专利名称：复合轮齿式内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转式内燃机，是一种直接输出转动力矩的复合轮齿式内燃机。
基于曲柄连杆机构的往复活塞式内燃机发明一百多年来，因其具有工作可靠、结构简单等优点，一直是热能动力机械的主导结构形式。然而，往复活塞式内燃机必须将作功部件(活塞)的往复直线运动利用曲柄连杆机构转换成曲轴的旋转运动以输出扭矩，从而使往复活塞式内燃机在运转过程中产生往复惯性力(矩)、离心惯性力(矩)、活塞压力和倾覆力矩等不易平衡或无法平衡的力和力矩，使其在运转过程中产生较大的振动和噪声，且其热转换效率低。因此，设计一种直接输出旋转力矩的内燃机一直是人们所追求的目标。
迄今为止，已有众多的发明家提出过相当多的旋转式内燃机的结构方案。如CN1197158A所公开的三腔双转子内燃机，其发明的关键是由三个工作腔，双齿轮转子和一个独立的燃爆室组成，但压缩腔只有当密封舌板转过排气口而还未到进气口的瞬间进气；一旦舌板转过进气口，压缩腔就进气终了，实际上这是进不了多少气的，压缩腔的残余高压气将阻碍新鲜充量的进入。
本发明的目的是，以中国专利申请号为97107754.1名称为“复合轮齿机构”和中国专利申请号为98111890.9名称为“复合轮齿式气体压缩机”的技术方案为基础，并结合现有的其它复合轮齿机构，设计一种直接输出旋转力矩的复合轮齿式内燃机。
因此，本发明是基于这样的原理实现内燃机热力循环四个工作过程的。即，由压气机实现进气和压缩过程，由作功机实现燃爆和排气过程；当内燃机启动后，由作功机带动压气机工作。且压气机与作功机的基本结构相同，均由一个中心轮和一个或多个侧轮构成，在中心轮和侧轮上均设有可相互啮合的大齿或大齿槽。
本发明的具体实现方式是一种复合轮齿式内燃机，涉及压气机和作功机，其特征在于压气机包括带进气口和高压气路通道的密闭壳体，装于密闭壳体内的中心轮和从动轮，在中心轮和从动轮上均设有共轭啮合的小齿，在中心轮和从动轮上还设有相互啮合的大齿或大齿槽，大齿将密闭壳体分隔成进气腔和压缩腔，进气口与进气腔连通，高压气路通道接于压缩腔；作功机包括带高压气路通道和排气口的密闭壳体，装于密闭壳体内的中心轮和从动轮，在中心轮和从动轮上设有相互啮合的大齿或大齿槽，大齿将密闭壳体分隔成燃爆腔和排气腔，燃爆接于高压气路通道，排气腔连通排气口，在密闭壳体上还设有通向燃爆腔的流体燃料通道和点火装置；压气机的高压气路通道通过单向阀与作功机的高压气路通道连通。
进一步的方案是，所述作功机的中心轮和侧轮上还设有共轭啮合的小齿。
更进一步的方案是，所述作功机的中心轮上设有大齿，侧轮上设有与大齿啮合的大齿槽，侧轮周边的密闭壳体内侧加工有齿形槽。在作功机侧轮上设计小齿或侧轮周边的密闭壳体内侧加工有齿形槽，可以有效地防止作功机运行时高压空气沿侧轮轮壳的泄漏。
再进一步的方案是，作功机的中心轮上设有大齿，侧轮上设有与大齿啮合的大齿槽，在中心轮上还设有部分小齿，侧轮上设有与小齿啮合的部分小齿槽。
从理论上讲，作功机的中心轮可以配有n个侧轮，由此中心轮上应有n个大齿，每个侧轮上有一个大齿槽，在密闭壳体上也有n个高压气路通道、n个排气口、n个流体燃料通道和n个点火装置。相应地，压气机也最好设计有n个从动轮，n个进气口和n个高压气路通道。如此设计，当作功机的中心轮旋转一周时，就会有n次燃爆和排气过程。
一个较好的方案是，作功机的侧轮有两个，且对称分布在中心轮两侧，中心轮上有两个大齿，每个侧轮上有一个大齿槽，在密闭壳体上也设有两个高压气路通道，两个排气口，两个流体燃料通道和两个点火装置。也就是在作功机旋转一周时，有两次燃爆和排气过程。
一个具体的实施方式是作功机和压气机设计成上下结构，在压气机和作功机之间设有隔离板，单向阀装于隔离板上，单向阀的一端连通压气机的高压气路通道，另一端连通作功机的高压气路通道。为了直接实现内燃机启动后，由作功机带动压气机工作，作功机的主轴和压气机的主轴可以是同一根轴。压气机的从动轮与作功机的侧轮既可以同轴，也可以不同轴；同轴时，隔离板上的气路通道轴线与回转平面不垂直，通道较长，不同轴时，隔离板上的气路通道轴线与回转平面垂直，通道较短，其结构工艺性好，余隙容积小。此外，作功机中心轮上的大齿与压气机中心轮上的大齿最好相互错开一个角度Φ，以使压气机压缩终了的排气位置与作功机燃爆的起始位置对应，即相对于某一基准位置，Φ为压气机压缩腔排气段对应的角度与作功机燃爆腔初始进气角之和。
