CN109611195A - 一种转子与定子间导流式转子内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种转子与定子间导流式转子内燃机。该转子与定子间导流式转子内燃机包括转子总成和定子总成，所述定子总成包括定子本体，所述定子本体设有定子腔体，所述定子腔体的内壁由两个半径不同的半圆弧形曲面平滑过渡连接而成，所述转子总成包括转子轴、转子本体和随动气密滑板，所述定子腔体与所述转子本体间设有气体导流通道，所述随动气密滑板的外端面与所述定子腔体的内壁密封滑动接触，并将所述定子腔体分隔为两个独立且相互气密的腔室。本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，能够将气体膨胀做功时的切线力矩转变为对圆周运动的单向驱动力矩，从而有效降低了功率损失，提高了转子内燃机的机械转化效率。

Description

一种转子与定子间导流式转子内燃机
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种转子与定子间导流式转子内燃机。
背景技术
采用奥托循环(或迪塞尔循环)的内燃机，无论往复活塞式还是汪克尔三角转子式内燃机，乃至燃气轮机都是通过压缩可燃气体并点燃(或压燃)压缩的可燃气体爆发的能量脉冲，产生的膨胀气体，继而产生压力推动活塞或其他传动部件，产生机械能实现做功的装置。换句话说就是把化学能转变成机械能的装置，对于循环燃烧类别的内燃机来说，工作过程均遵循进气、压缩、做功、排气的动作。
目前，就循环燃烧的往复式内燃机来说，机械效率转变并不高，无法继续提高转变效率的原因，主要有以下几点：一、由于往复活塞式内燃机机械结构的因素，理论上说，当可燃气体爆燃时，曲轴、连杆以及动力输出轴的力矩处在一个平面上，也就是说，压力是垂直动力输出轴的，无法产生力矩，也就无法实现做功，只有活塞下行曲柄和连杆产生非180°夹角时，才有力矩产生，当曲轴与连杆划过的圆弧接近切线时力矩最大，不过膨胀气体的压力也在不断衰减，当扭矩最大时，气体膨胀压力强度也在衰减，所以无法实现有效的机械效率转变。二、由于活塞、连杆做高频往复运动产生的惯性抵消部分有用功，使得输出效率下降。三、由于结构繁杂，运动附件庞大，抵消部分有用功。目前，还没有有效的手段优化这方面的效率损失，无法消除这方面的功率损失。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种转子与定子间导流式转子内燃机，能够有效减少功率损失，提高机械转化效率。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种转子与定子间导流式转子内燃机，包括转子总成和定子总成；
所述定子总成至少包括定子本体，所述定子本体设有定子腔体，所述定子腔体的内壁由两个半径不同的半圆弧形曲面平滑过渡连接而成；
所述转子总成至少包括转子轴、与所述转子轴固定连接的转子本体以及安装在所述转子本体上的随动气密滑板，所述转子本体设置于所述定子腔体中，在所述定子腔体的内壁与所述转子本体的外圈表面之间设有气体导流通道；在所述转子本体上沿径向设有贯穿所述转子本体的滑板安装槽，所述滑板安装槽穿过所述转子本体的中心，所述随动气密滑板与所述滑板安装槽滑动配合，所述随动气密滑板的外端面与所述定子腔体的内壁密封滑动接触，并将所述定子腔体分隔为两个独立且相互气密的腔室。
进一步地，还包括离心力控制机构，所述离心力控制机构包括分别设置在所述随动气密滑板的左右两侧面中部的限位凸台，所述转子本体设有用于限制所述限位凸台运动范围的限程滑槽。
具体地，所述限位凸台设有泄油孔，所述泄油孔的延伸方向与所述随动气密滑板的长度方向相一致。
进一步地，所述定子本体的上部设有进气道，所述进气道的一端与外部相连通，所述进气道的另一端通过进气口与所述定子腔体相连通。
进一步地，所述定子本体的下部设有排气道，所述排气道的一端与外部相连通，所述排气道的另一端通过排气口与所述定子腔体相连通。
具体地，在所述进气道中设有用于控制所述进气口开闭的进气气门；在所述排气道中设有用于控制所述排气口开闭的排气气门。
具体地，所述随动气密滑板上安装有滑板气密封条，所述随动气密滑板通过所述滑板气密封条与所述定子腔体的内壁密封滑动接触。
