CN1693673A - 双转子同步旋转的滑片旋转式内燃机 - Google Patents

Abstract

双转子同步旋转的滑片旋转式内燃机的特征是压缩转子和膨胀转子分别位于进气压缩汽缸和膨胀排气汽缸的中心，压缩转子上有一副圆弧顶的压缩滑片和一副顶部斜面朝前(按转向)的增压进气滑片，膨胀转子上有一副圆弧顶的膨胀滑片，两转子同步旋转，当压缩转子上的燃烧室窝旋转到与汽缸隔墙的燃气通道连通时，高压燃气即流入膨胀汽缸推动膨胀滑片旋转作功输出扭矩，膨胀完后从排气孔排出废气。本发明比往复式发动机结构简单、体积小、功率大、排放污染少、制造容易、成本低。

Description

双转子同步旋转的滑片旋转式内燃机

本发明涉及一种旋转式内燃机。

当今世界上普遍采用的活塞往复式内燃机存在着结构复杂、体积大、制造成本高、使用故障多、排放污染严重等固有缺陷；而旋转式内燃机则可以基本上克服这些缺陷。因此，多年来人们围绕着旋转式内燃机构思出了许多实现内燃机旋转循环的方案，但至今还没有一种获得最后成功的。上世纪六十年代前后有一些发达国家中的大公司曾对三角活塞旋转式发动机进行过相当规模的研制试验，但由于不能解决低速扭矩性能不好的问题而不能推广使用。此后虽不断有关于旋转式内燃机的新方案出现，但没有见到研试情况和试验数据的报告。

旋转式内燃机的关键是旋转循环工作气室的密封问题，而密封问题的关键又是径向密封问题，即旋转活塞与汽缸间的密封，因为径向密封元件在沿汽缸工作面滑动时有时会脱离与汽缸接触，造成气室中高压气体发生喷漏而导致循环遭到破坏，这是致命的问题，其它密封元件也会有漏气现象发生而影响到循环的质量，但一般不会发生喷漏，因而不会成为致命的问题。径向密封元件在沿汽缸滑动时发生脱离接触的根本原因是其顶部受到循环工作气室中的高压气体作用所致。三角活塞旋转式发动机的低速扭矩问题的根本原因也是这样的。因此，任何一个旋转式内燃机的循环方案要想取得成功首先必须解决径向密封元件的顶部受高压气体作用的问题，必须设法使径向密封元件顶部在任何工况下都不会受到高压气体的作用。

本发明《双转子同步旋转的滑片旋转式内燃机》，简称RGI滑片旋转发动机，提供了一种旋转式内燃机的新方案，它既能使循环工作气室的容积按内燃机循环进行变化，还可以使径向密封元件与汽缸接触的顶部不受高压气体作用保证循环能够成功进行。

RG1滑片旋转发动机的循环模型如附图1所示：压缩转子(2)与膨胀转子(14)分别位于进气压缩汽缸(1)与膨胀排气汽缸(13)的中心，压缩轴(4)上的压缩齿轮(3)与动力轴(16)上的动力齿轮(15)的齿数相等，通过中间齿轮(11)传动，使压缩转子与膨胀转子同步同向旋转，压缩转子上有两个对称的滑片槽，一个槽中置入顶端为圆弧面的压缩滑片(5)，另一槽中置入顶端为朝前(按旋转方向)的斜面的增压进气滑片(22)，在压缩转子上的压缩滑片前有一个燃烧室窝(7)，膨胀转子上只有一个滑片槽，顶端为圆弧面的膨胀滑片(12)置于其中，在进气压缩汽缸上布置有进气孔(19)和火花塞(或喷油器)(6)，在膨胀排气汽缸上有排气孔(18)，两个汽缸间为汽缸隔墙(8)，隔墙上有燃气通道(10)和压缩室密封条(9)，排气室密封条(17)，进气室密封条(20)，燃烧室窝密封条(21)。当压缩转子上的燃烧室窝旋转到与燃气通道连通时燃烧爆发的高压气体即流人膨胀汽缸推动膨胀滑片旋转输出扭矩膨胀作功，膨胀完后从排气孔排出废气。由以上元件构成的旋转循环模型，按四冲程循环，双转子同步旋转一周为一个循环周期，动力轴对外输出扭矩作功一次。

