专利名称：曲线轮转子机的制作方法
技术领域：
本发明属动力机械领域。
本发明涉及一种曲线轮转子机，它结构简单，且具有纯滚或啮合滑滚特性。
背景技术：
目前，世界上普遍使用的发动机还是往复式活塞发动机，工作时活塞在气缸里做往复直线运动，为了把活塞的直线运动转化为旋转运动，必须使用曲柄连杆机构，机构组成复杂，零件多，曲轴等零件结构工艺性差，活塞往复运动产生的往复惯性力造成系统振动，转化效率较低。转子机则不同，它将可燃气的燃烧膨胀力直接驱动形成旋转运动，转化效率较高；燃气轮机虽效率高，输出转速有限且结构复杂。相比，转子发动机机构相对简单，有输出转速高的潜能，适用范围较广。20世纪50年代，联邦德国工程师费利克斯·汪克尔(Felix Wankel)在前人的研究基础上解决了一些关键性的技术，从而发明了三角活塞旋转式发动机(简称汪克尔型转子发动机)。在得到专利许可后，60年代美国、日本、英国等相继研制汪克尔型转子发动机。由于在研制过程中普遍出现了如气缸壁的振纹问题(即使采用超硬材料也难以解决，致使成本增加)等有关的结构、材料的工作可靠性和使用寿命等一系列问题，于是各国放弃了研究。综合来说，转子发动机具有小的体积、轻的重量、简单的结构，有比同排气量往复活塞发动机更大的动力、动力平顺、振动与噪音都较往复活塞发动机小，具有超高转速的潜力等。然而，目前还有极少数几家公司生产这种产品。由于其结构上固有的难以解决的缺陷，即使采用复杂而先进的“外围”技术，其性能也没有根本改善，注定其综合性能与往复式活塞发动机相比没有明显优势，难以推广。多年来工程人员还提出过许许多多其它转子发动机的创新结构，由于体制，工艺，结构等等多方面的因素，加上往复式活塞发动机性能有所提高，至今还没有一种转子发动机大面积推广。
发明内容
本发明提供一种新型结构型式的曲线轮转子机(也称滑滚圆弧触面曲线轮旋转式发动机)，本发明曲线轮转子机其主体内腔和转子具有纯滚或啮合滑滚特性，由其结构功能扩展可构成的转子机包括发动机、泵、压缩机、变速机等动力机。可以根据功率大小，设计转子排量和转子数不同的内燃连续燃烧转子发动机。
本发明解决其技术所采用的技术方案是在缸体内腔中，装有与缸体内腔配合的曲线转子共同构成转子付，缸体上有两个或两个以上关键的圆弧面(整体式缸体)或有两个或两个以上关键的“滑块滚轮”(组合式滑滚轮缸体)，缸体内腔与转子共同限定出大小可变化的两个或两个以上工作容积内腔，缸体内腔中还装有与曲线转子配合的传动机构，当曲线转子旋转时，可完成进气、压缩、作功和排气过程；同时转子与传动机构运转有等速和变速的关系可制成变速机，在缸体或端盖上或中隔板(多转子发动机结构)设置与内腔相通的进出口，传动机构与动力设备或其它机构相联，用以传递能量，转子付各表面设有密封装置。
本发明曲线轮转子机包括泵、压缩机、变速机等动力机；在缸体上设置相应的点火器和喷射器，与燃油燃气供给，进排气，润滑，冷却，电子电器控制等系统构成曲线轮转子内燃发动机；由于转子具有纯滚或滑滚特性还可采用陶瓷等绝热材料制成绝热发动机。
本发明曲线轮转子机的每一对转子付由内表面是圆弧面或“滑块滚轮”面的缸体和外表面由“轨道面”的曲线转子组成，缸体上的圆弧面或“滑块滚轮”与曲线转子外表面接触。壳体和转子表面包围着的2个以上工作容积，当转子旋转时，由于转子中心偏转而发生容积变化，从而完成进气、压缩、作功和排气过程。可以根据不同需要，设计转子排量和转子数不同的发动机。
