专利名称：转子发动机及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种转子发动机，具体涉及一种扭矩大、效率高的转子发动机。
背景技术：
目前，转子发动机的设计，主要是以定子、转子的特殊形状和转子的复合运动，来实现做功空间的封闭、大小、开放等变化。定、转子的特殊形状增加了加工难度，使用寿命也因其缩减。做功时力未完全在转子的切线上(如汪克尔式转子发动机，其转子是以摆动的形式做功，只有部分力或者说力差在切线上)，力不能完全用于做功；并且，做复合运动的转子因其形状所致，力矩不能最大化，扭矩受到很大限制，不能实现扭矩最大化。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中的缺陷。本发明提供的转子发动机，是一种节能高效的能量转换装置。本发明的一个目的是提供一种效率高的转子发动机；本发明的又一个目的是提供一种结构简单、做功稳定的转子发动机。本发明的技术解决方案是一种转子发动机，其中，包括定子,其包括封闭的壳体和位于壳体内的中空的腔体，所述壳体上设置有与外部相通的进气口和排气口 ；转子，其为凸轮式的，所述转子设置在所述定子的腔体内，且以相对于所述定子可旋转的方式设置，旋转时，转子的凸轮顶端抵靠在所述定子的内壁上；做功截止阀，其为摇臂的形状，其第一端枢接在所述壳体上，第二端选择性地抵靠在所述转子的凸轮边缘上；压缩截止阀，其设置在所述壳体上，且所述压缩截止阀上具有伸缩结构，使所述压缩截止阀选择性地伸入所述壳体与所述转子之间的空间内，以使该空间中部隔断或贯通。优选的是，所述的转子发动机中，所述转子的凸轮顶端设置可径向伸缩的滑块，滑块保持与定子内壁的抵靠。优选的是，所述的转子发动机中，所述定子的壳体内壁上设置有凹陷区域，所述凹陷区域位于做功截止阀和压缩截止阀之间，其中，转子发动机的火花塞设置在所述凹陷区域内，且所述凸轮顶端抵靠所述定子的内壁的非凹陷区域。优选的是，所述的转子发动机中，还包括分流截止阀，其设置在进气口和排气口之间，随着所述转子的旋转，所述分流截止阀的一端始终抵靠在所述转子的凸轮边缘上。优选的是，所述的转子发动机中，所述分流截止阀上具有弹性结构，以給所述分流截止阀施加其一端始终抵靠在所述转子的凸轮边缘上的力。优选的是，所述的转子发动机中，所述滑块的两侧设置有润滑油通道。优选的是，所述的转子发动机中，所述做功截止阀上设置有弹性装置，通过弹性装置压迫所述做功截止阀的第二端保持与所述转子的凸轮边缘的紧密接触。
本发明还公开了一种转子发动机的工作方法，所述转子发动机为如权利要求I中的发动机，其工作方法如下步骤一、在外力的驱动下，转子启动旋转；步骤二、在转子的凸轮顶端越过进气口时，压缩截止阀向转子滑动迅速与转子形成密封接触，以使所述壳体与所述转子之间的空间隔断；步骤四、转子继续转动，做功截止阀在压缩混合气体推动下，向外摆动至与定子内
壁重合；步骤五、转子继续转动，当转子的凸轮顶端经过做功截止阀的第二端时，做功截止阀抵靠在所述转子的凸轮边缘上，由此混合气体被压缩至做功截止阀、定子的壳体、转子的凸轮边缘、和压缩截止阀所围成的区域内； 步骤六、转子继续转动，当转子的凸轮顶端经过压缩截止阀时，将压缩截止阀顶起，此后压缩截止阀保持顶起状态，以使所述壳体与所述转子之间的空间贯通；步骤七、火花塞点燃被压缩的混合气体，燃胀的混合气体推动转子的位于分界点另一侧的转子B面，从而推动转子旋转做功，直到转子的凸轮顶端越过排气口，燃烧后的废气由排气口排出；步骤八、转子在惯性的作用下，继续旋转，连续不断地重复步骤二到步骤七，对外输出动力。优选的是，所述的转子发动机的工作方法中，所述步骤二和步骤四之间还包括步骤三、转子的凸轮顶端越过进气口，分流截止阀的一端始终贴合转子的凸轮边缘滑动，以凸轮顶端为分界点的、位于分界点一侧的转子A面开始压缩燃料与空气的混合气体，进气口自然敞开吸进新的混合气体。优选的是，通过控制器控制压缩截止阀的伸缩，和/或控制做功截止阀的动作。本发明的技术效果是相对于汪克尔转子发动机，本转子发动机的进、排气时间是其3倍，做功行程是其I. 5倍；转子运行一周加注一次燃油，而汪克尔转子发动机需加注3次。本转子发动机各部件形状是在常规形状的情况下，在定子上设置了实现做功空间封闭、大小、开放等变化的装置；其运动形式都是在传统成熟机械上常用的运动形式。规避了目前转子发动机设计中的缺陷和不足，提高了动力性和经济性。
