CN101994566B - 双叶片式转子发动机 - Google Patents

Abstract

针对活塞往复式发动机结构复杂，体积大，运动不平稳，速度难提高等缺点，制作一种可以消除该类发动机缺陷的新型转子发动机，并且可以有效解决现有三角形转子发动机存在的振动大噪声大，零件磨损快，难维修，污染大等缺点，本设计利用椭圆内腔，成组叶片和圆形转子三者构成密封的气室，使转子带动叶片在椭圆内腔内转动，利用椭圆长短轴产生的空间差，实现发动机四个冲程的工作周期，制作出双叶片式转子发动机，利用石墨和专用冷却系统进行润滑和冷却，解决高温摩擦影响零件寿命的问题，不使用齿轮和偏心轴结构，减小噪音和振动，结构更为简单可靠。

Description

双叶片式转子发动机

技术领域

本发明是关于转子发动机，特别是双叶片转子式发动机，其主要应用在汽车领域的动力装置。

背景技术

发动机是汽车最为关键的部分，是决定汽车性能的最重要的因素，犹如人的心脏。大部分人都知道我们常用的是活塞往复式发动机，又分为两冲程发动机和四冲程发动机(以下以四冲程发动机为例)，另外有一种知名度很高的发动机，就是转子发动机(Wankel Engine、Rotary Engine)又称为米勒循环发动机(Miller Cycle Engine)。这种发动机由德国人菲加士·汪克尔(Felix Wankel，1902-1988)发明，在总结前人研究成果的基础上，解决了一些关键技术问题，研制成功第一台转子发动机。

最初转子发动机采用三角形转子的旋转运动来控制气体的压缩和排放，与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同。一般往复运动式发动机，工作时活塞在气缸里做往复直线运动，为了把活塞的直线运动转化为旋转运动，必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同，它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比，转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。转子发动机的运动特点是三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时，三角转子本身又绕其中心自转。在三角转子转动时，以三角转子中心为中心的内齿圈与以输出轴中心为中心的齿轮啮合，输出动力。

上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹(即汽缸壁的形状)似“8”字形。三角转子把汽缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气，三角转子自转一周，发动机点火做功三次，然而与三角转子发动机相比本发明的双叶片式转子发动机体积小、重量轻，很好的降低了车辆重心且结构简单，采用零件数目减少，其在结构上比三角转子发动机更为紧凑。能够输出均匀的扭矩，由于双叶片转子发动机同时有多个工作腔处于工作状态，所以受力均匀，在发动机高速运转的情况下，运行更加稳定，腔体的密封具有柔性特点，故零件使用寿命长，气室属于完全隔离，密封性好，这样就能够解决三角形转子发动机磨损后造成的漏气问题，更不会出现油耗增大和过多污染。在结构上不会出现三角转子发动机采用偏心轴，导致的发动机振动大，噪声大等问题。

发明内容

为了克服三角形转子发动机采用偏心轴导致零件数目较多、密封性较差、油耗高、振动大，噪声大的不足，本发明提供一种具备活塞往复式发动机和三角形转子发动机两者优点的双叶片式转子发动机，该双叶片式转子发动机不仅结构简单、紧凑，而且输出扭矩更加均匀、运行更加稳定。

双叶片式转子发动机特点为：椭圆定子内腔，圆形转子，可伸缩叶片，该发动机在工作时进行进气、压缩、做功、排气四个动作。

双叶片式转子发动机工作过程包括成组叶片的自密闭，椭圆内腔壁与转子和成组叶片的配合密闭，形成一个封闭的奇形腔，在此封闭的腔上下各加盖两端盖，实现密闭的腔体。

双叶片式转子发动机密封腔体工作时转子上成组叶片会随着椭圆曲率的变化在导轨槽内自动滑动，实现密闭腔体的体积压缩。

双叶片式转子发动机在工作中将出现高热和高磨损，在本发动机的上下端盖和转子及中心轴设置有冷却系统且在转子上设有通风口和通风槽。

双叶片式转子发动机在运转时叶片应保证与定子内腔的紧密接触，在叶片的底部装有一组条V形弹片且在导轨槽与叶片间设有渗油隙。

双叶片式转子发动机的叶片在工作时会与上下端盖和椭圆定子发生摩擦，为保证各部件的使用寿命，在发动机上下端盖装有石墨且叶片为高耐磨材料。

双叶片式转子发动机叶片在运动时将与导轨槽侧壁发生摩擦故在导轨槽侧壁镶嵌黄铜金属条，保证叶片和转子的使用寿命。

附图说明

图1双叶片式转子发动机整体结构图：

图2双叶片式转子发动机内部结构图：

23：锁紧孔     24：叶片         25：弹片夹子

26：密闭槽     27：通风槽       28：通风口

29：V形弹片    30：固定螺栓孔   31：石墨块

32：中心轴孔

图3双叶片式转子发动机叶片导轨槽结构图：

25：弹片夹子   29：V形弹片      33：黄铜金属片

图4双叶片式转子发动机工作原理图：

a)发动机吸气冲程      b)发动机压缩冲程

c)发动机做功冲程      d)发动机排气冲程

具体实施方式

参见图1图2和图4本发明包括发动机壳体，壳体包括定子5和发动机上端盖9发动机下端盖3组成，在发动机上端盖上装有火花塞10，位于定子5的椭圆形内腔XY平面投影轮廓中心轴Y的正方向。轴承15且由轴承盖12将轴承15封装在发动机上端盖9上，在发动机下端盖上装有化油器接口19轴承17和轴承20，其中轴承20由轴承盖将其封装在发动机下端盖上。

