專利名稱：轉(zhuǎn)子發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目的是提供一種工作可靠、工作平穩(wěn)、體積小、重量輕、功率大、油耗低、結(jié)構(gòu)簡單的內(nèi)燃轉(zhuǎn)子發(fā)動機。
本發(fā)明是通過燃料與空氣混合后，在一密閉的工作腔內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的高溫高壓工作氣體直接作用于轉(zhuǎn)子葉片上，利用相鄰兩葉片的面積差推動工作腔旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，向負(fù)載提供動力的內(nèi)燃發(fā)動機。
背景技術(shù)：
往復(fù)活塞式發(fā)動機具有良好的密封性，工作可靠、使用壽命長等優(yōu)點，但往復(fù)活塞式發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)方案也帶有根本的缺陷——即存在往復(fù)運動質(zhì)量，如活塞組件及氣門機構(gòu)等。在進一步提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速時，這些往復(fù)運動質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力將急劇增大，使軸承負(fù)荷顯著增加，振動加劇，并可能破壞氣門機構(gòu)的正常工作，這就成了提高發(fā)動機單位容積功率、降低單位功率質(zhì)量，使發(fā)動機進一步向高速發(fā)展的嚴(yán)重障礙。為了解決這一問題，人們一直在尋求發(fā)明一種結(jié)構(gòu)簡單的旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃發(fā)動機。1954年西德工程師汪克爾發(fā)明的三角活塞轉(zhuǎn)子發(fā)動機就是其中較成功的一例。它一問世，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，振動輕微、結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)量少、拆裝方便、維修簡易，在相同的壓縮比下可燃燒低率烷值汽油而引起人們的關(guān)注。目前，其不能大批量生產(chǎn)的主要原因有下列幾點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)濟性較差。一般燃油消耗率300-340g/kwh，有效功率0.24-0.27。2、排氣污染大，HC化合物比往復(fù)活塞式汽油機高三倍。3、密封線長，尤其是圓周密封為線密封，屬高副接觸，滑動速度大，對氣缸壁壓強大，密封條易磨損，耐久性差，工作不如往復(fù)活塞式發(fā)動機可靠。這就是汪克爾發(fā)明的三角活塞轉(zhuǎn)子發(fā)動機至今不能取代往復(fù)活塞式發(fā)動機的根本原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的氣缸體內(nèi)壁表面為一圓柱面，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3為宜(現(xiàn)以葉片數(shù)為5為例)，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)子等長的套筒——旋膽，其軸線與氣缸體同軸線。轉(zhuǎn)子、旋膽與葉片鉸接(葉片與轉(zhuǎn)子間存在相對滑動)。在轉(zhuǎn)子與旋膽的兩側(cè)端面裝有密封蓋，使轉(zhuǎn)子葉片間形成若干個獨立的密封工作腔。旋膽的支撐由旋膽兩側(cè)密封蓋上的軸承與氣缸蓋上相對應(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，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)與往復(fù)活塞式發(fā)動機相同。轉(zhuǎn)子與旋膽的同步旋轉(zhuǎn)是由裝在缸體一側(cè)氣缸蓋上的齒輪同轉(zhuǎn)子軸旋膽軸上的齒輪嚙合實現(xiàn)的。