RGI滑片旋转发动机的循环过程如附图2所示：图2(1)表示随压缩转子旋转的增压进气滑片越过了进气孔完成了前期进气；图2(2)表示压缩转子继续旋转，增压进气滑片对被关住的气体进行压缩，同时从进气孔吸入新鲜气体为增压进气，当压缩滑片越过进气孔后结束了进气过程，总进气量比无增压进气滑片多25％左右；图2(3)表示压缩进行到一定程度时，增压进气滑片顶端斜面受到压力较大的压缩气体作用而被压入滑槽中，这时增压进气滑片前后的气体有较大的压力差因而发生倒流产生强烈的气体压缩涡流；图2(4)为压缩终点，点火(或喷油)燃烧爆发，当燃烧室窝与燃气通道连通时，燃气即迅速流入膨胀汽缸推动膨胀滑片旋转作功输出扭矩；图2(5)表示膨胀继续进行连续作功输出扭矩，同时清除排气腔中的残余废气；图2(6)表示膨胀结束从排气孔开始排气，完成了一个循环周期。

RGI滑片旋转发动机的循环过程具有特殊创造性。首先是压缩滑片与膨胀滑片的顶端都不会受到高压气体的作用，在沿汽缸滑动时为圆弧面接触，在沿隔墙滑动时，压缩滑片顶端为面向压缩室的前棱接触隔墙，膨胀滑片顶端为面向膨胀室的后棱接触隔墙，高压气体不会作用到滑片的顶端，可以安全可靠地杜绝径向密封线上发生高压气体喷漏现象，保证循环的成功进行；第二，用一个顶端斜面朝前的增压进气滑片进行进气增压，增加了25％的进气量，这是一个特殊的创造，对大小功率的柴油机汽油机都可以进行，而往复式柴油机的进气增压必须在进气管上的专门增压装置进行，汽油机由于有汽化器而无法进行；第三，增压进气滑片在被压入滑槽时造成的强烈的压缩气体涡流，对燃烧的进行是非常有利的，这也是一个突出的创造，往复式发动机的螺旋进气道虽能造成进气涡流，但在压缩过程却又衰减了；第四，排放污染的减少对往复式发动机具有特殊优势。由于近年来世界各国对环保的要求越来越严格，这对往复式发动机是一个极大的困惑，由于其燃烧室的顶部气伐附近经常保持高温，气体流动性较差，这就为CO和NO的生成提供了条件，而RG1滑片旋转发动机的燃烧气体将很快地被驱赶到膨胀腔，气体流动性非常好，这就使CO和NO难以生成，排放污染必将大大地减少；第五，充分的膨胀是其突出的优越性，由于它的膨胀行程是在专设的膨胀汽缸中进行的，它的膨胀行程可以达到一个循环周期的3/4以上，这必将使热效率获得很大的提高；第六，单缸排量在理论上可以不受限制，转子直径和汽缸宽度可以很大，因而单缸功率可以达到很大，而往复式发动机必须是多缸从而使其结构复杂化了，对于相同功率的发动机来说，RG1发动机的体积、质量、制造成本比往复式发动机可以减少三倍五倍乃至更多。

RG1滑片旋转发动机的压缩转子与膨胀转子也可以同步反向旋转，其功能与同步同向旋转是相同的，如附图3所示。

RG1滑片旋转发动机也可以是两副压缩滑片和两副膨胀滑片使每转爆发两次膨胀两次，但不能有进气增压。如附图4所示。

RG1滑片旋转发动机的基本构造如附图5所示。进气压缩汽缸与膨胀排气汽缸做成整体，汽缸隔墙加工好后嵌入，隔墙上的滑片切入段做成圆弧形使滑片与隔墙的接触角保持为60°左右，以减少滑动阻力并使磨损均匀，整体汽缸周围布置冷却水套，汽缸两端的汽缸盖上各有两付滚珠轴承(或滑动轴承)，轴承的一端在轴向是固定的，另一端则可以轴向窜动，以满足轴向热伸缩的需要，汽缸盖与汽缸用若干对螺栓螺母紧固，转子可以与轴做成整体的或组合的，滑片采用三段式斜面结合如附图5-14所示，利用两个端片的离心力使气室左右端面获得密封，转子两端各有一付开口涨圈(活塞环)使轴孔圆弧面得以密封，在涨圈外侧有波浪簧使涨圈内侧紧贴转子端面而获得密封。机油泵将机油通过轴中心油道送入转子内腔以冷却转子，然后从内腔两端的孔眼流出以润滑轴承再流回集油箱。在每个滑片槽的两侧都开有机油孔，让转子内腔的机油流入滑片槽使滑片得到润滑，通过滑片的伸缩运动将机油带出滑片槽并甩到汽缸上使汽缸工作面获得润滑。各种附件如汽化器、喷油器、喷油泵、点火装置、冷却水泵、散热器等一般均可以选用现有往复式发动机的。

