CN110939508A - 一种活塞转子式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞转子式发动机，包括定子、转子、限位轮组、挡块、活塞、火花塞、输出轴、第一端盖和第二端盖；该发动机采用活塞和转子相结合的方式实现发动机的工作，为发动机的设计提供了一种新的思路；与三角转子发动机相比，可以有效减小三角转子在点火做功时的阻力臂，提供发动机的效率；与往复运动式发动机相比，该发动机不需要通过曲柄滑块机构将活塞的直线运动转化为转子旋转运动，而是转子的旋转运动直接转化为输出轴的旋转运动，消除了无用的直线运动，减小了进气、压缩及排气的功率损失。

Description

一种活塞转子式发动机

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体是一种活塞转子式发动机。

背景技术

目前常见的发动机主要为传统往复式发动机和转子发动机，传统往复式发动机通过活塞-连杆-曲轴的方式将动能输出，但在动能传递过程中曲轴的运动会损失了一部分能量，这使得传统往复式发动机动能传递效率较低；转子发动机主要通过三角形转子的偏心运动实现了吸气、压缩、做功和排气，但是三角形转子在点火做功时存在较大的阻力臂，降低了转子发动机的效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种活塞转子式发动机。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种活塞转子式发动机，其特征在于，该发动机包括定子、转子、限位轮组、挡块、活塞、火花塞、输出轴、第一端盖和第二端盖；

所述转子位于定子内，转子相对于定子转动；限位轮组位于转子内，与转子之间无相互作用力；定子、转子和限位轮组的所有限位轮同轴心；输出轴的一端与定子的第三凸起固连；第一端盖穿过定子的第三凸起与定子的一端固连，定子的另一端固定有第二端盖；第一端盖和第二端盖分别与限位轮组的两端固连；

所述定子的内壁沿轴向设有N排凹槽组，N为正整数；每排凹槽组的结构相同，均包括至少一个设在定子周向的凹槽，使定子沿轴向形成数量与每排凹槽组的凹槽数量一致的第一凸起，第一凸起与转子的外壁接触且无相互作用力；每个凹槽内沿转子的旋转方向依次设有火花塞、可伸缩的挡块和排气口；每个第一凸起沿定子轴向分别设有数量与凹槽组排数相同的且位置分别与每排凹槽组对应的进气口和喷油口，喷油口靠近火花塞；

所述限位轮组包括N+1个同轴心重叠固定在一起的限位轮，N为凹槽组的排数；每个限位轮的两个端面上均开有梅花形凹槽，相邻两个限位轮相应的两个端面上的梅花形凹槽共同构成一个T型槽；梅花形凹槽的轮廓与定子的内轮廓形状相似，使限位轮的两个端面上分别形成与第一凸起数量相同的第二凸起，每个第二凸起位于定子各自凹槽的中间；每个第二凸起沿转子的旋转方向从下止点至上止点之间的压力角小于30°；

所述转子的周向上设有排数与凹槽组排数相适应的缸筒组，每排缸筒组包括多个缸筒，每个缸筒内可滑动地安装有活塞；活塞的一端设有可伸缩的活塞杆，活塞杆的一端与定子的内壁接触；活塞运动到第二凸起的上止点时，火花塞位于定子内壁、活塞和缸筒形成的空间内，同时活塞杆与挡块接触；活塞的另一端焊接有短轴，短轴位于相应的T型槽内并能够沿T型槽滑动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明采用活塞和转子相结合的方式实现发动机的工作，为发动机的设计提供了一种新的思路；混合气体在定子的内壁、活塞、缸筒围合形成的空间内压缩完成点火；与三角转子发动机相比，可以有效减小三角转子在点火做功时的阻力臂，提供发动机的效率；与往复运动式发动机相比，该发动机不需要通过曲柄滑块机构将活塞的直线运动转化为转子旋转运动，而是转子的旋转运动直接转化为输出轴的旋转运动，消除了无用的直线运动，减小了进气、压缩及排气的功率损失。

