CN110953064B - 转缸发动机 - Google Patents

Abstract

本发明为：转缸发动机，循环运行周期分为：进气、压缩、做功、排气4个过程；包括主轴、机体、转缸体、活塞、活塞杆、齿轮连杆、内齿轮、外齿轮、端盖9部分结构；主轴上装有所述端盖、轴套、所述活塞杆、所述转缸体；机体的壁上有排气口、进气口、喷油口；机体内装有左右两个内齿轮；转缸体内有一个或多个气缸，每个气缸的顶部外侧面都有一个气缸孔，转缸体上装有外齿轮，外齿轮上装有齿轮连杆，活塞杆的一端装在主轴上，另一端装在活塞轴上，中间装在齿轮连杆上。

Description

转缸发动机

技术领域

本发明涉及到一种新型常规燃料发动机。

背景技术

自从人类发明常规燃料发动机以来，已经有100多年的历史了，人类一直以来主要用于车辆、船舶的发动机都是二冲程发动机或四冲程发动机，它们的共同特点是曲轴机构，也就是发动机通过燃料燃烧的热能推动活塞在气缸内的上下运动，活塞的上下运动又推动曲轴旋转，转化为机械能传出；但由于气缸和曲轴的位置限制及曲轴的旋转运动，导致活塞上的压力只有一部分传递给活塞杆，而活塞杆的推力又只有一部分可以推动曲轴旋转，而且推动曲轴旋转的扭矩因力矩臂的大小从0到最大值之间连续不断地变化而变化，导致曲轴输出的扭矩很小，且大小不断变化，大大降低了燃料热能转化为机械能的比例，这也直接导致了发动机的经济性差、功率密度低等特点，同时因为曲轴箱的存在，导致发动机体积庞大，不能大幅度地提高压缩比，从而限制了发动机经济性的提高；对于活塞式发动机来说，压缩比越高，发动机经济性越好，环保性越好，现在的汽油机的压缩比为8-12，柴油机的压缩比为12-22，如再提高压缩比，将会受到安装载体的体积和重量限制。

如果能将发动机的压缩比提高到8-80范围内，燃料燃烧产生的压力能全部推动输出轴的旋转，并且扭矩的力臂一直保持最大值不变，没有曲轴箱，结构更紧凑，体积更小，现在应用最广泛的活塞发动机的压缩比低、传动结构效率低、体积大、功率密度低、制造成本高、经济性差、环保性差等这些缺点都将被克服，人类迫切需要这样一款新型发动机来满足时代对节能减排、环保等的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种先进的新发动机，该发动机将克服现有发动机的这些缺点，它的动力性、经济性、环保性等各项性能必须领先于当今世界所有常规动力发动机。

