CN2286498Y - 旋转发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种燃烧式旋转发动机,其结构是在壳体中装有内转子,内转子的中心连接主轴,在内转子中夹有汽缸,汽缸的轴线在主轴外,并在与主轴相垂直的平面内。在汽缸上口的内转子上开有燃烧室和排气喉管,汽缸中装有活塞,壳体上开有进、排气口,并有三角凸起,凸起部位装有火花塞或燃油喷嘴。本发动机省去了曲轴连杆机构,直接输出旋转动力,效率高,马力大,重量轻,机械性能好,是一种经济型发动机。

Description

旋转发动机

本发明涉及一种发动机，具体地说是一种燃烧式旋转发动机。

目前各种实用内燃机、发动机等多是采用曲轴连杆机构将活塞的直线运动转变成主轴的旋转运动，因此这类发动机的效率受机械机构的限制而无法得到突破和大幅提高。中国专利申请92101252号公开了一种无曲轴连杆发动机和压缩机，其结构是由带封闭曲线槽的主轴和与活塞连接在一起的拨指组成，拨指在活塞推动下，沿与主轴中心线平行的直线往复运动，拨指在主轴的曲线槽中滑动，产生使主轴旋转的力矩驱动主轴旋转。该专利申请虽然省去了曲轴连杆机构，但仍属于利用拨指和主轴曲线槽的机械配合运动，实现直线运动向旋转运动的转换。因此发动机效率也不可能明显提高。经多年探索，人们已达成一种共识，即要使发动机效率有个突破性提高，只有一种使发动机直接产生旋转运动的旋转发动机才有实现的可能。三角活塞式旋转发动机是一种公认的高效发动机，但其因制作工艺复杂，对材质要求极高，而使得制造成本高昂；同时因其制造参数的一致性差，使该发动机距实际生产和使用还有一段距离。

本发明的目的就是提供一种可直接产生主轴旋转运动的旋转发动机，使高效率发动机的实际使用成为可能。

本发明是这样实现的，在发动机壳体中装有内转子，内转子的中心连接主轴。在内转子中夹有汽缸，汽缸的轴线在主轴外，且在与主轴相垂直的平面内。在汽缸上口的内转子上开有燃烧室和排气喉管，汽缸中装有活塞。在壳体上开有进气口和排气口，并有三角凸起，凸起部位装有火花塞或燃油喷嘴。进气口可与燃烧室相通，排气口可与排气喉管相通，二者开在壳体的两个层面上。在进气口外连接有高压气泵，将高压工作气体注入燃烧室，火花塞点火，气体爆发，推动活塞压向汽缸底部，通过汽缸推动内转子旋转。当排气喉管与排气口接通时，汽缸上口的气压迅速降为大气压，活塞被推动上行，同时反作力使汽缸推动内转子继续旋转。当废气排出，燃烧室旋转至下一进气口时开始下一工作行程。由此实现了发动机内转子的直接旋转，使主轴直接输出旋转动力。

下面结合附图对本发明做进一步详述。

图1至图3是本发明在喷气、爆发、排气三个工作行程状态下的结构示意图。

图4是本发明多个汽缸的结构示意图。

如图所示，本发动机有一个轮形壳体1，两端可用端盖封盖。壳体端面基本呈圆形，内装内转子2。内转子2为圆柱形，其中心可通过键配合连接主轴3，其边沿与壳体1内沿几乎相接，但以保证内转子可自由旋转的程度为限。内转子2可由双层圆板相合而制成，在其结合面内的预制空间处夹有汽缸4，汽缸的轴线指向主轴以外，且在与主轴相垂直的平面内。这样才能保证汽缸有对主轴的作用力矩，同时还不会产生向内转子两侧的分力而避免了由此产生的振动。在位于汽缸上口的内转子上还预制有燃烧室10和排气喉管13，燃烧室10开通在内转子边沿上，但与排气喉管13在内转子边沿上的开口处在不同的层面上，以使进排气截然分开而不致产生混乱。汽缸4中装有活塞5，活塞5上仍套接活塞环等。汽缸、活塞和活塞环的结构及配合关系均与现有发动机上的基本相同。在壳体1上开有进气口9和排气口8，并有三角凸起11，凸起部位装有火花塞或燃油喷嘴6。对应于内转子上排气喉管和燃烧室的不同开口层面，壳体上的进气口、出气口也开在壳体的两个不同层面上，并有进气口与燃烧室相对应，排气口与排气喉管相对应的层面位置关系。三角凸起的内面也与进气口在同一层面上。

