CN1120294C - 转子涡轮式内燃机 - Google Patents

Abstract

一种转子涡轮内燃机，它具有工作元件可围绕固定在转子上的轴实现振荡运动，这时使用传动杆连接工作元件以及壳件上的导轨，使有可能为传动杆滚过导轨提供良好的平稳性，以及导轨形状简单。形状简单有助于获得高质量的工作表面，滚过导轨剖面时的平稳性以及转子转动的高频率。转子涡轮内燃机具有转子(1)，它具有纵向鱼鳞片(2)沿转子的转动轴(4)铰接安装在转子的外径区，这些鱼鳞片将位于每个鱼鳞片两侧的空间彼此分离开。转子(1)位于圆筒形壳体(7)内，在其端面壁(8)上设置环形导轨(23)，与鱼鳞片(2)的传动杆(10)接触。环形导轨(23)的纵向轴(11)以相对于转子(1)的转动轴(4)带有偏心度定位。

Description

转子涡轮式内燃机

技术领域

本发明涉及内燃机，更具体地说，涉及转子涡轮式内燃机，其工作元件围绕固定在转子上的轴进行摆动运动。

背景技术

已知的转子内燃机具有转子，它带有径向一纵向的支柱以及铰接安装在它们外径区的纵向叶片，这些叶片具有传动杆与导轨器件接触，转子位于圆筒壳体内，其端面被横向壁限制，以及具有输入孔和输出孔，工作室被纵向叶片的外表面、壳体的圆筒表面和横向壁限定。设置有一个共轴的从动轴，它具有另外的径向支柱和双臂曲柄，与转子工作叶片铰接连接。(前苏联发明人证书N1518555，IPC F 02 B 53/00，1989年)

内燃机内空气的压缩是借助转子的相邻叶片的转动以及当一个凸轮被相邻叶片的铰接从动滚轮滚动向上时从动轴围绕支柱的转动而实现。

该已知发明的缺点是存在辅助的从动轴，此外，它以相对于驱动轴转动角度可变的速度转动，它使得这种装置的结构复杂。应该指出，这种技术方案，和许多内燃机一样，仅叶片的外侧面(活塞式内燃机内气缸的一侧面)参与工作循环。从工作循环的观点看，叶片下面的空间没有利用。

这个缺点被其它技术方案消除，该方案是在一个转子内燃机中，转子具有纵向鱼鳞片，铰接安装在围绕其转动轴的外径区，以及将位于每个鱼鳞片两侧的空间彼此分离开，以及转子安装在圆筒壳体内，在它的端面壁上设置封闭的椭圆形导轨，与鱼鳞片的传动杆接触，以及位于鱼鳞片两侧空间之间气体交换用的管道。鱼鳞片的端面表面和与鱼鳞片端面表面接触的相邻支柱的表面是共轭的，相互接触的，每个鱼鳞片分离压缩空间和工作空间。还设有吸气孔和排气孔。(US5261365，NPC123-241，1993年；US5345905，NPC123-241，1994年)

该技术方案的优点是鱼鳞片的两侧面参与发动机的工作循环，一个侧面作为压缩空间壁，另一个作为工作空间壁。

但是该技术方案也有一系列重大缺点。传动杆制成在鱼鳞片端面表面上的圆销钉形。这种结果是这种排列经常引起通过转子壁和壳体壁缝隙的气体渗漏。以上两个美国专利(US5261365，US5345905)中试图减少这些渗漏，方法是加厚鱼鳞片壁，使工作空间和压缩空间容积减少。

结果是传动杆销钉是固定在鱼鳞片上(作为鱼鳞片的整体部分)以及通过这些销钉实现传输工作力至发动机，随后它们的设计不得不增强和它们必须放置在鱼鳞片的两侧面上。否则，如果销钉仅位于一侧面，它们不得不制得很大，引起大的渗漏。此外，在销钉设置在鱼鳞片端面一侧面的情况下，鱼鳞片可能产生弯折，阻滞和甚至发动机故障。用增加尺寸的方法增强销钉和提高鱼鳞片的刚性在这里是不可取的，因为这将导致发动机工作容积的减少。