2)在火花塞点火的时候，挡块对活塞杆起到阻挡作用，使混合气体达到所要求的压缩比，保证发动机产生足够大的动能。

3)本发明在定子上设有多排凹槽组，每排凹槽组设有多个凹槽，每个凹槽与转子的外壁共同形成发动机的多个工作室，转子上设有多个活塞，每个活塞经过相应的工作室时都完成一个工作循环，提高了发动机的工作效率。

4)与往复运动式发动机相比，本发动机不需要曲柄滑块机构实现活塞的往复运动，平顺性更好，震动更小。

5)本发动机没有凸轮轴、阀门、曲轴等部件，不需要单独的配气机构，相对于往复运动式发动机活动部件较少，结构简单。

附图说明

图1是本发明的整体结构的纵向截面图；

图2是本发明的整体结构沿轴线的剖视图；

图3是本发明的整体结构示意图；

图4是本发明的进气过程的状态示意图；

图5是本发明的压缩过程的状态示意图；

图6是本发明的做功过程的状态示意图；

图7是本发明的排气过程的状态示意图；

图中：1、定子；2、转子；3、限位轮；4、挡块；5、活塞；6、活塞杆；7、进气口；8、火花塞；9、排气口；10、输出轴；11、第一端盖；12、第二端盖；13、第一弹簧；14、第三凸起；15、凹槽；16、第一凸起；17、第二凸起；18、滚子；19、限位孔；20、第二弹簧；21、梅花形凹槽；22、喷油口；23、短轴。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种活塞转子式发动机(简称发动机，参见图1-7)，包括定子1、转子2、限位轮组、挡块4、活塞5、火花塞8、输出轴10、第一端盖11和第二端盖12；

所述定子1和转子均为中空结构，定子1的内壁和转子2的外壁均呈圆形；转子2位于定子1内，转子2相对于定子1转动；限位轮组位于转子2内，与转子2之间无相互作用力；定子1、转子2和限位轮组的所有限位轮同轴心；输出轴10的一端与定子1的第三凸起14固连，另一端用于输出动力；第一端盖11穿过定子1的第三凸起14与定子1的一端固连，定子1的另一端固定有第二端盖12，第二端盖12固定在外部机架上；第一端盖11和第二端盖12分别与限位轮组的两个端面固连，保证发动机的密封性；

所述定子1的内壁沿轴向设有N排(本实施例为两排)凹槽组，N为正整数；每排凹槽组的结构相同，均包括至少一个(本实施例为四个)设在定子1周向的凹槽15，使定子1沿轴向形成数量与每排凹槽组的凹槽数量一致的第一凸起16，第一凸起16与转子2的外壁接触且无相互作用力；凹槽15与转子2的外壁形成的空间为发动机的工作室；每个凹槽15内分别沿转子2的旋转方向依次设有火花塞8、可伸缩的挡块4和排气口9，火花塞8靠近凹槽15的端部，火花塞8用于点燃混合气体；挡块4靠近火花塞8，挡块4的一端嵌在定子1内，另一端裸露在定子1外，挡块4用于阻挡活塞5，方便火花塞8的电火花点燃混合气体；在活塞5的挤压作用下，挡块4能够沿定子1的径向伸缩；排气口9靠近凹槽的末端，用于发动机做功结束排出废气；每个第一凸起16沿定子1轴向分别设有数量与凹槽组排数相同的且位置分别与凹槽组对应的进气口7和喷油口22，喷油口22靠近火花塞8；进气口7用于通入空气，喷油口22用于进油；

