專利名稱：擺線轉(zhuǎn)子發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種擺線轉(zhuǎn)子發(fā)動機，尤其涉及一種由橢圓轉(zhuǎn)子與三角腔構(gòu)件共同旋 轉(zhuǎn)構(gòu)成的無震動，高轉(zhuǎn)速，高扭矩的大功率發(fā)動機。
二
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)有發(fā)動機中，技術(shù)較成熟的主要為車用的往復(fù)活塞式發(fā)動機及汪克爾型三 角轉(zhuǎn)子發(fā)動機。以上兩類發(fā)動機中，往復(fù)式發(fā)動機經(jīng)過了一百多年的設(shè)計與改進，有幾種問 題是不可能改變的。1、發(fā)動機的采用活塞的往復(fù)運動進行能量轉(zhuǎn)換，所以發(fā)動機的極限轉(zhuǎn) 速較低，且能量在曲軸轉(zhuǎn)動360度時，扭矩持續(xù)時間為180度。2、所有的往復(fù)式發(fā)動機都設(shè) 置有換氣閥門機構(gòu)，這樣不但增加了整機體積，還增加了整機重量。3、往復(fù)式發(fā)動機采用曲 軸與連桿進行動力輸出，此種輸出方式在活塞接近上止點與下止點時有效力臂很小，使汽 缸內(nèi)的膨脹力不能得到充分的發(fā)揮，能量轉(zhuǎn)化率很低。4、往復(fù)式發(fā)動機在點火時，點火正時 需要十分精確，否則很容易過早或過晚，造成整機功率降低。現(xiàn)有技術(shù)中，另一類是近幾年發(fā)展起來的馬自達三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機，它比往復(fù)活塞 式發(fā)動機轉(zhuǎn)速要高，功率要大。但其也存在很多不可避免的缺陷。1、三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機中的 轉(zhuǎn)子在工作過程中是偏心轉(zhuǎn)動的，所以在發(fā)動機工作時會產(chǎn)生很大的震動。2、三角轉(zhuǎn)子發(fā) 動機的汽缸形狀是月牙狀，由三角轉(zhuǎn)子與橢圓形外壁構(gòu)成，此形狀不利于氣體的燃燒。3、轉(zhuǎn) 子發(fā)動機的壓縮比較小，不能使用壓燃動力。4、三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機的密封困難，加工不易。5、 該發(fā)動機在工作時，汽缸內(nèi)氣體膨脹后的壓力被分解，有效扭矩很小，使該發(fā)動機能量轉(zhuǎn)化 效率較往復(fù)式發(fā)動機低，但其又有很高的轉(zhuǎn)速，使其功率由很大，所以一般重型設(shè)備或越野 車無法安裝該類型發(fā)動機，只有高速賽車或飛機使用，使其較難推廣。
三

發(fā)明內(nèi)容
為了制造出一種成本低廉，部件極少，轉(zhuǎn)速極高，且在工作時幾乎無震動的發(fā)動 機。本發(fā)明采用了全新的解決方案，整機可由單轉(zhuǎn)子或雙轉(zhuǎn)子構(gòu)成。本發(fā)明的設(shè)計思路為，首先考慮到極限轉(zhuǎn)速要高，且無震動，本發(fā)明中的組成部件 均需要無偏心轉(zhuǎn)動。又考慮到發(fā)動機的汽缸容積需要周期性變化來實現(xiàn)四個沖程，且汽缸 在膨脹時扭矩要比三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機大，并且加工與制造要容易，所以本發(fā)明采用了擺線式 結(jié)構(gòu)構(gòu)成轉(zhuǎn)子總成，即使用一個橢圓形轉(zhuǎn)子安裝在三角腔構(gòu)件內(nèi)，并使兩個構(gòu)件間組成的 三個空間互不相通。當(dāng)兩個構(gòu)件以3 2的轉(zhuǎn)速比繞各自的中心軸轉(zhuǎn)動時，即實現(xiàn)了上述 要求，并使能量轉(zhuǎn)化效率及功率重量比在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進行了較大的提高。另外使用擺線式結(jié)構(gòu)在汽缸膨脹時，氣體推動橢圓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，橢圓轉(zhuǎn)子又推動三 角腔構(gòu)件轉(zhuǎn)動，所以膨脹的汽缸密封是自密封，使本發(fā)明的密封容易。在工作時，整機輸出 的扭矩由橢圓轉(zhuǎn)子的最長半徑與最小半徑差值決定。本發(fā)明中提供了 4種轉(zhuǎn)子與汽缸間的 組合方案，每種各有優(yōu)勢，其中的A方案為標(biāo)準(zhǔn)型，其加工難度較低，能量轉(zhuǎn)化效率適中；D 方案加工難度最大，但能量轉(zhuǎn)化效率最高。整機汽缸容積由橢圓轉(zhuǎn)子與三角腔構(gòu)件之間的空間容積決定。另外三角腔構(gòu)件還是一個軸承體內(nèi)套，它是以其外壁為軸頸進行旋轉(zhuǎn)的。