CN86103333A - 两角转子发动机和压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了两角转子发动机的基本结构。结构特点：单弧外旋轮线为缸体理论型线、双弧内包络线为转子理论轮廓线，以圆弧凸块和内等距线圆盘装置，代替内外齿轮装置，并在发动机功能上，使一个转子机构吸气压缩，另一个爆发排气。该转子机构对形成的发动机，具有汽油机的比功率，在燃油消耗和排污方面能和柴油机相匹敌。单转子机构可以单独成为压缩机或一种发动机。

Description

本发明涉及转子发动机的基本结构。特别是提出了包括两角转子压缩机在内的两角转子发动机的基本结构。

三角转子发动机，自德国工程师王克尔（F    WanKal）解决了密封问题以来，相继采用了分层给气和其他一些新技术，已可付诸实用。但是，由于该发动机的缸体型线和转子轮廓线之间的基本关系，要形成足够大的压缩比来满足柴油机的压燃条件，相当困难;除了缸壁与密封刮片之间的耐磨性可通过更换缸壁镶套和更换刮片对付外，由于转子转一圈，主轴转三圈，存在着结构上对于进一步提高低速性能的不利因素，又由于缸体半边吸气压缩，半边燃烧排气，冷热不均，缸盖容易产生热变形，影响了发动机的长久密封性。

本发明的目的，主要是提供一种新的包括转子压缩机在内的转子发动机的基本结构。它能达到汽油机的比功率，而在燃油消耗和排污方面能和柴油机相匹敌，同时，也希望在转子机构上减少对低速性能的不利影响和缸体与缸盖上存在的冷热不均的因素。

发明是这样实现的：采用单弧外旋轮线为缸体理论型线，双弧内包络线为转子理论轮廓线的转子机构，并把转子机构中的内外齿轮去消掉，由两个相内切圆的半径比和半径差所形成的运动关系，包括该两个相内切圆的存在，让曲轴主轴颈的尺寸由此可以根据强度的需要来规定;同时，在功能上把转子机构转换成转子机构对，使其中一个转子机构专管吸气和压缩，另一个转子机构专管爆发和排气，在此基础上，使之成为两角转子发动机。

通常，要使单弧外旋轮线转子机构成为发动机的可能性不大，把以上简述的措施具体化，它不仅能成为发动机，而且，它作为发动机，具有显著的优点。王克尔曾指出过，当最外壳直径相同时，在相同的摆动角（创成半径和缸体理论型线上各点法线的交角）条件下，能获得的压缩比和冲程面积，单弧外旋轮线的机构远比双弧或多弧外旋轮线的要理想得多^＊。另外，一个转子机构的功能由两个转子机构分工完成，为我们解决了一般发动机中存在的对立因素所带来的麻烦（例如压缩冲程和爆发冲程中对表面积/体积的比值要求不同带来的麻烦），同时，又没有降低单转子机构的比功率。由于机构专业化，专管吸气压缩的机构，缸体空腔的厚度尺寸几乎可以任意选择，使得两角转子发动机的本身就具有增压发动机的功能，不必另外设置增压机构;专管爆发和排气的机构，不仅燃烧室可以按燃烧性能布置得较合理，而且，燃烧火焰在整个缸体型线四周内运行，缸体和缸盖受热不均的现象几乎可以不用多考虑。同时该转子机构，转子转一圈，主轴转两圈，对发动机的低速性能的影响，要比三角转子发动机好一些。