本發(fā)明中葉片間的容積變化與往復(fù)活塞式發(fā)動機的工作容積變化相同，但不符合四沖程內(nèi)燃發(fā)動機的壓縮、作功、排氣、吸氣工作循環(huán)，為此本發(fā)明在旋膽進、排氣口一側(cè)加裝一配氣盤，配氣盤與旋膽同軸線安裝，配氣盤與旋膽同向轉(zhuǎn)動，但不同速，從而形成一個轉(zhuǎn)速差，利用這個轉(zhuǎn)速差實現(xiàn)對發(fā)動機的四個工作循環(huán)的配氣，保證發(fā)動機的正常工作。以一缸五腔機為例，其差速比為降速n配÷n轉(zhuǎn)＝5/6增速n配÷n轉(zhuǎn)＝6/5不同工作腔數(shù)的發(fā)動機，其配氣盤與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速比值是不相同的。
密封問題一直是制約新型發(fā)動機研究開發(fā)的關(guān)鍵問題。本發(fā)明中各工作腔的密封均為面密封，且均采用三角楔形密封條，其優(yōu)點在于三角楔形密封條在彈簧力及離心慣性力的作用下，可實現(xiàn)密封條磨損的自動補償，實現(xiàn)無間隙密封，從而提高了密封件的可靠性和密封件的使用壽命。
汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動機的工作腔外殼為固定式，火花塞安裝在固定壁上。本發(fā)明的工作腔為全旋轉(zhuǎn)式，無靜止位置，使得火花塞安裝困難，同點火線圈連接困難。為此，本發(fā)明將火花塞安裝在進、排氣口的上方(本發(fā)明中的進、排氣口為同一空間位置，同一組件)。點火線圈固定安裝在旋膽端蓋的一側(cè)，且同旋膽、轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，并用導(dǎo)線同火花塞相連接。在缸體端蓋內(nèi)側(cè)安裝發(fā)電機磁極，同旋膽端蓋上的點火線圈組成點火發(fā)電機。發(fā)電磁極、點火線圈由隔熱材料同旋膽端蓋隔離，切斷熱源，以免電磁極，點火線圈過熱損壞，必要時加入冷卻系統(tǒng)，保證發(fā)電機正常工作。點火電路置于發(fā)動機體內(nèi)，盡管采用防漏電措施，依舊有可能產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，由此對潤滑油提出更高的要求——不導(dǎo)電性。為此本發(fā)明在其潤滑系統(tǒng)中加入磁性篩，用此濾掉油液中的鐵基粉沫，使發(fā)動機中的潤滑油始終保持在清潔、不導(dǎo)電的狀態(tài)。本發(fā)明采用旋膽代替氣缸體來實現(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、相同的工作容積的情況下，本發(fā)明同往復(fù)活塞式發(fā)動機相比，活塞磨擦副的相對運動速度低，僅是往復(fù)活塞式發(fā)動機活塞線速度的20-50％，是汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動機三角活塞線速度的10％以下，且潤滑容易。由此磨擦損失將比往復(fù)活塞式發(fā)動機減少50％以上。本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子以自身軸線為軸心旋轉(zhuǎn)，旋膽以旋膽軸線為軸心旋轉(zhuǎn)，葉片以轉(zhuǎn)子軸心與旋膽軸心的中點為軸心旋轉(zhuǎn)，配氣盤以旋膽軸線為軸心旋轉(zhuǎn)，葉片在旋轉(zhuǎn)過程中存在20-30°的擺角(單缸五腔機葉片在旋轉(zhuǎn)過程中只能實現(xiàn)部分平衡，雙缸五腔機則可達到完全平衡)。由于主要零件均為純轉(zhuǎn)動，且自身達到平衡，故本發(fā)明的發(fā)動機轉(zhuǎn)速將比往復(fù)活塞式發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高50％以上，這對提高單位容積功率，降低單位功率質(zhì)量將十分有益，往復(fù)運動質(zhì)量的消失將使發(fā)動機運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)、噪音更低。
