CN2395033Y

CN2395033Y - 内环式旋转活塞内燃发动机

Info

Publication number: CN2395033Y
Application number: CN99241594.2U
Authority: CN
Inventors: 向元玖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2000-09-06
Anticipated expiration: 2009-11-19

Abstract

本实用新型提供了一种内环式旋转活塞内燃发动机。包括以O为轴线的主轴、旋转活塞、内环、机体、左、右端盖,机体内圆柱面与旋转活塞外圆柱面、左右端盖构成以O为轴线的环形缸,以O₁为轴线的内环在环形缸内与旋转活塞裙部外圆柱面内切、与机体内圆柱面内接而将环形缸分成燃烧膨胀、排气室和进气、压缩室,旋转活塞上有与进气通道相通的进气口,机体上有与排气系统常通的排气口。功率大、热效率高,使用寿命长。

Description

内环式旋转活塞内燃发动机

本实用新型涉及的是一种发动机，特别涉及的是一种内环式旋转活塞内燃发动机。

内环式旋转活塞发动机，仍然属于内燃动力机械的范畴，适用于汽车、摩托车、内燃机车、航空、船舶及内燃动力发电等各个领域，由于结构简单、体积小、重量轻、功率大、效率高、污染小，用作汽车、摩托车、航空、船舶等动力有着特殊的意义。

旋转活塞式发动机，对传统往复式活塞发动机来说，几乎是技术上的一次革命。不论从结构原理，还是热效率方面，都有着重大的突破。这里简要地说明1955年西德汪克尔公司提出被世界公认的长短辐悬轮线弧面三角形旋转活塞式发动机(我国1959年科研高潮中普遍称为汪克尔旋转活塞式发动机或三角形旋转活塞式发动机，为了叙述方便，以下称汪克尔旋转活塞式发动机)，其结构原理如图3所示。当发动机起动时，如果主轴21沿箭头所示方向旋转，被装在主轴21上的外齿轮22亦随主轴11沿同一方向转动，装在主轴21(偏心距_oo1＝e部分)的偏心轴上的弧面三角形活塞23，被主轴21带着绕O轴公转。但固定在弧面三角形活塞上，以O₁为轴线的内齿轮24，因与外齿轮22内啮合，故被齿轮22带着沿同一方向自转。随之，弧面三角形活塞也绕O₁轴线自转。理论计算证明，当二齿轮传动比i＝z₃∶z₅＝2∶3时，若选定如图3的初始位置条件，弧面三角形活塞三个顶点所走的轨迹是图3所示的长短幅悬轮线，且三个顶点在长短辐悬轮线上是无滑动的滚动。如果在其凹处之一装上切削切具，即可加工出正确的弧面三角形活塞23。由于弧面三角形活塞位于长短幅悬轮线中部，所以长短幅悬轮线被分成左右两个部分，分别形成吸气、压缩和燃烧膨胀、排气工作室。图3所示的弧面三角形活塞系处于燃烧膨胀、排气、吸气、压缩结束，进入下一个工作循环的状态，所以四个过程是同时完成的。让轴旋转一周，弧面三角形活塞要作功三次，完成三个工作循环，相当于同排气量四冲程往复活塞式发动机三台。而且进、排气自由畅通(阻力很小)，没有曲轴、连杆及凸轮机构，显示出无比的优点性，但是，半个世纪以来的研究试验证明，这一结构原理存在着难以克服的技术问题。

①从图3可以看出，为了形成长短辐悬轮线这一特殊轨迹，在高温高压下工作的弧面三角形活塞必须作复杂的高速运动，极难进行液体润滑，致使附于其上的端面密封元件25同长短辐悬轮线气缸27气缸壁滑动摩擦中产生剧烈的振动，导致高温高压下机械、物理性能已频于失效的密封元件，迅速失效或损坏，失去了应有密封性能，甚至刮伤缸壁引起停机。径向密封元件26，虽从理论上与缸壁是无滑动的滚动，但仅是靠一条接触线进行密封，所以密封效果也难于保证。加上制造误差、运转振动、高温高压等因素影响，密封效果就更差了。

②、单级压缩比小，只适合点燃式即汽油、天燃气发动机，对于要求压缩比较大的压燃式发动机，如柴油机等，则需进行二级压缩，使机器结构变得非常复杂，失去了旋转活塞式发动机应有的优点。

