专利名称：风冷分缸转子式内燃机的制作方法
技术领域：
本发明属于旋转活塞内燃机，特别是风冷分缸转子式内燃机。
目前旋转活塞内燃机的种类很多，但实际应用的并具有代表性的有三角转子(活塞)旋转式内燃机，如1973年由科学出版社出版的旋转活塞发动机一书中第49页介绍的，这种内燃机包括具有外旋轮线面的缸体、等边三角形转子、功率输出轴、偏心轴、缸盖、一对相位齿轮、径向密封垫、端面密封垫及火花塞等，其工作过程是等边三角形的转子在偏心轴和一对相位齿轮的作用下，以一定形式相对于缸体作旋转运动并形成三个容积可变的工作室，完成吸气、压缩、膨胀、排气一个工作循环。近期中国专利CN85105764号也公开了一种风冷叶轮子式内燃机，其主要结构是风冷四叶转子构成了相互密封的两个气室，四叶组成四个工作部，左气室为进气、压缩部，右气室为膨胀、排气部，上部为压缩位移部，并配有单向阀。其工作过程是混合燃气从左气室进气口进入进气部，然后由叶片将混合燃气在压缩部进行压缩，压缩后的混合燃气由上部单向阀进入右气室的膨胀部点火作功，燃烧后的废气经排气部的排气口排出机外，完成一个工作循环。由于上述两种转子式内燃机存在如下不足，因此其使用受到限制。首先，前者的三角转子是靠一偏心轴和一对相应齿轮使其在缸体内运动，这种结构较复杂，精度要求高，密封和磨损问题不好解决，而后者虽然结构简单，精度要求低，但各工作部容积的变化是靠叶片使其在缸体内的转动来实现，这样密封效果不好，而且磨损加剧;其次是由于吸气、压缩、膨胀、排气过程中气缸的各工作部容积相同，就很难降低膨胀时的终点温度，加之密封和磨损较大，导致热效率降低;再其次就是风冷叶轮转子式内燃机在工作过程中，压缩后的混合燃气经单向阀进入燃烧室时，在它一进入就点火的情况下，由于混合气燃烧迅速，压力剧增，易使单向阀产生回堵，混合燃气进入膨胀部不充分，或者在边进气边燃烧的情况下，也会造成不良后果，而在混合燃气全部进入膨胀部后再点火，将使膨胀位移变小，这些情况都将导致热效率的降低;在其次是上述两种内燃机的吸气、压缩、膨胀、排气过程是容积相同的气缸里进行，很难降低膨胀时的终点温度，也将导致热效率的降低。
本发明针对现有技术中存在的不足进行了改进，提供一种结构简单、容易加工制造、磨损较轻及热效率较高的风冷分缸转子式内燃机。
本发明是通过如下方式予以实现的一种风冷分缸转子式内燃机，包括圆形缸体及设置其内的转子、缸盖及其密封装置，本发明的圆形缸体及设置其内的转子组成了容积不同的两个气缸，一个为吸气和压缩过程同缸同步进行的吸气压缩气缸，另一个为膨胀和排气过程同缸同步进行膨胀排气气缸，而且膨胀排气气缸的容积大于吸气压缩气缸的容积;圆形缸体的上死点设有压缩气门，其右死点设有膨胀封气门;转子上沿径向左右两端设有径向密封垫Ⅰ和径向密封垫Ⅱ，并在径向密封垫Ⅰ的一端设有进气道和排气道。
