一种转子与定子间导流式转子内燃机的制作方法

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种转子与定子间导流式转子内燃机。

背景技术：

采用奥托循环(或迪塞尔循环)的内燃机，无论往复活塞式还是汪克尔三角转子式内燃机，乃至燃气轮机都是通过压缩可燃气体并点燃(或压燃)压缩的可燃气体爆发的能量脉冲，产生的膨胀气体，继而产生压力推动活塞或其他传动部件，产生机械能实现做功的装置。换句话说就是把化学能转变成机械能的装置，对于循环燃烧类别的内燃机来说，工作过程均遵循进气、压缩、做功、排气的动作。

目前，就循环燃烧的往复式内燃机来说，机械效率转变并不高，无法继续提高转变效率的原因，主要有以下几点：一、由于往复活塞式内燃机机械结构的因素，理论上说，当可燃气体爆燃时，曲轴、连杆以及动力输出轴的力矩处在一个平面上，也就是说，压力是垂直动力输出轴的，无法产生力矩，也就无法实现做功，只有活塞下行曲柄和连杆产生非180°夹角时，才有力矩产生，当曲轴与连杆划过的圆弧接近切线时力矩最大，不过膨胀气体的压力也在不断衰减，当扭矩最大时，气体膨胀压力强度也在衰减，所以无法实现有效的机械效率转变。二、由于活塞、连杆做高频往复运动产生的惯性抵消部分有用功，使得输出效率下降。三、由于结构繁杂，运动附件庞大，抵消部分有用功。目前，还没有有效的手段优化这方面的效率损失，无法消除这方面的功率损失。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种转子与定子间导流式转子内燃机，能够有效减少功率损失，提高机械转化效率。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种转子与定子间导流式转子内燃机，包括转子总成和定子总成；

所述定子总成至少包括定子本体，所述定子本体设有定子腔体，所述定子腔体的内壁由四段圆弧曲面平滑过渡连接而成，其中每相邻的两个圆弧曲面的半径不同，每相对的两个圆弧曲面的半径相同；

所述转子总成至少包括转子轴、与所述转子轴固定连接的转子本体以及安装在所述转子本体上的四组随动气密滑板，所述转子本体为圆柱形，所述转子本体设置于所述定子腔体中，在所述定子腔体的内壁与所述转子本体的外圈表面之间设有气体导流通道；在所述转子本体上沿径向设有四个滑板安装槽，所述的四个滑板安装槽呈十字形布置；各组所述随动气密滑板分别对应安装在各所述滑板安装槽中且与所述滑板安装槽滑动配合；各组所述随动气密滑板分别与所述定子腔体的内壁密封滑动接触，并将所述定子腔体分隔为四个独立且相互气密的腔室。

进一步地，在所述随动气密滑板与所述定子腔体的内壁之间设有气密封条，所述随动气密滑板设有用于安装所述气密封条的封条安装槽。

进一步地，在所述封条安装槽与所述气密封条之间设有第一弹性件。

进一步地，所述转子总成还包括离心力平衡机构，所述离心力平衡机构包括第一离心力平衡组件以及环设在所述第一离心力平衡组件外部的第二离心力平衡组件；所述第一离心力平衡组件包括四个长度相等的第一连杆，各所述第一连杆的两端分别设有第一轴孔，各所述第一连杆的两个第一轴孔之间的间距相等；所述第二离心力平衡组件包括四个长度相等的第二连杆，各所述第二连杆的两端分别设有第二轴孔，各所述第二连杆的两个第二轴孔之间的间距相等；各组所述随动气密滑板的左端沿长度方向分别设有两个连接轴，所述的两个连接轴分别为外侧连接轴和内侧连接轴；所述第一连杆通过两个第一轴孔转动安装在相邻的两组随动气密滑板的内侧连接轴上，所述的四个第一连杆依次连接形成第一菱形结构；所述第二连杆通过两个第二轴孔转动安装在相邻的两组随动气密滑板的外侧连接轴上，所述的四个第二连杆依次连接形成第二菱形结构。

