CN218894703U - 转子活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于发动机技术领域，具体公开了转子活塞发动机，由两套主机系统和一套辅机系统组成，分别为转子压缩机系统、转子发动机系统和配气、供油、点火及其它配套系统。转子压缩机系统和转子发动机系统均包括缸筒、活塞、中心转子和密封组件；转子压缩机系统功能是实现空气压缩，为发动机提供高温高压空气；转子发动机系统功能是实现发动机燃烧室中混合油气的爆炸性燃烧和对外做功；而配气、供油及执行机构由气门、凸轮和配气执行机构组成，功能是配合发动机实现喷油、点火，燃烧。本申请转子轴转动360°的过程中，发动机转子轴旋转一周做功两次即1/2冲程做两次轴功，发动机同一根转子轴可串联几组压缩腔和燃烧室，做功按倍数增加。

Description

转子活塞发动机

技术领域

本实用新型属于发动机技术领域，特别涉及一种转子活塞发动机。

背景技术

目前，通过输出轴扭矩做功的发动机主要有两种：往复式活塞发动机和三角转子发动机。

往复式活塞发动机是燃油在发动机燃烧室与高温高压空气混合经点燃或压燃，释放热能和压力能推动活塞经连杆、曲轴输出扭矩做功，代表性的往复式活塞发动机主要有四冲程和两冲程。主要缺点：体积大、震动大、效率低，功重比较小。

三角转子发动机压缩比小，燃烧不充分，径向密封片磨损快，零件寿命短，其独特的机械结构使得发动机维修较难。

现有的发动机设备已经很难满足需要提供轴扭矩的机器设备的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供转子活塞发动机。

本实用新型提供了一种转子活塞发动机，包括由发动机系统、压缩机系统和凸轮配气机构等零部件组成的发动机总成，所述凸轮配气机构固定在所述发动机系统和压缩机系统之间，用于控制所述发动机系统和压缩机系统之间进气通道的开通和关闭；所述发动机系统和压缩机系统通过转子轴连接；

所述转子轴贯穿所述发动机系统和压缩机系统，转子轴靠近所述发动机系统的一侧通过增速器连接有对外做功部件，转子轴的另一侧套设有同步带轮，所述同步带轮与凸轮配气机构的凸轮轴通过同步带连接，转子轴靠近所述压缩机系统的端部固定连接有摇把接头；

所述发动机系统和压缩机系统均包括缸筒和两个活塞体；

所述压缩机系统的缸筒一端设置有前端盖，所述发动机系统的缸筒一端设置有后端盖，所述前端盖和后端盖分别与所述缸筒采用螺纹副可拆卸连接，所述缸筒为圆筒结构，套设在所述转子轴上，所述缸筒上开设有进气口和出气口，所述圆筒结构型腔为凸轮内型面型腔；所述转子轴上开设有矩形槽，分别用于安装发动机系统的活塞体和压缩机系统的活塞体,所述压缩机系统的活塞体与发动机系统的活塞体相位差40°～50°；所述活塞体远离所述矩形槽底部的一端在活塞体底部弹性元件和离心力作用下与所述凸轮内型面型腔抵接；发动机系统的缸筒上设置有火花塞；

所述发动机总成还包括润滑油路系统和冷却水路系统，分别用于对发动机总成的相对运运部件进行润滑和冷却降温。

进一步的方案为，所述压缩机系统的缸筒和发动机系统的缸筒外侧均设置有齿形散热器，所述齿形散热器与所述压缩机系统的缸筒/发动机系统的缸筒过盈配合。

进一步的方案为，两个所述齿形散热器之间固定设置有中间隔板，所述中间隔板与所述转子轴间隙配合；

所述凸轮配气机构包括凸轮轴和柱塞座；

所述中间隔板顶部开设有凹槽，所述柱塞座通过紧固螺钉固定在凹槽内；柱塞座顶部设置有盲孔，盲孔内部设置有弹簧，所述弹簧通过弹簧座与所述柱塞座固定连接，固定在凸轮轴左侧的凸轮处于停止位置(即凸轮基圆)时，弹簧处于压缩状态并将柱塞向下压，使压缩机与发动机之间的连通气路处于关闭状态，所述弹簧内部固定设置有柱塞，所述柱塞底部贯穿所述弹簧座与所述弹簧内壁固定连接；

所述柱塞顶部为凸字形环形结构，所述凸字形环形结构内部设置有凸轮和滚动圆柱体，滚动圆柱体与柱塞内圆柱面为小间隙配合，可以自由转动，所述滚动圆柱体位于所述凸轮顶部，两者形成凸轮副，所述凸轮与所述凸轮轴的端部过盈配合连接，并用螺钉紧固，凸轮在随凸轮轴转动过程中将所述滚动圆柱体连通所述柱塞一同顶起，所述中间隔板上开有横向的通孔，所述通孔的一端与所述压缩机系统的缸筒的出气口位置相适应，通孔的另一端与所述发动机系统的缸筒的进气口位置相适应，当所述柱塞被顶起后，所述缩机系统的缸筒的出气口与所述发动机系统的缸筒的进气口通过所述通孔连通；所述凸字形环形结构的两侧设置有挡板，所述挡板通过紧固螺钉与所述凸字形环形结构固定连接，用于将所述滚动圆柱体定位在所述凸字形环形结构内，同时，挡板侧面与凸字形环形结构的两侧形成移动副，对柱塞上、下移动起导向作用；