图I为本发明的一个实施例的转子发动机整体装配示意图；图2为本发明的定子的示意图；图3为本发明的转子的示意图；图4为本发明的分流截止阀的示意图；图5为本发明的摇臂式做功截止阀的示意图；图6为本发明的压缩截止阀的示意图；图7为本发明的转子发动机在压缩混合气体工作状态下的示意图；图8为本发明的转子发动机在压缩结束而火花塞开始点火状态下的示意图。
具体实施例方式如图I至图8所示，本发明的技术解决方案是一种转子发动机，其中，包括定子I,其在图2中不出。其包括封闭的壳体和位于壳体内的中空的腔体,所述壳体上设置有与外部相通的进气口和排气口，图2中以箭头表示；本发明的定子I为圆环形的，以确保转子2从中心位置到定子I的边缘位置之间的长度不变，也就是力臂不变，这样能够确保力矩保持稳定。并且由于相应地转子2的主体也为圆形，能够确保做功的力均沿着转子2的切线方向，实现做功效率最高。 转子2，其为凸轮式的，所述转子2设置在所述定子I的腔体内，且以相对于所述定子I可旋转的方式设置，旋转时，转子2的凸轮顶端抵靠在所述定子I的内壁上。做功截止阀6，其为摇臂的形状，其第一端枢接在所述壳体上，第二端选择性地抵靠在所述转子2的凸轮边缘上；压缩截止阀9，其设置在所述壳体上，且所述压缩截止阀9上具有伸缩结构，使所述压缩截止阀9选择性地伸入所述壳体与所述转子之间的空间内，以使该空间中部隔断或贯通。所述的转子发动机中，所述转子2的凸轮顶端设置可径向伸缩的滑块，滑块保持与定子I内壁的抵靠。通过可伸缩滑块的方式相抵靠既有利于配合的紧密性，又有利于配合的灵活性。 所述的转子发动机中，所述定子的壳体内壁上设置有凹陷区域，所述凹陷区域位于做功截止阀6和压缩截止阀9之间，其中，转子发动机的火花塞7设置在所述凹陷区域内，且所述凸轮顶端抵靠所述定子I的内壁的非凹陷区域。也就是说，转子2的凸轮顶端仅仅在火花塞7点火的区域内，不与定子的内壁贴合，而留出一个点火空间。所述的转子发动机中，还包括分流截止阀4，其设置在进气口 5和排气口 3之间，随着所述转子2的旋转，所述分流截止阀4的一端始终抵靠在所述转子2的凸轮边缘上。分流截止阀4的作用是为了将混合气体的进气和废气的排气严格地区分开，以避免两者发生混合。所以，分流截止阀4始终于凸轮边缘抵靠，以避免混合泄漏的发生。所述的转子发动机中，所述分流截止阀4上具有弹性结构，以給所述分流截止阀4施加其一端始终抵靠在所述转子2的凸轮边缘上的力。这种弹性构件，可以是一个弹簧，也可以是其它的弹性构件。优选的是，所述的转子发动机中，所述转子凸轮顶端分界点两侧径向设置润滑油通道，为定子和转子的侧面提供润滑油。优选的是，所述的转子发动机中，所述做功截止阀上设置有弹性装置，通过弹性装置压迫所述做功截止阀的第二端保持与所述转子的凸轮边缘的紧密接触。本发明还公开了一种转子发动机的工作方法，所述转子发动机为如权利要求I中的发动机，其工作方法如下步骤一、在外力的驱动下，转子启动旋转；步骤二、在转子的凸轮顶端越过进气口时，压缩截止阀向转子滑动迅速与转子形成密封接触，以使所述壳体与所述转子之间的空间隔断；步骤四、转子继续转动，做功截止阀在压缩混合气体推动下，向外摆动至与定子内
壁重合；
