一种旋转式油电混合发动机的制作方法

1.本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种旋转式油电混合发动机。


背景技术：

2.传统的燃油发动机指的是汽油机或者柴油机，都是由曲轴连杆机构构成的往复式活塞发动机，这种发动机结构需要浪费大量的机械能用于克服活塞及曲轴连杆的惯性，导致了热效率转化低，还存在着不平衡引起的震动及噪音大，体积大，空气压缩比不可变等缺点，也存在着不能根据实际需要变频工作。
3.汪克尔三角转子发动机由于燃烧室狭长，空气压缩比低的结构性缺陷，存在的高油耗、高排放、密封不好、易损坏等问题。
4.在过去二十多年来也有不少人提出了剪刀式、旋转式发动机的方案但至今未能实现，归纳其共通的缺陷主要是吸气、压缩、燃爆、排气这四个环节的动力都来自燃爆这一环节，然后在通过各种机械联动来带动四个冲程的自动运转，这是无法适应动力变化乃至无法实现的。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种旋转式油电混合发动机，应用控制电路通过电动机对发动机的吸气、压缩、排气三个环节进行调控，取消了往复式活塞及曲轴连杆等结构，取消了机架内固定气缸，简化了气缸构造，是一种实现了低震动、低音噪、低油耗、低排放、高转化率、可变频、可变燃料的全新发动机。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种旋转式油电混合发动机，包括内转子，外转子，数控电机，蓄电池，微电脑控制器，转速传感器，动力输出轴。
7.所述内转子包括内转子轴芯和内转子叶，外转子包括外转子缸和外转子叶，内转子轴芯同轴心自由转动连接到外转子缸内形成环形腔室，内转子叶与外转子叶将腔室分成燃烧室和缓冲室，燃烧室对应的外转子缸上设置贯通缸内外的进气口、排气口、点火口或喷燃料口。
8.所述内转子或外转子连接到动力输出轴上，另一转子直接或间接连接到数控电机的转轴上，发动机工作时内转子与外转子同向转动且转角差在一周角内，转速传感器记录内转子与外转子的转速并向微电脑控制器反馈，微电脑控制器对数控电机发出调速指令以控制内转子与外转子的转角差，并控制燃烧室进气口、燃烧室排气口、燃烧室点火或喷燃料口的控制阀开关来实现吸气、压缩、膨胀做功、排气四个冲程的循环，蓄电池为微电脑控制器和数控电机提供电源。
9.优选的，数控电机先连接到惯性飞轮上，再从惯性飞轮通过动力输入轴连接到外转子上。
10.优选的，缓冲室对应的外转子缸上设置贯通缸内外的缓冲室进气口和缓冲室排气口，缓冲室进气口和缓冲室排气口通过管道接入到过滤冷却箱形成内循环。
11.优选的，外转子缸上燃烧室进气口、燃烧室排气口、燃烧室点火口或喷燃料口、缓冲室进气口和缓冲室排气口对应位置各设置一圈凹槽，凹槽上对应位置分别自由转动安装燃烧室进气环套、燃烧室排气环套、燃烧室点火或喷燃料环套、缓冲室进气环套和缓冲室排气环套。
12.优选的，燃烧室进气环套、燃烧室排气环套、燃烧室点火或喷燃料环套、缓冲室进气环套和缓冲室排气环套上分别固定连接燃烧室进气控制阀、燃烧室排气控制阀、燃烧室点火或喷燃料控制阀、缓冲室进气控制阀和缓冲室排气控制阀，各控制阀的开关受微电脑控制器的指令控制。
13.优选的，外转子的中心轴上设置外直径与内转子轴芯相同的外转子轴芯，内转子轴芯与外转子轴芯中间设置两个耐磨密封环垫，内转子轴芯长度加外转子轴芯长度加两耐磨密封环垫的厚度等于外转子缸的缸内深度。
14.优选的，外转子轴芯中间设置一通孔管道，内转子轴芯的轴芯拉杆先穿过两耐磨密封环垫再从所述的通孔管道穿过，滑环片锁紧轴心拉杆末端以拉紧外转子和内转子。
15.优选的，外转子缸通过机架外转子轴承自由转动固定在发动机机架上。
16.优选的，外转子的与内转子外交汇处固定安装限位环，限位环的靠近内转子盖侧设置限位凸块，内转子的内转子盖靠限位环处也设置限位凸块，限位环和相邻的内转子盖的外周表面设置传感器刻度纹。
