亚低副转子发动机的制作方法
【专利摘要】亚低副转子发动机由缸体1、转子2、传动轴3、左端盖4、右端盖8、密封轴5、进(排)气阀7和传动机构9等构成。缸体1内表面、转子2的两个弧形面、左端盖4、右端盖8和密封轴5共同构成两个容积反向变化的工作室。工作室中的高压气体作用于转子2而产生扭矩。转子2上的密封轴5与缸体1的内表面形成近似的面密封，增加了密封的可靠性。初始燃烧室在燃烧初期会产生较大的初始力矩，避免了死点的困扰，提高了效率。
【专利说明】
亚低副转子发动机[0001]本发明属于发动机领域。[0002]
【背景技术】
:目前市场上普遍使用的发动机是曲柄活塞发动机，这种发动机的连杆和活塞为往复运动件，工作时会产生冲击惯性且难以消除，影响速度和效率的提高。而转子发动机因无往复运动件及其产生的冲击惯性而受到业界的重视，但到目前为止，转子发动机在市场上还无普遍使用的机型，只有三角转子发动机在特殊场合有少量应用。三角转子发动机是由三角型转子和8字型缸体构成，三角型转子外表面与缸体内表面及端盖构成燃烧室，转子每转一周，就有三次压缩和膨胀。这种发动机的转子与缸体间是高副接触，虽有转速高，运动平稳等优点，但磨损快，容易漏气，燃烧不充分等难以克服的缺点，制约了它的普及。
[0003]本发明的目的是提供一种转子与缸体间是近似低副接触、密封可靠的高效率的发动机。
[0004]实施方案是:
[0005]图1是本发明的缸体图
[0006]图2是本发明的转子图
[0007]图3是本发明的传动轴图
[0008]图4是本发明的左端盖图
[0009]图5是本发明的密封轴图 [〇〇1〇] 图6是本发明的组合式密封轴图
[0011] 图7是本发明的组合密封轴的密封片图 [〇〇12] 图8是本发明的进(排)气阀图
[0013]图9是本发明的带回转形凹坑的初始燃烧室的转子图
[0014]图10是本发明的带矩形凹坑的初始燃烧室的转子图
[0015]图11是本发明的结构图
[0016]图12是本发明的缸体内表面的包络曲线图
[0017]图13是本发明的工作室的容积变化图
[0018]图14是本发明的初始燃烧室与点火位置图
[0019]图15是本发明的最佳方案图
[0020]图16是本发明的右端盖图
[0021]见图11，本发明由缸体1、转子2、传动轴3、左端盖4、右端盖8、密封轴5、进(排) 气阀7及传动机构9等构成。缸体1 (见图1)下半部左右各一个进(排)气阀座3 (缸体下部的两个凸起部分)，进(排)气阀座3上有与缸体1同轴向的回转形阀孔5和相联通的阀轴孔6,缸体1的内表面有与阀孔5相联通的圆形或两端为圆弧的长条形(沿缸体1轴向设置)进(排)气孔4;缸体1的内表面的截面曲线是由圆弧线1和包络曲线2构成，两线的交点是A和B(AB的上部为包络曲线2，AB下部为圆弧线1)，圆弧线1的半径为R，包络曲线2的形状与密封轴5的圆心的运动轨迹有关，其关系后面详叙。转子2见图2,其外形由两个平面5和两个圆弧面3构成；平面5形如橄榄，两侧是与缸体1的内表面的圆弧面1同一圆心且半径不大于其半径的圆弧面3 ;中部有截面为矩形的贯通的长条孔2,长条孔2 与圆弧面3相对的两个面为滑动面4 ;橄榄形的尖端有两个密封轴孔1，密封轴孔1为回转形(未闭合)，有开口 6,可使密封轴5的密封面1外露。传动轴3见图3,由滑块1和轴部 2构成，滑块1位于轴部2的中部；滑块1为长方体，两侧有滑动面3 ;轴部2为回转体。传动轴3即可以做成一体的，也可以将滑块1和轴部2分开制作，而后组合。左端盖4见图4， 其形状为圆形或非圆形，上面有一个偏心的轴承孔1。右端盖8见图16,其形状为圆形或非圆形，上面有一个偏心的轴承孔1，其下部有与缸体1的进(排)气阀座形状相同的两个凸肩3,上有进(排)气阀轴孔2各一个。密封轴5见图5,其形状为两端是平面的回转体，上有一密封面1，密封面1是用半径不大于缸体1的内表面的圆弧面1半径的圆弧面或相近的曲面沿回转体轴向切割而形成的圆弧面或相近的曲面。进(排)气阀7见图8,由阀体1 和阀轴2构成，阀体1为回转体，其圆弧面上有贯通的圆形或两端为圆弧的长条形进(排) 气孔3,阀轴2与阀体1相连并同轴，阀体1与阀轴2可以是一体的，也可以是由两个单体构成的组合体。传动机构9为齿轮机构或皮带机构、链条机构、槽轮机构。
