CN1164610A - 转子式内燃发动机的原理 - Google Patents

Abstract

这种形式的内燃发动机的原理打破了曲轴式内燃发动机的那种通过活塞与曲轴的相互运动而进行的能量转换，也不同于旋转活塞式发动机和三角活塞式发动机，它是以转子的旋转形式直接进行能量转换的，而这种特殊的工作形式可以使能源能量的有用功转换率及其轴转数得以提高。从附图中可以看出，该形式发动机的原理结构简单，它的整个工作过程都是在两个转子的旋转过程中完成的，同时由机轴对外输出能量。

Description

转子式内燃发动机的原理

该原理的发明涉及到内燃发动机的设计及其制造技术。

从曲轴式内燃发动机的发展历史看，它从原理的发现到今日的成熟是一个慢长的阶段，但其有用功的能量转换率(即热能利用率)只能限制在能源释放能量的30％-40％(摘自《拖拉机》内燃发动机的原理及其性能，吉林人民出版社)余其大部分能量都由内燃机本身所消耗和排放掉，所以，提高内燃机的有用功的能量转换率是一个重要问题，而就其目前的发展情况看，各种内燃机在设计、制造及其性能上基本趋于完善。因此，曲轴式内燃发动机的有用功转换率是超不过40％的，况且，曲轴式内燃机的轴转数受到了各方面的限制，诸如活塞的飞逸速度，曲轴的回转半径及曲轴的动平衡等都是重要的局限条件。

该原理正是基于上述的发展要求及其已有技术的局限性而发明的，该结构符合科学原理，并在某些方面能弥补已有技术的不足以提高内燃发动机的有用功能量转换效率及其轴转数。

该形式发动机的原理结构简单，它不同旋转活塞式发动机和三角活塞式发动机，取而代之的是以转子的旋转形式进行能量转换的，其工作过程是在转子的旋转过程中完成的。

原理结构如说明书附图1-(1-4)

图1-1、图1-2中

                1、机壳

                2、外转子

                3、内转子

                4、机轴

结构说明：

该形式发动机的基本结构是由两个类似齿轮又相互关联的转子和机壳组成，如附图1-(1-2)，内转子(3)套在外转子(2)内部的空腔中，再将它们装入密封的机壳里，两个转子按各自的圆心以同向旋转，机壳上有进排气孔和输出轴孔，但其轴孔的位置相对于外转子(2)来说是偏正的。

原理说明：

在轴孔的限制下，使转子(3)在装入转子(2)以后，它是偏心于转子(2)内腔的一边的，这样，两个转子在旋转过程中，内转子的三个凸起部位始终是与外转子内腔边缘的任何部位相接触的，因此，外转子的内部空间便被分成三个隔离区域，由于外转子内部有类似齿轮的内齿四个，而内转子只有类似齿轮的外齿三个(这里称这种内转了为三头式)，由啮合原理不难看出，两个转子以同方向进行运转，当转子(3)转过一周时，而转子(2)只转过3/4周，这样，转子(2)的转数始终是懈后于转子(3)的转数，由于两个转子的相对偏心，因此，两个转子在旋转过程中，这三个保持分离的空间是随两个转子转过的角度和齿间的位置而变化的，如附图中2-(1-13)由小到大，又由大到小，这样就为发动机的运转和工作的可能性提供了可行的条件，即吸气、压缩以及作功排气所必须的容积变化。如果各部件之间能够达到一定的密封程度，那么，它的容积变化比可以设计在1/5-1/8之间，这样，以汽油作燃料，用它来转换能量是可行的。又因为两个转子在旋转过程中所形成三个密封空间是交替变化的，所以，当机轴转过两周时，整个发动机就有三次作功的机会，这样，这个发动机就相当于一个三缸活塞或发动机。但是，由于这种发动机是在转子的旋转过程中对外输出能量的，燃烧的膨胀气体直接驱动两个转子，而这两个转子又是相互作用的，因此，它们所得到的气体势能大部分都可以传给机轴以机械能的形式输出，所以通过现象分析，在同等排量的情况下，它能输出的轴功率相对于活塞式发动机一定要大，又因为这种发动机没有曲轴式发动机那种活塞与曲轴的相互动运所带来的不必要的能量损失和各种不平衡所造成的离心振动，这样，这种发动机的轴转数较曲轴式发动机的轴转数也一定要高得多，而制造发动机的材料用量大约是三缸活塞式发动机的1/2至1/3或更少。