17.与现有技术相比，实施本发明的一种旋转式油电混合发动机，是一种全新结构的发动机，以内转子连接动力输出轴为例，结构特点上：外转子缸与内转子轴芯构成环形腔室，外转子叶与内转子叶将环形腔室划分成燃烧室和缓冲室，外转子与内转子在一周角内的变化角度差中同向转动；工作特点上：冷启动时排空燃烧室气体，数控电机联动限位环的凸块使内外转子啮合同速转动并达到高转速；吸气冲程时数控电机减速带动外转子减速，惯性使内外转子角度差增大实现吸气冲程；数控电机加速追及使内外转子角度差减少实现压缩冲程；数控电机、惯性飞轮和外转子的总质量比内转子质量大得多，为膨胀做功冲程提供同向转动的反作用力；数控电机加速追及使内外转子角度差减少完成排气冲程进入循环；有益效果体现在省去了往复式活塞发动机的活塞、曲轴连杆复杂往复结构，也克服了汪克尔三角转子发动机齿轮啮合差、易磨损、压缩比低等结构缺点，拥有热转化效率高、排放低、运转平稳、可变频等优点。
附图说明
18.图1为本发明的发动机结构图。
19.图2为本发明的a-a剖面图。
20.图3为本发明的b-b剖面图。
21.图4为本发明的c-c剖面图。
22.图5为本发明的d-d剖面图。
23.图6为本发明的e-e剖面图。
24.图7为本发明的冷启动状态图。
25.图8为本发明的进气冲程状态图。
26.图9为本发明的压缩冲程状态图。
27.图10为本发明的压缩完点燃前状态图。
28.图11为本发明的点火或喷燃料时状态图。
29.图12为本发明的做功冲程状态图。
30.图13为本发明的废气排除冲程状态图。
31.图14为本发明的排气完毕进入第二循环状态图。
32.图15为本发明的内外转子中间连接节点图。
33.图16为本发明的内外转子外连接节点图。
34.图17为本发明的进气口大样图。
35.图18为本发明的多缸样式图。
36.附图标记说明：1—内转子，101—内转子叶，102—内转子轴芯，103—内转子盖，104—轴芯拉杆，105—滚柱，106—滚珠，107—滑环片，108—螺母或插栓，109—内转子传感器刻度纹；2—外转子，201—外转子叶，202—外转子轴芯，203—外转子缸，204—燃烧室排气口，205—燃烧室点火或喷燃料口，206—缓冲室进气口，207—缓冲室排气口，208—燃烧室进气口；3—数控电机；4—蓄电池；5—微电脑控制器；6—转速传感器；7—发动机机架，701—机架外转子轴承；8—动力输入轴；9—动力输出轴；10—惯性飞轮；11—限位环，1101—外转子传感器刻度纹；12—燃烧室进气环套，1201—燃烧室进气控制阀；13—燃烧室排气环套，1301—燃烧室排气控制阀；14—燃烧室点火或喷燃料环套，1401—燃烧室点火或喷燃料控制阀；15—缓冲室进气环套，1501—缓冲室进气控制阀；16—缓冲室排气环套，1601—缓冲室排气控制阀；17—耐磨密封环垫，1701—环垫导油槽；18—燃烧室；19—缓冲室。
具体实施方式
37.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、
ꢀ“
下”、
ꢀ“
前”、
ꢀ“
后”、
ꢀ“
左”、
ꢀ“
右”、
ꢀ“
竖直”、
ꢀ“
水平”、
ꢀ“
顶”、
ꢀ“
底
”ꢀ“
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装置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。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、
ꢀ“
相连”、
ꢀ“
连接”、
ꢀ“
固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.如图1、图2、图15、图16所示，一种旋转式油电混合发动机，零部件包括内转子1，外转子2，数控电机3，蓄电池4，微电脑控制器5，转速传感器6，动力输出轴9，还包括发动机机架7，动力输入轴8，惯性飞轮10，限位环11，燃烧室进气环套12，燃烧室排气环套13，燃烧室点火或喷燃料环套14，缓冲室进气环套15，缓冲室排气环套16，耐磨密封环垫17。
