CN1132308A - 牙嵌式凸轮转子发动机 - Google Patents

Abstract

牙嵌式凸轮转子发动机是一种纯转子发动机，其牙嵌式凸轮转子用弹性密封和迷宫密封相结合，解决了密封问题，压缩比可变可调、燃烧室可变为零，无废气残留，燃烧欢畅，解决了掺合燃烧问题，其圆环形最长行程的气缸和最大不变力臂的扭力矩，解决了动力转换问题，不等厚度的缸体组合，能直喷自增压。可设计使用多种燃料的化油器或直喷增压多缸组合的牙嵌式凸轮转子发动机，性能优越，广泛实用。

Description

牙嵌式凸轮转子发动机

本发明涉及一种牙嵌式凸轮转子发动机新的结构形式。

本发明由来于本人1985年7月12日申请的发明专利85105592.3尖椭圆凸轮式旋转发动机，是在其基础上发展创造而成的。

转子发动机是世界科技名题，是国际高科技竞争的热点，从往复式发动机到三角形转子发动机各式各样的方案不计其数，但是还没有一种转子发动机能完全代替往复式发动机、时至今日命题尚无圆满答案，普遍使用的仍然是往复式发动机。科学的总结其原因：

一、纯转子结构应用尚没建立

二、密封效果不佳

三、功率不高

本发明的目的在于：首先提供一种纯转子结构，并提供一种牙嵌式凸轮转子解决密封问题，再提供变厚度的缸体和单双凸轮转子，形成半圆周或全圆周最长行程的气缸和最大不变力臂的扭力矩、解决动力转换问题，同时提供可闭合为零的燃烧室彻底解决燃烧状态问题，达到提高效率、真正实用的目的。

本发明的技术方案是：根据本人发明的理想转子发动机结构方案(简称3-2-1必要条件、证明省略)即理想转子发动机的必要条件是由三个机构件，两组工作室，一个纯转子所组成。

本发明的结构是：由牙嵌式凸轮转子1和圆形缸体2及从动缸盖3三个基本构件利用凸轮机构原理所组成如图1和图2。

牙嵌式凸轮转子1在旋转运动中把四循环工作过程分开两组完成，形成吸压组和爆排组，即吸压室或吸压缸V1和爆排室或爆排缸V2，同时形成容积可调可变为零的燃烧室V0，如图1和图2是一种定轴，同心，自平衡，沿圆周轨迹等角速度旋转的纯转子，并用离心密封条4输出轴与内冷风扇5组合板6及端盖与配件等组成牙嵌式凸轮转子发动机。

创造性的用弹性密封与迷宫密封同用的方法使整个转子滑动周边赶上或超过往复式发动机和三角形转子发动机的密封程度，根本上解决了密封问题。

用变厚度B1≥B2的牙嵌式凸轮转子和圆形缸体单双凸轮转子相结合、可变多种压缩比、形成半圆环或圆环最长行程的气缸和最大不变力臂的扭力矩，燃气膨胀充分做功，输出平稳，低转速，高扭短，根本解决了动力转换问题。

功能上可调可变容积为零的燃烧室V0不残留废气，混合气或新鲜空气与废气不接触，不掺合，燃烧欢畅、不积炭，污染少、根本解决了燃烧状态问题。

本发明适用于化油器发动机也适用于喷射增压发动机。

其工作过程是：混合气或新鲜空气从吸气口进入吸压缸V1，达到一定压缩比后通过组合板6压入爆排缸的燃烧室V0，由火花塞点火爆发或由喷油咀喷油热燃自爆，膨胀力做功，推动凸轮转子产生旋转扭力、由输出轴5输出，同时将废气由排气口排出。

