一种旋转发动机的制作方法

本实用新型涉及一种发动机，具体地说是一种旋转发动机。

背景技术：

往复活塞式内燃机在当今世界动力范畴占据主导地位，其被广泛地用作汽车动力，然而，因其自身复杂的结构特点使该内燃机的进一步发展受到很大的限制。往复活塞式内燃机的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平衡，而且这个惯性力是按照转速平方增长的，当转速增加时，作用在轴承上的惯性负荷和某些零件的应力显著增加，由不平衡力引起的振动和噪声进一步恶化，使发动机转速的提高和比功率、比重量等性能指标的改善受到很大的限制。此外，往复活塞式内燃机的燃烧过程复杂，热效率损失大。

目前，有很多旋转式发动机设计试图改变上述现状，具有代表性的有汪克尔转子发动机，其结构大大简化，发生故障的可能性也大大减小，具有高马力容积比。然而，由于没有往复式发动机的高压缩比，该转子发动机燃烧不够充分，虽然马自达公司给转子发动机增加了单涡轮增压和双涡轮增压等装置，但也只是提高了输出马力和减少了尾气排放，还是与往复式发动机存在很大的差距。而且，汪克尔转子发动机密封复杂，其径向密封片磨损快，引擎使用一段时间之后容易因为油封材料磨损而造成漏气问题，大幅度增加了油耗与污染。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是提供一种旋转发动机，以解决现有内燃机噪音大、排放高、燃油效率低、设计复杂、成本高的问题。

本实用新型的目的是这样实现的：一种旋转发动机，包括缸体、转子、前端盖和后端盖，

在所述缸体上开有一个圆柱形内腔，所述转子容纳在所述缸体的内腔中，在所述缸体上开有分别与内腔相通的进气口和排气口，在缸体内腔的内壁上还开有一个作为燃烧室的凹槽，在所述凹槽旁边的所述缸体上设置有火花塞；

所述转子包括中心轴、圆盘、腔室隔离架和活塞；所述中心轴穿接在封挡缸体内腔的前端盖和后端盖上，两个所述圆盘的盘面相对并固定在所述中心轴上，所述腔室隔离架固定在两个圆盘之间；所述腔室隔离架包括沿圆周均布的若干弧面板，所述弧面板的板面垂直于所述圆盘的盘面且各弧面板呈风车叶片形排布，将两个圆盘之间的圆柱形空间分隔成若干形状相同、大小相等的活塞腔，每个活塞腔的截面呈类三角形；在每个活塞腔中设置一个可封挡活塞腔外端口的弧面板形的活塞，所述活塞的一端通过销轴铰接在活塞腔外端口的一边，所述活塞的另一端为自由端；在所述销轴的一端固接有连杆，在所述连杆的外端面设置有拨销，所述拨销插接在开设于后端盖内板面上的椭圆形导向槽中，以在转子转动的过程中带动活塞在活塞腔中以所述销轴为摆轴往复摆动，当活塞在活塞腔内往复摆动时，活塞的自由端与活塞腔的内壁保持接触。

转子旋转，连杆和拨销随之一起旋转，拨销随即在椭圆形导向槽内滑动，并通过连杆与销轴带动活塞在活塞腔内做往复式摆动，且拨销在导向槽内滑动一圈，与其相连的活塞在活塞腔内往复摆动两次，这两次往复摆动过程，即是活塞腔的吸气——压缩——膨胀做功——排气过程。

所述进气口和排气口位于所述缸体的底部，所述燃烧室和火花塞位于所述缸体的顶部，且所述进气口与所述火花塞位于相同侧，所述排气口和燃烧室位于另一相同侧，转子旋转一圈，活塞腔依次经过进气口、火花塞、燃烧室和排气口。