鉴于以上原因，本实用新型的目的是为了提供一种结构简单、体积小、重量轻、功率大、热效率高、使用寿命长的内环式旋转活塞内燃发动机。

本实用新型的目的是这样来实现的：

本实用新型内环式旋转活塞内燃发动机包括以O为轴线的主轴1、含裙部和与裙部连接的活塞体的旋转活塞2、内环3、机体4、位于机体两端的含进气通道9的左端盖10、右端盖11，机体内圆柱面与旋转活塞裙部外圆柱面、左端盖、右端盖构成以O为轴线的环形缸，以O₁为轴线的内环在环形缸内与旋转活塞裙部外圆柱面内切、与机体内圆柱面内接而将环形缸分成燃烧膨胀、排气室15和进气、压缩室16，旋转活塞的活塞体位于内环矩形孔内能径向往复滑动且以O₂为轴线小弧度摆动将燃烧膨胀、排气室和进气、压缩室分成前、后两部分，活塞体上有定时将活塞体前、后面的燃烧、膨胀排气室和进气、压缩室接通或断开的活门，旋转活塞上有与进气通道相通的排气口(参见图1、图2)。

上述的环形缸断面为矩形(参见图2)。

上述的旋转活塞中的活塞体和裙部通过连接件连接(参见图2)，使活塞体能作小弧度摆动。

上述的旋转活塞上的进气口位于活塞体后的裙部上(参见图1)。

上述的排气口位于机体与内环内接处(参见图1)。

当机器起动时，主轴1以O为轴线固定转动，装在主轴1上的旋转活塞2被主轴1带着沿同一方面固定旋转(如箭头所示)。内环3则被孔内的旋转活塞2的活塞体带着以O₁为固定线沿同一方向旋转。虽然平行轴线中心距为_oo1＝e，但活塞体往复径向滑动的同时，能以平行轴线O₂作小弧度摆动，所以不会妨碍旋转运动的正常运行。这时，活塞体前面的16室是逐渐减小的过程，即是从16→0的过程，于是已充入16室的燃气被压缩，至活塞体转至上死点C左侧某一位置时，活塞体上的活门5定时打开，将活塞体前的16至与活塞体后的15室接通，16室受压缩的燃气迅速进入15室；活塞体转至下死点左侧(约120°)时，活塞体前面的16室趋近于“0”，受压缩的燃气全部被迫进入15室，活门5逐渐关闭，15、16室逐渐断开，压缩过程结束。活塞体后面的16室则是逐渐增大，即从0→16的过程。由于真空与旋转活塞2裙部高速旋转的离心力作用下，迫使从进气通道9进入的燃气从避气口7进入16室，至下死点时，16室增至最大，进气口关闭，进气过程结束。同样，活塞体前面的15室也是逐渐减小，即从15→0的过程，在15室燃烧后的废气被旋转活塞2的活塞体逐渐从排气口8排出15室，至上死点右侧，15室减小至“0”，废气被全部排出15室，排气过程结束。活塞体后面的15室是逐渐增大，即从0→15的过程。活塞体转至上死点左侧适当位置时，活门5打开，与受压缩的16室接通，从16室进来的压缩燃气继续压缩，至下死点左侧16→0时，活塞活门5关闭，点火装置6点火。15室的压缩燃气迅速着火燃烧膨胀，推动活塞体迅速旋转，对外作功。至上死点右侧，15室增至最大，与排气口8接通，燃烧膨胀过程结束。15室燃烧后的废气又开始从排气口8排出。主轴旋转一周，完成一个工作循环。如此往复循环，内环式旋转活塞发动机便进入正常工作状态。

从上述结构和工作原理可以看出，内环式旋转活塞发动机，具有以下的主要特点：

①、工作循环是由旋转活塞2和内环3协调转动和滑动同时完成的，既无曲轴连杆和凸轮机构，也无形成特殊运动轨迹的偏心轴行星齿轮副，仍然具有汪克尔旋转活塞式发动机的各种优点，而结构却更加新颖、简单。

②、运动部件少，运动简单、稳定，易于润滑，附于运动件上的密封元件的运动也简单、稳定，且易润滑，密封元件的性能和寿命，能得到可靠的保证，没有密封难的问题。

③、由于运动件少，机械损耗小，且燃烧膨胀和进气过程，大于180°主轴转角(约240°～260°)，且无残留废气，燃烧条件好，燃烧时间长，燃烧充分，热效率和机械效率高，废气污染小。

