CN101852089B - 缸塞共转式发动机 - Google Patents

Abstract

一种缸塞共转式发动机，由转子与定子两部分组成，由中心插入输出轴的柱状构件，及其圆周上多个偏移一定距离的汽缸构成汽缸转子；将带有进排气口的壳体上下盖，带有椭圆形空腔的定子壳体并列排置构成定子总成；当转子在定子内做无偏心转动时，汽缸内，活塞末端的滚子轴承可在定子内椭圆形侧壁上滑动使汽缸容积发生周期性变化，实现四冲程原理，构成功率重量比较大发动机。

Description

缸塞共转式发动机

一技术领域

本发明涉及一种缸塞共转式发动机，尤其涉及一种汽缸与活塞在椭圆形空间内连续旋转实现四冲程原理的发动机。

二背景技术

目前现有发动机中，技术较成熟的主要为车用的往复活塞式发动机及汪克尔型三角转子发动机。其中往复式发动机有几种问题是避免不了的。1、往复式运动使发动机的极限转速较低。2、往复式发动机设置有换气阀门机构，该机构不但增加了整机体积，还增加了整机重量。3、采用曲轴与连杆进行动力传输，活塞在接近上止点与下止点时气体膨胀力对曲轴的有效力臂很小，汽缸内的膨胀力不能得到充分的发挥，能量转化率较低。4、整机功率重量比太小，不适合应用在航空方向。

另一类是近几年发展起来的汪克尔型三角转子发动机，该发动机功率大，转速高，但其也有很多问题是不可能避免的。1、三角转子的偏心转动会产生很大的震动。2、三角转子与汽缸壁间构成的汽缸形状是狭长的，使燃料燃烧不充分。3、发动机在工作时，汽缸内气体膨胀后的压力被分解，有效扭矩很小，使该发动机能量转化效率较往复式发动机低，耗油较高，只有高速赛车或飞机使用，不适合民用化。4、三角转子的形状与汽缸的形状要求非常精密，加工成本较高。

三发明内容

为了解决活塞式发动机及三角转子发动机的各种缺陷，本发明将二者结合，设计了一种全新结构的活塞式转子发动机，首先考虑到采用活塞式汽缸比三角转子式汽缸有着更大的密封性，其加工容易。其次发动机还要使用转子及定子的结构，该结构无往复运动，也无偏心转动，使整机的极限转速较往复式发动机高。最后考虑到，本发明无需换气阀门机构，其加工生产要容易，部件设计要坚固耐用，气体做功的效率要比活塞式发动机高。则本发明采用将多个汽缸径向并偏移一定距离的固定在一个柱状构件上，并在每个汽缸的活塞末端安装滚子轴承，将以上构件构成的转子总成安装在一个椭圆形空间内，构成了一个缸塞共转式大功率发动机。