本发明解决技术问题的方案是：转缸发动机，它既能够用作压燃式燃烧发动机，也能够用作点燃式燃烧发动机，它的循环运行周期分为：进气、压缩、做功、排气4个过程。

本发明包括主轴、机体、转缸体、活塞、活塞杆、齿轮连杆、内齿轮、外齿轮、端盖9部分结构。

所述主轴穿过所述机体内部，所述主轴上有键槽、润滑油通道和冷却液通道；所述主轴上装有所述端盖、轴套、所述活塞杆、所述转缸体；所述主轴与所述转缸体是通过键装配在一起，形成一个整体，一块转动；所述主轴与所述端盖通过支撑轴承装配在一起，所述主轴可自由转动；所述端盖通过螺栓和所述机体固定在一起，形成一个整体；所述机体的壁上有排气口、进气口、喷油口；所述机体内装有机体套，所述机体内装有左右两个所述内齿轮；所述转缸体内有一个或多个气缸，有多个所述气缸时，各所述气缸沿圆弧呈对称布置；所述气缸呈圆弧体柱形，每个所述气缸内都装有气缸套，每个所述气缸内装有一个所述活塞；每个所述气缸的顶部外侧面都有一个气缸孔，所述气缸孔的外围装有密封圈；所述活塞的前部装有活塞环，所述活塞环起密封作用，所述活塞的后部有活塞轴；所述气缸与所述活塞的顶部及所述机体套内壁组成一个封闭的燃烧室；所述转缸体上有齿轮轴，所述齿轮轴上装有所述外齿轮，所述外齿轮与所述机体上安装的所述内齿轮相配合，传动比是2比1，即所述转缸体转一周，所述外齿轮转2周；所述外齿轮上有连杆轴，所述连杆轴上装有所述齿轮连杆，所述齿轮连杆可以自由转动，所述齿轮连杆的另一端有连接轴；所述活塞杆的一端装在所述主轴上，可以自由转动，另一端装在所述活塞的所述活塞轴上，固定在一起，不能转动，所述活塞杆的中间装在所述齿轮连杆的所述连接轴上，可以自由转动；所述外齿轮的转动带动所述齿轮连杆运动，所述齿轮连杆的运动带动所述活塞杆转动，所述活塞杆的转动带动了所述活塞相对于所述气缸的往复运动；当制造压燃式燃烧发动机时，发动机的运行过程为：当所述气缸孔转到所述进气口时，所述气缸进气；当所述气缸孔离开所述进气口时，所述气缸进气结束，所述活塞相对于所述气缸运动，对所述气缸内气体压缩；当所述气缸孔转到所述喷油口时，所述活塞对所述气缸内的气体压缩结束，喷油嘴向所述气缸内喷油；当所述气缸孔离开所述喷油口时，所述气缸内混合气体燃烧做功，推动所述活塞相对于所述气缸运动，但由于所述活塞的运动受到所述内齿轮的限制，所述外齿轮不能倒转，所述气缸内的燃烧气体做功只能推动所述转缸体转动，所述转缸体的转动就带动所述主轴转动，实现发动机的动力输出；当所述气缸孔转到所述排气口时，所述气缸内的燃烧气体做功结束，进行排气；当所述气缸孔离开所述排气口时，排气结束，发动机进入下一个运行循环；所述主轴旋转一周，发动机工作一个周期循环；当制造点燃式燃烧发动机时，燃料能够在进气管中进行电喷混合，再经过所述进气口、所述气缸孔进入到所述气缸内，原来的所述喷油口改为点火口，发动机的其他运行过程和压燃式燃烧发动机运行过程一样。

所述主轴上钻或铸有润滑油通道和冷却液通道，根据制造需要，所述主轴还能够钻或铸有燃油通道。

所述机体内装有机体套，所述机体的下部有润滑油槽，所述机体内还有润滑油回油口；所述机体内还有冷却液通道，对所述机体进行冷却；所述机体内还有润滑油通道，对所述机体套内壁进行润滑。

所述转缸体内有冷却液通道，对所述气缸进行冷却；所述转缸体中心有主轴安装孔，所述主轴安装孔内有有键槽，所述转缸体上装有主轴安装压块，所述主轴安装压块的作用是将所述转缸体安装在所述主轴上；所述转缸体上装有密封边，所述密封边的作用是在发动机不需要进气、排气时，对所述进气口、所述排气口进行密封。

当制造高速发动机时，能够将发动机的所述喷油口和所述点火口分别布置在所述气缸顶部的左右两侧，即所述转缸体的左右两个端面上，所述机体上的所述喷油口或所述点火口就不用了，燃油通过所述主轴上的燃油通道输入到所述气缸处，并能够将燃油泵安装在所述转缸体上，利用所述外齿轮提供动力，对燃油增压，增压后的燃油再进入所述喷油口，向所述气缸内喷射。

发动机冷却液循环为：冷却液分两部分流动，从冷却泵流出的冷却液，一部分对所述机体进行冷却；另一部分进入所述主轴一端内的所述冷却液通道，通过冷却液管流到发动机内部的所述转缸体内，对所述气缸进行冷却，通过冷却液管再进入所述主轴的另一端内的冷却液通道，流出发动机，流经散热器，再流回到冷却液箱，开始下一个循环。