具体地，在所述转子本体的前侧设有前侧安装槽，所述前侧安装槽中设有转子前侧气密封环，在所述转子本体的后侧设有后侧安装槽，所述后侧安装槽中设有转子后侧气密封环，所述转子前侧气密封环和所述转子后侧气密封环的外圈分别与所述定子腔体的内壁密封滑动接触。
进一步地，所述转子轴包括转子前轴和转子后轴，所述转子前轴通过转子轴盖与所述转子本体的前端面连接固定，所述转子后轴与所述转子本体的后端面连接固定。
进一步地，所述定子本体的前侧与定子偏盖相连，所述定子偏盖上设有偏盖轴承套，所述偏盖轴承套与所述转子前轴之间安装有第一转子轴承；所述定子本体的后侧设有定子轴承套，所述定子轴承套与所述转子后轴之间安装有第二转子轴承。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明提供的转子与定子间导流式转子内燃机，将定子腔体的内壁设置为两个半径不同的半圆形曲面平滑过渡连接而成的不规则腔体内壁，在定子腔体的内壁与转子本体的外圈表面之间设置气体导流通道，作为工作介质转换的通道，并使安装在转子本体上的随动气密滑板的外端面与定子腔体的内壁密封滑动接触，将定子腔体分隔成两个独立且相互气密的腔室，使得腔室中的气体在膨胀状态时，能够推动转子本体单向旋转，进而通过转子轴输出转矩。
本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，能够将气体膨胀做功时的切线力矩转变为对圆周运动的单向驱动力矩，从而有效降低了功率损失，提高了转子内燃机的机械转化效率。
本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，结构简单，设计精巧，在相同排量的前提下，本发明所述的转子内燃机与往复活塞式内燃机相比，体积更小，重量更轻，结构更加简单，更加易于加工制造。
本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，动力输出平稳，由于没有庞大的往复运动部件，动平衡易于掌握，振动小，噪音小。
本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，由于工作时转子本体与定子本体间的气体导流通道能够随着转子本体的定向旋转不断释放出新鲜空气或可燃气混合气，从而使得在内燃机的燃烧室中形成涡流效应，增加了充气效率，燃料经济性得到了有效改善，使燃料燃烧更加充分。
附图说明
图1是本发明实施例转子与定子间导流式转子内燃机的结构示意图；
图2是本发明实施例转子与定子间导流式转子内燃机的轴向剖视图；
图3是本发明实施例转子与定子间导流式转子内燃机的爆炸结构图；
图4是本发明实施例转子与定子间导流式转子内燃机的工作原理图。
图中：1：定子本体；2：定子腔体；3：转子轴；301：转子前轴；302：转子后轴；4：转子本体；5：随动气密滑板；6：气体导流通道；7：滑板安装槽；8：限位凸台；9：限程滑槽；10：泄油孔；11：轴盖紧固螺栓；12：偏盖紧固螺栓；13：进气道；14：进气口；15：进气气门；16：排气道；17：排气口；18：排气气门；19：滑板气密封条；20：前侧气密封环；21：后侧气密封环；22：定子偏盖；23：偏盖轴承套；24：第一转子轴承；25：定子轴承套；26：第二转子轴承；27：转子轴盖；28：火花塞。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的一部分实施例，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的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。
如图1-4所示，本发明实施例提供一种转子与定子间导流式转子内燃机，包括转子总成和定子总成。
所述定子总成至少包括定子本体1，所述定子本体1设有定子腔体2，所述定子腔体2的内壁由两个半径不同的半圆弧形曲面平滑过渡连接而成。
所述转子总成至少包括转子轴3、与所述转子轴3固定连接的转子本体4以及安装在所述转子本体4上的随动气密滑板5，所述转子本体4为圆柱形，所述转子本体4设置于所述定子腔体2中，所述转子本体4能够在所述在定子腔体2中自由转动，在所述定子腔体2的内壁与所述转子本体4的外圈表面之间设有气体导流通道6，也即，所述转子本体4与所述定子本体1之间在径向面并不摩擦接触。