④、压缩比可以按不同需要，选择适当的内环3外径或机体4内径来获得，适应性不受限制。可以设计各种功率、各种结构(串联、并联等)的机型，满足各种领域的需要，应用范围不受限制。

⑤、内环式旋转活塞发动机结构简单，零件形状均系园柱体或平面体，易于加工制造，工艺性特别好。

本实用新型同现有内燃机比较具有以下独特的优点：

1、没有曲轴连杆和凸轮机构，也没有偏心轴和星形齿轮机构，整机结构十分新颖、简单，更具体积小、重量轻、功率大等优点，适应性显著提高。

2、运动部件少，运转平衡稳定，机械损耗少，机械效率高，噪音污染小。密封元件的寿命和可靠性得到有效保证，没有汪克尔旋转活塞式发动机密封元件寿命低，密封难的问题。

3、由于循环过程重叠同时完成，燃烧膨胀、进气≥180°主轴转角，故冲程数i≤1，气缸利用率是往复活塞式发动机的2倍。即比同排量四冲程往复活塞式发动机功率大1倍以上。

4、排气充分，工作室无残留废气，进气时间＞180°主轴转角，又有裙部离心力作用，进气效率高，燃烧条件好；燃烧膨胀＞180°主轴转角，燃烧时间长，燃烧充分，热效率高，废气污染小。

5、燃烧膨胀排气室15，系内环3与机体4内接形成。故选用不同的机体内径R₄或内环外径R₃，就可得到任何需要的压缩比，没有单级压缩比小，应用受到限制的问题。

6、整机零件结构形状均为园柱体和平面体，制造工艺性特好，制造成本大幅度下降，使用寿命长。

下面结合附图详细说明本实用新型的实施例：

图1为本实用新型结构示意图。

图2为图1的A-O-A剖视图。

图3为汪克尔旋转活塞式发动机构示意图。

参见图1，机体4的两端有含进气通道9的左端盖10、右端盖11。旋转活塞2、内环3位于机体和左、右端盖内。旋转活塞2由含活门5的活塞体12、通过联接销与活塞体连接的裙部13组成。轴线为O的主轴1穿在左、右端盖、旋转活塞裙部上。机体4内圆柱面与旋转活塞裙部13外圆柱面、右端盖10、左端盖11构成以O轴线为轴线的矩形断面的环形缸14。以O₁为轴线的内环3在环形缸内与旋转活塞裙部13外圆柱面内切而与机体4内圆柱面内接，把环形缸分成了燃烧膨胀、排气室15和进气、压缩室16。活塞体12在内环3的矩形孔内能径向往复滑动，以O₂轴线小弧度摆动而将燃烧膨胀、排气室15和进气、压缩室16分成前、后两个部分17、18，19、20。旋转活塞上位于活塞体后的裙部有进气口7，与左端盖10上的进气道9常通。机体4与内环3内接处有排气口8，与排气系统常通。点火装置6装在机体上。

图3为汪克尔旋转活塞式发动机构示意图。

Claims

1、内环式旋转活塞内燃发动机，其特征在于发动机包括以O为轴线的主轴(1)、内环(3)、机体(4)、位于机体两端的含进气通道(9)的左端盖(10)、右端盖(11)，机体内圆柱面与旋转活塞裙部外圆柱面、左端盖、右端盖构成以O为轴线的环形缸，以O₁为轴线的内环在环形缸内与旋转活塞裙部外圆柱面内切、与机体内圆柱面内接而将环形缸分成燃烧膨胀、排气室(15)和进气、压缩室(16)，旋转活塞的活塞体位于内环矩形孔内能径向往复滑动且以O₂为轴线小弧度摆动将燃烧膨胀、排气室和进气、压缩室分成前、后两部分，活塞体上有定时将活塞体前、后面的燃烧膨胀、排气室和进气、压缩室接通或断开的活门，旋转活塞上有与进气通道相通的进气口，机体上有与排气系统常通的排气口。

2、根据权利要求1所述的内环式旋转活塞内燃发动机，其特征在于环形缸断面为矩形。

3、根据权利要求1或2所述的内环式旋转活塞内燃发动机，其特征在于旋转活塞中的活塞体和裙部通过连接件连接。

4、根据权利要求1或2所述的内环式旋转活塞内燃发动机，其特征在于旋转活塞上的进气口位于活塞体后的裙部上。

5、根据权利要求1或2所述的内环式旋转活塞内燃发动机，其特征在于排气口位于机体与内环内接处。