專利名稱：“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于各種動力裝置如機(jī)動車輛和機(jī)動船只等上的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，尤其涉及一種轉(zhuǎn)子橫截面形狀為“8”形的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。
目前，世界上使用最多、最成熟的是四沖程往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)。它雖然使用很廣泛，技術(shù)成熟，但它的活塞在運動過程中有慣性質(zhì)量損失，另外它的體積和重量龐大，制造技術(shù)復(fù)雜，成本高，排放也不理想。隨著這種發(fā)動機(jī)的推廣應(yīng)用，人們逐漸認(rèn)識到了它的這些缺點，并采取了一些改進(jìn)措施，如四、五十年代以來出現(xiàn)的汪克爾三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，七、八十年代以來出現(xiàn)的葉片式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)、軸向發(fā)動機(jī)等。雖然這些改進(jìn)型發(fā)動機(jī)能實現(xiàn)活塞式發(fā)動機(jī)的主要功能，但它們實際應(yīng)用的可靠性差，壽命低，因而都沒有得到廣泛推廣。當(dāng)然近來出現(xiàn)了一些新式的發(fā)動機(jī)，如中國專利申請“擺動轉(zhuǎn)子式內(nèi)燃機(jī)”，專利申請?zhí)?3117267，公告號1099841，但這種發(fā)動機(jī)采用的定子轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實用性差。這些限制了它的廣泛推廣應(yīng)用。
為了克服和改進(jìn)上述發(fā)動機(jī)的種種缺點，本實用新型設(shè)計了一種新型的“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。
本實用新型設(shè)計的“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)主要由“8”形轉(zhuǎn)子、缸體、缸蓋、曲軸、飛輪等組成。轉(zhuǎn)子安裝于汽缸體內(nèi)，轉(zhuǎn)子與缸蓋之間以周向密封裝置密封。缸體由三個相同的缸體本體圍成，三缸體本體之間以徑向密封裝置密封，密封裝置的密封條緊貼轉(zhuǎn)子外壁，使轉(zhuǎn)子將缸體內(nèi)腔分成三個工作室。轉(zhuǎn)子上有外定位嚙合齒輪，前缸蓋上有內(nèi)定位嚙合齒輪，內(nèi)外兩定位嚙合齒輪的齒數(shù)比為3∶2，轉(zhuǎn)子在這兩個定位齒輪的共同控制下在缸體內(nèi)腔內(nèi)作行星旋轉(zhuǎn)運動，使三個工作室的容積不斷由小到大再由大到小順序變化。在某一工作室的容積開始由小到大變化時，該工作室開始進(jìn)氣，當(dāng)該工作室容積變到最大時，進(jìn)氣完畢，工作室容積又開始由大到小變化，氣體開始壓縮；當(dāng)容積變化到最小時，氣體壓縮完畢，該工作室的火花塞點火，工作室內(nèi)氣體燃燒膨脹做功，工作室的容積也由小到大變化，容積達(dá)到最大時，做功完畢，工作室容積開始由大到小變化，氣體開始從工作室中排出。這樣，該工作室就完成了從進(jìn)氣到壓縮再到點火膨脹做功而后排氣的四沖程工作過程。象這樣三個工作室順序進(jìn)行同樣的進(jìn)氣-壓縮-做功-排氣四沖程運動，不斷產(chǎn)生的動力由與轉(zhuǎn)子相連的曲軸通過飛輪輸出。
由于采用了“8”形轉(zhuǎn)子，所以本內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單新穎，汽缸容積效率高，同扭矩下輸出轉(zhuǎn)速高，且往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)和汪克爾三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的相應(yīng)技術(shù)均可以用在本實用新型的發(fā)動機(jī)上來，因此其專用件少，通用件多，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，制造簡單，價格低廉，并且其燃燒充分，省油，排放也非常理想。
本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的具體結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)合以下附圖
