CN110344933A - 一种可变进气道的转子发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可变进气道的转子发动机，包括可变进气道机构，所述可变进气道机构安装在转子发动机的进气口，用于改变转子发动机的进气开始时刻或/和进气持续期。所述可变进气道机构包括壳体、若干升降滑块、固定进气管和移动滑块；所述壳体安装在转子发动机的进气口，所述壳体内设有固定进气管，所述固定进气管底部固定横向滑槽，若干所述升降滑块穿入所述横向滑槽，所述横向滑槽上安装可移动滑块，通过滑块的移动，用于使若干所述升降滑块在壳体内升降。本发明利用可变进气通道的开启与闭合能够为转子发动机不同的工况提供合适的进气开始时刻和进气持续期，使转子发动机任何工况下都能获得足够进气量并控制排气中氮氧化物浓度。

Description

一种可变进气道的转子发动机
技术领域
本发明涉及转子发动机技术领域，特别涉及一种可变进气道的转子发动机。
背景技术
对于发动机而言，其对配气机构的要求是：首先，应保证缸内换气良好，充气效率高，换气损失小。此外，配气机构还应该根据发动机不同工况来及时改变进气相位和进气量，例如随着发动机的节气门开度不断增大的工况下，表明发动机需要输出更大的功率来满足实际需要，也就是说发动机需要在工作循环中燃烧更多的燃油量。但是，发动机工作循环中的供油量是由发动机的进气量决定的。这就是说，在发动机的节气门开度不断增大的工况下需要不断提高发动机的充量系数来满足发动机的工作需求。再比如，当发动机尾气中的碳烟颗粒排放不断升高的工况下，需要不断提高残余废气系数和排气再循环率(EGR，Exhaust Gas Recirculation)来降低发动机尾气中的碳烟颗粒排放，这就要求发动机在此工况下进气开始时刻要不断提前。为使配气机构满足发动机的上述要求，目前在往复式活塞发动机上已经有多种可变的配气机构得到成功应用，并获得了很好的效果。对于转子发动机而言，其同样需要可变配气机构来改善进排气过程。
但是，传统转子发动机主要通过转子和缸体的配合来完成进气和排气过程的，因此传统的转子发动机并没有往复式发动机那样复杂的配气机构。对于传统转子发动机而言，没有复杂的配气机构虽然可以使其具有零部件少和高速性能好的优点，但是同时导致了其进气相位和进气持续期无法调节，这对于其性能的提升是不利的。所以，如何根据转子发动机进气过程的工作原理来发明一种适用于转子发动机的可变配气机构是一个迫切需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种可变进气道的转子发动机，利用可变进气通道的开启与闭合实现转子发动机进气开始时刻和进气持续期的改变。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种可变进气道的转子发动机，其特征在于，包括可变进气道机构，所述可变进气道机构与转子发动机的进气口相通，通过调节所述可变进气道机构，改变所述转子发动机的进气开始时刻或/和进气持续期。
进一步，所述可变进气道机构包括壳体、若干升降滑块、固定进气管和移动滑块；所述壳体安装在转子发动机的进气口，所述壳体内设有固定进气管，所述固定进气管底部固定横向滑槽，若干所述升降滑块穿入所述横向滑槽，所述横向滑槽上安装可移动滑块，通过滑块的移动，用于使若干所述升降滑块在壳体内升降。
进一步，任一所述升降滑块一端通过弹性复位装置与壳体内部连接，任一所述升降滑块另一端为弧面，所述弧面在升降滑块未运动时与燃烧室缸体型面吻合。