RGI滑片旋转发动机的加工制造比往复式发动机容易的多，没有异形零件，不需要特殊材料，制造成本比往复式发动机可以成倍降低，功率越大制造成本越能降低。

附图说明：

附图1：1—进气压缩汽缸  2—压缩转子  3—压缩齿轮  4—压缩轴5—压缩滑片  6—火花塞(或喷油器)  7—燃烧室窝  8—汽缸隔墙9—压缩室密封条  10—燃气通道  11—中间齿轮  12—膨胀滑片13—膨胀排气汽缸  14—膨胀转子  15—动力齿轮  16—动力轴17—排气室密封条  18—排气孔  19—进气孔  20—进气室密封条21—燃烧室窝密封条  22—增压进气滑片

附图2：(1)—前期进气  (2)—增压进气(3)—压缩进行，增压滑片被压入滑槽(4)—压缩终，燃烧爆发膨胀开始(5)—膨胀进行(6)—膨胀终，排气

附图5：1—机油集油箱  2—冷却水放水阀  3—汽缸整体4—增压进气滑片  5—进气压缩汽缸  6—压缩转子  7压缩滑片8—火花塞(或喷油器)  9—汽缸隔墙  10—冷却水进口  11—燃烧室窝12—燃烧室密封条(4件)  13—燃气通道  14—膨胀滑片15—膨胀排气汽缸  16—膨胀转子  17—冷却水套  18—冷却水出口19—机油泵  20—齿轮室盖  21—动力齿轮  22—中间齿轮23—压缩齿轮  24—平键(2件)  25—轴承压盖26—轴承(4件)  27—左汽缸盖  28—端密封环(4件)29—机油通道  30—转子端盖(4件)  31—右汽缸盖32—缸盖螺栓、螺母、垫圈  33—轴承盖  34—油封35—动力输出轴  36—磁电机(或喷油泵)  38—润滑油孔39—进气孔  40—排气孔  37—橡胶圈

Claims (5)

1、本发明为一种不同于往复式内燃机的滑片旋转式内燃机的循环方案，其特征是该方案由一个带有一副压缩滑片和一副增压进气滑片的压缩转子和一个带有一副膨胀滑片的膨胀转子分别位于带有进气孔、点火(或喷油)装置的正圆形进气压缩汽缸和带有排气孔的正圆形膨胀排气汽缸的中心，在两个汽缸中间的汽缸隔墙上有一个燃气通道，两转子同步旋转，当压缩转子上的燃烧室窝旋转到与燃气通道连通时，燃烧爆发的高温高压燃气即迅速流入膨胀排气汽缸推动膨胀滑片旋转对外作功输出扭矩，完成膨胀后即从排气孔排出废气，完成了一个循环周期。

2、根据前述1所描述的循环方案，其特征是利用顶部斜面朝前(按旋转方向)的增压进气滑片使进气过程的进气量增加25％左右；由于膨胀过程是在膨胀排气汽缸中进行使膨胀行程达到循环周期的3/4左右。

3、根据前述1所描述的循环方案，其特征是利用增压进气滑片在被压缩气体压入滑槽时造成强烈的压缩气体涡流，使燃气混合均匀燃烧完全，CO的产生很少；又由于高温高压燃气在燃烧室中停留时间极短，使NO难以生成；从而减少了排放废气的有害物质，改善了环保质量。

4、根据前述1所描述的循环方案，其特征是压缩滑片与膨胀滑片的顶部均为与汽缸工作面相同的圆弧面，在沿汽缸滑动时为弧面接触，在沿汽缸隔墙滑动时，压缩滑片是面向压缩室的前棱与隔墙接触，膨胀滑片是面向膨胀室的后棱与隔墙接触，在压缩滑片与膨胀滑片的顶部始终不会受到高压气体作用而脱离接触，杜绝了循环工作气室的径向密封线上发生高压气体喷漏，保证循环成功进行。

5、本发明简称RG1滑片旋转发动机，以RG1为标志，在产品汽缸上铸出。

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