CN2309431Y - “8”形转子发动机 - Google Patents

Abstract

一种用于机动车辆和机动船只等上的转子发动机,由转子、缸体、前缸盖、后缸盖、曲轴、飞轮等主要部件组成,转子安装在缸体内,在其自身的外定位啮合齿轮和前缸盖上的内定位啮合齿轮的共同限制下在汽缸内做行星旋转运动,内定位啮合齿轮与外定位啮合齿的齿数比为3∶2。转子本体横截面形状类似“8”形且符合方程组:x=ecos3wt + Rcoswt， y=esin3wt + Rsinwt。其中:e和 R均为常数,且R大于等于3倍的e,wt为转角。本发动机克服了现有发动机的结构复杂、体积大、容积效率不高、排放不理想等缺点,将是现有发动机的换代产品。

Description

“8”形转子发动机

本发明涉及一种可用于各种动力装置如机动车辆和机动船只等上的转子发动机，尤其涉及一种转子横截面形状为“8”形的转子发动机。

目前，世界上使用最多、最成熟的是四冲程往复活塞式发动机。它虽然使用很广泛，技术成熟，但它的活塞在运动过程中有惯性质量损失，另外它的体积和重量庞大，制造技术复杂，成本高，排放也不理想。随着这种发动机的推广应用，人们逐渐认识到了它的这些缺点，并采取了一些改进措施，如四、五十年代以来出现的汪克尔三角转子发动机，七、八十年代以来出现的叶片式转子发动机、轴向发动机等。虽然这些改进型发动机能实现活塞式发动机的主要功能，但它们实际应用的可靠性差，寿命低，因而都没有得到广泛推广。当然近来出现了一些新式的发动机，如中国专利申请“摆动转子式内燃机”，专利申请号：93117267，公告号：1099841，但这种发动机采用的定子转子结构复杂，实用性差。这些限制了它的广泛推广应用。

为了克服和改进上述发动机的种种缺点，本实用新型设计了一种新型的“8”形转子发动机。

本实用新型设计的“8”形转子发动机主要由“8”形转子、缸体、缸盖、曲轴、飞轮等组成。转子安装于汽缸体内，转子与缸盖之间以周向密封装置密封。缸体由三个相同的缸体本体围成，三缸体本体之间以径向密封装置密封，密封装置的密封条紧贴转子外壁，使转子将缸体内腔分成三个工作室。转子上有外定位啮合齿轮，前缸盖上有内定位啮合齿轮，内外两定位啮合齿轮的齿数比为3∶2，转子在这两个定位齿轮的共同控制下在缸体内腔内作行星旋转运动，使三个工作室的容积不断由小到大再由大到小顺序变化。在某一工作室的容积开始由小到大变化时，该工作室开始进气，当该工作室容积变到最大时，进气完毕，工作室容积又开始由大到小变化，气体开始压缩；当容积变化到最小时，气体压缩完毕，该工作室的火花塞点火，工作室内气体燃烧膨胀做功，工作室的容积也由小到大变化，容积达到最大时，做功完毕，工作室容积开始由大到小变化，气体开始从工作室中排出。这样，该工作室就完成了从进气到压缩再到点火膨胀做功而后排气的四冲程工作过程。象这样三个工作室顺序进行同样的进气-压缩-做功-排气四冲程运动，不断产生的动力由与转子相连的曲轴通过飞轮输出。

由于采用了“8”形转子，所以本内燃机的结构设计简单新颖，汽缸容积效率高，同扭矩下输出转速高，且往复活塞式发动机和汪克尔三角转子发动机的相应技术均可以用在本实用新型的发动机上来，因此其专用件少，通用件多，体积小，重量轻，结构紧凑，制造简单，价格低廉，并且其燃烧充分，省油，排放也非常理想。

