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转子发动机

阅读:375发布:2020-05-13

专利汇可以提供转子发动机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且公开了一种 转子 发动机 。本 发明 的 转子发动机 包括:发动机主体(100),在该发动机主体中具有压缩室(101),输出室(105)和形成在压缩室和输出室之间的 燃烧室 (109,115)。转子发动机还包括:偏心地设置在压缩室中的压缩转子(400),设置在发动机主体的燃烧室中的点火装置(125,126),和偏心地设置在输出室中的输出转子(500)。转子发动机还包括:设置在燃烧室的相应孔中的 阀 (600),用于使压缩转子与输出转子一起旋转的同步装置,和用于密封压缩室,燃烧室和输出室的轴向密封装置。,下面是转子发动机专利的具体信息内容。

1.一种转子发动机,包括:
发动机主体,所述发动机主体包括:柱形压缩室,所述压缩室在 其预定位置处具有进气孔,燃料/空气混合物或空气通过该进气孔而被 吸入所述压缩室;输出室,所述输出室沿着平行于所述压缩室的方向 穿过所述发动机主体形成,并且在其预定位置处具有排气孔,燃烧气 体通过该排气孔而被排出;和燃烧室,所述燃烧室沿着平行于所述压 缩室和所述输出室的方向形成在所述压缩室和所述输出室之间,并且 被分为相互对称的两个柱形孔,两个孔中的每一个通过进气与所述 压缩室连通和通过排气门与所述输出室连通;
压缩转子,所述压缩转子偏心地设置在所述发动机主体的所述压 缩室内,并且旋转,以使燃料/空气混合物或空气通过所述进气孔而被 吸入所述压缩室、被压缩并通过所述进气门而被供应给所述燃烧室;
点火装置,所述点火装置设置在所述发动机主体的所述燃烧室中, 用以点燃由所述压缩转子压缩并供应的混合物或空气并使之爆炸;
输出转子,所述输出转子偏心地设置在所述发动机主体的所述输 出室中,并且利用由从所述压缩室通过所述排气门而供给的燃烧气体 所产生的推进而旋转;
,所述阀设置在所述燃烧室的相应孔中,并且控制所述进气门 和排气门,以便根据所述压缩转子和输出转子的旋转位置而顺序地进 行压缩过程、燃烧过程、和输出过程;
同步装置,用以使所述压缩转子与所述输出转子的旋转一起进行 旋转;和
轴向密封装置,用于密封所述发动机主体的所述压缩室,所述燃 烧室和所述输出室。
2.根据权利要求1所述的转子发动机,其中所述压缩转子包括:
转子轴,所述转子轴布置在相对于所述压缩室的中心轴线、朝向 所述输出室的偏心位置处;
滑动叶片,所述滑动叶片经过所述转子轴的中心轴线并且布置成 能够沿着所述转子轴的径向方向滑动,所述滑动叶片具有使其相对侧 端与所述压缩室的内表面在直径方向上接触的宽度,且所述滑动叶片 具有密封部件,该密封部件在径向方向上具有弹性,并且被设置在所 述滑动叶片的、与所述压缩室的内表面接触的每个侧端上;
多个进气孔密封件,所述多个进气孔密封件轴向布置在与所述转 子轴同轴并且具有小于所述滑动叶片的宽度的直径的柱形表面上,每 个进气孔密封件都具有径向和轴向弹性;和
垫圈,所述垫圈设置在相邻的进气孔密封件之间,以使得所述进 气孔密封件之间保持一个预定距离。
3.根据权利要求1所述的转子发动机,其中所述输出转子包括:
转子轴,所述转子轴布置在相对于所述输出室的中心轴线、朝向 所述压缩室的偏心位置处;
滑动叶片,所述滑动叶片经过所述转子轴的中心轴线并且被布置 成能够在所述转子轴的径向方向上滑动,所述滑动叶片具有使所述滑 动叶片的相对侧端与所述输出室的内表面在直径方向上接触的宽度, 且所述滑动叶片具有密封部件,该密封部件在径向方向上具有弹性, 并且被设置在所述滑动叶片的、与所述输出室的内表面接触的每个侧 端上;