本發(fā)明中，工作氣體始終處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，在離心慣性力的作用下，工作氣體中的汽油、空氣將產(chǎn)生分離，即以旋膽軸心為零點坐標(biāo)，R越大，工作氣體越濃。這種油氣的分離對提高汽油發(fā)動機的壓縮比，提高發(fā)動機的空燃比很有益處。由于火花塞工作腔R最大處，故此處工作氣體最濃，加之合理設(shè)計空氣渦流，可使本發(fā)明的發(fā)動機壓縮比有較大的提高，空燃比可提高到20以上，由此可節(jié)約燃料20-40％。
本發(fā)明中，配氣盤始終處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，在進氣過程中，由于配氣盤進口處旋轉(zhuǎn)半徑小于出口處的旋轉(zhuǎn)半徑，在離心慣性力的作用下，進入發(fā)動機的工作氣體在配氣盤中被加壓，使得發(fā)動機的充氣系數(shù)提高，達到增加進氣壓力的效果。在排氣過程中，由于配氣盤進口處旋轉(zhuǎn)半徑小于出口處的旋轉(zhuǎn)半徑，在離心慣性力的作用下，排出發(fā)動機的廢氣在此被加壓排入排氣管，有利于工作腔內(nèi)的廢氣排出。配氣盤的加壓進、排氣提高了發(fā)動機的換氣效果，對發(fā)動機升功率的提高很有益處。
本發(fā)明中的所有零部件均為圓形、方形等普通幾何形狀，無需特種設(shè)備加工，這對降低發(fā)動機制造成本，降低發(fā)動機生產(chǎn)線的制造成本十分有益。
綜上所述，本發(fā)明將比現(xiàn)有往復(fù)活塞式發(fā)動機體積減小30％，節(jié)約燃油20-50％，工作更加平穩(wěn)、噪音降低、升功率將大幅提高。
本發(fā)明在去掉配氣盤后，可作為壓縮機、油泵、油馬達、真空泵使用。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下的實施例及其附圖給出。


圖1是根據(jù)本發(fā)明提出的發(fā)動機的縱向剖視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明提出的發(fā)動機的橫向剖視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明提出的發(fā)動機的配氣示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明提出的發(fā)動機同步齒輪嚙合局部視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明提出的發(fā)動機配氣齒輪嚙合局部視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明提出的發(fā)動機進、排氣口、燃燒室局部視圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6詳細(xì)說明本發(fā)明提出的發(fā)動機的細(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(1)上裝有左端蓋(2)、右端蓋(17)、右端蓋上設(shè)有進、排氣道，兩端蓋上各設(shè)有兩處軸承位置，用于旋膽(9)及轉(zhuǎn)子軸(15)的支撐，氣缸蓋上設(shè)有臺階，用以保證氣缸蓋與氣缸體的同軸度。氣缸體內(nèi)裝有由旋膽(9)、轉(zhuǎn)子(14)、葉片(21)及左旋膽蓋(5)右旋膽蓋(12)組成的旋轉(zhuǎn)工作缸，其中每個工作缸由若干個工作腔組成，一個工作腔相當(dāng)于往復(fù)活塞式發(fā)動機的一個工作缸(現(xiàn)以一缸五腔機為例說明)，左右旋膽蓋上設(shè)有臺階，以保證旋膽軸承位置與旋膽的同軸度。轉(zhuǎn)子裝于轉(zhuǎn)子軸上，并用銷或鍵固連，轉(zhuǎn)子軸上的軸承位置與左右氣缸蓋上的軸承位置結(jié)合實現(xiàn)支撐，并穿過左右氣缸蓋向外輸出動力。旋膽通過旋膽蓋上的軸承位置與氣缸蓋上相對應(yīng)的軸承位置結(jié)合實現(xiàn)支撐。