CN1160811A - 叶片转子式发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明的叶片转子式发动机，它包括由定子体和前、后端盖组成的壳体；设在壳体内腔中的中空叶片转子，内腔壁与转子外周构成两对中心对称的进气压缩室和作功排气室，其中作功排气室大于进气压缩室，进排气口分别位于进气压缩室始端和作功排气室的末端的定子体壁上；定子体的上下端设有中心对称的两个圆筒形气缸，分别内置有由多个分开燃烧室组成的燃烧器，在气缸壁上设有连通于内腔的压缩气道、燃气喷孔和点火口；其优点是燃烧性能好和结构简单。

Description

叶片转子式发动机
本发明涉及一种转子式发动机，具体说涉及一种叶片转子式发动机。
传统的往复式发动机存在以下的固有缺点：因进气、压缩、燃烧作功和排气的四个工作过程(冲程)在同一缸体中进行使燃气膨胀不充分，故废气带走的热、动能较多且排气噪声大；结构限制导致油气混和和燃烧过程短，从而使燃烧不充分，故燃烧效率低且排放污染大；作用在活塞顶部的功经活塞、连杆，从曲轴输出时产生分力导致机械效率下降，而活塞、气门等高速往复运动件在改变运动方向时产生较大的惯性损失，同时惯性的存在还严重影响发动机的速率和加速特性并使发动机动平衡性较差；活塞所受到的侧向分力使缸壁磨损严重和气缸失圆，从而影响气密性、降低功率和效率并引起窜机油进而加剧对空气的污染和机油变质；排气门因冷却困难易被烧蚀；此外，还存在其结构复杂，零部件多，故障率高，使用寿命短，维修不便，体积大、功率重量比小，制造工艺要求高以及制造成本高等缺点。由于上述固有缺点存在，这极大地限制了往复式发动机的进一步发展。
五十年代末出现的迈克尔回转式发动机，虽然克服了往复式发动机的一些固有缺点，例如简化了结构，减少了体积和重量等，但是仍存在着下列缺点：其燃烧过程时间很短，故燃烧很不完全，从而油耗大、效率低及对环境污染严重；作用在三角转子活塞上的功经偏心轴输出时，仍存在分力损失，并且，由于结构限制使其润滑性较差和低速性能不良，因此在能源日趋紧张和对环保要求日益提高的情况下这种回转式发动机也面临着极大挑战。
为了克服上述作用在三角转子活塞上的功经偏心轴输出时存在分力损失的缺点，申请号为91102310.0的中国专利申请(公开号CN1055410A)公开了一种具有径向隔板活塞的外燃转子式发动机，其中，虽然气缸、转子和转子轴同轴线因而可使转子工作面不产生偏压以使主轴不受剪切力作用，但是发动机的吸压工作过程和膨胀排气过程是通过上下转子的活塞分别与相应的吸压缸(冷缸)和膨胀排气缸(热缸)配合完成，而且要在膨胀排气缸体之外设置两个燃烧室，以及在吸压缸、膨胀排气缸与燃烧室之间设置连通装置，它包括有出气管、单向阀、压缩气导管、储气室和压缩气喷嘴，因此其结构比较复杂；此外因燃烧混合气在缸外燃烧室点燃后即通向高压热气喷管而后进入膨胀室，燃烧时间不能有效地控制，因而不能获得最佳化的燃烧过程。
美国专利5,277,158揭示一种多叶片的内燃转子式发动机，其燃烧室是由两叶片之间的空间和壳体内壁构成，发动机的循环工作过程都在该燃烧室内完成，并可满足多种燃料使用，但是仍存在以下缺点：由于叶片数较多，从而转子结构较为复杂；虽设有形成涡流的结构，但其所产生的涡流不充分，从而使燃烧过程不够完善；此外，虽还设有使叶片与壳体内壁保持接触的结构，但该结构与转子分开地设置，因而结构比较复杂，而且由于要求叶片保持端的运行轨道保证与壳体内壁相一致，其加工难度很高，不易达到要求，从而不易保证叶片工作端与内壁的可靠密封。
因此，本发明的目的是提供一种结构简单紧凑、零部件较少、工作可靠并可进一步改善燃烧过程和排放的叶片转子式发动机。
