转子发动机的制作方法与工艺

本发明涉及一种发动机，具体的说是一种转子发动机。

背景技术：
传统的发动机是往复活塞式发动机，其压缩冲程、燃烧冲程以及膨胀冲程均是单个气缸中进行，因此，就导致其存在动能损失过多的缺陷，从而难以实现高速旋转，输出功率相对较低。此外，传统的往复活塞发动机在工作过程中，活塞和曲轴之间产生较大的相互作用力，这就要求活塞和曲轴具有较高的强度，因此，需要增大活塞、曲轴以及缸体的尺寸来弥补其强度不足的缺陷，这就导致整个发动机的体积相对较大。一般的转子发动机能够克服往复活塞发动机的上述缺陷，但是，目前的转子发动机均存在结构复杂、燃烧和爆炸效率低等问题，如公开号为CN101133236的专利文献中公开的转子发动机，其结构较为复杂，存在难于维修和成本高的缺陷。此外，目前的转子发动机还存在燃烧率较低的不足，这往往是由于其转子活塞与缸体内壁配合的腔室过于狭长，爆炸过程中产生高压气体作用于转子上的瞬时推力做功的损耗相对较大。综上所述，在减小发动机体积的前提下，简化发动机的结构、提高发动机燃烧的效率是目前急需要解决的问题。

技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种转子发动机，其能够有效的提高燃烧效率，且具有结构简单、体积小的优点。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：转子发动机，包括，缸体，缸体的任意径向截面截取的缸体内壁均形成一个封闭的轮廓线，该轮廓线的顶端部形成一个上止点、底端部形成一个下止点，上止点和下止点与缸体的中心轴之间的距离为r，上止点至下止点、下止点至上止点之间均形成一个渐变弧线，在顺时针方向上，渐变弧线包括顺序连接的渐开段和渐合段；缸体上设置有两个并排排列的燃烧室，燃烧室内设置有火花塞和喷油嘴，缸体上位于上止点的两侧分别设置有一将燃烧室和缸体内腔连通的空气进口和燃气冲锋口，空气进口和燃气冲锋口在顺时针方向上顺序排列；缸体上位于下止点的两侧分别设置有一与缸体的内腔连通的排气管和进气管，排气管和进气管在顺时针方向上顺序排列；位于缸体内腔中且通过一转轴与缸体枢接在转子，转子的半径为r，转轴的转动轴线与缸体的中心轴重合；转子的周缘设置有活塞槽；枢接在活塞槽内且能够在转子转动时从活塞槽转出的活塞，活塞的一端枢接在活塞槽内、另一端形成一个受压面，活塞顺时针转动且恰好越过燃气冲锋口处时，受压面正对燃气冲锋口，受压面的外侧端部形成一个与缸体的内壁密闭贴合的贴合端。活塞槽的一端形成一与受压面滑动配合的滑动壁，与滑动壁相对的一端形成一枢接端，活塞槽外侧形成一个与活塞槽的底壁正对且用于供活塞转出的开口部；活塞上与受压面正对的一端形成一个枢接于枢接端内部转动端。活塞的内表面、活塞槽的底壁以及滑动壁共同围成一个内腔室，活塞上设置有一将内腔室与缸体内腔导通连通孔。缸体上设置有外排气孔和内排气孔，该外排气孔用于将缸体的内腔与外界环境连通，当内腔室转动至内排气孔时，内排气孔将内腔室与外界环境连通。在顺时针方向上，转子上任一点从上止点或下止点转动至与其紧邻的内排气孔的角度为θ1，30≤θ1≤70；在顺时针方向上，转子上任一点从上止点或下止点转动之与其紧邻的外排气孔的角度为θ2，30≤θ2≤90。缸体上还安装有一位于两个燃烧室的燃气冲锋口处的旋转式正时气门，该旋转式正时气门包括与缸体转动连接的枢接部、以及均匀分布于枢接部外围用于遮挡燃气冲锋口的多个第一遮挡部、均匀分布于枢接部外围用于封堵空气进口的多个第二遮挡部，第二遮挡部与第一遮挡部在枢接部的圆周方向相互错开，相邻的两第一遮挡部之间形成一个第一开口部，相邻的两第二遮挡部之间形成一个第二开口部；当其中一个第一遮挡部遮挡其中一个燃气冲锋口时，与该第一遮挡部相对的第一开口部位于另一个燃气冲锋口和缸体内腔之间；在同一个燃烧室内，第一遮挡部遮挡燃气冲锋口时，第二开口部避让空气进口。