一种弧运动转子发动机的制作方法

1.本实用新型涉及发动机技术领域，特别是涉及一种弧运动转子发动机。


背景技术：

2.传统的活塞式发动机的结构主要包括气缸、曲柄连杆机构、配气系统、燃油供给系统、点火系统(仅用于汽油内燃机)、润滑系统、冷却系统和起动系统。发动机的气缸的排列形式主要有直列式和双列式两种，发动机通过燃料燃烧的热能推动活塞在气缸内的上下往复运动，从而带动连杆推动曲轴旋转，进行“进气、压缩、做功、排气”四个行程，将活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动，并将燃料燃烧作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的扭矩，以提供原动力来驱动外部设备转动。
3.对于传统的多缸活塞式发动机来说，因每套活塞连杆只能供一个气缸使用，每个气缸都需要一个进气凸轮和一个排气凸轮进行配气，并且曲轴需要设置足够的长度来安装多个连杆，发动机的零部件过多、体积较大以及整机重量过高，制造成本高，发动机材料和能耗较高，限制了其在各领域的应用发展。此外，曲轴上还需要设置多个平衡块以实现动平衡，很容易引起发动机震动而增大能耗。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种弧运动转子发动机，十二缸仅需要设置两根连杆，体积和重量均显著降低，减少了发动机的制造成本，可显著节约能耗，适用于汽车、船舶、发电机等行业。本实用新型能够有效解决传统十二缸活塞式发动机因一缸一连杆的结构导致发动机体积和重量较大、制造成本较高、能耗大的技术问题。
5.为了实现上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.在本实用新型的一技术方案中提供了一种弧运动转子发动机，包括呈圆筒状的气缸体，气缸体内部沿其径向设有挡板，挡板将气缸体的内腔分隔成两个同等大小的腔室；
7.所述气缸体的两个腔室内分别设有一组转子，并且两个腔室的内壁上对称且等间距地分别设有三组内置气门座，每组转子的圆周面上等间距地设有三块向外延伸的隔板，隔板与内置气门座之间交替分布，隔板的端面紧贴气缸体的内壁，每块隔板和与其相邻的两块内置气门座之间的腔室分别为第一气缸室和第二气缸室；
8.每组内置气门座内均设有两组进气门总成、一组联动排气组件和两组喷油嘴，并且三者均与气缸体的腔室相连通；两组转子的端部分别伸出气缸体并固定连接有曲柄，曲柄上连接有连杆，连杆的底部连接有曲轴，曲轴设于气缸体的侧面，曲轴的两端分别套设有曲轴轴承盖以及与外部起动机相连的起动飞轮；
9.起动飞轮驱动曲轴和曲柄转动，进而带动转子旋转，隔板在相邻两块内置气门座之间往复旋转，连续完成“进气、压缩、做功、排气”行程。
10.采用上述技术方案，通过在气缸体内设置挡板、内置气门座、转子和隔板，将气缸
体的内部腔室分隔成十二个气缸室，即交替分布的六个第一气缸室和六个第二气缸室，相当于传统活塞式发动机中的气缸内部的行程空间。通过外部起动机驱动起动飞轮带动曲轴转动，从而通过连杆带动曲柄进而带动转子旋转，在气缸体的每个腔室内，隔板沿两组内置气门座之间的弧形区域进行往复转动，相当于传统活塞式发动机中的活塞在气缸腔室内进行上下往复运动。通过设置进气门总成和联动排气组件分别向各气缸室内进行进气和排气，设置喷油嘴向各气缸室内进行喷油燃烧，隔板在扇形区域内做弧形往复运动，实现发动机的“进气、压缩、做功、排气”四个工作行程，其中第一气缸室和第二气缸室处于不同的行程状态。
11.进一步地，所述进气门总成包括进气门以及与其后端相连的进气门弹簧，每组内置气门座内对称地安装有两组进气门总成，分别连通第一气缸室和第二气缸室。本实用新型的进气门为单向进气，当进气通道的压力大于气缸体内部第一气缸室或者第二气缸室的压力时，进气门自动打开，快速向气缸体内部进气，当气缸体内部的压力大于进气通道内的压力时，进气门弹簧拉动进气门自动关闭。