本转子机的主要组成部分有缸体、转子、端盖、中隔板(多转子结构)、传动盘和偏心轴颈主轴等。转子付各相关面上需要密封内腔圆弧面与转子；“滑块滚轮”与内腔；转子端面与端盖；中隔板与内腔、端盖等，可采用紧压密封，间隙层密封，弹性密封，油密封，轴密封等。转子付各相关面上需要润滑和冷却，可设置润滑油道和冷却水道，为了便于理解本发明原理主结构，图中未详细画出全部结构。
本发明的有益效果是结构简单紧凑，易制造，运转可靠，本发明内燃发动机可适应多种现有燃料及未来新型燃料，有助于开发和利用新的清洁燃料以缓解世界能源压力。
下面结合附图对本发明作进一步说明图1-1至图1-12是本发明曲线轮转子机总原理图；图2-1至图2-4是本发明曲线轮转子内燃发动机(实施例一)横剖面图；图3是本发明曲线轮转子内燃发动机(实施例一)图2-1至图2-4中A-A剖面图；图4-1至图4-4是本发明曲线轮转子内燃发动机(实施例二)横剖面图；图5是本发明曲线轮转子内燃发动机(实施例二)图4-1至图4-4中B-B剖面图；图6-1至图6-4是本发明曲线轮转子内燃发动机(实施例三)横剖面图；图7是本发明曲线轮转子内燃发动机(实施例三)图6-1至图6-4中C-C剖面图；图8-1至图8-4是本发明曲线轮转子机(实施例四)横剖面图；图9-1是本发明曲线轮转子机(实施例四)图8-1至图8-4中D-D剖面图；图9-2是本发明圆弧轮转子机变速机(实施例五)同图8-1至图8-4中D-D剖面图；图10-1至图10-6是本发明曲线轮转子机内腔结构与曲线轮转子啮合示意简图；图11-1至图11-6是本发明曲线轮转子机传动机构结构示意简图；图12-1至图12-3是本发明曲线轮转子机多转子结构示意简图。
图1-1至图1-12中，L0缸体内腔轮廓线；L1转子外轮廓线；m传动机构总成；r滚轮轮廓线；r1转子工作圆弧线段；v1、v2、v3、v4、v5为各工作容积内腔，dj为“近距点”；dy为“远距点”。
本发明主要零部件和标识有1缸体；2转子；3滑滚轮；3’圆弧滑滚块；4喷嘴；5火花塞；6进口单向阀；7出口单向阀；6’进气门；7’排气门；8传动轴；8’偏心轴颈；9端盖；10中隔板(多转子结构)；12传动盘；14配气机构。
具体实施例方式
总原理图中，转子轮廓线L1采用与缸体内腔圆弧r瞬时滑滚包络啮合形成是一条连续的凹凸闭环曲线，本发明称为“轨道线”，由“轨道线”形成转子“轨道面”，“轨道线”上的“点集”集合中距离主轴中心最近点称“近距点”，最远点称“远距点”。
有一对“近距点”dj，“远距点”dy的转子轮廓线L1可与缸体内腔两段圆弧r瞬时共轭；有两对“近距点”dj，“远距点”dy的转子轮廓线L1可与缸体内腔三段圆弧r瞬时共轭；有三对近距点”dj，“远距点”dy的转子轮廓线L1可与缸体内腔四段圆弧r瞬时共轭；有四对“近距点”dj，“远距点”dy的转子轮廓线L1可与缸体内腔五段圆弧r瞬时共轭；以此类推“轨道线”上有n对“近距点”dj，“远距点”dy的转子轮廓线L1可与缸体内腔n+1段圆弧r瞬时共轭构成本发明转子付(以下简称为1.2型；2.3型；3.4型；4.5型；……n.n+1型各类型转子付)。“轨道线”都可由圆开始演化而形成，从而其平面曲线有多种方式(几何圆弧逼近、数学解析方程式、计算机编程等)方法可绘制。图1-1、图1-2、图1-3为1.2型转子付；图1-4、图1-5、图1-6为2.3型转子付；图1-7、图1-8、图1-9为3.4型转子付；图1-10、图1-11、图1-12为4.5型转子付，可以类推n.n+1型转子付原理图，结构图。