进一步，所述横向滑槽两端分别穿有所述升降滑块；所述横向滑槽沿固定进气管对称设有滑块，通过滑块移动，用于使所述横向滑槽两端的所述升降滑块同时或单独在壳体内升降。
进一步，所述转子经过任意所述升降滑块下端的弧面所对应的曲轴转角相同。
进一步，还包括密封条组和密封挡板组，所述横向滑槽与壳体通过密封条组密封；任一所述升降滑块两侧设有密封挡板组，所述密封挡板组边缘设有凸起部分，用于固定在壳体内壁；所述密封挡板组设有滑块移动空间和横向进气通道；所述横向滑槽穿入滑块移动空间；若干所述升降滑块穿入滑块移动空间，通过升降滑块使横向进气通道导通。
进一步，所述升降滑块内设有楔形面缺口，所述楔形面缺口与滑块楔形配合。
进一步，还包括传动系统，至少一个所述传动系统与滑块传动连接，使滑块移动。
进一步，还包括控制中心ECU和传感器，至少一个传感器用于检测节气门开度或用于检测发动机尾气中的碳烟颗粒的含量；所述控制中心ECU根据转子的节气门开度或发动机尾气中的碳烟颗粒的含量，用于控制可变进气道机构。
进一步，当一个传感器检测节气门开度小于设定值，所述控制中心ECU控制可变进气道机构改变转子发动机的进气持续期；当一个传感器检测节气门开度大于设定值，所述控制中心ECU控制可变进气道机构改变转子发动机的进气开始时刻和进气持续期；当一个传感器检测发动机尾气中的碳烟颗粒的含量大于设定值，所述控制中心ECU控制可变进气道机构改变转子发动机的进气开始时刻。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的可变进气道的转子发动机，滑块和楔形面的机械运动为基础，利用可变进气通道的开启与闭合能够为转子发动机不同的工况提供合适的进气开始时刻和进气持续期，使转子发动机任何工况下都能获得足够进气量。
2.本发明所述的可变进气道的转子发动机，通过传感器采集节气门开度信号和碳烟颗粒浓度反馈给ECU，进而通过自动执行机构调节转子发动机的进气开始时刻和进气持续期。这种自动系统的采用使本发明所设计的可变进气道可以实现快速而准确的调节。
3.本发明所述的可变进气道的转子发动机，通过横向滑槽可以限制升降滑块的下落位置，横向滑槽上表面铺设滑块运动的导轨，横向滑槽与壳体周边起密封作用，防止气体向上逸出。
4.本发明所述的可变进气道的转子发动机，升降滑块和密封挡板的下端面与发动机燃烧室缸体型面吻合，当升降滑块处于无运动状态时，不会造成缸体壁面的改变进而影响缸内流场。
附图说明
图1为本发明所述的可变进气道的转子发动机总装图。
图2为本发明所述的可变进气道机构的爆炸图。
图3为本发明所述的可变进气道机构的剖面图。
图4为本发明所述的可变进气道机构工作状态图，其中图4a、图4b、图4c、图4d和图4e为不同工况下可变进气道机构的状态。
图5为本发明所述的自动控制原理图。
图6为本发明所述的固定进气管结构图。
图7为本发明所述的滑块结构图。
图8为本发明所述的升降滑块结构图。
图9为本发明所述的密封挡板组结构图。
图中：
1-可变进气道机构；2-排气道；3-燃烧室缸体；4-标尺；5-左滑块拨动开关；6-缸体螺栓；7-前端盖板；8-后端盖板；9-左端盖板；10-右端盖板；11-上端盖板；12-盖板螺栓；13-密封条组；14-盖板凹槽；15-密封挡板组；16-边缘凸起部分；17-固定进气管；18-横向滑槽；19-第一左升降块；20-第二左升降块；21-第一右升降块；22-第二右升降块；23-左滑块；24-弧面；25-横向进气通道；26-节气门开度传感器；27-弹簧组；28-右滑块；29-第一左可变进气通道；30-第二左可变进气通道；31-第一右可变进气通道；32-第二右可变进气通道；33-导轨；34-楔形面；35-燃烧室缸体型面；36-第一控制电机；37-第