本发明的有益效果在于：相比于传统的往复活塞式发动机，在功率相当的情况下，本发明的体积明显缩小，相比现有的转子发动机，本发明无需设置正时齿轮、凸轮轴、摇臂、气门等复杂的配气机构，简化了转子发动机的结构，易于维修保养。附图说明图1为本发明的结构示意图；图2为图1中A处的放大视图；图3为图1中缸体的内壁轮廓示意图；图4为本发明旋转式正时气门的结构示意图。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：如图1、2、3所示，为本发明的一种转子发动机，其包括缸体10、转子20、以及六个活塞30，其中，缸体10的任意径向截面截取的缸体10的内壁均形成一个封闭的轮廓线，该轮廓线的顶端部形成一个上止点a、底端部形成一个下止点b，上止点a和下止点b与缸体10的中心轴之间的距离为r，上止点a至下止点b、下止点b至上止点a之间均形成一个渐变弧线，即弧线ab、弧线ba均为渐变弧线，其二者的形状一致，弧线ab上具有一顶点c，弧线ba上具有一顶点d，其中，在顺时针方向上，弧线ac为一渐开段，即其与缸体的中心 轴o的距离逐渐增大；在顺时针方向上，弧线cb为一渐合段，即其与缸体的中心轴o的距离逐渐减小，同样的，弧线bd为与弧线ac形状一致的渐开段，弧线da为与弧线cb形状一致的渐合段。缸体10上设置有两个并排排列的燃烧室12，燃烧室12内设置有火花塞123和喷油嘴122，缸体10上位于上止点a的两侧分别设置有一将燃烧室12和缸体10内腔连通的空气进口121和燃气冲锋口124，空气进口121和燃气冲锋口124在顺时针方向上顺序排列，即空气进口121在图示中位于上止点a的左侧，燃气冲锋口124则位于上止点a的右侧。缸体10上位于下止点b的两侧分别设置有一与缸体10的内腔连通的排气管14和进气管13，排气管14和进气管13在顺时针方向上顺序排列，即排气管14在图示中位于下止点的右侧，进气管13则位于下止点b的左侧。转子20位于缸体10的内腔中，其通过一转轴与缸体10枢接，转轴的轴芯与上述缸体10的中心轴o重合，即转子20能够绕缸体10的中心轴o转动，转子20的半径同样为r；该转子20的周缘设置有六个活塞槽21，该六个活塞槽21转子20的转动轴线(即缸体10的中心轴o)圆周阵列。六个活塞30一一对应的安装在六个活塞槽21中，活塞30为摇头活塞，在转子20转动时，活塞30能够在离心力的作用下，从活塞槽21中转出，在受到缸体10的内壁压迫时，活塞30能够朝向活塞槽21内转动，活塞30与活塞槽21的形状一致，即，活塞30随转子20转动到上止点a或下止点b处时，由于上止点 a与下止点b处的缸体内壁的半径与转子20的半径相等，此时，活塞30被完全收容于活塞槽21中。活塞30与活塞槽21的装配具体如下：活塞30一端形成一个受压面32，活塞30顺时针转动并且恰好越过燃气冲锋口124时，该受压面32正对燃气冲锋口124，燃烧室12内油气混合气体燃烧膨胀后正好对受压面32施压，对活塞30施加一个顺时针转动的力矩。活塞30上与受压面32正对的一端形成一个转动端31，活塞槽21的一端形成一个与受压面32滑动配合的滑动壁212，另一端形成一个供转动端31嵌置并枢接于其内的枢接端211，活塞槽21的外侧形成一个与活塞槽21的底壁213正对的开口部，该开口部用于供活塞30从活塞槽21中转出，受压面32的外侧端部形成一个与缸体10的内壁密闭贴合的贴合端35，在活塞30转动时，离心力使活塞30始终保持向外摆动的趋势，在此种情况下，贴合端35与缸体10内壁压紧并保持密封。