下面结合附图对本发明作详细说明。说明中先介绍基本结构，然后相应地介绍与结构有关的基本原理。

图1是两角转子发动机的基本结构纵断面示意图。曲轴（1）由轴承（2·25）支承。在前缸盖（4）和后缸盖（21）的主轴孔上配有单弧外旋轮线向内的等距线凸盘（3·24），活塞（8·26）（即转子）上配有以活塞理论轮廓线顶点为中心的园弧凸块（5·22），凸盘（3·24）的内等距线和凸块（5·22）的弧线相切。内等距凸盘（3·24）及园弧凸块（5·22），与缸体（7·19）的型线及活塞（8·26）的轮廓线相互之间有相应的对应关系。活塞（8·26）能和缸体（7·19）有正常的运转关系，全靠等距线凸盘（3·24）与园弧凸块（5·22）的相切运转关系保证，它们起了齿轮机构的作用。缸体（7·19）的型线是单弧园外旋轮线向外的等距线，与活塞（8·26）上的密封刮片（见图3）相配，起密射气体作用。活塞（8）将吸入的气体压缩，通过压气室（10）和气道（9），在与中隔板（14）上的气道（13）和活塞（26）上的气道（18）相通时，对燃烧室（20）提供压缩气体。压气室（10）可做得尽量地小，只要能将气体顺利地导入气道（9）就行了。喷油咀（17）可以向燃烧室（20）喷射燃油。两活塞（8·26）的每条弧形轮廓面上，均有压气室（10）或燃烧室（20）的凹坑，并各有气道（9·18）相通。为了减少两活塞（8·26）传递气体的漏气损失，在气道（9·18）上配有密封圈（11·15）。密封圈（11·15）的后端有波形弹簧圈（12·16），前端则紧贴中隔板（14）滑行。

为了克服或减少转子机构对在运动过程中，因吸气压缩和爆发排气的转子（8·26）各自运转推动力不同，以及制造零件的误差和零件配合间隙的不统一，造成它们之间的旋转角度可能存在不统一的现象，图1在两转子（8·26）的内孔端处，设置连接套（33）和连接盘（34），连接套（33）的两端和连接盘（34）通过键之类的结构连接，可以把两转子（8·26）在旋转方向上，相应固定起来。

图2是图1在1-1处的剖视图。图中活塞（8）按反时针运转，转半圈时，从进气口（27）吸气，并完成吸气工作;再转半圈，完成气体压缩工作。按某一提前角要求，将压缩气体供给作功活塞的燃烧室（20）。

图3是图1在Ⅱ-Ⅱ处的剖视图。在缸体（19）上有排气口（29）。活塞（26）的燃烧室（20）在密封片（28）尚未将排气口（29）隔开前，就与压气活塞（8）的气道（9）相通。燃烧室（20）可以设置在活塞（26）轮廓弧面上偏后的部分。这样，一方面废气容易被进入的新鲜压缩气体从排气口（29）挤出去;另一方面燃油提前喷燃时，一开始就容易推动曲轴（1）转动。

图4是图1中的外旋轮线向内的等距线凸盘（3·24）的另件正视图。图5是该另件的侧视图。在图5中，该凸盘的部位（B）是外旋轮线向内的等距线轮廓面，部位（A）和图1中的前后缸盖（4·21）主轴孔固定在一起，以保证该另件上的等距线与缸体（7·19）的型线有正确的对应关系。

图6是图1中的园弧凸块（5·22）的另件正视图。图7是该另件的侧视图。图7的凸块园弧部分（D）和图5的等距线凸盘部位（B）有相切的运转关系;园盘部位（E）与图1中的活塞（2·26）固定在一起，以保证该另件的园弧部位（D）的中心，与活塞（8·26）的理论包络线顶点重合。

图8中，曲轴（1）上设置的油道（32），在任何运转或停止位置上，与活塞（8·26）上的油道之间均相通具有夹角。若原来转子机构处于静止状态，可以通过一定的方式先起动油泵，利用曲轴（1）通过其上的油道（32）向活塞（8·26）的油道（30）提供动力油或冷却油等液体的机会，在这种夹角的条件下，给活塞（8·26）一个在旋转方向上的切向推力;为了避免削弱该切向推力的作用，油从活塞（8·26）端面射出时，射出口的方向应安排得和旋转方向相反，并让油按此方向直接喷射到缸盖（4·21）或中隔板（14）等其它构件上。该起动油路系统可以和冷却、润滑油路统一，或通过止回阀等构件有条件地和它们统一，也可以单独设置。

