CN201517446U - 一种簧片式柔性转子发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种簧片式柔性转子发动机。该发动机包括气缸、前端盖、后端盖、簧片转子、润滑机构、冷却机构、燃料供给系、功率输出轴，其中转子横截面由一对或多对圆弧围成，相对的圆弧半径相同，在半径相同的圆弧的两端分别安装两个簧片，簧片一端与转子圆弧连接，另一端依靠簧片弹性与气缸内壁相接触；安装在转子上的簧片与转子、缸体内壁和气缸前后端盖形成密闭空间，即燃烧室，在此空间内完成进气、压缩、做功和排气行程。根据簧片的数量可在气缸内形成一对或者多对燃烧室，也可以将多个柔性转子发动机并列连接到一根功率输出轴上，以提高功率输出。此转子发动机具有结构简单、制造方便、润滑机构简单、密封性好、可用于微型动力源等优点。

Description

一种簧片式柔性转子发动机

技术领域

本实用新型属于动力机械领域，涉及一种转子发动机，特别涉及一种簧片式柔性转子发动机。

背景技术

现有内燃机分为往复式内燃机、燃气轮机以及转子发动机三种。往复式内燃机是借助活塞与曲柄连杆机构将燃油燃烧的热能转化为机械能，其缺点是结构复杂、体积大、热效率低，不能直接实现动力输出，而要靠曲柄连杆机构来转换，活塞组因往复运动而引起的往复惯性力和惯性力矩不能得到完全的平衡，随着发动机转速的提高这个缺点越来越明显。燃气轮机是靠燃气冲击叶轮实现能量转换，直接实现动力输出，但其消耗的能量多，结构较复杂，多用于大型运输工具上。

转子发动机中较成熟的汪克尔转子发动机，其气缸为内旋线非圆柱曲面，转子依内齿轮做复杂的行星运动，其本身结构复杂，制造困难，密封问题难以解决，另外，三角转子的偏心不平衡旋转会使发动机产生很大的振动。除了三角转子发动机外，人们还发展出旋片等结构的转子发动机，比如，中国专利号CN2355105Y提出的“旋片式转子发动机，该转子发动机通过在转子内设置4个旋片，依靠设在旋片底部的弹簧将旋片压在气缸内壁上。这种转子发动机结构复杂，对密封及润滑要求较高，在微型化的过程中，其加工将存在很大的问题。

发明内容

本实用新型针对现有往复式内燃机、燃气轮机和汪克尔转子发动机的不足，提出一种簧片式柔性转子发动机。本实用新型通过簧片转子代替传统的三角转子，由定心转子代替了以往的偏心转子，实现了转子的定心转动。具有结构简单，制造方便，易于小型化和微型化，运转平稳，润滑机构简单，输出功率大的特点。

本实用新型的簧片式柔性转子发动机，包括气缸、前端盖、后端盖、簧片转子、燃料供给系、功率输出轴等。发动机缸体横截面为近似椭圆形，在缸体上分别设有进气通道、排气通道以及点火机构。与缸体同质心摆放一个簧片转子，它是横截面由一对或者一对以上的圆弧围成的柱体，其中相对的圆弧半径相同，在半径相同的圆弧的两端分别安装两个簧片。簧片的一端与转子圆弧通过一列螺钉连接，并用密封胶密封，另一端依靠簧片弹性与气缸内壁挤压连接。簧片与气缸内壁接触端具有圆形弧角，可以减小对缸壁的刮擦并减小转子转动的阻力。根据簧片数量不同，可以在气缸内设置一对或一对以上的密闭空间，也就是燃烧室。转子横截面的圆弧个数与燃烧室的个数相同，例如：2个圆弧产生2个燃烧室，4个圆弧产生4个燃烧室。燃烧室个数越多，点火的时间间隔越小，输出功率越大。分别安装在半径相同的圆弧两端的两个簧片对称摆放，分前簧片和后簧片，前、后簧片均是根据转子顺时针方向转动时，对于燃烧室而言，首先通过进气通道的簧片为前簧片，后面的为后簧片。转子中心设有与功率输出轴相配合的轴孔。发动机前后端盖中心处设有轴承安装孔，功率输出轴通过转子中心的轴孔与前后端盖通过轴承相连接。发动机点火机构设置在进气行程与做功行程之间燃烧室容积达到最小时，此燃烧室所对应的气缸壁上。气缸进气通道一般应靠近密闭空间达到最大时后簧片位置，以使得进气行程中更多的混合气进入燃烧室，从而提高气缸的进气效率。排气通道设置在做功行程燃烧室容积达到最大时前簧片位置，这是因为转子继续转动，前簧片及后簧片与燃烧室内气体接触的做功面积发生变化，燃烧产生的爆发压力开始对转子做负功，而在此设置排气通道，可以使得燃烧室与大气相通，极大减小这种转子阻力。

