專(zhuān)利名稱(chēng)：旋膽式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是通過(guò)燃料與空氣混合后，在一密閉工作腔內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的工作氣體直接推動(dòng)工作腔旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，向負(fù)載提供動(dòng)力的新一代內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有密封性好、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)方案也帶有根本的缺陷-即存在往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，如活塞組件及氣門(mén)機(jī)構(gòu)等。進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，這些往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力急劇增大，使軸承負(fù)荷顯著增加，振動(dòng)加劇，并可能破壞氣門(mén)機(jī)構(gòu)的正常工作。這就成了提高發(fā)動(dòng)機(jī)單位容積功率、降低單位功率質(zhì)量、使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步向高速發(fā)展的嚴(yán)重障礙。為了解決這一問(wèn)題，人們一直在尋求發(fā)明一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)。1954年西德工程師汪克爾發(fā)明的三角活塞轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)就是其中較成功的一例。它一問(wèn)世，就以其單位工作容積功率大(升功率60-90KW)，單位功率質(zhì)量小，振動(dòng)輕微，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)量少，拆裝方便，維修簡(jiǎn)易，在相同的壓縮比下可燃燒低辛烷值汽油而引起人們的關(guān)注。目前，其不能大批生產(chǎn)的主要原因在下列幾點(diǎn)(1)壓縮比提高困難，燃燒室難于理想，且組織燃燒不易，因此其低速經(jīng)濟(jì)性較差。一般燃油消耗率300-340g／kwh，有效效率0．24-0．27。(2)排氣污染大，HC化合物比往復(fù)活塞式汽油機(jī)高三倍。(3)密封線長(zhǎng)，尤其是圓周密封為線密封，滑動(dòng)速度太大，易磨損，耐久差，工作不如往復(fù)機(jī)可靠。這就是汪克爾發(fā)明的三角活塞轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)至今不能取代往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的根本原因。
本發(fā)明的目的是提供一種工作可靠、平穩(wěn)、體積小、重量輕、功率大、油耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的新一代內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的氣缸體內(nèi)壁表面是一個(gè)圓柱面，氣缸體內(nèi)，安裝一與其軸線偏心為e的葉片轉(zhuǎn)子，葉片數(shù)大于4為宜，壓縮比將隨葉片數(shù)的增加而增大。葉片轉(zhuǎn)子由氣缸體兩側(cè)氣缸蓋軸承支撐。在葉片轉(zhuǎn)子與氣缸體之間裝一與葉片轉(zhuǎn)子等長(zhǎng)的套筒一旋膽，其軸線與氣缸體同軸。轉(zhuǎn)子、旋膽與葉片鉸接(葉片與轉(zhuǎn)子間存在相對(duì)滑動(dòng))。在轉(zhuǎn)子與旋膽的兩端面裝有密封蓋，使轉(zhuǎn)子葉片間形成若干個(gè)獨(dú)立的密閉工作腔。旋膽的支承由旋膽兩側(cè)的密封蓋上的軸承與氣缸體上相對(duì)應(yīng)的軸承承受。當(dāng)轉(zhuǎn)子與旋膽繞各自的軸線同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片間的容積將產(chǎn)生有規(guī)律的變化，即由小到大、由大到小的變化，其工作循環(huán)與二沖程往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相同。轉(zhuǎn)子與旋膽的同步旋轉(zhuǎn)是由裝在氣缸體一側(cè)氣缸蓋上的齒輪同轉(zhuǎn)子軸、旋膽軸上的齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明為壓縮、作功分體結(jié)構(gòu)，即壓縮缸產(chǎn)生壓縮空氣后，通過(guò)兩腔間的慣性單向閥向作功缸提供壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)掃氣、作功。兩缸工作頻率相同，同步進(jìn)行，角相位差以10°-60°為宜。