缸体内腔轮廓线由相应的关键圆弧r，r1和包络线L0或多弧替代线或任何适宜辅助线共同组合而成。可构成整体式缸体内腔和“滑块滚轮”式缸体内腔，由缸体内腔上的圆弧线延伸可构成的“滑块滚轮”包括滚轮、滚柱、滚子、圆弧滑滚块与相应缸体结构构成的“滑块滚轮”组合式缸体内腔，包络线L0或多弧替代线与转子轮廓线L1之间应设有间隙，同一类型转子付中缸体上圆弧r，r1具有相同的半径或直径并且在缸体上等角均匀分布。
图1-1至图1-12中，图1-1、图1-2、图1-3为1.2型转子付，转子处在三个不同的位置情况，转子角度旋转α，则传动轴角度逆转1*α；图1-4、图1-5、图1-6为2.3型转子付，转子处在三个不同的位置情况，转子角度旋转α，则传动轴角度逆转2*α；图1-7、图1-8、图1-9为3.4型转子付，转子处在三个不同的位置情况，转子角度旋转α，则传动轴角度逆转3*α；图1-10、图1-11、图1-12为4.5型转子付，转子处在三个不同的位置情况，转子角度旋转α，则传动轴角度逆转4*α；随同转子旋转，则v1、v2、v3、V4、V5腔中容积大小可变化，如逐渐增大，形成真空吸入流体；如逐渐减小，压缩流体。
图2-1至2-4、图3，图4-1至4-4、图5，图6-1至6-4、图7中，进气门6’，排气门7’，进口单向阀6，排气口7，喷嘴4，火花塞5，图8-1至8-4、图9-1中，进口单向阀6，出口单向阀7，位置设在以缸体内腔中同一工作容积内腔中适当处，单向阀，进排气门可设在缸体上，侧面端盖上，中隔板上(多转子结构)，多吸入口，多排出口可组合。
各图中，传动机构与转子为偏心轴颈与孔动配合联接，转子在内腔中为纯滚或啮合滑滚运动，磨擦系数小，磨擦损失小，其运动规律为传动机构旋转一周，转子在内腔中可逆旋转1/n-1周(n取1、2、3、4、……)或一周，整机可同速变速输入输出。
转子机的转子中可装配滑动或滚动轴承与主轴轴颈相配合或转子上装配传动盘与输出轴相配合，转子相对于主轴轴心作偏心旋转运动。转子转一周，传动盘转一周或主轴逆转n-1周(n取1、2、3、4、……)，转子转速是主轴转速的1倍或1/n-1倍。
下面就本发明曲线轮转子机的工作过程结合图例作进一步说明转子偏心安装在缸体内腔中，把缸体内腔分割成两个以上密封腔，形成工作容积内腔，工作容积内腔随着转子的旋转，其容积大小发生周期性变化。工作容积内腔的容积由小到大，形成真空，则吸入流体，由大到小则压缩流体，在压缩室燃烧气体可膨胀作功，排出流体，由转子得到动力推动传动机构输出动能或传动机构得到动力推动转子，同时本机构具有定比变速功能，缸体外型可以为任何合适的形状。
1.2型转子机的相位角为180度；2.3型转子机的相位角为120度；3.4型转子机的相位角为90度；4.5型转子机的相位角为52度；(n-1).n型转子机的相位角为360/n度。就完成压缩、作功过程的设置压缩燃烧室数量划分来具体说明。
一、曲线轮转子内燃发动机实施例一参见图1-1至图1-12、图2-1至图2-4、图31.进气过程转子上一“远距点”dy，越过内腔中两圆弧r、r1或两“滑块滚轮”r、r1之间的容积内腔轮廓线中点，由联动配气机构14打开进气门6’时，净空气或空气和燃料混合气进入工作腔(也可经增压器增压进入工作腔)。