为实现上述目的，本发明的叶片转子式发动机包括：一由定子体、前端盖和后端盖组成并构成有一内腔的壳体；一与所述内腔同轴线可转动地设置在其中的转子，在所述转子上设有四个按等角距间隔分布的沿径向延伸出转子外周面的导槽；四个具有密封端和保持端的叶片，其每一个可滑动地支承在相应的导槽中，并可被沿径向向外抵引所述内腔的周壁上；在所述定子体上形成的进气口和排气口；引导所述叶片保持端的装置；以及喷油器、火花塞、润滑装置和冷却装置，其特点是，所述转子是一中空的转子，所述内腔周壁由两对各以中心对称而相对的圆弧形壁组成，所述各圆弧形壁与转子的外圆周面、叶片上分别朝向进气口和排气口的那一侧面，以及前、后端盖壁分别构成进气压缩室和作功排气室；所述作功排气室的体积大于所述进气压缩室的体积；所述进、排气口数目各为两个，它们分别设在所述进气压缩室的始端和作功排气室的末端位置上沿定子体的水平轴线彼此相对地贯穿所述定子体壁；所述定子体在其与所述水平轴线相垂直的上、下端上分别形成有成中心对称设置的两个相同的圆筒形气缸；两个分别由多个相互分开燃烧室组成的燃烧器分别可旋转地设置在所述气缸内；在与进气压缩室末端相邻接的气缸壁上设有一与所述燃烧室相对并大体切向地贯穿气缸壁的压缩气道；在与作功排气室始端邻接气缸壁上设有一连通所述燃烧室与作功排气室的燃气喷孔；在近作功排气室侧与所述燃气喷孔间隔一定圆周距离的气缸壁上设有一点火口；所述火花塞相对所述点火口插设在气缸壁和定子体外壁上；所述喷油器相邻并大致轴向相对于所述压缩气道设置在定子体外壁和气缸壁上以使燃油沿大致切向喷入燃烧室中。
采用上述方案的叶片转子式发动机，其明显的优点是，不但可用多种燃料工作，而且可进一步改善燃烧性能，从而提高工作效率和改善排放和降低噪声以减少对大气污染；此外，其体积小、功率重量比大、结构简单、零部件少并且维修方便。
本发明的上述发明目的、结构特点和优点通过下面对较佳实施例结合其附图的说明可以看得更为清楚。
图1是本发明叶片转子式发动机的一较佳实施例的纵剖视图；
图2是沿图1中“A-A”线所取的横剖视图。
如图所示，本发明的叶片转子式发动机包括由定子体1、前端盖4和后端盖5组成并构成有一内腔的壳体，一转子主轴8穿过定子体1的中心轴孔，前后端盖4、5并可旋转地支承于在前后端盖上的主轴承37和38上；在所述内腔中设有通过所述主轴8可绕其同轴线转动的中空转子2，在该转子2上设有4个按等角距间隔分布的、沿径向延伸的导槽，4个具有密封端和保持端的叶片3，其每一个可滑动地支承在相应导槽中并可被径向地向外引抵内腔周壁上；所述内腔周壁是由两对各以中心对称相对的圆弧形壁所组成，它们与转子2的外圆周面、叶片3上分别朝向进气口及出气口的那一侧面以及前后端盖4和5的壁分别构成进气压缩室27和作功排气室28，其中作功排气室28的空间体积大于进气压缩室27的体积，这样可使燃气获得充分膨胀，从而使热能可被最大限度地利用，因此，不但提高了热效率，而且降低了排气噪声，在定子体1上沿水平轴线平行相对地设有穿过内腔周壁的两对进、排气口23和24。
定子体1在其与水平轴线相垂直的上、下端上分别设有一圆筒形气缸29，由多个，例如在本例中为6个的独立燃烧室30组成的两个燃烧器6分别可旋转地设置在气缸29内；在气缸29与进气压缩室末端的邻接壁上设有与燃烧室30相对并与气缸壁成大致切向贯穿的一个压缩气道25，由于该压缩气道25设置得与圆筒气缸29接近切线方向，压缩气进入燃烧室50时便可产生涡流；在气缸29与作功排气室始端的邻接壁上设有一燃气喷孔26；在气缸29近作功排气侧与所述燃气喷孔26间隔一定圆周距离的周壁上设有一点火口31；一火花塞22对准该点火口31插设在气缸壁和定子体外壁上；一喷油器21相邻于压缩气道25的相对燃烧室30的入口端与压缩气道大体轴向相对地通过定子体壁伸入气缸壁上的穿孔中，由于喷油器21的喷嘴紧挨着该压缩气道入口，其喷油方向与压缩气体冲入方向相对，这样有利于油气的初始混和。