多个进气孔密封件,所述多个进气孔密封件轴向布置在与所述转 子轴同轴并且具有小于所述滑动叶片的宽度的直径的柱形表面上,每 个进气孔密封件均具有径向和轴向弹性;和
垫圈,所述垫圈设置在相邻的进气孔密封件之间,以使得所述进 气孔密封件之间保持一个预定距离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子发动机,其中所述阀 中的每一个包括:柱形阀体,所述阀体具有预定的外径,以使所述阀 体的外表面与所述燃烧室的相关孔的内表面接触,且所述阀体具有穿 过所述阀体而形成的通道,使得当所述阀体旋转时,所述通道可选择 性地与所述进气门连通或与排气门连通,点火装置在与所述通道相对 的位置处插入所述阀体;
阀杆,所述阀杆从所述阀体的预定位置纵向延伸;
阀臂,所述阀臂在直径相对的方向上对称地设置在所述阀杆的端 部上;
和辊子,所述辊子设置在每个所述阀臂的端部上,且
所述转子发动机还包括:
凸轮,所述主凸轮在与所述阀的相关辊子相对应的位置处对称 地设置在所述输出转子的转子轴的相应相对端部上,以使得所述辊子 骑靠在相应的主凸轮上,从而输出转子的每个旋转周期,所述阀体的 旋转都受到相关主凸轮的控制,以使得所述阀体的旋转与所述输出转 子的滑动叶片的旋转度相对应;和
辅助凸轮,所述辅助凸轮在与所述阀的其余辊子相对应的位置处 对称地布置在所述压缩转子的转子轴的相应相对端部上,所述辅助凸 轮引导与所述压缩转子相关的转子,以使得与所述压缩转子相关的转 子和与所述输出转子相关的转子关于所述阀杆的中心轴线点对称。
5.根据权利要求4所述的转子发动机,其中所述输出转子的主凸 轮和所述压缩转子的辅助凸轮被构造成使得,限定出压缩过程段、爆 炸过程段和输出过程段,在这些段中,所述阀体保持它的定位一段预 定时间而不旋转,且所述主凸轮和辅助凸轮被定位成使得,在设置在 所述输出转子的端部上的主凸轮和设置在所述压缩转子的端部上的相 关辅助凸轮处于所述输出过程段一段预定时间时,设置在所述输出转 子的其余端上的主凸轮和设置在所述压缩转子的其余端上的相关辅助 凸轮被保持在所述压缩过程段和所述爆炸过程段中,从而根据所述发 动机的转速,能够控制所述爆炸过程段内的点火时间,所述爆炸过程 段持续一段预定时间,从而实现燃料的完全燃烧。
6.根据权利要求1所述的转子发动机,其中,当通过所述进气孔 而被供应给所述压缩室中的气体是燃料/空气混合物时,使用火花塞作 为所述点火装置,而当所述燃烧气体是空气时,使用燃料喷射器作为 所述点火装置。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的转子发动机,其中,所述 轴向密封装置包括:
两个罩盖,每个罩盖在与所述压缩转子和输出转子的转子轴以及 每个阀的阀杆相对应的预定位置处具有支承座,以支撑所述转子轴和 所述阀杆,所述两个罩盖被连接到所述发动机主体的相应相对端部, 用以密封所述压缩室、所述燃烧室和所述输出室的开放端部;和
罩盖密封板,所述罩盖密封板具有轴向弹性,并且设置在所述压 缩转子和输出转子的垫圈的相对端部上,且与相应罩盖的内表面紧密 接触。

说明书全文

技术领域

发明总的涉及一种转子发动机,且更具体地涉及这样一种转子 发动机,其防止使用往复式活塞推进器的发动机中发生动能损失, 从而使发动机的热效率最大化。

背景技术

