CN1113998A - 双腔片叶轴旋转子内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双腔片叶轴旋转子内燃发动 机。有装于机壳上的轴旋转子，其特征是机壳内有配 气腔、作功腔，分别与配气腔、作功腔相通的旋转气 阀，配气腔、作功腔的内轮廓线分别由半径为γ、圆心 角α1＞180°的圆弧R1、半径为R、圆心角 α2＞90°且一端与圆弧R1相切的圆弧R2和两端 分别与R1、R2圆滑连接的曲线段R3组成，R＞γ， 在配气腔和作功腔的轴旋转子上分别有径向滑动的 至少两片片叶。能量转换率高，输出扭矩大，省油率 显著。

Description

本发明涉及的是一种内燃发动机，特别涉及的是一种四冲程双腔片叶轴旋转子内燃发动机。

目前国内外常见的往复活塞内燃发动机，必须要曲柄连杆机构将气缸活塞的直线往复运动变换为曲轴的旋转运动，由于部件往复质量惯性作用，不利高速运行，单缸输出功率小、扭矩小、结构复杂、零部件多，制造成本较高。50年代末德国工程师干·汪克尔研制的三角活塞转子发动机（见机械工业出版社一九九二年六月出版的汽车百科全书上册第二篇17、3、1第341页）尚存在低速动力性和燃料经济性较差的缺点。而德国人尤根·库尔滋发明的转子发动机其活塞以变角速度旋转，因而产生惯性力，对其齿轮、连杆、滑动件材质要求高等不足尚未大规模采用。上述三种内燃发动机其作功推力均小于1。

公开号为CN  1051071A的“转子发动机”和公告号为CN  2113349U“叶片式转子发动机”中所公布的转子发动机作功间隔均为90°，其爆发作功转角约为100°左右，推力作用时间短，点火工频高，最大燃爆时作用矩半径较小，由于必须在转子上设置凹形燃烧室，致使排气不够充分。

鉴于以上原因，本发明的目的是为了提供一种结构较简单，成本更低、能量转换率高、省燃油的双腔片叶轴旋转子内燃发动机。

本发明中有机壳，装在机壳上的轴旋转子，其特征是机壳内设有含进气口、送气口的配气腔，含进气口、排气口的作功腔，分别与配气腔、作功腔相通的旋转气阀，配气腔、作功腔的内轮廓线分别由半径为γ、圆心角α1＞180°的圆弧 和半径为R、圆心角α2＞90°的且一端与圆弧

相切的圆弧

和两端分别与圆弧

圆滑连接的曲线段R3组成，R＞γ，曲线段R3所对圆心角α3+α1+α2＝360°，在轴旋转子上位于配气腔、作功腔的相对应位置上分别有沿轴旋转子径向滑动的至少两片片叶，本发明中还有含装于机壳上位于作功腔的燃烧室相应位置上的火花塞的无触点电子点火系统（参见图1、图2、图3），工作时，作功腔和配气腔中装在轴旋转子上的滑动片叶。在离心力作用下，沿作功腔或配气腔中内轮廓线径向滑移即可在旋转中产生变容，配气腔完成进气、压缩过程，作功腔完成作功、排气过程，圆弧

也可采用等矩螺旋线，增大矩半径。

上述的机壳上位于作功腔和配气腔间有合与配气腔相通的进气通道的中隔腔，旋转气阀可与中隔腔上的进气通道相通（参见图1），增大接触面积，增加刚度和使用寿命。

上述的曲线段R3为渐开线段（参见图2、图3），也可为抛物线段或其它曲线段。

上述的圆弧 和曲线段R3所对的圆心角：α1＝188°，α2＝138°，α3＝34°（参见图3），有利于作功。

上述的作功腔内壁上有和排气口相通的排气连通槽，其连通槽的弧长从作功腔最小区域起反时针方向所对圆心角α4不大于160°（参见图2、图12～图14），可为120°～160°间，当作功腔内的爆发燃气推动片叶轴旋转子打开排气连通槽后，膨胀后的气体在余压下经过连通槽溢入大气中，在较小背压下将废气干净排入大气中。

上述的旋转气阀中有空腔，在空腔体上对称有送气口，对称送气口所对圆心角α5+α6之和为40～70°，旋转气阀与轴旋转子角速度相等，在作功腔上有与送气口相通的进气连通槽（参见图7、图8），旋转气阀上两道对称送气口所占圆心角之和等于片叶在作功腔内转过进气口形成燃烧室的角度，当旋转气阀的送气口转至作功腔进气口和进气连通槽打开时，混合气被压缩进燃烧室，产生双向进气，进而减少进气阻力，省去了已有的往复式活塞机上的配气机构的许多往复部件及制造复杂的凸轮轴，简化了机构，当旋转气阀关闭，作功腔内火花塞点火，爆发燃气推动片叶轴旋转子旋转作功，其推力沿圆的切线方向，永远垂直于圆心。