为了确保活塞30能够顺利的从活塞槽21转出、或顺利的被缸体10的内壁压回活塞槽21，在活塞30上设置有一连通孔36，该连通孔36由活塞30的内表面33延伸至活塞30的外表面34，活塞30的内表面33、活塞槽21的底壁213以及滑动壁212共同围成一个内腔室，连通孔36将该内腔室与缸体10的内腔连通，从而使内腔室的压力与缸体10的内腔压力始终保持一致，如此一来，不会影响活塞30的径向摇摆。缸体10上设置有两个外排气孔15和两个内排气孔16，外排气孔15用于将缸体10的内腔与外界环境连通；在转子20转动过程中， 当上述的内腔室转动至内排气孔16时，内排气孔16将内腔室与外界环境连通。与上止点a对应的内排气孔16和外排气孔15的具体位置如下：在顺时针方向上，转子20上任一点从上止点或下止点转动至与其紧邻的内排气孔的角度为θ1，30≤θ1≤70，即图3中所示，内排气孔16的圆心e，直线oe与直线oa之间的夹角即为上述的θ1。在顺时针方向上，转子上任一点从上止点或下止点转动之与其紧邻的外排气孔的角度为θ2，30≤θ2≤90，即图3中所示，外排气孔15的圆心f，直线of与直线oa之间的夹角即为上述的θ2。与下止点b对应的内排气孔16和外排气孔15的位置和下止点b之间的位置关系与上述相同，在这里不做重复说明。结合图4，缸体10上还安装有一位于两个燃烧室12的燃气冲锋口124处的旋转式正时气门125，该旋转式正时气门125包括与缸体10转动连接的枢接部1251、以及均匀分布于枢接部1251外围用于遮挡燃气冲锋口124的多个第一遮挡部1252、均匀分布于枢接部1251外围用于封堵空气进口121的多个第二遮挡部1254，第二遮挡部1254与第一遮挡部1252在枢接部1251的圆周方向相互错开，相邻的两第一遮挡部1252之间形成一个第一开口部1253，相邻的两第二遮挡部1254之间形成一个第二开口部1255；当其中一个第一遮挡部1252遮挡其中一个燃气冲锋口124时，与该第一遮挡部1252相对的第一开口部1253位于另一个燃气冲锋口124和缸体10内腔之间；在同一个燃烧室12内，第一遮挡部1252遮挡燃气冲锋口124时，第二开口部 1255避让空气进口121。本发明工作过程中，活塞30顺时针恰好转过上止点a时，其中一个燃烧室12内部爆炸做功，对活塞30施加顺时针转动的力矩，转子继续转动，该活塞30开始挤压燃烧后产生的废气，并将废气从外排气孔15和内排气孔16排至外界环境中，当上述燃烧室做功完成后，旋转式正时气门125将上述做功完成的燃烧室12关闭，由空气进口121向该燃烧室12内部输入压缩空气，准备下一次爆炸做功，同时，下一个活塞30恰好转过上止点a时，另一个燃烧室12的燃气冲锋口124打开，该燃烧室12内部爆炸做功产生的力矩继续施加于该下一个活塞30上；当活塞30转动至靠近下止点b的位置时，对该活塞30爆炸做功产生的废气全部经由排气管14排干净，当该活塞30继续转过下止点b时，由于该活塞30与缸体10以及转子20围成的腔室的体积逐渐增大，因此，空气经由进气管13进入到该腔室，当活塞30转过顶点d时，该腔室的体积逐渐的缩小，被吸入的空气被压缩，并最终经过空气进口121被挤压到对应的燃烧室12中，在转子20每转动一圈的情况下，六个活塞30均受压一次，也就是说，每个燃烧室12分别做功三次，由于本发明的转子20在每转动一圈，做功六次，因此，可以极大的提高转子发动机的效率。上述技术方案中，也可以在缸体下端b处(图3)增加设置燃烧室12，使本发明的转子发动机的每一个活塞30转动一周均做功两次，进一步提高本发动机的体积—功率比。