[0022]见图11，左端盖4和右端盖8分别固定在缸体1的左右两侧；传动轴3的轴部2分别安装在左端盖4和右端盖8的轴承孔1中，并与之形成转动副关系；转子2的长条孔2套在传动轴3的滑块1上，两者的接触面形成移动副关系，转子2的两侧的平面5 (见图2)分别与左端盖4和右端盖8内表面紧密接触，并形成动密封关系；密封轴5安装在转子2的密封轴孔1中，并与之形成动密封关系，其密封面1从密封轴孔1的开口 6露出与缸体1的内表面紧密接触，并形成动密封关系，其两端分别与左端盖4和右端盖8的内表面紧密接触， 并形成动密封关系；进(排)气阀7的阀体1安装在缸体1的阀孔5内，与之各面紧密接触， 形成动密封关系，阀轴2安装在右端盖8的阀轴孔2内，与之形成转动副关系；传动机构9 两端分别连接传动轴3和进(排)气阀7的阀轴2,将传动轴3的转速和扭矩传给进(排) 气阀7。
[0023]在图11中，转子2的圆弧面、缸体1的内表面、左端盖4和右端盖8内表面、密封轴5的外表面共同构成两个容积反向变化的工作室6。转子2在转动时，带动密封轴5 —起转动，自身在传动轴3的滑块1上滑动，密封轴5的密封面1沿缸体1的内表面滑动并自身在转子2的密封轴孔1中转动。传动轴3随转子2转动的同时，带动进(排)气阀7按一定的转速比转动。
[0024]见图12,密封轴5的圆心(03或04)运动轨迹(以点代替轴线)是由圆弧线和亚圆曲线构成，两线的交点分别是C和D点(CD的上部为亚圆曲线，CD下部为圆弧线)。圆弧线的半径为R_h (h是密封轴5圆心到密封面1的距离)，圆心为仏。圆弧线、亚圆曲线与CD的长度有如下的关系:任何一条过传动轴3的旋转中心02的直线与圆弧线和亚圆曲线相交， 其两个交点(〇3或〇4)的距离都是相等的。即:
[0025](1)0304= CD
[0026](2) (CD/2)2= (R-h) 2-〇A2(h是密封轴圆心到密封面的距离，见图5)按图12所示，设密封轴5的圆心(04)在亚圆曲线上移动，其坐标为(X，Y)，则亚圆曲线符合下式:
[0027]⑶X2+y2= (CD-0 203)2(当密封轴5的圆心03在亚圆曲线上移动时，式中的03可换成〇4)
[0028](4) 02032= 0 "/+ (R-h)2-2〇A* (R-h) COS a (当密封轴 5 的圆心 03在亚圆曲线上移动时，式中的〇3可换成〇4)
[0029]缸体1内表面的截面曲线的包络曲线2是密封轴5的圆心(03或0 4)沿亚圆曲线运动时，其密封面1的截面曲线产生的一组包络线(见图12)。当密封轴5圆心(03或04) 位于C或D点时，其密封面1的上交点(密封面1与回转面相交处)分别与缸体1内表面的截面曲线的A点和B点重合或相近位置。
[0030]图13中的三个图表示了转子在转动过程中的三个位置，也显示了工作室1容积的变化过程。转子每转一周，两个工作室1的容积都要发生一次由大到小又由小到大的变化过程。由大到小的变化过程为发动机的压缩过程或排气过程，由小到大的变化过程为发动机的膨胀过程(做功过程)或吸气过程。由于两个工作室1的容积反向变化，因此当一个工作室1进入压缩过程或排气过程，另一个工作室1就进入膨胀过程(做功过程)或吸气过程。进(排)气阀7在压缩过程和膨胀过程关闭，在吸气过程和排气过程打开。进(排) 气阀7的进(排)气孔3转到与缸体1进(排)气孔4相通的位置时，为打开状态，否则为关闭状态。
[0031]传动轴3如何获得扭矩呢？参照图13中间图可以看出:以传动轴3的旋转中心 〇2为分界点，将转子2分为两部分，这两部分的长度是不一样的。当工作室1中的燃油燃烧时，产生的高压气体作用于转子2的圆弧面，在其两部分产生的力和力矩也是不同的，其力矩差就是推动传动轴3旋转的力矩。