图1中的等距线凸盘（3·24）与园弧凸块（5·22）的切点摆动角处于最大值。而在图8中，它们之间的摆动角是零或零附近的状态。根据曲轴（1）在起动时带动园弧凸块（5·22）旋转的方向就可以知道，只要上述摆动角不为零，曲轴（1）要带动园弧凸块（5·22）在等距线凸盘（3·24）上向前起动，摆动角总会产生一种使得园弧凸块（5·22）在等距线凸盘（3·24）上“向下滑”的趋势。因而这种摆动角不仅不会阻碍活塞（8·26）向前旋转，反而恰巧提供了有利的条件。

图9是本发明的简单原理说明。

圆（D）沿着与它相内切的固定圆（K）滚动，P点为圆（D）外的某一点。圆（D）的中心到P点的距离为创成半径R。e为两圆偏心距。

当园（D）的半径d与园（K）的半径k之间的关系为：

d∶k＝2∶1

则：

e＝d-k＝k

α∶β＝2∶1

在此条件下，P点随园（D）滚动时，轨道L₁弧线为外旋轮线。其参数方程：

创成半径R与外旋轮线上任意一点的法线夹角为：

外旋轮线L₁的外等距线为L₂。其参数方程：

外旋轮线L₁的内等距线为L₃。其参数方程：

外旋轮线L₁的内包络线为L₄。其参数方程：

弧线L₅是弧线L₂的内包线。在实践上它可用通过P₁P′P₂三点的园弧来代替。

图9中所有弧线都是由园（D）在和园（K）相内切带着其上P点滚动的基础上形成的。没有园（D）和园（K）的存在，这此弧线就不可能形成，这是显然的。但如有条件地取消该两园的存在，即保留它们的实质关系上的存在，去消它们形式上的存在，这些弧线仍可一样形成。因为外旋轮线L₁直接可以由创成半径R，加上表现园（D）和园（K）之间相内切的滚动关系和尺寸大小关系等参数来形成即加上转角α和β以及偏心距e参数来形成。其它弧线也可以由此派生出来。当e和R在转动时，e的转角α与R的转角β的比值保持2∶1的关系，P点的轨迹，就是外旋轮线L₁，此时尽管园（D）和园（K）不被直接描述出来，我们仍然知道它们的大小和相切的关系。并知道相对应于P点在某一位置上，该两园相切于何处。反过来，如外旋轮线L已形成，创成半径R的一端P点，不离开外旋轮线L₁移动时，P点可以反过来推动e和R旋转。并且其转角α和β的比值必定保持在2∶1的关系上。此时，也可以不要园（D）和园（K）在形式上存在。

我们知道，当以P点为园心，α为半径，向外作一园弧，P点沿外旋轮线L₁带动这园弧旋转时，和这园弧沿着外等距线L₂带动P点旋转时效果一样，P点仍然在沿着外旋轮线L₁转动。

同样，当以P点为园心，b为半径，向内作一园弧，P点沿外旋轮线L₁带动这园弧旋转时，和这园弧沿着内等距线L₃带动P点旋转时效果一样，P点也仍然在沿着外旋轮线L₁转动。

上述道理是本发明的基本原理。根据这个原理，我们可以取消转子机构中的内外齿轮，目的是让曲轴的主轴颈的尺寸大小，主要由强度的需要来规定。

如果我们把图9的弧线和图1-图8的另件对应起来，即把外等距线L₂与缸体（7·19）的实际型线对应起来，把内等距线L₃与凸盘（3·25）的型线对应起来，把以P点为中心，b为半径的园弧与园弧凸块（5·22）的型线对应起来。并以O_D和O_K为园心，根据强度和活塞（8·26）起动等要求决定活塞（8·26）轴颈和主轴颈的尺寸大小。那么，我们就得到了两角转子发动机的基本结构。