这种发动机的另一个缺点是发动机内的传动杆处于高温区，它不能很好的冷却，以及不能提供传动杆一导轨槽摩擦副用的可接受的工作条件。

这两个专利(US5261365，US5345905)公开的技术方案的重要缺点是，传动杆用的导轨制成壳体端面壁上的凹槽形式，其形状复杂。其结果是用这种凹槽：

a)实际不能达到发动机转子转动的足够高的频率；

b)在技术上难以达到凹槽表面高精度的制造和高的质量。制造该零件的材料，一方面应该易于加工和具有足够的塑性以经受冲击载荷，而另一方面应具有极高的硬度，以便在凹槽-传动杆对的连续摩擦的条件下长期工作。

发明内容

本发明的目的是提供这种形状的导轨，使传动杆在其上的运动行程具有良好的平稳性，制造简单和具有高质量的工作表面。达到此目的就能够获得发动机转子转动的高频率。

本发明的另一目的是为传动杆-导轨对提供正常的工作条件(如温度、润滑质量)，以及进一步获得发动机转子上的扭矩，它是由于在废气排出时获得的反作用力(使用涡轮效应)。

为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种转子涡轮式内燃机，其转子具有纵向鱼鳞片，围绕它的转动轴铰接安装在转子上的外径区以及将位于每个鱼鳞片两侧的空间彼此分离开，转子位于圆筒形壳体内，其端面壁上设置封闭的导轨与鱼鳞片的传动杆接触，以及导管用于位于鱼鳞片两侧的空间之间的气体交换，导轨设置在壳体的端面壁上，它制成环形导轨，以及其纵轴以相对于转子的转动轴具有偏心度定位，和环形导轨制成在浮动环内，它与此导轨共轴和位于壳体的端面壁上。

本发明新颖之处在于导轨设置在壳体的端面壁上和制成环形，以及其纵轴规定相对于转子的转动具有偏心度，导轨可以制成在浮动环内，它与此导轨共轴和位于壳体的端面壁上，例如，呈槽形，延伸至浮动环的端面。

除此之外，本发明还可以提供下列特点：

a)对于具有端面壁的转子—每个传动杆制成曲柄形状，位于此壁的外面和刚性连接到鱼鳞片，这样使曲柄和鱼鳞片铰接头的转动轴重合，以及曲柄的第二端接触导轨；

b)使转子的第二端面直接接触壳体的第二端面壁，此壁设置吸入孔，连接至鱼鳞片下面空间，以及还设置气体交换管道的入口和出口，气体交换管道的入口设置在与鱼鳞片下面空间相对的鱼鳞片和转子的转动轴之间最小距离的区内，以及气体交换管道的出口设置在与鱼鳞片上面空间相对处，吸入孔设置在导轨剖面相对于转子的转动轴最大位移区内的倾斜位置；气体交换管道的入口和出口，以及还有排气孔设置在导轨剖面相对于转子的转动轴最小位移区内的倾斜位置；

c)发动机是由两台单独的发动机组合而成，而壳体端面壁相互对立，端面壁直接连接转子的端面，转子轴相互刚性连接，而这时两个壳体的端面壁形成组合机组的整体端面壁，两台发动机导轨的纵轴的偏心度指向与转子转动轴相对的方向；

d)附加的空间可与现存的空间贯通，它形成于转子壁上每个鱼鳞片上面，与气体交换管道入口贯通的通孔制造在此补充空间的壁上；

e)壳体端面壁上气体交换管道的入口带有分段的槽，它指向与转子转动方向相对的方向；

f)转子沿它的外径设置壁，切向孔，例如缝隙喷嘴制成在此壁上；

g)吸入孔制成拱形和沿与转子转动方向相对的方向延伸。

将导轨制成环形的使有可能在此发动机内获得转子转动的最高频率，这种频率的取得是由于导轨剖面的滚动运动的平稳性以及由于导轨工作表面的质量。高的制造精密性，高的表面加工，表面层的相关硬度和涂层的质量在这种情况下容易保证。

环形导轨的纵轴以相对于转子的转动轴具有偏心度定位提供了鱼鳞片的周期转动，而这时使用的导轨在工艺方面是最简单的。每个鱼鳞片使用导杆在相对于转子转动轴带有偏心度的导轨上滚动，在发动机的一个完整的旋转中将进行，借助其外侧面使空气在鱼鳞片上面压缩和热气体膨胀，而鱼鳞片的内侧面保证空气的吸入，少量的压缩和传输此预压缩的空气吹入鱼鳞片上面空间和用空气充填此空间以便在此空间继续压缩。在转子的一个完整的旋转中，鱼鳞片使有可能进行2冲程发动机的完整的循环。转子一次旋转中此完整的循环数目等于转子上配制的鱼鳞片数目。