步骤五、转子继续转动，当转子的凸轮顶端经过做功截止阀的第二端时，做功截止阀抵靠在所述转子的凸轮边缘上，由此混合气体被压缩至做功截止阀、定子的壳体、转子的凸轮边缘、和压缩截止阀所围成的区域内；也就是火花塞点火的凹陷区域。步骤六、转子继续转动，当转子的凸轮顶端经过压缩截止阀时，将压缩截止阀顶起，此后压缩截止阀保持顶起状态，以使所述壳体与所述转子之间的空间贯通；步骤七、火花塞点燃被压缩的混合气体，燃胀的混合气体推动转子的位于分界点另一侧的转子B面，从而推动转子旋转做功，直到转子的凸轮顶端越过排气口，燃烧后的废气由排气口排出；步骤八、转子在惯性的作用下，继续旋转，连续不断地重复步骤二到步骤七，对外输出动力。优选的是，所述的转子发动机的工作方法中，所述步骤二和步骤四之间还包括 步骤三、转子的凸轮顶端越过进气口，分流截止阀的一端始终贴合转子的凸轮边缘滑动，以凸轮顶端为分界点的、位于分界点一侧的转子A面开始压缩燃料与空气的混合气体，进气口自然敞开吸进新的混合气体。通过控制器控制压缩截止阀9的伸缩，和/或控制做功截止阀6的动作。也就是说，本转子发动机中还可以包括控制器，其控制压缩截止阀9的伸缩。而做功截止阀6可以依靠弹性力动作，分流截止阀4也可以通过弹性力动作，但这两个阀门也可以通过控制器的控制，更加可靠地工作。换言之，该转子发动机由定子和转子组成。定子是一个正圆筒形，上面设置做功截止阀、压缩截止阀、分流截止阀、燃烧室、进气口、排气口和火花塞。转子是一个凸轮，在定子内与定子同轴心自由旋转。凸轮顶端设置可径向伸缩的滑块，滑块保持与定子内圆面密封接触；两侧设置润滑油通道，为定、转子侧面提供润滑。所述转子凸轮顶端分界点两侧径向设置润滑油通道，为定子和转子的侧面提供润滑油。做功截止阀为摇臂式。摇臂式做功截止阀，可以通过摆动幅度的增加弥补本身及凸轮转子的磨损。压缩截止阀可以是单体滑块，按运行需要径向滑动封闭、开启做功通道。分流截止阀是双体滑块，内端始终接触转子以分隔开进、排气体；双体并依所处转子轮廓线的区位不同双体之间有径向滑动，使内端始终密封接触转子，分流截止阀的双体之间设置润滑油通道，给转子凸轮轮廓面提供润滑。本发明具有以下特点(一)、结构特点I、做功截止阀本转子发动机做功截止阀为摇臂式，该截止阀可承受做功时的巨大压力。2、转子本转子发动机的转子为凸轮式。(二)、性能特点I、升功率/扭矩大该转子发动机做功的扭矩长且恒定，做功距离长，力始终在力矩远端，并且在转子转动轨迹的切线上。排量I升的该转子发动机，可产生300牛/米扭矩和100KW以上的动力。2、效率高该转子发动机进、排气时间间歇极短，接近连续无间断全时进气和排气。本发明的转子发动机的工作原理如下在图I所示状态下，转子在马达的带动下顺时针转动，凸轮顶端越过进气口，分流截止阀贴合转子轮廓径向滑动，转子A面开始压缩燃料与空气的混合气体，进气口自然敞开吸进新的混合气体。压缩截止阀向转子滑动迅速与转子形成密封接触；做功截止阀在压缩混合气体推动下，逆时针摆动至与定子内壁重合。如图7所示。在图7所示状态下，转子继续顺时针转动，转子凸轮顶端转至压缩截止阀下面顶起压缩截止阀，压缩混合气体经过燃烧室流动到转子B面；做工截止阀在转子凸轮顶端经过时开始，恢复与转子密封接触并依转子轮廓顺时针摆动，做工截止阀与转子B面之间形成封闭空间，将压缩的混合气体封闭其中。此时，压缩行程结束。如图8所示。在图8所示状态下，火花塞点燃混合气体，压缩截止阀保持开启状态，做功截止阀 保持与转子密封接触，燃胀气体只能推动转子的B面使转子顺时针转动以获得膨胀的空间。推力直至转子凸轮顶端经过排气口时结束，燃烧后的废气由排气口排出。转子转动一周完成了一个工作循环，回到图I所示的起始位置。至此，发动机已启动可连续不断的重复上述循环，对外做功输出动力。在上述过程中，进、排气口除了在转子凸轮顶点经过时短暂封闭，其余时间均是开放状态。该转子发动机设计的，实现做功空间封闭和混合压缩气体流转方式的摇臂式做功截止阀和凸轮式转子的设计。上面显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种转子发动机，其中，包括 定子，其包括封闭的壳体和位于壳体内的中空的腔体，所述壳体上设置有与外部相通的进气口和排气口； 转子，其为凸轮式的，所述转子设置在所述定子的腔体内，且以相对于所述定子可旋转的方式设置，旋转时，转子的凸轮顶端抵靠在所述定子的内壁上； 做功截止阀，其为摇臂的形状，其第一端枢接在所述壳体上，第二端选择性地抵靠在所述转子的凸轮边缘上； 压缩截止阀，其设置在所述壳体上，且所述压缩截止阀上具有伸缩结构，使所述压缩截止阀选择性地伸入所述壳体与所述转子之间的空间内，以使该空间中部隔断或贯通。