由于本發(fā)明采用旋膽代替氣缸體來(lái)實(shí)現(xiàn)工作腔的密閉，且旋膽與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，所以在相同轉(zhuǎn)速情況下，活塞磨擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)線速度很低，僅是往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的20-50％，是汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的10-30％，且潤(rùn)滑容易。再有本發(fā)動(dòng)機(jī)的工作缸采用壓縮、作功分體結(jié)構(gòu)，且工作腔為圓周分布，排氣口單位角度(輸出軸轉(zhuǎn)角)開(kāi)啟量高于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，所以其作功角度可達(dá)170°-175°，比往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)作功角度(100°-150°)高25°-70°。由于磨擦損失的降低，作功角度的加大，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)可比往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)省燃料10-40％。本發(fā)明中，因?yàn)檗D(zhuǎn)子繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，葉片與旋膽一同繞旋膽軸線旋轉(zhuǎn)，故整機(jī)無(wú)往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。這對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，提高單位容積功率，降低單位功率質(zhì)量將極其有益，由此本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)體積將比往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)體積減少40-70％，且工作平穩(wěn)。
密封問(wèn)題一直是制約新型發(fā)動(dòng)機(jī)研究的關(guān)鍵問(wèn)題，本發(fā)明中各工作腔的密封面均采用三角楔形面密封，其優(yōu)點(diǎn)在于三角楔形密封條在彈簧力及離心慣性力的作用下，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償密封條的磨損，實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙密封，從而提高密封的可靠性及密封件的使用壽命。
本發(fā)明的壓縮缸可作為壓縮機(jī)、油泵、油馬達(dá)、真空泵使用。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下的實(shí)施例及其附圖給出。


圖1是根據(jù)本發(fā)明提出的發(fā)動(dòng)機(jī)的橫向割視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明提出的發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向剖視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明提出的發(fā)動(dòng)機(jī)的同步齒輪嚙合局部視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明提出的發(fā)動(dòng)機(jī)的作功缸工作簡(jiǎn)圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明提出的發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮缸工作簡(jiǎn)圖。
下面結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提出的發(fā)動(dòng)機(jī)的細(xì)節(jié)及工作情況。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)如下面圖1、圖2所示。氣缸體(6)與機(jī)座(1)固連。氣缸兩側(cè)裝有氣缸蓋(15、18)，氣缸蓋上設(shè)有兩處軸承位置，用于旋膽(8)及轉(zhuǎn)子軸(3)的支承，氣缸蓋上設(shè)有子口臺(tái)，以保證氣缸蓋與氣缸體的同軸度。氣缸體內(nèi)裝有由旋膽(8)、轉(zhuǎn)子(4、24)及兩側(cè)旋膽蓋(16、17)組成的旋轉(zhuǎn)作功缸和旋轉(zhuǎn)壓縮缸，其中每個(gè)缸由若干個(gè)工作腔組成，一個(gè)工作腔相當(dāng)于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作缸。旋膽蓋上設(shè)有子口臺(tái)，以保證旋膽蓋軸承位置與旋膽的同軸度。作功轉(zhuǎn)子(4)與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(24)同裝在轉(zhuǎn)子軸(3)上，轉(zhuǎn)子軸穿過(guò)旋膽蓋，通過(guò)氣缸蓋上的軸承實(shí)現(xiàn)支承，并向外輸出動(dòng)力。旋膽通過(guò)旋膽蓋上的軸承位置與氣缸蓋上的軸承結(jié)合實(shí)現(xiàn)支承。