在 本發(fā)明中，為了不增加復(fù)雜的進氣與排氣閥門機構(gòu)，本發(fā)明采用在橢圓形轉(zhuǎn)子上設(shè)有進氣 道與排氣道進行換氣，氣體是通過轉(zhuǎn)子進入或排出汽缸的，且進排氣采用自然吸氣與排氣 式，當(dāng)氣體壓縮后，由殼體上安裝的火花塞來點火，且轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動一周，火花塞點火一次。點 火系的優(yōu)點是當(dāng)火花塞點火過早或過晚時氣體不接觸火花塞，即不被點燃，所以無需顧及 功率降低等問題，當(dāng)轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動時，為了保證點火時間依然精確，本發(fā)明采用在轉(zhuǎn)子一側(cè) 安裝有熱延時線圈，每當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周時，可燃氣體壓力達到最高時與點火線圈接觸，即被 點燃。轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)時無往復(fù)運動，無偏心運動，整機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周，發(fā)動機做功一次，氣體推 動轉(zhuǎn)子的做功路徑為270度。而普通的往復(fù)式發(fā)動機是180度，使本發(fā)明做功路徑較比傳 統(tǒng)發(fā)動機要長。根據(jù)以上原理，本發(fā)明基本構(gòu)件為橢圓轉(zhuǎn)子、三角腔構(gòu)件、上殼體、中殼體、下殼 體、汽缸殼體。其中上、中、下殼體不但起到密封汽缸的作用，還有通過橢圓轉(zhuǎn)子將可燃氣轉(zhuǎn) 送到汽缸的目的，汽缸殼體起到為三角腔構(gòu)件的充當(dāng)軸孔的作用。由橢圓轉(zhuǎn)子與三角腔構(gòu) 件構(gòu)成的轉(zhuǎn)子總成放在殼體內(nèi)部，其使用了擺線式原理構(gòu)成，即內(nèi)部轉(zhuǎn)子放置在比它多一 個角的腔體內(nèi)，轉(zhuǎn)子與腔體以各自的中心點旋轉(zhuǎn)，其間隔空間的容積發(fā)生周期性變化的都 可構(gòu)成轉(zhuǎn)子總成。通過在轉(zhuǎn)子上設(shè)置進排氣孔，實現(xiàn)汽缸間的進氣，壓縮，膨脹，排氣四個沖 程，自此得到一個無連桿機構(gòu)，無齒輪機構(gòu)的，無震動，高轉(zhuǎn)速的四沖程發(fā)動機。本發(fā)明顯著的有益效果是。1.整機僅有幾個部件構(gòu)成，運動部件僅有兩個，生產(chǎn)加工與安裝容易。2.發(fā)動機靠橢圓轉(zhuǎn)子在三角腔構(gòu)件內(nèi)轉(zhuǎn)動進行能量轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)動中無往復(fù)運動，無 偏心轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動且?guī)缀鯚o震動，極限轉(zhuǎn)速相當(dāng)高。3.發(fā)動機的換氣系統(tǒng)，采用自然吸氣與排氣式，無閥門機構(gòu)。4.本發(fā)明輸出軸轉(zhuǎn)動360度，汽缸做功一次，且做功路徑為270度，能量轉(zhuǎn)化率較 高，高速轉(zhuǎn)動時換氣效率依然很好。5.本發(fā)明輸出軸扭矩由轉(zhuǎn)子的最長半徑與最小半徑的差值決定，因使用橢圓轉(zhuǎn) 子，所以扭矩及容積較比三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機大，功率重量比高。6.當(dāng)高速轉(zhuǎn)動時，可關(guān)閉火花塞，汽缸靠轉(zhuǎn)子上的延時線圈點火，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周 時點火一次，點火正時十分精確。7.整機在轉(zhuǎn)子上與汽缸上都設(shè)有密封環(huán)，且在膨脹時汽缸有自密封能力，所以本 發(fā)明密封容易，加工容易。8.本發(fā)明壓縮比高，可使用壓燃動力，或?qū)⑵涓臑槔帽鹉芰康陌l(fā)動機。9.當(dāng)安裝雙轉(zhuǎn)子時，發(fā)動機扭矩曲線接近直線，扭矩均勻。10.因為本發(fā)明中采用擺線式結(jié)構(gòu)，無曲柄及連桿，無齒輪，轉(zhuǎn)子與汽缸間的摩擦 阻力小，使整機能量轉(zhuǎn)化效率高。
四


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1本發(fā)明外觀示意2本發(fā)明剖面示意圖