[0032]为了进一步提高本发明的发动机的扭矩和效率，需在转子2的两个圆弧面上各设置一个初始燃烧室，初始燃烧室1的形状可以是由直线和圆弧线构成的近似于矩形的凹坑 (见图8)，也可以是回转形的凹坑(见图9)。当转子顺时针旋转时，两个初始燃烧室1的中心分别位于转子2的圆弧面3的ab段和cd段(见图8、图9、图10)，d和b两点为转子2 的两个圆弧面3的交点)，但不包括abed四点。当转子逆时针旋转时，两个初始燃烧室1的中心分别位于转子2的圆弧面3的be段和ad段，也不包括abed四点。初始燃烧室1与点火位置见图14,图示位置是下面的工作室压缩终点位置(上面的工作室膨胀终点的位置)， 这时初始燃烧室1与火花塞2 (或喷嘴)相对，大部分压缩气体聚聚在初始燃烧室1，一小部分压缩气体在转子2与缸体1之间的圆弧型窄缝中，这时点火，初始燃烧室1中的可燃气体会迅速燃烧(窄缝中的燃气因空间小引燃距离长不会马上燃烧)，燃气的推力F会产生初始力矩M:
[0033](5)M = F*〇A*SINa
[0034]当初始燃烧室1转过一定角度，燃气将充满整个工作室6。
[0035]初始力矩使发动机摆脱了死点的困扰，并提高了效率。活塞发动机和三角转子发动机都存在死点问题。
[0036]因缸体1的内表面的曲面2不是圆柱形，因此，密封轴5的密封面1与缸体1的内表面曲面2间不是严格的面密封，而是近似的面密封，难免流体泄漏。为防止泄漏，要将密封轴5做成如图6所示的组合式密封轴，组合式密封轴由密封轴体1和密封片2组成，密封轴体1与图5的密封轴5外形相同，但有在密封面1上开口的U型槽，U型槽的中心线与密封面1的圆心相交，U型槽中有密封片2,两者的侧面紧密接触，构成动密封关系。密封片2 是由密封条部分1和弹簧部分2构成，密封条部分1是矩形片状物，上有一圆弧面，圆弧面半径不大于缸体1的圆弧面半径，弹簧部分2即可以是片状形的也可以是其他形状。密封条部分1和弹簧部分2可以是一体的，也可以是分开的。弹簧部分2与密封轴体1上U型槽底部相抵，密封条部分1的曲面3与缸体1的内表面紧密相贴，构成动密封关系。密封条部分1的两个侧面分别与左端盖4和右端盖8紧密接触，构成动密封关系。
[0037]用本发明制作的发动机，是通过高压燃气作用在转子上产生的力矩差推动传动轴旋转，无往复件(活塞、连杆)，避免了往复件的冲击惯性产生的无用功耗，提高了速度和效率。通过初始燃烧室的设置，避免了死点，提高了扭矩和效率。通过组合密封轴的设置，实现了近似的面密封，避免了三角转子发动机的转子与缸体的高副密封、不耐磨损的问题，提高了可靠性。
[0038]用本发明制作发动机的最佳实施方案是:见图15,采用组合密封轴，密封片至少两片，这样就提高了密封的可靠性。采用初始燃烧室，公式M = F*〇A*SINa看出:在力不变的情况下，a角越大，力矩就越大，加大a角可提高初始力矩。密封轴的密封面尽量大些，这样接触面就大，有利于密封。大规格缸径的发动机密封轴尺寸较大，有利于增加密封轴的密封面。四冲程发动机最好采用两个机组并列组合，将两个传动轴连成一体，这样每转都有两个工作室进行作功过程，无空转。
[0039]应用本发明的制作的发动机也有冷却系统、燃料供给系统、火花塞(或喷嘴)、润滑系统等，但由于不在本发明的创新之列，故不赘述。
【主权项】
1.本发明由缸体1、转子2、传动轴3、左端盖4、右端盖8、密封轴5、进(排)气阀7和 传动机构9等构成，其特征在于:左端盖4和右端盖8分别固定在缸体1的左右两侧；传动 轴3的轴部2分别安装在左端盖4和右端盖8的轴承孔1中，并与之形成转动副关系；转子 2的长条孔2套在传动轴3的滑块1上，两者的接触面形成移动副关系，转子2的两侧的平 面5分别与左端盖4和右端盖8的内表面紧密接触，并形成动密封关系；密封轴5安装在转 子2的密封轴孔1中，并与之形成动密封关系，其密封面1从密封轴孔1的开口 6露出与缸 体1的内表面紧密接触，并形成动密封关系，其两端分别与左端盖4和右端盖8的内表面紧 密接触并形成动密封关系；转子2的圆弧面、缸体1的内表面、左端盖4和右端盖8内表面、 密封轴5的外表面共同构成两个容积反向变化的工作室6 ;进(排)气阀7的阀体1安装 在缸体1的阀孔5内，与之各面紧密接触，形成动密封关系，阀轴2安装在右端盖8的阀轴 孔2内，与之形成转动副关系；传动机构9两端分别连接传动轴3和进(排)气阀7的阀轴 2〇2.