41.所述的内转子1包括内转子叶101，内转子轴芯102，内转子盖103，轴芯拉杆104，滚柱105，滚珠106，滑环片107，螺母或插栓108，内转子传感器刻度纹109。
42.所述的外转子2包括外转子叶201，外转子轴芯202，外转子缸203，燃烧室排气口204，燃烧室点火或喷燃料口205，缓冲室进气口206，缓冲室排气口207，燃烧室进气口208。
43.所述的数控电机3指的是可以根据指令调整速度或扭矩的各类电动机。
44.所述的转速传感器6包括直接读取转速的传感器探头，也包括间接从数控电机3内读取的转速反馈，或动力输出轴9机械关联的其他零部件转速反馈。
45.各零部件的组合与结构连接上，所述内转子1包括内转子轴芯102和内转子叶101，外转子2包括外转子缸203和外转子叶201，内转子轴芯102同轴心自由转动连接到外转子缸203内形成环形腔室，内转子叶101与外转子叶201将腔室分成燃烧室18和缓冲室19，燃烧室18对应的外转子缸上设置贯通缸内外的燃烧室进气口208、燃烧室排气口204、燃烧室点火口或喷燃料口205，内转子1或外转子2任一端都可连接到动力输出轴9上，另一转子直接或间接连接到数控电机3的转轴上，发动机工作时内转子1与外转子2同向转动且转角差在一周角内，转速传感器6记录内转子1与外转子2的转速并向微电脑控制器5反馈，微电脑控制器5对数控电机3发出调速指令以控制内转子1与外转子2的转角差，并控制燃烧室进气口208、燃烧室排气口204、燃烧室点火或喷燃料口205的控制阀开关来实现吸气、压缩、膨胀做功、排气四个冲程的循环，蓄电池4为微电脑控制器5和数控电机3提供电源。
46.为了进一步优化上述技术方案，数控电机3先连接到惯性飞轮10上，再从惯性飞轮10通过动力输入轴8连接到外转子2上。
47.为了进一步优化上述技术方案，缓冲室19对应的外转子缸203上设置贯通缸内外的缓冲室进气口206和缓冲室排气口207，缓冲室进气口206和缓冲室排气口207通过管道接入到过滤冷却箱形成内循环。
48.为了进一步优化上述技术方案，外转子缸203上燃烧室进气口208、燃烧室排气口204、燃烧室点火口或喷燃料口205、缓冲室进气口206和缓冲室排气口207对应位置各设置一圈凹槽，凹槽上对应位置分别自由转动安装燃烧室进气环套12、燃烧室排气环套13、燃烧室点火或喷燃料环套14、缓冲室进气环套15和缓冲室排气环套16。
49.为了进一步优化上述技术方案，燃烧室进气环套12、燃烧室排气环套13、燃烧室点火或喷燃料环套14、缓冲室进气环套15和缓冲室排气环套16上分别固定连接燃烧室进气控制阀1201、燃烧室排气控制阀1301、燃烧室点火或喷燃料控制阀1401、缓冲室进气控制阀1501和缓冲室排气控制阀1601，各控制阀的开关受微电脑控制器5的指令控制。
50.为了进一步优化上述技术方案，外转子2的中心轴上设置外直径与内转子轴芯102相同的外转子轴芯202，内转子轴芯102与外转子轴芯202中间设置两个耐磨密封环垫17，内转子轴芯102长度加外转子轴芯202长度加两耐磨密封环垫17的厚度等于外转子缸的缸内深度，极限状态下，内转子轴芯102的长度可以趋于零。
51.为了进一步优化上述技术方案，外转子轴芯202中间设置一通孔管道，内转子轴芯102的轴芯拉杆104先穿过两耐磨密封环垫17再从所述的通孔管道穿过，滑环片107锁紧轴心拉杆104末端以拉紧外转子2和内转子1。
52.为了进一步优化上述技术方案，外转子缸203通过机架外转子轴承701自由转动固定在发动机机架7上，即可自由转动但不可滑动。
53.为了进一步优化上述技术方案，外转子2的与内转子1外交汇处固定安装限位环11，限位环11的靠近内转子盖103的一侧设置限位凸块，内转子1的内转子盖103靠限位环11处也设置限位凸块，限位环11和相邻的内转子盖103的外周表面设置外转子传感器刻度纹1101和内转子传感器刻度纹109。