右旋膽蓋(12)上設(shè)有進、排氣口(20)。圖2，轉(zhuǎn)子與旋膽上均裝有與葉片數(shù)量相等的葉片銷軸(26、27)，用以消除因旋膽與轉(zhuǎn)子的偏心距e所帶來的葉片擺動和葉片相對于轉(zhuǎn)子的相對運動，以保證轉(zhuǎn)子(14)、旋膽(19)、葉片(21)在同步旋轉(zhuǎn)過程中不發(fā)生干涉現(xiàn)象。各工作腔間的密封由葉片密封條(22)、轉(zhuǎn)子銷軸密封條(23)、旋膽銷軸密封條(24)、轉(zhuǎn)子密封條(25)來實現(xiàn)。圖4，轉(zhuǎn)子軸(15)裝有同步、齒輪II(4)，左旋膽蓋上裝有同步齒輪I(3)，同步齒輪I、II同裝在氣缸體上的同步、介輪(28)相嚙合，ZI＝ZII，即同步齒輪I與同步齒輪II的齒輪相等，從而保證轉(zhuǎn)子與旋膽的同步同向旋轉(zhuǎn)。圖2、圖5轉(zhuǎn)子軸(15)上裝有配氣齒輪II(16)，右旋膽蓋(12)上裝有配氣盤(13)，配氣盤上裝有配氣齒輪I(19)，配氣齒輪II、I分別與氣缸體(1)上的配氣介輪II、I(30、31)相嚙合，且有n配÷n轉(zhuǎn)＝5/6(一缸五腔機的配氣差速比)。配氣盤與工作腔同向差速旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了本發(fā)明的四沖程配氣。配氣盤的一側(cè)同工作腔相通，另一側(cè)同進、排氣管相通，配氣盤的有規(guī)律的通斷，將新鮮空氣和廢氣吸入工作腔或排出工作腔，實現(xiàn)發(fā)動機的換氣過程。圖1，左端蓋(2)上裝有一對發(fā)電磁極(6、8)，左旋膽蓋上裝有發(fā)電線圈(7)，并有導(dǎo)線同火花塞相連，工作缸的旋轉(zhuǎn)運動，使發(fā)電線圈產(chǎn)生電流，通過火花塞實現(xiàn)對發(fā)動機的點火。
圖3，以工作腔A為例，闡述工作腔的工作過程。A腔在1位上，此時已完成排氣過程，配氣盤進、排氣口(20)剛好關(guān)閉排氣管(18)的通道，打開進氣管(33)通道，進氣開始。A腔在2位上，此時A腔旋轉(zhuǎn)90°，配氣盤旋轉(zhuǎn)75°(以A腔1位為始發(fā)點計)，A腔繼續(xù)進氣過程。A腔在3位上，A腔旋轉(zhuǎn)180°，配氣盤旋轉(zhuǎn)150°，A腔進氣過程完成，壓縮過程將開始，配氣盤進、排氣口關(guān)閉進氣管通道，同時也關(guān)閉A腔的進排氣口。A腔在4位上，A腔旋轉(zhuǎn)270°，配氣盤旋轉(zhuǎn)225°，配氣盤進排氣口繼續(xù)關(guān)閉A腔的進、排氣口，A腔繼續(xù)壓縮過程。A腔在5位上，A腔旋轉(zhuǎn)360°，配氣盤旋轉(zhuǎn)300°，配氣盤繼續(xù)關(guān)閉A腔的進、排氣口，此時進、排氣口作為燃燒室使用，A腔完成壓縮過程，火花塞點燃燃燒室中的工作氣體，作功過程開始。A腔在6位上，A腔旋轉(zhuǎn)450°，配氣盤旋轉(zhuǎn)375°，配氣盤依舊關(guān)閉A腔的進排氣口，由圖2可以看出，此時A腔兩側(cè)葉片力的作用面積不相等，在高壓氣體的作用下，轉(zhuǎn)子、旋膽產(chǎn)生逆時針的力矩，實現(xiàn)能量輸出，A腔進行作功過程。A腔在7位上，A腔旋轉(zhuǎn)540°，配氣盤旋轉(zhuǎn)450°，配氣盤進、排氣口打開A腔進、排氣口的同時也打開排氣管通道，A腔開始排氣過程，A腔在8位上，A腔旋轉(zhuǎn)630°，配氣盤旋轉(zhuǎn)525°，配氣盤進、排氣口接通A腔進、排氣口和排氣管，A腔進行排氣過程。A腔重新回到1位上，A腔旋轉(zhuǎn)720°，配氣盤旋轉(zhuǎn)600°，A腔重復(fù)1位上的工作過程，此時A腔完成一個吸氣、壓縮、作功、排氣工作循環(huán)，配氣盤上開設(shè)三對進、排氣口，每對相隔120°，此時配氣盤第二個進、排氣口將繼續(xù)配合A工作腔完成第二個工作循環(huán)，周而復(fù)始，實現(xiàn)工作腔的連續(xù)工作。依據(jù)此原理，其余各工作腔同A工作腔一樣完成四個工作過程，配氣盤可制成軸向和徑向兩種形式，均可完成四沖程發(fā)動機的配氣。
