专利名称：转子发动机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种发动机技术，尤其是缸体由气缸和油缸两部分构成，可有效地解决密封问题，克服四冲程活塞式发动机热效率低的一种转子发动机。
目前，广泛使用的是传统的四冲程活塞式发动机。由于它需要把活塞的往复运动变为圆周运动，除了产生较大的振动外，为克服活塞贯性力要消耗很多能量，形成了发动机热效率难于提高的障碍。本世纪中业，德国发明的三角活塞转子发动机，因其三角活塞在气缸内要作特殊的往复运动，同样要克服贯性力，热效率提不高，其次，该发动机制造上的复杂工艺和高精密度要求，为制造加工增加了难度。否则，不能解决气缸密封问题而漏气，发动机效率也要降低。后来，人们为解决活塞式四冲程发动机的这些弱点，又不断对转子发动机的设计作了创造性的工作，如中国专利局公布的申请号88220942.6和申请号为92203714.0的发明创造，就属这类技术。前者，叶片的运动是通过缸盖上的导轨来实现，气缸的密封是通过“弧形密封条、径向密封片、滑动密封块”来实现。零件多，工艺复杂，成本高，维修保养困难。同时不可避免地要出现密封死角，导致漏气。发动机效率降低。后者靠弹簧力推动叶片伸缩，因发动机在高温下工作，弹簧功能必然因退火减弱，甚至完全失去功能；其次，发动机缸体由两圆柱面和一个平面连接而成，叶片在气缸中作往复运动，其加速度的突变，对缸体进行冲击，必然会造成较大振动和摩损，缩短发动机寿命。因此，要进入实用，还必须克服相关缺陷。
本实用新型的目的就是提供一种缸体由气缸和油缸两部分构成，其气缸环由圆柱面和正弦柱面平滑的结合而成，在气缸内部的转子上装有可利用离心力来同气缸环内壁面紧密接触的叶片活塞的转子发动机。
实现上述目的的方案如下转子发动机，由气缸环、缸衬、缸盖、转子、转轴、叶片活塞以及密封装置构成，气缸环壁上开有燃气进气口、排气口，还装有火花塞，缸盖安装在气缸环的两侧，其间垫有缸衬，构成密封腔体，转子装在腔体内，用花键轴作为转子的转轴，同气缸环两侧的缸盖转动连接；转子上开有活塞槽，叶片活塞装入活塞槽内；其特征在于气缸环的内壁由作为压缩区及排气区的一对对称的圆柱面和作为进气区及燃烧区的一对对称的正弦柱面平滑地构成一个闭合的环状曲面；用多层矩形薄片叠加成一个同活塞槽形状一致的长方体构成叶片活塞；由安装在气缸环两侧的气缸盖及二者间垫有的气缸衬，通过转轴与气缸盖转动连接的转子以及在转轴与气缸盖接合处安装的油封构成一个作为油缸的密封连通的空腔。
为使气缸内获得合理的压缩比和燃烧区有合理的工作长度，由圆柱面和正弦柱面构成的气缸环内壁的区域结构是圆柱面所对应的圆心角等于72度，正弦柱面所对应的圆心角等于108度。
在保证气缸压缩比为8的要求下，压缩区高度，即转子与气缸环圆柱面内壁的距离为半压缩长度的0.16倍。当压缩比为N时，压缩区高度为a，半压缩长度为A，则 [3(1+N)-(n-5)π]，转子半径应不小于半压缩长度的 倍，气缸环宽度不大于半压缩长度的4倍，不小于半压缩长度的2倍。
为使转子在运行中，叶片活塞能同斜度不断变化的气缸环内壁曲面贴紧，并具有沿轴向收缩和扩张的功能，叶片活塞由矩形薄片和梯形薄片分做多层叠加构成。其中首尾两片为完整矩形薄片，中间的每一层均由两块直角梯形拼接成有微小错落的矩形，并使相邻两层的拼缝不重合，且错落的位置关于矩形对称轴对称。
按照上述方案，制好转子发动机各零件。转子安装在转轴上，转轴用花键轴；气缸的两个缸盖的中心对应位置制有轴承，其一缸盖上的轴承座为敞开式，另一缸盖上的轴承为隐蔽式。在敞开式轴承外安装油封和油封盖，构成述宫式油封装置，在缸盖上安装有进油器和调压器。气缸环的两个端面和缸衬紧贴形成气缸，侧壁和气缸盖之间加缸盖垫，这样就构成一个转子发动机。运行时，叶片活塞在转子槽内沿径向滑动，在离心力作用下，活塞外缘形状和活塞宽度将作适应于气缸环内壁曲面变化的变化，使其紧紧与缸壁贴合。转子每转一周，相邻两叶片活塞间的区域均完成一次进气、压缩、燃烧和排气的工作过程。气缸及转子两侧的连通油缸内的润滑油堵塞气缸与外界的缝隙，又起到润滑所有运动零件的作用。