所述凸轮轴的另一端通过平键与小同步带轮连接，所述同步带轮的外侧通过锁紧螺母固定，所述凸轮轴上设置凸轮轴套，所述凸轮轴套外侧设置有轴套压板、所述轴套压板底部设置有底座，所述底座通过紧固螺钉与所述轴套压板固定连接；

所述底座的底部与所述压缩机系统的齿形散热器通过定位销定位、然后再通过紧固螺钉连接。

进一步的方案为，所述润滑油路系统包括润滑油箱、润滑油泵以及润滑油路；

所述发动机总成底部固定设置有支架，所述润滑油箱和润滑油泵通过油管连通且分别固定设置在所述支架上；

所述润滑油路包括主润滑油路和子润滑油路；

所述转子轴沿轴线开设有中空油路，所述中空油路的两端封堵，所述前端盖上开设有进油口，所述进油口延伸至所述中空油路上，所述后端盖上开设有出油口，所述进油口和出油口分别与所述中空油路连通；

所述转子轴两端套设有轴套，两个所述轴套外圆分别与所述前端盖和后端盖内孔过盈配合，所述轴套和前端盖/后端盖之间嵌入式设置有轴套密封环，所述轴套的外侧套设有滑动轴承，所述滑动轴承与所述前端盖/后端盖形成转动副，所述轴套的外侧还设置有轴用双唇型密封圈，所述双唇型密封圈外侧设置有压块，所述压块内孔与所述双唇型密封圈外圆过盈配合；

所述出油口/进油口贯穿所述前端盖/后端盖、滑动轴承和轴套；

所述转子轴的两端以及转子轴与所述中间隔板之间分别设置有端面密封环，所述转子轴的两端的端面密封环分别与所述前端盖/后端盖形成密封面；所述转子轴与所述中间隔板之间的端面密封环与所述中间隔板形成密封面；

所述中间隔板上开设有T形油孔，所述转子轴中心位置开设有分油管，所述T形油孔在某一时刻与所述分油管连通；

所述主润滑油路用于润滑双唇型密封圈、滑动轴承、轴套密封环，并在转子轴转动的某一时刻对转子轴与中间隔板之间的端面密封环进行密封；

所述端面密封环靠近活塞体的一侧设置有密封接块，所述密封接块与所述端面密封环卡接，所述密封接块与所述活塞体形成密封面，并为活塞体的径向运动提供导向作用；所述活塞体上开设有水平的过油管，所述过油管上均匀向外延伸有分支油管；

所述密封接块上开设有直角油管，所述直角油管通过前端盖内开设的油管与进油口连通；

活塞体径向运动的某一时刻，过油管与所述直角油管连通；

所述子润滑油路用于润滑密封接块与活塞体构成的密封面、活塞体与缸筒凸轮内型面构成的密封面；

所述进油口与所述润滑油泵通过软管连通。

进一步的方案为，所述活塞体为板式活塞，包括中间板和后面板；

所述中间板和后面板的侧面分别开设有位置对应的定位孔和螺纹孔，所述定位孔内设置有定位销钉，所述螺纹孔内设置有紧固螺钉，所述定位销钉和紧固螺钉依次贯穿所述中间板和后面板；

所述中间板外侧均设置有半包围结构密封环，且与所中间板卡接，与所述缸筒形成密封面；

所述过油管和分支油管均位于所述后面板上。

进一步的方案为，所述齿形散热器靠近缸筒外圆位置处开设有冷却水路，水路端面设有水路盖板，所述水路盖板的内、外轮廓侧面与所述齿形散热器通过焊接固定连接；

进一步的方案为，所述冷却水路系统包括冷却水箱、冷却水泵以及冷却水路；

所述冷却水箱和冷却水泵通过水管连通且分别固定设置在所述支架上；

所述齿形散热器上开设有进水口和出水口，所述进水口和出水口分别延伸至所述齿形散热器外部，进水口与所述冷却水泵连通，出水管与所述冷却水箱连通，实现冷却水的循环使用；

所述齿形散热器背部交替设置有若干通道和冷却腔，冷却水沿S形依次流过冷却腔和通道。

进一步的方案为，所述矩形槽底部设置有安装孔，所述矩形槽和活塞体之间设置有弹性元件，所述弹性元件一端固定在所述安装孔内，另一端与所述活塞体固定连接；

所述缸筒套设在所述转子轴表面，且与转子轴转动连接；

所述活塞体远离所述弹性元件的一端与所述内凸轮型腔抵接；

所述矩形槽侧面中间部位开设有3～5个沿轴向平行的储油槽，用于润滑所述活塞体与所述转子轴形成的移动副摩擦面。

进一步的方案为，所述转子轴的两端以及转子轴靠近所述中间隔板的端面均开设有环形槽，所述环形槽沿所述轴向方向设置有3～6处盲孔，所述盲孔内安装有压缩弹簧，所述环形槽内设置有端面密封环，所述端面密封环与所述环形槽间隙配合连接，所述压缩弹簧与所述端面密封环靠近所述环形槽的一侧面抵接；所述端面密封环远离所述环形槽的一侧与所述前端盖/后端盖抵接，形成密封面。

进一步的方案为，所述凸轮型腔内壁由基圆部分、推程部分和回程部分围成的封闭曲面，所述基圆部分为正圆曲线，推程部分和回程部分为对称设置的凸轮曲线，所述正圆曲线和凸轮曲线平滑连接，所述推程部分和回程部分距离基圆部分圆心的距离增长率为120％-150％。