在传统的往复活塞式发动机中,压缩冲程、燃烧冲程和膨胀冲程 都在单个气缸中进行,这种发动机的缺陷在于,由于活塞的往复式运 动引起动能过多损失,难以实现高速旋转,且输出功率相对于发动机 的尺寸而言较低。燃气涡轮发动机和汪克尔(wankel)发动机为转子发动 机的两个种类,它们是为克服往复活塞式发动机的缺点而研制出的发 动机中的代表示例。通常,传统的燃气涡轮发动机包括三个部分:压 缩机,燃烧室,和涡轮;并且具有这样的结构,其中,在压缩机压缩 吸入的空气之后,压缩空气与燃料混合并在燃烧室中燃烧,从而产生 用于操作涡轮的膨胀能。这种燃气涡轮发动机具有实现高速旋转的优 点。但是,燃气涡轮发动机具有这样的结构,其中,通过撞击涡轮机 的高速气流来产生输出功率,但是燃烧气体的压并不直接被转换成 输出功率。因此,燃气涡轮发动机具有热效率较低的缺点。同时,传 统的汪克尔发动机包括具有茧形或椭圆形的外壳和三形的转子,转 子被设置在外壳中并偏心地旋转,从而使得在单个外壳中进行吸气过 程、压缩过程和燃烧过程。这种汪克尔发动机的优点在于,由于简单 的机构,实现了重量轻的产品和平稳旋转。但是,这种发动机的缺点 在于,其结构造成不可能实现完全燃烧,因此燃料消耗率由于较高的 热量损失而非常低。

发明内容

因此,为克服上述现有技术中存在的问题而作出了本发明,本发 明的目的是提供一种转子发动机,其具有这样的结构,即:使得实现 燃料的完全燃烧并且无损失地将爆炸燃烧功率传递给输出轴,从而使 发动机的效率最大化。
本发明的另一目的是提供一种能使振动和噪音最小化的转子发动 机。
本发明的另一目的是提供一种能使作为空气污染的主要因素的汽 车排气最小化的转子发动机。
本发明的另一目的是提供一种使压力泄漏最小化的转子发动机。
为了实现上述目的,本发明提供一种转子发动机,其包括:发动 机主体,该发动机主体具有:柱形压缩室,所述压缩室在其预定位置 处具有进气孔,燃料/空气混合物或空气通过该进气孔而被吸入所述压 缩室;输出室,所述输出室沿着平行于所述压缩室的方向穿过所述发 动机主体形成,并且在其预定位置处具有排气孔,燃烧气体通过该排 气孔而被排出;和燃烧室,所述燃烧室沿着平行于所述压缩室和所述 输出室的方向形成在所述压缩室和所述输出室之间,并且被分为相互 对称的两个柱形孔,这两个孔通过进气与所述压缩室连通和通过排 气门与所述输出室连通;压缩转子,该压缩转子偏心地设置在所述发 动机主体的所述压缩室内,并且旋转,以使燃料/空气混合物或空气通 过所述进气孔而被吸入所述压缩室,被压缩并通过所述进气门而被供 应给所述燃烧室;点火装置,该点火装置设置在所述发动机主体的所 述燃烧室中,用于点燃由所述压缩转子压缩并供应的混合物或空气并 使之爆炸;输出转子,该输出转子偏心地设置在所述发动机主体的所 述输出室中,并且利用由从所述压缩室通过所述排气门而供给的燃烧 气体所产生的推进力而旋转;,这些阀设置在所述燃烧室的相应孔 中,并且控制所述进气门和排气门,以根据所述压缩转子和输出转子 的旋转位置而顺序地进行压缩过程、燃烧过程、和输出过程;同步装 置,用于使所述压缩转子与所述输出转子旋转一起进行旋转;和轴向 密封装置,用于密封所述发动机主体的所述压缩室,所述燃烧室和所 述输出室。
所述压缩转子可包括:转子轴,所述转子轴布置在相对于所述压 缩室的中心轴线、朝向所述输出室偏心位置处;滑动叶片,所述滑动 叶片经过所述转子轴的中心轴线并布置成能够沿着所述转子轴的径向 方向滑动,所述滑动叶片具有使其相对侧端与所述压缩室的内表面在 直径方向上接触的宽度,且所述滑动叶片具有密封部件,该密封部件 在径向方向上具有弹性,并且设置在所述滑动叶片的、与所述输出室 的内表面接触的每个侧端上;多个进气孔密封件,这些密封件轴向地 布置在与所述转子轴同轴并具有小于所述滑动叶片的宽度的直径的柱 形表面上,每个进气孔密封件均具有径向和轴向弹性;和垫圈,其设 置在相邻的进气孔密封件之间,以使得所述进气孔密封件之间保持一 个预定距离。