油、气进入燃烧室30后随旋转燃烧器6转带到点火口31处才被开始点火燃烧。在这段时间里油气可以获得充分蒸发和混和(进气时所形成的涡流因惯性将维持至整个燃烧过程)。燃烧过程的时间可由点火口31相距喷孔26的位置来初定，进而根据所选用的燃料情况来调节点火准时(转动分电器位置)以保证足够的燃烧时间。因此在油、气进入燃烧室时的良好混和、在涡流状态下有足够时间的蒸发和混和以及具有足够时间的燃烧的情况下，混合气将得到完善的燃烧，从而提高了热效率和改善了排放(主要指CO、HC含量)进而减少了对大气的污染。
此外，在后端盖5的中部和上、下部内分别在转子主轴8后端、燃烧器轴后端上设有准时齿轮9、10、11用来驱动旋转燃烧器6的准确旋转。在后端盖5后端孔(内设有后油封16，转子主轴8的后端上设有功率输出联轴器32，在该联轴器32和准时齿轮9之间设有推力轴承12，以承受前后轴向力并使主轴8定位。在前罩壳7内于主轴8的前端部装有分电器驱动齿轮13。
前端盖4的中央部位内置齿轮式滑油泵15，它由主轴8驱动，其进油管14位于由前端盖4与前罩壳7所构成的油槽20中，在前罩壳前端设有前油封18。
一轴流式冷却水泵与转子2设置成一体，在本实施例中，其水泵叶轮19设置在转子2的前端(如图1所示)；但是水泵叶轮也可设置在转子2的后端。
在本发明中设有叶片保持端引导结构，它包括安装在叶片底部两保持端上的导承轴承17，在前后端盖4、5的相对内侧壁上形成有相应于定子体内腔周壁曲面的曲线形导承槽33(如图2中虚线所示)，导承轴承17分别设置在导承槽33中，由于导承槽33的曲线形状与定子体内壁曲面相适应，叶片3的密封端在发动机运转过程中可与内壁曲面保持适量间隙，而在该密封端的端部上嵌设有气密条35以接触所述内曲面从而保持气密性。叶片的一侧设有一三角密封块34以实现叶片与前端盖4或后端盖5的气密。
现具体说明本发明的叶片转子式发动机的工作过程。如图所示，当转子2按顺时针方向旋转时带动叶片3同步运转，而燃烧器6经准时齿轮驱动也顺时针旋转。空气经空滤器(化油器)节气门、进气管(未图示)等从进气孔23被吸入进气压缩室27，然后被下一个叶片压缩，经压缩气道25冲入燃烧室；而燃油经油滤器、燃油泵、稳压器、输油管(未图示)等进入喷油器21被雾状喷入燃烧室30与压缩空气混合。由于压缩气道口25与旋转燃烧器成大致切线方向，因此压缩气冲入燃烧室时便产生涡流，而喷油器21的喷嘴2与压缩气道口25相对，因此油雾与空气在进入燃烧室时将得到良好的初始混和；油气混和物随燃烧室空间转过一个角度至点火口31处才被点燃，在这段时间中，油雾在高温条件下可充分蒸发汽化并与空气进一步混和，而压缩气进入燃烧室时所产生的涡流因惯性作用可维持整个燃烧阶段。这样，良好的油气初始混和与涡流状态下一段时间的高温蒸发混和相结合便可得到油气相当充分的混和。混合气随燃烧室旋转时，因受离心力作用其浓度从燃烧室底部至外口呈梯度状增浓，这有利于点火及火焰的传播，也有助于冷车启动。当混合气被点燃后，燃烧过程将持续到燃气喷口26被开启。燃烧过程的这段时间由喷口26与点火口31的相对间距位置得到初定，接着通过点火准时进行准确调整，以满足使用不同燃料时对燃烧时间的要求。当燃烧结束时，燃烧室接通喷口26，高温高压的燃气便经喷口26喷入作功排气室28以推动叶片进而带动转子2旋转，直到叶片开启排气孔24，废气便由后一个叶片扫出机外。每个叶片的两面均同时处于工作之中，在进气压缩室中，在进气孔侧进气的同时滑片的另一面进行压缩空气；而在作功排气室中，在燃气喷口侧膨胀作功的同时滑片的另一面进行排气；因此对于单一的工作过程说是连续进行的。本发明的叶片转子式发动机设有两个进气压缩室、两个作功排气室和4个叶片形成对称地工作，因此运转十分平稳。发动机运转一周点火4次相应对称地作功4次。由于在压缩的同时，另一叶片处于作功状态，靠转子的转动惯量就足以使叶片从进气压缩室转入作功排气室，因此不需要另设飞轮，从而减轻了发动机重量。
