CN211524953U - 一种新型活塞转子式发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型活塞转子式发动机，包括定子、转子、活塞、挡块、盘形凸轮、输出轴、第一端盖、第二端盖和火花塞；提出了一种活塞和转子相结合的发动机，为发动机的设计提供了新的思路；活塞安装在转子的缸筒内，活塞的一端位于盘形凸轮的滑槽内，使活塞在转子径向上做往复直线运动，进而使得定子内壁、转子的缸筒以及活塞靠近定子的一端共同围成的封闭空间的容积发生周期性变化，实现发动机进气、压缩、做功和排气四个过程。与往复运动式发动机相比，该发动机不需要通过曲柄滑块机构将活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动，而是将转子的旋转运动直接转化为输出轴的旋转运动，消除了活塞无用的直线运动，减少了功率损失。

Description

一种新型活塞转子式发动机

技术领域

本实用新型属于发动机技术领域，具体是一种新型活塞转子式发动机。

背景技术

常见的发动机主要为往复运动式发动机和转子发动机，往复运动式发动机工作时活塞在气缸内做往复直线运动，需要通过曲柄滑块机构将活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动，热效率低。转子发动机普遍采用三角转子，三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时，三角转子绕自己的中心自转，三角转子在点火做功时存在较大的阻力臂，降低了转子发动机的效率。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种新型活塞转子式发动机。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种新型活塞转子式发动机，其特征在于，该发动机包括定子、转子、活塞、挡块、盘形凸轮、输出轴、第一端盖、第二端盖和火花塞；

所述转子位于定子内，转子相对于定子转动；盘形凸轮位于转子内，与转子之间无相互作用力；定子、转子和盘形凸轮三者同轴心；输出轴的一端与转子的第三凸起固连，第一端盖穿过转子的第三凸起与定子的一端固连，定子的另一端固定有第二端盖；第一端盖和第二端盖分别与盘形凸轮的两个端面固连；

所述定子的内壁沿轴向设有N排凹槽组，N为正整数；每排凹槽组的结构相同，均包括至少一个设置于定子周向的凹槽，使定子沿轴向形成数量与每排凹槽组的凹槽数量相同的第一凸起；第一凸起与转子的外壁接触且无相互作用力；每个凹槽内沿转子的旋转方向依次设有火花塞、可伸缩的挡块和排气口；每个第一凸起沿定子轴向分别设有数量与凹槽组的排数相同的且位置分别与每排凹槽组对应的进气口和喷油口，喷油口靠近火花塞；

所述盘形凸轮沿轴向设有与第一凸起数量相同的第二凸起，每个第二凸起的下止点至上止点之间的压力角均小于30°；盘形凸轮沿轴向间隔设有M个环形凸起，N/2≤M＜(N+2)/2，M为正整数；每个环形凸起的两个端面上分别沿盘形凸轮的轮廓开有滑槽；

所述转子的周向上设有排数与定子的凹槽组的排数相同的缸筒组，每排缸筒组包括多个缸筒，每个缸筒内可滑动地安装有活塞；活塞靠近定子的一端设有槽口，活塞运动到第二凸起的上止点时火花塞位于槽口内，同时活塞与挡块接触；活塞远离定子的一端固定有短轴，短轴的一端位于滑槽内并能够沿滑槽滑动。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型提出了一种活塞和转子相结合的发动机，为发动机的设计提供了新的思路；活塞安装在转子的缸筒内，活塞的一端位于盘形凸轮的滑槽内并沿着滑槽滑动，使活塞在转子径向上做往复直线运动，进而使得定子内壁、转子的缸筒以及活塞靠近定子的一端共同围成的封闭空间的容积发生周期性变化，实现发动机进气、压缩、做功和排气四个过程。

2)本实用新型的活塞靠近定子的一端设有槽口，混合气体在槽口内压缩完成点火；与三角转子发动机相比，槽口可以有效减小三角转子在点火做功时的阻力臂，提高发动机的效率；与往复运动式发动机相比，该发动机不需要通过曲柄滑块机构将活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动，而是将转子的旋转运动直接转化为输出轴的旋转运动，消除了活塞无用的直线运动，减小了进气、压缩及排气过程的功率损失。

