CN210105979U - 一种旋转活塞式发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋转活塞式发动机，包括缸体、旋转活塞和输出轴；缸体与旋转活塞同轴安装且之间形成圆环状工作空间；输出轴贯穿所述缸体和旋转活塞并同轴安装，输出轴与所述旋转活塞紧固相连并做旋转运动；旋转活塞的外周壁上设置有活塞片，缸体的内周壁上设置有在开启位置与关闭位置之间往复运动的开合式阀门，在开合式阀门处于关闭位置时，开合式阀门伸入至所述圆环状工作空间，并与所述活塞片组合，以将所述圆环状空间划分为燃烧室与排气室；所述活塞片与开合式阀门之间设有联动机构，以使开合式阀门随活塞片旋转位置变化而进行开合动作。本实用新型的旋转活塞式发动机具有结构简单、体积小、噪音小、工作可靠等优点。

Description

一种旋转活塞式发动机

技术领域

本实用新型主要涉及发动机技术领域，特指一种旋转活塞式发动机。

背景技术

活塞式发动机主要有往复活塞式发动机和旋转活塞式发动机两类。活塞式燃油发动机通常是指燃油在汽缸里燃烧膨胀，推动活塞下行带动曲轴旋转，以此形式输出动力的发动机，它利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能，由于存在曲柄等相关传动机构，不仅结构复杂，而且可靠性较低。旋转活塞式发动机研制并应用成功的是1957年由德国人汪克尔(Wankel)实用新型的三角转子旋转活塞发动机，此发动机功率密度相对较大，应用前景可观，但由于转子形状复杂导致制造成本高昂，并且存在密封困难、低速时动力性能差、燃油经济性差等难以解决的问题，使得旋转活塞式发动机理论上的优越性到目前为止未能得到充分发挥。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、体积小、工作可靠性高的旋转活塞式发动机。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种旋转活塞式发动机，包括缸体、旋转活塞和输出轴；

所述缸体与旋转活塞同轴安装且之间形成圆环状工作空间；

所述输出轴贯穿所述缸体和旋转活塞并同轴安装，所述输出轴与所述旋转活塞紧固相连并做旋转运动；

所述旋转活塞的外周壁上设置有活塞片，所述缸体的内周壁上设置有在开启位置与关闭位置之间往复运动的开合式阀门，在所述开合式阀门处于关闭位置时，所述开合式阀门伸入至所述圆环状工作空间，并与所述活塞片组合，以将所述圆环状空间划分为燃烧室与排气室；

所述活塞片与开合式阀门之间设有联动机构，以使开合式阀门随活塞片旋转位置变化而进行开合动作。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述开合式阀门包括阀片和转轴，所述阀片的一边紧固于所述转轴上，所述转轴的两端则转动安装于缸体上，所述阀片相对于转轴的一边以则转轴为固定支点做开合运动。

所述缸体上开设有门槽，所述阀片的两侧边卡设于所述门槽内，用于限制所述阀片在开启位置与关闭位置之间运动。

所述阀片的形状呈圆弧状，且在开启位置时与缸体的内侧壁形成完整的圆形。

所述联动机构包括转盘和连杆，所述转盘固定安装于所述输出轴上并随所述输出轴转动，所述转盘上设置有轨迹槽；所述连杆的一端与所述转轴的一端紧固相连，另一端卡设于所述轨迹槽内；所述转盘上的轨迹槽使所述连杆的另一端来回往复运动，而使连杆一端的转轴上的阀片做往复开合运动。

所述连杆的另一端通过滚轮卡设于所述轨迹槽内。

所述联动机构包括凸轮和曲柄；所述凸轮安装于所述输出轴上并随所述输出轴转动，所述曲柄的中段固定安装于所述转轴的一端，所述曲柄的一端安装有拉紧组件，用于拉紧所述曲柄而使与曲柄相连的转轴上的阀片处于关闭状态；所述凸轮在随输出轴转动时，在与活塞片旋转位置相对应的位置抵靠所述曲柄的另一端，而使转轴上的阀片处于打开状态以便于活塞片通过。

所述拉紧组件包括弹簧和安装支架，所述安装支架安装于所述缸体上，所述弹簧的两端分别与安装支架和曲柄的一端相连。

发动机的进气口或/和燃料口均位于所述开合式阀门处的缸体的侧壁上。

所述活塞片和开合式阀门的数量均为一个或非零偶数个，所述活塞片和开合式阀门的数量相同；当所述活塞片和开合式阀门的数量为非零偶数个时，所述活塞片均匀分布在旋转活塞的外周壁上，所述开合式阀门均匀分布在缸体的内周壁上。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的旋转活塞式发动机，旋转活塞做圆形连续旋转运动，相对于之前的偏心旋转方式(如三角转子旋转活塞发动机)，连续旋转方向始终保持不变，旋转更加顺畅，不存在一些偏心摩擦或碰撞，减少了摩擦或碰撞，静音性更好，同时也保证了工作可靠性；旋转活塞做圆形连续旋转运动，旋转方向相同，不存在变化，不存在惯性的重量缺失；旋转活塞做圆形连续旋转运动，不使用偏心结构等旋转结构，从而使得结构更加简单、使得体积也更小，重量轻，适用于比功率大的应用场合。