所述储油壶的顶部设置有壶盖，用于添加润滑油。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本申请转子轴转动360°的过程中，发动机转一周做功两次即1/2冲程做两次轴功，发动机同一根转子轴可串联压缩腔和燃烧室，做功效率高。通过对活塞体的改进、缸筒内型面凸轮曲线和凸轮基圆的设计可以改变压缩比，压缩比可达12:1以上。

发动机中的活塞体采用定点、自开启闭合的润滑油结构；转子轴与端盖等静件采用定点润滑油结构，提高润滑油润滑效率，降低能耗，大大减少磨损。

发动机采用强制循环水冷和自然散热两种结合的方式，与风冷式发动机相比，大大提高了冷却效果，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。

附图说明

以下附图仅对本实用新型作示意性的说明和解释，并不用于限定本实用新型的范围，其中：

图1：圆周运动转子发动机总装图；

图2：发动机润滑主油路示意图；

图3a：压缩机润滑子油路开启状态示意图；

图3b：压缩机润滑子油路闭合状态示意图；

图3c：压缩机系统、发动机系统活塞体结构示意图；

图3d：压缩机活塞与发动机活塞相位关系图；

图3e：发动机压缩机缸和发动机缸筒型腔曲线；

图4：发动机工作循环原理示意图

图5：转子轴压缩机部分密封结构示意图；

图6a：压缩机系统/发动机系统冷却水路局部剖视图；

图6b：压缩机系统/发动机系统冷却水路爆炸图；

图7：凸轮型腔曲线示意图；

图8：压缩机压气开始时刻示意图；

图9：压缩机压气终止时刻示意图；

图10：发动机点火时刻示意图；

图11：图10的基础上再逆时针旋转120°，得到发动机排气时刻示意图；

图12：凸轮配气机构结构示意图；

图13：压缩机计算示意图；

图中：1、发动机系统；2、压缩机系统；3、凸轮配气机构；4、转子轴；5、对外做功部件；6、同步带轮；7、同步带；8、摇把接头；9、缸筒；10、活塞体；11、前端盖；12、后端盖；13、矩形槽；14、齿形散热器；15、润滑油箱；16、润滑油泵；17、支架；18、中空油路；19、进油口20、出油口；21、轴套；22、轴套密封环；23、滑动轴承；24、双唇型密封圈；25、中间隔板；26、端面密封环；27、T形油孔；28、分油管；29、密封接块；30、过油管；31、分支油管；32、直角油管；33、软管；34、中间板；35、后面板；36、定位孔；37、螺纹孔；38、定位销定；39、紧固螺钉；40、密封板；41、水路盖板；42、冷却水箱；43、冷却水泵；44、进水口；45、出水口；46、通道；47、冷却腔；48、弹性元件；49、储油槽；50、环形槽；51、压缩弹簧；52、基圆部分；53、推程部分；54、回程部分；55、火花塞；56、排气管；57、燃油管；58、化油器；59、柱塞座；60、弹簧；61、弹簧座；62、柱塞；63、凸轮；64、挡板；65、滚动圆柱体；66、轴套压板；67、凸轮轴套；68、凸轮轴；69、挡圈；70、平键；71、锁紧螺母；72、定位销；73、底座；74、小同步带轮。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种转子活塞发动机，由两套主机系统和一套辅机系统组成，分别为转子压缩机系统、转子发动机系统和配气、供油、点火及其它配套系统。转子压缩机系统由缸筒、活塞、中心转子和密封组件共同组成，功能是实现空气压缩，为发动机提供高温高压空气；转子发动机系统由缸筒、活塞、中心转子、密封组件组成，其功能是实现发动机燃烧室中混合油气的爆炸性燃烧和对外做功；而配气、供油及执行机构由气门、凸轮和配气执行机构组成，功能是配合发动机实现喷油、点火，燃烧。其它配套系统包括：启动与发电、润滑、冷却以及电子控制系统等，功能是确保转子发动机系统的正常运行。如图1所示，具体包括由发动机系统1、压缩机系统2和凸轮配气机构3等零部组成的发动机总成，所述凸轮配气机构3固定在所述发动机系统1和压缩机系统2之间，用于控制所述发动机系统1和压缩机系统2之间进气通道的开通和关闭；所述发动机系统1和压缩机系统2通过转子轴4连接；

所述转子轴4贯穿所述发动机系统1和压缩机系统2，转子轴4靠近所述发动机系统1的一侧通过增速器连接有对外做功部件5，在本实施例中，对外做功部件5为螺旋桨；转子轴4的另一侧套设有同步带轮6，所述同步带轮6与凸轮配气机构3的凸轮轴通过同步带7连接，转子轴4靠近所述压缩机系统2的端部固定连接有摇把接头8；

