CN111472881A - 一种旋转活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的旋转活塞发动机，采用正弦波状曲槽与波槽钉之间为滑动摩擦，使波槽活塞做往复的直线旋转运动，并同时带动活塞轴做往复的直线旋转运动，进一步利用轴向斜力结构，抵消活塞轴在轴线方向上的运动，使活塞轴仅做旋转运动，在波槽活塞做往复的直线旋转运动时，仅受到轴向的力，相较于现有旋转活塞发动机中，波槽活塞通过曲柄连杆机构驱动轴转动方案，本发明的方案在传动过程中，不存在曲柄连杆型旋转活塞发动机而存在的惯性力、激振力和倾覆力矩等，从传动原理上避免了传动装置的振动激励，从而有利于提高传动的效率。本发明旋转活塞发动机中的零件结构简单、工艺性好、生产成本低，彻底取消了结构复杂、加工制造困难的曲轴和连杆。

Description

一种旋转活塞发动机

技术领域

本发明涉及旋转活塞发动机技术领域，特别是涉及一种旋转活塞发动机。

背景技术

节能环保是旋转活塞发动机领域追求的发展方向，燃油对置活塞旋转活塞发动机以活塞受力面积、压缩冲程、压缩比系数和独特的进排气方式成为燃油波槽活塞旋转活塞发动机研究发展的方向。

目前常用的旋转活塞发动机(旋转活塞发动机)都由机体、曲柄连杆机构、配气机构、冷却系统、润滑系统、燃油系统和点火系统等组成，工作过程分吸气、压缩、燃烧做功、排气四个冲程。这类旋转活塞发动机的传动机构使用的都是曲柄连杆机构，通过连杆将活塞的动力传递给曲轴，并将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。

但是，现有的旋转活塞发动机是靠活塞的直线运动和连杆的平面运动来压迫驱使曲轴作旋转运动，从而造成各运动副之间存在着较大的摩擦，导致旋转活塞发动机传动效率低。这些现有曲轴连杆型旋转活塞发动机还有如下主要缺点：体积大；连杆、曲轴上的不平衡离心力较大，容易拉缸；冲击大，振动大；并由此引起较大的机械磨损，使旋转活塞发动机寿命缩短，结构复杂，加工、制造、装配等都比较困难。

发明内容

为了解决现有技术中，旋转活塞发动机体积大，且结构复杂，在加工、制造、装配方面难度较大的技术问题，本发明实施例提供了一种旋转活塞发动机。

具体技术方案如下：

为了进一步达到节能减排绿色环保的要求，需要旋转活塞发动机及输出机构整体具有高效率、轻量化、稳定可靠的性质，因此对现有的用于旋转活塞发动机总成结构进行改进，使得输出结构与旋转活塞发动机组合后结构简单紧凑，重量较轻，占用空间较小，且具有稳定的动力输出，适用于车辆及小型飞行器，本发明实施例提供了一种旋转活塞发动机，包括3-5个气缸组件、主输出轴；各所述气缸组件沿所述主输出轴的周向均匀分布；所述气缸组件与所述主输出轴通过齿轮传动；

所述气缸组件包括外壳、缸套、两个波槽活塞组件、点火组件、单向进气阀、排气孔；所述外壳套设在所述缸套的外侧；两个所述波槽活塞组件均设置在所述缸套内，两个所述波槽活塞组件与所述缸套组成单缸对冲二冲程结构；所述点火组件贯穿所述外壳、所述缸套，所述点火组件的工作端位于所述缸套内，且所述点火组件的工作端位于所述缸套轴向的中间位置；在所述外壳的内侧壁或所述缸套的外侧壁上开设有进气腔，所述进气腔连通所述缸套的内部，其连通部位位于所述缸套轴向的两端；所述单向进气阀设置在所述外壳上，且所述单向进气阀的出口位于所述进气腔内；在所述缸套的侧壁上开设有进气孔，所述进气孔连通所述进气腔和所述缸套的内部；所述排气孔贯穿所述外壳、所述缸套，所述排气孔连通所述缸套内部和所述外壳的外侧；当两个所述波槽活塞组件同时向外运动时，所述进气孔与所述排气孔依次打开；

所述波槽活塞组件包括轴向泄力结构、波槽活塞、活塞轴、至少两个波槽钉；

在所述波槽活塞的外侧壁上开设有N倍周期的正弦波状曲槽，其中，N≥2，且N为正整数，所述波槽钉设置在所述外壳上，且所述波槽钉依次贯穿所述外壳、所述缸套，所述波槽钉的一端位于所述正弦波状曲槽内，或者，

在所述缸套的内侧壁上开设有N倍周期的正弦波状曲槽，其中，N≥2，且 N为正整数；所述波槽钉贯穿所述波槽活塞的侧壁，且所述波槽钉的一端固定在所述波槽活塞的内侧壁上，另一端位于所述正弦波状曲槽内；