圖3橢圓轉(zhuǎn)子示意4三角腔構(gòu)件示意5四種轉(zhuǎn)子與三角腔間的組合方案圖6殼體組成示意7密封構(gòu)件示意8點火系統(tǒng)示意9換氣系統(tǒng)示意10本發(fā)明轉(zhuǎn)動原理11轉(zhuǎn)子與汽缸的轉(zhuǎn)速比例表圖12本發(fā)明做功原理13本發(fā)明做功原理表圖14雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機的中間殼體示意15雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機的轉(zhuǎn)子構(gòu)件示意16雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機整機剖面17雙轉(zhuǎn)子換氣系統(tǒng)示意18單轉(zhuǎn)子與雙轉(zhuǎn)子的扭矩曲線中1.橢圓轉(zhuǎn)子1A.上轉(zhuǎn)子1B.下轉(zhuǎn)子1C.輸出軸2.三角腔構(gòu)件2A.上三角 腔構(gòu)件2B.下三角腔構(gòu)件3.上殼體4.汽缸殼體4A.上汽缸殼體4B.下汽缸殼體5.下殼 體6.殼體螺栓7.殼體螺栓孔8.火花塞9.轉(zhuǎn)子進氣道10.轉(zhuǎn)子排氣道11.三角形空腔 12.滾珠13.輸出軸孔14.環(huán)形氣道15.進氣口 16.排氣口 17.滾珠溝道18.轉(zhuǎn)子內(nèi)密封 槽19.轉(zhuǎn)子外密封槽20.汽缸密封槽21.轉(zhuǎn)子內(nèi)密封環(huán)22.轉(zhuǎn)子外密封環(huán)23.汽缸密封環(huán) 24.點火線圈孔25.熱延時線圈26.殼體火花塞孔27.轉(zhuǎn)子輸出軸孔28.輸出軸鍵29.中 間殼體30.汽缸空隙。
五
具體實施例方式1.單轉(zhuǎn)子發(fā)動機的各種部件如圖1所示為發(fā)動機外觀示意圖，從圖中可以了解到本發(fā)明的發(fā)動機形狀是一個 圓柱狀，發(fā)動機的輸出軸從圓柱的上下兩個頂面探出，以用于連接負載設(shè)備。且輸出軸探 出的軸孔位置并不在圓柱頂面的中心點位置，而是偏向一側(cè)，在輸出軸的左側(cè)位于殼體上 安裝有火花塞，另一側(cè)在上下殼體上各設(shè)置有一個氣口，其中一個為進氣口，另一個為排氣 口。整機的三個殼體構(gòu)件并列排置，并用一圈螺栓將其固定。如圖2所示為發(fā)動機的橫截面及縱截面示意圖，圖中標(biāo)示了整機所有的重要構(gòu) 件，并直觀的展示出他們的位置及功能，觀察示意圖可以了解，在發(fā)動機內(nèi)部，將橢圓轉(zhuǎn)子 (1)安裝在三角腔構(gòu)件(2)內(nèi)，它們被安裝在由三個殼體構(gòu)成的定子內(nèi)，三個殼體分別為上 殼體(3)，汽缸殼體(4)，及下殼體(5)，安裝時將三個殼體并列排置，用殼體螺栓(6)穿過殼 體周圍的殼體螺栓孔(7)將整機固定。在上下殼體上分別設(shè)置有火花塞(8)。如圖3所示為本發(fā)明的橢圓轉(zhuǎn)子構(gòu)件示意圖，本發(fā)明中轉(zhuǎn)子是一個橢圓形的構(gòu) 件，并且其與輸出軸是連接為一個整體的，所以又可稱為連軸橢圓轉(zhuǎn)子(1)。在橢圓形轉(zhuǎn)子 的上下兩個側(cè)面上設(shè)有轉(zhuǎn)子進氣道(9)，轉(zhuǎn)子排氣道(10)，氣道的開始位置環(huán)繞輸出軸，氣道的結(jié)束位置在橢圓形轉(zhuǎn)子的圓周側(cè)壁上。且進氣道(9)與排氣道(10)是兩個不相通的 通道，其作用為吸進可燃氣體與排出可燃氣體。另外在設(shè)置該通道時，為了增加換氣時的密 封性能，還可以在轉(zhuǎn)子側(cè)面打孔，使轉(zhuǎn)子上下兩個頂面不露出氣道來進行設(shè)計。需要注意的 是，進氣道與排氣道都位于橢圓形轉(zhuǎn)子上兩個最長半徑的其中一個最長半徑一端。在轉(zhuǎn)子 上的另一端的最長半徑位置，位于排氣道方向設(shè)置有熱延時線圈(25)，用于轉(zhuǎn)子在高速工 作時點燃壓縮后的可燃氣體。如圖4所示為本發(fā)明的三角腔構(gòu)件示意圖，在圖中可以看出三角腔構(gòu)件(2)為圓 盤狀，在圓盤內(nèi)部設(shè)置一個三角形空腔(11)，在圓盤外部設(shè)置有一圈滾珠(12)，另外還可 視為該三角腔構(gòu)件是一個軸承構(gòu)件的內(nèi)套，其是以汽缸殼體為外套進行旋轉(zhuǎn)。在安裝發(fā)動 機時，將橢圓形轉(zhuǎn)子安裝在三角形空腔(11)內(nèi)部，由它們共同間隔出的三個空間即為本發(fā) 動機的汽缸。發(fā)動機在工作時橢圓轉(zhuǎn)子與三角腔構(gòu)件的轉(zhuǎn)速比為3 2，使三個汽缸的容積 發(fā)生周期性變化，再通過轉(zhuǎn)子上的進排氣道進行換氣，從而構(gòu)成連續(xù)運轉(zhuǎn)的發(fā)動機。如圖5所示為橢圓轉(zhuǎn)子與三角腔構(gòu)件間的各種組合方案，該方案中分為ABCD四 種，該四種方案的轉(zhuǎn)子與三角腔構(gòu)件的外形及輪廓均不相同，實現(xiàn)的效果也不同。方案A 是一套標(biāo)準(zhǔn)的組合方案，其中的橢圓轉(zhuǎn)子兩頭稍尖，三角腔中的三個邊是直線式，壓縮比較 高，加工容易，輸出的扭矩適中。方案B中，轉(zhuǎn)子是一個標(biāo)準(zhǔn)的橢圓構(gòu)件，但三角腔內(nèi)的三個 邊的夾角有著很大的倒角，雖然輸出扭矩低，但該方案最易加工，適合制作泵類設(shè)備。