将环形导轨制成在与导轨共轴的浮动环内和设置在壳体的端面壁上使有可能，作为此环环形运动的结果，环越来越多的新区与传动杆的第二端接触，从而提高了它的使用寿命。浮动环相对于壳体的转动降低了传动杆和导轨末端的相对速率。此外，浮动环是优秀的减振器。环形槽作为导轨，它容易在环内制造。

将每个传动杆制成曲柄形状，设置在转子的侧壁的外边，曲柄的一端接触导轨槽，曲柄本身和与导轨的接触点均位于较低温度区，它使有可能在此区组织可靠的油冷却。按照这种安排，转子的横向壁可靠地覆盖高温区。

曲柄刚性连接至鱼鳞片，使它们的转动轴重合，由鱼鳞片作用至曲柄的扭矩现在通过铰接轴传输，此轴容易密封。组件的增强并不困难，因为甚至铰接头很大的增强只引起发动机空间工作容积最小的减少。通过设置在转子一个侧面的曲柄系统传输大扭矩的可能性使壳体的第二壁自由和有可能将其用于其它目的，这对于发动机非常重要。

使转子的第二端面直接接触壳体的端面壁，壳体的第二端面成为每个鱼鳞片上面和下面空间的一部分，以及因此容易制造具有所需工作面积的吸入孔，以及在此壁上制造气体交换管道的入口和出口。

布置气体交换管道的入口与鱼鳞片下面空间相对，在它和转子转动轴之间最小距离区，以及其出口与鱼鳞片上面空间相对，以及在相对于转子转动轴导轨剖面最大偏移区的倾斜位置转动吸入孔，以及布置气体交换管道的入口和出口，以及还有排气孔在相对于转子转动轴的导轨剖面最小偏移区，这样可以进行建议的发动机，即2冲程发动机选择的工作循环。

用使两台发动机用壳体的端面壁相互对立方法组成机组，壳体的端面壁直接接触转子的端面，以及转子轴相互刚性连接，这样获得了机组的单独的端面壁。具有机组这种单独的端面壁，此端面壁直接接触两个组合为单独整体的转子，以及对着此两台发动机导轨的纵向轴的偏心度，与转子转动轴的方向相对，提供了真实的两个转子的平衡系统。在此系统内，发动机工作时产生的一个转子的强制平衡差度被由于鱼鳞片移动产生的另一个转子的相对方向的强制平衡差度补偿。此外，如Wankel发动机那样，安装2个飞轮配重的必要性能够避免。

在每个鱼鳞片下面的转子壁上设置补充的空间，此空间贯通现有的空间和在壁上具有通孔，此通孔贯通气体交换管道的入口，形成空间，借助此空间鱼鳞片下面空间内的预压缩压力可以调节。在发动机的工作发展中，此压力必须选择，并考虑此压力应最小，因为能源消耗，但应充足以保证由鱼鳞片上面空间排出废气和充入清洁空气。

在壳体端面壁上的气体交换管道入口设置分段槽，对着与转子转动相对的方向，使有可能调节鱼鳞片下面空间内的预压缩压力。这点成为可能是由于吹入的空气首先是由具有较低空气压力区所取。

在转子的外径处设置具有切向孔的壁，使有可能借助通过这些孔吹出热气体时产生的反作用力获得转子上的扭矩，即有可能利用涡轮效应以及具有热气体的几乎完全的膨胀，直至大气压力。当切向孔制成缝隙喷嘴的形状时，涡轮效应增强。

使吸入孔制成拱形，沿与转子转动方向相对的方向延伸，同时增加吸入面积，这种吸入可以在压缩空气由鱼鳞片下面吹出空间排出后实际立即开始，以及这意味鱼鳞片下面没有负压(真空)，以及也不需要损失能量。