12.进一步地，所述联动排气组件包括联动排气门和气门控制轴，所述联动排气门的两端分别连接第一气缸室和第二气缸室；所述气门控制轴的内端伸入内置气门座内部与联动排气门连接，外端与曲柄相连。通过起动机驱动起动飞轮带动曲轴转动，进而带动连杆和曲柄转动来控制联动排气门的开关状态，当第一气缸室中联动排气门打开时第二气缸室中联动排气门关闭，第一气缸室中联动排气门关闭时第二气缸室中联动排气门闭打开。
13.进一步地，所述气门控制轴的外端套接有气门拨叉，气门拨叉与曲柄之间连接有拨叉拉簧，气门拨叉和拨叉拉簧的外部罩设有与曲柄固定连接的排气控制盘。通过曲轴带动曲柄和排气控制盘转动，控制拨叉拉簧准时的拉动气门拨叉控制气门控制轴进行往复转动，调整联动排气门的开关状态。
14.进一步地，所述气门控制轴的外部还套设有摆动轴衬套，用于减少气门控制轴与内置气门座之间的磨损和进行密封，所述内置气门座两侧的排气通道上设有与联动排气门位置相对应的气门线圈，用于承受联动排气门的高速冲击和对排气通道进行密封。
15.进一步地，所述气缸体的左、右两端口处分别盖设有气缸盖，气缸盖通过盖板螺丝与气缸体固定连接，所述转子的端部伸出气缸盖与曲柄相连，转子与气缸盖之间套设有轴承座，所述气门控制轴的端部伸出气缸盖与气门拨叉固定连接。
16.进一步地，所述曲轴包括与起动飞轮相连的长曲轴，以及与长曲轴固定连接的短曲轴，长曲轴和短曲轴上各连接一根连杆，连杆和曲柄之间套设有滚动轴承，长曲轴和短曲轴分别与气缸体的外壁之间设有滚动轴承，以保证转动的灵活性，降低发动机的摩擦力，提高使用寿命。
17.进一步地，所述喷油嘴的端部伸出气缸体并连接有喷油嘴压板，喷油嘴压板与气缸体固定连接。
18.进一步地，所述隔板和转子内设有相互连通的润滑油通道，用以流通润滑油降低转子和隔板在转动过程中的摩擦力，提高转动灵活性。
19.进一步地，所述气缸体的环形侧壁内部设有若干个水冷却孔，用以流通冷却水对气缸体进行冷却降温，防止工作过程中过热。
20.本实用新型具有以下有益效果：
21.本实用新型通过设置转子和隔板替代传统发动机的活塞，通过内置气门座和隔板将气缸体进行圆周内三等分，通过隔板在气缸体腔室内沿相邻两组内置气门座之间的弧形区域进行往复旋转，可以完成“进气、压缩、做功、排气”四个行程，并且每块隔板两侧的第一气缸室和第二气缸室处于不同的行程状态，可以保证动力输出的连续性和平顺性。本实用新型提供的弧运动转子发动机改变了传统多缸活塞式发动机的气缸体和活塞的结构，十二缸设置两根连杆，显著降低了发动机的体积和重量，节约制造成本，减小发动机的摩擦力，提高发动机的使用寿命。本实用新型的发动机可用于柴油机、汽油机、蒸汽机、水力发电机等方面提供原动力，用于蒸汽机和水力发电机时，发动机的效率可达90％以上。
附图说明
22.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
23.图1是本实用新型的弧运动转子发动机的侧面结构示意图；
24.图2是图1中沿“a-a”线的剖面示意图；
25.图3是图2中沿“b-b”线的剖视图；
26.图4是图2中沿“c-c”线的剖面示意图；
27.图5是图2中“d”处的局部放大图；
28.图6是图3中“e”处的局部放大图；
29.图7是图4中进气门总成的结构示意图；
30.图8是图7中沿“f-f”线的剖面示意图；
31.图9是图2中联动排气组件的结构示意图；
32.图10是图9中沿“g-g”线的剖面图。
33.图中标号说明：
34.1、气缸体；101、挡板；2、转子；201、隔板；3、内置气门座；4、进气门总成；401、进气门；402、进气门弹簧；5、联动排气组件；501、联动排气门； 502、气门控制轴；503、气门拨叉；504、拨叉拉簧；505、摆动轴衬套；506、气门线圈；6、喷油嘴；7、曲柄；8、连杆；9、曲轴；91、长曲轴；92、短曲轴； 10、起动飞轮；11、排气控制盘；12、气缸盖；13、轴承座；14、盖板螺丝；15、润滑油通道；16、曲轴轴承盖；17、喷油嘴压板；18、水冷却孔；100、第一气缸室；200、第二气缸室。