所述发动机系统1和压缩机系统2均包括缸筒9和两个活塞体10；压缩机系统2的缸筒9上开设有燃油口，燃油口处连接有化油器58，化油器58的出口与燃油口连通，化油器58的进油口连接有燃油管57，燃油管57连接外置油箱；发动机系统1的缸筒9上设置有火花塞55；压缩机系统2的缸筒9一端设置有前端盖11，所述发动机系统1的缸筒9一端设置有后端盖12，所述前端盖11和后端盖12分别与所述缸筒采用螺纹副可拆卸连接，所述缸筒为圆筒结构，所述圆筒结构型腔为凸轮内型面型腔；缸筒套设在所述转子轴4上，所述缸筒9上开设有进气口和出气口，其中，发动机系统1的缸筒9上的出气口即为发动机的排气管56，所述转子轴4上开设有矩形槽13，分别用于安装发动机系统1的活塞体10和压缩机系统2的活塞体10,矩形槽13底部设置有安装孔，所述矩形槽13和活塞体10之间设置有弹性元件48，所述弹性元件48一端固定在所述安装孔内，另一端与所述活塞体10固定连接；所述缸筒9套设在所述转子轴4表面，且与转子轴4转动连接；所述活塞体10远离所述弹性元件48的一端与所述凸轮型腔抵接；所述矩形槽13侧面中间部位开设有3～5个沿轴向平行的储油槽49，用于润滑所述活塞体10与所述转子轴4形成的移动副摩擦面。所述压缩机系统2的活塞体10与发动机系统1的活塞体10相位差45°；所述活塞体10远离所述矩形槽13底部的一端与所述凸轮内型面型腔抵接；

所述发动机总成还包括润滑油路系统和冷却水路系统，分别用于对发动机总成的相对运运部件进行润滑和冷却降温。润滑油路系统包括润滑油箱15、润滑油泵16以及润滑油路；发动机总成底部固定设置有支架17，所述润滑油箱15和润滑油泵16通过油管30连通且分别固定设置在所述支架17上。

如图12所示，在凸轮配气机构中，柱塞座59用紧固螺钉39紧固到中间隔板25上，柱塞座59中间具有一盲孔，柱塞62的下部与柱塞座59的盲孔构成移动副，压缩弹簧60安装到柱塞的支撑台和弹簧座61之间，紧固螺钉39穿过柱塞座2左右的通孔将弹簧座61固定到柱塞座59上。中间隔板25左右面开设一条长条通孔，作为压缩机与发动机之间的气流通道。紧固螺钉39穿过挡板64的通孔并将滚动圆柱体65定位在柱塞62上，使滚动圆柱体65能在柱塞62上部中的半圆形内圆柱面中自由滚动。

使用紧固螺钉39把凸轮63固连到装配有凸轮轴套67的凸轮轴68左端，使用紧固螺钉39把轴套压板66固连到底座73上，使用紧固螺钉39、定位销22把底座73与压缩机的齿形散热器14连接。挡圈69防止凸轮轴套67向右滑动，同步带轮6与凸轮轴68使用平键70连接，最右侧用锁紧螺母71固定。小同步带轮74与同步带轮6使用同步带连接到转子轴4上进行传动；凸轮63在随凸轮轴68转动过程中将所述滚动圆柱体65连通所述柱塞62一同顶起，所述中间隔板25上开有横向的通孔，所述通孔的一端与所述压缩机系统2的缸筒9的出气口位置相适应，通孔的另一端与所述发动机系统1的缸筒9的进气口位置相适应，当所述柱塞62被顶起后，所述缩机系统2的缸筒9的出气口与所述发动机系统1的缸筒9的进气口通过所述通孔连通；

其中，压缩机系统2的缸筒9和发动机系统1的缸筒9外侧均设置有齿形散热器14，所述齿形散热器14与所述压缩机系统2的缸筒9/发动机系统1的缸筒9过盈配合。启动前，燃油管57与化油器58的雾化进油口连接，另一端与燃油油箱连接。启动时，把电动工具插入摇把接头8中，启动电动工具逆时针转动并驱动压缩机转子轴和发动机转子轴旋转，压缩机系统2与发动机系统1共用同一根转子轴4，压缩机活塞体与发动机活塞体相位差45°，压缩机系统2开始将通过化油器58的燃油和空气加以压缩，形成油、气高压混合物，压缩比大于12:1，为进入发动机燃烧室创造有利条件。压缩比在本实施例中，V_a＝压缩机压缩腔容积+压缩机气道容积；V_c＝发动机燃烧室容积+发动机气道容积。如图13a和图13b所示，即V_a＝b+a+c,V_c＝d+e,在本申请中，压缩比大于12:1，即在压缩机系统2压气结束的某一时刻，同步带7驱动凸轮配气机构3，转子轴4与凸轮配气机构3传动比为1:2，使得压缩机压缩腔与发动机燃烧室相连通，高压混合气体进入到发动机燃烧室，待转子轴4再转过45°，火花塞55立即点火，混合燃气开始燃烧生成高温高压气体，推动发动机活塞以转子轴4为旋转中心旋转输出扭矩；过程中，活塞体10与缸筒9形成凸轮副，并在设置在转子轴4上的矩形槽中沿径向往复伸缩，驱动转子轴4旋转。转子轴转动360°的过程中(见图4、图5和图6)，以活塞体A、活塞体C为例其一次循环过程(压缩机活塞体B与发动机活塞体D在一周转动过程中，重复活塞体A、C过程)。因为是双活塞呈180°分布，所以转动一周活塞体C和活塞体D均作功1次，即转一周发动机做功两次，即发动机为1/2冲程。

如图2所示，所述润滑油路包括主润滑油路和子润滑油路；

所述转子轴4沿轴线开设有中空油路18，所述中空油路18的两端封堵，所述前端盖11上开设有进油口19，所述进油口19延伸至所述中空油路18上，所述后端盖12上开设有出油口20，所述进油口19和出油口20分别与所述中空油路18连通；所述转子轴4两端套设有轴套21，两个所述轴套21外圆分别与所述前端盖11和后端盖12内孔过盈配合，所述轴套21和前端盖11/后端盖12之间嵌入式设置有轴套密封环22，所述轴套21的外侧套设有滑动轴承23，所述滑动轴承23与所述前端盖11/后端盖12形成转动副，所述轴套21的外侧还设置有轴用双唇型密封圈24，所述双唇型密封圈24外侧设置有压块，所述压块内孔与所述双唇型密封圈24外圆过盈配合；