上述发动机的上下端盖上装有冷却装置，在发动机上端盖9和发动机下端盖3上分别设有冷却装置的进出口2和16，发动机工作时冷却水将从下端盖3的冷却水进口进入并沿系统管路流经发动机定子5和发动机上端盖9最后由发动机上端盖9上的水冷口16回到冷却水箱内。

上述转子7通过中心轴孔32内壁上的特定孔连接至双叶片式转子发动机的水冷循环系统，转子7两端面有通风槽27，在转子中心轴孔外周均布通风口28，加快转子7散热。

上述发动机转子7圆周上分布有六组叶片导轨槽，导轨槽内装有十二个叶片24，导轨槽对称轴线与转子中心轴线间的偏距为10-15mm，使转子7旋转时导轨槽内的叶片24在特殊位置与发动机中心轴线存在一定角度关系。发动机运转时中心轴14带动转子7在定子5的椭圆形内腔中转动，中心轴由轴承15、17、20支撑。

上述转子在转动时转子7上装有的叶片24在离心力、液体压力和V形弹片29的作用下压紧在发动机定子5的椭圆内腔壁上，椭圆内腔的长短半轴的差值不应过大，保证速度突变数值在允许范围。随着椭圆内壁曲率的变化，转子7的叶片24会沿导轨槽自由滑动。

上述动作的完成将实现由椭圆内壁、圆形转子、成组叶片、发动机上下盖的密封腔体的形成。

上述密封腔体实现后发动机在工作时转子带动叶片做周向转动，由于发动机内腔为椭圆，所以当转子顺时针转动时，(以图示叶片1处为起始位置)在0°-90°空间增大、90°-180°空间减小、180°-270°空间增大、270°-360°空间减小，空间差值的形成实现了下图所示的工作过程：

进气冲程：图4-a黑色部分为含有油气混合可燃物的气室，1叶片与混合气体随转子顺时针转动，当叶片1转过进气口时叶片1与叶片2之间容积逐渐增大，油液可燃气体进入密闭空间，进气完成。

压缩冲程：图4-b黑色部分为一气室内含油气混合可燃物，当上一动作的叶片1顺时针方向转动时叶片1和叶片2由于气室空间的减小而逐渐压缩室内混合气体，即压缩完成。

做功冲程：当气体被压缩到适当值，恰好混合气体到达火花塞打火处，同时火花塞进行打火，气体被点燃，图4-c黑色部分为含有燃烧气体的气室，燃烧气体会推动叶片2，加速转子的转动，由于气室的空间增大，燃烧气体也会随之成为无能量废气，做功完成。

排气冲程：图4-d黑色部分为一气室内含燃烧后的废气，上一动作后由于飞轮惯性转子会继续转动推动叶片前进，排除气室内的废气，排气完成。

转子转动一周火花塞点火六次，每个密封腔完成一次工作循环。

上述原理仅以两组叶片为例解释，实际中每组叶片均在工作。

工作性能比较(实验数据)

注：同排量四冲程活塞往复式发动机与双叶片式转子发动机

Claims (9)

1.双叶片式转子发动机，包括具有椭圆形内腔的定子和位于定子内腔中的圆形转子，在转子圆周均匀分布六组叶片导轨槽，导轨槽对称轴与转子中心线存在偏距，在转子两端面分别有导油槽、密封槽、通风口、轴孔且转子内设有水冷循环腔孔，在叶片导轨槽的两侧壁装有黄铜金属条，在导轨槽的底部装有V形弹片，导轨槽内装入可沿转子径向自由滑动的十二个叶片。

2.根据权利要求1所述的双叶片式转子发动机，其特征是：转子圆周上分布的叶片导轨槽对称轴线与转子中心轴线间的偏距为10～15mm，使转子旋转时导轨槽内的叶片在特殊位置与双叶片式转子发动机中心轴线存在一定角度关系。

3.根据权利要求1所述的双叶片式转子发动机，其特征是：转子内设有空腔，其通过转子中心轴孔内壁上的特定孔连接至双叶片式转子发动机的水冷循环系统，转子两端面有通风槽，在转子中心轴孔外周均布通风口，加快转子散热。

4.根据权利要求1所述的双叶片式转子发动机，其特征是：转子的导轨槽侧壁上装有两条黄铜金属条，减小叶片的磨损，提高叶片的使用寿命，位于导轨槽底部装有V形弹片，提供叶片与定子内腔紧密接触的部分径向力。

5.根据权利要求1所述的双叶片式转子发动机，其特征是：转子叶片采用成组安装，每组两个叶片，两个叶片同时与定子内壁紧密接触，在两叶片与定子内腔间形成密闭气室，保证了双叶片式发动机压缩气体时的压力和气室间的气密性。

6.根据权利要求1所述的双叶片式转子发动机，其特征是：定子腔体采用椭圆形，椭圆内腔的长短半轴的差值不应过大，保证速度突变数值在允许范围，在定子上设有水冷循环孔。

7.根据权利要求1所述的双叶片式转子发动机，其特征是：在双叶片式发动机的上下端盖设有与转子配对的通风口，在上下端盖的内端面装有石墨，提高转子和端盖的寿命，减小两者的摩擦。

8.根据权利要求1所述的双叶片式转子发动机，其特征是：双叶片式发动机的上盖和下盖上设有可与双叶片式发动机定子上的水冷孔接通的配对孔，连接外部冷却系统。

9.根据权利要求1所述的双叶片式转子发动机，其特征是：火花塞安装在双叶片式发动机的上端盖，位于椭圆XY平面投影轮廓中心轴Y的正方向。

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