各所述波槽钉位于所述正弦波状曲槽内的一端处于同一虚拟圆上，过所述虚拟圆的中心且垂直于所述虚拟圆圆面的直线与所述波槽活塞的轴线共线；相邻的两个所述波槽钉之间的正弦波状曲槽为M倍周期的正弦波状曲槽；其中1 ≤M＜N，且M为正整数；

所述活塞轴与所述波槽活塞传动连接；所述轴向泄力结构设置在所述活塞轴上，所述轴向泄力结构用于消除所述活塞轴的轴向运动；

在所述活塞轴上设置有主动轮；在所述主输出轴上设置有从动轮，所述主动轮与所述从动轮啮合。

可选的，所述轴向泄力结构包括连接部、波槽活塞键、波槽活塞连接块、活动孔；所述活动孔开设在所述波槽活塞的端面上，所述波槽活塞连接块为柱状结构，在所述波槽活塞连接块的端面上开设棱柱状贯穿孔；所述波槽活塞连接块的外径与所述活动孔的孔径适配，所述波槽活塞连接块通过波槽活塞键固定在所述活动孔的开口处；所述连接部固定在所述活塞轴的一端，所述连接部外侧壁形状与所述棱柱状贯穿孔的形状适配，在所述连接部未与所述活塞轴连接的一端设置有限位部，所述限位部的尺寸大于所述棱柱状贯穿孔的尺寸，小于所述活动孔的孔径。

可选的，所述轴向泄力结构包括滑键槽、滑键；所述滑键槽开设在所述活塞轴的侧壁上，在所述主动轮的中心位置开设传动孔和键槽，所述滑键固定在所述传动孔的键槽上，所述滑键与所述滑键槽滑动连接。

可选的，还包括滚动轴承，所述滚动轴承设置在所述波槽钉的一端，且所述滚动轴承位于所述正弦波状曲槽内，所述滚动轴承可在所述正弦波状曲槽内沿槽壁滚动。

可选的，还包括内盖、外盖；所述内盖与所述外盖外形适配，在所述内盖与所述外盖之间存在空腔，位于所述旋转活塞发动机任一输出端的所述主动轮、所述从动轮均位于所述空腔内；所述主输出轴贯穿所述内盖、所述外盖；且所述主输出轴可相对所述内盖、所述外盖转动。

可选的，还包括多个油封圈；所述油封圈密封在所述波槽活塞的端部，所述油封圈用于封闭所述波槽活塞的侧壁与所述缸套的内侧壁之间的润滑油。

可选的，还包括控制系统，所述控制系统分别控制连接所述火花塞、所述喷油嘴。

可选的，所述控制系统包括控制器、发光二极管、隔光板、隔光板盖、光敏三极管；所述控制器连接所述光敏三极管，并接收所述光敏三极管的信号；所述光敏三极管插接在所述外盖上，所述发光二极管插接在所述隔光板盖上，所述光敏三极管与所述发光二极管相对设置，在所述光敏三极管与所述发光二极管之间设置有隔光板，所述隔光板中心位置开设有带键槽的通孔，所述主输出轴贯穿所述带键槽的通孔，且在所述主输出轴与所述隔光板的连接处设置有键、所述键卡接在所述键槽内，所述隔光板跟随所述主输出轴转动而转动；在所述隔光板的周向开设有相对的两个凹槽，当所述隔光板的凹槽位置位于所述发光二极管的安装位置时，所述光敏三极管接收到所述发光二极管发射的光信号；当所述隔光板的凹槽位置未位于所述发光二极管的安装位置时，所述光敏三极管接收不到所述发光二极管发射的光信号。

可选的，所述旋转活塞发动机包括三至五个所述气缸组件。

可选的，在所述波槽活塞的外侧壁上开设有两个周期的正弦波状曲槽。

本发明实施例提供的一种旋转活塞发动机，包括3-5个气缸组件、主输出轴；气缸组件环形阵列均匀布置在主输出轴的周向，致使在同等排量的旋转活塞发动机，本发明实施例的旋转活塞发动机体积较现有旋转活塞发动机减小 50％以上，当气缸组件中的波槽活塞受到气压推动时，波槽活塞在缸套内向外运动，此时，气缸组件中的波槽活塞外表面正弦波状曲槽在波槽钉限位作用下，波槽活塞的运动方式转换成向外的旋转运动；即利用波槽钉以及开设在波槽活塞外侧壁上的正弦波状曲槽，将波槽活塞的往复直线运动转变为往复的直线旋转运动，并带动活塞轴做往复的直线旋转运动——做功冲程中，在本发明实施例中设置了轴向泄力结构，轴向泄力结构设置在活塞轴上，其目的是为了抵消活塞轴在往复的直线旋转运动中的直线方向的运动，使活塞轴仅做旋转运动。活塞轴转动并进一步通过齿轮，将转动力传递至主输出轴，实现旋转活塞发动机的动力高速稳定输出。波槽活塞的外表面内的正弦波状曲槽可以根据实际设计需要选定，以获得最佳的动力学性能，提高旋转活塞发动机的能量转换效率。 3-5组气缸组件阵列分布均匀在主输出轴周向，进行1进气冲程、2压缩冲程、 3扫气阶段、4燃烧室压缩冲程、5气体燃烧做功冲程和6排气冲程，其中1-4， 2-5，3-6同时进行。任意相邻气缸组件工作进程对应于波槽活塞正弦波状曲槽的相位差为2π/缸套4总数，使得各气缸进程相互衔接，整体循环周期与自身循环周期一致，保证各输入转轴的动力输出互相叠加至稳态，实现高速输出。在动力传动中，主动轮与波槽活塞同步转动，主动轮与从动轮啮合，从动轮与主输出轴同步转动，保证旋转活塞发动机工作单缸无死点，传动平稳，且传动效率高。