所述出油口20/进油口19贯穿所述前端盖11/后端盖12、滑动轴承23和轴套21；两个所述齿形散热器14之间固定设置有中间隔板25，所述中间隔板25与所述转子轴4间隙配合；

所述转子轴4的两端以及转子轴4与所述中间隔板25之间分别设置有端面密封环26，所述转子轴4的两端的端面密封环26分别与所述前端盖11/后端盖12形成密封面；所述转子轴4与所述中间隔板25之间的端面密封环26与所述中间隔板25形成密封面；所述转子轴4的两端以及转子轴4靠近所述中间隔板25的端面均开设有环形槽50，所述环形槽50沿所述轴向方向设置有3～6处盲孔，所述盲孔内安装有压缩弹簧51，所述环形槽50内设置有端面密封环26，所述端面密封环26与所述环形槽50间隙配合连接，所述压缩弹簧51与所述端面密封环26靠近所述环形槽50的一侧面抵接；所述端面密封环26远离所述环形槽50的一侧与所述前端盖11/后端盖12抵接，形成密封面。

所述中间隔板25上开设有T形油孔27，所述转子轴4中心位置开设有分油管28，所述T形油孔27在某一时刻与所述分油管28连通；

所述主润滑油路用于润滑双唇型密封圈24、滑动轴承23、轴套密封环22，并在转子轴4转动的某一时刻对转子轴4与中间隔板25之间的端面密封环26进行密封；

如图3a所示，所述端面密封环26靠近活塞体10的一侧设置有密封接块29，所述密封接块29与所述端面密封环26卡接，所述密封接块29与所述活塞体10形成密封面，并为活塞体10的径向运动提供导向作用；所述活塞体10上开设有水平的过油管30，所述过油管30上均匀向外延伸有分支油管31；所述密封接块29上开设有直角油管32，所述直角油管32通过前端盖11内开设的油管与进油口19连通；活塞体10径向运动的某一时刻，过油管30与所述直角油管32连通；

所述子润滑油路用于润滑密封接块29与活塞体10构成的密封面、活塞体10与缸筒9内凸轮型面构成的密封面；

所述进油口19与所述润滑油泵16通过软管33连通。

当发动机启动后，转子轴4旋转时，润滑油泵16(图1)也开始工作，润滑油通过进油口19到达密封接块29在经过过油管30和分支油管31到达密封环40，在转子轴旋转过程中，润滑油路可处于下列两种状态之一：通或不通。活塞体10随转子轴4旋转时矩形槽来回做往复式径向运动，同时密封环40与密封接块29的配合面形成移动副，活塞体10开始伸出时，润滑油路为通(图3a)并沿过油管30和分支油管31油路到达密封环40与缸筒磨擦副表面，伸出一定距离后，润滑油路关闭，自动实现润滑的开启与闭合(图3b)，实现润滑油定量、定点供应到所需部位。

如图3c和图5所示，活塞体10为板式活塞，包括中间板34和后面板35；

所述中间板34和后面板35的侧面分别开设有位置对应的定位孔36和螺纹孔37，所述定位孔36内设置有定位销钉38，所述螺纹孔37内设置有紧固螺钉39，所述定位销钉38和紧固螺钉39依次贯穿所述中间板34和后面板35；所述中间板34外侧均设置有半包围结构的密封环40，且与所中间板34卡接，与所述缸筒形成密封面；所述过油管30和分支油管31均位于所述后面板35上。

如图4a所示，压缩机腔如图4a2，压缩机缸筒内型面、转子轴外表面、两活塞体A、B的活塞体侧面以及端盖端面(未显示)、中间隔板端面(未显示)共同组成压缩机的压缩腔，当转子轴4逆时针驱动活塞体A、B转动到图4a2所示位置时，压缩机进气口(即：大气侧)与压缩机腔连通，发动机压缩腔和燃烧室在凸轮配气机构的控制下，相互不连接，燃烧室中无混合气体，如图4a1所示的发动机腔；转子轴4继续逆时针转动，经过化油器58的油、空气混合体被吸入压缩机压缩腔，当转子轴驱动压缩机活塞体A转动到图4b2的位置时，压缩机处于压气末了时刻，此时刻凸轮配气机构3瞬间打开，混合气体首先进入发动机的进气过渡长条型腔中(见图4b1)，与此同时，压缩机活塞B开始进入图4b2所示的吸气状态；转子轴4继续转动某一角度，混合气体全部进入到发动机的燃烧室中，燃烧室由发动机缸筒内型面、发动机活塞体C左侧面及端盖端面(未显示)、中间隔板端面(未显示)、转子轴外表面共同组成发动机的燃烧室，如图4c1所示，此时刻火花塞立刻点火，爆炸性燃气驱动发动机活塞C对外做功；与此同时，压缩机的活塞体B开始进入压气状态，凸轮配气机构3不开启，压缩腔和燃烧室相互不连接，燃烧室中无混合气体；转子轴继续转动，发动机活塞体C转动到图4d1位置，发动机做功并完成排气，发动机活塞体C和D各对外做功一次，即转子轴转动一圈，做两次轴功。此时刻，压缩机活塞体A、B、C、D又开始循环进入到下一个循环周期。