所述输出转子可包括:转子轴,所述转子轴布置在相对于所述输 出室的中心轴线、朝向所述压缩室的偏心位置处;滑动叶片,所述滑 动叶片经过所述转子轴的中心轴线并设置成能够在所述转子轴的径向 方向上滑动,所述滑动叶片具有使其相对侧端与所述输出室的内表面 在直径方向上接触的宽度,且所述滑动叶片具有密封部件,该密封部 件在径向方向上具有弹性,并且设置在所述滑动叶片的与所述输出室 的内表面接触的每个侧端上;多个进气孔密封件,这些密封件轴向地 布置在与所述转子轴同轴并具有小于所述滑动叶片的宽度的直径的柱 形表面上,每个进气孔密封件均具有径向和轴向弹性;和垫圈,所述 垫圈设置在相邻的进气孔密封件之间,以使得所述进气孔密封件之间 保持一个预定距离。
此外,每个所述阀可包括:柱形阀体,所述阀体具有预定的外径, 以使所述阀体的外表面与所述燃烧室的相关孔的内表面接触,所述阀 体具有穿过所述阀体而形成的通道,使得当所述阀体旋转时,所述通 道可选择地与所述进气门或排气门连通,点火装置在与所述通道相对 的位置处插入所述阀体;阀杆,所述阀杆从所述阀体的预定位置纵向 延伸;阀臂,所述阀臂在直径相对的方向上对称地设置在所述阀杆的 端部上;和辊子,所述辊子设置在每个所述阀臂的端部上。所述转子 发动机还可包括:主凸轮,所述主凸轮在与所述阀的相关辊子相对应 的位置处对称地设置在所述输出转子的转子轴的相应相对端部上,以 使得所述辊子骑靠在相应的主凸轮上,从而所述输出转子的每一旋转 周期,所述阀体的旋转都受到相关主凸轮的控制,以使所述阀体的旋 转与所述输出转子的滑动叶片的旋转角度相对应;和辅助凸轮,所述 辅助凸轮在与所述阀的其余辊子相对应的位置处对称地布置在所述压 缩转子的转子轴的相应相对端部上,所述辅助凸轮引导与所述压缩转 子相关的转子,以使得与所述压缩转子相关的转子和与所述输出转子 相关的转子关于所述阀杆的中心轴线点对称。
输出转子的主凸轮和压缩转子的辅助凸轮可以被构造成使得,限 定出压缩过程段、爆炸过程段和输出过程段,在这些段中,所述阀体 保持它的方位一段预定时间而不旋转,且所述主凸轮和辅助凸轮可以 被定位成使得,在设置在所述输出转子的一端上的主凸轮和设置在所 述压缩转子的一端上的相关辅助凸轮处于所述输出过程段一段预定时 间时,设置在所述输出转子的其余一端上的主凸轮和设置在所述压缩 转子的其余一端上的相关辅助凸轮被保持在所述压缩过程段和所述爆 炸过程段中,从而根据所述发动机的转速能够控制所述爆炸过程段内 的点火时间,所述爆炸过程段持续一个预定时间,从而实现燃料的完 全燃烧。
在通过所述进气孔而被供应给所述压缩室中的燃烧气体是燃料/ 空气混合物的情况下,使用火花塞作为所述点火装置,且在所述燃烧 气体是空气的情况下,使用燃料喷射器作为所述点火装置。
所述同步装置可包括:输出转子齿轮,其设置在所述输出转子的 转子轴的一端上;压缩转子齿轮,其设置在所述压缩转子的转子轴的 一端上;和中间齿轮,其将所述压缩转子齿轮连接到所述输出转子齿 轮,以使得所述压缩转子齿轮和所述输出转子齿轮沿着相同方向以1: 1的比例旋转。
所述轴向密封装置可包括:两个罩盖,每个罩盖在与所述压缩转 子和输出转子的转子轴以及每个阀的阀杆相对应的预定位置处具有支 承座,以支撑所述转子轴和所述阀杆,所述两个罩盖被连接到所述发 动机主体的相应相对端部,用以密封所述压缩室、所述燃烧室和所述 输出室的开放端部;和罩盖密封板,所述罩盖密封板具有轴相弹性, 并设置在所述压缩转子和输出转子的垫圈的相对端部上,且与相应的 所述罩盖的内表面紧密接触。
