亞低副轉(zhuǎn)子發(fā)動機的制作方法
【專利摘要】亞低副轉(zhuǎn)子發(fā)動機由缸體1、轉(zhuǎn)子2、傳動軸3、左端蓋4、右端蓋8、密封軸5、進(排)氣閥7和傳動機構(gòu)9等構(gòu)成。缸體1內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子2的兩個弧形面、左端蓋4、右端蓋8和密封軸5共同構(gòu)成兩個容積反向變化的工作室。工作室中的高壓氣體作用于轉(zhuǎn)子2而產(chǎn)生扭矩。轉(zhuǎn)子2上的密封軸5與缸體1的內(nèi)表面形成近似的面密封，增加了密封的可靠性。初始燃燒室在燃燒初期會產(chǎn)生較大的初始力矩，避免了死點的困擾，提高了效率。
【專利說明】
亞低副轉(zhuǎn)子發(fā)動機[0001]本發(fā)明屬于發(fā)動機領域。[0002]
【背景技術(shù)】
:目前市場上普遍使用的發(fā)動機是曲柄活塞發(fā)動機，這種發(fā)動機的連桿和活塞為往復運動件，工作時會產(chǎn)生沖擊慣性且難以消除，影響速度和效率的提高。而轉(zhuǎn)子發(fā)動機因無往復運動件及其產(chǎn)生的沖擊慣性而受到業(yè)界的重視，但到目前為止，轉(zhuǎn)子發(fā)動機在市場上還無普遍使用的機型，只有三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機在特殊場合有少量應用。三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機是由三角型轉(zhuǎn)子和8字型缸體構(gòu)成，三角型轉(zhuǎn)子外表面與缸體內(nèi)表面及端蓋構(gòu)成燃燒室，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，就有三次壓縮和膨脹。這種發(fā)動機的轉(zhuǎn)子與缸體間是高副接觸，雖有轉(zhuǎn)速高，運動平穩(wěn)等優(yōu)點，但磨損快，容易漏氣，燃燒不充分等難以克服的缺點，制約了它的普及。
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種轉(zhuǎn)子與缸體間是近似低副接觸、密封可靠的高效率的發(fā)動機。
[0004]實施方案是:
[0005]圖1是本發(fā)明的缸體圖
[0006]圖2是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子圖
[0007]圖3是本發(fā)明的傳動軸圖
[0008]圖4是本發(fā)明的左端蓋圖
[0009]圖5是本發(fā)明的密封軸圖 [〇〇1〇] 圖6是本發(fā)明的組合式密封軸圖
[0011] 圖7是本發(fā)明的組合密封軸的密封片圖 [〇〇12] 圖8是本發(fā)明的進(排)氣閥圖
[0013]圖9是本發(fā)明的帶回轉(zhuǎn)形凹坑的初始燃燒室的轉(zhuǎn)子圖
[0014]圖10是本發(fā)明的帶矩形凹坑的初始燃燒室的轉(zhuǎn)子圖
[0015]圖11是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖
[0016]圖12是本發(fā)明的缸體內(nèi)表面的包絡曲線圖
[0017]圖13是本發(fā)明的工作室的容積變化圖
[0018]圖14是本發(fā)明的初始燃燒室與點火位置圖
[0019]圖15是本發(fā)明的最佳方案圖