不过，在设计两角转子发动机时，向内的等距线L₃应能被内包络线L₄在任何转角下都完全盖住。这就要求两角转子发动机的R与e的比值，大于8。

两角转子发动机是由两角转子机构对组合的。在该机构中，如果吸气压缩转子机构单独分离出来成为独立的机器。那么，不说自明的是，它就是两角转子压缩机。

同样，如果爆发排气转子机构独立分离出来，在排气行程终了之前，爆发行程尚未开始之际，如果把空气或氧气等和燃油或可燃气等通过一定的方式，按一定的混合比，在各自所需的压力下喷入燃烧室，由火花塞之类的构件点燃，那么，作为独立的机器，它就是结构简单的发动机。

两角转子发动机和三角转子发动机均属于外旋轮线为缸体的理论型线，内包络线为转子的理论轮廓线的机器。所以，上述取消内外齿轮机构的理论和方法，也适应于三角转子发动机上;反过来，在三角转子发动机上通过三十多年的艰苦努力取得的成熟的技术，基本上也都适用于两角转子发动机。

^＊《旋转活塞式发动机的构造》（德国 王克尔 弗留特）“国外机械”杂志1960年第5期。

Claims (8)

1、单弧外旋轮线为缸体(7·19)理论型线，双弧内包络线为转子(8·26)理论轮廓线的转子机构，组成吸气压缩转子机构和爆发排气转子机构，机构的缸体(7·19)或缸盖(4·21)或中隔板(14)上有吸气口(27)，排气口(29)和喷油咀(17)，转子(8·26)两边各有压气室(10)或燃烧室(20)和气道(9·18)，中隔板(14)上有气道(13)。这样的转子机构对，其特征在于：

a、两转子(8·26)的气道(9·18)上，可配有在中隔板(14)上滑行的密封圈(11·15)和给该密封圈(11·15)有端面压力的波形弹簧(12·16)。

b、当吸气压缩转子(8)把进气口(27)吸入的气体压缩后，两转子(8·26)的气道(9·18)通过中隔板(14)的气道(13)使压气室(10)和燃烧室(20)相通。

2、根据权利1规定的转子机构对，其特征在于：

a、在转子（8·26）上固定有弧部份（D），

b、园弧部份（D）的弧线以转子的理论轮廓线的顶点为中心，b为半径。

c、在前后缸盖（4·21）上固定有内等距线部份（B）。

d、内等距线部份（B）的弧线是缸体（7·19）理论型线各点在法线方向上向内平移一段距离b形成的弧线。

e、园弧部份（D）的弧线半径b和内等距线部份（B）的弧线平移距离b，是同一长度的数值。

f、园弧部分（D）的弧线和内等距线部份（B）的弧线相切。

3、根据权利1和2的规定的转子机构对，其特征在于固定在缸盖（4·21）上的内等距线部份（B）的弧线，与配合在缸盖（4·21）上的缸体（7·19）的型线各点相对应。

4、根据权力1，2和3规定的转子机构对，其特征在于内等距线部份（B）须完全被转子（8·26）在任何转角上都能盖住。

5、根据权力1规定的转子机构对，其特征在于：

a、转子（8·26）上有油腔（31）和油道（30）。

b、上述油道（30）和曲轴（1）上的油道（32）之间相通且有夹角。

c、从油道（30）进入转子（8·26）的油的喷出口方向和转子（8·26）的旋转方向相反。

6、根据权力1-5规定的装置，其特征在于，当中隔板（14）作为吸气压缩转子机构的缸盖时，该吸气压缩转子机构是压缩机。

7、根据权力1-5规定的装置，其特征在于当中隔板（14）作为爆发排气转子机构的缸盖时，该爆发排气机构也可以是一种发动机。

8、根据权力2-5规定的装置，当缸体（7·19）理论型线为双弧或双弧外旋转线，转子（8·26）理论轮廓线相应地为3弧或3弧以上的内包络线时，这样的转子机构中传统的内外齿轮装置可以去消掉。

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