本实用新型“8”形转子发动机的具体结构和工作原理结合以下附图和最佳实施例详细说明。

图一为本实用新型“8”形转子发动机的整体装配示意图的主视图的剖视图；

图二为本实用新型“8”形转子发动机的整体装配示意图的左视图的局部剖视图；

图三为本实用新型“8”形转子发动机转子的立体轴侧图；

图四为本实用新型“8”形转子发动机转子的主视图的剖视图；

图五为本实用新型“8”形转子发动机转子的左视图；

图六为本实用新型“8”形转子发动机一个工作室对应的部分缸体的主视图的剖视图；

图七为本实用新型“8”形转子发动机一个工作室对应的部分缸体的左视图；

图八为本实用新型“8”形转子发动机缸体的径向密封条总成的主视图；

图九为图八的剖视图；

图十为本实用新型“8”形转子发动机前缸盖的主视图；

图十一为本实用新型“8”形转子发动机前缸盖的左视图的剖视图；

图十二为本实用新型“8”形转子发动机后缸盖的主视图；

图十三为本实用新型“8”形转子发动机后缸盖的左视图的剖视图；

图十四为本实用新型“8”形转子发动机一个工作循环过程示意图。

图十五为本实用新型“8”形转子发动机转子横截面形状的轨迹坐标图。

从图一、图二中可看出，本实用新型的发动机主要由转子1、缸体总成2、前缸盖总成3、后缸盖总成4、飞轮5、缸体的径向密封装置6、转子的周向密封装置7和曲轴8等组成，其中：

转子1由外定位啮合齿轮12和转子本体13构成一体(见图三、四和五)，转子本体13类似于“8”形，其横截面几何形状决定于以下方程组：

其意义为：在图十五中，e为直线AB的长度，R为直线BC的长度，e和R均为常数，且R大于或等于3e，设转子横截面上的任一点为C(x,y)，则转子横截面的形状即是直线AB绕坐标原点转动3wt(w为转速，t为时间)的角度时直线BC绕B点转动1wt时C点的轨迹。

缸体总成2由三个完全相同的内壁为曲面的缸体本体14围成一体，缸体本体14的内壁形状必须满足：当转子1转动到使某一工作室容积达到最小时，转子1与该工作室对应的缸体本体内壁重合。缸体本体14上安装有定位销15、燃烧室16、进气装置17、出气装置18、出气增压装置19和火花塞或喷油嘴20等部件，其上分布有供冷却水通道21；(见图六和七)

前缸盖3上安装有内定位啮合齿轮22，该内定位啮合齿轮与转子的外定位啮合齿轮12的齿数比为3∶2，前缸盖上还安装有滑动轴承23、轴向轴承24、轴向密封盖25、主动正时齿轮26、被动正时齿轮27、过渡齿轮28、凸轮轴29、正时传送带30、水泵31、油箱32、机油泵33、汽油泵34、发电机35和分电器36等部件，其上还分布有冷却水通道21、润滑通道37以及进气道38；(见图十和十一)

后缸盖4上有转子内腔即三角固定芯轴径向密封装置39、刮油环40、起动机41、进气单向阀42、出气单向阀43和出气管44等部件，其上还有增压进气通道45、冷却水通道21、增压气腔46、出气通道47以及润滑通道37；(见图十二和十三)

缸体的径向密封装置6由密封条48、密封条座49、弹簧50和固定支架51等组成(见图八和九)；

曲轴7包括曲轴附轴9、风扇装置10和曲轴起动爪11。

以上所有部件构成一台发电机，其工作原理结合图一、图二和图十四详细说明。

如图所示，当启动起动机41后，起动机41通过齿轮传动带动飞轮5转动，由于飞轮5是用螺栓固定于曲轴8的大径上，因此曲轴8就在飞轮5的带动下转动。曲轴8和转子1动配合相连，转子本体13和它的外定位啮合齿轮12为一体，因而曲轴8的转动带动转子1在前缸盖3上的内定位啮合齿轮22和自身的外定位啮合齿轮12的共同限制下绕曲轴8公转，同时，转子1还作自身的旋转运动。即，转子1在自身的外定位啮合齿轮12和前缸盖3上的内定位啮合齿轮22的共同限制下，在汽缸内腔中作行星旋转运动。这样，转子1就使汽缸2的三个工作室的容积不断按由大到小再由小到大的顺序变化。具体地说：