上述的轴旋转子由同轴心的前轴头、中间轴颈、后轴头组成，采用联接件紧固为三支点旋转体（参见图4），有利于整个轴旋转子的结构刚性、加工工艺性，旋转作用力分布均匀，提高工作可靠性，使用寿命长。

上述的位于配气腔、作功腔中的轴旋转子上的径向片叶分别为两片（参见图2、图10～图14）。

上述的无触点电子点火系统中还有与旋转气阀同时转动的点火信号盘、离心提前点火装置，在点火信号盘周边180°对称开有两条信号槽，空心支架一端可沿点火信号盘圆周移动，与空心支架另一端成一体的空心轴装在固定支架上且与点火信号盘同心，传感头装于空心支架位于信号盘一端上，在空心轴另一端装有真空提前点火装置，接于传感头上的导线经空心支架和空心轴上的空腔中引出机壳外与电子点火元件连接（参见图14、图15），空心支架和空心轴由市售的真空提前点火装置带动沿点火信号盘的周边移动与市售的离心提前点火装置一起实现提前点火，使本发明发动机处于最佳点火时刻，整机只用一只火花塞，不设置现有技术所使用的分电器，从而简化了点火系统结构，提高了可靠性和省油率。

本发明工作时，配气腔中的片叶在配气腔中产生变容，吸入工作混合气，当对称面的片叶在下一个吸气过程开始时压缩已吸入的混合气，被压缩的混合气经送气口进入中隔腔的进气通道至旋转气阀空腔中，经旋转气阀的开闭通过作功腔的进气口进入或停止进入作功腔，当配气腔内的片叶压缩至打开送气口（压缩终了）时，旋转气阀即关闭，混合气不再进入作功腔完成进气和压缩过程，当旋转气阀关闭，火花塞点火，爆发燃气推动片叶轴旋转子旋转作功，其推力沿圆的切线方向，永远垂直于圆心。轴旋转子作功后片叶继续转动，排气口打开，废气通过排气口排出机壳外。从此可看出，配气腔产生进气、压缩过程，作功腔产生作功、排气过程，故而本发明相当于四冲程活塞内燃发动机。

与已有的内燃发动机相比，本发明具有如下优点：

1，已有技术中汪克尔三角转子活塞发动机，作功推力至2/3有效行程时，其活塞将产生1/3左右的与活塞旋转方向相反的推力面，阻碍活塞旋转，消耗了有用功，也是怠速不稳定因素之一;库尔兹转子发动机承受反作用推力活塞是消耗爆发作功力本身而产生的运动迭加，其活塞以变角速旋转，因而产生惯性力，对其齿轮、曲柄、连杆、滑动件将提出特殊要求，与往复活塞内燃发动机受到同样限制。

公开号为CN  1051071A的“转子发动机”和公告号为C2113349U的“叶片式转子发动机”的共性为单腔，作功间隔为90°，爆发作功转角为100°左右，推动作用时间短，相等的爆发力，获得的冲量小，该二种方案都必须在转子上设置凹形燃烧室，因而最大燃爆时矩半径小，排气不够充分。

根据恒力作功定义：W＝FSCOSθ，往复活塞内燃发动机于最大爆发力产生的情形有：当θ＝0爆发推力与活塞运动方向一致，COSθ＝1，此时间矩臂为零，无功率输出;当θ＜90°时，W＝FSCOSθ;当θ＝180°，惯性力与活塞运动方向（曲轴转向）相反，COSθ＝-1，惯性力阻碍曲轴转动，消耗了有用功，且一周产生两次。

本发明设计的双腔片叶轴旋转子发动机，θ＝90°。Sinθ＝1，爆发推动力沿圆的切线方向，永远垂直于圆心。此外，推力作用时间长，至少占圆心角160°，能量转换率高，输出扭矩大，省油率显著;

2，结构简单、制造容易，成本低，体积小，重量轻;

3，排气过程长，背压小、燥音小、排气充分;

4，采用组合同轴旋转子，无往复质量（片叶除外），有利于高速度旋转;