本发明实施例采用正弦波状曲槽与波槽钉之间为滑动摩擦或者加入轴承做滚动摩擦，使波槽活塞做往复的直线旋转运动，并同时带动活塞轴做往复的直线旋转运动，进一步利用轴向泄力结构，抵消活塞轴在轴线方向上的运动，使活塞轴仅做旋转运动，在波槽活塞做往复的直线旋转运动时，仅受到轴向的力，不对缸套4产生压力，因此，相较于现有旋转活塞发动机中，波槽活塞通过曲柄连杆机构驱动轴转动方案，本发明的方案在传动过程中，不存在曲柄连杆型旋转活塞发动机而存在的惯性力、激振力和倾覆力矩等，从传动原理上避免了传动装置的振动激励，从而有利于提高传动的效率。本发明旋转活塞发动机中的零件结构简单、工艺性好、生产成本低，彻底取消了结构复杂、加工制造困难的曲轴和连杆。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种旋转活塞发动机的爆炸结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种旋转活塞发动机的结构示意图

图3为本发明实施例提供的一种轴向泄力结构的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种轴向泄力结构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种波槽活塞组件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种内燃机侧视图；

图7为本发明实施例提供的另一种波槽活塞组件结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种旋转活塞发动机的正视爆炸图；

图9为本发明实施例提供的一种波槽活塞组件的正视爆炸图；

图10为本发明实施例提供的一种波槽活塞组件装配示意图。

附图标记：

1气缸组件、2主输出轴、3外壳、4缸套、5波槽活塞组件、6点火组件、 7火花塞、8喷油嘴、9单向进气阀、10排气孔、11进气腔、12进气孔、13 波槽活塞、14活塞轴、15波槽钉、16主动轮、17从动轮、18连接部、19波槽活塞键、20波槽活塞连接块、21活动孔、22棱柱状贯穿孔、23限位部、24 滑键槽、25滑键、26传动孔、27正弦波状曲槽、28内盖、29外盖、30空腔、 31发光二极管、32隔光板、33隔光板盖、34光敏三极管、35凹槽。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。

实施例1

请参见图1-图10，本发明实施例提供了一种旋转活塞发动机，包括3-5 个气缸组件1、主输出轴2；各所述气缸组件1沿所述主输出轴2的周向均匀分布；所述气缸组件1与所述主输出轴2通过齿轮传动；

所述气缸组件1包括外壳3、缸套4、两个波槽活塞组件5、点火组件6、单向进气阀9、排气孔10；所述外壳3套设在所述缸套4的外侧；两个所述波槽活塞组件5均设置在所述缸套4内，两个所述波槽活塞组件5与所述缸套4 组成单缸对冲二冲程结构；所述点火组件6贯穿所述外壳3、所述缸套4，所述点火组件6的工作端位于所述缸套4内，且所述点火组件6的工作端位于所述缸套4轴向的中间位置；在所述外壳3的内侧壁或所述缸套4的外侧壁上开设有进气腔11，所述进气腔11连通所述缸套4的内部，其连通部位位于所述缸套4轴向的两端；所述单向进气阀9设置在所述外壳3上，且所述单向进气阀9的出口位于所述进气腔11内；在所述缸套4的侧壁上开设有进气孔12，所述进气孔12连通所述进气腔11和所述缸套4的内部；所述排气孔10贯穿所述外壳3、所述缸套4，所述排气孔10连通所述缸套4内部和所述外壳3的外侧；当两个所述波槽活塞组件5同时向外运动时，所述进气孔12与所述排气孔10依次打开；

所述波槽活塞组件5包括轴向泄力结构、波槽活塞13、活塞轴14、至少两个波槽钉15；

在所述波槽活塞13的外侧壁上开设有N倍周期的正弦波状曲槽27，其中， N≥2，且N为正整数，所述波槽钉15设置在所述外壳3上，且所述波槽钉15 依次贯穿所述外壳3、所述缸套4，所述波槽钉15的一端位于所述正弦波状曲槽27内，或者，在所述缸套4的内侧壁上N倍周期的正弦波状曲槽27，其中， N≥2，且N为正整数，所述波槽钉15贯穿所述波槽活塞13的侧壁，且所述波槽钉15的一端固定在所述波槽活塞13的内侧壁上，另一端位于所述正弦波状曲槽27内；

各所述波槽钉15位于所述正弦波状曲槽27内的一端处于同一虚拟圆上，过所述虚拟圆的中心且垂直于所述虚拟圆圆面的直线与所述波槽活塞13的轴线共线；相邻的两个所述波槽钉15之间的正弦波状曲槽为M倍周期的正弦波状曲槽；其中1≤M＜N，且M为正整数。

