CN201246187Y - 一种摇阀转缸式变容机构及其旋转发动机 - Google Patents

Abstract

一种摇阀转缸式变容机构及其旋转发动机，属于动力机械领域。所述的缸体(1)为圆盘状，在缸体(1)一侧的轴心上设置有主轴(2)，缸体(1)另一侧的端面上开有扇形腔室(3)并紧贴扇形腔室(3)固定有一配流座(4)，有一配流盖(7)套入转轴(5)并与配流座(4)外壁的通孔(6)部位环状紧密接触，所述扇形腔室(3)内对应设置有摇阀(10)，摇阀(10)的一端经销轴(11)固定在扇形腔室(3)弧线的圆心附近，摇阀(10)上还有一摇轴(12)插入滑道盖(14)上的椭圆形滑槽(15)中。结构紧凑，零部件少，体积小，重量轻，密封性好，振动小，工作效率高，维护方便，既可制成汽油发动机，柴油发动机，也可制成泵、液压马达、空气压缩机等流体动力机械。

Description

一种摇阀转缸式变容机构及其旋转发动机

技术领域

本实用新型涉及一种发动机或液压马达，具体来说涉及一种摇阀转缸式变容机构及其旋转发动机。属于动力机械领域。

背景技术

大量使用的液压马达、液压泵、压缩机，甚至在高温、高速、高压条件下工作的内燃机，其核心部分和技术要点就是机构的变容方式、密封和节能。

普通的内燃发动机工作时，活塞在气缸内作高速直线往复运动，完成“吸气、压缩、燃烧、排气”四个循环，通过曲柄连杆机构将活塞的直线运动转变为旋转运动，进而输出动力。气缸、活塞及曲柄连杆机构带来机构复杂，笨重，效率低，能耗高，振动大等难以克服的问题。上世纪60年代初出现的“三角转子”发动机其运动特点是：三角转子将椭圆形的气缸分成三个独立的空间，各自完成进气、压缩、作功和排气四个行程。以三角转子的中心为中心的内齿圈与以输出轴为中心的齿轮相啮合，将空、燃混合气燃烧所产生的膨胀推力直接转化为偏心转子的旋转动力。三角转子发动机的设计相对曲柄连杆活塞发动机而言，对发动机的心脏进行了脱胎换骨的变化，省去了连杆、曲轴、气门机构等部件，结构紧凑，重量轻，省材料，更重要的是没有传统发动机活塞上下的高速惯性冲击力，而将膨胀力直接转化为旋转力，因而运转平稳，振动小，噪音低。但它仍存在以下的缺点：一是耗油量大。因三角转子发动机燃烧室的椭圆外形不利于完全燃烧，火焰传播路线较长，燃烧不完全，使燃油、机油量消耗增加，不利于节能和环保。二是密封性能差。三角转子的密封部件在三个角的顶处，而它的支承和动力输出都是通过内啮合的一对齿轮来实现的，偏心的结构和齿轮啮合面的磨损势必造成间隙逐渐增大，进而改变运动部件的相对位置，随着使用时间的延长，密封性能的下降将会严重影响发动机的使用性能和使用寿命。

发明内容

本实用新型的第一个目的是针对现有变容式流体机械结构复杂，体积较大，工作效率较低，密封性能差的缺陷和不足，提出一种结构简单，体积小，工作效率高的摇阀转缸式变容机构。它可用于制作液压泵，液压马达和压缩机等变容式流体机械。

本实用新型的第二个目的是针对一百多年来至今现有发动机结构复杂，能耗高、密封性能差和振动大的缺陷和不足，提出一种结构简单，体积小，振动小，能耗低，密封性能好的摇阀转缸式旋转发动机。