在所述圆盘的侧沿设置有密封环，在所述弧面板的外露沿上、在所述活塞与所述弧面板的接触部位、以及所述活塞与所述圆盘的接触面上分别设置有密封片。

本实用新型的旋转发动机的连续燃烧做功方法，包括以下步骤：初始驱动力驱动转子在缸体的内腔中旋转，连杆和拨销随转子一并旋转，且拨销在椭圆形导向槽内滑动，并通过连杆与销轴带动活塞在活塞腔内做往复式摆动；转子旋转一圈，活塞腔依次经过缸体的进气口、火花塞、燃烧室和排气口，对应地完成进气——压缩——点燃——推动前一活塞腔做功——排气的工作过程；当两个相邻的活塞腔均旋转至与燃烧室相通的位置时，该两个活塞腔通过燃烧室连通，后活塞腔的压缩工质混合气被挤入燃烧室内，并由燃烧室内正在燃烧的工质混合气引燃并燃烧，由此实现燃烧室内工质混合气的连续燃烧，连续燃烧的工质混合气膨胀，连续推动经过燃烧室的活塞腔逐一做功。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种类似燃气轮机循环的新型发动机，其工质燃烧连续稳定、燃烧速率快、输出功率大、动力密度高、有害排放低、燃油经济性高、最大爆发压力时力矩角度好，运转平稳、震动小、噪音低、热效率高。

本实用新型的发动机取消了往复式发动机的曲柄连杆机构和复杂的气阀机构，结构简单，无需专门设计复杂的密封和隔热结构，经久耐用，制造成本低，其旋转运动往复惯性力小，有利于转速的提高，升功率高、比重小，其比功率、比重量远远优于传统往复式发动机。

本实用新型发动机的扭矩性能好，做功时，膨胀压力直接施加在活塞腔的腔壁弧面和活塞面上，力矩传输直接有效。

由于本实用新型可实现连续稳定燃烧，因此可取消节气门采用调节喷油量的方式进行负荷调节，在处于怠速或低速运转状态时仍能保证发动机的进气冲量，改善了低速时的扭矩和燃油经济性能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的截面结构示意图。

图3是转子的另一角度结构示意图。

图4是导向连杆的结构示意图。

图5~图14是发动机的工作过程示意图。

图中：1、缸体，2、燃烧室，3、火花塞，4、进气口，5、排气口，6、缸体盖板，7、前端盖，8、后端盖，9、导向槽， 10、转子， 11、中心轴， 12、前圆盘， 13、后圆盘， 14、弧面板， 15、活塞，16、销轴，17、连杆，18、拨销。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型主要包括缸体1和设置在缸体1内的转子10。

缸体1具有一个前后贯通的圆柱形内腔，用于设置转子10，在内腔的顶壁偏左的位置处开设有与内腔连通的凹槽，作为燃烧室2，在内腔的顶壁偏右的位置处设有火花塞3，火花塞3位于燃烧室2的右侧，其末端伸入缸体1的内腔，用于对被压缩后的工质混合气进行点火，被点燃的工质混合气进入燃烧室2内燃烧。在缸体1的底部开设有进气口4和排气口5，进气口4位于排气口5的右侧，两者均与内腔连通，进气口4作为工质混合气进出内腔的通道，排气口5作为燃烧后的废气工质的排放通道。

在缸体1的前端口设置有缸体盖板6，缸体盖板6为与缸体1的端面形状相同、尺寸相等的薄板，在缸体盖板6上与内腔相对的位置开设有圆形通孔，缸体盖板6通过螺钉固定连接在缸体1的前端口，采用这样的结构可便于内腔结构的加工。在缸体盖板6的前端设置有前端盖7，在缸体1的后端口设置有后端盖8，在后端盖8的前侧面上开设有椭圆形的导向槽9。

在缸体1的内腔中设置有转子10，转子10呈圆柱形，其尺寸与内腔的尺寸相合，其结构包括两个盘面相对的圆盘、中心轴11、腔室隔离架和活塞15。

圆盘的直径与内腔的直径基本相等，以使圆盘的边沿可与内腔壁接触同时又不影响圆盘在内腔中转动，两个圆盘分别为前圆盘12和后圆盘13，中心轴11的前端穿过前圆盘12的中心后从缸体1的前端盖7穿出，中心轴11的后端穿过后圆盘13的中心后连接到缸体1的后端盖8上，且穿过椭圆形导向槽9的中心。