所述限位轮组包括N+1个(本实施例为四个)同轴心重叠固定在一起的限位轮3，N为凹槽组的排数；每个限位轮3的两个端面上均开有梅花形凹槽21，相邻两个限位轮3相应的两个端面上的梅花形凹槽21共同构成一个T型槽，T型槽对活塞5进行限位；梅花形凹槽21的轮廓与定子1的内轮廓形状相似，使限位轮3的两个端面上分别形成与第一凸起16数量相同的第二凸起17，每个第二凸起17位于定子各自凹槽的中间；每个第二凸起17沿转子2的旋转方向从下止点至上止点之间的压力角小于30°，防止活塞5自锁；下止点为第二凸起17轮廓的最低点，发动机进气结束开始压缩混合气体的位置；上止点为第二凸起17轮廓的最高点，混合气体压缩结束火花塞点火的位置；

所述转子2的周向上设有排数与定子1的凹槽组排数相同的缸筒组，每排缸筒组包括多个(本实施例为7个)缸筒，每个缸筒内可滑动地安装有活塞5；活塞5的一端设置有伸缩的活塞杆6，活塞杆6的一端与定子1的内壁接触；活塞5的另一端固定有短轴23，短轴23位于相应的T型槽内并沿T型槽滑动；活塞5运动到第二凸起17的上止点时，火花塞8位于定子1内壁、活塞5和缸筒围合形成的空间内，活塞杆6恰好与挡块4接触，此时火花塞8点火；定子1的内壁、转子2的缸筒和活塞共同形成封闭空间，用于发动机完成进气、压缩、做功和排气四个过程。

当每排凹槽组包含多个凹槽15时，多个凹槽15绕定子1的轴线均匀排布。

活塞5上部的限位孔19内设有第一弹簧13，第一弹簧13的一端与活塞5固连，另一端与活塞杆6固连，第一弹簧13始终处于压缩状态，。

所述短轴的两端分别通过轴承设有两个滚子18，两个滚子18位于相应的T型槽内，并在T型槽内滚动。

所述挡块4与定子1之间设有用于实现挡块4伸缩的第二弹簧20，第二弹簧20的一端与挡块4固连，另一端与定子1固连，初始位置时第二弹簧20处于自然状态。

所述活塞5呈方形。

所述定子1的内壁和转子2的外壁均呈圆形。

所述凹槽15呈弧形。

所述梅花凹槽21呈环形。

每排缸筒组的多个缸筒绕转子2的轴线均匀排布在转子上。

本发明的工作原理和工作流程是：

发动机在输出动力之前，输出轴10先与外部电机连接，外部电机带动转子2转动；转子2带动活塞一起转动，使短轴沿着T型槽滑动，实现活塞在缸筒内的来回移动，使定子1的内壁、转子2的缸筒和活塞共同形成的封闭空间的容积发生变化，发动机完成进气、压缩、做功和排气四个过程；以活塞的一个工作循环为例进行说明，一个工作循环包括进气、压缩、做功和排气四个过程；

进气过程：当转子2上的缸筒旋转到恰好被定子1的第一凸起16完全封闭，定子1的内壁、转子2的缸筒和活塞共同形成封闭空间，此时进气口7位于封闭空间区域内，活塞5远离定子1的一端靠近第二凸起17的下止点；随着转子2转动，活塞朝向限位轮3中心的方向移动，封闭空间的容积增大形成负压，空气从进气口7进入封闭空间内；当封闭空间经过喷油口22时，外部喷油嘴向喷油口内22喷汽油；当活塞运动到第二凸起17的下止点，进气过程结束，进入压缩过程，此时封闭空间内装满空气和汽油组成的混合气体；

压缩过程：随着转子2继续旋转，活塞超背离限位轮3中心的方向移动，封闭空间的容积减小，混合气体被压缩；当活塞运动到第二凸起17的上止点，火花塞8位于定子1内壁、活塞5、活塞杆6围合形成的空间内，活塞杆6恰好与挡块4接触，压缩过程结束，进入做功过程；

做功过程：压缩过程结束，封闭空间内混合气体达到一定的压缩比，火花塞的电火花点燃混合气体，混合气体爆炸产生动能推动活塞沿转子2的旋转方向转动，脱离挡块4的阻挡，活塞带动转子2转动，完成做功过程，发动机将热能转换为机械能；