本发明的部件是：牙嵌式凸轮转子1，如图3、图4、图5、图6，是从径向分开两扇的、相对两个内端面上都有放射状方牙、公母动配合镶嵌，两个外端面上都有两圈迷宫式密封圈、中间有6个弹簧和1个挡气圈、凸轮顶端有密封条槽，上装离心密封条4下装波形板弹簧、旋转轴心是花键轴孔，凸轮是薄壁的，用6根辐条支撑、中间是通风空腔，转子内风冷，解决了转子冷却问题。

离心密封条4有二段的，如图7，和三段的、如图8，利用波形弹簧和斜面作用可向三个方向产生弹性密封，其宽度尺寸≥14.5毫米将火花塞孔完全盖住，不漏气，Rd为气缸半径顶面圆弧是缸体圆周一小段弧，起动时靠弹簧力与缸体密封，旋转时受离心力密封，其正压力随转速而变化，波形板弹簧用耐热弹簧钢制造，密封条选用自润滑轴承材料制造，解决了润滑难题。

凸轮廓线设计用动态弹性理论分析设计无撞击廓线转子，部件强度设计用内燃机热负荷强度计算，全部工作用电子计算机辅助设计完成，廓线用升程角1降程角2区分有：单凸轮对称廓线转子如图9，单凸轮非对称廓线转子如图10，双凸轮对称廓线转子如图11，双凸轮非对称廓线转子如图12。

凸轮转子的厚度V1∶V0的关系，可以设计出多种压缩比，使用气油，柴油多种燃料的牙嵌式凸轮转子发动机。

材料设计对凸轮转子1和缸体2及组合板6和端盖等要求相同，一般可用优质QT或HT，精密铸造，表面硬化选择热喷涂Mo，SiC，Si3N4，ZrO2，AL2O3，激光强化，视需要和条件而定，HRC60以上，耐热1000℃以上，微、小型机设计可用SiC，Si3N4，ZrO2晶须复合材料整体焙烧而成，改变设计观念”变散热为绝热”，可设计陶瓷绝热牙嵌式凸轮转子发动机。

圆形缸体2如图13，内径为正圆形，缸盖的导轨槽中有限位块，将缸体连结成整体、防止变形、并对从动缸盖限位，一举两得，用缸体厚度B1≥B2和单双凸轮转子相结合获得半圆环或圆环最长行程的气缸和最大不变力臂的扭力矩。

燃烧室V0设有两个火花塞。有利燃烧，又可安装喷油咀可自增压直喷燃烧，缸体周边进，排气口是直管常开的，阻力小、通量大，可设计自增压直喷牙嵌式凸轮转子发动机。

缸体冷却设计有：风冷轴流放射状散热片缸体如图13，风冷轴流平行散热片缸体如图14，风冷环流平行环状散热片缸体如图15，水冷设计有：水冷轴流环流两用缸体如图16。

缸盖数量和形式的设计有：单缸盖缸体如图17，双缸盖缸体如图18，三缸盖缸体如图19，偏心缸盖缸体如图20，偏心倾斜缸盖缸体如图21，倾斜缸盖缸体如图22，单双三缸盖都可设计成偏心或倾斜的形式。

多缸发动机设计可利用缸体厚度B1≥B2组成单缸机、双缸机、三缸机、四缸机、五缸机、六缸机、七缸机、八缸机、九缸机、十缸机。

点火序数可在1-10自然数列交叉取对，也可在1-9、2-10奇、偶数列取对，输出轴每转一周点火次数一对、二对、三对、四对、五对，由缸数排列而定，由此可以设计1至10缸组合的牙嵌式凸轮转子发动。

从动缸盖3如图23，是块有缺口的方形厚板，上边有4个弹簧调整杆孔两面都有两个交叉的油沟和8个透油孔，下边接触凸轮边为圆边，此处应采用提高强度耐磨性方法处理，增强接触应力，其缺口处与缸体的限位块相吻合，可以限位，并可减少质量的惯性力，两全齐美，两侧边插入组合板6或端盖的导轨槽中，成为三边支承构件，增加强度，其上边用4个弹簧力锁合，4根调整杆调整凸轮表面接触应力，下端插入孔中起到调整，注油双作用。