具体的，举例说明，当N为2时，即正弦波状曲槽27的周期为2，此时波槽钉15的数量为2，两个波槽钉之间的正弦波状曲槽为一个周期；当N为3 时，即正弦波状曲槽27的周期为3，此时波槽钉15的数量为2或3，两个波槽钉之间的正弦波状曲槽为一个周期或两个周期；当N为6时，即正弦波状曲槽27的周期为6，此时波槽钉15的数量为2-6个，两个波槽钉之间的正弦波状曲槽为1-5个周期。

所述活塞轴14与所述波槽活塞13传动连接；所述轴向泄力结构设置在所述活塞轴14上，所述轴向泄力结构用于消除所述活塞轴14的轴向运动；

在所述活塞轴14上设置有主动轮16；在所述主输出轴2上设置有从动轮 17，所述主动轮16与所述从动轮17啮合。

具体的，本发明实施例提供的一种旋转活塞发动机，包括3-5个气缸组件 1、主输出轴2；气缸组件1环形阵列均匀布置在主输出轴2的周向，致使在同等排量的旋转活塞发动机，本发明实施例的旋转活塞发动机体积较现有旋转活塞发动机减小50％以上，当气缸组件1中的波槽活塞13受到气压推动时，波槽活塞13在缸套4内向外运动，此时，气缸组件1中的波槽活塞13外表面正弦波状曲槽27在波槽钉15限位作用下，波槽活塞13的运动方式转换成向外的旋转运动；即利用波槽钉15以及开设在波槽活塞13外侧壁上的正弦波状曲槽 27，将波槽活塞13的往复直线运动转变为往复的直线旋转运动，并带动活塞轴14做往复的直线旋转运动——做功冲程中，在本发明实施例中设置了轴向泄力结构，轴向泄力结构设置在活塞轴14上，其目的是为了抵消活塞轴14在往复的直线旋转运动中的直线方向的运动，使活塞轴14仅做旋转运动。活塞轴14转动并进一步通过齿轮，将转动力传递至主输出轴2，实现旋转活塞发动机的动力高速稳定输出。波槽活塞13的外表面内的正弦波状曲槽27可以根据实际设计需要选定，以获得最佳的动力学性能，提高旋转活塞发动机的能量转换效率。3-5组气缸组件1阵列分布均匀在主输出轴2周向，依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，任意相邻气缸组件1工作进程对应于波槽活塞13正弦波状曲槽27的相位差为2π/缸套4总数，使得各气缸进程相互衔接，整体循环周期与自身循环周期一致，保证各输入转轴的动力输出互相叠加至稳态，实现高速输出。在动力传动中，主动轮16与波槽活塞13 同步转动，主动轮16与从动轮17啮合，从动轮17与主输出轴2同步转动，保证旋转活塞发动机工作单缸无死点，传动平稳，且传动效率高。

本发明实施例采用正弦波状曲槽27与波槽钉15之间为滑动摩擦，使波槽活塞13做往复的直线旋转运动，并同时带动活塞轴14做往复的直线旋转运动，进一步利用轴向斜力结构，抵消活塞轴14在轴线方向上的运动，使活塞轴14 仅做旋转运动，在波槽活塞13做往复的直线旋转运动时，仅受到轴向的力，不对缸套4产生压力，因此，相较于现有旋转活塞发动机中，波槽活塞13通过曲柄连杆机构驱动轴转动方案，本发明的方案在传动过程中，不存在曲柄连杆型旋转活塞发动机而存在的惯性力、激振力和倾覆力矩等，从传动原理上避免了传动装置的振动激励，从而有利于提高传动的效率。本发明旋转活塞发动机中的零件结构简单、工艺性好、生产成本低，彻底取消了结构复杂、加工制造困难的曲轴和连杆。

本发明实施例的工作过程如下，以3缸6活塞2冲程旋转活塞发动机为例：

控制系统总体控制三个缸的运动，其中第一个缸中两个波槽活塞13处于压缩极限位置，火花塞7准备点火时，第二个缸正在压缩喷油，第三个缸处于做功末期，三个缸分别通过齿轮传动主输出轴2；需要说明的是，控制系统采用现有的旋转活塞发动机的控制系统即可，本发明是实施例并未对控制系统以及其对应的控制方法进行改进；以下，以单缸二冲程的工作过程为例，进行详细说明；波槽活塞13在波槽钉15的限位作用下，在缸套4内做往复的直线旋转运动。

1进气阶段：两个波槽活塞13在缸套4内向中间运动，两个波槽活塞13 的外侧空腔11负压使进气单向阀打开，进气腔11吸入空气。

2压缩阶段：两个波槽活塞13向外侧运动，在波槽活塞13的外侧空腔11 形成压缩气体，高压使进气单向阀关闭，两个波槽活塞13的两个侧空腔11压缩空气。

3扫气阶段：两个波槽活塞13向外侧运动，在波槽活塞13的外侧空腔11 形成压缩空气，两个波槽活塞13继续向外侧运动，排气孔10先被打开，排出一定量废气，之后进气孔12打开，高压使空气通过进气孔12进入缸套4内，把燃烧室中的废气从排气孔10吹出。