和最佳實施例詳細(xì)說明。
圖一為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的整體裝配示意圖的主視圖的剖視圖；圖二為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的整體裝配示意圖的左視圖的局部剖視圖；圖三為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子的立體軸側(cè)圖；圖四為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子的主視圖的剖視圖；圖五為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子的左視圖；圖六為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)一個工作室對應(yīng)的部分缸體的主視圖的剖視圖；圖七為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)一個工作室對應(yīng)的部分缸體的左視圖；圖八為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)缸體的徑向密封條總成的主視圖；圖九為圖八的剖視圖；圖十為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)前缸蓋的主視圖；圖十一為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)前缸蓋的左視圖的剖視圖；圖十二為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)后缸蓋的主視圖；圖十三為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)后缸蓋的左視圖的剖視圖；圖十四為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)一個工作循環(huán)過程示意圖。
圖十五為本實用新型“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子橫截面形狀的軌跡坐標(biāo)圖。
從圖一、圖二中可看出，本實用新型的發(fā)動機(jī)主要由轉(zhuǎn)子1、缸體總成2、前缸蓋總成3、后缸蓋總成4、飛輪5、缸體的徑向密封裝置6、轉(zhuǎn)子的周向密封裝置7和曲軸8等組成，其中轉(zhuǎn)子1由外定位嚙合齒輪12和轉(zhuǎn)子本體13構(gòu)成一體(見圖三、四和五)，轉(zhuǎn)子本體13類似于“8”形，其橫截面幾何形狀決定于以下方程組
其意義為在圖十五中，e為直線AB的長度，R為直線BC的長度，e和R均為常數(shù)，且R大于或等于3e，設(shè)轉(zhuǎn)子橫截面上的任一點為C(x,y)，則轉(zhuǎn)子橫截面的形狀即是直線AB繞坐標(biāo)原點轉(zhuǎn)動3wt(w為轉(zhuǎn)速，t為時間)的角度時直線BC繞B點轉(zhuǎn)動1wt時C點的軌跡。
缸體總成2由三個完全相同的內(nèi)壁為曲面的缸體本體14圍成一體，缸體本體14的內(nèi)壁形狀必須滿足當(dāng)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動到使某一工作室容積達(dá)到最小時，轉(zhuǎn)子1與該工作室對應(yīng)的缸體本體內(nèi)壁重合。缸體本體14上安裝有定位銷15、燃燒室16、進(jìn)氣裝置17、出氣裝置18、出氣增壓裝置19和火花塞或噴油嘴20等部件，其上分布有供冷卻水通道21；(見圖六和七)前缸蓋3上安裝有內(nèi)定位嚙合齒輪22，該內(nèi)定位嚙合齒輪與轉(zhuǎn)子的外定位嚙合齒輪12的齒數(shù)比為3∶2，前缸蓋上還安裝有滑動軸承23、軸向軸承24、軸向密封蓋25、主動正時齒輪26、被動正時齒輪27、過渡齒輪28、凸輪軸29、正時傳送帶30、水泵31、油箱32、機(jī)油泵33、汽油泵34、發(fā)電機(jī)35和分電器36等部件，其上還分布有冷卻水通道21、潤滑通道37以及進(jìn)氣道38；(見圖十和十一)后缸蓋4上有轉(zhuǎn)子內(nèi)腔即三角固定芯軸徑向密封裝置39、刮油環(huán)40、起動機(jī)41、進(jìn)氣單向閥42、出氣單向閥43和出氣管44等部件，其上還有增壓進(jìn)氣通道45、冷卻水通道21、增壓氣腔46、出氣通道47以及潤滑通道37；(見圖十二和十三)缸體的徑向密封裝置6由密封條48、密封條座49、彈簧50和固定支架51等組成(見圖八和九)；