二控制电机；38-第一齿轮；39-第二齿轮；40-第一齿条；41-第二齿条；42-滑块凹槽；43-ECU；44-右滑块拨动开关；45-碳烟颗粒传感器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图2所示，本发明所述的可变进气道的转子发动机，包括可变进气道机构1、排气道2和燃烧室缸体3，所述可变进气道机构1通过缸体螺栓6安装转子发动机的进气口，用于改变转子发动机的进气开始时刻或进气持续期，也可以同时改变进气开始时刻和进气持续期。
如图2和图3所示，所述可变进气道机构1包括壳体、若干升降滑块、固定进气管17、左滑块23和右滑块28；所述壳体包括前端盖板7、后端盖板8、左端盖板9、右端盖板10和上端盖板11；所述前端盖板7、后端盖板8、左端盖板9、右端盖板10和上端盖板11通过盖板螺栓12连接，形成封闭空间。所述左端盖板9和右端盖板10内表面设有卡槽。所述壳体安装在转子发动机的进气口。固定进气管17底部固定横向滑槽18，横向滑槽18两端分别安装在所述左端盖板9和右端盖板10内表面的卡槽内，所述固定进气管17顶部穿过上端盖板11与进气管连接。如图6所示，所述横向滑槽18上设有导轨33。所述横向滑槽18左端依次穿入第一左升降块19和第二左升降块20；所述横向滑槽18右端依次穿入第一右升降块21和第二右升降块22；所述横向滑槽18沿固定进气管17对称设有左滑块23和右滑块28，左滑块23和右滑块28底部设有与导轨33配合的滑块凹槽42，通过左滑块23移动，用于使第一左升降块19和第二左升降块20依次在壳体内升降。通过右滑块28移动，用于使第一右升降块21和第二右升降块22依次在壳体内升降。滑块和楔形面的机械运动为基础，利用可变进气通道的开启与闭合能够为转子发动机不同的工况提供合适的进气开始时刻和进气持续期，使转子发动机任何工况下都能获得足够进气量。
如图3和图8所示，任一所述升降滑块一端通过弹簧组27与上端盖板11连接，任一所述升降滑块另一端为弧面24，所述弧面24在升降滑块未运动时与燃烧室缸体型面35吻合。所述升降滑块内部设有缺口，所述缺口用于穿入横向滑槽18。所述缺口上表面为楔形面34，所述楔形面34缺口与左滑块23或右滑块28楔形配合。所述转子经过任意所述升降滑块另一端的弧面24的对应的曲轴转角相同。
如图2和图9所示，为了保证转子发动机工作时的密封性能，本发明还包括密封条组13和密封挡板组15，前端盖板7和后端盖板8与横向滑槽18之间通过密封条组13结合实现密封作用，阻碍气体溢出。任一所述升降滑块两侧设有密封挡板组15，所述密封挡板组15边缘设有凸起部分16，密封挡板组15通过边缘凸起部分16和前端盖板7、后端盖板8上的凹槽14镶嵌实现固定。所述密封挡板组15设有滑块移动空间和横向进气通道25；所述横向滑槽18穿入滑块移动空间；若干所述升降滑块穿入滑块移动空间，通过升降滑块使横向进气通道25导通。密封挡板组15限制了横向板件18在竖直方向上的位置。密封挡板15保证了左右升降块组只能沿着垂直方向做直线运动。所述密封挡板组15上设有横向进气通道25，当升降滑块升起时，横向进气通道25开启；当升降滑块降落时，横向进气通道25关闭。例如：当第一左升降块19升起时，横向进气通道25开启，第一左升降块19落回原位时，第一左升降块19侧面将横向进气通道25封闭。
升降滑块和密封挡板组15的下端面与发动机燃烧室缸体型面35吻合，当升降滑块处于降落状态时，不会造成缸体壁面的改变进而影响缸内流场。例如：图3中，第一左升降块19下方弧面24的形状和燃烧室缸体型面35完全吻合，第一左升降块19下方弧面24处于降落状态时，弧面24和燃烧室缸体型面35构成一个光滑的曲面。