[0020]圖16是本發(fā)明的右端蓋圖
[0021]見圖11，本發(fā)明由缸體1、轉(zhuǎn)子2、傳動軸3、左端蓋4、右端蓋8、密封軸5、進(排) 氣閥7及傳動機構(gòu)9等構(gòu)成。缸體1 (見圖1)下半部左右各一個進(排)氣閥座3 (缸體下部的兩個凸起部分)，進(排)氣閥座3上有與缸體1同軸向的回轉(zhuǎn)形閥孔5和相聯(lián)通的閥軸孔6,缸體1的內(nèi)表面有與閥孔5相聯(lián)通的圓形或兩端為圓弧的長條形(沿缸體1軸向設置)進(排)氣孔4;缸體1的內(nèi)表面的截面曲線是由圓弧線1和包絡曲線2構(gòu)成，兩線的交點是A和B(AB的上部為包絡曲線2，AB下部為圓弧線1)，圓弧線1的半徑為R，包絡曲線2的形狀與密封軸5的圓心的運動軌跡有關(guān)，其關(guān)系后面詳敘。轉(zhuǎn)子2見圖2,其外形由兩個平面5和兩個圓弧面3構(gòu)成；平面5形如橄欖，兩側(cè)是與缸體1的內(nèi)表面的圓弧面1同一圓心且半徑不大于其半徑的圓弧面3 ;中部有截面為矩形的貫通的長條孔2,長條孔2 與圓弧面3相對的兩個面為滑動面4 ;橄欖形的尖端有兩個密封軸孔1，密封軸孔1為回轉(zhuǎn)形(未閉合)，有開口 6,可使密封軸5的密封面1外露。傳動軸3見圖3,由滑塊1和軸部 2構(gòu)成，滑塊1位于軸部2的中部；滑塊1為長方體，兩側(cè)有滑動面3 ;軸部2為回轉(zhuǎn)體。傳動軸3即可以做成一體的，也可以將滑塊1和軸部2分開制作，而后組合。左端蓋4見圖4， 其形狀為圓形或非圓形，上面有一個偏心的軸承孔1。右端蓋8見圖16,其形狀為圓形或非圓形，上面有一個偏心的軸承孔1，其下部有與缸體1的進(排)氣閥座形狀相同的兩個凸肩3,上有進(排)氣閥軸孔2各一個。密封軸5見圖5,其形狀為兩端是平面的回轉(zhuǎn)體，上有一密封面1，密封面1是用半徑不大于缸體1的內(nèi)表面的圓弧面1半徑的圓弧面或相近的曲面沿回轉(zhuǎn)體軸向切割而形成的圓弧面或相近的曲面。進(排)氣閥7見圖8,由閥體1 和閥軸2構(gòu)成，閥體1為回轉(zhuǎn)體，其圓弧面上有貫通的圓形或兩端為圓弧的長條形進(排) 氣孔3,閥軸2與閥體1相連并同軸，閥體1與閥軸2可以是一體的，也可以是由兩個單體構(gòu)成的組合體。傳動機構(gòu)9為齒輪機構(gòu)或皮帶機構(gòu)、鏈條機構(gòu)、槽輪機構(gòu)。
[0022]見圖11，左端蓋4和右端蓋8分別固定在缸體1的左右兩側(cè)；傳動軸3的軸部2分別安裝在左端蓋4和右端蓋8的軸承孔1中，并與之形成轉(zhuǎn)動副關(guān)系；轉(zhuǎn)子2的長條孔2套在傳動軸3的滑塊1上，兩者的接觸面形成移動副關(guān)系，轉(zhuǎn)子2的兩側(cè)的平面5 (見圖2)分別與左端蓋4和右端蓋8內(nèi)表面緊密接觸，并形成動密封關(guān)系；密封軸5安裝在轉(zhuǎn)子2的密封軸孔1中，并與之形成動密封關(guān)系，其密封面1從密封軸孔1的開口 6露出與缸體1的內(nèi)表面緊密接觸，并形成動密封關(guān)系，其兩端分別與左端蓋4和右端蓋8的內(nèi)表面緊密接觸， 并形成動密封關(guān)系；進(排)氣閥7的閥體1安裝在缸體1的閥孔5內(nèi)，與之各面緊密接觸， 形成動密封關(guān)系，閥軸2安裝在右端蓋8的閥軸孔2內(nèi)，與之形成轉(zhuǎn)動副關(guān)系；傳動機構(gòu)9 兩端分別連接傳動軸3和進(排)氣閥7的閥軸2,將傳動軸3的轉(zhuǎn)速和扭矩傳給進(排) 氣閥7。