3)本实用新型在定子上设有多排凹槽组，每排凹槽组设有多个凹槽，每个凹槽与转子的外壁共同形成发动机的多个工作室，转子上设有多个活塞，每个活塞经过工作室时都完成一个工作循环，提高了发动机的工作效率。

4)与往复运动式发动机相比，本发动机不需要曲柄滑块机构实现活塞的往复运动，平顺性更好，震动更小。

5)本发动机没有凸轮轴、阀门、曲轴等部件，不需要单独的配气机构，相对于往复运动式发动机活动部件较少，结构简单。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构的纵向截面图；

图2是本实用新型沿图1的A-A方向的剖视图；

图3是本实用新型的定子的结构示意图；

图4是本实用新型的转子的结构示意图；

图5是本实用新型的盘形凸轮的结构示意图；

图6是本实用新型的工作原理图；

图中：1、定子；2、转子；3、活塞；4、挡块；5、滑槽、6、盘形凸轮；7、输出轴；8、第一端盖；9、第二端盖；10、滚子；

1-1、进气口；1-2、凹槽；1-3、一号孔；1-4、二号孔；1-5、排气口；1-6、第一凸起；1-7、喷油口；2-1、缸筒；2-2、第三凸起；3-1、槽口；3-2、短轴；6-1、第二凸起；6-2、环形凸起。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种新型活塞转子式发动机(简称发动机，参见图1-6)，包括定子1、转子2、活塞3、挡块4、盘形凸轮6、输出轴7、第一端盖8、第二端盖9和火花塞；

所述定子1和转子2均为中空结构，定子1的内壁和转子2的外壁均呈圆形，转子2位于定子1内，转子2能够相对于定子1转动；盘形凸轮6位于转子2内，与转子2之间无相互作用力；定子1、转子2和盘形凸轮6三者同轴心；输出轴7的一端与转子2的第三凸起2-2固连，另一端用于输出动力；第一端盖8穿过转子2的第三凸起2-2与定子1的一端固连，定子1的另一端固定有第二端盖9，第二端盖9固定在外部机架上；第一端盖8和第二端盖9分别与盘形凸轮6的两个端面固连，保证发动机的密封性；

定子1的内壁沿轴向设有N排(本实施例为两排)凹槽组，N为正整数；每排凹槽组的结构相同，均包括至少一个(本实施例为四个)设置于定子1周向的凹槽1-2，使定子1沿轴向形成数量与每排凹槽组的凹槽数量相同的第一凸起1-6；第一凸起1-6与转子2的外壁接触且无相互作用力；凹槽1-2与转子2的外壁形成的空间为发动机的工作室；每个凹槽1-2内分别沿转子2的旋转方向依次开有一号孔1-3、二号孔1-4和排气口1-5，一号孔1-3靠近凹槽1-2的端部，一号孔1-3内安装有火花塞，火花塞用于点燃混合气体；二号孔1-4靠近一号孔1-3，挡块4嵌在二号孔1-4内，末端裸露在二号孔1-4外，在活塞3的挤压作用下挡块4能够沿定子1的径向伸缩，挡块4用于阻挡活塞3，方便火花塞的电火花点燃混合气体；排气口1-5位于凹槽1-2的中部，用于做功结束排出废气；每个第一凸起1-6沿定子1轴向分别设有数量与凹槽组的排数相同的且位置分别与每排凹槽组对应的进气口1-1和喷油口1-7，喷油口1-7靠近火花塞；进气口1-1用于通入空气，喷油口1-7用于进油；