其中，在所述转子本体4上沿径向设有贯穿所述转子本体的滑板安装槽7，所述滑板安装槽7穿过所述转子本体4的中心，所述随动气密滑板5设置于所述滑板安装槽7中，所述随动气密滑板5与所述滑板安装槽7滑动配合。所述随动气密滑板5的外端面与所述定子腔体2的内壁密封滑动接触，从而将所述定子腔体2分隔为两个独立且相互气密的腔室，两个腔室的容积能够随着所述转子本体4的定向旋转而发生交互变化。
本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机，将所述定子腔体2的内壁设置为由两个半径不同的半圆弧形曲面平滑过渡连接而成的不规则腔体内壁，通过在所述定子腔体2的内壁与所述转子本体4的外圈表面之间设置所述气体导流通道6，来作为工作介质转换的通道，并通过所述随动气密滑板5的外端面与所述定子腔体2的内壁密封滑动接触形成两个独立且相互气密的腔室，使得腔室中的气体在膨胀状态时，能够推动所述转子本体4按照定向旋转，进而通过所述转子轴3输出转矩。
通过本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机，能够将气体膨胀做功时的切线力矩转变为对圆周运动的单向驱动力矩，从而有效降低了功率损失，提高了转子内燃机的机械转化效率。
进一步来说，本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机，还包括离心力控制机构，所述离心力控制机构包括分别设置在所述随动气密滑板5的左右两侧面中部的限位凸台8，所述转子本体4设有用于限制所述限位凸台8运动范围的限程滑槽9。
其中，所述限位凸台8设有泄油孔10，所述泄油孔10用于润滑油流通，所述泄油孔10的延伸方向与所述随动气密滑板5的长度方向相一致。
进一步来说，所述定子本体1的上部设有进气道13，所述进气道13的一端与外部相连通，所述进气道13的另一端通过进气口14与所述定子腔体2相连通。在所述进气道13中还设有用于控制所述进气口14开闭的进气气门15。
进一步来说，所述定子本体1的下部设有排气道16，所述排气道16的一端与外部相连通，所述排气道16的另一端通过排气口17与所述定子腔体2相连通。在所述排气道16中还设有用于控制所述排气口17开闭的排气气门18。
具体来说，所述随动气密滑板5上安装有滑板气密封条19，所述随动气密滑板5通过所述滑板气密封条19与所述定子腔体2的内壁密封滑动接触。
其中，所述滑板气密封条19包括两组L形密封条，两组L形密封条首尾相接组成矩形框结构，所述随动气密滑板5上设有用于安装所述滑板气密封条19的安装槽，使所述滑板气密封条19环设于所述随动气密滑板5的外端面，使得所述随动气密滑板5能够带动所述气密封条19转动，从而保证所述定子腔体2中各腔室的气密性。
具体来说，在所述转子本体4的前侧外缘设有前侧安装槽，所述前侧安装槽中设有转子前侧气密封环20。在所述转子本体4的后侧外缘设有后侧安装槽，所述后侧安装槽中设有转子后侧气密封环21。所述转子前侧气密封环20和所述转子后侧气密封环21的外圈分别与所述定子腔体2的内壁密封滑动接触。
进一步来说，所述转子轴3包括转子前轴301和转子后轴302，所述转子前轴301的一端设有转子轴盖27，所述转子轴盖27通过轴盖紧固螺栓11所述转子本体4的前端面连接固定。所述转子后轴302与所述转子本体4的后端面连接固定。
更进一步来说，所述定子本体1的前侧安装有定子偏盖22，所述定子偏盖22通过偏盖紧固螺栓12与所述定子本体1连接固定。所述定子偏盖22上设有偏盖轴承套23，所述偏盖轴承套23与所述转子前轴301之间安装有第一转子轴承24。所述定子本体1的后侧设有定子轴承套25，所述定子轴承套25与所述转子后轴302之间安装有第二转子轴承26，从而实现所述定子本体1与所述转子本体4之间的同心安装。
此外，在所述定子本体1的上部靠近所述进气口14的位置处还设有火花塞28。
本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机的工作原理如下：
由于所述定子腔体2的内壁由两个半径不同的半圆弧形曲面平滑过渡连接而成，设定两个半圆弧形曲面的半径分别为R1和R2，R1＝R100，R2＝R80，设定所述转子本体4的半径为R3，R3＝R78，也即，R1>R2>R3。
设定F1为所述随动气密滑板5与所述定子腔体2中半径为R1的圆弧内壁滑动接触时气体爆发所产生的压力，F2为所述随动气密滑板5与所述定子腔体2中半径为R2的圆弧内壁滑动接触时气体爆发所产生的压力。并设定M1为F1产生的扭矩，M2为F2产生的扭矩。假设所述转子本体4沿轴向的厚度为h，则理论上当可燃气体爆燃时对所述定子腔体2内壁产生的压强P是均等的，那么就有：