在中心轴11上设置有腔室隔离架，腔室隔离架的一端固定连接在前圆盘12上，另一端固定连接在后圆盘13上。如图2所示，腔室隔离架包括四片（也可以是五片、六片或更多片）形状相同、尺寸相等且沿圆周均布的弧面板14，每个弧面板14的板面都垂直于圆盘的盘面，四个弧面板呈风车叶片形排布，且每个弧面板14的外露沿都无限趋近于缸体1的内腔壁，从而将前、后圆盘之间所夹的空间分隔成四个形状相同、尺寸相等的活塞腔（与弧面板的数量相对应，活塞腔的数量也可以是五个、六个或更多个）。活塞腔的截面呈类三角形，类三角形是指三条边均为弧形边的三角形，活塞腔两侧的弧面板14即为活塞腔的腔壁。

在每个活塞腔中分别设置有可封挡活塞腔外端口的弧面板形活塞15，活塞15的两个侧沿分别与活塞腔的腔壁接触，且活塞15的外板面与弧面板14的外露沿在同一圆周面上。活塞15的一条侧沿（即活塞的铰接端）通过销轴16连接在两个圆盘之间，该销轴16即为活塞15在活塞腔内做往复摆动的摆轴；活塞15的另一条侧沿（即活塞的自由端）可在外力作用下沿活塞腔的内侧壁滑动，活塞15可随转子10的转动在与其相应的腔室内做靠近中心轴11和远离中心轴11的摆动，活塞15摆动至离中心轴11最近的位置为活塞15的内止点，活塞15回复至活塞腔外端口的位置为活塞15的外止点。

如图3所示，在每个销轴16的后端分别连接有连杆17，连杆17位于后圆盘13的后方，其杆体贴在后圆盘13的后盘面上，在连杆17上设置有拨销18，拨销18插接在后端盖8上的导向槽9中，且拨销18可在导向槽9内滑动，销轴16、连杆17和拨销18共同形成活塞15的导向连杆结构，如图4。

当转子10旋转时，销轴16随之转动，并带动连杆17和拨销18转动，此时，拨销18开始在导向槽9内滑动，由于拨销18的运动轨迹形状（呈椭圆形）与销轴16的运动轨迹形状（呈圆形）不同，故销轴16会在拨销18的带动下与圆盘发生相对转动，并带动其上的活塞15在活塞腔内摆动。转子10旋转一周，拨销18在导向槽9内滑动一圈，活塞15在活塞腔内往复摆动两次，这两次往复摆动对应活塞腔的进气——压缩——点燃——膨胀做功——排气过程。

如图8所示，当前一活塞的末端尚未离开燃烧室，而后一活塞的前端已到达燃烧室时，前后两个活塞腔通过燃烧室连通，后一活塞腔内的压缩工质混合气迅速流入燃烧室中，并被燃烧室内正在燃烧的工质混合气引燃。因此，发动机启动以后，火花塞3无需再进行点燃就可以完成混合气的点燃，形成燃烧室内工质混合气的连续燃烧，从而使转子10连续做功。由于上述燃烧方式更加稳定，故本实用新型的发动机可采用稀薄燃烧技术，发动机可采用更高的压缩比，进而大大改善发动机的排放和燃油经济性。

本实用新型的密封结构可采用类似于现有发动机的密封润滑技术，简单耐用，成本低廉。例如，在转子10的圆盘侧沿设置密封环，在腔室隔离架的弧面板14的外露沿上、在活塞15与弧面板14的连接处、以及活塞15与圆盘接触的端面上分别设置弹簧密封片。上述的密封环与传统往复式发动机活塞环类似，依靠其膨胀力紧贴在缸体上起到密封作用；密封片可采用普通的金属密封片依靠密封槽内的弹簧和旋转时的离心力紧压在缸体的内表面上。密封结构处均有润滑油润滑，润滑油也能起到一定的密封作用。当然本实用新型的密封结构不限于上述结构，也可采用其他常用发动机密封方法。

本实用新型的散热与隔热也可采用现有的常用发动机散热与隔热技术，例如，采用水冷或风冷的方式对燃烧室2到排气口5之间的部位进行散热，可采用润滑油喷射对活塞进行散热，可在燃烧室2的内壁上和燃烧室2到排气口5之间的内腔壁上分别设置陶瓷隔热内衬或喷涂陶瓷隔热层，以降低热损失，减轻发动机的热负荷，活塞也可采用同样的方法进行隔热处理。