如权利要求1所述的缸体1的下半部有进(排)气阀座3各一个，进(排)气阀座 3上有与缸体1同轴向的回转形阀孔5和相联通的阀轴孔6,缸体1的内表面有与阀孔5相 联通的圆形或两端为圆弧的长条形进(排)气孔4 ;缸体1的内表面的截面曲线是由圆弧线 1和包络曲线2构成，两线的交点是A和B，圆弧线1的半径为R，包络曲线2的形状与密封 轴5的圆心的运动轨迹有关；密封轴5的圆心(03或04)运动轨迹是由圆弧线和亚圆曲线构 成，两线的交点分别是C和D点；圆弧线的半径为R-h，圆心为01;圆弧线、亚圆曲线与CD的 长度有如下的关系:任何一条过传动轴3的旋转中心02的直线与圆弧线和亚圆曲线相交， 其两个交点(〇3或〇4)的距离都是相等的；即:即:(1)0304= CD(2)(CD/2)2= (R-h) 2-〇A2密封轴5的圆心(04)在亚圆曲线上移动，设其坐标为(X，Y)，则亚圆曲线符合下式:(3)X2+y2= (CD-0 203)2(当密封轴5的圆心03在亚圆曲线上移动时，式中的03可换成〇4)(4) 02032=(R-h) COS a (当密封轴5的圆心03在亚圆曲线上移动 时，式中的〇3可换成〇4)缸体1内表面的截面曲线的包络曲线2是密封轴5的圆心(03或04)沿亚圆曲线运动 时，其密封面1的截面曲线产生的一组包络线；当密封轴5圆心(03或04)位于C或D点时， 其密封面1的上交点分别与缸体1内表面的截面曲线的A点和B点重合或相近位置。3.如权利要求1所述的转子2的外形由两个平面5和两个圆弧面3构成；平面5形如 橄榄，两侧是与缸体1的内表面的圆弧面1同一圆心且半径不大于其半径的圆弧面3 ;中部 有截面为矩形的贯通的长条孔2,长条孔2与圆弧面3相对的两个面为滑动面4 ;橄榄形的 尖端有两个密封轴孔1，密封轴孔1为回转形(未闭合)，有开口 6。4.如权利要求1、3所述的转子2的两个圆弧面3上各有一个初始燃烧室，初始燃烧室 1的形状是由直线和圆弧线构成的近似于矩形的凹坑或回转形的凹坑。当转子顺时针转子 2顺时针(逆时针)旋转时，初始燃烧室1中心位于圆弧面3的ab (be)段和cd(ad)段，但 不包括abed四点。5.如权利要求1所述的传动轴3由滑块1和轴部2构成，滑块1位于轴部2的中部； 滑块1为长方体，两侧有滑动面3 ;轴部2为回转体；传动轴3即可以做成一体的，也可以将 滑块1和轴部2分开制作，而后组合。6.如权利要求1所述的密封轴5形状为两端是平面的回转体，上有一密封面1，密封面 1是用半径不大于缸体1的内表面的圆弧面半径的圆弧面或相近的曲面沿回转体的轴向切 割而形成的圆弧面或相近的曲面。7.如权利要求1所述的密封轴5是由密封轴体1和密封片2构成的组合式密封轴，密 封轴体1的U型槽中有密封片2,两者的侧面紧密接触，构成动密封关系；密封片2的弹簧部 分2与密封轴体1上U型槽底部相抵，密封片2的曲面3与缸体1的内表面紧密相贴，构成 动密封关系；密封片2的两个侧面分别与左端盖4和右端盖8紧密接触，构成动密封关系。8.如权利要求7所述的密封轴体1与权利要求6所述的密封轴5外形相同，但在密封 面1上有开口的U型槽，U型槽的中心线与密封面1的圆心相交。9.如权利要求7所述的密封片2是由密封条部分1和弹簧部分2构成，密封条部分1 是矩形片状物，上有一圆弧面，圆弧面半径不大于缸体1的圆弧面半径，弹簧部分2即可以 是片状形的也可以是其他形状；密封条部分1和弹簧部分2可以是一体的，也可以是分开 的。10.如权利要求1所述的进(排)气阀7,由阀体1和阀轴2构成，阀体1为回转体，其 圆弧面上有贯通的圆形或两端为圆弧的长条形进(排)气孔3,阀轴2与阀体1相连并同 轴，阀体1与阀轴2可以是一体的，也可以是由两个单体构成的组合体。
【文档编号】F02B53/04GK105986886SQ201510096943
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月5日
【发明人】刘海洋
【申请人】刘海洋