F1＝P*(R1-R3)*h，F2＝P*(R2-R3)*h，M1＝F1*R1，M2＝F2*R2，(F1-F2)＝(P*(R1-R3)*h)-(P*(R2-R3)*h)＝P*(R1-R2)*h。
由图4中可知，(R1-R3)远大于(R2-R3)，那么就有F1远大于F2，M1远大于M2，所以在气体爆燃做工循环过程中，总会产生一个矢量方向为F1的力，和一个的矢量方向为M1的扭矩，也即，所述转子本体4在气体爆燃时会按照定向旋转。
设定所述随动气密滑板5将所述定子腔体2分隔为如图4所示的腔室A和腔室B，则所述转子本体4在所述定子腔体2中的转动过程中，腔室A和腔室B的容积动态交互变化。
设定如图4中所示转子本体4所在位置为起始位置0°，设定所述随动气密滑板5上端面的转动起始位置为0°，在此，所述随动气密滑板5上端面是指所述随动气密滑板5伸出所述滑板安装槽7的端面。
当所述转子本体4按逆时针旋转0°-180°过程中，所述进气气门15打开，所述排气气门18处于关闭状态，旋转至趋于180°时，腔室A旋转到左侧，腔室A容积趋向最大，腔室A完成吸气过程。
当所述转子本体4旋转180°-360°过程中，所述随动气密滑板5扫过所述进气口14，所述进气气门15持续打开。在所述随动气密滑板5扫过所述进气口14前，所述进气气门15关闭，而所述排气气门18持续关闭，此时腔室A通过所述转子本体4与所述定子本体1之间的气体导流通道6，腔室A旋转到右侧，腔室A容积趋于最小，腔室A完成压缩过程，腔室B旋转至左侧，腔室B的容积趋向最大，腔室B完成吸气过程。
当所述转子本体4旋转360°-540°过程中，腔室A旋转到左侧，腔室A的容积趋向最大，所述进气气门15处于关闭状态，此时所述火花塞28点火，喷油器喷油，腔室A爆发过程完成，此时腔室B到右侧，所述排气气门18仍然处于关闭状态，腔室B完成压缩过程。
当所述转子本体4旋转540°-720°过程中，腔室A到右侧，所述排气气门18打开，所述随动气密滑板5扫过所述排气口17，腔室A完成排气过程，腔室B到左侧，腔室B的容积趋向最大，所述进气气门15继续关闭，所述火花塞29点火，喷油嘴喷油，腔室B完成爆发过程。
当所述转子本体4旋转720°-900°°过程中，所述进气气门15打开，腔室A到左侧，腔室A进行下一个吸气过程循环，腔室B到右侧，所述排气气门18打开，腔室B完成排气过程……，也即，所述转子本体4按逆时针旋转，则腔室B的工作循环比腔室A迟后180°。
本实施例中，可以通过排气凸轮和进气凸轮来分别控制所述进气气门15和所述排气气门18的开启、闭合区间，或者通过伺服电机来分别控制所述进气气门15和所述排气气门18的开启、闭合区间。如果以转子轴作为参照，则控制所述转子轴3旋转360°×4的区间。进气和排气分别占用小于360°的区间，压缩和爆发占用720°左右的区间，进气比排气开启迟后360°左右。
综上所述，本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机具有如下优点：
本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机，将定子腔体的内壁设置为两个半径不同的半圆形曲面平滑过渡连接而成的不规则腔体内壁，在定子腔体的内壁与转子本体的外圈表面之间设置气体导流通道，作为工作介质转换的通道，并使安装在转子本体上的随动气密滑板的外端面与定子腔体的内壁密封滑动接触，使定子腔体形成两个独立且相互气密的腔室，使得腔室中的气体在膨胀状态时，能够推动转子本体按照定向旋转，进而通过转子轴输出转矩。
本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机，能够将气体膨胀做功时的切线力矩转变为对圆周运动的单向驱动力矩，从而有效降低了功率损失，提高了转子内燃机的机械转化效率。
本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机，结构简单，设计精巧，在相同排量的前提下，本发明所述的转子内燃机与往复活塞式内燃机相比，体积更小，重量更轻，结构更加简单，更加易于加工制造。
本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机，动力输出平稳，由于没有庞大的往复运动部件，动平衡易于掌握，振动小，噪音小。