2.进气和压缩过程净空气或空气和燃料混合气继续进入直到转子上相临另一“远距点”dy，进入容积内腔，转子继续转动，进排气门关闭，腔内流体受压缩。
3.起动点燃连续燃烧作功过程在一压缩室当气体被压缩到接近最小体积时，由喷嘴4喷射需要的可燃燃料，与压缩空气形成可燃混合气，经火花塞5点燃而起动燃烧，产生的高温高压燃烧气体膨胀作功。推动转子继续转动，下一压缩室气体在被压缩到接近最小体积时，又由喷嘴4喷射需要的可燃燃料与压缩空气形成可燃混合气而可实现连续燃烧，进而连续推动转子转动。燃料有压燃性和点燃性之分，压燃性燃料原理上可不设置火花塞5，可在较高压缩比下产生的高温高压爆炸燃烧；点燃性燃料对不同压缩比具有不同的抗爆性，因此对不同的燃料最好对应合适的压缩比，以实现最佳燃烧效果。
4.排气过程由联动机构打开排气门7’，废气由此排出，并可进入涡轮增压器等增压附件，提高进气压力以提高功率。
就完成压缩、作功过程的设置压缩燃烧室数量划分，1.2型转子付可设置2个压缩燃烧室运行如图2-1；2.3型转子付可设置3个压缩燃烧室运行如图2-2；3.4型转子付可设置4个压缩燃烧室运行如图2-3；4.5型转子付可设置5个压缩燃烧室运行如图2-4；同理(n-1).n型转子付可设置n个压缩燃烧室运行。
二、曲线轮转子内燃发动机实施例二参见图1-1至图1-12、图4-1至图4-4、图51.进气过程转子上一“远距点”dy，越过内腔中两圆弧r、r1或两“滑块滚轮”r、r1之间的容积内腔轮廓线中点，打开进口单向阀6或由联动机构进口单向阀6时，净空气或空气和燃料混合气进入工作腔(也可经增压器增压进入工作腔)。
2.进气和压缩过程净空气或空气和燃料混合气继续进入直到转子上相临另一“远距点”dy，进入容积内腔，转子继续转动，进气门关闭，腔内流体受压缩，受压缩的流体经另一进口单向阀6进入相临另一工作容积内腔，直到转子上相临另一“远距点”dy，进入容积内腔，此工作容积内腔流体受压缩。
3.起动点燃连续燃烧作功过程在一压缩室当气体被压缩到接近最小体积时，由喷嘴4喷射需要的可燃燃料，与压缩空气形成可燃混合气，经火花塞5点燃而起动燃烧，产生的高温高压燃烧气体膨胀作功。推动转子继续转动，下一压缩室气体在被压缩到接近最小体积时，又由喷嘴4喷射需要的可燃燃料与压缩空气形成可燃混合气而可实现连续燃烧，进而连续推动转子转动。燃料有压燃性和点燃性之分，压燃性燃料原理上可不设置火花塞5，可在较高压缩比下产生的高温高压爆炸燃烧；点燃性燃料对不同压缩比具有不同的抗爆性，因此对不同的燃料最好对应合适的压缩比，以实现最佳燃烧效果。
4.排气过程排气口7可设置在端盖上，排气口7打开，废气由此排出，并可进入涡轮增压器等增压附件，提高进气压力以提高功率。
就完成压缩、作功过程中的设置压缩燃烧室数量划分，1.2、2.3型转子付可设置1个压缩燃烧室运行如图4-1、图4-2；3.4、4.5型转子付可设置2个压缩燃烧室运行如图4-3、图4-4；2.3型，4.5型转子付还有一个工作内腔空闲，可作为泵或压缩机使用，类推(n-1).n型转子付可视工作容积内腔数量来设置多个燃烧室完成热力循环。
三、曲线轮转子内燃发动机实施例三参见图1-1至图1-12、图6-1至图6-4、图71.进气过程转子上一“远距点”dy，越过内腔中两圆弧r、r1或两“滑块滚轮”r、r1之间的容积内腔轮廓线中点，打开进口单向阀6时，净空气或空气和燃料混合气进入工作腔(也可经增压器增压进入工作腔)。