进一步地，所述转子转子本体的左右两侧分别安装有转子气密环，所述转子气密环与所述转子本体之间安装有第二弹性件。

进一步地，所述定子本体的左侧安装有定子偏盖，所述定子偏盖上设有偏盖轴承套，所述偏盖轴承套与所述转子轴之间安装有第一转子轴承。

进一步地，所述定子本体的右侧设有定子轴承套，所述定子轴承套与所述转子轴之间安装有第二转子轴承。

进一步地，所述定子本体设有进气道，所述进气道的一端与外部相连通，所述进气道的另一端与所述定子腔体相连通。

进一步地，所述定子本体设有排气道，所述排气道的一端与外部相连通，所述排气道的另一端与所述定子腔体相连通。

进一步地，所述定子本体还设有火花塞。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供的转子与定子间导流式转子内燃机，将定子腔体的内壁设置为四段圆弧曲面平滑过渡连接的近似椭圆形状，圆柱形的转子本体设置于定子腔体中并能在定子腔体中转动，在定子腔体的内壁与转子本体的外圈表面之间设置气体导流通道，作为工作介质转换的通道，并通过设置在转子本体上的四组随动气密滑板与定子腔体的内壁之间的密封滑动接触，使定子腔体形成四个独立且相互气密的腔室，使得腔室中的气体在膨胀状态时，能够推动转子本体单向旋转，进而通过转子轴输出转矩。

本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，能够将气体膨胀做功时的切线力矩转变为对圆周运动的单向驱动力矩，从而有效降低了功率损失，提高了转子内燃机的机械转化效率。

本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，结构简单，设计精巧，由于不需要设置繁杂的配气机构，所以在相同排量的前提下，本发明所述的转子内燃机与往复活塞式内燃机相比，体积更小，重量更轻，结构更加简单，更加易于加工制造。

本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，动力输出平稳，由于没有庞大的往复运动部件，动平衡易于掌握，振动小，噪音小。

本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，由于工作时转子本体与定子本体间的气体导流通道能够随着转子本体的定向旋转不断释放出新鲜空气或可燃气混合气，从而使得在内燃机的燃烧室中形成涡流效应，增加了充气效率，燃料经济性得到了有效改善，使燃料燃烧更加充分。

本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，能够通过改变定子腔体的内壁圆弧曲面形状以及定子本体的内径或转子本体的半径来达到改变压缩比的目的，可大大改善排放标准。

附图说明

图1是本发明实施例转子与定子间导流式转子内燃机的结构示意图；

图2是本发明实施例转子与定子间导流式转子内燃机的爆炸结构图；

图3是本发明实施例转子与定子间导流式转子内燃机中离心力平衡机构的安装结构示意图；

图4是本发明实施例转子与定子间导流式转子内燃机的第一工作原理示意图；

图5是本发明实施例转子与定子间导流式转子内燃机的第二工作原理示意图。

图中：1：定子本体；2：定子腔体；3：转子轴；4：转子本体；5：随动气密滑板；6：气体导流通道；7：滑板安装槽；8：气密封条；9：第一连杆；10：第一轴孔；11：第二连杆；12：第二轴孔；13：外侧连接轴；14：内侧连接轴；15：转子气密环；16：气密环安装槽；17：定子偏盖；18：偏盖安装螺栓；19：偏盖轴承套；20：第一转子轴承；21：定子轴承套；22：第二转子轴承；23：进气道；24：排气道；25：火花塞；26：燃烧室；27：离心力平衡机构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，本发明实施例提供一种转子与定子间导流式转子内燃机，包括转子总成和定子总成。

所述定子总成至少包括定子本体1，所述定子本体1设有定子腔体2，所述定子腔体2的内壁由四段圆弧曲面平滑过渡连接而成，其中各圆弧曲面的弧度相等，每相邻的两个圆弧曲面的半径不同，每相对的两个圆弧曲面的半径相同。

所述转子总成至少包括转子轴3、与所述转子轴3固定连接的转子本体4以及安装在所述转子本体4上的四组随动气密滑板5，所述转子本体4为圆柱形，所述转子本体4设置于所述定子腔体2中，所述转子本体4能够在所述在定子腔体2中自由转动，在所述定子腔体2的内壁与所述转子本体4的外圈表面之间设有气体导流通道6，也即，所述转子本体4与所述定子本体1之间在径向面并不摩擦接触。

在所述转子本体4上沿径向还设有四个滑板安装槽7，也即，所述的四个滑板安装槽7呈十字形布置。各组所述随动气密滑板5分别对应安装在各所述滑板安装槽7中，而且所述随动气密滑板5与所述滑板安装槽7滑动配合。各组所述随动气密滑板5的内侧端设置于所述滑板安装槽7中，所述随动气密滑板5的外侧端与所述定子腔体2的内壁密封滑动接触，从而将所述定子腔体2分隔为四个独立且相互气密的腔室。