如图6a和6b所示，齿形散热器14靠近缸筒外圆位置处开设有冷却水路，冷却水路端面设有水路盖板41，所述水路盖板41的内、外轮廓侧面与所述齿形散热器14通过焊接固定连接。

在上述中，冷却水路系统包括冷却水箱42、冷却水泵43以及冷却水路；所述冷却水箱42和冷却水泵43通过水管连通且分别固定设置在所述支架17上；所述齿形散热器(14)上开设有进水口44和出水口45，所述进水口44和出水口45分别延伸至所述齿形散热器14外部，进水口44与所述冷却水泵43连通，出水管与所述冷却水箱42连通，实现冷却水的循环使用；所述齿形散热器(14)背部交替设置有若干通道46和冷却腔47，冷却水沿S形依次流过冷却腔47和通道46。

如图3e和图7所示，所述凸轮型腔内壁由基圆部分52、推程部分53和回程部分54围成的封闭曲面，所述基圆部分52为正圆曲线，推程部分53和回程部分54为对称设置的凸轮曲线，所述正圆曲线和凸轮曲线平滑连接，所述推程部分53和回程部分54距离基圆部分52圆心的距离增长率为120％-150％。采用匀加速和匀减速运动规律的凸轮曲线，使压力角变化率减小，凸轮运动由刚性冲击变位柔性冲击，运行更加平稳、可靠，减少维护，使用寿命更长。所述基圆部分52的圆心角为120°，推程部分53和回程部分54对称设置且与基圆部分52平滑连接。如图8所示，在本实施例中，以基圆部分52为半径40mm为例，将推程部分53的曲线按照15°均分成八份，形成了①～⑨九条线段(圆心到曲线的距离)，则线段①的长度为：40mm，线段②的长度为：40.5mm，线段③的长度为：41.8mm，线段④的长度为：44mm，线段⑤的长度为：46.4mm，线段⑥的长度为：48.9mm，线段⑦的长度为：50.9mm，线段⑧的长度为：52.3mm，线段⑨的长度为：52.8mm。

在本实施例中，发动机的活塞体采用定点、自开启闭合的润滑油结构；转子轴与端盖等静件采用定点润滑油结构，提高润滑油润滑效率，降低能耗，大大减少磨损。发动机采用强制循环水冷和自然散热两种结合的方式，与风冷式发动机相比，大大提高了冷却效果，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。压缩机腔和发动机腔材料选择超耐磨铝合金陶瓷镶嵌球墨铸铁构成压缩机压缩腔和发动机燃烧室，端盖同样采用铝合金陶瓷，转子轴采用钛合金，使发动机整体重量减轻，并提高耐磨性。

在实施过程中，发动机工作过程如下：

压缩机缸筒内型面、转子轴外表面、两活塞体A、B的活塞体侧面以及端盖端面(未显示)、中间隔板端面(未显示)共同组成压缩机的压缩腔，当转子轴逆时针驱动活塞体A、B转动到图8b所示位置时，压缩机进气口(即：大气侧)与压缩机腔连通，发动机压缩腔和燃烧室在凸轮配气机构的控制下，相互不连接，燃烧室中无混合气体，如图8a所示的发动机腔；转子轴继续逆时针转动，经过化油器的油、空气混合体被吸入压缩机压缩腔，当转子轴驱动压缩机活塞体A转动到图9b的位置时，压缩机处于压气末了时刻，此时刻配气机构瞬间打开，混合气体首先进入发动机的进气过渡长条型腔中(见图9a)，与此同时，压缩机活塞B开始进入图9b所示的吸气状态；转子轴继续转动某一角度，混合气体全部进入到发动机的燃烧室中，燃烧室由发动机缸筒内型面、发动机活塞体C左侧面及端盖端面(未显示)、中间隔板端面(未显示)、转子轴外表面共同组成发动机的燃烧室，如图10a所示，此时刻火花塞立刻点火，爆炸性燃气驱动发动机活塞C对外做功；与此同时，压缩机的活塞体B开始进入压气状态，配气系统不开启，压缩腔和燃烧室相互不连接，燃烧室中无混合气体；转子轴继续转动，发动机活塞体C转动到图11a位置，发动机做功并完成排气，发动机活塞体C和D各对外做功一次，即转子轴转动一圈，做两次轴功。随后，压缩机活塞体A、B和发动机活塞体C、D又开始循环进入到下一个循环周期，重复上述过程。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.转子活塞发动机，包括由发动机系统(1)、压缩机系统(2)和凸轮配气机构(3)组成的发动机总成，所述凸轮配气机构(3)安装在所述发动机系统(1)和压缩机系统(2)之间，用于控制所述发动机系统(1)和压缩机系统(2)之间进气通道的开通和关闭；其特征在于，所述发动机系统(1)和压缩机系统(2)通过转子轴(4)连接；

所述转子轴(4)贯穿所述发动机系统(1)和压缩机系统(2)，转子轴(4)靠近所述发动机系统(1)的一侧通过增速器连接有对外做功部件(5)，转子轴(4)的另一侧套设有同步带轮(6)，所述同步带轮(6)与凸轮配气机构(3)的凸轮轴通过同步带(7)连接，转子轴(4)靠近所述压缩机系统(2)的端部固定连接有摇把接头(8)；