本发明显著的有益效果是

1.本发明的部件极少，结构坚固，加工成本较低。

2.汽缸依然采用柱状活塞式，该种方式使其密封性能好，燃料燃烧充分。

3.本发明无曲轴、曲柄，转子是连续的无偏心转动，其极限转速较高。

4.本发明动力传输时，气体膨胀力直接作用在推动输出轴旋转的最长力臂上，有效力臂的变化较小，其能量损耗少，能量转化效率较往复式发动机高很多。

5.本发明在柱状构件上径向设置了四个或更多汽缸，其功率重量比较大。

6.本发明无气体阀门机构，且在汽缸内设置了对置的两个换气孔，两个气孔同时实现排气或进气，转动时换气时间长，换气效率好。

7.本发明压缩比较高，可使用点燃或压燃式，其结构使其可使用多种燃料，有效降低用户的使用成本。

8.本发明因其构件较少，结构坚固，所以可承受爆震威力，可改为利用爆震能量发动机，即光爆震发动机。

9.本发明的无需设置火花塞的点火电路，火花塞只需持续红热，汽缸在压缩时不接触火花塞，当压缩结束后才接触火花塞，有效防止了早燃等问题。

10.定子组成简单，所以本发明冷却容易，可直接在定子构件上设置水道或散热片，来构成水冷或风冷散热。

四附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1本发明外观示意图

图2本发明横截面示意图

图3本发明纵截面示意图

图4本发明汽缸转子示意图

图5本发明的活塞示意图

图6本发明转子总成示意图

图7本发明壳体构件示意图

图8本发明各构件组装图

图9本发明工作原理图

图中1.输出轴2.活塞3.定子壳体4.活塞弹簧5.火花塞6.输出轴轴承7.壳体螺栓孔8.排气口9.进气口10.活塞销11.壳体螺栓12.壳体上盖13.壳体下盖14.柱状构件15.汽缸16.换气孔17.滚子轴承18.活塞端盖19.端盖螺栓20.活塞螺栓孔21.壳体输出轴孔22.壳体轴承槽23.火花塞孔

五具体实施方式

如图1所示为发动机外观示意图，从图中可以了解到本发明的发动机形状是一个圆盘状，输出轴(1)从圆盘的上下两个端面的中心点位置探出，用于连接负载设备。发动机的定子是由上中下三个壳体构件拼合组成，由一圈多个壳体螺栓固定。在圆盘上下两个端面与输出轴相邻的位置，位于输出轴一侧安装有上下两个火花塞(4)，另一侧设置有上下两对弧形的进气口与排气。

如图2所示为本发明的横截面示意图，图中标示了本发明的几大重要构件，观察示意图可以了解，在发动机内部，将4个或多个汽缸径向并偏移一定距离安装在输出轴(1)的一周构成汽缸转子。图中将汽缸偏移一定距离的目的是增加力臂长度，使做工时膨胀气体提供更大的扭矩。在每个汽缸内设置有活塞(2)，将它们组成的转子总成放置在带有椭圆形空腔的定子壳体(3)内，椭圆形空腔要旋转一定角度以适应汽缸转子的转动。图中将每个活塞外端都设置有活塞销(10)，在活塞销上套有滚子轴承(17)，使活塞外端可在定子内腔的椭圆形侧壁上滑动，在每个活塞上还套有活塞弹簧(4)。其作用是在汽缸转子转动过程中，汽缸实现进气冲程时，将活塞向外推出，使汽缸容积增大。本发明在壳体上下盖上设置有弧状的进气口(9)排气口(8)以及与气口对置的火花塞(5)，其中的进气口弧长略短于排气口弧长，在定子壳体边缘还设置有壳体螺栓孔(7)，其作用是使壳体螺栓穿过将整机固定。

如图3所示为本发明的纵截面示意图，图中可观察到输出轴(1)插入在柱状构件(14)内，多个汽缸(15)径向并偏移一定距离固定在柱状构件(14)一周，构成汽缸转子。将活塞(2)插入到汽缸(15)内，在每个活塞的外侧设置有活塞销(10)，在活塞销上套有滚子轴承(17)，在活塞上还套有活塞弹簧(4)，在壳体上下盖(12)(13)内侧面的中心位置安装有轴承(6)，组装时将输出轴插入在轴承(6)内，实现汽缸转子的无偏心转动。

如图4所示为本发明汽缸转子示意图，本发明将输出轴(1)的外花键插入在柱状构件(14)中心的内花键中，使输出轴固定在柱状构件内。在柱状构件径向一圈设置有多个汽缸(15)，本示意图以4个汽缸来演示，且汽缸要偏移一定距离径向的固定在柱状构件上。也可视为将输出轴(1)、柱状构件(14)、多个汽缸(15)加工成一个整件，即汽缸转子构件。在柱状构件的上下两个圆形端面上，设置有换气口(16)，该换气口的内端开口连接在汽缸内。在输出轴上还套有轴承(6)使汽缸转子可在定子内实现无偏心转动。