本实用新型的第一个目的是通过以下方式实现的：一种摇阀转缸式变容机构，包括缸体和活塞，所述的缸体为圆盘状，在缸体一侧的轴心上设置有主轴，缸体另一侧的端面上开有扇形腔室并紧贴扇形腔室固定有一配流座，有一转轴穿过配流座固定在缸体的轴心上，或者对应缸体轴心固定在配流座的外壁上，配流座上与扇形腔室对应开有通孔，有一配流盖套入转轴并与配流座外壁的通孔部位环状紧密接触，所述配流盖上对应通孔分别设置有流体进口和流体出口，所述扇形腔室内对应设置有摇阀，所述摇阀的外沿与扇形腔室及配流座的内壁滑动配合，摇阀的一端经销轴固定在扇形腔室弧线的圆心附近，摇阀的外壁上还固定有一摇轴，摇轴的一端穿过扇形腔室底面的环形槽伸出缸体外并插入滑道盖上的椭圆形滑槽中，椭圆形滑槽长轴和短轴的中心开有定位孔，定位孔套接在主轴上。

所述配流盖上的流体进口与滑道盖上椭圆形滑槽的短轴相对应，配流盖上的流体出口与滑道盖上椭圆形滑槽的长轴相对应。

所述缸体的外部包容有一壳体，壳体的一端固定在滑道盖的端面上，壳体的另一端有孔套装在转轴上，在壳体与配流盖之间安装有弹簧，配流盖与转轴之间安装有轴承。

所述弹簧一端顶在配流盖上，另一端顶在端盘上，端盘经螺栓与配流盖固定连接，所述壳体的外壁上有压紧螺栓顶住端盘。

本实用新型的第二个目的是通过以下方式实现的：一种摇阀转缸式旋转发动机，包括缸体和活塞，所述的缸体为圆盘状，在缸体一侧的轴心上设置有主轴，缸体另一侧的端面上至少轴对称开有两个扇形腔室，并紧贴扇形腔室固定有一配流座，有一转轴穿过配流座固定在缸体的轴心上，或者对应缸体轴心固定在配流座的外壁上，配流座上与扇形腔室对应开有通孔，有一配流盖套入转轴并与配流座外壁的通孔部位环状紧密接触，所述配流盖上对应通孔分别设置有流体进口、流体出口和火花塞口或喷油口，所述各扇形腔室内对应设置有摇阀，所述摇阀的外沿与扇形腔室及配流座的内壁滑动配合，摇阀的一端经销轴固定在扇形腔室弧线的圆心附近，摇阀的外壁上还固定有一摇轴，摇轴的一端穿过扇形腔室底面的环形槽伸出缸体外并插入滑道盖上的椭圆形滑槽中，椭圆形滑槽长轴和短轴的中心开有定位孔，定位孔套接在主轴上，所述滑道盖和配流盖与底座固定连接。

所述配流盖上的流体进口与滑道盖上椭圆形滑槽的短轴相对应，配流盖上的流体出口与与滑道盖上椭圆形滑槽的长轴相对应，并顺缸体1的旋转方向排列在流体进口8之后，火花塞口或喷油口与流体进口约呈180°的夹角。

所述缸体的外部包容有一壳体，壳体的一端固定在滑道盖的端面上，壳体的另一端有孔套装在转轴上，在壳体与配流盖之间安装有弹簧，配流盖与转轴之间安装有轴承，所述壳体与底座固定连接。

所述弹簧一端顶在配流盖上，另一端顶在端盘上，端盘经螺栓与配流盖固定连接，所述壳体的外壁上有压紧螺栓顶住端盘。

所述壳体内部注有冷却润滑液，在壳体上设有冷却系统。

所述扇形腔室内与摇阀相对的内壁上设置有流体槽。

本实用新型所述的流体包括液体如柴油、机油、水等，也包括气体如空气或可燃混合气。

与现有技术相比本实用新型具有以下明显的优点：

1.结构紧凑，零部件少，体积小，重量轻，维护方便。本实用新型取消了连杆、曲轴、和活塞，取消了包括气门凸轮轴、挺杆和气门摇臂在内的气门机构，取消了飞轮及配气齿轮等零部件。其零部件数量约为传统发动机的50％，比三角转子发动机还要少。零部件的减少对于降低制造成本和使用成本，减少故障以及提高发动机工作的可靠性均极为有利。