[0023]在圖11中，轉(zhuǎn)子2的圓弧面、缸體1的內(nèi)表面、左端蓋4和右端蓋8內(nèi)表面、密封軸5的外表面共同構(gòu)成兩個容積反向變化的工作室6。轉(zhuǎn)子2在轉(zhuǎn)動時，帶動密封軸5 —起轉(zhuǎn)動，自身在傳動軸3的滑塊1上滑動，密封軸5的密封面1沿缸體1的內(nèi)表面滑動并自身在轉(zhuǎn)子2的密封軸孔1中轉(zhuǎn)動。傳動軸3隨轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動的同時，帶動進(排)氣閥7按一定的轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)動。
[0024]見圖12,密封軸5的圓心(03或04)運動軌跡(以點代替軸線)是由圓弧線和亞圓曲線構(gòu)成，兩線的交點分別是C和D點(CD的上部為亞圓曲線，CD下部為圓弧線)。圓弧線的半徑為R_h (h是密封軸5圓心到密封面1的距離)，圓心為仏。圓弧線、亞圓曲線與CD的長度有如下的關(guān)系:任何一條過傳動軸3的旋轉(zhuǎn)中心02的直線與圓弧線和亞圓曲線相交， 其兩個交點(〇3或〇4)的距離都是相等的。即:
[0025](1)0304= CD
[0026](2) (CD/2)2= (R-h) 2-〇A2(h是密封軸圓心到密封面的距離，見圖5)按圖12所示，設密封軸5的圓心(04)在亞圓曲線上移動，其坐標為(X，Y)，則亞圓曲線符合下式:
[0027]⑶X2+y2= (CD-0 203)2(當密封軸5的圓心03在亞圓曲線上移動時，式中的03可換成〇4)
[0028](4) 02032= 0 "/+ (R-h)2-2〇A* (R-h) COS a (當密封軸 5 的圓心 03在亞圓曲線上移動時，式中的〇3可換成〇4)
[0029]缸體1內(nèi)表面的截面曲線的包絡曲線2是密封軸5的圓心(03或0 4)沿亞圓曲線運動時，其密封面1的截面曲線產(chǎn)生的一組包絡線(見圖12)。當密封軸5圓心(03或04) 位于C或D點時，其密封面1的上交點(密封面1與回轉(zhuǎn)面相交處)分別與缸體1內(nèi)表面的截面曲線的A點和B點重合或相近位置。
[0030]圖13中的三個圖表示了轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動過程中的三個位置，也顯示了工作室1容積的變化過程。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，兩個工作室1的容積都要發(fā)生一次由大到小又由小到大的變化過程。由大到小的變化過程為發(fā)動機的壓縮過程或排氣過程，由小到大的變化過程為發(fā)動機的膨脹過程(做功過程)或吸氣過程。由于兩個工作室1的容積反向變化，因此當一個工作室1進入壓縮過程或排氣過程，另一個工作室1就進入膨脹過程(做功過程)或吸氣過程。進(排)氣閥7在壓縮過程和膨脹過程關(guān)閉，在吸氣過程和排氣過程打開。進(排) 氣閥7的進(排)氣孔3轉(zhuǎn)到與缸體1進(排)氣孔4相通的位置時，為打開狀態(tài)，否則為關(guān)閉狀態(tài)。
[0031]傳動軸3如何獲得扭矩呢？參照圖13中間圖可以看出:以傳動軸3的旋轉(zhuǎn)中心 〇2為分界點，將轉(zhuǎn)子2分為兩部分，這兩部分的長度是不一樣的。當工作室1中的燃油燃燒時，產(chǎn)生的高壓氣體作用于轉(zhuǎn)子2的圓弧面，在其兩部分產(chǎn)生的力和力矩也是不同的，其力矩差就是推動傳動軸3旋轉(zhuǎn)的力矩。