在本发明的转子发动机中,实现了燃料的完全燃烧,并且在不损 失功率的情况下将爆炸燃烧功率传递至输出轴,从而使所述发动机的 效率最大化。同样,本发明的转子发动机可以使振动、噪音和压力泄 漏最小化。此外,由于实现了完全燃烧,因此具有以下优点,使作为 空气污染的主要因素的汽车排气最小化。
附图说明
图1是根据本发明实施例的转子发动机的分解透视图;
图2是根据本发明的转子发动机的发动机主体的透视图;
图3是沿图2中的线A-A’剖取的剖面图;
图4是沿图2中的线B-B’剖取的剖面图;
图5是表示根据本发明的转子发动机的压缩转子的透视图;
图6是表示根据本发明的转子发动机的输出转子的透视图;
图7是表示根据本发明的转子发动机的阀的透视图;
图8是表示根据本发明的转子发动机的阀的主视图;
图9是表示图7的阀的阀体的局部剖开透视图;
图10是表示根据本发明的转子发动机的主轴(功率传递轴)侧的 装配透视图;
图11是表示图10的转子发动机的主视图;
图12是表示图10的相对侧的装配透视图;和
图13至图33是表示不同阶段中本发明的转子发动机的操作的剖 面图。

具体实施方式

下面,将参照附图详细描述根据本发明的优选实施例的转子发动 机。
图1是根据本发明的实施例的转子发动机的分解透视图。图2是 根据本发明的转子发动机的发动机主体100的透视图。图3是沿图2 中的线A-A’剖取的剖面图。图4是沿图2中的线B-B’剖取的剖面图。 图5是表示根据本发明的转子发动机的压缩转子400的透视图。图6 是表示根据本发明的转子发动机的输出转子500的透视图。图7是表 示根据本发明的转子发动机的阀600的透视图。图8是表示根据本发 明的转子发动机的阀600的主视图。图9是表示图7的阀600的阀体 601的局部剖开透视图。图10是表示根据本发明的转子发动机的主轴 (功率传递轴)侧的装配透视图。图11是表示图10的转子发动机的 主视图。图12是表示图10的相对侧的装配透视图。图13至图33是 表示本发明的转子发动机的操作在不同阶段中的剖面图。
参照图1,本发明的转子发动机包括发动机主体100,压缩转子 400,其上安装有主轴521的输出转子500,一对阀600和700,两个 罩盖200和300,以及中间齿轮490。优选地,在发动机主体100和两 个罩盖200和300之间插设有密封板160和180,从而提高了罩盖200 和300的密封能力。
参照图2至图4,在发动机主体100中限定有压缩室101,输出室 105以及第一燃烧室109和第二燃烧室115。两个燃烧室109和115基 于发动机主体100的中间截面对称,且点火装置121和123设置在相 应的燃烧室109和115中。压缩转子400,输出转子500和阀600和 700被分别插入压缩室101,输出室105以及第一燃烧室109和第二燃 烧室115中,它们形成为在发动机主体100中相互平行并且可旋转, 同时保持与上述室的内表面气密性。为了确保滑动叶片403和503的 旋转,而不管压缩转子400和输出转子500是否偏心,压缩室101和 输出室105中的每一个具有稍稍扭曲的椭圆柱形,其中在偏心侧上从 经过中心轴线的平线到两个室101,105的内表面的距离大于在另一 侧上的距离。每个室的扭曲程度根据转子轴的偏心程度而改变。例如, 在附图中,每个室具有几乎完美的圆柱形。第一燃烧室109和第二燃 烧室115中的每一个具有完美的圆柱形。在压缩室101下方的预定位 置处,穿过发动机主体100的前后表面形成有进气孔103,空气或燃料 /空气混合物通过该进气孔而被吸入。进气孔103的相对端朝向压缩室 101打开。此外,在输出室105下方,与进气孔103相对应的预定位置 处,穿过发动机主体100的前后表面形成有排气孔103。该排气孔103 的相对端朝向输出室105打开。