本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机，由于工作时转子本体与定子本体间的气体导流通道能够随着转子本体的定向旋转不断释放出新鲜空气或可燃气混合气，从而使得在内燃机的燃烧室中形成涡流效应，增加了充气效率，燃料经济性得到了有效改善，使燃料燃烧更加充分。
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，术语“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。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。
在本发明的描述中，除非另有说明，“若干”的含义是一个或多个；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等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机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。
最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种转子与定子间导流式转子内燃机，其特征在于：包括转子总成和定子总成；
所述定子总成至少包括定子本体，所述定子本体设有定子腔体，所述定子腔体的内壁由两个半径不同的半圆弧形曲面平滑过渡连接而成；
所述转子总成至少包括转子轴、与所述转子轴固定连接的转子本体以及安装在所述转子本体上的随动气密滑板，所述转子本体设置于所述定子腔体中，在所述定子腔体的内壁与所述转子本体的外圈表面之间设有气体导流通道；在所述转子本体上沿径向设有贯穿所述转子本体的滑板安装槽，所述滑板安装槽穿过所述转子本体的中心，所述随动气密滑板与所述滑板安装槽滑动配合，所述随动气密滑板的外端面与所述定子腔体的内壁密封滑动接触，并将所述定子腔体分隔为两个独立且相互气密的腔室。
2.根据权利要求1所述的转子与定子间导流式转子内燃机，其特征在于：还包括离心力控制机构，所述离心力控制机构包括分别设置在所述随动气密滑板的左右两侧面中部的限位凸台，所述转子本体设有用于限制所述限位凸台运动范围的限程滑槽。
3.根据权利要求2所述的转子与定子间导流式转子内燃机，其特征在于：所述限位凸台设有泄油孔，所述泄油孔的延伸方向与所述随动气密滑板的长度方向相一致。
4.根据权利要求1所述的转子与定子间导流式转子内燃机，其特征在于：所述定子本体的上部设有进气道，所述进气道的一端与外部相连通，所述进气道的另一端通过进气口与所述定子腔体相连通。
5.根据权利要求4所述的转子与定子间导流式转子内燃机，其特征在于：所述定子本体的下部设有排气道，所述排气道的一端与外部相连通，所述排气道的另一端通过排气口与所述定子腔体相连通。
6.根据权利要求5所述的转子与定子间导流式转子内燃机，其特征在于：在所述进气道中设有用于控制所述进气口开闭的进气气门；在所述排气道中设有用于控制所述排气口开闭的排气气门。
7.根据权利要求1所述的转子与定子间导流式转子内燃机，其特征在于：所述随动气密滑板上安装有滑板气密封条，所述随动气密滑板通过所述滑板气密封条与所述定子腔体的内壁密封滑动接触。
8.根据权利要求1所述的转子与定子间导流式转子内燃机，其特征在于：在所述转子本体的前侧设有前侧安装槽，所述前侧安装槽中设有转子前侧气密封环，在所述转子本体的后侧设有后侧安装槽，所述后侧安装槽中设有转子后侧气密封环，所述转子前侧气密封环和所述转子后侧气密封环的外圈分别与所述定子腔体的内壁密封滑动接触。
9.根据权利要求1所述的转子与定子间导流式转子内燃机，其特征在于：所述转子轴包括转子前轴和转子后轴，所述转子前轴通过转子轴盖与所述转子本体的前端面连接固定，所述转子后轴与所述转子本体的后端面连接固定。
10.根据权利要求9所述的转子与定子间导流式转子内燃机，其特征在于：所述定子本体的前侧与定子偏盖相连，所述定子偏盖上设有偏盖轴承套，所述偏盖轴承套与所述转子前轴之间安装有第一转子轴承；所述定子本体的后侧设有定子轴承套，所述定子轴承套与所述转子后轴之间安装有第二转子轴承。
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