所说的膨胀排气缸的容积是吸气压缩气缸容积的2.28～3.85倍，由于现行内燃机的吸气、压缩、膨胀、排气过程是在同一气缸中进行，且气缸容积相同，因此，膨胀作功过程是一种不完全的热膨胀过程，加之排气提前，就造成了膨胀终点3～6个大气压的热损失。所以本发明采取了膨胀排气缸的容积大于吸气压缩气缸容积的设计构思，根据气态方程P1Vk1＝P2Vk2，可知，假设现行内燃机的气缸为1个容积单位，扩散膨胀后膨胀终点压力为1个大气压，即V1为1个容积单位，P1为3或6个大气压，P2为1个大气压，求V2。当P1为3个大气压时，则V2=P1·V1RP2KV1·P1P2K=1·311.33=2.28(K=1.33)]]>。当P1为6个大气压时，同样根据上式可计算出V2=1·611.333.85]]>。所以膨胀排气气缸的容积是吸气压缩气缸容积的2.28～3.85倍。另外，根据内燃机循环热效率公式ηi=1- (λρK-ξK-1)/((εξ)K-1[(λ-1)+Kλ(ρ-1)]) 可知λρk＞ξ＞1即膨胀排气缸的容积是吸气压缩气缸容积的ξ倍，即λρk＞ξ＞1，或3.84＞ξ＞2.28。
所说的压缩封气门可以由压缩挡板Ⅰ和压缩挡板Ⅱ及它们间的连接板、连接板上的密封圈Ⅰ、弹簧Ⅰ、弹簧Ⅲ、弹簧片组成，所说的膨胀封气门由膨胀挡板及其弹簧Ⅱ、密封圈Ⅱ组成，它们相应的控制机构由在转子圆周表面设计的半周凸圆滑道及另一半周凹槽滑道组成，其中凸圆滑道与凹槽滑道沿转子圆周相接处是圆滑过渡的，在转子的半圆周表面中心处留有圆形凸棱，而两边切去相等凹槽，即成为中间凸起两边凹进的凸圆滑道，相应转子的另一半圆周表面中心处制成凹槽，而两边保留凸棱，即成为恰好与凸圆滑道相反的凹槽滑道，二者相接处圆滑过渡，从而达到间歇控制压缩封气门和膨胀封气门的目的。
所说的压缩封气门也可以采用由整体压缩挡板(它可以代替压缩挡板Ⅰ和压缩挡板Ⅱ及它们间的连接板)，密封圈Ⅰ、弹簧Ⅰ组成，但是膨胀封气门仍由膨胀挡板及其弹簧Ⅱ、密封圈Ⅱ组成，它们相应的控制机构是由采用固连于功率输出轴上的偏心轮及其带动的挺杆组成，即固连于功率输出轴上的偏心轮转动时直接带动挺杆，然后挺杆带动并间歇控制压缩封气门和膨胀封气门。
所说的压缩封气门和膨胀封气门的轴线方向相互垂直，二者在圆形缸体上的交点相对于圆形缸体圆心的夹角范围为0～90°。
其工作过程是空气或可燃性混合气体首先从转子上的进气道进入吸气压缩气缸(如图6所示)，当转子带动吸气压缩气缸和膨胀排气气缸沿逆时针方向旋转时，由于膨胀封气门在凸圆滑道或挺杆的作用下静止于右死点，而压缩封气门在其弹簧Ⅰ的作用下紧紧作用于转子的上部(如图7所示)，并将吸气压缩气缸内的空气或可燃性混合气体在被逆时旋转的转子挤压时而封在燃烧室内得到压缩，而吸气压缩气缸内的空气或可燃性混合气体被压缩封气门封在燃烧室的同时，在压缩封气门的左边又形成真空空间并从进气道又吸进下一个热循环用的空气或可燃性混合气体(如图8、9所示)。当转子继续旋转时，压缩封气门在转子上凸圆滑道或挺杆的作用下静止于上死点，膨胀排气气缸及转子上的径向密封垫Ⅰ以及膨胀封气门从右死点解除静止状态，并且在弹簧Ⅱ的作用下紧紧作用于转子下部，把压缩的空气或可燃性混合气体封在燃烧室内，这时喷油及点火燃烧产生高压气体而作功，同时膨胀排气缸内上个循环的废气从排气道排出机外(如