4压缩阶段：两个波槽活塞13向中间运动，当进气孔12和排气孔10分别被两个波槽活塞13关闭时，喷油嘴8向燃烧室喷注燃油，波槽活塞13继续向中间运动压缩燃烧室中的混合气。

5做功阶段：两个波槽活塞13达到最中间时，火花塞7点火，混合气燃烧膨胀推动波槽活塞13向外运动做功，波槽钉15顶在波槽活塞13的波槽中，迫使波槽活塞13旋转做功，波槽活塞13与活塞轴14连接，把旋转的功输出。

6排气阶段：两个波槽活塞13向外侧运动，排气孔10先打开，排出一定量废气，进气孔12之后打开，两个波槽活塞13的外侧空腔11的空气横扫燃烧室，把废气从排气孔10排出。

其中1-4，2-5，3-6同时进行。

实施例2

请参见图3，图3是本发明实施例提供的轴向泄力结构的结构示意图。在上述实施例1的基础上，本实施例对实施例1中的轴向泄力结构进行详细描述。

具体如下：

进一步的，所述轴向泄力结构包括连接部18、波槽活塞键19、波槽活塞连接块20、活动孔21；所述活动孔21开设在所述波槽活塞13的端面上，所述波槽活塞连接块20为柱状结构，在所述波槽活塞连接块20的端面上开设棱柱状贯穿孔22；所述波槽活塞连接块20的外径与所述活动孔21的孔径适配，所述波槽活塞连接块20通过波槽活塞键19固定在所述活动孔21的开口处；所述连接部18固定在所述活塞轴14的一端，所述连接部18外侧壁形状与所述棱柱状贯穿孔22的形状适配，在所述连接部18未与所述活塞轴14连接的一端设置有限位部23，所述限位部23的尺寸大于所述棱柱状贯穿孔22的尺寸，小于所述活动孔21的孔径。

具体的，在运动过程中，波槽活塞13做往复直线旋转运动，此时，带动通过波槽活塞键19固定在活动孔21内的波槽活塞连接块20做往复的直线旋转运动；在波槽活塞连接块20内部套接有连接部18，连接部18为棱柱结构，与其适配的棱柱状贯穿孔22适配安装，且该连接部18可以在棱柱状贯穿孔22 内沿轴向滑动，但是棱柱状贯穿孔22可以将波槽活塞13旋转的力传递至连接部18，连接部18将旋转的力传递至活塞轴14，即在波槽活塞13做往复旋转的直线运动时，传递至活塞轴14的力仅有旋转的力；之后，上述活塞轴14便可将旋转力通过齿轮传递至主输出轴2。

为了实现通过轴向泄力结构消除活塞轴14在轴线方向的位移，上述活动孔21的深度必然大于波槽活塞13在轴线方向的移动距离，而波槽活塞13在轴线方向的移动距离取决于正弦波状曲槽27波峰与波谷的距离，上述活塞轴 14的长度必然大于波槽活塞13在轴线方向的移动距离，在实际应用中，具体的尺寸用户可以自行设定，作为优选的实施方式，可以将正弦波状曲槽27波峰与波谷的距离设置为38mm,活动孔21的深度为40mm，活塞轴14的长度可以设置为45mm。其他距离，例如两个活塞在压缩到极限位置时，波槽活塞13之间的距离，用户可以设定波槽活塞13的轴向长度，来改变上述距离，也可以通过设置开设在波槽活塞13外表面的正弦波状曲槽27的位置，来改变上述距离，同样可以设置波槽钉15的位置来改变上述距离，所有的改变距离的方式以及涉及到其他距离配置的问题，本发明实施例不做限定，上述距离，本领域技术人员非常了解，例如，在适当的距离进行喷油、在适当位置进行点火，均属于本领域常规技术手段，本发明实施例不做限定。

实施例3

在上述实施例1、实施例2的基础上，本实施例提供了另一种轴向泄力结构。具体如下：

请参见图4，图4是本发明实施例提供的另一种轴向泄力结构的结构示意图。进一步的，所述轴向泄力结构包括滑键槽24、滑键25；所述滑键槽24开设在所述活塞轴14的侧壁上，在所述主动轮16的中心位置开设传动孔26，所述滑键25固定在所述传动孔26的键槽上，所述滑键25与所述滑键槽24滑动连接。

具体的，在上述实施例2的基础上，本发明实施例进一步提供了另一种轴向泄力结构的方案，具体实现方式为：滑键25卡接在滑键槽24内，为满足上述轴向泄力结构消除活塞轴14在轴线方向的位移，滑键槽24的长度必然大于波槽活塞13在轴线方向的移动距离，而波槽活塞13在轴线方向的移动距离取决于正弦波状曲槽27波峰与波谷的距离，上述活塞轴14的长度必然大于波槽活塞13在轴线方向的移动距离，在实际应用中，具体的尺寸用户可以自行设定，作为优选的实施方式，可以将正弦波状曲槽27波峰与波谷的距离设置为38mm,滑键槽24的长度为40mm，活塞轴14的长度可以设置为45mm。采用本实施例的方案，可以将上述实施例2中，需要在活动孔21内润滑的方式更改为在齿轮处进行润滑，减小润滑难度。