本实用新型的旋转活塞式发动机，采用开合式阀门实现对工作空间的划分，整体结构简单、工作可靠且易于实现。开合式阀门与输出轴之间设有联动机构，使得开合式阀门与输出轴上的旋转活塞的活塞片同步运动，不会存在阀门与活塞片相互干涉等影响，大幅提高开合式阀门开关工作的可靠性。

本实用新型的旋转活塞式发动机，联动机构采用轨迹槽的方式，结构简单且易于实现。联动机构采用凸轮的方式，结构简单，在进行联动工作时，凸轮对曲柄仅仅只是碰撞式的接触，从而不会对转轴有强制性的作用力，从而保证转轴上阀片开关的可靠性；另外在曲柄的另一端设置滚轮，也能够保证凸轮与滚轮之间的滑动接触，减小噪音以及摩擦。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的整体立体结构示意图。

图2为本实用新型实施例一的俯视结构示意图。

图3为本实用新型实施例一的立体结构示意图(去掉上缸体)。

图4为本实用新型实施例一的缸体内部立体结构示意图。

图5为本实用新型实施例一的缸体内部俯视结构示意图之一。

图6为本实用新型实施例一的缸体内部俯视结构示意图之二。

图7为本实用新型实施例一的缸体内部俯视结构示意图之三。

图8为本实用新型实施例二的整体立体结构示意图之一。

图9为本实用新型实施例二的整体立体结构示意图之二。

图10为本实用新型实施例二的轨迹槽的结构示意图。

图中标号表示：1、缸体；101、上缸体；102、下缸体；103、门槽；104、燃烧室；1041、进气口；105、排气室；1051、排气口；2、旋转活塞；201、活塞片；3、输出轴；4、开合式阀门；401、阀片；402、转轴；5、联动机构；511、凸轮；512、曲柄；513、拉紧组件；5131、弹簧；5132、安装支架；514、滚轮；521、转盘；5211、轨迹槽；522、连杆。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例一：

如图1至图7所示，本实施例的旋转活塞式发动机，包括缸体1、旋转活塞2和输出轴3；其中缸体1包括上缸体101和下缸体102；旋转活塞2安装于上缸体101与下缸体102之间且与整个缸体1同轴安装，整个缸体1与旋转活塞2之间形成圆环状工作空间；输出轴3贯穿缸体1和旋转活塞2并同轴安装，输出轴3与旋转活塞2紧固相连，并绕其本身的轴线做旋转运动，输出轴3为动力轴，用于将动力进行输出；旋转活塞2的外周壁上设置有活塞片201，缸体1的内周壁上设置有在开启位置与关闭位置之间往复运动的开合式阀门4，在开合式阀门4处于关闭位置时，开合式阀门4沿缸体1半径方向伸入至圆环状工作空间而与旋转活塞2的侧壁接触，并与活塞片201组合，以将圆环状空间划分为密封性的燃烧室104与排气室105；活塞片201与开合式阀门4之间设有联动机构5，以使开合式阀门4随活塞片201旋转位置变化而进行开合动作。在进行工作时，在活塞片201与开合式阀门4之间相互配合将工作空间密闭成燃烧室104，然后再通过向燃烧室104内喷射压缩空气和燃料，并进行点火，通过燃料燃烧膨胀而作用于活塞片201，使得活塞片201旋转而带动旋转活塞2转动，即输出轴3转动，从而使得动力的输出；与此同时，与燃烧室104相邻的排气室105则同步将上次燃烧时残留的燃烧气体经燃烧室104内的排气口1051排出，结束一个工作行程，再进入下一个工作行程。

通过以上旋转式结构进行连续做圆形旋转运动而实现动力的输出，具体有以下效果：

一个是旋转活塞2做圆形连续旋转运动，相对于之前的偏心旋转方式(如三角转子旋转活塞式发动机)，连续旋转方向始终保持不变，旋转更加顺畅，不存在一些偏心摩擦或碰撞，减少了摩擦或碰撞，静音性更好，同时也保证了工作可靠性；