在旋膽內(nèi)設(shè)有一隔墻，將作功轉(zhuǎn)子(4)與壓縮轉(zhuǎn)子(24)分開(kāi)，隔墻上設(shè)有慣性單向密封閥(11)將作功腔與壓縮腔連通，實(shí)現(xiàn)單向供氣，慣性單向閥軸線與轉(zhuǎn)子軸線夾角10°-30°為宜。作功腔和壓縮腔的端面密封由密封條(7、13)實(shí)現(xiàn)。圖3，轉(zhuǎn)子軸(3)上裝有同步齒輪(19)，旋膽蓋(17)上裝有同步齒輪(20)。同步齒輪(19、20)同時(shí)與裝在機(jī)座支架(21)上的齒輪(26)嚙合，從而保證轉(zhuǎn)子軸與旋膽的同步旋動(dòng)。圖1，作功轉(zhuǎn)子與壓縮轉(zhuǎn)子上均裝有與葉片同數(shù)量的葉片銷(xiāo)軸(10)，用以消除由于偏心量e帶來(lái)的葉片擺動(dòng)和葉片相對(duì)于轉(zhuǎn)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以保證轉(zhuǎn)子、旋膽在同步轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生干涉現(xiàn)象。
圖4，以作功腔A為例，闡述作功缸的工作過(guò)程。圖示1位置，此時(shí)排氣口(25)與火花塞組成燃燒室(參照?qǐng)D2)?；鸹ㄈ?5)點(diǎn)燃作功腔A中的工作氣體，產(chǎn)生高溫高壓氣體，其作用力分別作用在轉(zhuǎn)子、旋膽及葉片上。作用于轉(zhuǎn)子、旋膽上的力分別通過(guò)轉(zhuǎn)子軸承及旋膽軸承由機(jī)體承受。作用于葉片b上的力使轉(zhuǎn)子、旋膽作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；作用于葉片a上的力使轉(zhuǎn)子、旋膽順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)由于存在葉片a工作面積大于葉片b工作面積，故其作用轉(zhuǎn)子、旋膽的合力矩為順時(shí)針力矩，轉(zhuǎn)子、旋膽作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，向外輸出力矩。圖示2位置為作功腔A繼續(xù)作功位置。圖3位置，以圖示1位置為起點(diǎn)，作功腔A已轉(zhuǎn)過(guò)170°-175°，此時(shí)葉片a工作面積接近葉片b的工作面積，對(duì)外作功已接近于零，故此時(shí)是作功腔A的排氣起始點(diǎn)。圖2，作功腔A的排氣口(25)與氣缸體排氣口(2)接通，將作功腔A中的廢氣排出腔體，此階段為自然排氣階段。當(dāng)作功腔A內(nèi)的廢氣排放至常壓后，旋膽隔墻上的慣性單向閥(11)在壓縮腔A’的壓力氣體作用下自動(dòng)開(kāi)啟，工作氣體從慣性單向閥進(jìn)入作功腔A，實(shí)現(xiàn)直流掃氣。圖4所示4位置，此時(shí)作功腔A排氣口(2)已關(guān)閉，壓縮腔A’繼續(xù)向作功腔A提供工作氣體。作功腔A行至圖示1位置時(shí)，火花塞重新點(diǎn)火，進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。其它各作功腔將重復(fù)作功腔A的工作過(guò)程。圖5，以與作功腔A相對(duì)應(yīng)的壓縮腔A’為例，闡述壓縮缸的工作過(guò)程。圖示1位置，壓縮腔A’進(jìn)氣口(23)與氣缸體進(jìn)氣口(22)接通開(kāi)始進(jìn)氣，旋膽隔墻上的慣性單向閥在離心慣性力的作用下已關(guān)閉。圖示2位置，為壓縮腔A’繼續(xù)進(jìn)氣位置。圖示3位置，壓縮腔A’已達(dá)到最大容積，以位置1為起點(diǎn)，進(jìn)氣角度達(dá)180°，此時(shí)壓縮腔A’的進(jìn)氣口與氣缸體的進(jìn)氣口斷開(kāi)，即進(jìn)氣終止。圖示4位置，壓縮腔A’進(jìn)行壓縮過(guò)程，當(dāng)腔內(nèi)壓力升至足以推開(kāi)慣性單向閥時(shí)，則壓縮腔A’開(kāi)始向作功腔A提供工作氣體。在壓縮腔A’行至圖示1的位置過(guò)程中，由于相位差的關(guān)系，壓縮腔A’將比作功腔A提前一個(gè)相位差到達(dá)最小容積點(diǎn)，即壓縮腔A’提前一個(gè)相位差將可提供的工作氣體全部輸入作功腔A，然后壓縮腔A’的壓力自動(dòng)消失，慣性單向閥在離心慣性力的作用下，自動(dòng)關(guān)閉，作功腔A實(shí)現(xiàn)密閉。壓縮腔A’由圖示1位置繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。其它各壓縮腔’將重復(fù)壓縮腔A’的工作過(guò)程。
參考文獻(xiàn)《內(nèi)燃機(jī)原理》北京中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1988年版，蔣德明主編。《內(nèi)燃機(jī)理論與設(shè)計(jì)》北京國(guó)防工業(yè)出版社，1975年版，吉林工業(yè)大學(xué)內(nèi)燃機(jī)教研室編?！秲?nèi)燃機(jī)原理》華中理工大學(xué)出版社，劉永長(zhǎng)主編。
權(quán)利要求
1．本發(fā)明有由轉(zhuǎn)子軸(3)、轉(zhuǎn)子(4)、葉片(9)、葉片銷(xiāo)軸(10)、旋膽蓋(16)、旋膽(8)、密封條(7、13、14)組成的作功缸和由轉(zhuǎn)子軸(3)、轉(zhuǎn)子(24)、葉片(9)、葉片銷(xiāo)軸(10)、旋膽蓋(17)、旋膽(8)、密封條(7、13、14)組成的壓縮缸，同時(shí)置于氣缸體(6)內(nèi)；旋膽內(nèi)隔墻裝有與壓縮腔同數(shù)量的慣性單向閥(11)，用于連通作功缸與壓縮缸；在壓縮缸一側(cè)氣缸體外，轉(zhuǎn)子軸(3)和旋膽蓋(17)軸頭各裝一個(gè)齒輪(19、20)且同時(shí)與裝于機(jī)座支架(21)上的齒輪(26)相嚙合。