所述盘形凸轮6沿轴向设有与第一凸起1-6数量相同的第二凸起6-1，每个第二凸起6-1的下止点至上止点之间的压力角均小于30°，防止活塞3自锁；下止点为第二凸起6-1轮廓的最低点，发动机进气结束开始压缩混合气体的位置；上止点位于第二凸起6-1沿转子2的旋转方向轮廓的最低点与最高点之间，混合气体压缩结束火花塞点火的位置；盘形凸轮6沿轴向间隔设有M个环绕盘形凸轮6的环形凸起6-2，M满足N/2≤M＜(N+2)/2，N为凹槽组的排数，M为正整数；每个环形凸起6-2的两个端面上分别沿盘形凸轮6的轮廓开有滑槽5，滑槽5与活塞3的短轴3-2配合，对活塞3进行限位；

所述转子2的周向上设有排数与定子1的凹槽组的排数相同的缸筒组，每排缸筒组包括多个(本实施例7个)绕转子2的轴线均匀排布的缸筒2-1，每个缸筒2-1内可滑动地安装有活塞3；活塞3靠近定子1的一端设有用于压缩混合气体的槽口3-1，活塞3运动到第二凸起6-1的上止点时火花塞位于槽口3-1内，同时活塞3恰好与挡块4接触；活塞3具有槽口的一端、转子2的缸筒和定子1的内壁共同形成封闭空间，用于发动机完成进气、压缩、做功和排气四个过程；活塞3远离定子1的一端固定有短轴3-2，短轴3-2的一端位于滑槽5内并沿滑槽5滑动。

当每排凹槽组包含多个凹槽1-2时，多个凹槽1-2绕定子1的轴线均匀排布；

所述活塞3具有槽口一端的端面呈圆弧形。

所述盘形凸轮6的端面与环形凸起6-2的端面不在同一平面，使活塞3远离定子1一端的端部始终沿盘形凸轮6的轮廓滑动，为活塞3的滑动提供支撑。

所述发动机还包括滚子10，滚子10通过轴承安装在短轴3-2的一端，滚子10位于盘形凸轮6相应的滑槽5内并在滑槽5内滚动，减小短轴3-2与滑槽5的摩擦力。

所述定子1与挡块4之间设置有弹簧，弹簧的一端与定子1相连，另一端与挡块4相连，用于实现挡块4的伸缩，初始位置时弹簧处于自然状态。

所述凹槽1-2呈弧形。

本实用新型的工作原理和工作流程是：

发动机在输出动力之前，输出轴7先与外部电机连接，外部电机带动转子2转动；转子2带动活塞3一起转动，使短轴3-2沿着滑槽5滑动，实现活塞3在缸筒2-1内的往复移动，使活塞3具有槽口3-1的一端、转子2的缸筒和定子1的内壁共同形成的封闭空间的容积发生变化，发动机完成进气、压缩、做功和排气四个行程；

以活塞3的一个工作循环为例进行说明，图6中的位置I、II、III和IV分别表示同一活塞3在一个工作室内进行进气、压缩、做功和排气时所处的位置，位置I'表示该活塞3进入下一工作室进行进气时所处的位置；

进气行程：当位置I的缸筒2-1恰好完全位于定子1相应的第一凸起1-6的区域，活塞3具有槽口3-1的一端、缸筒2-1以及定子1的内壁共同形成封闭空间，此时进气口1-1位于封闭空间的区域内，活塞3远离定子1的一端靠近第二凸起6-1的下止点；随着转子2顺时针转动，活塞3朝向盘形凸轮6回转中心的方向移动，封闭空间的容积增大形成负压，空气从进气口1-1进入封闭空间内；当封闭空间经过喷油口1-7时，外部喷油嘴向喷油口内1-7喷油；当活塞3运动到第二凸起6-1的下止点，进气行程结束，进入压缩过程，此时封闭空间内装满空气和汽油组成的混合气体；

压缩行程：随着转子2继续转动，活塞3背离盘形凸轮6回转中心的方向移动，封闭空间的容积减小，混合气体被压缩；当活塞3运动到第二凸起6-1的上止点，火花塞位于槽口3-1内，活塞3恰好与挡块4接触时，压缩行程结束，进入做功行程；