本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机，在所述定子腔体2的内壁与所述转子本体4的外圈表面之间设置所述气体导流通道6，将所述气体导流通道6作为工作介质转换的通道，通过设置在所述转子本体4上的四组随动气密滑板5与所述定子腔体2内壁之间的密封滑动接触，使所述定子腔体2形成四个独立且相互气密的腔室，其中相邻的两个腔室容积交互变化，相对的两个腔室容积同步变化。当所述转子总成在所述定子腔体2中旋转时，四个腔室的容积发生交互变化，每旋转90°完成一个配气动作循环，而四个腔室依次进行吸气、压缩、做功、排气顺序的工作状态，从而实现工作循环状态转变，进而通过所述转子轴3输出转矩，实现能量的转换。

通过本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机，能够将气体膨胀做功时的切线力矩转变为对圆周运动的单向驱动力矩，从而有效降低了功率损失，提高了转子内燃机的机械转化效率。

在本发明的进一步实施例中，在所述随动气密滑板5与所述定子腔体2的内壁之间设有气密封条8，所述随动气密滑板5设有用于安装所述气密封条8的封条安装槽。也即，所述气密封条8安装在所述随动气密滑板5上，所述随动气密滑板5带动所述气密封条8转动。

其中，所述随动气密滑板5通过所述气密封条8与所述定子腔体2的内壁密封滑动接触。在所述封条安装槽与所述气密封条8之间设有第一弹性件，所述第一弹性件可以为张力弹簧或衬簧，通过设置所述第一弹性件能够保证所述随动气密滑板5上的气密封条8与所述定子腔体2的内壁紧密贴合。

在本发明的进一步实施例中，所述转子总成还包括离心力平衡机构27，所述离心力平衡机构27包括第一离心力平衡组件以及环设在所述第一离心力平衡组件外部的第二离心力平衡组件。

其中，所述第一离心力平衡组件包括四个长度相等的第一连杆9，各所述第一连杆9的两端分别设有第一轴孔10，各所述第一连杆9的两个第一轴孔10之间的间距相等。

其中，所述第二离心力平衡组件包括四个长度相等的第二连杆11，各所述第二连杆11的两端分别设有第二轴孔12，各所述第二连杆11的两个第二轴孔12之间的间距相等。

其中，各组所述随动气密滑板5的左端沿长度方向分别设有两个连接轴，所述的两个连接轴分别为外侧连接轴13和内侧连接轴14。所述第一连杆9通过其上的两个第一轴孔10转动安装在相邻的两组随动气密滑板5的内侧连接轴14上，所述的四个第一连杆9依次连接形成第一菱形结构。所述第二连杆11通过两个第二轴孔12转动安装在相邻的两组随动气密滑板5的外侧连接轴13上，所述的四个第二连杆11依次连接形成第二菱形结构。也即，所述第二菱形结构环设在所述第一菱形结构外侧。本发明通过设置所述离心力平衡机构27，能够使各组所述随动气密滑板5径向运动时抵消联动性，以便达到平衡离心力的作用，使得所述随动气密滑板5在运动过程中能够始终与所述定子腔体2的内壁紧密贴合。

在本发明的进一步实施例中，所述转子本体4的左右两侧分别安装有转子气密环15，所述转子本体4上设有用于安装所述转子气密环15的气密环安装槽16。其中，所述转子气密环15与所述转子本体4之间安装有第二弹性件，所述第二弹性件可以为张力弹簧或衬簧，通过设置所述第二弹性件能够保证所述转子气密环15与所述定子本体1紧密贴合，进而保证所述定子腔体2的气密性。

在本发明的进一步实施例中，所述定子本体1的左侧安装有定子偏盖17，所述定子偏盖17通过偏盖安装螺栓18与所述定子本体1连接固定。在所述定子偏盖17上设有偏盖轴承套19，所述偏盖轴承套19与所述转子轴3之间安装有第一转子轴承20。所述定子本体1的右侧设有定子轴承套21，所述定子轴承套21与所述转子轴3之间安装有第二转子轴承22，从而实现所述定子本体1与所述转子本体4之间的同心安装。

此外，所述定子本体1还设有进气道23、排气道24和火花塞25，所述进气道23的一端与外部相连通，所述进气道23的另一端与所述定子腔体2相连通。所述排气道24的一端与外部相连通，所述排气道24的另一端与所述定子腔体2相连通。