材料设计使用轻质耐热高强度合金减少惯性力，AL10B、ZT3、表面硬化热喷涂Mo、SiC、Si3N4，ZrO2、AL2O3，或用自润滑含油轴承材料整体，及工业陶瓷加晶须复合材料焙烧整体，HRC60以上，耐热1000℃以上。

输出轴与内冷风扇5如图24，输出轴是一根实心直轴，花键上安装凸轮转子，调整角度可改变燃烧室V0的容积，改变压缩比，轴中段装内冷风扇，供转子内腔冷却通风，前端有点火凸轮和外冷风扇，后端装飞轮，多缸加长轴设计采用螺纹接长，便于安装轴承，简便、易行、实用。

材料设计使用40Cr，HRC60-70调质处理。

组合板6如图25，是块空心圆形厚板，两面都有从动缸盖3的导轨槽，两圈迷宫式密封圈槽，开有弧形通气孔和通气槽，通过压缩的混合气或压缩空气，中心圆孔是内冷风扇处，或安装长轴轴承座处，设计使用材料和表面硬化处理和凸轮转子1与圆形缸体2相同。

本发明有益的效果是：由于提供了纯转子发动机的结构形式，可以广泛的应用，提供的牙嵌式凸轮转了用弹性密封和迷宫密封同时并用，解决了转子发动机密封问题，薄壁空腔转子内风冷，解决了冷却问题，使用自润滑轴承材料制造离心密封条解决了润滑问题，用变厚度的方法B1≥B2和单双凸轮转子相结合，获得最长行程的气缸和最大不变力臂的扭力矩，解决了动力转换问题，提供容积可变为零的燃烧室不残留废气、不掺合燃烧、不积炭、污染少，解决了燃烧状态问题。

本发明实施在各种场合代替往复式发动机可获得重大经济和社会效益，实现发动机领域世界性重大技术革命。

本发明的图面说明：

图1是牙嵌式凸轮转子发动机的端视图

图2是牙嵌式凸轮转子发动机的侧视图

图3是牙嵌式单凸轮转子的分解图

图4是牙嵌式双凸轮转子的分解图

图5是牙嵌式单凸轮转子的装配图

图6是牙嵌式双凸轮转子的装配图

图7是二段离心密封条

图8是三段离心密封条

图9是单凸轮对称廓线转子

图10是单凸轮非对称廓线转子

图11是双凸轮对称廓线转子

图12是双凸轮非对称廓线转子

图13是风冷轴流放射状散热片缸体

图14是风冷轴流平行状散热片缸体

图15是风冷环流平行环状散热片缸体

图16是水冷轴流环流两用缸体

图17是单缸盖缸体

图18是双缸盖缸体

图19是三缸盖缸体

图20是偏心缸盖缸体

图21是偏心倾斜缸盖缸体

图22是倾斜缸盖缸体

图23是从动缸盖

图24是输出轴与内冷风扇

图25是组合板

本发明实现的最好方式已经在技术方案中从整机到部件，从结构到设计，从作用到材料都已全部详尽说明、所属领域的技术人员不需要创造性劳动都能很好的实现，所以不再作重复说明。

Claims (2)