为了有利于作功机多进气，以输出较大的功率，压气机的压缩腔可略大于作功机的燃爆腔。
本发明还可以采用多组并联的方式，即若于组压气机和作功机单元联在一根主轴上，类似现有多缸发动机。
本发明的优点是，由于采用了直接输出旋转力矩的复合轮齿机构代替了传统的曲柄连杆机构，因而这种新型的内燃机具有结构更为简单、运行更为稳定可靠，热能转换成动力的效率高等优点，且在运行中，振动和噪声均会大大降低。
图1是本发明压气机的工作原理图。
图2是作功机的实施例之一的原理图。
图3是作功机的实施例之二的原理图。
图4是作功机的实施例之三的原理图。
图5是作功机的实施例之四的原理图。
图6是复合轮齿式内燃机的装配示意图。
图7是图6的P-P剖视图。
图8是隔离板的俯视图。
图9是复合轮齿式内燃机的另一个实施例的原理图。
图10是压气机与作功机的安装角度关系的示意图。
下面，结合附图对本发明做进一步描述。
如图1，一种复合轮齿式内燃机的压气机，包括带两个进气口和两个高压气路通道(图1中表示出)的密闭壳体11，装于密闭壳体11内的中心轮12和两个从动轮13，在中心轮12和从动轮13上均设有共轭啮合的小齿，在中心轮12上还设有两个大齿，在每个从动轮13上还设有与中心轮12上的大齿相互啮合的大齿槽，大齿将密闭壳体11分隔成进气腔和压缩腔。
如图2，一种复合轮齿式内燃机的作功机，包括带两个高压气路通道(图2中来示出)和两排气口的密闭壳体21，装于密闭壳体21内的中心轮22和两个侧轮23，在中心轮22上设有两个大齿，在每个侧轮23上设有可与大齿相互啮合的大齿槽，大齿将密闭壳体21分隔成燃爆腔M和排气腔，燃爆腔M接于高压气路通道，排气腔连通排气口，在密闭壳体21上还设有通向燃爆腔M的流体燃料通道(图2中未示出)和点火装置(图3中未示出)。在中心轮22和从动轮23上还设有共轭啮合的小齿。
如图3，这种实施方式与图2的区别仅在于中心轮32和侧轮33上均无小齿。在图3中，31为密闭壳体。
图4的实施方式与图3的区别仅在于侧轮43周边的密闭壳体41内侧上加工成齿形槽。图4中，42为中心轮。
如图5，这种实施方式与图4的区别仅在于中心轮52和侧轮53上还设有可相互啮合的部分小齿和小齿槽。图中51为密闭壳体。
如图6、图7和图8，一种复合轮齿式内燃机，其上部是作功机D，下部是压气机B，在作功机D和压气机B之间还设有隔离板C，在隔离板C上装有单向阀F，在作功机D上部还设有上盖E，在上盖E中装有点火装置I，在压气机B下部还设有下盖A，压气机的进气口位于下盖A上。
其工作原理是，由下盖A上的进气口进入的新鲜充量经压气机B的压缩腔N压缩后，再经隔离板C上的单向阀F输入作功机D的燃爆腔M，在燃爆腔M中，由流体燃料通道(图中未示出)送入的燃料在点火装置I的作用下燃爆，燃爆后的高压气体推动作功机D的中心轮旋转输出动力，燃爆后的废气经排气口排出(图中未示出)。由于压气机B中心轮和作功机D中心轮均套于同一根主轴上，因此，作功机D又同时带动压气机B工作，由此循环实现了吸气——压气——燃爆———排气四个过程。
图9公布了一种压气机B和作功机D中心轮同轴但压气机B从动轮与作功机D侧轮不同轴的示意图，其工作原理同于图6。
图10公布了一种压气机与作功机的安装角度关系的示意图，图中实线表示压气机大齿，虚线表示作功机大齿。图中Φ＝Φ1+Φ2。
权利要求
1.一种复合轮齿式内燃机，涉及压气机(B)和作功机(D)，其特征在于压气机包括带进气口和高压气路通道的密闭壳体(11)，装于密闭壳体(11)内的中心轮(12)和从动轮(13)，在中心轮(12)和从动轮(13)上均设有共轭啮合的小齿，在中心轮(12)和从动轮(13)上还设有相互啮合的大齿或大齿槽，大齿将密闭壳体(11)分隔成进气腔和压缩腔(N)，进气口与进气腔连通，高压气路通道接于压缩腔(N)；作功机包括带高压气路通道和排气口的密闭壳体(21、31、41、51)，装于密闭壳体(21、31、41、51)内的中心轮和侧轮(23、33、43、53)，在中心轮(22、32、42、52)和侧轮(23、33、43、53)上设有相互啮合的大齿或大齿槽，大齿将密闭壳体(21、31、41、51)分隔成燃爆腔(M)和排气腔，燃爆腔(M)接于高压气路通道，排气腔连通排气口，在密闭壳体(21、31、41、51)上还设有通向燃爆腔(M)的流体燃料通道和点火装置(I)；压气机(B)的高压气路通道通过单向阀(F)与作功机(D)的高压气路通道连通。