方案C 中的轉(zhuǎn)子兩頭稍尖，中間略寬，三角腔中的三個邊外凹，其加工難度較高，輸出扭矩較低，但 其優(yōu)點為強度較大，換氣效率好，適合應(yīng)用于惡劣環(huán)境。方案D中的三角腔構(gòu)件的每個邊都 內(nèi)凹，橢圓形轉(zhuǎn)子的最長半徑與最短半徑差值較大，其能夠提供很大的扭矩，其加工難度較 高，但能量轉(zhuǎn)化效率較高，適合應(yīng)用于節(jié)能型車輛。以上所述為使用橢圓轉(zhuǎn)子安裝在三角腔構(gòu)件內(nèi)，構(gòu)成轉(zhuǎn)子總成。當(dāng)使用三角轉(zhuǎn)子 放置在四角腔構(gòu)件內(nèi)，同樣可以實現(xiàn)汽缸間的容積變化構(gòu)成轉(zhuǎn)子總成。即使用任何擺線式 結(jié)構(gòu)，只要轉(zhuǎn)子與其放置的腔體相差一個角，再通過轉(zhuǎn)子上設(shè)置氣道進行換氣，都可以利用 此原理構(gòu)成發(fā)動機。如圖6所示為本發(fā)動機的殼體構(gòu)件示意圖，在圖中可以看出，本發(fā)明的殼體由三 部分組成，分別為上殼體(3)，汽缸殼體(4)，下殼體(5)。在上下殼體上都設(shè)置有火花塞 (8)，進氣口(15)，排氣口(16)，另外在上下殼體非圓心位置設(shè)置有輸出軸孔(13)，以用于 使轉(zhuǎn)子上的輸出軸穿過。在上下殼體內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有環(huán)形氣道(14)，該氣道與上下殼體 上的氣口相通，使可燃氣體與廢氣可以順利進入與排除汽缸。在上下殼體中間是汽缸殼體 (4)，在汽缸殼體內(nèi)側(cè)設(shè)置有一圈滾珠溝道(17)，內(nèi)部放置滾珠，其作用是作為三角腔構(gòu)件 的外支撐，可使三角腔構(gòu)件以其圓周外壁作為軸頸進行旋轉(zhuǎn)，也可視汽缸殼體為三角腔構(gòu) 件的軸承外套。在以上三個殼體構(gòu)件上，分別設(shè)置有殼體螺栓孔(7)，其作用是使殼體螺栓 (6)穿過固定整機。在每個殼體邊緣都設(shè)置有散熱片，可使用風(fēng)冷散熱，也可在殼體上打孔， 使用水冷來進行散熱。如圖7所示為橢圓轉(zhuǎn)子與三角腔構(gòu)件的密封系統(tǒng)，本發(fā)明的密封方式為在橢圓轉(zhuǎn) 子(1)與三角腔構(gòu)件(2)上分別安裝有密封環(huán)。
具體實施方式
為，在橢圓轉(zhuǎn)子的中心部位 設(shè)置有轉(zhuǎn)子內(nèi)密封槽(18)，該槽為環(huán)形，在槽內(nèi)安裝有轉(zhuǎn)子內(nèi)密封環(huán)(21)，其作用是防止 氣體沿輸出軸孔泄露。在橢圓轉(zhuǎn)子上還設(shè)置有轉(zhuǎn)子外密封槽(19)，該槽為橢圓形，在槽內(nèi)安
6裝有轉(zhuǎn)子外密封環(huán)(22)，其作用是將氣體密封在汽缸內(nèi)部，并防止一個汽缸內(nèi)的氣體通過 轉(zhuǎn)子側(cè)壁滲透到另一個汽缸內(nèi)。在三角腔構(gòu)件上也同樣設(shè)置有汽缸密封槽(20)，且該槽形 狀為三角狀并緊貼空腔邊緣，在槽內(nèi)設(shè)置有汽缸密封環(huán)(23)，用于將氣體密封在汽缸內(nèi)，防 止氣體泄漏到汽缸以外的潤滑腔內(nèi)。另外本發(fā)明中的三角腔構(gòu)件的三個邊上都設(shè)置有汽缸 空隙(30)，該汽缸空隙(30)的作用是使組成三角形空腔的三個邊都具有彈性。在安裝轉(zhuǎn)子 時，可過盈安裝以增加橢圓轉(zhuǎn)子在三角腔構(gòu)件內(nèi)的密封能力，并減少橢圓轉(zhuǎn)子與汽缸側(cè)壁 間的磨損。如圖8所示為本發(fā)明的點火系統(tǒng)示意圖，圖中設(shè)置有左右兩種點火方式，其分別 為熱延時線圈點火與火花塞點火。圖中位于左側(cè)的是在橢圓轉(zhuǎn)子的一端設(shè)置有點火線圈孔 (24)，在孔內(nèi)安裝有熱延時線圈(25)，該線圈的制作材料可使用具有熱延時效應(yīng)的金屬鎢 絲，當(dāng)每次汽缸膨脹時，氣體燃燒后的熱量傳遞給熱延時鎢絲。該鎢絲被加熱到紅熱狀態(tài)， 并具有一定熱延時能力以點燃下一次被壓縮后的氣體。當(dāng)使用此種點火方式時本發(fā)明可脫 離火花塞點火，并提高點火精度。位于圖右側(cè)的是安裝的上下殼體上的火花塞(8)，該火花塞安裝在上下殼體的火 花塞孔(26)內(nèi)，該火花塞采用電控打火的形式對壓縮后的氣體進行點火，當(dāng)本發(fā)動機運轉(zhuǎn) 在低轉(zhuǎn)速時，可以使用火花塞點火方式。當(dāng)本發(fā)動機運轉(zhuǎn)在高轉(zhuǎn)速時，火花塞點火方式將變 得不準(zhǔn)確，此時可使用位于轉(zhuǎn)子上的熱延時線圈來進行點火。