图10所示)。这时喷油或点火燃烧产生高温高压气体膨胀后推动转子作功，同时上个热循环的废气继续从排气道排出机外(如图11所示)。目前，现行内燃机的吸气、压缩、膨胀、排气是在同一气缸中进行，且气缸容积相同，加之压缩时的终点温度总是小于膨胀时的终点温度，根据气态方程P1V1/T1＝P2V2/T2可知，膨胀时的终点压力P2一般大于临界压力P13～6个大气压，因此造成热量损失大，而本发明由于采用压缩封气门和膨胀封气门及圆形缸体与转子的新的结构形式，使吸气和压缩为同缸同步进行的气缸，膨胀和排气同缸同步进行的气缸，并且后者的容积是前者容积的2.28～3.85倍，把膨胀时终点压力降到接近临界压力P从而提高了热效率(可提高热效率达40～50%)。
本发明和现有技术相比，具有结构简单、容易加工、磨损小及热效率较高等特点。
图1是本发明的第一种总体结构图。
图2是本发明采用径向密封垫Ⅰ、Ⅱ的第一种总体结构图的A-A剖面图。
图3是本发明未采用径向密封垫Ⅰ、Ⅱ的第一种总体结构图的A-A剖面图。
图4是本发明第二种总体结构图。
图5是本发明第二种总体结构图的A-A剖面图。
图6-11是本发明工作原理示意图。
图中1圆形缸体、2转子、3散热片、4径向密封垫Ⅰ、5膨胀封气门、6弹簧Ⅱ、7膨胀挡板、8右死点、9密封圈Ⅱ、10燃烧室、11火花塞或喷油嘴安装孔、12压缩封气门、13上死点、14弹簧Ⅰ、15压缩挡板、16密封圈Ⅰ、17转子上部、18吸气压缩气缸、19进气道、20径向密封垫Ⅱ、21排气道、22空气冷却通道、23膨胀排气气缸、24转子下部、25圆形缸体底座、26缸盖、27偏心轮、28密封圈Ⅲ、29轴承、30进气空腔、31法兰、32挺杆、33密封片、24整体压缩挡板、35密封圈Ⅳ、36排气空腔、37凹槽滑道、38弹簧片、39压缩挡板Ⅰ、40压缩挡板Ⅱ、41连接板、42凸圆滑道、43弹簧Ⅲ、44功率输出轴。
本发明的最佳实施例，如图1-11所示，一种风冷分缸转子式内燃机，包括圆形缸体1及设置其内的转子2、缸盖26及其密封装置，本实用新型的圆形缸体1及设置其内的转子2组成了容积不同的两个气缸18、23，一个为吸气和压缩同缸同步进行的吸气压缩气缸18，另一个为膨胀和排气同缸同步进行的膨胀排气气缸23，而且膨胀排气气缸23的容积大于吸气压缩气缸18的容积;圆形缸体1的上死点13设有压缩封气门12，其右死点8设有膨胀封气门5;转子2上沿径向左右两端设有密封垫Ⅰ4和密封垫Ⅱ20，并在密封垫Ⅰ4的一端设有进气道19、和排气道21。另外上述所说的容积不同的两个气缸18、23，为使发动机运转平稳，也可以采用四缸或六缸，其它的各机构及零部件作相应设计。
所说的膨胀排气气缸的容积是吸气压缩气缸容积的2.28～3.85倍。
所说的压缩封气门12可以由压缩挡板Ⅰ39和压缩挡板Ⅱ40及它们间的连接板41、连接板41上的密封圈Ⅰ16、弹簧Ⅰ14弹簧Ⅲ43、弹簧片38组成，所说的膨胀封气门由膨胀挡板7及其弹簧Ⅱ6、密封圈Ⅱ9组成，它们相应的控制机构是由在转子2圆周表面设计的半周凸圆滑道42及另一个半周凸槽滑道37组成，其中，凸圆滑道42与凹槽滑道37沿转子2圆周相接处是圆滑过渡的，在转子2的半圆周表面中心处留有圆形凸棱，两边切去相等凹槽，即成为中间凸起两边凹进的凸圆滑道42，相应转子2的半圆周表面中心处制成凹槽，而两边保留凸棱，即成为恰好与凸圆滑道42相反的凹槽滑道37，二者相接处圆滑过渡即采用圆弧相接，从而达到间歇控制压缩封气门12和膨胀封气门5的目的。