2.本实用新型发动机结构中燃烧做功的膨胀力直接转换为旋转动力，其动力性能大大增强，效率提高，与传统发动机相比可节省燃料30％左右，也大大优于三角转子发动机，节能降耗效果显著。

3.本实用新型发动机的缸体旋转结构便于实现自身的动、静平衡，其回转中心无偏心，消除了往复发动机的惯性冲击力，真正实现了不偏、不离的正旋转，比三角转子发动机的振动还要小，为发动机的节能、减振、降噪开辟了新的途径。

4.密封性好。本实用新型的摇阀结构便于实现变容构件的密封，可确保缸体内部所需的压力稳定，压缩比大，性能稳定，使用寿命长。

5.应用范围广。本实用新型的变容式结构既可制成汽油发动机，柴油发动机，也可制成泵、液压马达、空气压缩机等流体动力机械。

附图说明

图1是本实用新型的缸体1、扇形腔室3、摇阀10与滑道盖14连接的结构示意图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是本实用新型缸体1及扇形腔室3中摇阀10的布置示意图；

图4是本实用新型配流盖7的结构示意图。

图中，缸体1，主轴2，扇形腔室3，配流座4，转轴5，通孔6、配流盖7，流体进口8，流体出口9，摇阀10，销轴11，摇轴12，环形槽13，滑道盖14，椭圆形滑槽15，定位孔16，壳体17，弹簧18，端盘19，螺栓20，压紧螺栓21，流体槽22，火花塞口或喷油口23。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述：

参见图1，图3，图4，本实用新型的一种摇阀转缸式变容机构，包括缸体1和摇阀10，所述的缸体1为圆盘状，在缸体1一侧的轴心上设置有主轴2，缸体1另一侧的端面上开有扇形腔室3并紧贴扇形腔室3固定有一配流座4，有一转轴5穿过配流座4固定在缸体1的轴心上，或者对应缸体1轴心固定在配流座4的外壁上，配流座4上与扇形腔室3对应开有通孔6，有一配流盖7套入转轴5并与配流座4外壁的通孔6部位环状紧密接触，所述配流盖7上对应通孔6分别设置有流体进口8和流体出口9，所述扇形腔室3内对应设置有摇阀10，所述摇阀10为长方形板状，摇阀10的外沿与扇形腔室3及配流座4的内壁滑动配合，摇阀10的一端经销轴11固定在扇形腔室3弧线的圆心附近，摇阀10的外壁上还固定有一摇轴12，摇轴12的一端穿过扇形腔室3底面的环形槽13伸出缸体1外并插入滑道盖14上的椭圆形滑槽15中，椭圆形滑槽15长轴和短轴中心的开有定位孔16，定位孔16套接在主轴2上。在插入椭圆形滑槽15内的摇轴12上装有轴承或轴瓦或轴套。

所述配流盖7上的流体进口8与滑道盖14上椭圆形滑槽15的短轴相对应，配流盖7上的流体出口9与滑道盖14上椭圆形滑槽15的长轴相对应。可以在配流盖7上对应设置两个流体进口8和流体出口9，这样，当缸体1转动一圈，就可完成两次变容循环过程。

由于滑道盖14上的椭圆形滑槽15设计，当缸体1旋转时，带着摇轴12运动，且摇轴12的轨迹随椭圆形滑槽15的长、短轴的位置而周期性改变，并带动摇阀10呈扇形摆动，从而改变扇形腔室3内部的容积。这时若在主轴2或转轴5上连接旋转动力如电动机，向流体进口8注入常压流体如气体或液体，即可从流体出口9获得高压的流体，起到泵或压缩机的作用。若直接向流体进口8注入高压流体，即可推动缸体1、主轴2和转轴5转动，起到液压马达的作用。