如圖9所示為本發(fā)動機的換氣系統(tǒng)示意圖，在圖中可了解到本發(fā)明的氣體循環(huán)原 理，發(fā)動機在工作時，可燃氣體由位于上殼體(3)的進氣口(15)通過殼體上的環(huán)形氣道 (14)進入到轉(zhuǎn)子進氣道(9)內(nèi)，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，可燃氣體進入到體積逐漸在增大的汽缸 內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，充滿可燃氣體的汽缸呈封閉狀態(tài)，之后氣體隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動開始壓 縮，當(dāng)壓縮到一定程度后，氣體與火花塞(8)接觸，并被點燃，開始膨脹做功。做功后的氣缸 逐漸露出排氣道(10)，此時汽缸體積逐漸縮小，燃燒后的廢氣會被推入轉(zhuǎn)子排氣道(10)通 過下殼體的環(huán)形氣道(14)，進入到殼體排氣口(16)，廢氣得以排出。如圖10所示為本發(fā)明的轉(zhuǎn)動原理圖，圖中標(biāo)識了橢圓轉(zhuǎn)子與三角腔構(gòu)件間構(gòu)成 的三個空間，即A、B、C三個空間。圖中由7個小圖來說明空間A容積從小變到大，再變到 小的整個過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子與三角腔構(gòu)件間的轉(zhuǎn)速比為3 2時。圖中A為起始位置，當(dāng) 本發(fā)動機由A位置到達D位置時，橢圓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動270度，三角腔構(gòu)件轉(zhuǎn)動180度，此時空間 A由最小變?yōu)樽畲?。?dāng)本發(fā)動機由D位置轉(zhuǎn)動到G位置時，橢圓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到540度，三角腔 構(gòu)件轉(zhuǎn)動到360度。此時空間A又變?yōu)樽钚?。?dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，則汽缸A的容積繼續(xù)做周 期性變化。如圖11所示為本發(fā)明的橢圓轉(zhuǎn)子與三角腔構(gòu)件的轉(zhuǎn)速比例表，并由一個汽缸的 四循環(huán)作為參考。從表中可以看出，本發(fā)明中轉(zhuǎn)子與汽缸間的轉(zhuǎn)動比例為3 2，即當(dāng)橢圓 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到1080度時，三角腔構(gòu)件轉(zhuǎn)動到720度。如圖12及圖13表示為本發(fā)明做功原理，圖中12可直觀看到發(fā)動機在工作時其中 一個汽缸的四沖程運行原理，圖中當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子處于0度位置時，汽缸A處于一個循環(huán)的開始 階段，當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到270度時，汽缸A的體積達到最大，即完成了吸氣過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)動到540度時，汽缸A的體積再次達到最小，即完成了壓縮過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到810 度時，汽缸A的體積再次變到最大，即完成了做功過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到1080度時，汽缸A體積變到最小，即完成了排氣過程。以上為汽缸A在發(fā)動機工作時的四沖程原理。因為本發(fā)明中轉(zhuǎn)子與三角腔構(gòu)件間隔出三個空間，即三個汽缸。圖13直觀的標(biāo)示 出在橢圓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，三個汽缸的工作過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子由0度轉(zhuǎn)動到270度時，汽缸A進 行進氣過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子由270度轉(zhuǎn)動到540度時，汽缸A進行壓縮過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子由 540度轉(zhuǎn)動到810度時，汽缸A進行做功過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子由810度轉(zhuǎn)動到1080度時，汽缸 A進行排氣過程；當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子由0度轉(zhuǎn)動到90度時，汽缸B進行膨脹過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子由 