本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机的工作原理如下：

如图4所示，在此状态下，设定所述的四组随动气密滑板分别为5a、5b、5c和5d，设定r1＝r100为所述定子腔体2的最大半径，r2＝r80为所述定子腔体2的最小半径，r3＝r78为所述转子本体4的半径。设定5a靠近所述火花塞25的当前位置，所述转子本体4外缘、所述随动气密滑板5a以及所述定子腔体2内壁三者形成燃烧室26，则f1为气体爆燃时作用在所述随动气密滑板5a的压力，f2为气体爆燃时作用在所述随动气密滑板5b的压力，m1为f1产生的扭矩，m2为f2产生的扭矩。假设所述转子本体4沿轴向的厚度为h，则理论上当可燃气体爆燃时对容器内壁产生的压强p是均等的，那么就有：f1＝p*(r1-r3)*h，f2＝p*(r2-r3)*h，m1＝f1*r1，m2＝f2*r2，(f1-f2)＝(p*(r1-r3)*h)-(p*(r2-r3)*h)＝p*(r1-r2)*h(矢量)。则由附图4可知：(r1-r3)远大于(r2-r3)，那么就有f1远大于f2，m1远大于m2，所以在做功循环过程中，总能产生一个矢量方向为f1的力，和一个的矢量方向为m1的扭矩作用在所述转子本体4上，从而能够推动所述转子本体4沿逆时针单向旋转，进而通过所述转子轴3输出转矩。

本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机，配气是由所述转子总成的定向旋转、所述进气道23设置在所述定子腔体2内壁上的进气口位置以及所述排气道24设置在所述定子腔体2内壁上的排气口位置配合完成的。如图5所示，设定所述定子腔体2被分隔成的四个腔室分别为a′、b′、c′和d′，吸气、压缩、爆发、排气四个工作循环状态是随着所述转子总成旋转时，在四个腔室内独立依次完成，工作气体是随着所述转子本体4的转动在所述气体导流通道6中旋转流动，每个工作循环过程在90°圆弧曲面的区间内完成。也即，四个腔室均按顺序依次独立完成吸气、压缩、做功、排气过程，每个腔室旋转360°完成一个完整的工作循环。

如图5所示，设定构成所述定子腔体2内壁的四个圆弧曲面分别为a、b、c、d，则每个腔室均在圆弧曲面a处完成吸气，在圆弧曲面b处完成压缩，在圆弧曲面c处通过所述火花塞20点火完成做功，在圆弧曲面d处完成排气循环。假设将腔室a′的起始位置标记为0°，当所述转子总成逆时针旋转0°～90°过程中，腔室a′从所述进气道23吸入气体，完成吸气动作，腔室b′完成气体压缩，腔室c′完成气体做功，腔室d′则通过所述排气道24排出废气，完成排气动作。当所述转子总成逆时针旋转90°～180°过程中，腔室a′完成气体压缩，腔室b′完成气体做功，腔室c′完成排气动作，腔室d′完成吸气动作。当所述转子总成逆时针旋转180°～270°过程中，腔室a′完成做功，腔室b′完成排气动作，腔室c′完成吸气动作，腔室d′完成气体压缩。当所述转子总成逆时针旋转270°～360°过程中，腔室a′完成排气动作，腔室b′完成吸气动作，腔室c′完成气体压缩，腔室d′完成气体做功，到此一个大工作循环完成。

综上所述，本发明实施例所述的转子与定子间导流式转子内燃机具有如下优点：

本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，将定子腔体的内壁设置为四段圆弧曲面平滑过渡连接的近似椭圆形状，圆柱形的转子本体设置于定子腔体中并能在定子腔体中转动，在定子腔体的内壁与转子本体的外圈表面之间设置气体导流通道，作为工作介质转换的通道，并通过设置在转子本体上的四组随动气密滑板与定子腔体的内壁之间的密封滑动接触，使定子腔体形成四个独立且相互气密的腔室，使得腔室中的气体在膨胀状态时，能够推动转子本体单向旋转，进而通过转子轴输出转矩。

本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，能够将气体膨胀做功时的切线力矩转变为对圆周运动的单向驱动力矩，从而有效降低了功率损失，提高了转子内燃机的机械转化效率。

本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，不需要设置繁杂的配气机构，结构简单，设计精巧，在相同排量的前提下，本发明所述的转子内燃机与往复活塞式内燃机相比，体积更小，重量更轻，结构更加简单，更加易于加工制造。

本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，动力输出平稳，由于没有庞大的往复运动部件，动平衡易于掌握，振动小，噪音小。

本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，由于工作时转子本体与定子本体间的气体导流通道能够随着转子本体的定向旋转不断释放出新鲜空气或可燃气混合气，从而使得在内燃机的燃烧室中形成涡流效应，增加了充气效率，燃料经济性得到了有效改善，使燃料燃烧更加充分。

本发明所述的转子与定子间导流式转子内燃机，能够通过改变定子腔体的内壁圆弧曲面形状以及定子本体的内径或转子本体的半径来达到改变压缩比的目的，可大大改善排放标准。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有说明，“若干”的含义是一个或多个；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。