5，使用范围广，可广泛用于工业、农业、交通、国防等领域。

下面结合附图详细说明本发明的实施例

图1为本发明结构示意图

图2为作功腔内片叶作功情况示意图

图3为作功腔、配气腔的内轮廓示意图

图4为轴旋转子组合结构示意图

图5为旋转气阀结构示意图

图6为图5的左视图

图7为旋转气阀处于开启状态与作功腔进气口相互位置图。

图8为旋转气阀处于关闭状态时与作功腔进气口位置示意图

图9为配气腔吸入工作混合气状态图

图10为配气腔进入下一个吸气过程状态图

图11为配气腔对称面片叶处于压缩终了时的状态图

图12为作功腔中火花塞燃爆发作功的状态图

图13为作功腔内旋转中对称面的片叶经180°又处于点火作功时的状态图

图14为作功腔内排气终了状态图

图15为无触点电子点火系统部分结构示意图

图16为图15的左视图

参见图1，机壳1中有经过联接件依次连接的前端盖2，含进气口3和排气口4的作功腔5，含进气通道6的中隔腔7，含进气口8和与中隔腔7上的进气通道6相通的送气口9的配气腔10，后端盖11。轴旋转子12伸入机壳1中并在其伸出机壳端上装有齿轮13。在作功腔5上装有与中隔腔上的进气通道6相通的旋转气阀14。旋转气阀14上装有与轴旋转子上的齿轮相啮合的齿数相等的时规齿轮15，故而旋转气阀的角速度与轴旋转子角速度相等。

图3是作功腔和配气腔的内轮廓线示意图。即在一直角座标系中，以坐标中心O为圆心，γ为半径在1、2、3象限作圆弧

，在Y轴上方以e为圆心、R为半径于Y轴下方与

相切作圆弧 于1、4象限，再以O为圆心，γ为半径作圆为基圆所作的渐开线段R3与 和

在1象限相连接，R＝9.5cm，γ＝8cm，e＝1.5cm，α1＝188°，α2＝138°，α3＝34°，

也可采用等距螺旋线。

参见图4，轴旋转子12中对应于中隔腔处的中轴颈16为分开结构，采用定心键17和螺栓连接。前轴头18、后轴头19采用螺栓20、21紧固于中轴颈16片叶槽开口端头。前轴头、中轴颈、后轴头同轴心而形成三支点旋转体。

参见图5、图6，旋转气阀14上有空腔22，有两道送气口23、24对称于阀壁上且与空腔22相通，两道送气口开上所对应的圆心角α5+α6之和为40～70°。旋转气阀的角速度与轴旋转子相等，两道送气口所占圆心角之和等于作功腔内片叶转过进气口形成燃烧室的角度。

参见图7、图8，在作功腔5内还有与进气口3相通的进气连通槽25、减小进气阻力、增大进气量。图7表示旋转气阀处于开启状态，被压缩的混合气经旋转气阀上的送气口和作功腔5上的进气口3和进气连通槽25双向进入燃烧室时的情况，图8表示旋转气阀处于关闭状态时的情况。

参见图2、图12-图14，在作功腔5内轴旋转子相应径向位置上有径向滑动片叶26，两径向滑动片叶26间装有径向弹簧27，在片叶的端头有斜面坡角28起到曲线过滤和削减离心力减弱片叶对腔壁压强的作用。在作功腔上设置有与排气口4相通的排气连通槽29。连通槽长度从最小区域起占圆心角α4为120～160°间。当爆发燃气推动片叶轴旋转子打开连通槽29后，膨胀过的气体在余压下经过连通槽溢入大气中。当作功腔中片叶转至如图2所示最小区域时在较小的背压下将废气干净排入大气中。图2表示旋转气阀关闭，燃烧室30形成，无触点电子点火系统31中火花塞32点火产生垂直于圆心的作功推力的情况。

参见图9～图11，配气腔10中也对称设置有装于轴旋转子上的两径向滑动片叶33，径向滑动片叶33的形状与作功腔中的径向滑动片叶26相同。

参见图2，图9～图19，在配气腔或作功腔中轴旋转子转动中，离心力的作用使片叶沿内轮廓线滑移变容。本发明中燃烧室容积形成的特征是作功腔内片叶在如图3所示的1象限内顺时针方向转过的角度所形成的空间，其压缩比值的大小取决于该空间与配气腔内片叶转过产生的进气容积之比为1∶4～26之间。本实施例中轴旋转子半径为6.5cm，作功腔、配气腔轴向厚为5cm，这样便得到矩半径为0.08M（平均值）、排量为1.5升的发动机，相当于一台四只气缸的往复活塞发动机。

图9-图14为本发明四冲程工作原理图。图中片叶用黑白加以区别，混合气用

表示，被压缩的混合气用 表示，膨胀后的气体用

表示，点火作功用

表示。

参见图9，配气腔10内的轴旋转子上的片叶33在旋转中，配气腔10内容积增大，从进气口8吸入工作混合气，图10，片叶旋转过180°后继续进行下一个吸气过程，图11表示配气腔内的片叶在吸气的同时压缩已吸入的工作混合气，对称面的片叶正处于压缩终了的位置。