2.进气和压缩过程净空气或空气和燃料混合气继续进入直到转子上相临另一“远距点”dy，进入容积内腔，转子继续转动，进气门关闭，腔内流体受压缩，直到转子上相临另一“远距点”dy，进入容积内腔，此工作容积内腔流体受压缩。
3.起动点燃连续燃烧作功过程在一压缩室当气体被压缩到接近最小体积时，由喷嘴4喷射需要的可燃燃料，与压缩空气形成可燃混合气，经火花塞5点燃而起动燃烧，产生的高温高压燃烧气体膨胀作功。推动转子继续转动，下一压缩室气体在被压缩到接近最小体积时，又由喷嘴4喷射需要的可燃燃料与压缩空气形成可燃混合气而可实现连续燃烧，进而连续推动转子转动。燃料有压燃性和点燃性之分，压燃性燃料原理上可不设置火花塞5，可在较高压缩比下产生的高温高压爆炸燃烧；点燃性燃料对不同压缩比具有不同的抗爆性，因此对不同的燃料最好对应合适的压缩比，以实现最佳燃烧效果。
4.排气过程排气口7可设置在端盖上，排气口7打开，废气由此排出，并可进入涡轮增压器等增压附件，提高进气压力以提高功率。
就完成压缩、作功过程中的设置压缩燃烧室数量划分，1.2型转子付可设置2个压缩燃烧室运行如图6-1；2.3型转子付可设置3个压缩燃烧室运行如图6-2；3.4型转子付可设置4个压缩燃烧室运行如图6-3；4.5型转子付可设置5个压缩燃烧室运行如图6-4；类推(n-1).n型转子付可视工作容积内腔数量来设置n个压缩燃烧室完成热力循环。
四、曲线轮转子机(泵或压缩机等)(实施例四)参见图1-1至图1-12、图8-1至图8-4、图9-11.进气过程转子上一“远距点”dy，越过内腔中两圆弧r、r1或两“滑块滚轮”r、r1之间的容积内腔轮廓线中点，打开进口单向阀6，流体进入，进口单向阀6可组合。
2.进气和压缩过程流体继续进入直到转子上“远距点”dy离开容积内腔，内腔容积达到最大时，自动关闭进口单向阀6为止。转子继续转动，转子上相临另一“远距点”dy，进入容积内腔，腔内流体受压缩。
3.排气过程腔内流体受压缩后，进口单向阀6关闭，出口单向阀7打开，流体由此排出，出口单向阀7可组合。
五、本发明曲线轮转子机内腔结构与曲线轮转子啮合示意简图参见图10-1至图10-6图10-1为整体式滚轮内腔与曲线轮转子啮合结构；图10-2、图10-3为滑滚块和相应内腔缸体构成组合式缸体与转子啮合结构；图10-4、图10-5、图10-6为“滑滚轮”包括滚轮、滚柱、滚子和相应内腔缸体构成组合式缸体与转子啮合结构。圆弧或“滑块滚轮”与转子啮合的传动压力角可为零或趋于零，运动与滚动轴承相当，如工艺需要内腔结构还可以有其它合理划分的结构。
六、本发明曲线轮转子机传动机构结构示意简图参见图11-1至图11-6图11-1为单转子变速偏心轴颈输出轴；图11-2为两孔输出盘；图11-3为双转子变速偏心轴颈输出轴；图11-4为三孔输出盘；图11-5为三转子变速偏心轴颈输出轴；图11-6为四孔输出盘；以此类推有多转子变速偏心轴颈输出轴和多孔输出盘；偏心轴颈输出轴也可由偏心轮与轴紧固而构成，多孔输出盘与转子对应多孔相联，偏心轴颈输出轴也可由偏心轮与轴紧固而构成。以上结构尺寸最好是等角均匀分布以利于动平衡。
七、本发明曲线轮转子机变速机(实施例五)参见图1-1至1-12，图9-2依据转子与传动机构运转有等速和变速的关系，传动盘与转子采用偏心轴颈联接可等速运转，从传动盘和输出轴分别输入输出构成变速机。1.2型转子付变速比为1∶-1；2.3型转子付变速比为1∶-2；3.4型转子付变速比为1∶-3；4.5型转子付变速比为1∶-4；n-1.n型转子付变速比为1∶-(n-1)，原理上为无误差变速传动，高精度加工变速比非常准确。