参见图1，图2，图3，图4，本实用新型的一种摇阀转缸式旋转发动机，包括缸体1和摇阀10，所述的缸体1为圆盘状，在缸体1一侧的轴心上设置有主轴2，缸体1另一侧的端面上至少轴对称开有两个扇形腔室3，并紧贴各扇形腔室3固定有一配流座4，，有一转轴5穿过配流座4固定在缸体1的轴心上，或者对应缸体1轴心固定在配流座4的外壁上，配流座4上与扇形腔室3对应开有通孔6，有一配流盖7套入转轴5并与配流座4外壁的通孔6部位环状紧密接触，所述配流盖7上对应通孔6分别设置有流体进口8、流体出口9和火花塞口或喷油口23，所述各扇形腔室3内对应设置有摇阀10，所述摇阀10的外沿与扇形腔室3及配流座4的内壁滑动配合，摇阀10的一端经销轴11固定在扇形腔室3弧线的圆心附近，摇阀10的外壁上还固定有一摇轴12，摇轴12的一端穿过扇形腔室3底面的环形槽13伸出缸体1外并插入滑道盖14上的椭圆形滑槽15中，椭圆形滑槽15长轴和短轴的中心开有定位孔16，定位孔16套接在主轴2上，所述滑道盖14和配流盖7与底座固定连接。所述底座为发动机的固定和支撑构件。

所述配流盖7上的流体进口8与滑道盖14上椭圆形滑槽15的短轴相对应，配流盖7上的流体出口9与与滑道盖14上椭圆形滑槽15的长轴相对应，并顺缸体1的旋转方向排列在流体进口8之后，火花塞口或喷油口23与流体进口8约呈180°的夹角。其中，当缸体1转动时，一个摇轴12带动摇阀10在扇形腔室3内的工作过程为，0—90°摇轴12由椭圆形滑槽15短轴向长轴方向转动，摇阀10从扇形腔室3内相对的内壁处向外打开——流体进口8向扇形腔室3内进气；90°—180°，摇轴12由椭圆形滑槽15长轴向短轴方向转动，摇阀10从扇形腔室3的外侧向内靠拢，扇形腔室3内的气体压缩，——这时火花塞口或喷油口23内火花塞点火或喷油；180°—270°，摇阀10从扇形腔室3内相对的内壁处向外打开，——燃烧的气体在从扇形腔室3内做功，推动缸体1转动，摇轴12由椭圆形滑槽15短轴向长轴方向转动；270°—360°摇阀10从扇形腔室3的外侧向内靠拢，——扇形腔室3内的气体从流体出口9排出，完成一个循环。图3中，在缸体1上对称设置有两个扇形腔室3，设置有两套摇阀10及摇轴12机构，并共用一个滑道盖14，因此，当缸体1转动一圈即0-360°，两套摇阀10可以完成两个运动循环，相当于传统四缸发动机曲轴转动0—720°的效果。