排气过程：当转子2继续转动经过排气口9时，开始排出废气；随后活塞朝向限位轮3中心的方向移动，当缸筒完全被定子1的第一凸起16封闭时，排气过程结束，发动机进入下一个工作循环。

每个活塞都重复上述工作循环，当有活塞运动到火花塞8的位置，火花塞8才点火。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种活塞转子式发动机，其特征在于，该发动机包括定子、转子、限位轮组、挡块、活塞、火花塞、输出轴、第一端盖和第二端盖；

所述转子位于定子内，转子相对于定子转动；限位轮组位于转子内，与转子之间无相互作用力；定子、转子和限位轮组的所有限位轮同轴心；输出轴的一端与定子的第三凸起固连；第一端盖穿过定子的第三凸起与定子的一端固连，定子的另一端固定有第二端盖；第一端盖和第二端盖分别与限位轮组的两端固连；

所述定子的内壁沿轴向设有N排凹槽组，N为正整数；每排凹槽组的结构相同，均包括至少一个设在定子周向的凹槽，使定子沿轴向形成数量与每排凹槽组的凹槽数量一致的第一凸起，第一凸起与转子的外壁接触且无相互作用力；每个凹槽内沿转子的旋转方向依次设有火花塞、可伸缩的挡块和排气口；每个第一凸起沿定子轴向分别设有数量与凹槽组排数相同的且位置分别与每排凹槽组对应的进气口和喷油口，喷油口靠近火花塞；

所述限位轮组包括N+1个同轴心重叠固定在一起的限位轮，N为凹槽组的排数；每个限位轮的两个端面上均开有梅花形凹槽，相邻两个限位轮相应的两个端面上的梅花形凹槽共同构成一个T型槽；梅花形凹槽的轮廓与定子的内轮廓形状相似，使限位轮的两个端面上分别形成与第一凸起数量相同的第二凸起，每个第二凸起位于定子各自凹槽的中间；每个第二凸起沿转子的旋转方向从下止点至上止点之间的压力角小于30°；

所述转子的周向上设有排数与凹槽组排数相适应的缸筒组，每排缸筒组包括多个缸筒，每个缸筒内可滑动地安装有活塞；活塞的一端设有可伸缩的活塞杆，活塞杆的一端与定子的内壁接触；活塞运动到第二凸起的上止点时，火花塞位于定子内壁、活塞和缸筒形成的空间内，同时活塞杆与挡块接触；活塞的另一端焊接有短轴，短轴位于相应的T型槽内并能够沿T型槽滑动。

2.根据权利要求1所述的活塞转子式发动机，其特征在于，所述活塞上部的限位孔内设有第一弹簧；第一弹簧的一端与活塞固连，另一端与活塞杆固连，第一弹簧始终处于压缩状态。

3.根据权利要求1所述的活塞转子式发动机，其特征在于，所述短轴的两端分别可转动地设有滚子，滚子位于相应的T型槽内并能够在T型槽内滚动。

4.根据权利要求1所述的活塞转子式发动机，其特征在于，所述挡块与定子之间设有第二弹簧，第二弹簧的一端与挡块固连，另一端与定子固连。

5.根据权利要求1所述的活塞转子式发动机，其特征在于，所述定子的内壁和转子的外壁均呈圆形。

6.根据权利要求1所述的活塞转子式发动机，其特征在于，所述活塞呈方形。

7.根据权利要求1所述的活塞转子式发动机，其特征在于，所述凹槽呈弧形。

8.根据权利要求1所述的活塞转子式发动机，其特征在于，所述梅花凹槽呈环形。

9.根据权利要求1所述的活塞转子式发动机，其特征在于，所述凹槽组的排数为两排，每排凹槽组包含四个绕定子轴线均匀排布的凹槽。

10.根据权利要求1所述的活塞转子式发动机，其特征在于，每排缸筒组地多个缸筒绕转子的轴线均匀排布在转子上，每排缸筒组包含七个绕转子轴线均匀排布的缸筒。

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