附图说明

图1示出建议的发动机沿直线B-B剖切的纵剖面图，其中导轨以壳体端面壁上环形槽的形式示出；

图2示出沿直线B-B剖切的发动机的纵剖面图，其中环形导轨以浮动环的形式示出；

图3示出沿直线A-A剖切的发动机在鱼鳞片区的横剖面图；

图4示出沿直线C-C剖切的发动机在曲柄区的横剖面图；

图5示出发动机机组的纵剖面图；

图6示出沿直接D-D剖切的发动机的横剖面图，其中壁具有缝隙形式的切向孔，沿转子的外径设置。

具体实施方式

转子涡轮内燃机具有转子1，它具有附带的纵向鱼鳞片2，用铰接头3沿转子的转动轴4设置在转子1的外径区。每个鱼鳞片2分隔鱼鳞片下空间5和鱼鳞片上空间6。转子1安装在圆筒形壳体7内，在其端壁8上设置封闭的环形导轨9，它接触鱼鳞片2的传动杆10。导轨9的纵向轴11安装为相对于转子1的转动轴4带有偏心度“e”。在此实施例中，导轨9的纵向轴11相对于转子1的转动轴4垂直向上偏移，虽然对于发动机而言，偏心度的方向不是重要的。壳体7的第二端面壁制成可拆盖子12的形状，它直接接触转子1的端面13，它具有吸入孔14，设置在相对于转子1的转动轴4导轨9的剖面最小偏移区内的倾斜位置，以及连接至鱼鳞片下面空间5。吸入孔14可以是拱形的和沿与转子1转动方向相对的方向延伸。在空间4和5之间进行气体交换的管道15，也设置在盖子12上。气体交换管道15的入口16位于对着鱼鳞片2下面空间5至转子1的转动轴4的最小距离区，以及出口17位于对着鱼鳞片2上面空间6。而且气体交换管道15的入口16和出口17设置在相对于转子1的转动轴4导轨9剖面最小偏移区。转子1的另一端面设置端面壁18。每个传动杆10用于使鱼鳞片2相对于铰接头3转动，它制成曲柄19的形状，位于壁18的外边，以及在铰接头3区连接鱼鳞片2，这样可使曲柄19和鱼鳞片2可以沿铰接头3的轴20转动。导轨9与曲柄19的另一端21接触。环形导轨9可以制成在浮动环23内的槽22的形状，浮动环23与导轨共轴和位于相对于耐磨适配套筒24的内径处，适配套筒又刚性连接到壳体7的端面壁8上。环形槽22具有两个环形工作表面25和26，它们与曲柄19的末端21接触。油空间27形成在转子1的壁18和壳体7的端面壁8之间。油传送孔28设置在适配套筒24内浮动环23的下面。油传送孔28连接至壳体7的油传送孔29，它又连接至供油系统。一个排气孔30设置在壳体7上的倾斜位置，相对于转子1的转动轴4导轨9的剖面最小偏移区。火花塞31安装在壳体7内和对着空间6。火花塞安装在相对于转子1的转动轴4导轨9的剖面最大偏移区的倾斜位置。

两台发动机可方便地组合成整体的机组。在机组内，两台单独的发动机通过盖子12彼此相对，在这种情况下盖子形成整体的端面壁32。这两台发动机导轨9的纵向轴11的偏心度“e”指向与转子1的转动轴4相对的方向。机组具有共同的油空间33和它的两个转子具有共同的轴34。两个吸入孔14设在带有径向输入管道35的整体壁32上，它用于供给空气至左边和右边发动机。

一个附加的空间37与空间5贯通，以及在其壁上具有通孔38与气体交换管路15的入口16贯通，它可以设在转子1的壁36上，在每个鱼鳞片2的下面。

在盖子12上的气体交换管道的入口16可以带有分段槽39，它指向与转子1的转动方向相对的方向。

在转子1的外径处可以设置壁40，其上制造切向孔41，例如制成缝隙喷口形状。

环形导轨9可以用最简单的方式制造，特别是壳体7的端面壁8上的环形槽42的形状(图1)。

发动机的工作方式如下。

当鱼鳞片2处于最上方位置时，大气空气通过吸入孔14进入鱼鳞片2下面的空间5，以及当转子转动时，产生空气的预压缩。当转子1转动半转时达到最大的预压缩。当鱼鳞片2处于最上方位置时，鱼鳞片2上面空间6内的空气被压缩至最大程度。在此刻燃料喷射入空间6，它产生燃烧，具有高能量的气体混合物开始对鱼鳞片2作用，增加鱼鳞片2上面空间的容积。当转子1转动半转时，此刻含有压缩空气的空间5，处于与气体交换管道15的入口相对的位置，以及空气借助管道15和通过出口17进入空间6，此刻它具有最大的容积以及因此有最小的压力。废气被排出空间6，以及该空间充填来自空间5的清洁空气。位移的气体通过排出孔30排放到大气中。在转子1的继续转动时，在空间6内的空气压缩开始，以及位于最高点时空气压缩至最大程度。大气空气通过拱形吸入孔14被吸入空间5。鱼鳞片2再次处于最上方位置，以及工作循环重复。由于在发动机上设有许多鱼鳞片，转子转动一转时的循环数目与转子上鱼鳞片的数目相同。