曲軸7包括曲軸附軸9、風(fēng)扇裝置10和曲軸起動爪11。
以上所有部件構(gòu)成一臺發(fā)電機(jī)，其工作原理結(jié)合圖一、圖二和圖十四詳細(xì)說明。
如圖所示，當(dāng)啟動起動機(jī)41后，起動機(jī)41通過齒輪傳動帶動飛輪5轉(zhuǎn)動，由于飛輪5是用螺栓固定于曲軸8的大徑上，因此曲軸8就在飛輪5的帶動下轉(zhuǎn)動。曲軸8和轉(zhuǎn)子1動配合相連，轉(zhuǎn)子本體13和它的外定位嚙合齒輪12為一體，因而曲軸8的轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)子1在前缸蓋3上的內(nèi)定位嚙合齒輪22和自身的外定位嚙合齒輪12的共同限制下繞曲軸8公轉(zhuǎn)，同時，轉(zhuǎn)子1還作自身的旋轉(zhuǎn)運動。即，轉(zhuǎn)子1在自身的外定位嚙合齒輪12和前缸蓋3上的內(nèi)定位嚙合齒輪22的共同限制下，在汽缸內(nèi)腔中作行星旋轉(zhuǎn)運動。這樣，轉(zhuǎn)子1就使汽缸2的三個工作室的容積不斷按由大到小再由小到大的順序變化。具體地說在圖十四中，當(dāng)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動到(a)所示的位置時，工作室Ⅰ開始進(jìn)氣，工作室Ⅱ進(jìn)行氣體壓縮，工作室Ⅲ氣體膨脹做功；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到(b)所示位置時，工作室Ⅰ進(jìn)行進(jìn)氣，工作室Ⅱ進(jìn)行氣體壓縮，工作室Ⅲ做功完畢，開始排氣；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到(c)所示位置時，工作室Ⅰ進(jìn)行進(jìn)氣，工作室Ⅱ氣體壓縮完畢，氣體開始點火膨脹做功，工作室Ⅲ進(jìn)行排氣；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到(d)所示位置時，工作室Ⅰ進(jìn)氣完畢，開始進(jìn)行氣體壓縮，工作室Ⅱ進(jìn)行氣體膨脹做功，工作室Ⅲ進(jìn)行排氣；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到(e)所示位置時，工作室Ⅰ進(jìn)行氣體壓縮，工作室Ⅱ進(jìn)行氣體膨脹做功，工作室Ⅲ排氣完畢，進(jìn)氣開始；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到(f)所示位置時，工作室Ⅰ進(jìn)行氣體壓縮，工作室Ⅱ氣體膨脹做功完畢，排氣開始，工作室Ⅲ進(jìn)行進(jìn)氣；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到(g)所示位置時，工作室Ⅰ氣體壓縮完畢，點火膨脹做功，工作室Ⅱ進(jìn)行排氣，工作室Ⅲ進(jìn)行進(jìn)氣；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到(h)所示位置時，工作室Ⅰ進(jìn)行氣體膨脹做功，工作室Ⅱ進(jìn)行出氣，工作室Ⅲ進(jìn)氣完畢，氣體開始進(jìn)行壓縮；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到(i)所示位置時，工作室Ⅰ進(jìn)行氣體膨脹做功，工作室Ⅱ出氣完畢，進(jìn)氣開始，工作室Ⅲ進(jìn)行氣體壓縮；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到(j)所示位置時，工作室Ⅰ氣體做功完畢，開始排氣，工作室Ⅱ進(jìn)行進(jìn)氣，工作室Ⅲ進(jìn)行氣體壓縮；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到(k)所示位置時，工作室Ⅰ進(jìn)行排氣，工作室Ⅱ進(jìn)行進(jìn)氣，工作室Ⅲ氣體壓縮完畢，點火膨脹做功；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到(l)所示位置時，工作室Ⅰ進(jìn)行出氣，工作室Ⅱ進(jìn)氣完畢，氣體開始壓縮，工作室Ⅲ進(jìn)行膨脹做功。
如上所述為發(fā)動機(jī)的一個工作循環(huán)過程，象這樣汽缸的三個工作室Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ順序進(jìn)行著進(jìn)氣-壓縮-膨脹做功-排氣的四沖程運動，從而不斷地產(chǎn)生動力，產(chǎn)生的動力使轉(zhuǎn)子1持續(xù)轉(zhuǎn)動下去，轉(zhuǎn)子1的持續(xù)轉(zhuǎn)動帶動曲軸8轉(zhuǎn)動，曲軸8帶動飛輪5轉(zhuǎn)動，這樣動力就由轉(zhuǎn)子1通過曲軸8小徑，再通過大徑由飛輪5輸出。