结构允许时，可以在缸体1上轴对称分布三至八套扇形腔室3、摇阀10及摇轴12机构，并共用一个滑道盖14，就可以达到传统六至十六缸发动机的工作效能。为满足功率等要求，也可以将本实用新型的多个发动机按不同相位同轴串联成一体，一方面可以满足大功率、大扭矩的要求，另一方面可以很方便地实现8缸、12缸、16缸等多缸要求，如按不同相位同轴串联了3台两个扇形腔室的四缸发动机，其串联后的发动机缸数即为3×4＝12缸，达到多缸发动机的运行效果。本实用新型的缸体1结构容易实现其质量中心与旋转中心同心，即容易实现自身的静平衡和动平衡，故缸体1转动时的振动小，而且，由于缸体1的质量相对较大，其转动惯量可以起到飞轮的作用，故可以取消现有的飞轮，大大减轻重量。为表示方便，图3中所示的两个摇阀10分别处于完全关闭和部分打开的位置，在实际使用中，由于缸体1和椭圆形滑槽15的对称性，两个摇阀10是处于对称状态的，即两个摇阀10将会同时打开或同时关闭。由于摇阀10在扇形腔室3内的扇形运动可以贴靠在扇形腔室3相对的内壁上，使扇形腔室3内的容积空间缩小为零，故本结构的压缩比可以设计得很大，足以满足柴油机较高压缩比的要求。所以本实用新型的结构不仅可以适用于汽油发动机，也可以适用于柴油发动机，可使用汽油、柴油、氢气、天然气，生物燃料等。

在本实用新型变容机构和旋转发动机中配流盖7与配流座4紧密接触的方式可以多样，如图2所示，为双锥度方案，其配合锥度为96-136°。可以使所述缸体1的外部包容有一壳体17，壳体17的一端固定在滑道盖14的端面上，壳体17的另一端有孔套装在转轴5上，在壳体17与配流盖7之间安装有弹簧18，配流盖7与转轴5之间安装有轴承，所述壳体17与底座固定连接。所述弹簧18一端顶在配流盖7上，另一端顶在端盘19上，端盘19经螺栓20与配流盖固定连接，所述壳体17的外壁上有压紧螺栓21顶住端盘19。上述结构取消了传统发动机的气门配气机构，配气方式简单，磨损间隙易补偿，密封性好，可以满足高压缩比的要求。而且所述扇形腔室3内与摇阀10相对的内壁上对应通孔6设置有流体槽22。便于流体进入并推动缸体1转动。

缸体1内的燃气做功会产生高的热量，为了降低缸体1的表面温度，并提高缸体1内零部件的润滑效果，可以在所述壳体17内部注有冷却润滑液，在壳体17上设有冷却系统，如水道，散热片等。采用本实用新型结构制作的旋转发动机已通过运行试验，根据本实用新型的结构特点和运行试验，特将本实用新型发动机与传统曲柄连杆活塞发动机、三角转子发动机的各项技术指标进行对比分析如下表：

三类发动机主要技术指标对比表

Claims (10)

1.一种摇阀转缸式变容机构，包括缸体(1)和活塞，其特征在于：所述的缸体(1)为圆盘状，在缸体(1)一侧的轴心上设置有主轴(2)，缸体(1)另一侧的端面上开有扇形腔室(3)并紧贴扇形腔室(3)固定有一配流座(4)，有一转轴(5)穿过配流座(4)固定在缸体(1)的轴心上，或者对应缸体(1)轴心固定在配流座(4)的外壁上，配流座(4)上与扇形腔室(3)对应开有通孔(6)，有一配流盖(7)套入转轴(5)并与配流座(4)外壁的通孔(6)部位环状紧密接触，所述配流盖(7)上对应通孔(6)分别设置有流体进口(8)和流体出口(9)，所述扇形腔室(3)内对应设置有摇阀(10)，所述摇阀(10)的外沿与扇形腔室(3)及配流座(4)的内壁滑动配合，摇阀(10)的一端经销轴(11)固定在扇形腔室(3)弧线的圆心附近，摇阀(10)的外壁上还固定有一摇轴(12)，摇轴(12)的一端穿过扇形腔室(3)底面的环形槽(13)伸出缸体(1)外并插入滑道盖(14)上的椭圆形滑槽(15)中，椭圆形滑槽(15)长轴和短轴的中心开有定位孔(16)，定位孔(16)套接在主轴(2)上。

2.根据权利要求1所述的一种摇阀转缸式变容机构，其特征在于：所述配流盖(7)上的流体进口(8)与滑道盖(14)上椭圆形滑槽(15)的短轴相对应，配流盖(7)上的流体出口(9)与滑道盖(14)上椭圆形滑槽(15)的长轴相对应。