90度轉(zhuǎn)動到360度時，汽缸B進行排氣過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子由360度轉(zhuǎn)動到630度時，汽缸B 進行進氣過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子由630度轉(zhuǎn)動到900度時，汽缸B進行壓縮過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子 由900度轉(zhuǎn)動到1080度時，汽缸B進行膨脹過程；當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子由0度轉(zhuǎn)動到180度時，汽缸 C進行壓縮過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子由180度轉(zhuǎn)動到450度時，汽缸C進行膨脹過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子 由450度轉(zhuǎn)動到720度時，汽缸C進行進氣過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子由720度轉(zhuǎn)動到990度時，汽 缸C進行進氣過程。當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子由990度轉(zhuǎn)動到1080度時，汽缸C進行壓縮過程。由以上過程可以分析出汽缸的工作過程為每個汽缸持續(xù)270開始下一個沖程。輸 出軸每進行90度，三個空間中某一個空間開始下一個沖程。橢圓轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動360度，氣體 膨脹一次，且氣體膨脹的路徑為270度。這樣本發(fā)動機的燃燒效率較現(xiàn)有的發(fā)動機要高很 多，現(xiàn)有往復(fù)式發(fā)動機曲軸每轉(zhuǎn)動360度，氣體做功一次，做功路徑為180度。以上所闡述的是本發(fā)明使用單轉(zhuǎn)子構(gòu)成發(fā)動機的各種構(gòu)件，當(dāng)將本發(fā)明改為雙轉(zhuǎn) 子時，需修改及增加新的部件。以下描述的是使用雙轉(zhuǎn)子構(gòu)成發(fā)動機的構(gòu)件說明。2.雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機的各種部件如圖14所示，為雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機的新增加部件，該構(gòu)件為中間殼體(29)，其作用是 將上下兩個橢圓轉(zhuǎn)子間隔開，并將可燃氣輸送到上下兩部分汽缸內(nèi)。在該中間殼體構(gòu)件上 同樣設(shè)置有環(huán)形氣道(14)，且上下兩個面都有，在環(huán)形氣道圓心位置，設(shè)有用于輸出軸穿過 的輸出軸孔(13)，在該構(gòu)件的圓周面?zhèn)冗€設(shè)置有進氣口(15)，用于輸入可燃氣體。如圖15所示，為雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機的轉(zhuǎn)子構(gòu)件，從圖中可以清楚的了解到，當(dāng)使用雙 轉(zhuǎn)子構(gòu)件構(gòu)成發(fā)動機時，本發(fā)明要將橢圓轉(zhuǎn)子(1)分解為上橢圓轉(zhuǎn)子(1A)與下橢圓轉(zhuǎn) 子(1B)，且該橢圓轉(zhuǎn)子與輸出軸(1C)不連接。在每個橢圓轉(zhuǎn)子上都設(shè)置有轉(zhuǎn)子輸出軸孔 (27)，在該孔內(nèi)還設(shè)置有鍵槽，在輸出軸(1C)上同樣設(shè)置有鍵槽，鍵槽對置180度。在安裝 雙轉(zhuǎn)子構(gòu)件時，先將鍵(28)安裝在輸出軸(1C)上，再將輸出軸插入轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子輸出軸孔 (27)內(nèi)。此時上下兩個轉(zhuǎn)子(1A)(1B)與輸出軸(1C)固定，不可繞輸出軸轉(zhuǎn)動。在發(fā)動機 工作時，膨脹氣體推動橢圓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動輸出軸轉(zhuǎn)動。需要注意的是，在使用雙轉(zhuǎn)子時，上轉(zhuǎn)子的兩個氣道與下轉(zhuǎn)子的兩個氣道是以輸 出軸為軸點進行對置，這樣在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，上下轉(zhuǎn)子可交替做功，輸出軸可輸出連續(xù)的動 力曲線，并使該曲線接近直線，即使扭矩接近直線。