本发明的一个特定特征在于,第一燃烧室109和第二燃烧室115 形成在单个发动机主体100中。为了在不改变输出转矩的情况下实现 输出转子500的连续旋转,以及使得每个燃烧室均可在输出转子旋转 一次时执行一个燃烧过程,该特征是必需的。换句话说,本发明的上 述特征使得在输出转子旋转一次时可以交替地进行两个燃烧过程,从 而使噪音和振动最小化,并使功率输出最大化。
本发明的另一特定特征在于,本发明具有使第一燃烧室109与压 缩室101连通的第一进气门111,使第二燃烧室115与压缩室101连通 的第二进气门117,使第一燃烧室109与输出室105连通的第一排气门 113,以及使第二燃烧室115与输出室105连通的第二排气门119。如 图13至15所示,在第一燃烧室109和第二燃烧室115被限定在压缩 室101和输出室105之间的区域上方时,优选的是,进气门111和117 以及排气门113和119形成在燃烧室109和115的较下侧位置处,以 使得它们朝向压缩室101和输出室105倾斜。
已在压缩室101中被压缩的空气或燃料/空气混合物通过第一进气 门111和第二进气门117被供应给第一燃烧室109和第二燃烧室115 并在其中被点燃。在点火后产生的高压燃烧气体通过第一排气门113 和第二排气门119被供应给输出室105。
阀600和700分别安装在第一燃烧室109和第二燃烧室115中, 以交替地打开进气门111和117以及排气门113和119。两个阀600和 700具有相同的结构和功能。图7至图9中示出了第一阀600,但是关 于第一阀600的附图和说明同样适用于第二阀700。
参照图7至图9,第一阀600包括柱形阀体601,其具有合适的外 径,以使其与第一燃烧室109的内表面紧密接触。通道611a,611b和 611c穿过阀体601的壁形成在较下侧位置处,从而使得当阀体601旋 转时,第一进气门111和第一排气门113通过通道611a,611b和611c 相互交替地连通。点火装置容纳孔609穿过阀体601形成在与通道 611a,611b和611c相对的位置处。
另外,上面具有轴承603的阀杆615从阀体601的一端纵向延伸 出来。布置在轴承603外侧的阀臂605a和605b沿着相反的方向从阀 杆615垂直延伸出来。辊子607a和607b设置在阀臂605a和605b的相 应端上。因此,辊子607a和607b分别骑靠在输出转子500的主凸轮 517和压缩转子400的辅助凸轮417上,从而阀体601在预定的角度范 围内往复旋转。将在后面描述这个操作。
参照图13和图27,每个进气门111,117与每个排气门113,119 之间的距离被这样确定,即:使得当形成在每个阀体的通道一端中的 每个进气通道611b,711b与进气门111,117连通时,每个排气门113, 119被每个排气通道阻挡部分613a,713a关闭,且当形成在每个阀体 的通道相对端中的每个排气通道611a,711a与排气门113,119连通时, 进气门111,117被每个进气通道阻挡部分613b,713b关闭。