实施例4

在上述实施例1、实施例2、实施例3的基础上，本实施例对本发明技术方案做进一步优化。

进一步的，还包括滚动轴承，所述滚动轴承设置在所述波槽钉15的一端，且所述滚动轴承位于所述正弦波状曲槽27内，所述滚动轴承可在所述正弦波状曲槽27内沿槽壁滚动。通过在波槽钉15处设置轴承，可以将原本的波槽钉 15与正弦波状曲槽27之间的滑动摩擦更改为滚动摩擦，进一步减小二者之间的摩擦力，提高传动效率，延长使用时间。

进一步的，请参见图1。还包括内盖28、外盖29；所述内盖28与所述外盖29外形适配，在所述内盖28与所述外盖29之间存在空腔30，位于所述旋转活塞发动机任一输出端的所述主动轮16、所述从动轮17均位于所述空腔30 内；所述主输出轴2贯穿所述内盖28、所述外盖29；且所述主输出轴2可相对所述内盖28、所述外盖29转动。

通过内盖28、外盖29将主动轮16与从动轮17限定在空腔30内，使主动轮16与从动轮17稳定连接传动，提高旋转活塞发动机的传动稳定性，需要说明的是，内盖28、外盖29组成齿轮箱，属于本领域常规设置，本发明实施例并未对其进行改进，本领域技术人员很容易获得到如何将齿轮设置在齿轮箱内，且不影响齿轮之间的传动。

进一步的，还包括多个油封圈；所述油封圈密封在所述波槽活塞13的端部，所述油封圈用于封闭所述波槽活塞13的侧壁与所述缸套4的内侧壁之间的润滑油。具体的，通过油封圈将波槽活塞13与缸套4之间封闭，并在二者之间填充润滑油，以减小缸套4与波槽活塞13之间的摩擦力，提高传动效率。需要说明的是，上述油封圈可以直接采购获得，并利用现有技术进行安装，本发明实施例并未对其改进。

进一步的，还包括控制系统，所述控制系统分别控制连接所述火花塞7、所述喷油嘴8。控制系统可以是自动控制系统，也可以是手动控制系统，自动控制系统可分为闭环控制系统、开环控制系统和复合控制系统。上述控制系统均为现有的控制系统，可以直接采购获得，本发明实施例无需对上述控制系统进行改进。

进一步的，请参见图1。所述控制系统包括控制器、发光二极管31、隔光板32、隔光板盖33、光敏三极管34；所述控制器连接所述光敏三极管34，并接收所述光敏三极管34的信号；所述光敏三极管34插接在所述外盖29上，所述发光二极管31插接在所述隔光板盖33上，所述光敏三极管34与所述发光二极管31相对设置，在所述光敏三极管34与所述发光二极管31之间设置有隔光板32，所述隔光板32中心位置开设有带键槽的通孔，所述主输出轴2 贯穿所述带键槽的通孔，且在所述主输出轴2与所述隔光板32的连接处设置有键、所述键卡接在所述键槽内，所述隔光板32跟随所述主输出轴2转动而转动；在所述隔光板32的周向开设有相对的两个凹槽35，当所述隔光板32 的凹槽35位置位于所述发光二极管31的安装位置时，所述光敏三极管34接收到所述发光二极管31发射的光信号；当所述隔光板32的凹槽35位置未位于所述发光二极管31的安装位置时，所述光敏三极管34接收不到所述发光二极管31发射的光信号。

进一步的，请参见图6，所述旋转活塞发动机包括三个所述气缸组件1。

具体的，采用三个气缸组件1，三个气缸组件1成正三角形分布排列在主输出轴2的周围，最大程度的减小旋转活塞发动机体积，本实施例中，3缸6 活塞2冲程旋转活塞发动机对标的是直列6缸旋转活塞发动机，但是本实施例中所提及的旋转活塞发动机的体积相较于直列6缸旋转活塞发动机减小百分之 50以上，且本实施例中的旋转活塞发动机的重量约为120KG(全钢制)，现有的直列6缸旋转活塞发动机的重量在200-300KG，本发明实施例提供的旋转活塞发动机在重量方面，相较于现有的直列6缸旋转活塞发动机减小百分之60 以上。

三个气缸组件1的旋转活塞发动机相较于直列6缸旋转活塞发动机的具有以下优点：

1.三个缸体成120°相位，能保证旋转活塞发动机整体对外全时做功， 120°的相位也能保证1个缸处于死点时，另外2缸不处于死点，其中1缸处于做功周期，这样能保证1缸能正常通过死点，不会发生倒转事故。五个缸体同样能达到这样的效果，且做功重叠率更高。