3.根据权利要求1所述的一种摇阀转缸式变容机构，其特征在于：所述缸体(1)的外部包容有一壳体(17)，壳体(17)的一端固定在滑道盖(13)的端面上，壳体(17)的另一端有孔套装在转轴(5)上，在壳体(17)与配流盖(7)之间安装有弹簧(18)，配流盖(7)与转轴(5)之间安装有轴承。

4.根据权利要求3所述的一种摇阀转缸式变容机构，其特征在于：所述弹簧(18)一端顶在配流盖(7)上，另一端顶在端盘(19)上，端盘(19)经螺栓(20)与配流盖固定连接，所述壳体(17)的外壁上有压紧螺栓(21)顶住端盘(19)。

5.一种摇阀转缸式旋转发动机，其特征在于：包括缸体(1)和活塞，其特征在于：所述的缸体(1)为圆盘状，在缸体(1)一侧的轴心上设置有主轴(2)，缸体(1)另一侧的端面上至少轴对称开有两个扇形腔室(3)，并紧贴扇形腔室(3)固定有一配流座(4)，有一转轴(5)穿过配流座(4)固定在缸体(1)的轴心上，或者对应缸体(1)轴心固定在配流座(4)的外壁上，配流座(4)上与扇形腔室(3)对应开有通孔(6)，有一配流盖(7)套入转轴(5)并与配流座(4)外壁的通孔(6)部位环状紧密接触，所述配流盖(7)上对应通孔(6)分别设置有流体进口(8)、流体出口(9)和火花塞口或喷油口(23)，所述各扇形腔室(3)内对应设置有摇阀(10)，所述摇阀(10)的外沿与扇形腔室(3)及配流座(4)的内壁滑动配合，摇阀(10)的一端经销轴(11)固定在扇形腔室(3)弧线的圆心附近，摇阀(10)的外壁上还固定有一摇轴(12)，摇轴(12)的一端穿过扇形腔室(3)底面的环形槽(13)伸出缸体(1)外并插入滑道盖(14)上的椭圆形滑槽(15)中，椭圆形滑槽(15)长轴和短轴的中心开有定位孔(16)，定位孔(16)套接在主轴(2)上，所述滑道盖(14)和配流盖(7)与底座固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种摇阀转缸式旋转发动机，其特征在于：所述配流盖(7)上的流体进口(8)与滑道盖(14)上椭圆形滑槽(15)的短轴相对应，配流盖(7)上的流体出口(9)与滑道盖(14)上椭圆形滑槽(15)的长轴相对应，并顺缸体(1)的旋转方向排列在流体进口(8)之后，火花塞口或喷油口(23)与流体进口(8)约呈180°的夹角。

7.根据权利要求5所述的一种摇阀转缸式旋转发动机，其特征在于：所述缸体(1)的外部包容有一壳体(17)，壳体(17)的一端固定在滑道盖(13)的端面上，壳体(17)的另一端有孔套装在转轴(5)上，在壳体(17)与配流盖(7)之间安装有弹簧(18)，配流盖(7)与转轴(5)之间安装有轴承，所述壳体(17)与底座固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种摇阀转缸式旋转发动机，其特征在于：所述弹簧(18)一端顶在配流盖(7)上，另一端顶在端盘(19)上，端盘(19)经螺栓(20)与配流盖固定连接，所述壳体(17)的外壁上有压紧螺栓(21)顶住端盘(19)。

9.根据权利要求5所述的一种摇阀转缸式旋转发动机，其特征在于：所述壳体(17)内部注有冷却润滑液，在壳体(17)上设有冷却系统。

10.根据权利要求5所述的一种摇阀转缸式旋转发动机，其特征在于：所述扇形腔室(3)内与摇阀(10)相对的内壁上设置有流体槽(22)。

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