如图5所示为本发明的活塞构件示意图，图中圆筒状构件为本发明的活塞(2)，为了减轻活塞重量，活塞内部是空的。在活塞末端设置有活塞端盖(18)，由端盖螺栓(19)插入在活塞末端上的活塞螺栓孔(20)内将活塞端盖(18)固定在活塞上，并将活塞销(10)夹在其中，在活塞销上套有滚子轴承(17)，其可使活塞末端在相应的轨道内滑动。另外本发明也可将活塞(2)与活塞端盖(18)设为一个整体，加工时直接在活塞末端设置销孔，以插入活塞销(10)。另外本发明还在活塞(2)上套有活塞弹簧，并由活塞端盖(18)来充当弹簧挡，其作用是使汽缸在实现进气冲程时，活塞在没有其它力的作用下可以通过弹簧将活塞向外推动，从而实现吸入可燃混合气。

如图6所示为本发明的转子总成示意图，图中输出轴(1)的外花键插入在柱状构件(14)的内花键中，在柱状构件的径向一圈，设置有四个或更多个偏移一定距离的汽缸(15)，在汽缸内插入末端带有滚子轴承(17)的活塞(2)，在每个活塞(2)上还套有活塞弹簧(4)。在柱状构件(14)的上下两个端面上，设置有换气孔(16)，换气孔内端开口是连接在汽缸内的，使每个汽缸内都设置有上下两个换气孔，由以上构件构成了本发明的转子总成。

如图7所示为本发明的壳体构件示意图，本发明定子由三个构件并列排置组成，其分别是壳体上盖(12)，定子壳体(3)，壳体下盖(13)。组合时，将它们并列排置，用螺栓进行固定。在壳体上下盖(12)(13)的中心点位置设置有输出轴孔(21)，上下盖内端面中心位置设置有轴承槽(22)。在上下盖的中心区域，且与输出轴孔(21)相邻的还有本发明的进气口(9)排气口(8)，本发明的气口呈弧状，排气口弧长略大于进气口弧长，两个气口弧长的总和略小于180度。另外在两气孔交界处对置的位置还设置有火花塞孔(23)。每个壳体的边缘都设置有壳体螺栓孔(7)使壳体螺栓(11)穿过，将整机固定。

如图8所示为本发明各种构件组装示意图，图中将组合后的转子总成安装在定子壳体(3)内的椭圆形腔的内，安装后的活塞(2)末端的滚子轴承(17)刚好接触椭圆形空腔的侧壁，并以侧壁为轨道，使活塞末端可以在侧壁上滑动。安装上下盖时，将输出轴(1)插入位于上下盖中心位置的轴承(6)内，当上下盖组合好后，上下盖上的进气口(9)与排气口(8)刚好密封的压在柱状构件(14)的上下两个端面上，端面上的气孔(16)可周期性连接壳体上下盖上的弧状进排气口(8)(9)及火花塞孔(23)实现发动机的换气与点火。

如图9所示为本发明的工作原理示意图。本例以A汽缸为代表来说明本发明的运行过程，当输出轴处于0度位置时，汽缸A处于容积最小状态，因为本发明的转子总成是安装在椭圆形空间内的，所以输出轴转动一周刚好实现汽缸容积的两次变化；当输出轴转动到90度时，汽缸A容积变为最大，此过程汽缸上的换气孔刚好与定子上下盖上的弧形进气口连接，所以汽缸A实现进气冲程；当输出轴转动到180度时，汽缸A容积再次变为最小，此过程汽缸A呈封闭状态，实现气体的压缩，并且在压缩结束后的一瞬间，换气孔与火花塞孔链接，气体被点燃，并推动活塞及输出轴向前转动；当输出轴转动到270度时，汽缸A容积变为最大，做功冲程结束；当输出轴转动到360时，此过程汽缸A上的换气孔刚好与定子上下盖上的弧形排气口连接，实现排气冲程，并回到原始位置，以上过程即为本发明汽缸的四循环原理。