所说的压缩封气门12也可以采用由整体压缩挡板34、密封圈Ⅰ16、弹簧Ⅰ14组成，但是膨胀封气门5仍由膨胀挡板7及其弹簧Ⅱ6、密封圈Ⅱ9组成，它们相应的控制机构是由采用固连于功率输出轴44上的偏心轮27及其带动的挺杆32组成，上面所说的整体压缩挡板34可以代替压缩挡板Ⅰ39和压缩挡板Ⅱ40及它们间的连接板41，这样结构可以简化，固连于功率输出轴2上的偏心轮27转动时直接带动挺杆32，然后挺杆32带动并间歇控制压缩封气门12和膨胀封气门5。
所说的压缩封气门12和膨胀封气门5的轴线方向相互垂直，二者在圆形缸体1上的交点相对于圆形缸体1圆心的夹角范围为0～90°。
总之，本发明的第一种结构是采用常规设计，如图1、图2所示如果采用陶瓷或热胀冷缩率较小的材料，可取消上述常规设计中径向密封垫Ⅰ4和径向密封垫Ⅱ20，如图1、图3所示，但是，上面两种情况中关于压缩封气门12的控制机构都是采用偏心轮27和挺杆32来控制的，为使结构简化、加工制造容易，可以取消偏心轮27和挺杆32，即压缩封气门12的控制机构采用在转子2圆周表面设计的半周凸圆滑道42及另一个半周凹槽滑道37直接带动或间歇控制的结构形式，如图4、图5所示。
权利要求
1.一种风冷分缸转子式内燃机，包括圆形缸体及设置其内的转子、缸盖及其密封装置，本发明的特征是a、圆形缸体及设置其内的转子组成了容积不同的两个气缸，一个为吸气和压缩过程同缸同步进行的吸气压缩气缸，一个为膨胀和排气过程同缸同步进行的膨胀排气气缸，而且膨胀排气气缸的容积大于吸气压缩气缸的容积；b、圆形缸体的上死点设有压缩封气门，其右死点设有膨胀封气门；c、转子上沿径向左右两端设有径向密封垫I和径向密封垫Ⅱ，并在径向密封垫Ⅰ的一端设有进气道和排气道。
2.如权利要求1所述的风冷分缸转子式内燃机，其特征在于膨胀排气气缸的容积是吸气压缩气缸容积的2.28～3.85倍。
3.如权利要求1所述的风冷分缸转子式内燃机，其特征在于所说的压缩封气门可以由压缩挡板Ⅰ和压缩挡板Ⅱ及它们间连接板、连接板上的密封圈Ⅰ、弹簧Ⅰ、弹簧Ⅲ、弹簧片组成，所说的膨胀封气门由膨胀挡板及其弹簧Ⅱ、密封圈Ⅱ组成，它们相应的控制机构是由在转子圆周表面设计的半周凸圆滑道及另一半周的凹槽滑道组成。
4.如权利要求1所述的风冷分缸转子式内燃机，其特征在于所说的压缩封气门也可以由整体压缩挡板、密封圈Ⅰ、弹簧Ⅰ组成，但是膨胀封气门仍由膨胀挡板及其弹簧Ⅱ、密封圈Ⅱ组成，它们相应的控制机构是由采用固连于功率输出轴上的偏心轮及其带动挺杆组成。
5.如权利要求1-4所述的风冷分缸转子式内燃机，其特征在于所说的压缩封气门和膨胀封气门的轴线方向相互垂直，二者在圆形缸体上的交点相对于圆形缸体圆心的夹角范围为0～90°。
全文摘要
本发明属于旋转活塞内燃机，特别是风冷分缸转子式内燃机，它包括圆形缸体及设置其内的转子、缸盖及其密封装置，由于本发明圆形缸体及其内的转子组成了容积不同的两个气缸，即使得吸气和压缩、膨胀和排气成为同缸同步进行的两个气缸，同时在缸体上设置压缩封气门和膨胀封气门等，这样使得本实用新型具有结构简单、容易加工制造、磨损低、热效率高等特点，是一种新型的旋转活塞内燃机。
文档编号F01C1/356GK1046018SQ89101898
公开日1990年10月10日 申请日期1989年3月28日 优先权日1989年3月28日
发明者伊三泉 申请人:伊三泉