在工作過程中，工作室的進(jìn)、排氣的實現(xiàn)過程如下所述在圖一中，曲軸8通過曲軸附軸9與主動正時齒輪26相連，主動正時齒輪26和被動正時齒輪27的大齒輪互相嚙合，被動正時齒輪27的小齒輪和過渡齒輪28嚙合，過渡齒輪28和凸輪軸29的齒輪相嚙合。當(dāng)啟動起動機(jī)41后，曲軸8在飛輪5的帶動下轉(zhuǎn)動，曲軸8的轉(zhuǎn)動帶動主動正時齒輪26轉(zhuǎn)動，主動正時齒輪26再帶動被動正時齒輪27轉(zhuǎn)動。被動正時齒輪27通過小齒輪帶動過渡齒輪28進(jìn)而帶動凸輪軸29轉(zhuǎn)動，從而使凸輪軸29上的凸輪控制進(jìn)氣裝置17、出氣裝置18、出氣增壓裝置19按照燃燒室16的工作順序定時開啟，這樣就完成了一個工作室的進(jìn)、排氣過程，其他工作室的進(jìn)、排氣是依靠正時傳送帶30帶動凸輪軸29轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)，從而保證發(fā)動機(jī)有序運動。
另外，轉(zhuǎn)子1在運動過程中，轉(zhuǎn)子1的內(nèi)腔與后缸蓋4上的三角固定芯軸一起也形成了容積按大小順序不斷變化的三個內(nèi)腔。這三個內(nèi)腔可用來制造壓縮空氣。為了制造并利用這個壓縮空氣，后缸蓋4上的三角固定芯軸的三個頂端采用徑向密封裝置39，芯軸壁上設(shè)置有單向進(jìn)氣閥42，使氣體從此單向閥42進(jìn)入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔，這些氣體經(jīng)壓縮后形成的高壓空氣通過三角固定芯軸上的單向出氣閥43由三角固定芯軸輸入后缸蓋4的壓氣腔46內(nèi)儲存。這個壓縮空氣有兩個作用一可代替氣泵產(chǎn)生的壓縮空氣，用于機(jī)動車輛或船只的氣動制動部分，另一功用這一壓縮空氣通過出氣增壓閥門19在汽缸排氣到容積接近最小時將燃燒室內(nèi)剩余廢氣全部排出，從而保證下一次進(jìn)氣時工作腔內(nèi)幾乎沒有廢氣，從而1使本實用新型發(fā)動機(jī)的動力性能比一般發(fā)動機(jī)增強(qiáng)15％以上，2使發(fā)動機(jī)的排放非常理想，達(dá)到國際最先進(jìn)水平。
為了保持發(fā)動機(jī)的運動持續(xù)下去，需要對發(fā)動機(jī)進(jìn)行潤滑。潤滑的實現(xiàn)過程是這樣的油箱32里的潤滑油通過吸油管道進(jìn)入機(jī)油泵33，從機(jī)油泵33里出來的潤滑油經(jīng)過濾清器過濾后分成幾路，一路進(jìn)入前缸蓋3和后缸蓋4的主油道，再直接進(jìn)入軸瓦，從而保證曲軸8主軸的潤滑，另一路進(jìn)入凸輪軸29，使凸輪軸29得到潤滑，另一路進(jìn)入缸體的徑向密封裝置6，使徑向密封裝置6和轉(zhuǎn)子1得到潤滑，同時轉(zhuǎn)子和缸蓋之間也得到了潤滑。這樣整個發(fā)動機(jī)各運動部位都得到了合理充分的潤滑。潤滑后的油通過回油管道回到油箱，實現(xiàn)潤滑油的循環(huán)利用。
為了保持發(fā)動機(jī)的持續(xù)運動，還需要對整個發(fā)動機(jī)進(jìn)行冷卻。本發(fā)動機(jī)的冷卻的實現(xiàn)過程如下水箱的冷卻水經(jīng)過水泵31后，進(jìn)入前缸蓋3上的進(jìn)水道，再進(jìn)入汽缸體2的冷卻水道后，流入后缸蓋4，然后，折回經(jīng)過后缸蓋4、汽缸體2和前缸蓋3的出水道，經(jīng)過回水管引出，進(jìn)入水箱冷卻。這樣，就實現(xiàn)了整個發(fā)動機(jī)主要部件的冷卻。
以上所述為本實用新型的發(fā)動機(jī)單缸機(jī)的具體結(jié)構(gòu)和工作原理。本實用新型的發(fā)動機(jī)還可以是雙缸機(jī)，甚至多缸機(jī)。在雙缸機(jī)的情況下，飛輪安置在兩個缸體之間的，動力通過兩缸之間的飛輪輸出。
本實用新型的轉(zhuǎn)子1的最佳材料為陶瓷，保證其在汽缸內(nèi)腔中做行星旋轉(zhuǎn)運動的自身的外定位嚙合齒輪可設(shè)計在其腔內(nèi)，前缸蓋上的內(nèi)定位嚙合齒輪可設(shè)計安置在三角固定芯軸上。