将转子装入气缸内，簧片由于预压力与缸体内壁相接触，形成燃烧室。转子在转动过程中，簧片在转子及自身弹性作用下依气缸型线运动，由于缸体径向尺寸的不同，进入压缩行程以后，转子与缸体之间的距离缩短，簧片产生弹性变形，在保证燃烧室密封的同时，与转子及气缸共同作用，使得燃烧室容积减小，压缩燃烧室内可燃气体，由此满足发动机运行所需要的容积变化要求。

当转子顺时针旋转时，一组簧片中的前簧片到达进气口，此时可燃混合气进入两簧片之间的空间，随着转子的转动，两簧片之间的空间增大，进入的混合气增加，当后簧片通过进气口之后，进气行程结束，此时两簧片之间的空间容积最大，为转子的下止点。随后，气缸内壁压缩两簧片，使得两簧片向转子弯曲，由于簧片的弹性以及簧片间气体的压力，簧片依然紧贴缸体内壁，当转子转到上止点时，两簧片被压缩到极限位置，簧片间的空间达到最小，压缩行程结束。火花塞点火，使得可燃混合气燃烧，产生的爆发力推动簧片以及转子转动，直到前簧片到达排气口，此为做功行程。做功行程中，由于气缸径向尺寸的变化，前、后簧片与燃烧室气体的接触面积发生变化。燃烧的爆发压力对前簧片的有效做功面积要大于对后簧片的有效做功面积，由此推动转子转动。做功行程所对应的缸体型线的曲率可以小于进气行程所对应型线的曲率，由此可以使得燃烧产生的推力得到最大的利用，同时可以促使混合气燃烧完全，减小有害气体的排放。

前簧片通过排气口后，燃烧后的废气通过排气口排出，后簧片通过排气口后，排气行程结束。在做功行程中，燃烧产生的爆发压力作用在簧片上，使得前后两簧片中间部位向外侧产生弹性变形，储存能量。当燃烧室与排气通道相连接后，簧片在恢复原状的过程中对燃烧后的废气做功，释放能量，有利于快速彻底的排出废气。转子旋转一周完成的循环数与气缸内燃烧室个数相同。

簧片式柔性转子发动机既可采用点燃方式点火，也可采用压燃方式点火。采用点燃方式点火时，利用火花塞产生的极高的点火能量点燃混合气。采用压燃方式的转子发动机处于压缩行程时，外界对混合气做功，使得混合气温度升高，由于较高的压缩比，温度可以达到混合气的燃点，由此使得混合气燃烧做功。采用压燃方式，可以减小发动机附件所需能量，提高发动机的输出功率。

簧片式柔性转子发动机只需润滑位于前后端盖上的轴承，这决定了簧片式柔性转子发动机润滑系统简单的结构形式。前后端盖上的轴承可以通过在轴承上涂抹润滑剂来达到润滑目的，不需要另外的复杂的润滑机构。