如图5和图7所示，所述左滑块23和右滑块28分别设有左滑块拨动开关5和右滑块拨动开关44，用于使左滑块23或右滑块28移动。所述左滑块拨动开关5在前端盖板7的滑槽中移动，所述右滑块拨动开关在后端盖板8上的滑槽中移动，所述前端盖板7和后端盖板8上设有标尺4，用于显示左滑块23或右滑块28移动距离。左滑块拨动开关5和右滑块拨动开关44可以手动操作，也可以自动操作。至少一个传动系统与左滑块拨动开关5和右滑块拨动开关44传动连接，使左滑块23或/和右滑块28移动。所述传动系统包括第一控制电机36、第二控制电机37、第一齿轮38、第二齿轮39、第一齿条40和第二齿条41；所述第一齿轮38与第一齿条40啮合，所述第二齿轮39与第二齿条41啮合，所述第一控制电机36与第一齿轮38传动连接，所述第二控制电机37与第二齿轮39传动连接。所述第一齿条40与右滑块28连接，所述第二齿条41与左滑块23连接。
还包括控制中心ECU43和传感器，至少一个传感器用于检测节气门开度或用于检测发动机尾气中的碳烟颗粒的含量；所述控制中心ECU43根据节气门开度或发动机尾气中的碳烟颗粒的含量，用于控制可变进气道机构1。当一个传感器检测节气门开度小于设定值，所述控制中心ECU43控制可变进气道机构1改变转子发动机的进气持续期；当一个传感器检测节气门开度大于设定值，所述控制中心ECU43控制可变进气道机构1改变转子发动机的进气开始时刻和进气持续期；当一个传感器检测发动机尾气中的碳烟颗粒的含量大于设定值，所述控制中心ECU43控制可变进气道机构1改变转子发动机的进气开始时刻。
工作原理：
本发明可实现三个功能
1.进气开始时刻不变，进气持续期改变；
当节气门开度传感器26检测出转子发动机节气门开度小于50％时，随着节气门开度增加，为了提高发动机的充量系数，需要延长进气持续期，具体为：如图4a→4b所示，当控制中心ECU43接收到节气门开度信号时，通过第二控制电机37控制第二齿轮39作顺时针转动，利用第二齿条41带动左滑块23向左运动，左滑块23将第一左升降块19顶起，第一左可变进气通道29打开，实现进气持续期的延长。可以根据需要继续控制左滑块23向左运动，从而继续顶起第二左升降块20，打开第二左可变进气通道30。
2.进气开始时刻改变，进气持续期改变
转子发动机节气门开度大于50％时，随着节气门开度的增加，为了提高发动机的充量系数，需要同时将进气相位提前并且延长进气持续期，具体为：如图4d→4e所示，当控制中心ECU43接收到节气门开度信号时，通过第二控制电机37控制第二齿轮39作顺时针转动，利用第二齿条41带动左滑块23向左运动，左滑块23将第一左升降块19顶起，第一左可变进气通道29打开，实现进气持续期的延长。通过第一电机36控制第一齿轮38作逆时针转动，第一齿条40运动带动右滑块28向右运动将第一右升降块21顶起，第一右可变进气通道31打开，实现进气开始时刻提前。可以根据需要继续控制左滑块23向左运动和右滑块28向右运动。
3.进气开始时刻改变，进气持续期不变
当转子发动机排放的废气中碳烟颗粒排放量大于4.5mg/km时，需要提高残余废气系数和排气再循环率EGR，通过把更多的废气再重新掺入发动机下一循环的新鲜混合气中，使废气中含有的碳烟颗粒再进行燃烧来降低碳烟颗粒的排放，此时需要将进气开始时刻提前而进气持续期不变。具体为：如图4b→4c所示，当检测出碳烟颗粒排放量大于4.5mg/km时，通过第二控制电机37控制第二齿轮39作逆针转动，利用第二齿条41带动左滑块23向右运动，第一左升降块19复位，第一左可变进气通道29关闭。通过第一电机36控制第一齿轮38作逆时针转动，第一齿条40运动带动右滑块28向右运动将第一右升降块21顶起，第一右可变进气通道31打开，实现进气开始时刻提前，进气持续期不变。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可变进气道的转子发动机，其特征在于，包括可变进气道机构(1)，所述可变进气道机构(1)与转子发动机的进气口相通，通过调节所述可变进气道机构，改变所述转子发动机的进气开始时刻或/和进气持续期。