在图十四中，当转子1转动到(a)所示的位置时，工作室Ⅰ开始进气，工作室Ⅱ进行气体压缩，工作室Ⅲ气体膨胀做功；

当转子转动到(b)所示位置时，工作室Ⅰ进行进气，工作室Ⅱ进行气体压缩，工作室Ⅲ做功完毕，开始排气；

当转子转动到(c)所示位置时，工作室Ⅰ进行进气，工作室Ⅱ气体压缩完毕，气体开始点火膨胀做功，工作室Ⅲ进行排气；

当转子转动到(d)所示位置时，工作室Ⅰ进气完毕，开始进行气体压缩，工作室Ⅱ进行气体膨胀做功，工作室Ⅲ进行排气；

当转子转动到(e)所示位置时，工作室Ⅰ进行气体压缩，工作室Ⅱ进行气体膨胀做功，工作室Ⅲ排气完毕，进气开始；

当转子转动到(f)所示位置时，工作室Ⅰ进行气体压缩，工作室Ⅱ气体膨胀做功完毕，排气开始，工作室Ⅲ进行进气；

当转子转动到(g)所示位置时，工作室Ⅰ气体压缩完毕，点火膨胀做功，工作室Ⅱ进行排气，工作室Ⅲ进行进气；

当转子转动到(h)所示位置时，工作室Ⅰ进行气体膨胀做功，工作室Ⅱ进行出气，工作室Ⅲ进气完毕，气体开始进行压缩；

当转子转动到(i)所示位置时，工作室Ⅰ进行气体膨胀做功，工作室Ⅱ出气完毕，进气开始，工作室Ⅲ进行气体压缩；

当转子转动到(j)所示位置时，工作室Ⅰ气体做功完毕，开始排气，工作室Ⅱ进行进气，工作室Ⅲ进行气体压缩；

当转子转动到(k)所示位置时，工作室Ⅰ进行排气，工作室Ⅱ进行进气，工作室Ⅲ气体压缩完毕，点火膨胀做功；

当转子转动到(l)所示位置时，工作室Ⅰ进行出气，工作室Ⅱ进气完毕，气体开始压缩，工作室Ⅲ进行膨胀做功。

如上所述为发动机的一个工作循环过程，象这样汽缸的三个工作室Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ顺序进行着进气-压缩-膨胀做功-排气的四冲程运动，从而不断地产生动力，产生的动力使转子1持续转动下去，转子1的持续转动带动曲轴8转动，曲轴8带动飞轮5转动，这样动力就由转子1通过曲轴8小径，再通过大径由飞轮5输出。

在工作过程中，工作室的进、排气的实现过程如下所述：

在图一中，曲轴8通过曲轴附轴9与主动正时齿轮26相连，主动正时齿轮26和被动正时齿轮27的大齿轮互相啮合，被动正时齿轮27的小齿轮和过渡齿轮28啮合，过渡齿轮28和凸轮轴29的齿轮相啮合。当启动起动机41后，曲轴8在飞轮5的带动下转动，曲轴8的转动带动主动正时齿轮26转动，主动正时齿轮26再带动被动正时齿轮27转动。被动正时齿轮27通过小齿轮带动过渡齿轮28进而带动凸轮轴29转动，从而使凸轮轴29上的凸轮控制进气装置17、出气装置18、出气增压装置19按照燃烧室16的工作顺序定时开启，这样就完成了一个工作室的进、排气过程，其他工作室的进、排气是依靠正时传送带30带动凸轮轴29转动来实现，从而保证发动机有序运动。

另外，转子1在运动过程中，转子1的内腔与后缸盖4上的三角固定芯轴一起也形成了容积按大小顺序不断变化的三个内腔。这三个内腔可用来制造压缩空气。为了制造并利用这个压缩空气，后缸盖4上的三角固定芯轴的三个顶端采用径向密封装置39，芯轴壁上设置有单向进气阀42，使气体从此单向阀42进入转子内腔，这些气体经压缩后形成的高压空气通过三角固定芯轴上的单向出气阀43由三角固定芯轴输入后缸盖4的压气腔46内储存。这个压缩空气有两个作用：一可代替气泵产生的压缩空气，用于机动车辆或船只的气动制动部分，另一功用：这一压缩空气通过出气增压阀门19在汽缸排气到容积接近最小时将燃烧室内剩余废气全部排出，从而保证下一次进气时工作腔内几乎没有废气，从而1：使本实用新型发动机的动力性能比一般发动机增强15％以上，2：使发动机的排放非常理想，达到国际最先进水平。