54.如图15、图16所示，为了进一步优化上述技术方案，外转子2与内转子1运动中在一周角内相互转动，需要保证该相互转动平滑且密封，在外转子2与内转子1径向拉紧的部位加入滚珠106或圆台型滚轴，所述的滚珠106通过内转子盖103与外转子缸203互锁或通过滑环片107与外转子缸203互锁，在外转子2与内转子1内外嵌套转动部位加入滚柱105，耐磨密封环垫17在缓冲室19靠近外转子叶201处开导油槽1701，实现机油从缓冲室19经外转子轴芯202中间通孔管道到缸外的润滑循环。
55.为了进一步优化上述技术方案，为保证外转子2与内转子1转动平滑且密封，内转子叶101与外转子缸203内壁和外转子轴芯202外壁在结构上保留微小空隙再用弹性密封条密封，外转子叶201与内转子轴芯102外壁和内转子盖103内壁在结构上保留微小空隙再用弹性密封条密封，因耐磨密封环垫17、滚柱105和滚珠106的限位转动作用，可以保障密封条间隙稳定耐磨。
56.如图2所示，为燃烧室进气口的剖面图，外转子缸203上燃烧室进气口208处设置一圈凹槽，燃烧室进气环套12呈“匚”式结构，环套与凹槽构成能转动但密封的环状管道，燃烧室18与该环状管道在任何转动状态下都通过燃烧室进气口208保持连通，燃烧室18的进气由固定点的燃烧室进气控制阀1201控制。
57.如图3所示，为燃烧室排气口的剖面图，外转子缸203上燃烧室排气口204处设置一圈凹槽，燃烧室排气环套13呈“匚”式结构，环套与凹槽构成能转动但密封的环状管道，燃烧室18与该环状管道在任何转动状态下都通过燃烧室排气口204保持连通，燃烧室18的排气由固定点的燃烧室排气控制阀1301控制。
58.如图4所示，为燃烧室点火或喷燃料口的剖面图，外转子缸203上燃烧室点火或喷燃料口205处设置一圈凹槽，燃烧室点火或喷燃料环套14呈“匚”式结构，环套与凹槽构成能转动但密封的环状管道，燃烧室18与该环状管道在任何转动状态下都通过燃烧室点火或喷燃料口205保持连通，燃烧室点火或喷燃料控制阀1401设置1到多个，在满足点火条件后，燃烧室点火或喷燃料口205旋转到任意就近的控制阀点火或喷燃料1401处打开该控制阀开关实现爆燃。
59.如图5所示，为缓冲室进气口的剖面图，外转子缸203上缓冲室进气口206处设置一圈凹槽，缓冲室进气环套15呈“匚”式结构，环套与凹槽构成能转动但密封的环状管道，缓冲室19与该环状管道在任何转动状态下都通过缓冲室进气口206保持连通，缓冲室19的进气由固定点的缓冲室进气控制阀1501控制，缓冲室19所进的气体优先采用带雾化机油的气体。
60.如图6所示，为缓冲室排气口的剖面图，外转子缸203上缓冲室排气口207处设置一圈凹槽，缓冲室排气环套16呈“匚”式结构，环套与凹槽构成能转动但密封的环状管道，缓冲室19与该环状管道在任何转动状态下都通过缓冲室排气口207保持连通，缓冲室19的排气由固定点的缓冲室排气控制阀1601控制。
61.进一步地结合说明书附图说明一种旋转式油电混合发动机的工作过程原理。
62.如图7所示，为本发明的冷启动启动状态图，发动机启动时，燃烧室进气控制阀1201打开、燃烧室排气控制阀1301打开、燃烧室点火或喷燃料控制阀1401关闭、缓冲室进气控制阀1501打开、缓冲室排气控制阀1601打开；燃烧室18和缓冲室19与外接连通，数控电机3转动，带动外转子2转动，外转子2通过限位环11的限位凸块与内转子盖103的凸块啮合带动内转子1同转速加速转动，此时外转子转速v1=内转子转速v2，燃烧室18体积最小，缓冲室19体积最大。
63.如图8所示，为本发明的进气冲程状态图，在内外转子达到共同的高转速后，数控电机3减速带动外转子叶201减速，内转子叶101在惯性作用下相对外转子201加速张开，燃烧室进气控制阀1201打开、燃烧室排气控制阀1301关闭、燃烧室点火或喷燃料控制阀1401关闭、缓冲室进气控制阀1501关闭、缓冲室排气控制阀1601打开；此时外转子转速v1《内转子转速v2，燃烧室18体积增大吸入混合油气或空气，完成吸气冲程。