由于本发动机中汽缸内的活塞为自由活塞，为使汽缸推动内转子的作用增强，在汽缸4中活塞5与缸底间应设置弹簧，即在爆发行程中活塞下冲时压缩弹簧，并通过弹簧作用于缸底，推动内转子转动。所置弹簧可以是金属弹簧，但为防疲劳损坏，最好是空气弹簧，即在汽缸4的缸底设有开口，与内转子2上开出的喉管14相连通，在壳体1上开有可与喉管14相通的开口12。喉管14及开口12在内转子及壳体的同一层面上，且不与进、排气口的层面相交。壳体上的开口12也连通在高压气泵上，在高压工作气体注入燃烧室的同时，也同时通过开口12及喉管14进入到了汽缸内，形成空气弹簧。该空气弹簧还同时起到了平衡燃烧室气压的作用。

为使发动机中的废气排放尽量彻底，还应在排气口8的同一层面的壳体内沿开出排气沟槽7，该沟槽与排气口8连通。这样可加长排气时间，使废气排放彻底。

按上述方式设计的旋转发动机，进、排气口、三角凸起和开口的位置关系是，按内转子旋转方向，在壳体1上三角凸起11的后部紧邻为进气口9，在三角凸起11的前部有开口12、排气沟槽7和排气口8。排气口8可在排气沟槽7的任意位置处。形成空气弹簧的壳体开口12在进气口被内转子阻隔前喉管14所对的壳体上。

下面以单缸为例说明本旋转发动机的工作过程，当然实际上发动机的内转子上须有两个或以上的汽缸才行。

本发动机由于气体压缩过程是在发动机外的气泵中完成，所以发动机中只进行喷气、爆发及排气三个工作行程。图1中是发动机的喷气行程状态图。图中排气口8刚被截止，进气口9与燃烧室10相通，开口12与喉管14相通，活塞位于汽缸上部。此时高压气泵将压缩气体喷人燃烧室，中间可加人汽化器雾化后的汽油或酒精等混合气体。与此同时，高压气体也通过开口12和喉管14进入到汽缸内，形成了一个平衡汽缸上口压力的空气弹簧，以顶住活塞5。当内转子2顺时针继续旋转时，进气口9和开口12都被自然关闭，燃烧室10呈密封状态，如图2所示，发动机进入爆发行程。此时火花塞或燃油喷嘴6发出电火花点燃混合气体或喷入燃油使气体爆炸膨胀，推动活塞5向汽缸4底部运动。空气弹簧受压，一方面缩小体积增大压力，另一方面推动汽缸和内转子，输出动能。当活塞降至最底点，空气弹簧的压力与汽缸上口压力相等时(此时即对应普通发动机的下止点)，主动做功结束，进入排气行程，如图3所示。此时在内转子2的转动情况下，排气喉管13与排气沟槽7相通，燃烧后的废气由此经排气口8排入大气。汽缸上口的气压迅速下降，空气弹簧作用于活塞5，推动其上升。在此过程中，活塞的反作用力也经空气弹簧持续推动缸底和内转子，继续作功。当废气排净，排气喉管13即被自然截止，排气行程结束，进气口又与燃烧室相通，高压气体进入，重新开始下一工作行程。如此循环下去，发动机即可持续输出动力。

在本发动机中，为使爆发行程中压缩气体膨胀推动汽缸的作用加强，特制出三角凸起11，使其内面成为支承点。同时，还可将该凸起的内面制成阶梯面，以适应对旋转内转子的助推作用。由于进气口9紧邻三角凸起11，内转子在封闭进气口后才进入爆发行程，这时内转子遮掩一部分三角凸起的内面，使该内面的支点作用降低。为此可在燃烧室10左侧的内转子边沿制出一舌形台15，即舌形台15仍为原内转子边沿，且与进气口9对应于同一层面，其他层面部分削去，并与燃烧室左侧壁过渡对齐。这样，在由舌形台15封住进气口后，爆发时的气体可通过舌形台两侧的缝隙作用于三角凸起的内面，仍可发挥该凸起内面的支承作用。