[0032]為了進一步提高本發(fā)明的發(fā)動機的扭矩和效率，需在轉(zhuǎn)子2的兩個圓弧面上各設置一個初始燃燒室，初始燃燒室1的形狀可以是由直線和圓弧線構(gòu)成的近似于矩形的凹坑 (見圖8)，也可以是回轉(zhuǎn)形的凹坑(見圖9)。當轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)時，兩個初始燃燒室1的中心分別位于轉(zhuǎn)子2的圓弧面3的ab段和cd段(見圖8、圖9、圖10)，d和b兩點為轉(zhuǎn)子2 的兩個圓弧面3的交點)，但不包括abed四點。當轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)時，兩個初始燃燒室1的中心分別位于轉(zhuǎn)子2的圓弧面3的be段和ad段，也不包括abed四點。初始燃燒室1與點火位置見圖14,圖示位置是下面的工作室壓縮終點位置(上面的工作室膨脹終點的位置)， 這時初始燃燒室1與火花塞2 (或噴嘴)相對，大部分壓縮氣體聚聚在初始燃燒室1，一小部分壓縮氣體在轉(zhuǎn)子2與缸體1之間的圓弧型窄縫中，這時點火，初始燃燒室1中的可燃氣體會迅速燃燒(窄縫中的燃氣因空間小引燃距離長不會馬上燃燒)，燃氣的推力F會產(chǎn)生初始力矩M:
[0033](5)M = F*〇A*SINa
[0034]當初始燃燒室1轉(zhuǎn)過一定角度，燃氣將充滿整個工作室6。
[0035]初始力矩使發(fā)動機擺脫了死點的困擾，并提高了效率?；钊l(fā)動機和三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機都存在死點問題。
[0036]因缸體1的內(nèi)表面的曲面2不是圓柱形，因此，密封軸5的密封面1與缸體1的內(nèi)表面曲面2間不是嚴格的面密封，而是近似的面密封，難免流體泄漏。為防止泄漏，要將密封軸5做成如圖6所示的組合式密封軸，組合式密封軸由密封軸體1和密封片2組成，密封軸體1與圖5的密封軸5外形相同，但有在密封面1上開口的U型槽，U型槽的中心線與密封面1的圓心相交，U型槽中有密封片2,兩者的側(cè)面緊密接觸，構(gòu)成動密封關(guān)系。密封片2 是由密封條部分1和彈簧部分2構(gòu)成，密封條部分1是矩形片狀物，上有一圓弧面，圓弧面半徑不大于缸體1的圓弧面半徑，彈簧部分2即可以是片狀形的也可以是其他形狀。密封條部分1和彈簧部分2可以是一體的，也可以是分開的。彈簧部分2與密封軸體1上U型槽底部相抵，密封條部分1的曲面3與缸體1的內(nèi)表面緊密相貼，構(gòu)成動密封關(guān)系。密封條部分1的兩個側(cè)面分別與左端蓋4和右端蓋8緊密接觸，構(gòu)成動密封關(guān)系。
[0037]用本發(fā)明制作的發(fā)動機，是通過高壓燃氣作用在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的力矩差推動傳動軸旋轉(zhuǎn)，無往復件(活塞、連桿)，避免了往復件的沖擊慣性產(chǎn)生的無用功耗，提高了速度和效率。通過初始燃燒室的設置，避免了死點，提高了扭矩和效率。通過組合密封軸的設置，實現(xiàn)了近似的面密封，避免了三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機的轉(zhuǎn)子與缸體的高副密封、不耐磨損的問題，提高了可靠性。