1、一种牙嵌式凸轮转子发动机，其结构是：由牙嵌式凸轮转子1和圆形缸体2及从动缸盖3三个基本构件，利用凸轮机构原理组成的纯转子，并用离心密封条4，输出轴及内冷风扇5，组合板6及缸盖与配件等组成定轴、同心、自平衡、重心在轴心上、沿圆周轨迹等角速度旋转多缸组合的牙嵌式凸轮转子发动机，其特征是：把四循环工作过程分开两组完成，转子在旋转运动中形成吸压组和爆排组，即吸压室或吸压缸V1和爆排室或爆排缸V2，同时形成容积可调可变为零的燃烧室V0，并形成半圆环或圆环形最长行程的气缸和最大不变力臂的扭力矩，其部件是：牙嵌式凸轮转子1是从径向分开两扇的、相对两个内端面上都有放射状方牙、公母动配合锒嵌，两个外端面上都有两圈迷宫式密封圈、中间有6个弹簧和1个挡气圈、凸轮顶端有密封条槽、装离心密封条4和波形板弹簧、旋转轴心是花键轴孔、凸轮是薄壁的，用6根辐条支撑、中间是通风空腔、内风冷、凸轮廓线设计有：单凸轮对称廓线转子和单凸轮非对称廓线转子，双凸轮对称廓线转子，和双凸轮非对称廓线转子，凸轮转子的厚度B1≥B2、利用不同厚度改变容积V1∶V0的关系、可设计多种压缩比、使用气油、柴油多种燃料的牙嵌式凸轮转子发动机、离心密封条4有二段的和三段的、利用弹簧和斜面作用可向三个方向产生弹性密封，其宽度尺寸≥14.5毫米将火花塞孔完全盖住，制造材料选用自润滑含油轴承材料，圆形缸体2内径为正圆形，缸盖的导轨槽中有限位块将缸体连结成整体，并对从动缸盖限位，缸体厚度B1≥B2，燃烧室V0设有两个火花塞，有利燃烧，又可安装喷油咀，可自增压直喷燃烧，缸体周边进排气口是直管常开的，可设计自增压直喷牙嵌式凸轮转子发动机，缸体冷却设计有：风冷轴流放射散热片缸体和风冷轴流平行状散热片缸体及风冷环流平行环状散热片缸体，水冷设计有：水冷轴流环流两用缸体，其缸盖数设计有：单缸盖缸体、双缸盖缸体、三缸盖缸体、偏心缸盖缸体、偏心倾斜缸盖缸体、倾斜缸盖缸体、单双三缸盖都可设计成偏心或倾斜的形式，多缸发动机设计有：利用缸体厚度B1≥B2组成单缸机、双缸机、三缸机、四缸机、五缸机、六缸机、七缸机、八缸机、九缸机、十缸机，点火序数可在1-10自然数列交叉取对，也可在1-92-10奇偶数列取对，输出轴每转一周点火次数一对、二对、三对、四对、五对由缸数排列面定，由此可设计1至10缸组合的牙嵌式凸轮转子发动机，材料设计对凸轮转子1，缸体2，组合板6及端盖等要相同，一般用优质QT或HT精密铸造，表面硬化处理选用热喷涂Mo，SiC，Si3N4，ZrO2，AL2O3。激光强化，HRC60以上，耐热1000℃以上，微型机和小型机可使用SiC.Si3N4.ZrO2加晶须复合材料焙烧的整体，可设计陶瓷绝热牙嵌式凸轮转子发动机，从动缸盖3是块有缺口的方形厚板，上边有4个弹簧和调整杆，两面都有两个交叉的油沟和8个透油孔，下边接触凸轮边为圆边，材料使用轻质的耐热合金AL10B，耐热钛合金ZT3，表面硬化热喷涂Mo、SiC、Si3N4、ZrO2，或用自润滑含油轴承材料整体、工业陶瓷加晶须复合材料整体，HRC60以上，耐热1000℃以上，输出轴与内冷风扇5、输出轴是一根实心直轴、花键上安装凸轮转子，动配合滑动，轴中段装内冷风扇、前端有点火凸轮和外冷风扇，后端装飞轮，长轴设计采用螺纹接长，材料设计使用40Cr，RHC60-70调质处理，组合板6是块空心圆形厚板，两面都有从动缸盖3的导轨槽、两圈迷宫式密封圈槽，开有弧形通气孔和通气槽，使用材料和表面硬化处理和凸轮转子1及圆形缸体2相同。

2、根据权利要求1所述本发明可设计全风冷多缸组合牙嵌式凸轮转子发动机，又可设计内风冷外水冷多缸组合牙嵌式凸轮转子发动机。

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