64.如图9所示，为本发明的压缩冲程状态图，转速传感器6记录内外转子速度差后反馈到微电脑控制器5进行数据分析处理得到内外转子相对角度差，吸气冲程完成后开始进入压缩冲程，数控电机3加速带动外转子叶201加速往内转子叶101合拢，燃烧室进气控制阀1201关闭、燃烧室排气控制阀1301关闭、燃烧室点火或喷燃料控制阀1401关闭、缓冲室进气控制阀1501打开、缓冲室排气控制阀1601关闭；此时外转子转速v1》内转子转速v2，燃烧室18体积密封压缩，完成压缩冲程。
65.如图10所示，为本发明的压缩完点燃前状态图，当完成压缩冲程时，外转子转速v1=内转子转速v2，燃烧室内气压大于大气压，此时燃烧室相当于一个受压的弹簧室，微电脑控制器5可根据实际情况选择点火或喷燃料时机进行变频燃烧处理，即在减载或怠速空载时暂不引燃，让数控电机3通过燃烧室18的压缩气体直接带动动力输出轴9的转动。
66.如图11所示，为本发明的点火或喷燃料时状态图，压缩冲程完成后，内外转子同速转动，燃烧室点火或喷燃油口205经过就近的燃烧室点火或喷燃料控制阀1401时，微电脑控制器5对该燃烧室点火或喷燃料控制阀1401发出打开指令，引起膨胀做功，根据动量守恒（m1+m2）
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v0=m1v1+m2v2，爆燃前质量为m1的外转子体系与质量为m2的内转子体系以相同转速v0同向转动，外转子体系可包括惯性飞轮10和数控电机3，m1远大于m2，故外转子2在爆燃后以略低于爆燃前的转速推动内转子1加速转动对外做功。
67.如图12所示，为本发明的做功冲程状态图，爆燃后，燃烧室进气控制阀1201关闭、燃烧室排气控制阀1301关闭、燃烧室点火或喷燃料控制阀1401关闭、缓冲室进气控制阀1501关闭、缓冲室排气控制阀1601打开；燃烧室18膨胀，内转子叶101相对外转子叶201进行张开运动，燃烧室18内气压逐渐变小，此时外转子转速v1《内转子转速v2，膨胀做功冲程完成。
68.如图13所示，本发明的废气排除冲程状态图，在膨胀做功冲程末端，微电脑控制器5根据转速传感器6反馈的数据进行分析内外转子的角度差，在内转子1到达最大角度差前对数控电机3发出加速指令，使外转子转速v1》内转子转速v2，燃烧室进气控制阀1201关闭、燃烧室排气控制阀1301打开、燃烧室点火或喷燃料控制阀1401关闭、缓冲室进气控制阀1501打开、缓冲室排气控制阀1601关闭；外转子叶201相对内转子叶101进行追及，燃烧室18体积变小排出废气，完成排气冲程；在发动机需要减速处理的情况下，微电脑控制器5可根据转速传感器6反馈的数据进行分析变频处理，可提前关闭缓冲室排气控制阀1601使得密
封的缓冲室19形成气体反冲垫以及限位环11的限位凸块的共同作用，通过外转子2对内转子1进行减速；如图14所示，为本发明的排气完毕进入第二循环状态图，进入正常四冲程循环时，吸气状态较冷启动的吸气的差别在于进入吸气时预留的空间比冷启动时大，确保循环下构件有压缩气体作为缓冲带，保护发动机。
69.如图18所示，为本发明的多缸样式图，本发明方案以最基础的单缸单活塞方式进行展示说明，外转子叶201与内转子叶101可以成对增加为4腔室、6腔室、8腔室等多缸发动机。
70.一种旋转式油电混合发动机，用数控电机的转速来控制内燃机燃烧室的体积变化以实现，活塞只需一直同向转动对外做功，内外转子的惯性也一直沿着做功方向运动充分利用了惯性储存的机械能。
71.一种旋转式油电混合发动机，压缩比可随时变频调控，燃烧点可随时变频调控，任何状态下的燃烧都是对外正向做功，克服了传统发动机可能出现的发动机爆震问题，能适应点燃性燃料和压燃性燃料，适应度广。
72.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。