本实用新型的优点是气缸环采用了圆柱面和正弦柱面平滑结合的结构，有利活塞端面与气缸内壁面的贴合严密，又减少振动；同时，又可与转子配合形成有效的压缩、燃烧、排气、进气等区域的功能。转子上活塞槽内的叶片活塞由多层两块梯形薄片拼接成的有微小错落的矩形片叠合而成，这种活塞在转子运行中离心力的作用下，在槽中沿径向滑动，并有沿轴向膨胀的功能保证了活塞端面及两侧同气缸内壁紧密贴合，对吸入气缸中的燃气产生有效压缩比，保证点燃后获得最佳燃烧效果。位于转子和气缸两侧的，由气缸盖、气缸衬、气缸环、转子、转轴、油封等零件围成的空间所构成的油缸内充满润滑油，既起到很好的密封效果，又保证了所有运动件的润滑。又由于气缸环与转子间构成的四个区域的空间高度及大小，气缸环的宽度、转子半径均经科学的计算，给出它们与半压缩长度的关系，保证了设计的科学性和可靠性。所以本实用新型所公开的转子发动机，有效的解决了密封、润滑的问题，尤其是气缸环内壁曲面的结构，叶片活塞的矩形薄片叠合结构及活塞端面与缸环内壁的配合，均为转子发动机提供了可靠保障。无疑，转轴运行同转子完全一致，不存在改变运动状态所要的能量损耗，是一种热效率高的发动机，又由于其结构简单、体积小、振动小。故可降低发动机成本，提高使用性能。
图1a、本实用新型主视图。
图1b、沿AOA剖视图。
图2、气缸环与转子结构关系示意图。
图3、叶片活塞结构图。
以下结合附图，作为一个实施例，对本实用新型作进一步说明。
参照
图1、2，发动机的气缸环2内壁由相对称的圆柱面8和正弦柱面1构成平滑的环状曲面，中心采用花键轴12作为转子11的转轴，转子固接在花键轴上。沿转子径向，在四等分圆周的两条相互垂直的直径线上开叶片活塞槽4，叶片活塞9以插入的方式活动装入槽中。缸环2的大小由转子11半径确定，转子半径按设计要求的半压缩长度(或活塞振幅)A来确定，若设其半径为R，则应使 。转子半径一经确定，压缩区高度由压缩比N来确定，如设压缩区高度为a，则a ，由上面两式可得到缸环2内壁圆柱面的半径和正弦柱面的方程，计算出它的断面形状。气缸环2的宽度b按不大于半压缩长度的4倍和不小于半压缩长度的2倍要求确定。这样即可按上述参数制作气缸环2和相应的转子11，再由转子尺寸确定叶片活塞槽4的尺寸和位置，加工出活塞槽；转子中心点上开出其与花键轴12连接的安装孔。气缸环2的两侧面是圆环形缸衬14与缸环形成气缸，再通过缸盖垫21与气缸盖5密封连接。
气缸盖5分为两部分，分别安装在气缸环2的两个侧面，其间垫有缸盖垫21，每个盖的中心处均制有支撑转1轴的轴承19。安装时花键轴12就通过轴承19固定在里面，其中一个盖的轴承口部敞开，花键轴一端伸出其外，以输出动力。它们的结合部通过油封盖16和油封15紧密连接。这样气缸盖5与缸衬14、转轴12、气缸环2、转子11、油封15、油封盖16，共同围成两个环状空间，通过转子上活塞槽底部的孔7连通，构成油缸。使用时里面充满润滑油，起着密封气缸和润滑所有运动零件的作用。在气缸盖5的上、下端适当位置开口，安装进油器17和调压器20。
在转子11端面与缸衬14的结合部，开两道环状油沟13，使其内充满润滑油，以保证转子端面与气缸间的密封。同时在制作气缸环2时，使每个圆柱面区域8所对圆心角等于72度，每个正弦柱面区域1所对圆心角等于108度。这样，气缸环2与转子11间的空间即构成了进气区、压缩区、燃烧区、排气区。缸环外壁上，分别在一个正弦柱面距起始位置为9°处开孔作进气口6；为便于同燃气供气系统连接，进气口6应为凸起的凸台。在另一正弦柱面区域距起始位置为9°处开孔，安装火花塞3。紧靠火花塞位置的这个圆柱面区域即为压缩区；与之对称的另一圆柱面区域即为排气区，排气口10位置在燃烧区与排气区的结合部，排气口10也应制成便于同外排气管连接的凸台。
参照图3，叶片活塞用矩形薄片24和梯形薄片23叠合制作，两端面用两块矩形薄片24叠合，中间每个薄片用两块直角梯形片23拼接成有微小错落的矩形。叠合时使构成矩形的梯形片的斜腰边连接缝22交替错开，叠合后的叶片活塞应为层次错落的长方体，将其插入叶片活塞槽中。由于它的结构特性，在转子运行过程中，叶片活塞在高速转动的转子的离心力作用下，顶部形状能随缸环内壁曲面的变化而变化，增大接触面，而且沿轴向有膨胀的功能，使它与气缸衬紧密贴合，保证有效的压缩效果。