當(dāng)需要可燃氣由中間殼體輸入，之后廢氣在發(fā)動機上下的兩個側(cè)面輸出時，本發(fā) 明的雙轉(zhuǎn)子的氣道位置與單轉(zhuǎn)子氣道位置不同，即在上轉(zhuǎn)子的下底面及下轉(zhuǎn)子的上頂面設(shè) 置進氣道，在上轉(zhuǎn)子的上頂面與下轉(zhuǎn)子的下底面設(shè)置排氣道，并使兩個轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動180度 時，上下兩個轉(zhuǎn)子上的進氣道方向相同，上下兩個轉(zhuǎn)子的排氣道方向相同。如圖16所示，為雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機的縱截面圖，從圖中可以看出發(fā)動機整機的中心部 位為轉(zhuǎn)子總成，由輸出軸(1C)、套在輸出軸上的上轉(zhuǎn)子(1A)、下轉(zhuǎn)子(1B)組成。在上下轉(zhuǎn)子外分別套有兩個三角腔構(gòu)件，即上三角腔構(gòu)件(2A)、下三角腔構(gòu)件(2B)。在它們外部還設(shè) 置有發(fā)動機的定子總成，由上殼體(3)、上汽缸殼體(4A)、中間殼體(29)、下汽缸殼體(4B)、 下殼體(5)共同構(gòu)成。在每個殼體邊緣都設(shè)置有螺栓孔(7)，用于殼體螺栓(6)穿過固定整 機。在上下殼體上同樣設(shè)置有火花塞(8)，用來點燃壓縮后的可燃氣體。如圖17所示為雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機的換氣系統(tǒng)圖，觀察該圖可了解到雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機的 氣體循環(huán)過程。圖中可燃氣體由中間殼體上的進氣口(15)進入，穿過環(huán)形氣道進入到上下 汽缸內(nèi)，在汽缸內(nèi)隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，氣體進行壓縮、做功，之后由上下殼體的排氣道(16)排 出。注意此時上下殼體的部件不變，但功能不同于使用單轉(zhuǎn)子發(fā)動機，即其氣口都為排氣如圖18所示為本發(fā)明中橢圓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周時的扭矩曲線圖，圖中曲線1為單轉(zhuǎn)子 發(fā)動機的扭矩曲線圖，可以看出單轉(zhuǎn)子的扭矩曲線并非余弦形式，而是一種類似拋物線式 的形狀，且曲線在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動360度中，扭矩持續(xù)時間為270度，因此本發(fā)明的發(fā)動機燃燒效 率較現(xiàn)有的往復(fù)式發(fā)動機要高。曲線2為雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機扭矩曲線，可以看出雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機 的扭矩曲線無0點，即在汽缸做功時，一個汽缸未做功結(jié)束，另一個汽缸開始做功，產(chǎn)生做 功疊加現(xiàn)象，使本發(fā)動機的扭矩曲線接近直線，并持續(xù)提供較大的扭矩，使能量轉(zhuǎn)化效率較 現(xiàn)有發(fā)動機有顯著的提高。
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權(quán)利要求
一種擺線轉(zhuǎn)子發(fā)動機，可使用單轉(zhuǎn)子或雙轉(zhuǎn)子構(gòu)成整機，發(fā)動機由多個殼體構(gòu)件并列排置構(gòu)成定子總成，內(nèi)部放置的擺線機構(gòu)構(gòu)成轉(zhuǎn)子總成；該擺線機構(gòu)是一個橢圓形轉(zhuǎn)子放置在含有三角形空腔的圓盤構(gòu)件內(nèi)，當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子及三角腔構(gòu)件都以各自中心點為軸線，以3∶2角速度轉(zhuǎn)動時，它們間隔出的三個汽缸容積發(fā)生周期性變化；由轉(zhuǎn)子氣道及上下殼體構(gòu)成換氣通道，由殼體火花塞或轉(zhuǎn)子上的線圈實現(xiàn)點火，構(gòu)成一個連續(xù)旋轉(zhuǎn)的四沖程發(fā)動機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子總成是一套擺線式構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)為一 個橢圓形轉(zhuǎn)子安裝在含有三角形空腔的圓盤構(gòu)件內(nèi)；工作時兩個構(gòu)件以3 2的角速度轉(zhuǎn) 動使它們間隔出的3個汽缸容積發(fā)生周期性變化；本發(fā)明共提出了 4種擺線構(gòu)件的外型方 案，分別為標(biāo)準(zhǔn)型A，大倒角腔型B，三角腔外凹型C，三角腔內(nèi)凹型D，每種各有優(yōu)勢。