CN204239058U - 双旋式内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本设计为一种实用新型的双旋式内燃发动机，属内燃发动机系列，现在的内燃机，热能大部分消耗在活塞的往返运动上，把活塞的往返运动转变为旋转运动，是最佳选择。利用两机件的旋转差达到压缩、爆炸来产生动力。双旋式内燃发动机，消除了往返运动，其构造为凸轮2、凹轮3在机壳1内旋转，凸轮2和凹轮3按设定的速比4比1旋转，当凸轮2的凸出部分进入凹槽4内，形成燃烧室、喷油、爆炸产生动力。凸轮2转一周做工一次，凸轮2转四周，凹轮3转一周，做工四次为一个循环。该机在运转中消除了往返运动，起到了节能减少污染的作用。

Description

双旋式内燃发动机

技术领域：

本发明为双旋式内燃发动机，是以汽柴油为燃料，在机械内燃烧，由热能转换为机械能的装置，属内燃发动机系列。

技术背景：

现在的内燃发动机，热能大部分消耗在活塞的往返运动上，应当改进。把活塞的往返运动转变为旋转运动是最佳选择。以此理念，设计了一种双旋式内燃发动机，主要运动件都是旋转的，消除了往返运动，提高了热能利用率、对节约能源、保护环境、减少污染，具有巨大的社会经济效益。

发明内容：

本发明为双旋式内燃发动机，消除了现在应用的内燃机活塞往返运动，其构造主要由四件组成：机壳(图1)，凸轮(图2)，凹轮(图3)，齿轮如图13中的9和15。凸轮上的齿轮9小，凹轮上的齿轮15大，两齿轮按相位啮合，两齿轮之比为四比一，如图13。

机壳上设有凸轮腔5和凹轮腔21，在凸轮腔的中心点设有轴承孔23，在凹轮腔的中心点设有凹轮轴承孔25，连接两中心点的点划线为两腔的0°线。在凸轮腔盖上设有250°进气槽6，进气槽与进气口连接，此槽在10°至260°处。270°的边上设有凸轮腔导气孔12。在机壳凹轮腔的侧面27°——30°设有长方形排气口13。在凹轮腔点划线下方5°——13°处(凹轮腔347°——355°)设有导气槽10，导气槽上装有导气管11，导气管的另一端连接在凸轮腔导气孔12上。

凸轮的外形是一个左右对称的两个不同半径圆弧组成，两弧之间用渐开线连接，凸轮头部的点划线定为0°，凸轮上设有凸轮进气道8，平面上的进气口为梯形口，设在0°线下60°，另一个口是长方形口，设在70°的渐开线上。凸轮进气道8上的梯形口与进气槽6半径相同。当凸轮转到梯形口与进气槽重合时，进气道形成通路，0.2兆帕的空气经进气口7到进气槽6，经凸轮进气道8进入气室24或进入燃烧室18，如图7、图8。在凸轮腔的中心设有轴承孔23，通过轴承19将装有凸轮2和齿轮9的凸轮轴14支撑于轴承孔23上。凸轮2在凸轮腔5内旋转，凸轮的两个平面及CD弧与凸轮腔滑动密封配合。

凹轮上设有四个凹槽4，90°均布。凹槽两边到圆心夹角为40°，在每个槽中间有通过圆心的点划线，把期中的一条点划线定为凹轮的0°，备说明使用。

在每个凹槽中线下方10°处设有导气孔16，导气孔另一端与机壳上的导气槽10半径相同，转到一定角度，导气孔与导气槽对应相连接。图3为凹轮图。在凹轮腔的中心设有凹轮轴承孔25，通过凹轮轴承20将装有凹轮3和齿轮15的凹轮轴22支撑于凹轮轴孔25上。在凹槽的底部有MN弧为15°，此弧在运行中与凸轮上的CD弧滚动密封配合。凹轮上的F、 E两点分别于凸轮上的两条渐开线密封滑动配合。凹轮的两个平面及EF弧面与凹轮腔21内壁滑动密封配合。

凸轮、凹轮通过两齿轮以四比一的速比旋转，凸轮上的HG弧与凹轮上的圆弧EF滚动密封配合时。凸轮上的CD弧与凸轮腔壁摩擦密封配合，这时凸轮把气室24分成两部分，旋转方向的前边气室内的空气受到压缩，后方气室在进气，进气形程和压缩行程同时进行，如图8。再转，凸轮把压缩气体压入到凹轮的凹槽内，如图9。