按上述方法制作好的各零件，组装起来，即成为一个转子发动机，转子11旋转时，叶片活塞9在转子的槽4内沿径向滑动，使其外缘紧贴气缸内壁，每转一周，相邻两叶片间的区域完成一次吸气、压缩、燃烧、排气的工作过程，四个叶片区域共完成四次工作过程。转子11旋转产生的离心力，使活塞9紧贴气缸内壁，使任意相邻二活塞经过吸气区时，该区域形成真空，由进气口6吸入混合可燃气，当此二活塞复盖了整个压缩区时，可燃气按设计的压缩比被压缩，随即，进入燃烧区，被该区内的火花塞点燃，气体燃烧膨胀对活塞产生高压，前后二活塞的压力差推动转子11继续转动，此二活塞进入排气区后，燃烧后的废气从排气口10排出，如此循环，使发动机持续运转。转子11每旋转一周，共点火燃烧四次，一切过程均几乎是连续的，并不存在火花塞每次都进行点火。油缸18内的润滑油将所有运动零件润滑，叶片活塞9则在其径向运动中，使油缸不断吸油和供油，又通过进油器17和调压器20调节油压和进油量。由于叶片活塞9由多片薄片叠合构成，在其随转子运动的离心力作用下，其顶部形状可随缸环2内壁的变化而作适应性变化，与缸环2内壁紧密接触，又由于每个矩形叶片由两块梯形片23拼接成，使活塞9具有沿轴向收缩和扩张的功能。在运动中，叶片活塞在沿径向的往复动作中，又可将润滑油不断的吸入油缸，同时润滑油也被压入叶片内部，使叶片得到密封和润滑。所以本实用新型是一种热效率高，运行可靠的转子发动机。
权利要求1.一种转子发动机，由气缸环(2)、缸衬(14)、缸盖(5)、转子(11)、转轴(12)、叶片活塞(9)以及密封装置构成，气缸环壁上开有燃气进气口(6)、排气口(10)，还装有火花塞(3)，缸盖(5)安装在气缸环(2)的两侧，其间垫有缸衬(14)，构成密封腔体，转子(11)装在腔体内，用花键轴作为转子(11)的转轴(12)，同气缸环(2)两侧的缸盖(5)转动连接；转子(11)上开有活塞槽(4)，叶片活塞(9)装入活塞槽(4)内；其特征在于气缸环(2)的内壁由作为压缩区及排气区的一对对称的圆柱面(8)和作为进气区及燃烧区的一对对称的正弦柱面(1)平滑地构成一个闭合的环状曲面；用多层矩形薄片(24)叠加成一个同活塞槽(4)形状一致的长方体构成叶片活塞(9)；由安装在气缸环(2)两侧的气缸盖(5)及二者间垫有的气缸衬(14)，通过转轴(12)与气缸盖(5)转动连接的转子(11)以及在转轴(12)与气缸盖(5)接合处安装的油封(15)构成一个作为油缸(18)的密封连通的空腔。
2.根据权利要求1所述的转子发动机，其特征在于叶片活塞由矩形薄片(24)和梯形薄片(23)分多层叠加构成。
3.根据权利要求1或2所述的转子发动机，其特征在于叶片活塞(9)的首尾两片为完整矩形薄片(24)，中间的每一层均由两块直角梯形片(23)拼接成有微小错落的矩形，且相邻两层拼接缝不重合。
4.根据权利要求1或2所述的转子发动机，其特征在于由圆柱面(8)和正弦柱面(1)构成的气缸环(2)内壁的区域结构是圆柱面(8)所对应的圆心角等于72度，正弦柱面(1)所对应的圆心角等于108度。
5.根据权利要求1所述的转子发动机，其特征在于当压缩比为N时，压缩区高度为a，半压缩长度为A，则 〔3(1+N)-(n-5)π〕，转子半径应不小于半压缩长度的 倍，气缸环宽度不大于半压缩长度的4倍，不小于半压缩长度的2倍。
6.根据权利要求1所述的转子发动机，其特征在于保证气缸压缩比为8的要求下，压缩区高度，即转子与气缸圆柱面内壁的距离为半压缩长度的0.16倍。
专利摘要一种转子发动机，由气缸环、缸衬、缸盖、转子、转轴、叶片活塞以及密封装置构成，气缸环的内壁由圆柱面和正弦柱面平滑的结合而成。同中间的转子间的间隙构成进气、压缩、燃烧和排气四个区域，叶片活塞由矩形薄片叠合构成。运行中，叶片活塞在转子旋转的离心力作用下，紧紧贴合气缸环内壁运动。产生很好的压缩、燃烧、进排气作用；围在气缸两侧的油缸又有很好的密封效果。有效地克服了四冲程发动机热效率低的问题。
文档编号F02B53/00GK2243543SQ95218948
公开日1996年12月25日 申请日期1995年8月6日 优先权日1995年8月6日
发明者刘弘 申请人:刘弘