具体实施方式
35.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。虽然本实用新型的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此实用新型的特征仅限于该实施方式。
36.在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或
暗示相对重要性。
37.在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，可以是两个元件内部的连通。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实施例中的具体含义。
38.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。
39.目前世界上最大的活塞式发动机为14缸型瓦锡兰14rt-flex96c涡轮增压发动机，其高度约14米，长度约26米，重量达2300吨，其空间体积和重量很大，能耗也很高。采用本实用新型提供的弧运动转子发动机设计几十千瓦的发动机重量可控制在几十公斤，可显著减小发动机的空间体积和重量。
40.本实用新型提供的弧运动转子发动机改变了传统多缸发动机的气缸体和活塞的结构，通过设置转子和隔板替代传统发动机的活塞，在气缸数量不变的情况下，十二缸仅使用两个连杆，显著减少了连杆的数量，不仅可以明显降低发动机的体积和重量，还可以减少曲轴上与连杆相连的曲拐结构，曲轴仅需要设置两个曲拐以连接两个连杆，其它转动处都可以使用滚动轴承，显著减小发动机的摩擦力，提高发动机的使用寿命，减少发动机自身的能耗。
41.如图1和图2所示，本实用新型的一个实施例中提供了一种弧运动转子发动机，包括呈圆筒状的气缸体1，气缸体1的内部中间位置沿其径向的方向设置有挡板101，通过挡板101将气缸体1的内部空腔分隔成了左右两个腔室。
42.参考图2和图3，气缸体1的每个腔室内设置有一组转子2，每组转子2的外周上等间距地设有三块隔板201，隔板201与挡板101相互垂直设置。气缸体 1的每个腔室的内壁上等间距地设有三组内置气门座3。隔板201的数量与内置气门座3的数量相等，隔板201与内置气门座3的位置交替分布。通过隔板201 以及与其相邻的两块内置气门座3，将气缸体1的每个腔室分隔为若干个交替分布的第一气缸室100和第二气缸室200。本实施例中定义每块隔板201的左侧气缸腔室为第一气缸室100，右侧气缸腔室为第二气缸室200。
43.参考图2和图4，每组内置气门座3的内部均安装有两组进气门总成4，分别与内置气门座3两侧的第一气缸室100和第二气缸室200相连通，用于向第一气缸室100和第二气缸室200内进气。
44.参考图1和图2，每组转子2的端部伸出气缸体1并固定连接有曲柄7，曲柄7上连接有连杆8，连杆8的底部连接有曲轴9，曲轴9的外部套设有与外部起动机相连的起动飞轮10。外部起动机驱动起动飞轮10带动曲轴9转动，从而通过连杆8带动曲柄7进而带动转子2转动，在气缸体1的每个腔室内部，隔板 201沿两组内置气门座3之间的弧形区域进行往复转动，从而改变第一气缸室100 和第二气缸室200的空间大小。
45.本实用新型中气缸体1、内置气门座3、转子2和隔板201之间围成的扇形区域，即第一气缸室100和第二气缸室200，相当于传统发动机中的气缸内部的行程空间。隔板201在第一气缸室100或者第二气缸室200内部作弧形往复运动的过程，相当于传统发动机中的活塞在气缸腔室内进行上下往复运动。同时，通过进气门总成4和联动排气组件5分别对第一气