二个是旋转活塞2做圆形连续旋转运动，旋转方向相同，不存在变化，不存在惯性的重量缺失；

三个是旋转活塞2做圆形连续旋转运动，不使用偏心结构等旋转结构，从而使得结构更加简单、使得体积也更小，重量轻，适用于比功率大的应用场合；

四个是采用开合式阀门4实现对工作空间(或工作行程)的划分，整体结构简单、开合式密封方式的工作可靠性高且更易于实现；

五个是开合式阀门4与输出轴3之间设有机械式的联动机构5，使得开合式阀门4与输出轴3上的旋转活塞2的活塞片201同步运动，不会存在阀门与活塞片201相互干涉等影响，大幅提高开合式阀门4开关工作的可靠性。

如图4所示，本实施例中，开合式阀门4包括阀片401和转轴402，转轴402则紧固于阀片401的一边，转轴402的两端则转动安装于缸体1的上下两侧(即分别转动安装于上缸体101和下缸体102上)，阀片401相对于转轴402的一边以则转轴402为固定支点做开合运动(类似平开门结构)。另外，在上缸体101和下缸体102与阀片401接触的位置处均设置有门槽103，阀片401的上下两侧边则卡设于门槽103内，其中门槽103的形状呈扇形，使得阀片401在扇形门槽103内转动，对阀片401的转动位置进行限制，进一步提高阀片401工作的可靠性。另外，阀片401的形状呈圆弧状，且在开启位置时与缸体1的内侧壁形成完整的圆形，对活塞片201的转动无影响，提高活塞片201转动的可靠性。

本实施例中，联动机构5包括凸轮511和曲柄512；凸轮511安装于输出轴3上并随输出轴3转动，曲柄512的中段固定安装于转轴402的一端，曲柄512的一端安装有拉紧组件513，用于拉紧曲柄512而使与曲柄512相连的转轴402上的阀片401处于关闭状态；凸轮511在随输出轴3同步转动时，在下一行程开始时，抵靠曲柄512另一端的滚轮514，使得曲柄512转动，带动转轴402转动，使得转轴402上的阀片401处于打开状态以便于活塞片201通过(即避让活塞片201)，并在活塞片201通过后，凸轮511则与曲柄512的另一端的滚轮514相脱离，曲柄512在拉紧组件513的作用下复位，从而使得曲柄512带动转轴402上的阀片401转动至关闭位置，从而与活塞片201形成密封性的燃烧室104，再进行充气点火爆炸而做功。具体地，拉紧组件513包括弹簧5131和安装支架5132，安装支架5132安装于缸体1上，弹簧5131的两端分别与安装支架5132和曲柄512的一端相连，通过弹簧5131的弹力实现曲柄512的自动复位。此联动机构5结构简单，在进行联动工作时，凸轮511对曲柄512仅仅只是碰撞式的接触，从而不会对转轴402有强制性的作用力，从而保证转轴402上阀片401开关的可靠性；另外在曲柄512的另一端设置滚轮514，也能够保证凸轮511与滚轮514之间的滑动接触，减小噪音以及摩擦。

本实施例中，活塞片201和开合式阀门4的数量均为两个，活塞片201均匀分布在旋转活塞2的外周壁上，开合式阀门4均匀分布在缸体1的内周壁上。在进行数量选择时，大多选择偶数对并均匀分布，以形成对称式分布，不会产生偏心力，保证结构的稳定性，同时多个燃烧室104，在一个圆形运动轨道内可以具有多个工作行程，从而可以使得整体结构更小。当然，在此并不对具体数量进行限定，在其它实施例中，也可以根据燃料种类等实际情况来对其数量进行选择。

本实施例中，用于喷射燃油或燃气等燃料的喷嘴、压缩空气的喷嘴(图中未示出)设置于阀片401位置处的进气口1041处，如图5中的A1和A2位置处，点火装置(如火花塞，图中未示出)也安装于此处；排气口1051则位于靠近阀片401位置处，即在一个行程的结束位置处。

具体工作过程再依照图5～7进行详细说明：

如图5所示，在活塞片201刚通过A1位置处阀片401所在位置后，阀片401转动而处于关闭位置，从而使得阀片401与活塞片201之间形成密闭空间，即燃烧室104(如图5中Y空间)；处于A1位置的喷嘴向燃烧室104内喷射燃料和压缩空气，然后火花塞点火，此时燃料燃烧产生的压力作用于活塞片201上，使得旋转活塞2继续逆时针转动，带动输出轴3输出动力；与此同时，与燃烧室104相邻的排气室105(如图5中B空间)内，还残留上次燃烧的气体，在活塞片201的作用下，使得残留气体从排气口1051排出，从而结束一个行程；

如图6所示，在结束上一个行程后，下一个工作行程处的阀片401(A2位置处)打开，以便于活塞片201通过；然后按上述工作过程进行下一个工作行程的喷气点火爆炸做功，如图7所示。