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征為本發(fā)明除使用橢圓轉(zhuǎn)子與三角腔構(gòu)件構(gòu)成轉(zhuǎn)子總成 外，任何擺線式結(jié)構(gòu)，只要轉(zhuǎn)子與其放置的腔體相差一個角，再通過轉(zhuǎn)子上設(shè)置氣道進行換 氣，都可以利用此原理構(gòu)成發(fā)動機。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述，其特征為本發(fā)明在轉(zhuǎn)子上設(shè)有氣道或氣孔來進行氣體傳輸； 在橢圓形轉(zhuǎn)子的上下兩個側(cè)面上分別設(shè)置一個進氣道與一個排氣道；在橢圓形轉(zhuǎn)子上有兩 個最長半徑端，本發(fā)明的進氣道與排氣道僅位于其中一個的一端。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述，其特征為本發(fā)明的三角腔構(gòu)件是一個內(nèi)部為三角形空腔的圓 盤狀構(gòu)件；圓盤構(gòu)件圓周位置設(shè)置有一圈多個滾珠，其可視為一個軸承體的內(nèi)套，以汽缸殼 體為外套進行旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述，其特征為本發(fā)動機的混合氣是通過殼體進氣口進入，再通過 殼體環(huán)形氣道進入到轉(zhuǎn)子進氣道，再進入到汽缸內(nèi)；排氣過程為廢氣由轉(zhuǎn)子上的排氣口進 入到轉(zhuǎn)子排氣道，再由轉(zhuǎn)子排氣道通過殼體環(huán)形氣道由殼體排氣口排出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征為本發(fā)明的點火方式有兩種；第一種為在上下殼體上 設(shè)置有火花塞，每當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周，火花塞點火一次；第二種為在轉(zhuǎn)子上與兩氣道相反位 置，且位于排氣道方向設(shè)置有熱延時線圈，該線圈可積累熱量，工作時線圈始終紅熱，用于 轉(zhuǎn)子在高速工作時點燃氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征為本發(fā)明的密封系統(tǒng)為在橢圓轉(zhuǎn)子上設(shè)置有內(nèi)外兩種 密封環(huán)，其作用是防止氣體沿輸出軸或轉(zhuǎn)子邊緣泄露；在三角腔構(gòu)件的三角形空腔邊緣也 設(shè)置有密封環(huán)，其作用是防止氣體沿汽缸邊緣泄露；在三角腔構(gòu)件上的每個三角形邊上都 設(shè)置有汽缸空隙，以增加汽缸壁彈性，使轉(zhuǎn)子可以過盈安裝，從而增加密封性能。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征為本發(fā)明可使用單轉(zhuǎn)子或雙轉(zhuǎn)子構(gòu)成整機；當(dāng)使用單 轉(zhuǎn)子時，轉(zhuǎn)子與輸出軸連為一體；當(dāng)使用雙轉(zhuǎn)子時，兩個轉(zhuǎn)子中心都設(shè)置有轉(zhuǎn)子輸出軸孔， 使輸出軸穿過，同時設(shè)置鍵槽與健進行固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征為本發(fā)明由多個殼體構(gòu)件構(gòu)成整機的定子，當(dāng)使用單 轉(zhuǎn)子構(gòu)成整機時，定子由3部分組成，即上殼體、汽缸殼體、下殼體；當(dāng)使用雙轉(zhuǎn)子構(gòu)成整機 時，定子由5部分組成，即上殼體、上汽缸殼體、中間殼體、下汽缸殼體、下殼體構(gòu)成；組成定 子的殼體中，上殼體、中間殼體、下殼體都設(shè)置有氣口，以用于氣體傳輸，還都設(shè)置有非圓心 輸出軸孔，以用于輸出軸穿過；上下殼體都設(shè)置有火花塞以用于點燃混合氣體。
全文摘要
一種擺線轉(zhuǎn)子發(fā)動機，發(fā)動機由多個殼體構(gòu)件并列排置構(gòu)成定子總成，內(nèi)部放置的擺線機構(gòu)構(gòu)成轉(zhuǎn)子總成；該擺線機構(gòu)是一個橢圓形轉(zhuǎn)子放置在含有三角形空腔的圓盤構(gòu)件內(nèi)，當(dāng)橢圓轉(zhuǎn)子及三角腔構(gòu)件都以各自中心點為軸線，以3∶2角速度轉(zhuǎn)動時，它們間隔出的三個汽缸容積發(fā)生周期性變化；由轉(zhuǎn)子氣道及上下殼體構(gòu)成換氣通道，由殼體火花塞或轉(zhuǎn)子上的熱延時線圈實現(xiàn)點火，構(gòu)成一個連續(xù)旋轉(zhuǎn)的無連桿機構(gòu)、無齒輪機構(gòu)四沖程發(fā)動機。
文檔編號F02B53/02GK101852123SQ200910104429
公開日2010年10月6日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者尚世群 申請人:尚世群