继续旋转，凸轮的突出部分进入凹槽，空气进一步压缩。F点(实际为一条线)与GD渐开线(实际为一个面)滑动密封配合，保证压缩气尽量少的从F点泄出，如图10、11。继续旋转，凸轮转到0°，凸轮上的CD弧与凹轮上的MN弧密封配合，把凹槽分成两部分，旋转方向的前方为燃烧室18，后方凹槽内存有没用的高压气体，如不泄掉，此气体对两轮的运转产生阻力，此时凹轮腔壁上的导气槽10与凹轮上的导气孔16接通，没用的高压气体，通过导气孔16、导气槽10、导气接管11及凸轮导气孔12进入气室24。凸轮在0°时，F点到了GD渐开线的终点，即FD两点重合，同时E点与另一条渐开线的C点也重合，E点开始在HC渐开线上滑动密封运行。凸轮在0°时，燃烧室的空气受到高压，其压力达到2兆帕以上，产生的高温足可以点燃喷油嘴喷出的油雾，爆炸做功。为了保证冷机起动，可在喷油嘴旁装电热塞一个，油雾通过电热塞时即可燃烧爆炸。

燃烧爆炸力的分析：燃烧室为三角形立方体，由五个面组成，对应的两个面，由腔壁组成，是固定的，不能产生动力。作用在凸轮的弧面和凹槽的底面是轴向力，也不能产生动力。只有作用在重合凹轮半径的燃烧室壁上的力，能推动凹轮旋转，其推力的方向正是凹轮旋转的方向，加快了凹轮的旋转，凸轮每转一圈，就产生动力一次，推动凹轮不断旋转。

燃烧室是一个密封性要求很高的密封体，在运行中，如何保证CD弧与MN弧滚动密封配合？又如何保证F点与D点，E点与C点同时重合呢？如图4。渐开线GD与F点滑动密封配合是保证高压气体不能窜到气室的关键。如图10、11。还有HC渐开线与E点如何实现滑动密封配合？如图5和图6，下面加以说明。这些都是设定的。

设：凹轮的半径为50毫米，OO′为71.40毫米，凹槽底部的MN弧的半径为41.59mm，弦EF＝弦CD，其长34.20mm，∠EOF(凹槽)为40°，凸轮上的CO′＝DO′＝29.81mm。HG弧的半径为21.40mm，凸轮上的CD弧为70°，其弦长也是34.20mm。以上9个数据都是通过计算设定的。

渐开线GD是F点在凸轮上运动的轨迹。渐开线GD由多个点组成，各点与圆心之间的数据都不相同，为说明其走向，凸轮每转10°在渐开线上设一个点，求出其与O′的长度及该点在凸轮上的角度。渐开线起点G到圆心为21.40mm，角度为280°，F点从凸轮上的G点开始转10°到290°时，F点在GD上运行到284.2°，渐开线到O′的长为21.56mm。转到300°，F点在GD上运行到288.6°，渐开线到O′的长为22.03mm。转到310°，F点在 GD上运行到293.4°，渐开线到O′的长为22.79mm。转到320°，F点在GD上运行到298.6°渐开线到O′的长为23.81mm。转到330°，F点在GD上运行到304.4°，渐开线到O′的长为25.05mm。转到340°，F点在GD上运行到310.7°，渐开线到O′的长为26.48mm。转到350°，F点在GD上运行到317.6°渐开线到O′的长为28.08mm。转到360°，F点在GD上运行到325°渐开线到O′的长为29.81mm。F点与D点重合，E点与C点重合，此时CD弧与MN弧相切，因CD弧的半径29.81mm，MN弧的半径为41.59mm，两弧半径相加为71.40mm，正好与OO′长度相同，两弧相切，保证了密封。从0°开始，E点开始在CH渐开线上运行，保证了废气不能与气室内的空气混合，其轨迹与前一条渐开线方向相反。由C点运行到H点，长度由29.81mm运行到21.40mm，两渐开线为轴对称，凸轮也就形成了轴对称。凸轮运转到80°时E点与H点重合，HG弧与EF弧在OO′线上相切。因为HG弧的半径为21.40mm，EF弧半径为50mm，两弧相加为71.40mm，此相切保证了两气室之间的高压气与低压气不能混合。如图8和图9。.