2．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)子(4、24)軸線與旋膽(8)軸線偏心為e，且e等于旋膽半徑的1／6-1／15。
3．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是葉片(9)數(shù)量≥4。
4．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是旋膽蓋(16、17)開(kāi)有與作功腔等數(shù)量的進(jìn)、排氣口。
5．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是慣性單向閥(11)軸線與旋膽(8)軸線夾角10°-30°。
6．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是壓縮腔與作功腔角相位差10°-60°。
7．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是楔形三角密封條(7、13、14)楔角為15°-45°。
8．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是同步齒輪(19、20、26)為圓柱斜齒輪。
9．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是同步齒輪(19、20、26)為圓柱人字齒輪。
10．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是排氣口(25)在排氣階段為排氣口，壓縮作功階段為燃燒室。
11．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是葉片銷(xiāo)軸(10)開(kāi)有長(zhǎng)槽，葉片(9)可在槽內(nèi)滑動(dòng)。
12．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是葉片銷(xiāo)軸(10)與轉(zhuǎn)子(4、24)為動(dòng)配合。
13．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是作功轉(zhuǎn)子(4)、壓縮轉(zhuǎn)子(24)同軸線，且同時(shí)安裝于轉(zhuǎn)子軸(3)上。
14．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是葉片(9)的圓柱頭部與旋膽(8)為動(dòng)配合。
15．根據(jù)權(quán)力要求1、8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是同步齒輪(19、20)與轉(zhuǎn)子軸(3)、旋膽蓋(17)為鍵連接。
16．根據(jù)權(quán)力要求1、9所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是同步齒輪(19、20)與轉(zhuǎn)子軸(3)、旋膽蓋(17)為鍵連接。
17．根據(jù)權(quán)力要求1、13所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是作功轉(zhuǎn)子(4)、壓縮轉(zhuǎn)子(24)與轉(zhuǎn)子軸(3)為鍵連接。
18．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是利用壓縮缸工作原理可制作油馬達(dá)。
19．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是利用壓縮缸工作原理可制作壓縮機(jī)。
20．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是利用壓縮缸工作原理可制作油泵。
21．根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是利用壓縮缸工作原理可制作真空泵。
全文摘要
本發(fā)明是依據(jù)單作用葉片泵的原理,設(shè)計(jì)出的二沖程內(nèi)燃機(jī)。本發(fā)明實(shí)施為:在葉片轉(zhuǎn)子與外殼間加置一旋膽,且旋膽通過(guò)三個(gè)同步齒輪與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn),從而將原轉(zhuǎn)子葉片與泵體的高副線密封變?yōu)榈透泵婷芊?且轉(zhuǎn)子與旋膽的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度僅為往復(fù)活塞運(yùn)動(dòng)速度的1/5—1/6。本發(fā)明適用于內(nèi)燃機(jī)適用的一切領(lǐng)域,用此原理設(shè)計(jì)的壓縮缸可作為壓縮機(jī)、油泵、油馬達(dá)、真空泵使用。
文檔編號(hào)F02B53/00GK1206786SQ9711515
公開(kāi)日1999年2月3日 申請(qǐng)日期1997年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月25日
發(fā)明者姚乃剛 申請(qǐng)人:姚乃剛