2.如权利要求I所述的转子发动机，其中，所述转子的凸轮顶端设置可径向伸缩的滑块，滑块保持与定子内壁的抵靠。
3.如权利要求2所述的转子发动机，其中，所述定子的壳体内壁上设置有凹陷区域，所述凹陷区域位于做功截止阀和压缩截止阀之间，其中，转子发动机的火花塞设置在所述凹陷区域内，且所述凸轮顶端抵靠所述定子的内壁的非凹陷区域。
4.如权利要求3所述的转子发动机，其中，还包括分流截止阀，其设置在进气口和排气口之间，随着所述转子的旋转，所述分流截止阀的一端始终抵靠在所述转子的凸轮边缘上。
5.如权利要求4所述的转子发动机，其中，所述分流截止阀上具有弹性结构，以給所述分流截止阀施加其一端始终抵靠在所述转子的凸轮边缘上的力。
6.如权利要求2所述的转子发动机，其中，所述转子凸轮顶端分界点两侧径向设置润滑油通道，为定子和转子的侧面提供润滑油。
7.如权利要求5所述的转子发动机，其中，所述做功截止阀上设置有弹性装置，通过弹性装置压迫所述做功截止阀的第二端保持与所述转子的凸轮边缘的紧密接触。
8.一种转子发动机的工作方法，所述转子发动机为如权利要求I中的发动机，其工作方法如下 步骤一、在外力的驱动下，转子启动旋转； 步骤二、在转子的凸轮顶端越过进气口时，压缩截止阀向转子滑动迅速与转子形成密封接触，以使所述壳体与所述转子之间的空间隔断； 步骤四、转子继续转动，做功截止阀在压缩混合气体推动下，向外摆动至与定子内壁重合； 步骤五、转子继续转动，当转子的凸轮顶端经过做功截止阀的第二端时，做功截止阀抵靠在所述转子的凸轮边缘上，由此混合气体被压缩至做功截止阀、定子的壳体、转子的凸轮边缘、和压缩截止阀所围成的区域内； 步骤六、转子继续转动，当转子的凸轮顶端经过压缩截止阀时，将压缩截止阀顶起，此后压缩截止阀保持顶起状态，以使所述壳体与所述转子之间的空间贯通； 步骤七、火花塞点燃被压缩的混合气体，燃胀的混合气体推动转子的位于分界点另一侧的转子B面，从而推动转子旋转做功，直到转子的凸轮顶端越过排气口，燃烧后的废气由排气口排出； 步骤八、转子在惯性的作用下，继续旋转，连续不断地重复步骤二到步骤七，对外输出动力。
9.如权利要求8所述的转子发动机的工作方法，其中，所述步骤二和步骤四之间还包括 步骤三、转子的凸轮顶端越过进气口，分流截止阀的一端始终贴合转子的凸轮边缘滑动，以凸轮顶端为分界点的、位于分界点一侧的转子A面开始压缩燃料与空气的混合气体，进气口自然敞开吸进新的混合气体。
10.如权利要求8所述的转子发动机的工作方法，其中，通过控制器控制压缩截止阀的伸缩，和/或控制做功截止阀的动作。
全文摘要
本发明公开了一种转子发动机，其中，包括定子，其包括封闭的壳体和位于壳体内的中空的腔体，壳体上设置有与外部相通的进气口和排气口；转子，其为凸轮式的，转子设置在定子的腔体内，且以相对于定子可旋转的方式设置，旋转时，转子的凸轮顶端抵靠在定子的内壁上；做功截止阀，其为摇臂的形状，其第一端枢接在壳体上，第二端选择性地抵靠在转子的凸轮边缘上；压缩截止阀，其设置在壳体上，且压缩截止阀上具有伸缩结构，使压缩截止阀选择性地伸入壳体与转子之间的空间内，以使该空间中部隔断或贯通。本发明的发动机升功率/扭矩大，且效率高该转子发动机进、排气时间间歇极短，接近连续无间断全时进气和排气。
文档编号F02B53/02GK102748127SQ20121024378
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者赵建国 申请人:赵建国