参照图6,输出转子500包括插入发动机主体100的输出室的滑 动叶片503,从而当从燃烧室109和115通过排气门113和119排出高 压燃烧气体时,滑动叶片501在排出的气体的压力作用下旋转,同时 保持与输出室105的内表面的气密封。为此,输出转子500被安装成 使得输出转子500的转子轴501相对于输出室105的中心轴线、朝向 压缩室101或排气门113和119偏心。滑动叶片503经过转子轴501 的中心轴线并被布置成能够沿转子轴501的径向方向滑动。如上所述, 为了与输出转子500的偏心程度相对应,输出室105具有椭圆柱形, 其中,从经过中心轴线的水平线到输出室105的内表面的距离在偏心 侧大于在另一侧的距离。在滑动叶片503的接触输出室105的内表面 的相应端上设置有密封件505和507,这些密封件在径向方向上都具有 弹性。参照图13,当输出转子500旋转时,密封件505和507必须保 持滑动叶片503与输出室105的内表面之间的气密封。同样,也必须 一直确保排气门113和119与输出室105的排气孔107之间的气密封。 为了实现上述要求,输出转子500包括多个排气孔密封件511,每个排 气孔密封件在柱形主体的外表面上、沿纵向方向延长预定长度,该主 体与转子轴501同轴并具有小于滑动叶片503的宽度的直径。每个排 气孔密封件511被构造成使其被径向弹性地操作。在每个排气孔密封 件511中的中间位置处设置有弹性连接件529,以使得排气孔密封件 511也具有轴向弹性。在相邻的排气孔密封件511之间设置垫圈509, 以使排气孔密封件之间的距离保持恒定。此外,优选的是,在每个垫 圈509中形成有密封件压缩孔527,并且密封件压缩孔527与每个排气 孔密封件511的下端连接,以将压缩气体通过密封件压缩孔527而供 给排气孔密封件511的下端。供应给排气孔密封件511的下端的压缩 气体在径向方向上向外挤压排气孔密封件511,从而可以保持气密封, 而不用考虑输出室105中的压力。优选的是,在每个垫圈509的相对 端上均设置有具有轴向弹性的罩盖侧密封件513,并且罩盖侧密封件 513与罩盖200和300或密封板160和180的内表面紧密接触,从而防 止压力泄漏。同样,优选的是,每个罩盖侧密封件513的下端与每个 密封件压缩孔527连接,以将压缩气体供应给罩盖侧密封件513的下 端。
在输出转子500的转子轴501的相应相对端上设置有第一主凸轮 517和第二主凸轮519,阀600和700的辊子沿着所述主凸轮运动,以 使阀体在燃烧室内旋转。输出转子齿轮515设置在转子轴501上,位 于第二主凸轮519内侧。轴承523和525设置在转子轴501上,位于 第一主凸轮517内侧和输出转子齿轮515内侧。
同时,本发明的另一特定特征在于,设置在输出转子500的转子 轴501上以与两个燃烧室109和115对应的两个主凸轮517和519基 于转子轴501的中心轴线向相互对称。因此,形成在第一阀600中的 通道和形成在第二阀700中的通道对称地布置,使得输出转子每一次 旋转,在第一燃烧室109和第二燃烧室115中交替地进行爆炸过程。
图3的压缩转子400的结构与输出转子500的结构相同,除了凸 轮417和419被构造成使得在凸轮417和419与主凸轮517和519之 间相对于阀轴615和715存在90度的相位差。
如图3所示,压缩转子400利用滑动叶片403通过进气孔103吸 入空气或燃料/空气混合物,该滑动叶片403设置在发动机主体100的 压缩室101中并且旋转,同时保持了其与压缩室101的内表面之间的 气密封。结果,压缩转子400压缩吸入的空气或混合物并利用滑动叶 片403、通过第一进气门111和第二进气门117交替地将吸入的空气或 混合物供应到第一燃烧室109和第二燃烧室115。为此,压缩转子400 被安装成使得压缩转子400的转子轴401与压缩室101的中心轴线朝 向输出室105或进气门111和117偏心。滑动叶片403经过转子轴401 的中心轴线并布置成能够在转子轴401的径向方向上滑动。滑动叶片 403具有使得滑动叶片403的相对侧端与压缩室101的内表面在直径方 向上接触的宽度。