为了保持发动机的运动持续下去，需要对发动机进行润滑。润滑的实现过程是这样的：油箱32里的润滑油通过吸油管道进入机油泵33，从机油泵33里出来的润滑油经过滤清器过滤后分成几路，一路进入前缸盖3和后缸盖4的主油道，再直接进入轴瓦，从而保证曲轴8主轴的润滑，另一路进入凸轮轴29，使凸轮轴29得到润滑，另一路进入缸体的径向密封装置6，使径向密封装置6和转子1得到润滑，同时转子和缸盖之间也得到了润滑。这样整个发动机各运动部位都得到了合理充分的润滑。润滑后的油通过回油管道回到油箱，实现润滑油的循环利用。

为了保持发动机的持续运动，还需要对整个发动机进行冷却。本发动机的冷却的实现过程如下：水箱的冷却水经过水泵31后，进入前缸盖3上的进水道，再进入汽缸体2的冷却水道后，流入后缸盖4，然后，折回经过后缸盖4、汽缸体2和前缸盖3的出水道，经过回水管引出，进入水箱冷却。这样，就实现了整个发动机主要部件的冷却。

以上所述为本实用新型的发动机单缸机的具体结构和工作原理。本实用新型的发动机还可以是双缸机，甚至多缸机。在双缸机的情况下，飞轮安置在两个缸体之间的，动力通过两缸之间的飞轮输出。

本实用新型的转子1的最佳材料为陶瓷，保证其在汽缸内腔中做行星旋转运动的自身的外定位啮合齿轮可设计在其腔内，前缸盖上的内定位啮合齿轮可设计安置在三角固定芯轴上。

Claims (6)

1．一种转子发动机，由转子1、缸体2、前缸盖3、后缸盖4、飞轮5、缸体的径向密封装置6、转子的周向密封装置7和曲轴8等主要部件组成，其中：

转子1由外定位啮合齿轮12和转子本体13构成一体；

缸体2由三个完全相同的内壁为曲面的缸体本体14围成一体，缸体本体14的内壁形状满足：当转子1转动到使某一工作室容积达到最小时，转子1与该工作室对应的缸体本体内壁重合。缸体本体14上安装有定位销15、燃烧室16、进气装置17、出气装置18和火花塞或喷油嘴20等部件，其上分布有冷却水通道21；

前缸盖3上安装有内定位啮合齿轮22、滑动轴承23、轴向轴承24、轴向密封盖25、主动正时齿轮26、被动正时齿轮27、过渡齿轮28、凸轮轴29、正时传送带30、水泵31、油箱32、机油泵33、汽油泵34、发电机35和分电器36等部件，其上还分布有冷却水通道21、润滑通道37以及进气道38；

后缸盖4上有刮油环40、起动机41和出气管44等部件，其上还有增压进气通道45、冷却水通道21、出气通道47以及润滑通道37；

曲轴7包括曲轴附轴9、风扇装置10和曲轴起动爪11。

其特征是：转子1的转子本体13类似于“8”形，其横截面几何形状决定于以下方程组：

其意义为：在图十五中，e为直线AB的长度，R为直线BC的长度，e和R均为常数，且R大于或等于3e，设转子横截面上的任一点为C(x,y)，则转子横截面的形状即是直线AB绕坐标原点转动3wt(w为转速，t为时间)的角度时直线BC绕B点转动1wt时C点的轨迹。

2．如权利要求1所述的“8”形转子发动机，其特征是：安置于前缸盖3上的内定位啮合齿轮22与转子1的外定位啮合齿轮12的齿数比为3∶2，二者共同保证转子1在汽缸内腔中作行星旋转运动。

3．如权利要求1所述的“8”形转子发动机，其特征是：构成缸体2的三个缸体本体14之间采用可调式径向密封装置6密封，该密封装置由密封条48、密封条座49和弹簧50以及固定支架51等组成。

4．如权利要求1所述的“8”形转子发动机，其特征是：后缸盖4上有一个三角固定芯轴，它与后缸盖4为一体，其壁面上有单向进气阀42和单向出气阀43。

5．如权利要求1所述的“8”形转子发动机，其特征是：缸体2上还安装有出气增压装置19。

6．如权利要求1所述的“8”形转子发动机，其特征是：做成转子的材料为陶瓷。

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