发明人通过与现有的往复活塞发动机进行对比发现：1、由于本发明的活塞不再承受推动曲轴转动的推、拉力，活塞的结构大大的简化，对活塞材料的强度要求大大降低，且整个机构在运转过程中的振动小、噪音小。2、本发明构结构简单且体积小，易维修、易保养，并利于汽车发动机舱进行其他相关部件的改进和其他有用机构的布置。本发明活塞结构简单、尺寸小，成本低，容易更换。3、动力输出均衡、紧致：在做功行程，开始爆发力大时活塞受力截面积小；做功末段爆发力小时活塞受力面积大，这样就使得动力输出均衡；本发明转子每转动一周，连续做功六次，一个做功冲程在做功末端时，下一个新的做功冲程正好开始。4、往复活塞式发动机，为了提高动，往往采用增加汽缸数量的做法，但是当汽缸数量增加，机械摩擦损耗越来越大，另，因随汽缸数量增加，连杆数量也增加，导致曲轴越来越长，增加了曲轴抗扭系数对曲轴材料的苛刻要求。而本发明动力输出就十分均质，不存在往复活塞发动机存在的上述问题。5、传统往复活塞式发动机，在进气——压缩阶段受到较大的压气阻力，压缩比越大，压缩阶段消耗的负功越大。而本发明在进气——压缩阶段，活塞正迎转向的压气截面积也逐渐减小，故整个压气行程，活塞所受压气阻力小，消耗的压气功少，从而提高了有效输出扭矩和有效输出功率。6、本发明进气——压缩行程的阻力小，因此，它在低、中转速(3000转/分以下)时的效率明显高于往复活塞式发动机。因此，本发明更适合于轿车城市路况。8、传统的往复活塞发动机，需要在每一个汽缸内设置一套喷油——点火装置，而本发明只需要在靠近缸体端部设置喷油——点火装置即可，降低了制造成本和使用中的维护成本。此外，发明人还将本发明与现有的三角转子发动机进行比较，发现本发明具有如下特性：1、三角转子发动机油耗高的一个重要原因：从转动轴心向其转子端面作一条法线，在做功行程，法线两侧受到相反旋向的燃气压力，因而，相当部分有效动力被抵消，而本发明则不存在这个问题。2、现有的三角转子发动机的活塞顶部是尖楞状，只能布置一条密封条，其密封效果较差，本发明的活塞顶部可以设计得较圆平，可以布置多条密封条，密封效果较好。3、本发明内腔室、外腔室合计的进气容积大，可以实现比三角活塞转子发动机高得多的压缩比，更有效地提高燃油效率和动力输出。4、三角转子发动机大齿轮带小齿轮的驱动方式(齿比3:1)，使得其扭矩大大降低，而本发明恰好相反，扭矩比普通往复活塞发动机明显大，扭矩比三角转子发动机更要大得多。5、本发明无需设置偏心结构，可减少转子在转动过程中对缸体的冲击力，从而减少缸体的振动。6、三角转子发动机的活塞与传动齿轮连在一起，如果需要更换活塞，则成本高昂，本发明活塞结构简单、尺寸小，成本低，容易更换。7、三角活塞转子发动机进气——压缩行程，其正迎转向的压气截面积大(比往复活塞发动机的压气截面积还要大)，因而三角活塞转子发动机进气——压缩行程动能(功率、扭矩)损耗大，而本发动机因进气——压缩行程的阻力小,因而，动能(功率、扭矩)损耗比三角转子发动机显著地小。将本发明与现有的叶片式转子发动机进行比较，发现本发明具有如下特性：1、叶片式转子发动机存在以下缺陷：(1)运转中，叶片受力的背腰部位与转子上端支撑部位楞边之间形成激烈的剐擦；以及叶片低部与转子相应支撑部形成刮擦，因此叶片容易损坏。(2)较为单薄的叶片，难以合理布置多条密封条，本发明发动机采用摇头活塞则不存上述的问题。2、相比叶片式转子发动机，本发明因采用了内、外腔室设计，其“汽缸”容积和压缩比均大为提高；且相同尺寸下，本发明的“汽缸”容积较大，因而相同尺寸下的功率、扭矩也大很多。对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。