權(quán)利要求1．一種轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，由轉(zhuǎn)子1、缸體2、前缸蓋3、后缸蓋4、飛輪5、缸體的徑向密封裝置6、轉(zhuǎn)子的周向密封裝置7和曲軸8等主要部件組成，其中轉(zhuǎn)子1由外定位嚙合齒輪12和轉(zhuǎn)子本體13構(gòu)成一體；缸體2由三個完全相同的內(nèi)壁為曲面的缸體本體14圍成一體，缸體本體14的內(nèi)壁形狀滿足當(dāng)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動到使某一工作室容積達(dá)到最小時，轉(zhuǎn)子1與該工作室對應(yīng)的缸體本體內(nèi)壁重合。缸體本體14上安裝有定位銷15、燃燒室16、進(jìn)氣裝置17、出氣裝置18和火花塞或噴油嘴20等部件，其上分布有冷卻水通道21；前缸蓋3上安裝有內(nèi)定位嚙合齒輪22、滑動軸承23、軸向軸承24、軸向密封蓋25、主動正時齒輪26、被動正時齒輪27、過渡齒輪28、凸輪軸29、正時傳送帶30、水泵31、油箱32、機(jī)油泵33、汽油泵34、發(fā)電機(jī)35和分電器36等部件，其上還分布有冷卻水通道21、潤滑通道37以及進(jìn)氣道38；后缸蓋4上有刮油環(huán)40、起動機(jī)41和出氣管44等部件，其上還有增壓進(jìn)氣通道45、冷卻水通道21、出氣通道47以及潤滑通道37；曲軸7包括曲軸附軸9、風(fēng)扇裝置10和曲軸起動爪11。其特征是轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)子本體13類似于“8”形，其橫截面幾何形狀決定于以下方程組其意義為在圖十五中，e為直線AB的長度，R為直線BC的長度，e和R均為常數(shù)，且R大于或等于3e，設(shè)轉(zhuǎn)子橫截面上的任一點為C(x,y)，則轉(zhuǎn)子橫截面的形狀即是直線AB繞坐標(biāo)原點轉(zhuǎn)動3wt(w為轉(zhuǎn)速，t為時間)的角度時直線BC繞B點轉(zhuǎn)動1wt時C點的軌跡。
2．如權(quán)利要求1所述的“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，其特征是安置于前缸蓋3上的內(nèi)定位嚙合齒輪22與轉(zhuǎn)子1的外定位嚙合齒輪12的齒數(shù)比為3∶2，二者共同保證轉(zhuǎn)子1在汽缸內(nèi)腔中作行星旋轉(zhuǎn)運動。
3．如權(quán)利要求1所述的“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，其特征是構(gòu)成缸體2的三個缸體本體14之間采用可調(diào)式徑向密封裝置6密封，該密封裝置由密封條48、密封條座49和彈簧50以及固定支架51等組成。
4．如權(quán)利要求1所述的“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，其特征是后缸蓋4上有一個三角固定芯軸，它與后缸蓋4為一體，其壁面上有單向進(jìn)氣閥42和單向出氣閥43。
5．如權(quán)利要求1所述的“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，其特征是缸體2上還安裝有出氣增壓裝置19。
6．如權(quán)利要求1所述的“8”形轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，其特征是做成轉(zhuǎn)子的材料為陶瓷。
專利摘要一種用于機(jī)動車輛和機(jī)動船只等上的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī),由轉(zhuǎn)子、缸體、前缸蓋、后缸蓋、曲軸、飛輪等主要部件組成,轉(zhuǎn)子安裝在缸體內(nèi),在其自身的外定位嚙合齒輪和前缸蓋上的內(nèi)定位嚙合齒輪的共同限制下在汽缸內(nèi)做行星旋轉(zhuǎn)運動,內(nèi)定位嚙合齒輪與外定位嚙合齒的齒數(shù)比為3∶2。轉(zhuǎn)子本體橫截面形狀類似“8”形且符合方程組:x=ecos3wt + Rcoswt， y=esin3wt + Rsinwt。其中:e和 R均為常數(shù),且R大于等于3倍的e,wt為轉(zhuǎn)角。本發(fā)動機(jī)克服了現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、容積效率不高、排放不理想等缺點,將是現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的換代產(chǎn)品。
文檔編號F02B53/00GK2309431SQ9724118
公開日1999年3月3日 申請日期1997年8月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月15日
發(fā)明者尹平, 尹潔, 尹冰 申請人:尹平