所述气缸套内壁和所述内齿轮、所述外齿轮的润滑，能够采用喷雾润滑；所述主轴、所述齿轮轴、所述连杆轴、所述连接轴、所述机体套内壁的润滑能够采用压力润滑。

发动机的喷油、点火的控制是通过电脑控制进行的；发动机的启动通过起动电机来实现，发动机的停机通过停止供油或停止点火来实现。

综上所述

本发明所涉及的发动机，压缩比可在8-80内，根据需要选定制造，本发明的机体直径越大，压缩比可设计的越高；燃油燃烧产生的对发动机动力输出轴的推力力臂保持在最大值不变，由于本发明的转缸体本身为一个大飞轮，具有储能和释能的作用，因此本发明输出的扭矩几乎是稳定不变的，且为最大值；本发明的转速根据需要制造，每分钟的转速能够在70-5000中，按需要选定制造；本发明制造所涉及的技术、工艺、材料、设备等，现有活塞发动机的相关成熟体系就能提供，本发明具有经济性好、动力性好、结构紧凑、热效率高、功率密度高、环保性好等特点。

附图说明

图1为图2的A-A向剖视图。

图2为实施例中发动机装配图的轴向剖视图。

图3为图4的右视图。

图4为实施例中机体的轴向剖视图。

图5为图4的截面图。

图6为图7的仰视图。

图7为实施例中主轴的主视图。

图8为实施例中转缸体的装配图。

图9为图8的左视图。

图10实施例中转缸体的主视图。

图11为图10的左视图。

图12为实施例中转缸体上主轴安装压块的主视图。

图13为图12的左视图。

图14为实施例中转缸体上密封边的主视图。

图15为图14的左视图。

图16为实施例中活塞的主视图。

图17为图16的俯视图。

图18为实施例中活塞杆的主视图。

图19为图18的左视图。

图20为实施例中齿轮连杆的主视图。

图21为图20的左视图。

图22为图23的仰视图。

图23为实施例中外齿轮的主视图。

图24为图25的仰视图。

图25为实施例中内齿轮的主视图。

图26为图27的仰视图。

图27为实施例中端盖的主视图。

具体实施方式

以附图1-附图27为例：

本发明的循环运行周期分为：进气、压缩、做功、排气4个过程。

本发明包括主轴6、机体1、转缸体7、活塞2、活塞杆3、齿轮连杆5、内齿轮9、外齿轮4、端盖12九部分结构。

所述主轴6穿过所述机体1内部，所述主轴6上有键槽、润滑油通道27和冷却液通道26；所述主轴6上装有所述端盖12、轴套10、所述活塞杆3、所述转缸体7；所述主轴6与所述转缸体7是通过键装配在一起，形成一个整体，一块转动；所述主轴6与所述端盖12通过支撑轴承11装配在一起，所述主轴6可自由转动；所述端盖12通过螺栓和所述机体1固定在一起，形成一个整体；所述机体1的壁上有排气口14、进气口13、喷油口17；所述机体1内装有机体套15，所述机体1内装有左右两个所述内齿轮9；所述转缸体7内有2个气缸24，2个所述气缸24沿圆弧呈对称布置；所述气缸24呈圆弧体柱形，每个所述气缸24内都装有气缸套25，每个所述气缸24内装有一个所述活塞2；每个所述气缸24的顶部外侧面都有一个气缸孔22，所述气缸孔的外围装有密封圈23；所述活塞2的前部装有活塞环29，所述活塞环29起密封作用，所述活塞2的后部有活塞轴28；所述气缸24与所述活塞2的顶部及所述机体套15内壁组成一个封闭的燃烧室；所述转缸体7上有齿轮轴21，所述齿轮轴21上装有所述外齿轮4，所述外齿轮4与所述机体1上安装的所述内齿轮9相配合，传动比是2比1，即所述转缸体7转一周，所述外齿轮4转2周；所述外齿轮4上有连杆轴30，所述连杆轴30上装有所述齿轮连杆5，所述齿轮连杆5可以自由转动，所述齿轮连杆5的另一端有连接轴18；所述活塞杆3的一端装在所述主轴6上，可以自由转动，另一端装在所述活塞2的所述活塞轴28上，固定在一起，不能转动，所述活塞杆3的中间装在所述齿轮连杆5的所述连接轴18上，可以自由转动；所述外齿轮4的转动带动所述齿轮连杆5运动，所述齿轮连杆5的运动带动所述活塞杆3转动，所述活塞杆3的转动带动了所述活塞2相对于所述气缸24的往复运动；发动机的运行过程为：当所述气缸孔22转到所述进气口13时，所述气缸24进气；当所述气缸孔22离开所述进气口13时，所述气缸24进气结束，所述活塞2相对于所述气缸24运动，对所述气缸24内气体压缩；当所述气缸孔22转到所述喷油口17时，所述活塞2对所述气缸24内的气体压缩结束，喷油嘴向所述气缸24内喷油；当所述气缸孔22离开所述喷油口17时，所述气缸24内混合气体燃烧做功，推动所述活塞2相对于所述气缸24运动，但由于所述活塞2的运动受到所述内齿轮9的限制，所述外齿轮4不能倒转，所述气缸24内的燃烧气体做功只能推动所述转缸体7转动，所述转缸体7的转动就带动所述主轴6转动，实现发动机的动力输出；当所述气缸孔22转到所述排气口14时，所述气缸24内的燃烧气体做功结束，进行排气；当所述气缸孔22离开所述排气口时，排气结束，发动机进入下一个运行循环；所述主轴6旋转一周，发动机工作一个周期循环。