当E点转到凸轮进气道口时，可能出现瞬时泄气现象，这是排气已进行了15°(凹轮转角)，凸轮已转到了60°，同时燃烧室扩大了近6倍，排气压力急速下降，其压力低于气室压力，气室的新鲜空气泄入燃烧室18，起到了帮助排废气的作用。

以上设计数据均没有留运行间隙，只是构思数据。

附图编号说明：

图1为机壳构造图

图2为凸轮构造图

图3为凹轮构造图

图4为燃烧爆炸和没用气体导气图

图5为排气开始和导气结束图

图6为排气推气和压缩进行图

图7为进气开始和压缩行程以及推气图

图8为惯性排气和进气及压缩气图

图9为停止排气和进气及压缩气进入凹槽图

图10为停止进气和凸轮开始进入凹槽图

图11为凸轮把凹槽分成两部分和没用气体导出图

图12为开始喷油和导气进行图

图13为双旋式内燃发动机构造图

图14为两凸轮的双旋式内燃发动机图

图15为三凸轮的双旋式内燃发动机图

各称编号： 

机壳1，凸轮2，凹轮3，凹槽4，凸轮腔5，进气槽6，进气口7，凸轮进气道8，齿轮9，导气槽10，导气接管11，凸轮腔导气孔12，排气口13，凸轮轴14，齿轮15，导气孔16，喷油嘴17，燃烧室18，凸轮轴承19，凹轮轴承20，凹轮腔21，凹轮轴22，凸轮轴承孔23，气室24，凹轮轴承孔25。

本内燃机的附件仍采用原内燃机的构造，因此在制图中删去了电系、润滑系、供油系、冷却系和空压机等。

具体实施方式：

在机壳上两轴孔中心点连线定为说明起点，也就是固定的0°线。凸轮的凸出部分的对称轴线作为凸轮的0°。凹轮上通过第一个凹槽的半径平分线，作为凹轮的0°线。当三条线重合时，定为说明的起点。凸轮2凹轮3按四比一的速比旋转，利用转速差形成压缩做功。凹轮3转90°，凸轮2转一周，做功一次，凹轮转一周做功四次为一个循环。

当凸轮2和凹轮3的0°线与机壳上0°线重合时，如图4。此时凸轮2把凹轮3上的凹槽4分成两个腔，前腔为燃烧室18，后腔存有没用的气体，正在通过导气孔16经过机壳上的导气槽10，导气接管11，凸轮腔导气孔12进入气室24。当凹轮转到7°时，没用的高压气体的压力降至与气室24平衡，导气槽10与导气孔16分开，导气结束，如图5。在0度线看燃烧室一边，凸轮在0°前10°喷油嘴开始喷油，到0°时还在喷油，正是燃烧爆炸的高峰，爆炸产生的动力推动凹轮3旋转，燃烧室18开始扩大。凸轮2在0°时，气室24的空气开始被压缩，如图4。.

凹轮3转到7°时，凹槽的F点打开排气口13，废气开始排出如图5。此时导气孔16与导气槽分开停止导气。

凹轮3转到15°时，凸轮2转了60°，凸轮进气道8与进气槽接通，0.2兆帕的空气充入燃烧室18(也就是凹槽内)把废气推出，空气随着凸轮的旋转，进气扫过整个燃烧室(凹槽)，把废气清除干净，如图6和图7。

当凹轮转到20°时，凸轮2从凹槽4内退出，气室24的后腔开始扩大，0.2兆帕压力的空气推出废气的同时，一部分充入开始扩大的气室24后腔。气室24前腔的空气还在受到压缩，如图7。

凹轮转到40°时，凹槽4的壁(E点)关闭推气通道，凹槽内的部分废气只能借气流的惯性排出，0.2兆帕的空气只充入气室24后腔，如图8。此时凸轮把气室分成两部分，前腔的空气受到压缩。

凹轮转到50°时，E点关闭排气口13停止排气，如图9。此时第二个凹槽与气室24前腔相通，前腔内的压缩气开始充入第二个凹槽内。气室24的后腔还在进气。

凸轮2转到320°时，凹轮转了80°，凸轮进气道8与进气槽6分开，凸轮进气道6形成盲孔，停止进气。压入第二个凹槽的气体，受到进一步压缩，全部进入凹槽内，如图10。

当凹轮3转到85°时，凸轮2转了340°，出现两种情况：凸轮头部把凹槽4分成两部分，凹轮运转的前方组成燃烧室18。后腔存有没用的高压气体，此时导气孔16与导气槽10接通。没用的高压气体经导气孔16、导气槽10、导气接管11和凸轮腔导气孔12，进入气室24，使凹轮槽4后腔的压力与气室24内的压力相同。此导气过程，一直延续到凸轮2转到360°加28°才关闭导气通道，如图11。