所述发动机系统(1)和压缩机系统(2)均包括缸筒(9)和两个活塞体(10)；

所述压缩机系统(2)的缸筒(9)一端设置有前端盖(11)，所述发动机系统(1)的缸筒(9)一端设置有后端盖(12)，所述前端盖(11)和后端盖(12)分别与所述缸筒(9)可拆卸连接，所述缸筒(9)为圆筒结构，套设在所述转子轴(4)上，所述缸筒(9)上开设有进气口和出气口，所述圆筒结构型腔为凸轮内型面型腔；所述转子轴(4)上开设有矩形槽(13)，分别用于安装发动机系统(1)的活塞体(10)和压缩机系统(2)的活塞体(10),所述压缩机系统(2)的活塞体(10)与发动机系统(1)的活塞体(10)相位差40°～50°；所述活塞体(10)远离所述矩形槽(13)底部的一端在活塞体(10)底部弹性元件(48)和离心力作用下与所述凸轮内型面型腔抵接，发动机系统(1)的缸筒(9)上设置有火花塞(55)；

所述发动机总成还包括润滑油路系统和冷却水路系统，分别用于对发动机总成的相对运运部件进行润滑和冷却降温。

2.根据权利要求1所述的转子活塞发动机，其特征在于，所述压缩机系统(2)的缸筒(9)和发动机系统(1)的缸筒(9)外侧均设置有齿形散热器(14)，所述齿形散热器(14)与所述压缩机系统(2)的缸筒(9)/发动机系统(1)的缸筒(9)过盈配合。

3.根据权利要求2所述的转子活塞发动机，其特征在于，两个所述齿形散热器(14)之间固定设置有中间隔板(25)，所述中间隔板(25)与所述转子轴(4)间隙配合；

所述凸轮配气机构(3)包括凸轮轴(68)和柱塞座(59)；

所述中间隔板(25)顶部开设有凹槽，所述柱塞座(59)通过紧固螺钉39固定在凹槽内；柱塞座(59)顶部设置有盲孔，盲孔内部设置有弹簧(60)，所述弹簧(60)通过弹簧座(61)与所述柱塞座(59)固定连接，固定在凸轮轴(68)左侧的凸轮(63)处于停止位置时，弹簧(60)处于压缩状态并将柱塞(62)向下压，使压缩机与发动机之间的连通气路处于关闭状态，所述弹簧(60)内部固定设置有柱塞(62)，所述柱塞(62)底部贯穿所述弹簧座(61)与所述弹簧(60)内壁固定连接；

所述柱塞(62)顶部为凸字形环形结构，所述凸字形环形结构内部设置有凸轮(63)和滚动圆柱体(65)，滚动圆柱体(65)与柱塞(62)内圆柱面为小间隙配合，可以自由转动，所述滚动圆柱体(65)位于所述凸轮(63)顶部，两者形成凸轮副，所述凸轮(63)与所述凸轮轴(68)的端部过盈配合连接，并用紧固螺钉(39)紧固，凸轮(63)在随凸轮轴(68)转动过程中将所述滚动圆柱体(65)连通所述柱塞(62)一同顶起，所述中间隔板(25)上开有横向的通孔，所述通孔的一端与所述压缩机系统(2)的缸筒(9)的出气口位置相适应，通孔的另一端与所述发动机系统(1)的缸筒(9)的进气口位置相适应，当所述柱塞(62)被顶起后，所述压缩机系统(2)的缸筒(9)的出气口与所述发动机系统(1)的缸筒(9)的进气口通过所述通孔连通；所述凸字形环形结构的两侧设置有挡板(64)，所述挡板(64)通过紧固螺钉(39)与所述凸字形环形结构固定连接，用于将所述滚动圆柱体(65)定位在所述凸字形环形结构内，同时，挡板(64)侧面与凸字形环形结构的两侧形成移动副，对柱塞(62)上、下移动起导向作用；所述凸轮轴(68)的另一端通过平键(70)与小同步带轮(74)连接，所述同步带轮(6)的外侧通过锁紧螺母(71)固定，所述凸轮轴(68)上设置凸轮轴套(67)，所述凸轮轴套(67)外侧设置有轴套压板(66)、所述轴套压板(66)底部设置有底座(73)，所述底座(73)通过紧固螺钉(39)与所述轴套压板(66)固定连接；

所述底座(73)的底部与所述压缩机系统(2)的齿形散热器(14)通过定位销(72)定位、然后再通过紧固螺钉(39)连接。

4.根据权利要求3所述的转子活塞发动机，其特征在于，所述润滑油路系统包括润滑油箱(15)、润滑油泵(16)以及润滑油路；

所述发动机总成底部固定设置有支架(17)，所述润滑油箱(15)和润滑油泵(16)通过过油管(30)连通且分别固定设置在所述支架(17)上；

所述润滑油路包括主润滑油路和子润滑油路；

所述转子轴(4)沿轴线开设有中空油路(18)，所述中空油路(18)的两端封堵，所述前端盖(11)上开设有进油口(19)，所述进油口(19)延伸至所述中空油路(18)上，所述后端盖(12)上开设有出油口(20)，所述进油口(19)和出油口(20)分别与所述中空油路(18)连通；

所述转子轴(4)两端套设有轴套(21)，两个所述轴套(21)外圆分别与所述前端盖(11)和后端盖(12)内孔过盈配合，所述轴套(21)和前端盖(11)/后端盖(12)之间嵌入式设置有轴套密封环(22)，所述轴套(21)的外侧套设有滑动轴承(23)，所述滑动轴承(23)与所述前端盖(11)/后端盖(12)形成转动副，所述轴套(21)的外侧还设置有轴用双唇型密封圈(24)，所述双唇型密封圈(24)外侧设置有压块，所述压块内孔与所述双唇型密封圈(24)外圆过盈配合；