2.根据权利要求1所述的可变进气道的转子发动机，其特征在于，所述可变进气道机构(1)包括壳体、若干升降滑块、固定进气管(17)和滑块(23、28)；所述壳体安装在转子发动机的进气口，所述壳体内设有固定进气管(17)，所述固定进气管(17)底部固定横向滑槽(18)，若干所述升降滑块安装在所述横向滑槽(18)上，所述横向滑槽(18)上安装可移动滑块(23、28)，通过滑块(23、28)的移动，用于使若干所述升降滑块在壳体内升降。
3.根据权利要求2所述的可变进气道的转子发动机，其特征在于，任一所述升降滑块一端通过弹性复位装置与壳体内部连接，任一所述升降滑块另一端为弧面(24)，所述弧面(24)在升降滑块未运动时与燃烧室缸体型面(35)吻合。
4.根据权利要求2所述的可变进气道的转子发动机，其特征在于，所述横向滑槽(18)两端分别安装所述升降滑块；所述横向滑槽(18)沿固定进气管(17)对称设有滑块(23、28)，通过滑块(23、28)移动，用于使所述横向滑槽(18)两端的所述升降滑块同时或单独在壳体内升降。
5.根据权利要求3所述的可变进气道的转子发动机，其特征在于，转子经过任意所述升降滑块下端的弧面(24)所对应的曲轴转角相同。
6.根据权利要求2-5任一项所述的可变进气道的转子发动机，其特征在于，还包括密封条组(13)和密封挡板组(15)，所述横向滑槽(18)与壳体通过密封条组(13)密封；任一所述升降滑块两侧设有密封挡板组(15)，所述密封挡板组(15)边缘设有凸起部分(16)，用于固定在壳体内壁；所述密封挡板组(15)设有滑块移动空间和横向进气通道(25)；所述横向滑槽(18)穿入滑块移动空间；若干所述升降滑块穿入滑块移动空间，通过升降滑块使横向进气通道(25)导通。
7.根据权利要求2-5任一项所述的可变进气道的转子发动机，其特征在于，所述升降滑块内设有楔形面(34)缺口，所述楔形面(34)缺口与滑块(23、28)楔形配合。
8.根据权利要求2-5任一项所述的可变进气道的转子发动机，其特征在于，还包括传动系统，至少一个所述传动系统与滑块(23、28)传动连接，使滑块(23、28)移动。
9.根据权利要求1所述的可变进气道的转子发动机，其特征在于，还包括控制中心ECU(43)和传感器，至少一个传感器用于检测节气门开度或用于检测发动机尾气中的碳烟颗粒的含量；所述控制中心ECU(43)根据转子的节气门开度或发动机尾气中的碳烟颗粒的含量，用于控制可变进气道机构(1)。
10.根据权利要求9所述的可变进气道的转子发动机，其特征在于，当一个传感器检测节气门开度小于设定值，所述控制中心ECU(43)控制可变进气道机构(1)改变转子发动机的进气持续期；当一个传感器检测节气门开度大于设定值，所述控制中心ECU(43)控制可变进气道机构(1)改变转子发动机的进气开始时刻和进气持续期；当一个传感器检测发动机尾气中的碳烟颗粒的含量大于设定值，所述控制中心ECU(43)控制可变进气道机构(1)改变转子发动机的进气开始时刻。
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