八、本发明曲线轮转子机可同类型或不同类型多转子组合运行参见图12-1至12-3多转子可构成泵或压缩机如图12-1、内燃发动机如图12-3、变速机如图12-2等多转子机；多转子还可构成泵或压缩机、内燃发动机、变速机等的多转子组合转子机。
权利要求
1.一种曲线轮转子机，其特征是在缸体内腔中，装有与缸体内腔配合的曲线转子，构成滑滚转子付，每对转子付由内表面是圆弧面或“滑块滚轮”面的缸体和外表面由“轨道面”的曲线轮转子组成，缸体上有两个或两个以上关键的圆弧面(整体式腔体)或有两个或两个以上关键的“滑块滚轮”(组合式滑滚腔体)，缸体内腔与转子共同限定出大小可变化的两个或两个以上工作容积内腔，缸体内腔中转子上还装有与转子配合的传动机构，当转子旋转时，可完成进气、压缩、作功和排气过程；同时转子与传动机构运转有等速和变速的关系(可制成变速机)，在缸体或端盖上或中隔板(多转子发动机)设置与内腔相通的进出口，传动机构与动力设备或其它机构相联，用以传递能量，转子付各表面设有密封装置，在缸体上设置相应的点火器或喷射器，与燃油燃气供给，进排气，润滑，冷却，电子电器控制等系统构成圆弧轮转子内燃发动机；由于转子具有纯滚或滑滚特性，可采用陶瓷等绝热材料制成绝热发动机。本发明还构成圆弧轮转子机包括泵、压缩机、变速机等动力机。
2.根据权利要求1所述的曲线轮转子机，其特征是每一对转子付由外表面是“轨道面”的曲线轮转子和内表面由圆弧面或“滑块滚轮”面和包络线或多弧替代面组合而形成的缸体组成，缸体上的圆弧面或“滑块滚轮”与曲线轮转子外表面接触。
3.根据权利要求2所述的曲线轮转子机，其特征是转子轮廓线采用与缸体内腔关键圆弧瞬时滑滚包络啮合形成，是一条连续的凹凸闭环封闭曲线，缸体由相应的圆弧和包络线或多弧替代线共同组合而成。可构成整体式缸体内腔和组合式滑滚轮内腔，“滑块滚轮”包括滚轮、滚柱、滚子、圆弧滑滚块与相应缸体结构构成的组合式“滑块滚轮”内腔。
4.根据权利要求1所述的曲线轮转子机，其特征是单转子、多转子可构成泵或压缩机、内燃发动机、变速机等转子机；多转子还可构成泵或压缩机、内燃发动机、变速机等的多转子组合转子机，设计转子机型(1.2型、2.3型、3.4型、4.5型……n.n+1型转子付)可从微型到大型系列化。
5.根据权利要求1、4所述的曲线轮转子机，其特征是转子机传动机构结构有变速偏心轴颈输出轴机构和多孔输出盘机构。
全文摘要
一种曲线轮转子机，其特征是在缸体内腔中装有曲线转子，构成转子副，每对转子副由内表面是圆弧面或“滑块滚轮”面的缸体和外表面由“轨道面”的曲线轮转子组成，转子轮廓线采用与关键圆弧滑滚包络啮合形成的凹凸闭环曲线，缸体上的圆弧面或“滑块滚轮”与曲线轮转子外表面接触。当转子旋转时内腔容积发生变化，从而完成进气、压缩、作功和排气过程。同时转子与传动机构运转有等速和变速关系；传动机构与动力设备或其它机构相联用以传递能量，设置合理的进出口，在缸体上设置相应的点火器或喷射器，与燃油燃气供给，进排气，润滑，冷却，电子电器控制等系统可构成曲线轮转子发动机，还可构成曲线轮转子机包括泵、压缩机、变速机等动力机。
文档编号F01C1/10GK1936298SQ200510029750
公开日2007年3月28日 申请日期2005年9月19日 优先权日2005年9月19日
发明者龚樱 申请人:龚樱