2.根据权利要求1所述的复合轮齿式内燃机，其特征在于所述作功机(D)的中心轮(32)和侧轮(33)上还设有共轭啮合的小齿。
3.根据权利要求1所述的复合轮齿式内燃机，其特征在于所述作功机(D)的中心轮(42)上设有大齿，侧轮(43)上设有与大齿啮合的大齿槽，侧轮(43)周边的密闭壳体(41)内侧加工有纵向齿形槽。
4.根据权利要求1所述的复合轮齿式内燃机，其特征在于作功机(D)的中心轮(52)上设有大齿，侧轮(53)上设有与大齿啮合的大齿槽，在中心轮(52)上还设有部分小齿，侧轮(53)上设有与小齿啮合的部分小啮槽。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的复合轮齿式内燃机，其特征在于所述作功机(D)的侧轮(23、33、43、53)有n个，且中心轮(22、32、42、52)上有n个大齿，每个侧轮(23、33、43、53)上有一个大齿槽，在密闭壳体(21、31、41、51)上也设有n个高压气路通道、n个排气口、n个流体燃料通道和n个点火装置(I)。
6.根据权利要求5所述的复合轮齿式内燃机，其特征在于所述作功机(D)的侧轮(23、33、43、53)有两个，且对称分布在中心轮(22、32、42、52)两侧、中心轮(22、32、42、52)上有两个大齿，每个侧轮(23、33、43、53)上有一个大齿槽，在密闭壳体(21、31、41、51)上也设有两个高压气路通道，两个排气口、两个流体燃料通道和两个点火装置(F)。
7.根据权利要求1或2或3或4或6所述的复合轮齿式内燃机，其特征在于压气机(B)和作功机(D)设计成上下结构，在压气机(B)和作功机(D)之间设有隔离板(C)，单向阀(F)装于隔离板(C)上，单向阀(F)的一端连通压气机(B)的高压气路通道，另一端连通作功机(D)的高压气路通道。
8.根据权利要求5所述的复合轮齿式内燃机，其特征在于压气机(B)和作功机(D)设计成上下结构，压气机(B)和作功机(D)之间设有隔离板(C)，单向阀(F)装于隔离板(C)上，单向阀(F)的一端连通压气机(B)的高压气路通道，另一端连通作功机(D)的高压气路通道。
9.根据权利要求7所述的复合轮齿式内燃机，其特征在于压气机的中心轮(12)和作功机(D)的中心轮(22、32、42、52)具有同一根轴。
10.根据权利要求8所述的复合轮齿式内燃机，其特征在于所述压气机(B)的中心轮(12)和作功机(D)的中心轮(22、32、42、52)具有同一根轴。
11.根据权利要求9或10所述的复合轮齿式内燃机，其特征在于所述压气机(B)的从动轮(13)和作功机(D)的侧轮(23、33、43、53)同轴。
12.根据权利要求8或9所述的复合轮齿式内燃机，其特征在于作功机(D)的中心轮(22、32、42、52)上的大齿与压气机(B)的中心轮(12)上的大齿相互错开一个角度Φ。
13.根据权利要求1所述的复合轮齿式内燃机，其特征在于压气机(B)的压缩腔(N)略大于作功机(D)的燃爆腔(M)。
全文摘要
本发明涉及一种直接输出转动力矩的复合轮齿式内燃机。其主要特征是该内燃机由相似结构的复合轮齿式压气机B和作功机D构成,压气机B实现进气和压气,作功机D实现燃爆做功和排气,压气机B由作功机D带动。该内燃机可装配成上下结构,压气机B和作功机D同轴,且在压气机B与作功机D之间设有带单向阀F的高压气路通道的隔离板C。
文档编号F01C1/077GK1263979SQ9911748
公开日2000年8月23日 申请日期1999年12月27日 优先权日1999年12月27日
发明者沈锦丰, 刘基成, 李人宪, 许志浩 申请人:绵阳市奥神科技有限责任公司