2.波槽活塞13和波槽钉15的设计，能在很小的体积和结构下，完成曲柄滑块的功能；

3.体积小，重量轻，无曲轴和凸轮轴(旋转活塞发动机易于缩小体积，减小重量)

4.零件规整，易于加工，成本低(旋转活塞发动机容易制造，成本低)

5.运动零件少(旋转活塞发动机内部的机械损耗小，热效率高)

6.震动小，理论震动完美平衡(旋转活塞发动机震动平衡)

7.采用二冲程，升功率大(旋转活塞发动机的体积小，功率大)

8.无侧向摩擦(旋转活塞发动机的密封环磨损小，使用时间长)

进一步的，在所述波槽活塞13的外侧壁上开设有两个周期的正弦波状曲槽27。

在实际应用中，正弦波状曲槽27的最大斜率会对本发明实施例旋转活塞发动机征程运转有影响，作为优选的实时方式，在波槽活塞13的外侧壁上开设两个整周期的正弦波形曲槽，正弦波状曲槽27的斜率为45°，但是，本发明实施例所要保护的范围是所有整数倍周期的正弦波状曲槽27，理论上而言，当波槽活塞13的直径无限大时，需要分配的整数倍周期的正弦波状曲槽27；需要说明的是，正弦波状曲槽27的最大斜率为45°是本发明实施例的最优方案，其他斜率情况下，本发明实施例的方案也是可以实现，例如正弦波状曲槽 27的斜率为30°，在例如正弦波状曲槽27的斜率为60°。

本发明实施例提供的一种旋转活塞发动机，包括3-5个气缸组件1、主输出轴2；气缸组件1环形阵列均匀布置在主输出轴2的周向，致使在同等排量的旋转活塞发动机，本发明实施例的旋转活塞发动机体积较现有旋转活塞发动机减小50％以上，当气缸组件1中的波槽活塞13受到气压推动时，波槽活塞 13在缸套4内向外运动，此时，气缸组件1中的波槽活塞13外表面正弦波状曲槽27在波槽钉15限位作用下，波槽活塞13的运动方式转换成向外的旋转运动；即利用波槽钉15以及开设在波槽活塞13外侧壁上的正弦波状曲槽27，将波槽活塞13的往复直线运动转变为往复的直线旋转运动，并带动活塞轴14 做往复的直线旋转运动——做功冲程中，在本发明实施例中设置了轴向泄力结构，轴向泄力结构设置在活塞轴14上，其目的是为了抵消活塞轴14在往复的直线旋转运动中的直线方向的运动，使活塞轴14仅做旋转运动。活塞轴14转动并进一步通过齿轮，将转动力传递至主输出轴2，实现旋转活塞发动机的动力高速稳定输出。波槽活塞13的外表面内的正弦波状曲槽27可以根据实际设计需要选定，以获得最佳的动力学性能，提高旋转活塞发动机的能量转换效率。 3-5组气缸组件1阵列分布均匀在主输出轴2周向，依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，任意相邻气缸组件1工作进程对应于波槽活塞13正弦波状曲槽27的相位差为2π/缸套4总数，使得各气缸进程相互衔接，整体循环周期与自身循环周期一致，保证各输入转轴的动力输出互相叠加至稳态，实现高速输出。在动力传动中，主动轮16与波槽活塞13同步转动，主动轮16与从动轮17啮合，从动轮17与主输出轴2同步转动，保证旋转活塞发动机工作单缸无死点，传动平稳，且传动效率高。

本发明实施例采用正弦波状曲槽27与波槽钉15之间为滑动摩擦，使波槽活塞13做往复的直线旋转运动，并同时带动活塞轴14做往复的直线旋转运动，进一步利用轴向斜力结构，抵消活塞轴14在轴线方向上的运动，使活塞轴14 仅做旋转运动，在波槽活塞13做往复的直线旋转运动时，仅受到轴向的力，不对缸套4产生压力，因此，相较于现有旋转活塞发动机中，波槽活塞13通过曲柄连杆机构驱动轴转动方案，本发明的方案在传动过程中，不存在曲柄连杆型旋转活塞发动机而存在的惯性力、激振力和倾覆力矩等，从传动原理上避免了传动装置的振动激励，从而有利于提高传动的效率。本发明旋转活塞发动机中的零件结构简单、工艺性好、生产成本低，彻底取消了结构复杂、加工制造困难的曲轴和连杆。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种旋转活塞发动机，其特征在于，包括3-5个气缸组件、主输出轴；各所述气缸组件沿所述主输出轴的周向均匀分布；所述气缸组件与所述主输出轴通过齿轮传动；