在外径处带有壁40的转子1内，来自经受吹气的空间6的气体以及转子1处于最低位置时实现吹气和来自空间5的空气流向壁的切向孔41，从而在转子中产生“涡轮”效应以及获得对转子的补充的扭矩。

由两台发动机借助盖子13彼此相对和在此情况下形成整体的端面壁32的机组，其工作方式如下。当转子转动时，它们的强制的平衡差度指向相对的方向和获得两个转子的实际平衡系统。这样一来就避免了像在Wankel发动机中那样安装两个飞轮配重的必要性。

在转子1的壁36上在每个鱼鳞片2下面形成的补充空间37具有通孔38与气体交换管道15的入口16贯通，它的控制是借助它的容积，在鱼鳞片2下面空间5内产生的预压缩。盖子13上的分段槽39由气体交换管道15的入口16开始以及指向与转子1的转动方向相对的方向，它们实现相同的功能。

因此，环形导轨有可能使曲柄在其高质量的工作表面上平稳地运动，从而获得转子转动的高频率。由上述实例明显可见，容易实现2冲程发动机的循环，它具有优良的吹出废气系统，空间充填清洁空气，以及具有预压缩。

在转子外壁上的切向孔有可能借助废气的流出驱动转子增速，从而出现发动机的涡轮级，产生补充的扭矩。从这种情况看，本发明的名称为转了涡轮内燃机。

Claims (9)

1.一种转子涡轮式内燃机，包括一个转子，该转子具有纵向鱼鳞片，围绕它的转动轴铰接安装在转子上的外径区以及将位于每个鱼鳞片两侧的空间彼此分离开，上述转子位于圆筒形壳体内，其端面壁上设置封闭的导轨与鱼鳞片的传动杆接触，以及导管用于位于鱼鳞片两侧的空间之间的气体交换，其特征在于上述导轨设置在壳体的端面壁上，它制成环形导轨，以及其纵轴以相对于转子的转动轴具有偏心度定位，环形导轨制成在浮动环内，与环形导轨共轴，以及设置在壳体的端面壁上。

2.如权利要求1所述的转子涡轮内燃机，其特征在于对于具有端面壁的转子，每个传动杆制成曲柄形状，位于上述壁的外面以及刚性连接至鱼鳞片，从而使曲柄和鱼鳞片铰接头的转动轴重合，以及曲柄的第二端接触导轨。

3.如权利要求1所述的转子涡轮内燃机，其特征在于转子的第二端面制成直接接触壳体的端面壁，此壁设有吸入孔，吸入孔连接至鱼鳞片下面空间，还有气体交换管道的入口和出口，气体交换管道的入口位于对着鱼鳞片上面空间它和转子转动轴之间最小距离区，以及上述管道的出口位于对着鱼鳞片上面空间，吸入孔设置在导轨剖面相对于转子的转动轴最大位移区内的倾斜位置，气体交换管道的入口和出口以及还有排气孔设置在导轨剖面相对于转子的转动轴最小位移区内的倾斜位置。

4.如权利要求1所述的转子涡轮内燃机，其特征在于它是两台发动机组成的机组，两台发动机借助壳体的端面壁彼此相对，端面壁直接连接转子的端面，转子轴相互刚性连接，而上述壳体的壁形成机组单独的端面壁，两台发动机导轨的纵向轴的偏心度对着与转子转动轴相对的方向。

5.如权利要求1或3所述的转子涡轮内燃机，其特征在于与现有空间贯通的附加空间在转子壁上每个鱼鳞片的上面形成，以及与气体交换管道入口贯通的通孔制造在附加空间的壁上。

6.如权利要求1或3所述的转子涡轮内燃机，其特征在于壳体端面壁上的气体交换管道的入口具有分段的槽，指向与转子转动方向相对的方向。

7.如权利要求1所述的转子涡轮内燃机，其特征在于转子沿它的外径设置带有切向孔的壁。

8.如权利要求7所述的转子涡轮内燃机，其特征在于切向孔制成缝隙喷嘴。

9.如权利要求3所述的转子涡轮内燃机，其特征在于吸入孔制成拱形的以及沿与转子转动方向相对的方向延伸。

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