工作过程的说明

该形式的发动机最基本的运转过程与活塞式发动机是一样的，也是由进气、压缩、作功、排气四个循环完成工作的。

下而以附图中图2-3所示的两个转子之间的位置为静止位置。参照图1-2给以分析。

当起动力矩带动机轴连同内转子(3)按顺时针方向转动时，外转子也随之转动，当转过一个角度后，外转子上开设的b孔便与机壳上开设的进气管路接通，发动机的吸气过程开始，内转子(3)B面所处的空间由最小逐渐变大而产生负压，开始吸进新鲜的油汽混合体，如图2-4、图2-5，当机轴连同内转子(3)转到180°时，B面所对应的空间容程最大，而此时的b孔也由机壳上的进气管路的边缘而封死，吸气过程完毕，如图2-6。当内转子(3)继续转动时，其B而所处的空间容积又开始由最大逐渐变小，由于吸气孔被关闭，所以压缩过程开始，如图2-7、图2-8，当内转子随机轴转到360°时，B面所对应的空间容积又变化到最小，此时压缩过程完毕，如图2-9。与此同时，点火系统供电而产生电火花，点燃被压缩的混合气体，其作功过程开始，该燃烧的膨胀气体促使内转子(3)所处的空间产生一个由小变大的趋势，而这时的该空间正好具备了膨胀汽体需求的这一客观条件——因为这时的内外转子再继续旋转；内转子B面所对应的空间正好是由小变大的过程。所以燃烧的膨胀气体直接驱动两个转子转过一定的角度，如图2-10、图2-11当内转子B面转到图2-12位置时，其所处的空间容积变化到最大，与此同时，外转子上的a孔与机壳上开设的排气管路接通，作功过程完毕，此时机轴转过的角度为540°即一周半，如图2-13。排气过程开始，当机轴继续转动至720°时，B面所处的空间容积又变化到最小，排气过程终止，至此整个工作过程全部结束，又开始进行下一个工作循环。

这里需要说明的是外转子上开设的两个孔a孔和b孔是交替进行进气和排气作用的。

整个的工作过程见附图2-(1-13)

简图中以内转子的三个凹面为工作面作解释。(按顺序时针方向旋转)

图2-1           图2-2  60°

A-吸气          A-吸气完

B-排气          B-排气

C-压缩完        C-作功

图2-3  120°    图2-4  180°

A-压缩          A-压缩

B-排气完        B-吸气

C-作功          C-作功完

图2-5  240°    图2-6  300°

A-压缩完        A-作功

B-吸气          B-吸气完

C-排气          C-排气

图2-7  360°    图2-8  420°

A-作功          A-作功完

B-压缩          B-压缩

C-排气完        C-排气

图2-9  480°    图2-10  540°

A-排气          A-排气

B-压缩完        B-作功

C-吸气          C-吸气完

图2-11  600°   图2-12  660°

A-排气完        A-吸气

B-作功          B-作功完

C-压缩          C-压缩

图2-13  720°

A-吸气

B-排气

C-压缩完

从图示中我们可以看出，内转子随机轴转过二周时，整个发动机就有三个作功过程，而且是相接续的，即按机轴的旋转方向每隔240°就接续作功一次。

如果该形式发动机的密封、润滑、散热等问题能够得到妥善的解决，特别是密封问题能够得到良好的解决，那么，这种发动机的机械效率和能源能量的有用功转换率以及单位重量的输出功率等都将是曲轴式发动机所不及的。

从结构上分析，该形式的发动机转速高、运行平稳、过载能力强是其特点。

该发动机原理的主要缺点是：

①进排气孔交替使用，影响进入发动机的新鲜气体的清洁性。

②密封问题至关重要，不易解决。

以上着重介绍了该项发明的原理及其最基本的结构形式，关于其它的一些问题以及制造该形式发动机的材料运用尚无确切结论。

Claims (4)

1、这种转子式内燃发动机的原理，其主要特征在于它是以转子的旋转形式进行能量转换的，整个工作过程是在转子的旋转过程中完成的，同时由机轴对外输出机械能。

2、根据权利要求①所述的这种内燃发动机，其具体特征在于密封的机壳内装有两个相关联的转子，其中一个转子——内转子(它有类似齿轮的三个外齿，这里叫做三头式)装在另一个转子——外转子(它有类似齿轮的四个内齿)中间，内转子将外转子的内部分隔成三个独立的密闭空间，两个转子呈啮合形式，且都是同向转动。

3、根据权利要求①和权利要求②所述的这种内燃发动机的另一个特征是这种发动机的进排气孔开设在外转子的滚动面上。

4、根据这种内转子为三头式的转子式内燃发动机的原理，还可以设计成内转子为多头式的该形式的内燃发动机。

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