以上述的四个活塞腔的旋转发动机为例，将四个活塞腔按逆时针的顺序依次排序，分别为A、B、C、D，其连续燃烧做功方法如下所述。

初始驱动力驱动转子在缸体的内腔中逆时针旋转，当活塞腔A的前端转至进气口的位置处时，其内的活塞开始向腔内摆动，工质混合气从进气口进入活塞腔A中，开始进气过程，如图5中Ⅰ所示；当活塞腔A的末端离开进气口后，其内的活塞摆动至内止点，进气过程结束。

此后，转子继续转动，活塞腔A中的活塞由内止点向外摆动，以对活塞腔A内的工质混合气进行压缩，开始压缩过程；与此同时，活塞腔D的前端转至进气口的位置，开始进气过程，如图5中Ⅱ所示。

当活塞腔A转至火花塞的位置处时，火花塞点火，将活塞腔A内的工质混合气点燃，此为点燃过程，如图6所示。

活塞腔A中的工质混合气被点燃后，其前端随即转至燃烧室的位置，燃烧的工质混合气被迅速挤入燃烧室内燃烧并膨胀，活塞腔A中的活塞到达外止点；此时，位于活塞腔A前方的活塞腔B的末端尚未离开燃烧室，活塞腔A与活塞腔B通过燃烧室连通，且燃烧室内燃烧膨胀的工质混合气推动活塞腔B的腔壁做功，如图7和图8所示；当活塞腔B的末端离开燃烧室后，燃烧的工质在密闭的腔室内继续膨胀做功，如图9所示，此为工质的再膨胀做功过程，与此同时，活塞腔D完成进气过程，开始压缩过程，活塞腔C的前端即将进入进气口。

随着转子的继续转动，活塞腔A的末端逐渐转至燃烧室的位置，其内的活塞受缸内膨胀力做功逐渐向内止点摆动，开始做功；此时，活塞腔B的前端转至排气口的位置，其内的活塞摆动至内止点，此后随着转子的转动，该活塞开始向外摆动，并推动活塞腔B内的废气工质从排气口排出，开始排气过程；与此同时，活塞腔C转至进气口的位置，开始进气过程，如图10所示；活塞腔D继续进行压缩过程，并逐渐靠近燃烧室。

如图11所示，当活塞腔D的前端转至燃烧室的位置处时，活塞腔A的末端尚未离开燃烧室，活塞腔A内的活塞膨胀做功向内止点摆动，活塞腔D内的工质混合气被迅速挤入燃烧室中，并被燃烧室内正在燃烧的工质混合气引燃，此为活塞腔D的混合气工质点燃过程，燃烧室内燃烧膨胀的工质混合气推动活塞腔A的腔壁做功，继续膨胀做功过程。

当活塞腔A的末端离开燃烧室后，燃烧的工质在密闭的腔室内继续膨胀做功，此为工质的再膨胀做功过程，这样能进一步增加发动机的热效率，降低排气温度；与此同时，活塞腔B的末端离开排气口，排气过程结束，开始进入下一循环；活塞腔C完成进气过程，开始压缩过程；活塞腔D开始膨胀做功过程，如图12所示。

当活塞腔A的前端进入排气口的位置处时，其内的活塞摆动至内止点，此后随着转子的转动，该活塞开始向外摆动，并推动活塞腔A内的废气工质从排气口排出，开始排气过程；此时，活塞腔B的前端转至进气口的位置，开始进气过程，活塞腔C继续压缩过程，并逐渐向燃烧室靠近，活塞腔D继续膨胀做功过程，如图13所示。

当活塞腔A的末端离开排气口时，其内的活塞到达外止点，排气过程结束，即将进入下一循环；活塞腔D即将进入排气过程，活塞腔C即将进入膨胀做功过程，活塞腔B即将进入压缩过程，如图14所示。

在上述过程中，只有第一次点燃需要使用火花塞，发动机正常运转以后，转子每旋转一圈，每个活塞腔都完成一次进气——压缩——点燃——推动前一活塞做功——排气的工作过程，且活塞腔转至燃烧室的位置处时，其内的未燃工质混合气可直接被燃烧室内的燃烧气体引燃，不再需要火花塞点火，使得燃烧室内的工质混合气的燃烧是连续不间断地，从而实现连续燃烧膨胀做功。