所述气缸组件包括外壳、缸套、两个波槽活塞组件、点火组件、单向进气阀、排气孔；所述外壳套设在所述缸套的外侧；两个所述波槽活塞组件均设置在所述缸套内，两个所述波槽活塞组件与所述缸套组成单缸对冲二冲程结构；所述点火组件贯穿所述外壳、所述缸套，所述点火组件的工作端位于所述缸套内，且所述点火组件的工作端位于所述缸套轴向的中间位置；在所述外壳的内侧壁或所述缸套的外侧壁上开设有进气腔，所述进气腔连通所述缸套的内部，其连通部位位于所述缸套轴向的两端；所述单向进气阀设置在所述外壳上，且所述单向进气阀的出口位于所述进气腔内；在所述缸套的侧壁上开设有进气孔，所述进气孔连通所述进气腔和所述缸套的内部；所述排气孔贯穿所述外壳、所述缸套，所述排气孔连通所述缸套内部和所述外壳的外侧；当两个所述波槽活塞组件同时向外运动时，所述进气孔与所述排气孔依次打开；

所述波槽活塞组件包括轴向泄力结构、波槽活塞、活塞轴、至少两个波槽钉；

在所述波槽活塞的外侧壁上开设有N倍周期的正弦波状曲槽，其中，N≥2，且N为正整数，所述波槽钉设置在所述外壳上，且所述波槽钉依次贯穿所述外壳、所述缸套，所述波槽钉的一端位于所述正弦波状曲槽内，或者，

在所述缸套的内侧壁上开设有N倍周期的正弦波状曲槽，其中，N≥2，且N为正整数；所述波槽钉贯穿所述波槽活塞的侧壁，且所述波槽钉的一端固定在所述波槽活塞的内侧壁上，另一端位于所述正弦波状曲槽内；

各所述波槽钉位于所述正弦波状曲槽内的一端处于同一虚拟圆上，过所述虚拟圆的中心且垂直于所述虚拟圆圆面的直线与所述波槽活塞的轴线共线；相邻的两个所述波槽钉之间的正弦波状曲槽为M倍周期的正弦波状曲槽；其中1≤M＜N，且M为正整数；

所述活塞轴与所述波槽活塞传动连接；所述轴向泄力结构设置在所述活塞轴上，所述轴向泄力结构用于消除所述活塞轴的轴向运动；

在所述活塞轴上设置有主动轮；在所述主输出轴上设置有从动轮，所述主动轮与所述从动轮啮合。

2.根据权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述轴向泄力结构包括连接部、波槽活塞键、波槽活塞连接块、活动孔；所述活动孔开设在所述波槽活塞的端面上，所述波槽活塞连接块为柱状结构，在所述波槽活塞连接块的端面上开设棱柱状贯穿孔；所述波槽活塞连接块的外径与所述活动孔的孔径适配，所述波槽活塞连接块通过波槽活塞键固定在所述活动孔的开口处；所述连接部固定在所述活塞轴的一端，所述连接部外侧壁形状与所述棱柱状贯穿孔的形状适配，在所述连接部未与所述活塞轴连接的一端设置有限位部，所述限位部的尺寸大于所述棱柱状贯穿孔的尺寸，小于所述活动孔的孔径。

3.根据权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述轴向泄力结构包括滑键槽、滑键；所述滑键槽开设在所述活塞轴的侧壁上，在所述主动轮的中心位置开设传动孔和键槽，所述滑键固定在所述传动孔的键槽上，所述滑键与所述滑键槽滑动连接。

4.根据权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，还包括滚动轴承，所述滚动轴承设置在所述波槽钉的一端，且所述滚动轴承位于所述正弦波状曲槽内，所述滚动轴承可在所述正弦波状曲槽内沿槽壁滚动。

5.根据权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，还包括内盖、外盖；所述内盖与所述外盖外形适配，在所述内盖与所述外盖之间存在空腔，位于所述旋转活塞发动机任一输出端的所述主动轮、所述从动轮均位于所述空腔内；所述主输出轴贯穿所述内盖、所述外盖；且所述主输出轴可相对所述内盖、所述外盖转动。

6.根据权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，还包括多个油封圈；所述油封圈密封在所述波槽活塞的端部，所述油封圈用于封闭所述波槽活塞的侧壁与所述缸套的内侧壁之间的润滑油。

7.根据权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统分别控制连接所述火花塞、所述喷油嘴。

8.根据权利要求7所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述控制系统包括控制器、发光二极管、隔光板、隔光板盖、光敏三极管；所述控制器连接所述光敏三极管，并接收所述光敏三极管的信号；所述光敏三极管插接在所述外盖上，所述发光二极管插接在所述隔光板盖上，所述光敏三极管与所述发光二极管相对设置，在所述光敏三极管与所述发光二极管之间设置有隔光板，所述隔光板中心位置开设有带键槽的通孔，所述主输出轴贯穿所述带键槽的通孔，且在所述主输出轴与所述隔光板的连接处设置有键、所述键卡接在所述键槽内，所述隔光板跟随所述主输出轴转动而转动；在所述隔光板的周向开设有相对的两个凹槽，当所述隔光板的凹槽位置位于所述发光二极管的安装位置时，所述光敏三极管接收到所述发光二极管发射的光信号；当所述隔光板的凹槽位置未位于所述发光二极管的安装位置时，所述光敏三极管接收不到所述发光二极管发射的光信号。

9.根据权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述旋转活塞发动机包括三至五个所述气缸组件。

10.根据权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，在所述波槽活塞的外侧壁上开设有两个周期的正弦波状曲槽。

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