所述机体1的下部有润滑油槽8，所述机体内还有润滑油回油口16；所述机体1内还有冷却液通道，对所述机体1进行冷却；所述机体1内还有润滑油通道，对所述机体套15内壁进行润滑。

所述转缸体7内有冷却液通道，对所述气缸24进行冷却；所述转缸体7中心有主轴安装孔31，所述主轴安装孔31内有键槽，所述转缸体7上装有主轴安装压块19，所述主轴安装压块19的作用是将所述转缸体7安装在所述主轴6上；所述转缸体7上装有密封边20，所述密封边20的作用是在发动机不需要进气、排气时，对所述进气口13、所述排气口14进行密封。

发动机冷却液循环为：冷却液分两部分流动，从冷却泵流出的冷却液，一部分对所述机体1进行冷却；另一部分进入所述主轴6一端内的所述冷却液通道26，通过冷却液管流到发动机内部的所述转缸体7内，对所述气缸24进行冷却，通过冷却液管再进入所述主轴6的另一端内的冷却液通道26，流出发动机，流经散热器，再流回到冷却液箱，开始下一个循环。

所述气缸套25内壁和所述内齿轮9、所述外齿轮4的润滑，能够采用喷雾润滑；所述主轴6、所述齿轮轴21、所述连杆轴30、所述连接轴18、所述机体套15内壁的润滑能够采用压力润滑。

发动机的喷油、点火的控制是通过电脑控制进行的；发动机的启动通过起动电机来实现，发动机的停机通过停止供油或停止点火来实现。

综上所述

本发明所涉及的发动机，压缩比为40；燃油燃烧产生的对发动机动力输出轴的推力力臂保持在最大值不变，由于该发动机的转缸体本身为一个大飞轮，具有储能和释能的作用，因此该发动机输出的扭矩几乎是稳定不变的，且为最大值；该发动机的转速为每分钟1000转；该发动机制造所涉及的技术、工艺、材料、设备等，现有活塞发动机的相关成熟体系就能提供，该发动机经济性好、动力性好、结构紧凑、热效率高、功率密度高、环保性好等特点。

Claims (6)