设喷油初始角为350°(凸轮转角)，凹轮转角为87.5°，如图12。把喷嘴的位置设在燃烧室18前端，燃烧室18随着凸轮凹轮的运转而移动，到喷油结束时，喷嘴的位置已到了燃烧室18的中后端，其喷油轨迹为长椭圆形，使油雾更好的与空气燃烧，燃烧更完全彻底。导气还在进行中，如图12。

凸轮2转到360°时，也就是又到了0°，凹轮转了90°，第二个凹槽的中线也与0度线重合，下一个做功开始。凸轮2转4周，凹轮3转一周，做功四次为一个循环。下一个循环开始，周而复始，运转起来。

为了增加动力，一个凹轮上可安装两个凸轮，两个凸轮之间的安装角为135°。凹轮转一周，做功8次，凹轮转45°做功一次，如图14所示。也可装三个凸轮，凸轮的安装角为120°，凹轮转一周，作12个功，凹轮转30°做功一次，如图15。

双旋式内燃发动机的优缺点：

优点：

①主要机件为旋转的，增加了热能利用率。

②进排气机构都附加在凸轮、凹轮和机壳上。在运转中自行关闭，结构简单，零件少。

③进气压缩同时进行，延长了进气时间。有充足的压缩气，产生的一氧化碳少，环保。

④发动机运转平稳，不需要专设飞轮。

缺点：

①运动件的密封多为线状密封，要求精度高。

②冷却系为双循环，内冷，都是旋转件，离心力大，水套承受的压力大。对水套强度要求高。

Claims (1)

1.一种双旋式内燃发动机，其特征为：包含机壳(1)内的两个圆形的腔，即凸轮腔(5)凹轮腔(21)，在凸轮腔的中心，设有轴承孔(23)，凸轮轴(14)上固定有凸轮(2)和齿轮(9)，通过轴承(19)支撑于凸轮腔内，在凹轮腔中心设有凹轮轴孔(25)，凹轮轴(22)上固定有凹轮(3)和齿轮(15)，通过轴承(20)支持于凹轮腔内，凹轮(3)上的齿轮(15)大，凸轮(2)上的齿轮(9)小，其速比为四比一，凸轮(2)凹轮(3)在各自的腔内旋转，凸轮(2)的两个平面及CD弧面与凸轮腔壁滑动密封配合，凹轮的两个平面及四个FE弧面与凹轮腔面滑动密封配合，因两齿轮(9)、(15)按相位啮合旋转，凸轮(2)上的HG弧面与凹轮上的FE弧面滚动密封配合，在运转中，凸轮(2)的长半径部分进入凹轮(3)的凹槽(4)，转到设定的三条0°线重合，凸轮(2)上的C点、D点分别与凹轮(3)上的E点、F点重合时，CD弧与凹槽(4)内的MN弧面滚动密封配合，形成燃烧室(18)，燃烧室随着凸轮(2)凹轮(3)的旋转而移动，在凹轮腔壁上27°——30°处设有排气口(13)，当凹槽(4)上的壁上的F点转到排气口处，排气口(13)与燃烧室(18)接通，燃烧的废气通过排气口(13)排出，凹槽(4)上的另一个边上的E点转到凹轮腔30°关闭排气通道；凸轮(2)在凸轮腔(5)内旋转，当凸轮进气道(8)上的梯形口与进气槽(6)重合时，形成进气通道，空气经进气口(7)到进气槽(6)进入凸轮进气道(8)，进入气室(24)或进入燃烧室，把燃烧室内的废气推出；双旋式内燃发动机的凸轮(2)、凹轮(3)等都是旋转的，消除了往返运动；进气系统，排气系统，都附加在机壳(1)、凸轮(2)、凹轮(3)的机件之上，没有专门的进、排气构件，进、排气是在运转中组成的；燃烧室(18)也是在运转中组成，并随着凸轮(2)、凹轮(3)的运转而移动，开始喷油时，喷油咀(17)在燃烧室(18)的前端，喷油结束时，喷油咀在燃烧室(18)的中后端，油雾的轨迹为长椭圆形，有利于油雾与压缩气的燃烧；进气和压缩同时进行，排气和进气也有同时进行的现象；凸轮(2)转一周做一次功，凹轮(3)转一周做功四次。