为防止因过热而损坏机件，此种转子发动机通过风冷的方式进行冷却，在气缸体外部设有多个散热片，从而增大散热面积，提高冷却效率。

簧片式柔性转子发动机通过前后端盖与气缸端面的高精度配合进行密封。也就是说通过高精度加工技术使得前后端盖端面及气缸端面具有极高的精度，减少端盖与气缸端面之间的加工误差。这使得簧片式柔性转子发动机不需额外的密封机构，极大的简化了结构，适于微小型加工。

转子带动簧片转动的过程中，受到气缸壁作用在簧片上的摩擦阻力。摩擦阻力的大小与两个因素相关：气缸壁的摩擦系数及簧片与气缸壁接触端所受的力的大小。簧片式柔性转子发动机由于密封的需要，对气缸壁的摩擦系数要求较高，这极大的减小了转子所受的摩擦阻力。另外，燃烧产生的爆发压力要远远大于转子所受摩擦阻力，从而可以保证转子的高速转动。

一种簧片式柔性转子发动机，根据输出功率需求，其转子上可以设置多对圆弧，增加燃烧室的个数，也可以在一根功率输出轴上并排设置一系列此种簧片式柔性转子发动机，从而加大输出功率。

本实用新型的有益效果：

1.簧片式柔性转子发动机所包含的部件几何外型结构简单，适用于中小型发动机，也适用于微型发动机的加工制造，在降低成本的同时还可以达到很高的加工精度，由此可以解决轴向密封问题。

2.与三角转子发动机相比，此转子发动机中没有偏心结构，因此可以避免产生转动不平衡带来的不良影响，减少各部件的振动，减小噪音。

3.此转子发动机需要润滑的部件少，这就大大简化了发动机的结构。

4.由于采用具有柔性的簧片转子，簧片的弹性作用可以使得转子紧贴缸体内壁，从而解决径向密封问题。

5.此转子发动机具有较高的比功率以及扭矩输出，转子可以达到很高的转速。

6.簧片式柔性转子发动机气缸的内壁具有较低的表面粗糙度，与簧片顶端的圆角相配合，使得转子的转动具有较小的阻力。

附图说明

图1是簧片式柔性转子发动机燃烧室A进气行程示意图；

图2是簧片式柔性转子发动机燃烧室A压缩行程示意图；

图3是簧片式柔性转子发动机燃烧室A做功行程示意图；

图4是簧片式柔性转子发动机燃烧室A排气行程示意图；

图5和图6是簧片式柔性转子发动机结构装配示意图。

图中，1-火花塞安装孔 2-转子 3-发动机气缸 4-前簧片 5-后簧片 6-进气通道 7-排气通道 A-燃烧室A B-燃烧室B 8-火花塞 9-轴承1 10-前端盖 11-轴承2 12-功率输出轴 13-传动销 14-后端盖 15-散热片

具体实施方式

以具有两个燃烧室的簧片式柔性转子发动机为例，此柔性转子发动机按顺时针方向旋转，采用火花塞点燃的方式点火。图中，8为火花塞，在此位置安装火花塞。转子2通过传动销13与发动机功率输出轴12相连，并置于发动机气缸3内。同时，功率输出轴12通过轴承与气缸前后端盖相连，前后端盖通过螺栓安装到气缸。前簧片4与后簧片5一端通过螺钉安装在半径相同的圆弧两端。由于存在预压力，簧片另一端与气缸内壁抵触连接。前后簧片4和5、转子2、气缸3以及前后端盖10和14围成了一个密闭的燃烧室A，与此空间相对的密闭燃烧室为B。气缸前后端盖间的距离与转子高度应保持较高的配合精度，以减少轴向漏气，提高转子发动机的工作效率。