缸室100或者第二气缸室200 进行进气和排气，通过喷油嘴6向第一气缸室100或者第二气缸室200内进行喷油燃烧，隔板201在扇形区域内作弧形往复运动，完成发动机“进气、压缩、做功、排气”四个行程，通过隔板201不断的往复弧运动转化为机械能，通过曲轴 9连接起动飞轮10的一端输出动力。
46.具体地，如图7和图8所示，进气门总成4包括进气门401以及与其相连的进气门弹簧402。本实施例中的进气门401为单向进气阀，当进气通道的压力大于气缸体1内部第一气缸室100或者第二气缸室200的压力时，进气门401自动打开，短时间内向气缸体1内部进气，当气缸体1内部的压力大于进气通道内的压力时，进气门弹簧402拉动进气门401自动关闭。
47.参考图2、图3和图6，每组内置气门座3的内部均安装有一组联动排气组件5，联动排气组件5包括联动排气门501和气门控制轴502，联动排气门501 的两端分别贯穿内置气门座3的两侧，用于对第一气缸室100和第二气缸室200 进行排气。参考图2、图5、图9和图10，气门控制轴502的一端伸入内置气门座3与联动排气门501连接，另一端连接有气门拨叉503。气门拨叉503通过连接拨叉拉簧504与曲柄7相连，气门拨叉503和拨叉拉簧504的外部罩设有与曲柄7固定连接的排气控制盘11。参考图1和图2，气缸体1的左、右两端口处分别盖设有气缸盖12，气缸盖12通过盖板螺丝14与气缸体1固定连接。转子2 的端部伸出气缸盖12与曲柄7相连，转子2与气缸盖12之间套设有轴承座13，气门控制轴502的端部伸出气缸盖12与气门拨叉503固定连接。
48.参考图5和图9，气门控制轴502的外部还套设有摆动轴衬套505，用于减少气门控制轴502与内置气门座3之间的磨损和进行密封。参考图6，内置气门座3两侧的排气通道上设有与联动排气门501位置相对应的气门线圈506，用于承受联动排气门501的高速冲击和对排气通道进行密封。
49.通过起动机驱动起动飞轮10带动曲轴9转动，进而带动连杆8和曲柄7转动，进而通过排气控制盘11和拨叉拉簧504拉动气门拨叉503控制气门控制轴 502进行往复转动，从来控制联动排气门501在左右两侧内置气门座3中的位置状态，联动排气门501在左右两侧第一气缸室100和第二气缸室200中的开关状态正好相反。
50.参考图2和图4，每组内置气门座3的内部均安装有两组喷油嘴6，分别与内置气门座3两侧的第一气缸室100和第二气缸室200相连通，用于向气缸体1 腔室中喷油，与空气混合经隔板201压缩产生高温而燃烧做功。喷油嘴6的端部伸出气缸体1，并通过喷油嘴压板17与气缸体1固定连接。
51.参考图2，曲轴9设置于气缸体1的外部，曲轴9包括与起动飞轮10相连的长曲轴91，以及与长曲轴91固定连接的短曲轴92。长曲轴91和短曲轴92 上分别连接有一个连杆8，短曲轴92的端部套设有曲轴轴承盖16。通过设置固定连接的长曲轴91和短曲轴92，便于在曲轴9与气缸体1接触的位置安装多组滚动轴承，以保证曲轴9转动的灵活性，降低发动机的摩擦力，提高使用寿命。
52.参考图3，隔板201分别与气缸体1的内壁、挡板101和气缸盖12相贴的三个侧面上均设有五条凹槽，中间的一条凹槽为油环槽，设置为与转子2相连通的润滑油通道15，其余四条凹槽为气环槽。凹槽内均设有弹簧，隔板201与气缸体1的内壁相贴的侧面上的凹槽内设有弯片弹簧，用以保证凹槽密封性。每条凹槽内还都设有直线环，直线环可采用合金铜或合金铸铁制成。气缸体1的环形侧壁内部设有若干个水冷却孔18，用以流通冷却水对气缸体
1进行冷却降温，防止工作过程中过热。
53.参考图2和图3，本实用新型提供的弧运动转子发动机的“进气、压缩、做功、排气”工作行程如下：
54.以隔板201起始转动方向为顺时针方向为例，隔板201两侧相邻的内置气门座3之间的弧形区域为该隔板201的旋转路径。隔板201左侧为第一气缸室100，右侧为第二气缸室200。
55.(1)进气行程：
