行程越长燃烧膨胀的能量就能得到更充分的利用，但是压缩行程不能太长以免压缩比太高可燃气体提前燃烧或者爆震；进气口位置根据燃料需要的压缩比、和其它参数设计。

进气口和排气口依靠转子200本身的旋转运动来打开和关闭，可以自然吸气或者机械辅助进气，进气量可以调节，进气装置向每个经过进气口的工作腔输入混合可燃气体，或者只进空气，在密闭工作腔直喷燃料。具体地，密闭工作腔内直喷：进气口只进空气，当密闭工作腔旋转到压缩极限区，或者压缩极限区左右，喷油嘴将燃油喷入密闭工作腔内与压缩空气混合，燃烧；为了避免一次进入燃料过多，可以在做功行程持续喷入燃料；喷油嘴之间的距离和喷油嘴数量根据发动机气缸大小和其它参数决定。

密闭工作腔内直喷能用压燃式燃料，密闭工作腔内直喷能避免混合可燃气体提前燃爆，也能减少燃料进入隔板300底部的隔板槽500内。

点燃式燃料在密闭工作腔旋转被压缩到了最小位置的，容积扩大起点一侧火花塞位，火花塞点火引燃缸内混合气体，转子200每转一圈，有几组气缸就点火几次。火花塞之间的距离不能太长，以免可燃混合气体燃烧蔓延太慢，燃烧不充分，火花塞数量和火花塞之间的距离根据发动机的气缸大小和其它参数设计。

燃烧的压缩混合可燃气体急速膨胀推动转子200顺着密闭工作腔的增大的方向旋转，密闭工作腔的容积随着旋转变大，运转到排气口时排气，做功完成。

如果排气口窄自然排气有残余的废气，可以输入压缩空气吹走残余废气，或者用机械抽走废气，例如排风扇。发动机运转时多数活动零件之间有高压气体，所以磨损不严重。

本实施例提供的一种发动机系统，包括所述的偏心转子发动机；由于本实施例提供的发动机系统的技术效果与上述提供的偏心转子发动机的技术效果相同，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种偏心转子发动机，其特征在于，包括：定子、转子、隔板和端盖；

所述定子内设置有定子腔，所述转子相对于所述定子的中心偏心设置于所述定子腔内；

沿着所述转子的圆周方向均匀设置有多个隔板槽，所述隔板设置有多个，多个所述隔板分别设置于多个所述隔板槽内，所述端盖设置为两个，两个所述端盖分别设置于所述定子的两端，且所述端盖与所述定子密封连接，以使所述定子腔呈密闭腔体，多个所述隔板与所述定子腔内壁、所述转子的外表面以及端盖可组成多个密闭工作腔；

所述隔板可相对于所述隔板槽的深度方向沿着所述隔板槽滑动，且所述隔板伸出所述隔板槽的一端可与所述定子的内壁连接；

所述转子相对于所述定子转动时，所述定子腔的中心和所述转子的中心形成一条中线，将多个所述密闭工作腔分为两个部分，一个部分为膨胀密闭工作腔，所述隔板在膨胀密闭工作腔的一侧伸出所述隔板槽；另一个部分为压缩密闭工作腔，所述隔板在压缩密闭工作腔的一侧被所述定子腔的内壁压缩收回至所述隔板槽内；当所述转子旋转一周，所述隔板往复滑动一次，使得相邻的两个所述隔板之间的所述密闭工作腔经过一次增大和缩小的改变。

2.根据权利要求1所述的偏心转子发动机，其特征在于，所述转子的所述隔板槽沿着所述转子的径向开设。

3.根据权利要求1所述的偏心转子发动机，其特征在于，所述转子的所述隔板槽沿着倾斜于所述转子的径向的方向开设。

4.根据权利要求2或3所述的偏心转子发动机，其特征在于，所述隔板设置为滚柱型隔板、滑动型隔板中的任一种；

所述滚柱型隔板伸出所述隔板槽的一端设置有滚柱，以使所述滚柱型隔板相对于所述定子腔内壁为滚动摩擦；

所述滑动型隔板伸出所述隔板槽的一端设置为弧形面，以使所述滑动型隔板相对于所述定子腔内壁为滑动摩擦。

5.根据权利要求4所述的偏心转子发动机，其特征在于，还包括缸套；

所述定子套设于所述缸套外部，且所述缸套与所述定子腔的内壁连接，所述隔板可与所述缸套连接，以相对于所述缸套转动。

6.根据权利要求2或3所述的偏心转子发动机，其特征在于，所述定子腔的截面形状为椭圆形。

7.根据权利要求2或3所述的偏心转子发动机，其特征在于，所述定子腔的截面形状为圆形。

8.根据权利要求1所述的偏心转子发动机，其特征在于，相对于所述端盖的偏心位置对应设置有转轴孔，所述转子通过轴承与所述转轴孔连接；

所述端盖上设置有通气口。

9.根据权利要求1所述的偏心转子发动机，其特征在于，还包括推动隔板装置；

所述推动隔板装置设置有多个，多个所述推动隔板装置设置于所述隔板槽内，所述推动隔板装置可与所述隔板连接，用于推动所述隔板相对于所述隔板槽滑动。

10.一种发动机系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的偏心转子发动机。