圖6，配氣盤進氣孔與配氣盤軸線形成一點角α，15°＜α＜130°為宜；排氣孔與配氣盤軸線形成一夾角β，15°＜β＜130°為宜，有R進＜R＜R排。配氣盤在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，進氣將被加壓進入工作腔，排氣將被加壓排入排氣管，這對提高發(fā)動機的充氣系數(shù)十分有益。工作腔的進排氣口在彈簧(35)力的作用下緊壓在配氣盤，實現(xiàn)工作腔的密封。
單缸五腔轉(zhuǎn)子發(fā)動機工作循環(huán)表

參考文獻《內(nèi)燃機原理》北京農(nóng)業(yè)出版社，1988年版，蔣德明主編。
《內(nèi)燃機理論與設(shè)計》北京國防工業(yè)出版社，1975年版，吉林工業(yè)大學(xué)內(nèi)燃機教研室編。
《內(nèi)燃機原理》華中理工大學(xué)出版社，1992年版，劉永長主編。
權(quán)利要求
1.轉(zhuǎn)子發(fā)動機，該發(fā)動機有由旋膽(9)、轉(zhuǎn)子(14)、轉(zhuǎn)子軸(15)、左旋膽蓋(5)、右旋膽蓋(12)、葉片(21)、轉(zhuǎn)子葉片銷軸(26)、旋膽葉片銷軸(27)、密封條(22、23、24、25)、進、排氣口、燃燒室(11)、密封環(huán)(34)、彈簧(35)組成的工作缸及配氣盤(13)同時置于氣缸體(1)內(nèi)；在工作缸一側(cè)轉(zhuǎn)子軸，旋膽上裝有同步齒輪(3、4)并與同步介輪(28)相嚙合，實現(xiàn)工作腔的同步旋轉(zhuǎn)；在工作缸另一側(cè)轉(zhuǎn)子軸、配氣盤上裝有配氣齒輪(16、19)，并與配氣介輪(30、31)相嚙合，實現(xiàn)對工作腔的配氣；進、排氣管裝于配氣盤一側(cè)，并與配氣盤對接實現(xiàn)進、排氣。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動機，其特征是轉(zhuǎn)子(14)軸線與旋膽(9)軸線偏心距為e，且e為旋膽半徑的1/6-1/20。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動機，其特征是葉片(21)數(shù)量≥4。
4.根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動機，其特征是配氣盤(13)與轉(zhuǎn)子軸(15)的轉(zhuǎn)速比n配/n轉(zhuǎn)＞2/3。
5.根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動機，其特征是配氣盤(13)上開設(shè)的進氣道與配氣盤軸線夾角α為15°-130°；排氣道與配氣盤軸線夾角β為15°-130°。
6.根據(jù)權(quán)力要求1所述的發(fā)動機，其特征是楔形密封條(22、23、24、25)楔角為15°-70°。
全文摘要
本發(fā)明為內(nèi)燃轉(zhuǎn)子發(fā)動機，其依據(jù)單作用葉片泵原理，在葉片與外殼間加一套筒——旋膽，形成若干個工作腔，通過同步齒輪使轉(zhuǎn)子與旋膽同步旋轉(zhuǎn)，將葉片與外殼間的高副線密封變?yōu)榈透泵婷芊猓档土四Σ粮钡木€速度(轉(zhuǎn)子的相對線速度為往復(fù)活塞式發(fā)動機活塞線速度的20－50％)，減少了摩擦損失。本發(fā)明去掉了往復(fù)活塞式發(fā)動機中的氣門、齒輪、搖臂等氣門組件，使用旋轉(zhuǎn)式配氣盤完成四個工作循環(huán)的配氣。配氣盤的高速旋轉(zhuǎn)兼有渦輪增壓的效果，使得發(fā)動機的充氣系數(shù)提高。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有體積小，重量輕，節(jié)省燃料(約20－50％)，升功率高(70KW－120KW)、工作平穩(wěn)、噪音低等特點，本發(fā)明適用于內(nèi)燃發(fā)動機適用的一切領(lǐng)域。
文檔編號F01C1/344GK1490495SQ02131469
公開日2004年4月21日 申請日期2002年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月16日
發(fā)明者姚乃剛 申請人:姚乃剛