56.外部的起动机驱动起动飞轮10带动曲轴9旋转，连杆8在曲轴9上转动从而带动曲柄7和转子2转动，转子2带动隔板201从其左侧的内置气门座3向右侧的内置气门座3旋转。隔板201左侧的内置气门座3中，进气门401的进气通道压力大于第一气缸室100的压力，进气门401自动打开，向第一气缸室100 内快速进气，该内置气门座3中的联动排气门501未关闭，进行扫气。由于排气通过涡轮增压，向进气道增压，当隔板201转动至右侧内置气门座3时，连杆8 带动转子2进行反向旋转，隔板201从右侧内置气门座3向左侧内置气门座3 旋转三分之一路径时，联动排气门501和进气门401同时关闭，此时第一气缸室 100压力大于进气通道的压力时，进气门401自动关闭，第一气缸室100实现“进气行程”。
57.(2)压缩行程：
58.左侧内置气门座3中联动排气门501和进气门401同时关闭，隔板201从右侧内置气门座3向左侧内置气门座3继续旋转，第一气缸室100空间逐渐缩小，隔板201逐渐压缩第一气缸室100中的空气，使压力和温度逐渐升高，实现“压缩行程”。
59.此过程中，隔板201右侧内置气门座3的进气门401打开，第二气缸室200 实现“进气行程”。
60.(3)做功行程：
61.当隔板201转动至左侧的内置气门座3时，联动排气门501和进气门401 仍关闭，由于空气压缩产生高温，此时左侧内置气门座3中的喷油嘴6向第一气缸室100中喷油，瞬间燃烧做功释放出大量热能，燃烧气体的体积急剧膨胀，产生反向推力，推动隔板201迅速向反方向旋转，第一气缸室100实现“做功行程”。同时，燃烧做功推动隔板201反向旋转的同时驱动连杆8带动曲轴9转动，进而将本实用新型的弧运动转子发动机产生的动力传输出去。
62.此过程中，隔板201向右侧内置气门座3转动，第二气缸室200空间逐渐缩小，压力和温度逐渐升高，右侧内置气门座3中的进气门401和联动排气门501 也均关闭，第二气缸室200实现“压缩行程”。
63.(4)排气行程：
64.当隔板201转动至右侧的内置气门座3时，连杆8在惯性作用下绕曲轴9 旋转，带动转子2和隔板201进行反向旋转，隔板201向左侧的内置气门座3 转动。与此同时，右侧的第二气缸室200空气压缩产生高温，喷油嘴6喷油燃烧产生反推力，推动隔板201向左侧的内置气门座3旋转，实现“做功行程”。
65.此时，右侧内置气门座3中联动排气门501关闭，左侧内置气门座3中的联动排气门501打开，第一气缸室100中燃烧产生的废气在自身的压力和隔板201 的推动作用下，经联动排气门501排出第一气缸室100，当隔板201转至左侧内置气门座3时，其中的联动排气门501关闭，第一气缸室100完成“排气行程”。
66.第一气缸室100继续进行下一个工作循环：隔板201从左侧的内置气门座3 向右侧的内置气门座3旋转，因燃烧后的气压较高，瞬间完成排气，第一气缸室 100内的压力低于大气压，左侧的内置气门座3中的进气门401自动打开，联动排气门501关闭，向第一气缸室100内进气，实现下一循环的“进气行程”。在此过程中，右侧的内置气门座3中的联动排气门501打开，第二气缸室200进行“排气行程”，至此，第二气缸室200也完成了一个工作循环。
67.本实用新型的十二缸弧运动转子发动机，曲轴每转一圈，十二缸中每个气缸做功一次，完成一次工作循环，曲轴每转九十度都有不相邻的三个气缸在做功，这三个气缸做功结束时与其相邻的三个气缸开始做功，可以保证动力输出的连续性和平顺性。
68.虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式，对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。因此，凡本技术领域中技术人员依据本实用新型的构思，在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。