所述出油口(20)/进油口(19)贯穿所述前端盖(11)/后端盖(12)、滑动轴承(23)和轴套(21)；

所述转子轴(4)的两端以及转子轴(4)与所述中间隔板(25)之间分别设置有端面密封环(26)，所述转子轴(4)的两端的端面密封环(26)分别与所述前端盖(11)/后端盖(12)形成密封面；所述转子轴(4)与所述中间隔板(25)之间的端面密封环(26)与所述中间隔板(25)形成密封面；

所述中间隔板(25)上开设有T形油孔(27)，所述转子轴(4)中心位置开设有分油管(28)，所述T形油孔(27)在某一时刻与所述分油管(28)连通；

所述主润滑油路用于润滑双唇型密封圈(24)、滑动轴承(23)、轴套密封环(22)，并在转子轴(4)转动的某一时刻对转子轴(4)与中间隔板(25)之间的端面密封环(26)进行密封；

所述端面密封环(26)靠近活塞体(10)的一侧设置有密封接块(29)，所述密封接块(29)与所述端面密封环(26)卡接，所述密封接块(29)与所述活塞体(10)形成密封面，并为活塞体(10)的径向运动提供导向作用；所述活塞体(10)上开设有水平的过油管(30)，所述过油管(30)上均匀向外延伸有分支油管(31)；

所述密封接块(29)上开设有直角油管(32)，所述直角油管(32)通过前端盖(11)内开设的油管与进油口(19)连通；

活塞体(10)径向运动的某一时刻，过油管(30)与所述直角油管(32)连通；

所述子润滑油路用于润滑密封接块(29)与活塞体(10)构成的密封面、活塞体(10)与缸筒(9)内凸轮型面构成的密封面；

所述进油口(19)与所述润滑油泵(16)通过软管(33)连通。

5.根据权利要求4所述的转子活塞发动机，其特征在于，所述活塞体(10)为板式活塞，包括中间板(34)和后面板(35)；

所述中间板(34)和后面板(35)的侧面分别开设有位置对应的定位孔(36)和螺纹孔(37)，所述定位孔(36)内设置有定位销钉(38)，所述螺纹孔(37)内设置有紧固螺钉(39)，所述定位销钉(38)和紧固螺钉(39)依次贯穿所述中间板(34)和后面板(35)；

所述中间板(34)外侧均设置有半包围结构的密封环(40)，且与所中间板(34)卡接，与所述缸筒(9)形成密封面；

所述过油管(30)和分支油管(31)均位于所述后面板(35)上。

6.根据权利要求5所述的转子活塞发动机，其特征在于，所述齿形散热器(14)靠近缸筒外圆位置处开设有冷却水路，冷却水路端面设有水路盖板(41)，所述水路盖板(41)的内、外轮廓侧面与所述齿形散热器(14)通过焊接固定连接。

7.根据权利要求6所述的转子活塞发动机，其特征在于，所述冷却水路系统包括冷却水箱(42)、冷却水泵(43)以及冷却水路；

所述冷却水箱(42)和冷却水泵(43)通过水管连通且分别安装在所述支架(17)上；

所述齿形散热器(14)上开设有进水口(44)和出水口(45)，进水口(44)与所述冷却水泵(43)连通，出水管与所述冷却水箱(42)连通，实现冷却水的循环使用；

所述齿形散热器(14)背部交替设置有若干通道(46)和冷却腔(47)，冷却水沿S形依次流过冷却腔(47)和通道(46)。

8.根据权利要求4所述的转子活塞发动机，其特征在于，所述矩形槽(13)底部设置有安装孔，所述矩形槽(13)和活塞体(10)之间设置有弹性元件(48)，所述弹性元件(48)一端固定在所述安装孔内，另一端与所述活塞体(10)固定连接；

所述活塞体(10)远离所述弹性元件(48)的一端与所述凸轮内型腔抵接；

所述矩形槽(13)侧面中间部位开设有3～5个沿轴向平行的储油槽(49)，用于润滑所述活塞体(10)与所述转子轴(4)形成的移动副摩擦面。

9.根据权利要求8所述的转子活塞发动机，其特征在于，所述转子轴(4)的两端以及转子轴(4)靠近所述中间隔板(25)的端面均开设有环形槽(50)，所述环形槽(50)沿轴向方向设置有3～6处盲孔，所述盲孔内安装有压缩弹簧(51)，所述环形槽(50)内设置有端面密封环(26)，所述端面密封环(26)与所述环形槽(50)间隙配合连接，所述压缩弹簧(51)与所述端面密封环(26)靠近所述环形槽(50)的一侧面抵接；所述端面密封环(26)远离所述环形槽(50)的一侧与所述前端盖(11)/后端盖(12)抵接，形成密封面。

10.根据权利要求1所述的转子活塞发动机，其特征在于，所述凸轮型腔内壁由基圆部分(52)、推程部分(53)和回程部分(54)围成的封闭曲面，所述基圆部分(52)为正圆曲线，推程部分(53)和回程部分(54)为对称设置的凸轮曲线，所述正圆曲线和凸轮曲线平滑连接，所述推程部分(53)和回程部分(54)距离基圆部分(52)圆心的距离增长率为120％-150％。

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