[0038]用本發(fā)明制作發(fā)動機的最佳實施方案是:見圖15,采用組合密封軸，密封片至少兩片，這樣就提高了密封的可靠性。采用初始燃燒室，公式M = F*〇A*SINa看出:在力不變的情況下，a角越大，力矩就越大，加大a角可提高初始力矩。密封軸的密封面盡量大些，這樣接觸面就大，有利于密封。大規(guī)格缸徑的發(fā)動機密封軸尺寸較大，有利于增加密封軸的密封面。四沖程發(fā)動機最好采用兩個機組并列組合，將兩個傳動軸連成一體，這樣每轉(zhuǎn)都有兩個工作室進行作功過程，無空轉(zhuǎn)。
[0039]應用本發(fā)明的制作的發(fā)動機也有冷卻系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、火花塞(或噴嘴)、潤滑系統(tǒng)等，但由于不在本發(fā)明的創(chuàng)新之列，故不贅述。
【主權(quán)項】
1.本發(fā)明由缸體1、轉(zhuǎn)子2、傳動軸3、左端蓋4、右端蓋8、密封軸5、進(排)氣閥7和 傳動機構(gòu)9等構(gòu)成，其特征在于:左端蓋4和右端蓋8分別固定在缸體1的左右兩側(cè)；傳動 軸3的軸部2分別安裝在左端蓋4和右端蓋8的軸承孔1中，并與之形成轉(zhuǎn)動副關(guān)系；轉(zhuǎn)子 2的長條孔2套在傳動軸3的滑塊1上，兩者的接觸面形成移動副關(guān)系，轉(zhuǎn)子2的兩側(cè)的平 面5分別與左端蓋4和右端蓋8的內(nèi)表面緊密接觸，并形成動密封關(guān)系；密封軸5安裝在轉(zhuǎn) 子2的密封軸孔1中，并與之形成動密封關(guān)系，其密封面1從密封軸孔1的開口 6露出與缸 體1的內(nèi)表面緊密接觸，并形成動密封關(guān)系，其兩端分別與左端蓋4和右端蓋8的內(nèi)表面緊 密接觸并形成動密封關(guān)系；轉(zhuǎn)子2的圓弧面、缸體1的內(nèi)表面、左端蓋4和右端蓋8內(nèi)表面、 密封軸5的外表面共同構(gòu)成兩個容積反向變化的工作室6 ;進(排)氣閥7的閥體1安裝 在缸體1的閥孔5內(nèi)，與之各面緊密接觸，形成動密封關(guān)系，閥軸2安裝在右端蓋8的閥軸 孔2內(nèi)，與之形成轉(zhuǎn)動副關(guān)系；傳動機構(gòu)9兩端分別連接傳動軸3和進(排)氣閥7的閥軸 2〇2.如權(quán)利要求1所述的缸體1的下半部有進(排)氣閥座3各一個，進(排)氣閥座 3上有與缸體1同軸向的回轉(zhuǎn)形閥孔5和相聯(lián)通的閥軸孔6,缸體1的內(nèi)表面有與閥孔5相 聯(lián)通的圓形或兩端為圓弧的長條形進(排)氣孔4 ;缸體1的內(nèi)表面的截面曲線是由圓弧線 1和包絡曲線2構(gòu)成，兩線的交點是A和B，圓弧線1的半徑為R，包絡曲線2的形狀與密封 軸5的圓心的運動軌跡有關(guān)；密封軸5的圓心(03或04)運動軌跡是由圓弧線和亞圓曲線構(gòu) 成，兩線的交點分別是C和D點；圓弧線的半徑為R-h，圓心為01;圓弧線、亞圓曲線與CD的 長度有如下的關(guān)系:任何一條過傳動軸3的旋轉(zhuǎn)中心02的直線與圓弧線和亞圓曲線相交， 其兩個交點(〇3或〇4)的距離都是相等的；即:即:(1)0304= CD(2)(CD/2)2= (R-h) 2-〇A2密封軸5的圓心(04)在亞圓曲線上移動，設其坐標為(X，Y)，則亞圓曲線符合下式:(3)X2+y2= (CD-0 203)2(當密封軸5的圓心03在亞圓曲線上移動時，式中的03可換成〇4)(4) 02032=(R-h) COS a (當密封軸5的圓心03在亞圓曲線上移動 時，式中的〇3可換成〇4)缸體1內(nèi)表面的截面曲線的包絡曲線2是密封軸5的圓心(03或04)沿亞圓曲線運動 時，其密封面1的截面曲線產(chǎn)生的一組包絡線；當密封軸5圓心(03或04)位于C或D點時， 其密封面1的上交點分別與缸體1內(nèi)表面的截面曲線的A點和B點重合或相近位置。