参见图12，表示当作功腔5内的片叶26处于打开进气口后转过40～70°后燃烧室30形成时，旋转气阀14关闭，通过旋转气阀上的双向送气口23、24进入的压缩混合气被火花塞32点燃爆发作功。图13表示旋转中对称面的片叶26经180°又处于点火作功之时。图14表示当再次点火作功旋转的同时，片叶的下方将膨胀过的气体经排气口排出，其对称面的片叶正处于经过小区域排空。

参见图15、图16，无触点电子点火系统31中还有装在时规齿轮15上的点火信号盘34、市售的离心提前点火装置35，在点火信号盘34周边180°对称开有两条信号槽36，空心支架37一端可沿信号盘圆周移动，与空心支架37另一端成一体的空心轴38装在固定支架39上且与信号盘34同心。传感头40装于空心支架37一端上，在空心轴另一端装有市售真空提前点火装置41。两根导线一端接于传感头40上而另一端穿过空心支架和空心轴而与市售开关放大元件和点火线圈42连接。空心支架及空心轴由真空提前点火装置41带动沿信号盘的周边移动与离心提前点火装置35一起实现提前点火，使本发明所述发动机处于最佳点火时刻。

Claims (9)

1、双腔片叶轴旋转子内燃发动机，包括机壳(1)，装在机壳(1)上的轴旋转子(12)，其特征在于所述的机壳(1)上设置有含进气口(8)、送气口(9)的配气腔(10)，含进气口(3)、排气口(4)的作功腔(5)，分别与配气腔(10)、作功腔(5)相通的旋转气阀(14)，配气腔(10)、作功腔(5)的内轮廓线分别由半径为γ、圆心角α1＞180°的圆弧

和半径为R、圆心角α2＞90°的圆弧

和两端分别与圆弧

圆滑连接的曲线段R3组成，R＞γ，曲线段R3所对圆心角α3+α1+α2=360°，在轴旋转子(12)上位于配气腔(10)、作功腔(5)相应位置上分别有沿轴旋转子(12)径向滑动的至少两片径向片叶(33、26)，所述的发动机中设置了含装于机壳(1)上位于作功腔(5)的燃烧室(30)相应位置上的火花塞(32)的无触点电子点火系统(31)。

2、如权利要求1所述的双腔片叶轴旋转子内燃发动机，其特征在于所述的机壳（1）上位于作功腔（5）和配气腔（10）间有含进气通道（6）的中隔腔（7），旋转气阀（14）可与中隔腔（7）上的的进气通道（6）相通。

3、如权利要求1所述的双腔片叶轴旋转子内燃发动机，其特征在于所述的曲线段R3为渐开线段。

4、如权利要求1所述的双腔片叶轴旋转子内燃发动机，其特征在于所述的圆弧 和曲线段R3所对的圆心角α1＝188°，α2＝138°，α3＝34°。

5、如权利要求1所述的双腔片叶轴旋转子内燃发动机，其特征在于所述的作功腔（5）内壁上有和排气口（4）相通的排气连通槽（29），其排气连通槽（29）的弧长从作功腔（5）最小区域起反时针方向所对圆心角α4不大于160°。

6、如权利要求1所述的双腔片叶轴旋转子内燃发动机，其特征在于所述的旋转气阀（14）中有空腔（22），在空腔体上对称有送气口（23、24），对称送气口（23、24）所对圆心角α5+α6之和为40～70°，旋转气阀（14）和轴旋转子（12）角速度相等，在作功腔（5）上有与进气口（3）相通的进气连通槽（25）。

7、如权利要求1所述的双腔片叶轴旋转子内燃发动机，其特征在于所述的轴旋转子（12）由前轴头（18）、中轴颈（16）、后轴头（19）组成，采用联接件紧固为三支点旋转体。

8、如权利要求1所述的双腔片叶轴旋转子内燃发动机，其特征在于所述的位于配气腔（10）、作功腔（5）中的轴旋转子上的径向片叶（33、26）分别为两片。

9、如权利要求1所述的双腔片叶轴旋转子内燃发动机，其特征在于所述的无触点电子点火系统（31）中还有和旋转气阀（14）同时转动的点火信号盘（34）、离心提前点火装置（35），在点火信号盘（34）周边180°对称开有两条信号槽（36），空心支架（37）一端可沿点火信号盘（34）周边移动，与空心支架（37）另一端成一体的空心轴（38）装在固定支架（39）上且与点火信号盘（34）同心，传感头（40）装于空心支架（37）位于点火信号盘（34）一端上，在空心轴（38）另一端装有真空提前点火装置（41），接于传感头（40）上的导线经空心支架（37）和空心轴（38）上的空腔中引出机壳（1）外与电子点火元件连接。

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