冷却水由前端盖4上的入水口(未图示)进入前端盖中部水腔，然后进入转子2的前端，由叶轮19送入转子2，在离心力的作用下紧贴转子壁，在冷却转子2后，从转子2后端出口40进入后端盖5的水腔；在冷却后端盖5后由后端盖冷却水出口41进入定子体1的水套42，后再回到前端盖4经出水口、水管流向散热器，然后再经水管重新进入前端盖4的入水口以形成水冷却循环。
滑油经过进油管14被吸入滑油泵15后被泵向油滤器，接着通过多个油道(未图示)到达各个所需润滑的部位，然后经回油道(未图示)回到前油槽20中。

Claims (7)

1.一种叶片转子式发动机，它包括：
一由定子体、前端盖和后端盖组成并构成有一内腔的壳体；
一与所述内腔同轴线可旋转地设置其中的转子，在所述转子上设有四个按等角距间隔分布的沿径向延伸出转子外周面的导槽，四个具有密封端和保持端的叶片，其每一个可滑动地支承在相应的导槽中并可被径向向外引抵所述内腔的周壁上；
在所述定子体上形成的进气口和排气口；
一引导所述叶片保持端的装置；以及
喷油器、火花塞、润滑装置和冷却装置；
其特征在于：
所述转子是一个中空的转子；
所述内腔周壁由两对各以中心对称而相对的圆弧形壁组成，所述各圆弧形壁与转子的外圆周面、叶片上分别朝向进气口和排气口的那一侧面，以及前、后端盖壁分别构成进气压缩室和作功排气室；所述作功排气室的体积大于所述进气压缩室的体积；
所述进气口和排气口的数目各为两个，它们分别设在所述进气压缩室的始端和作功排气室的末端位置上沿定子体的水平轴线彼此相对地贯穿所述定子体壁；
所述定子体在其与所述水平轴线相垂直的上、下端上分别形成有成中心对设置的两个相同的圆筒形气缸；两个分别由多个相互分开的燃烧室组成的燃烧器分别可旋转地设置在所述气缸内；在与进气压缩室末端相邻接的气缸壁上设有一与所述燃烧室相对并大体切向地贯穿气缸壁的压缩气道；在与作功排气室始端邻接的气缸壁上设一连通所述燃烧室与作功排气室的燃气喷孔；在近作功排气室侧与所述燃气喷孔间隔一定圆周距离的气缸壁上设有一点火口；
所述火花塞和喷油器的数目各为两个；所述火花塞分别相对所述点火口插设在气缸壁和定子体外壁上；所述喷油器分别相邻并相对于所述压缩气道设置在定子体壁和气缸壁上以使燃油沿大致切向喷入燃烧室中。
2.如权利要求1所述的叶片转子式发动机，其特征在于，所述润滑装置包括一凹设在前端盖中央前端壁上的内齿轮式滑油泵。
3.如权利要求1所述的叶片转子式发动机，其特征在于，所述冷却装置包括一设置在所述中空转子内的轴流式冷却水泵。
4.如权利要求3所述的叶片转子式发动机，其特征在于，所述冷却水泵的叶轮设置在所述转子前端部中央内。
5.如权利要求3所述的叶片转子式发动机，其特征在于，所述冷却水泵的叶轮设置在所述转子后端部中央内。
6.如权利要求1所述的叶片转子式发动机，其特征在于，所述的叶片保持端引导装置包括：安装在所述叶片底部两保持端上的导承轴承和设置在前后端盖相对内侧壁上的相应于所述定子体内腔壁面形状的曲线形导承轨槽，所述导承轴承设置在所述导承轨槽内，以使叶片的工作端在转子运行过程中与所述内腔壁面保持适当间隙；所述叶片工作端的末端嵌设有气密条以消除所述间隙并保持气密。
7.如权利要求1至6之任一项所述的叶片转子式发动机，其特征在于，所述叶片的一侧嵌设有三角密封块以实现叶片与前、后端盖间的气密。
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