3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子2的外形由兩個平面5和兩個圓弧面3構(gòu)成；平面5形如 橄欖，兩側(cè)是與缸體1的內(nèi)表面的圓弧面1同一圓心且半徑不大于其半徑的圓弧面3 ;中部 有截面為矩形的貫通的長條孔2,長條孔2與圓弧面3相對的兩個面為滑動面4 ;橄欖形的 尖端有兩個密封軸孔1，密封軸孔1為回轉(zhuǎn)形(未閉合)，有開口 6。4.如權(quán)利要求1、3所述的轉(zhuǎn)子2的兩個圓弧面3上各有一個初始燃燒室，初始燃燒室 1的形狀是由直線和圓弧線構(gòu)成的近似于矩形的凹坑或回轉(zhuǎn)形的凹坑。當轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)子 2順時針(逆時針)旋轉(zhuǎn)時，初始燃燒室1中心位于圓弧面3的ab (be)段和cd(ad)段，但 不包括abed四點。5.如權(quán)利要求1所述的傳動軸3由滑塊1和軸部2構(gòu)成，滑塊1位于軸部2的中部； 滑塊1為長方體，兩側(cè)有滑動面3 ;軸部2為回轉(zhuǎn)體；傳動軸3即可以做成一體的，也可以將 滑塊1和軸部2分開制作，而后組合。6.如權(quán)利要求1所述的密封軸5形狀為兩端是平面的回轉(zhuǎn)體，上有一密封面1，密封面 1是用半徑不大于缸體1的內(nèi)表面的圓弧面半徑的圓弧面或相近的曲面沿回轉(zhuǎn)體的軸向切 割而形成的圓弧面或相近的曲面。7.如權(quán)利要求1所述的密封軸5是由密封軸體1和密封片2構(gòu)成的組合式密封軸，密 封軸體1的U型槽中有密封片2,兩者的側(cè)面緊密接觸，構(gòu)成動密封關(guān)系；密封片2的彈簧部 分2與密封軸體1上U型槽底部相抵，密封片2的曲面3與缸體1的內(nèi)表面緊密相貼，構(gòu)成 動密封關(guān)系；密封片2的兩個側(cè)面分別與左端蓋4和右端蓋8緊密接觸，構(gòu)成動密封關(guān)系。8.如權(quán)利要求7所述的密封軸體1與權(quán)利要求6所述的密封軸5外形相同，但在密封 面1上有開口的U型槽，U型槽的中心線與密封面1的圓心相交。9.如權(quán)利要求7所述的密封片2是由密封條部分1和彈簧部分2構(gòu)成，密封條部分1 是矩形片狀物，上有一圓弧面，圓弧面半徑不大于缸體1的圓弧面半徑，彈簧部分2即可以 是片狀形的也可以是其他形狀；密封條部分1和彈簧部分2可以是一體的，也可以是分開 的。10.如權(quán)利要求1所述的進(排)氣閥7,由閥體1和閥軸2構(gòu)成，閥體1為回轉(zhuǎn)體，其 圓弧面上有貫通的圓形或兩端為圓弧的長條形進(排)氣孔3,閥軸2與閥體1相連并同 軸，閥體1與閥軸2可以是一體的，也可以是由兩個單體構(gòu)成的組合體。
【文檔編號】F02B53/04GK105986886SQ201510096943
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年3月5日
【發(fā)明人】劉海洋
【申請人】劉海洋