实施例二：

如图8至图10所示，本实施例与实施例一的区别仅在于联动机构5的不同，具体地，本实施例的联动机构5包括转盘521和连杆522，转盘521固定安装于输出轴3上并随输出轴3转动，转盘521上设置有轨迹槽5211；连杆522的一端与转轴402的一端紧固相连，另一端通过滚轮卡设于轨迹槽5211内；转盘521上的轨迹槽5211使连杆522的另一端来回往复运动，而使连杆522一端的转轴402上的阀片401做往复开合运动。即通过轨迹槽5211的设计，实现卡入轨迹槽5211内连杆522按一定规律进行转动，从而实现阀片401的正常开合。此联动机构5结构简单且易于实现。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种旋转活塞式发动机，其特征在于，包括缸体(1)、旋转活塞(2)和输出轴(3)；

所述缸体(1)与旋转活塞(2)同轴安装且之间形成圆环状工作空间；

所述输出轴(3)贯穿所述缸体(1)和旋转活塞(2)并同轴安装，所述输出轴(3)与所述旋转活塞(2)紧固相连并做连续旋转运动；

所述旋转活塞(2)的外周壁上设置有活塞片(201)，所述缸体(1)的内周壁上设置有在开启位置与关闭位置之间往复运动的开合式阀门(4)，在所述开合式阀门(4)处于关闭位置时，所述开合式阀门(4)伸入至所述圆环状工作空间，并与所述活塞片(201)组合，以将所述圆环状空间划分为燃烧室(104)与排气室(105)；

所述活塞片(201)与开合式阀门(4)之间设有联动机构(5)，以使开合式阀门(4)随活塞片(201)旋转位置变化而进行开合动作。

2.根据权利要求1所述的旋转活塞式发动机，其特征在于，所述开合式阀门(4)包括阀片(401)和转轴(402)，所述转轴(402)固定于所述阀片(401)的一边；所述转轴(402)的两端则转动安装于缸体(1)上，所述阀片(401)相对于转轴(402)的一边以则转轴(402)为固定支点做开合运动。

3.根据权利要求2所述的旋转活塞式发动机，其特征在于，所述缸体(1)上开设有门槽(103)，所述阀片(401)的两侧边卡设于所述门槽(103)内，用于限制所述阀片(401)在开启位置与关闭位置之间运动。

4.根据权利要求2所述的旋转活塞式发动机，其特征在于，所述阀片(401)的形状呈圆弧状，且在开启位置时与缸体(1)的内侧壁形成完整的圆形。

5.根据权利要求2所述的旋转活塞式发动机，其特征在于，所述联动机构(5)包括转盘(521)和连杆(522)，所述转盘(521)固定安装于所述输出轴(3)上并随所述输出轴(3)转动，所述转盘(521)上设置有轨迹槽(5211)；所述连杆(522)的一端与所述转轴(402)的一端紧固相连，另一端卡设于所述轨迹槽(5211)内；所述转盘(521)上的轨迹槽(5211)使所述连杆(522)的另一端来回往复运动，而使连杆(522)一端的转轴(402)上的阀片(401)做往复开合运动。

6.根据权利要求5所述的旋转活塞式发动机，其特征在于，所述连杆(522)的另一端通过滚轮(514)卡设于所述轨迹槽(5211)内。

7.根据权利要求2所述的旋转活塞式发动机，其特征在于，所述联动机构(5)包括凸轮(511)和曲柄(512)；所述凸轮(511)安装于所述输出轴(3)上并随所述输出轴(3)转动，所述曲柄(512)的中段固定安装于所述转轴(402)的一端，所述曲柄(512)的一端安装有拉紧组件(513)，用于拉紧所述曲柄(512)而使与曲柄(512)相连的转轴(402)上的阀片(401)处于关闭状态；所述凸轮(511)在随输出轴(3)转动时，在与活塞片(201)旋转位置相对应的位置抵靠所述曲柄(512)的另一端，而使转轴(402)上的阀片(401)处于打开状态以便于活塞片(201)通过。

8.根据权利要求7所述的旋转活塞式发动机，其特征在于，所述拉紧组件(513)包括弹簧(5131)和安装支架(5132)，所述安装支架(5132)安装于所述缸体(1)上，所述弹簧(5131)的两端分别与安装支架(5132)和曲柄(512)的一端相连。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的旋转活塞式发动机，其特征在于，发动机的进气口或/和燃料口均位于所述开合式阀门(4)处的缸体(1)的侧壁上。

10.根据权利要求1至8中任意一项所述的旋转活塞式发动机，其特征在于，所述活塞片(201)和开合式阀门(4)的数量均为一个或非零偶数个，所述活塞片(201)和开合式阀门(4)的数量相同；当所述活塞片(201)和开合式阀门(4)的数量为非零偶数个时，所述活塞片(201)均匀分布在旋转活塞(2)的外周壁上，所述开合式阀门(4)均匀分布在缸体(1)的内周壁上。

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