图2所示，以燃烧室A为研究对象，当A的前簧片4到达进气通道6时，燃烧室A与进气通道连通，可燃混合气进入A内。随着转子的转动，前簧片向外扩张，燃烧室A的容积增加，进入的可燃混合气也随之增多，当后簧片5通过进气通道以后，燃烧室A密封，进气行程结束。转子继续转动，气缸径向距离减小，压缩前簧片4和后簧片5向转子靠近，燃烧室A容积减小，压缩已经进入的可燃混合气，直到达到上止点位置，即图2所示位置，压缩行程结束。此时，火花塞放电，通过两簧片之间存留的间隙点燃混合气，混合气燃烧产生的爆发力推动簧片以及转子转动，做功行程开始，如图3所示。图4中，当燃烧室A前簧片到达排气通道7时，燃烧室A与排气通道连通混合气燃烧产生的废气通过排气通道排出气缸，同时气缸径向尺寸的减小使得前簧片4和后簧片5向转子靠近，空间A的容积减小，压缩废气加速排出气缸。当后簧片通过排气通道，排气行程结束。

排气通道7与废气循环装置相连，废气携带的热量对进气行程进入的可燃混合气进行加热，以此提高转子发动机的效率。进气通道与化油器相连通，转子的旋转将在化油器内形成的可燃混合气吸入气缸。在气缸外壁设有多个散热片15，以风冷的方式冷却机件，减少机件因过热而损坏的可能性。

此为簧片式柔性转子发动机的一个循环。由于在一个转子上存在两个燃烧室A和B，转子每旋转一周，柔性转子发动机即完成两个工作循环。

Claims (9)

1.一种簧片式柔性转子发动机，包括气缸、前端盖、后端盖、簧片转子、润滑机构、冷却机构、燃料供给系、功率输出轴，其中，发动机缸体横截面为近似椭圆形，在缸体上分别设有进气通道、排气通道以及点火机构，其特征在于：与缸体同质心摆放的簧片转子，它是横截面由一对或者一对以上的圆弧围成的柱体，其中相对的圆弧半径相同，在半径相同的圆弧的两端分别安装两个簧片，簧片的一端与转子圆弧固接，并用密封胶密封，另一端依靠簧片弹性与气缸内壁挤压连接；根据簧片数量不同，在气缸内设置一对或一对以上的密闭空间，也就是燃烧室，转子横截面的圆弧个数与燃烧室的个数相同；分别安装在半径相同的圆弧两端的两个簧片对称摆放，分前簧片和后簧片，前、后簧片均是根据转子顺时针方向转动时，对于燃烧室而言，首先通过进气通道的簧片为前簧片，后面的为后簧片；转子中心设有与功率输出轴相配合的轴孔，发动机前后端盖中心处设有轴承安装孔，功率输出轴通过转子中心的轴孔与前后端盖通过轴承相连接。

2.按照权利要求1所述的一种簧片式柔性转子发动机，其特征还在于：所述的发动机点火机构设置在进气行程与做功行程之间燃烧室容积达到最小时，此燃烧室所对应的气缸壁上。

3.按照权利要求1所述的一种簧片式柔性转子发动机，其特征还在于：所述的气缸进气通道一般应靠近密闭空间达到最大时后簧片位置。

4.按照权利要求1所述的一种簧片式柔性转子发动机，其特征还在于：所述的气缸排气通道设置在做功行程燃烧室容积达到最大时前簧片位置。

5.按照权利要求1所述的一种簧片式柔性转子发动机，其特征还在于：簧片与气缸内壁接触端具有圆形弧角；所述的发动机既可采用点燃方式点火，也可采用压燃方式点火。

6.按照权利要求1所述的一种簧片式柔性转子发动机，其特征还在于：只需润滑位于前后端盖上的轴承。

7.按照权利要求1所述的一种簧片式柔性转子发动机，其特征还在于：所述的发动机通过前后端盖与气缸端面的高精度配合进行密封；对气缸壁的摩擦系数要求较高，燃烧产生的爆发压力大于转子所受摩擦阻力。

8.按照权利要求1所述的一种簧片式柔性转子发动机，其特征还在于：通过增加转子横截面圆弧的数量，来增加气缸内燃烧室的数量。

9.按照权利要求1所述的一种簧片式柔性转子发动机，其特征害在于：根据输出功率的需求，将两个或两个以上的簧片式柔性转子发动机并列连接到一根功率输出轴上。

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