也可不设计舌形台结构，而将进气口9和开口12的开闭由内转子的位置控制改由在外部附加气门的控制机构来实现。气门的动作可由机械机构控制，也可采用微电脑自动控制。

为减轻内转子的重量，以提高发动机效率，可在内转子的空当部位开些中心对称的圆孔。发动机的冷却方式可采用壳体散热的风冷或水冷方式，即在壳体上铸造出散热片，提高冷却效果。

从图1至图3可见，在壳体1周边每设置一组三角凸起、进气口、排气口和排气沟槽等，汽缸就对应有一个完整工作行程。一般在壳体周边上可均匀分布2-4个三角凸起及进气口、排气口和排气沟槽，每个三角凸起上均装有一个火花塞或燃油喷嘴，汽缸在旋转一周后即可做2-4次功。图中给出的是在壳体上相隔120°均布三组的结构，旋转一次即可做三次功。

如果在内转子中增加汽缸的数目，则每周做功次数就会成倍增加。一般可在内转子2中均匀分布2-4个汽缸4，图4给出的是在内转子上均布3个汽缸的结构实例，则三缸运行一周即可做功9次，输出功率和转速可大幅度提高。

本发动机利用汽缸和内转子的配置，实现了直接输出旋转动力，省去了曲轴连杆机构的转换，效率得以明显提高。汽缸中的自由活塞和空气弹簧结构，使得发动机不仅在爆发行程中主动做功，在排气行程中利用反作用力也同时做功，这样，输出功率可大幅提高。由于采用了平衡气压的空气弹簧结构，点火或喷油由最佳时间点变成最佳时间段，因而不易形成反电现象或发动机过热现象。本发动机工作单元中做功时间较长，单元间做功间休时间短，因而可较平稳连续做功，减少抖动现象。通过调整高压气泵的气压，以及转换点火、汽化、油泵系统，即可实现汽油、柴油等的一机多烧。本发动机的零部件材料无特殊要求，且因结构简单，制作成本较低。在结构设计进一步完善的情况下，即可广泛普及使用。本发动机结构简单，重量轻，马力大，机械性能好，是一种经济型发动机。

Claims (8)

1、一种旋转发动机，其特征在于在壳体(1)中装有内转子(2)，内转子的中心连接主轴(3)，在内转子中夹有汽缸(4)，汽缸的轴线在主轴外、且在与主轴相垂直的平面内，在汽缸上口的内转子上开有燃烧室(10)和排气喉管(13)，汽缸中装有活塞(5)，在壳体(1)上开有进气口(9)和排气口(8)，并有三角形凸起(11)，凸起部位装有火花塞或燃油喷嘴(6)，进气口和出气口开在壳体的两个层面上。

2、根据权利要求1所述的旋转发动机，其特征在于内转子(2)为双层圆板相合的结构，在其结合面内有放置汽缸的预制空间。

3、根据权利要求1所述的旋转发动机，其特征在于汽缸(4)中活塞(5)与缸底间设有弹簧。

4、根据权利要求3所述的旋转发动机，其特征在于汽缸(4)中的弹簧为空气弹簧，在汽缸(4)的缸底有开口，与内转子(2)上开出的喉管(14)相连通，在壳体(1)上开有可与喉管(14)相通的开口(12)。

5、根据权利要求1所述的旋转发动机，其特征在于在壳体(1)的内沿还开有排气沟槽(7)，该沟槽与排气口(8)连通。

6、根据权利要求5所述的旋转发动机，其特征在于按内转子旋转方向，在壳体(1)上三角凸起(11)的后部紧邻为进气口(9)，在三角凸起的前部有开口(12)、排气沟槽(7)和排气口(8)。

7、根据权利要求1、4或6所述的旋转发动机，其特征在于在壳体(1)的周边上均匀分布有2-4个三角凸起及进气口、排气口和排气沟槽，每个三角凸起上均装有一个火花塞或燃油喷嘴。

8、根据权利要求7所述的旋转发动机，其特征在于在内转子(2)中均匀分布有2-4个汽缸(4)。

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