做功行程：压缩行程结束后，封闭空间内混合气体达到一定的压缩比，火花塞的电火花点燃混合气体，混合气体爆炸产生动能推动活塞3顺时针转动，脱离挡块4的阻挡，活塞3带动转子2转动，完成做功行程，发动机将热能转换为机械能；

排气行程：当转子2继续顺时针转动经过排气口1-5时，开始排出废气；随后活塞3朝向盘形凸轮6回转中心的方向移动，当缸筒2-1完全位于定子1的第一凸起1-6内时，排气行程结束，发动机进入下一个工作循环。

每个活塞3都重复上述工作行程，当有活塞3运动到火花塞的位置，火花塞才点火。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种新型活塞转子式发动机，其特征在于，该发动机包括定子、转子、活塞、挡块、盘形凸轮、输出轴、第一端盖、第二端盖和火花塞；

所述转子位于定子内，转子相对于定子转动；盘形凸轮位于转子内，与转子之间无相互作用力；定子、转子和盘形凸轮三者同轴心；输出轴的一端与转子的第三凸起固连，第一端盖穿过转子的第三凸起与定子的一端固连，定子的另一端固定有第二端盖；第一端盖和第二端盖分别与盘形凸轮的两个端面固连；

所述定子的内壁沿轴向设有N排凹槽组，N为正整数；每排凹槽组的结构相同，均包括至少一个设置于定子周向的凹槽，使定子沿轴向形成数量与每排凹槽组的凹槽数量相同的第一凸起；第一凸起与转子的外壁接触且无相互作用力；每个凹槽内沿转子的旋转方向依次设有火花塞、可伸缩的挡块和排气口；每个第一凸起沿定子轴向分别设有数量与凹槽组的排数相同的且位置分别与每排凹槽组对应的进气口和喷油口，喷油口靠近火花塞；

所述盘形凸轮沿轴向设有与第一凸起数量相同的第二凸起，每个第二凸起的下止点至上止点之间的压力角均小于30°；盘形凸轮沿轴向间隔设有M个环形凸起，N/2≤M＜(N+2)/2，M为正整数；每个环形凸起的两个端面上分别沿盘形凸轮的轮廓开有滑槽；

所述转子的周向上设有排数与定子的凹槽组的排数相同的缸筒组，每排缸筒组包括多个缸筒，每个缸筒内可滑动地安装有活塞；活塞靠近定子的一端设有槽口，活塞运动到第二凸起的上止点时火花塞位于槽口内，同时活塞与挡块接触；活塞远离定子的一端固定有短轴，短轴的一端位于滑槽内并能够沿滑槽滑动。

2.根据权利要求1所述的新型活塞转子式发动机，其特征在于，所述盘形凸轮的端面与环形凸起的端面不在同一平面，使活塞远离定子一端的端部始终沿盘形凸轮的轮廓滑动。

3.根据权利要求1所述的新型活塞转子式发动机，其特征在于，所述定子与挡块之间设置有弹簧，弹簧的一端与定子相连，另一端与挡块相连。

4.根据权利要求1所述的新型活塞转子式发动机，其特征在于，所述发动机还包括可转动安装在短轴一端的滚子，滚子在盘形凸轮相应的滑槽内滚动。

5.根据权利要求1所述的新型活塞转子式发动机，其特征在于，所述定子的内壁和转子的外壁均呈圆形。

6.根据权利要求1所述的新型活塞转子式发动机，其特征在于，所述活塞具有槽口一端的端面呈圆弧形。

7.根据权利要求1所述的新型活塞转子式发动机，其特征在于，所述凹槽组的数量为两排。

8.根据权利要求7所述的新型活塞转子式发动机，其特征在于，每排凹槽组包含四个绕定子轴线均匀排布的凹槽。

9.根据权利要求1所述的新型活塞转子式发动机，其特征在于，每排缸筒组的多个缸筒绕转子的轴线均匀排布在转子上。

10.根据权利要求9所述的新型活塞转子式发动机，其特征在于，每排缸筒组包含七个缸筒。

Images