1.转缸发动机，是一种常规燃料发动机，其特征是：循环运行周期分为：进气、压缩、做功、排气4个过程；包括主轴、机体、转缸体、活塞、活塞杆、齿轮连杆、内齿轮、外齿轮、端盖9部分结构；所述主轴穿过所述机体内部，所述主轴上有键槽、润滑油通道和冷却液通道；所述主轴上装有所述端盖、轴套、所述活塞杆、所述转缸体；所述主轴与所述转缸体是通过键装配在一起，形成一个整体，一块转动；所述主轴与所述端盖通过支撑轴承装配在一起，所述主轴可自由转动；所述端盖通过螺栓和所述机体固定在一起，形成一个整体；所述机体的壁上有排气口、进气口、喷油口；所述机体内装有机体套，所述机体内装有左右两个所述内齿轮；所述转缸体内有一个或多个气缸，有多个所述气缸时，各所述气缸沿圆弧呈对称布置；所述气缸呈圆弧体柱形，每个所述气缸内都装有气缸套，每个所述气缸内装有一个所述活塞；每个所述气缸的顶部外侧面都有一个气缸孔，所述气缸孔的外围装有密封圈；所述活塞的前部装有活塞环，所述活塞环起密封作用，所述活塞的后部有活塞轴；所述气缸与所述活塞的顶部及所述机体套内壁组成一个封闭的燃烧室；所述转缸体上有齿轮轴，所述齿轮轴上装有所述外齿轮，所述外齿轮与所述机体上安装的所述内齿轮相配合，传动比是2比1，即所述转缸体转一周，所述外齿轮转2周；所述外齿轮上有连杆轴，所述连杆轴上装有所述齿轮连杆，所述齿轮连杆可以自由转动，所述齿轮连杆的另一端有连接轴；所述活塞杆的一端装在所述主轴上，可以自由转动，另一端装在所述活塞的所述活塞轴上，固定在一起，不能转动，所述活塞杆的中间装在所述齿轮连杆的所述连接轴上，可以自由转动；所述外齿轮的转动带动所述齿轮连杆运动，所述齿轮连杆的运动带动所述活塞杆转动，所述活塞杆的转动带动了所述活塞相对于所述气缸的往复运动；当制造压燃式燃烧发动机时，发动机的运行过程为：当所述气缸孔转到所述进气口时，所述气缸进气；当所述气缸孔离开所述进气口时，所述气缸进气结束，所述活塞相对于所述气缸运动，对所述气缸内气体压缩；当所述气缸孔转到所述喷油口时，所述活塞对所述气缸内的气体压缩结束，喷油嘴向所述气缸内喷油；当所述气缸孔离开所述喷油口时，所述气缸内混合气体燃烧做功，推动所述活塞相对于所述气缸运动，但由于所述活塞的运动受到所述内齿轮的限制，所述外齿轮不能倒转，所述气缸内的燃烧气体做功只能推动所述转缸体转动，所述转缸体的转动就带动所述主轴转动，实现发动机的动力输出；当所述气缸孔转到所述排气口时，所述气缸内的燃烧气体做功结束，进行排气；当所述气缸孔离开所述排气口时，排气结束，发动机进入下一个运行循环；所述主轴旋转一周，发动机工作一个周期循环；当制造点燃式燃烧发动机时，燃料能够在进气管中进行电喷混合，再经过所述进气口、所述气缸孔进入到所述气缸内，原来的所述喷油口改为点火口，发动机的其他运行过程和压燃式燃烧发动机运行过程一样。

2.根据权利要求1所述的转缸发动机，其特征是：所述机体的下部有润滑油槽，所述机体内有润滑油回油口；所述机体内有冷却液通道，对所述机体进行冷却；所述机体内还有润滑油通道，对所述机体套内壁进行润滑。

3.根据权利要求1所述的转缸发动机，其特征是：所述转缸体内有冷却液通道，对所述气缸进行冷却；所述转缸体中心有主轴安装孔，所述主轴安装孔内有键槽；所述转缸体上装有主轴安装压块，所述主轴安装压块的作用是将所述转缸体安装在所述主轴上；所述转缸体上装有密封边，所述密封边的作用是在发动机不需要进气、排气时，对所述进气口、所述排气口进行密封。

4.根据权利要求1所述的转缸发动机，其特征是：冷却液循环为：冷却液分两部分流动，从冷却泵流出的冷却液，一部分对所述机体进行冷却；另一部分进入所述主轴一端内的所述冷却液通道，通过冷却液管流到发动机内部的所述转缸体内，对所述气缸进行冷却，再通过冷却液管进入所述主轴的另一端内的冷却液通道，流出发动机，流经散热器，再流回到冷却液箱，开始下一个循环。

5.根据权利要求1所述的转缸发动机，其特征是：所述气缸套内壁和所述内齿轮、所述外齿轮的润滑，能够采用喷雾润滑；所述主轴、所述齿轮轴、所述连杆轴、所述连接轴、所述机体套内壁的润滑能够采用压力润滑。

6.根据权利要求1所述的转缸发动机，其特征是：发动机的喷油、点火的控制是通过电脑控制进行的；发动机的启动通过起动电机来实现，发动机的停机通过停止供油或停止点火来实现。

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