以上是所述是本发明作为发动机的结构及原理演示，当将壳体上下盖上的火花塞去掉，并将弧形气口数量增加一倍时。即在每个壳盖上都设置两个进气口与两个排气口时，本发明变为泵或气液动设备。

Claims (9)

1.一种缸塞共转式发动机，由转子与定子两部分组成，其特征在于：

所述定子由具有进排气口的壳体上盖(12)，具有椭圆形空腔的定子壳体(3)以及具有进排气口的壳体下盖(13)并列排置构成；

所述转子由中心插接输出轴(1)的柱状构件(14)，及设置于所述柱状构件(14)径向一圈的圆周侧壁上并偏移一定距离的多个汽缸(15)构成；所述输出轴(1)、多个所述汽缸(15)与所述柱状构件(14)加工成一个整件，每个所述汽缸(15)内设置有活塞(2)，所述转子放置在所述定子壳体(3)内；

所述转子在所述定子内做无偏心转动，所述活塞(2)的末端在所述定子壳体(3)的椭圆形侧壁上滑动使汽缸容积发生周期性变化，实现四个冲程，构成发动机。

2.根据权利要求1所述的缸塞共转式发动机，其特征在于：

所述壳体上盖(12)和所述壳体下盖(13)内侧中心位置设有输出轴轴承(6)，所述输出轴(1)插入所述输出轴轴承(6)内。

3.根据权利要求1所述的缸塞共转式发动机，其特征在于：

所述输出轴(1)插入所述柱状构件(14)的中心孔内，所述输出轴(1)上成型的外花键与所述柱状构件(14)上成型的内花键相匹配，使所述输出轴(1)与所述柱状构件(14)固定连接。

4.根据权利要求1所述的缸塞共转式发动机，其特征在于：

每个所述汽缸(15)内插入所述活塞(2)，所述活塞(2)外套有活塞弹簧(4)，所述活塞弹簧(4)压靠于所述活塞(2)末端的活塞端盖(18)上，以使所述活塞(2)在无外力作用下由所述活塞弹簧(4)将其从所述汽缸(15)内推出。

5.根据权利要求1所述的缸塞共转式发动机，其特征在于：

所述活塞端盖(18)及端盖螺栓(19)将活塞销(10)固定于活塞末端，在所述活塞销(10)上套有滚子轴承(17)，使活塞末端可在相应的轨道内滑动。

6.根据权利要求1所述的缸塞共转式发动机，其特征在于：

所述活塞末端设有通孔，所述活塞销(10)插入所述通孔内部，在所述活塞销(10)上套有滚子轴承(17)，使活塞末端可在相应的轨道内滑动。

7.根据权利要求1所述的缸塞共转式发动机，其特征在于：

所述柱状构件(14)的上下端面上设置有多个换气孔(16)，每个端面上的气孔数量与所述汽缸(15)数量相同，所述换气孔(16)内端是连接在汽缸内的，每个汽缸具有上下两个所述换气孔(16)。

8.根据权利要求1所述的缸塞共转式发动机，其特征在于：

所述壳体上盖(12)，所述定子壳体(3)，以及所述壳体下盖(13)并列排置并通过螺栓固定连接，在所述壳体上盖(12)和所述壳体下盖(13)上分别设置有弧形的进气口(9)和排气口(8)及火花塞孔(23)；所述壳体上盖(12)和所述壳体下盖(13)密封地压在所述柱状构件(14)的端面上。

9.根据权利要求1所述的缸塞共转式发动机，其特征在于：将所述壳体上盖(12)与所述壳体下盖(13)上的火花塞去掉，并在所述壳体上盖(12)以及所述壳体下盖(13)上都设置两个进气口与两个排气口时，将所述发动机改为泵或气液动设备。

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