在滑动叶片403接触压缩室101的内表面的相应端 部上设置有在径向方向上具有弹性的密封件405和407。参照图13, 当压缩转子400旋转时,密封件405和407必须保持滑动叶片403与 压缩室101的内表面之间的气密封。同样,必须一直确保进气门111 和117与压缩室105的进气孔104之间的气密封。为了实现上述目的, 压缩转子400包括多个进气孔密封件411,每个进气孔密封件在柱形主 体的外表面上沿纵向方向延伸预定长度,该柱形主体与转子轴401同 轴并具有小于滑动叶片403的宽度的直径。进气孔密封件411被安装 成使它们具有径向弹性。在每个进气孔密封件411的中间位置处设置 有弹性连接件429,以使进气孔密封件411也具有轴向弹性。在相邻的 进气孔密封件411之间布置有垫圈409,以使进气孔密封件之间的距离 保持恒定。此外,优选的是,在每个垫圈409中形成有密封件压缩孔 427,并使密封件压缩孔427与每个进气孔密封件411的下端连接,以 将压缩气体通过密封件压缩孔427而供给进气孔密封件411的下端。 供应给进气孔密封件411的下端的压缩气体在径向方向上向外挤压进 气孔密封件411,从而使得可以保持气密封,而不用考虑压缩室101中 的压力。优选的是,在每个垫圈409的相对端上均设置有具有轴向弹 性的罩盖侧密封件413,并且罩盖侧密封件413与罩盖200和300或密 封板160和180的内表面紧密接触,从而防止压力泄漏。同样,优选 的是,每个罩盖侧密封件413的下端与每个密封件压缩孔427连接, 以将压缩气体供应给罩盖侧密封件413的下端。
如上所述,在输出转子500的转子轴501的相应相对端上设置有 第一主凸轮517和第二主凸轮519,阀600和700的辊子沿着所述主凸 轮运动,以使燃烧室内的阀体旋转。输出转子齿轮515设置在转子轴 501上,位于第二主凸轮519内侧。轴承523和525设置在转子轴501 上,位于第一主凸轮517内侧和输出转子齿轮515内侧。
在与输出转子500类似的结构中,第一辅助凸轮417和第二辅助 凸轮419设置在压缩转子400的转子轴的相应相对端上,并且引导阀 600和700的相应压缩转子侧辊子607b,707b,以使阀600和700的 每个压缩转子侧辊子607b,707b和每个输出转子侧辊子607a,707a 关于阀杆点对称。另外,压缩转子齿轮415设置在第二辅助凸轮419 的内侧,且轴承423和425设置在转子轴401上,位于第一辅助凸轮 417内侧和压缩转子齿轮415内侧。
参照图10,在本发明的转子发动机中,阀600和700安装在两个 相应的燃烧室109和115中,这两个燃烧室共用压缩转子400和输出 转子500。另外,主轴521安装在输出转子500上,以将发动机产生的 旋转力传递到外侧。
参照图11和图12,设置在压缩转子400中的齿轮415的齿节距 和齿数与设置在输出转子500中的齿轮515的一样。在两个齿轮415 和515之间插设有中间齿轮490,作为空转(idle)齿轮,以使两个齿 轮415和515沿相同方向旋转且压缩转子400与输出转子500一同旋 转。此外,阀600和700的阀臂605a,605b,705a和705b延伸到压缩 转子400和输出轴500的旋转轴上方的位置。设置在阀臂605a,605b, 705a和705b的端部上的辊子607a,607b,707a和707b骑靠在输出转 子500的主凸轮517和519以及压缩转子400的辅助凸轮417和419 上,以使阀600和700在取决于输出转子500和压缩转子400的旋转 的角度范围内旋转。
返回图1,在两个罩盖200和300的第一罩盖200中形成进气孔 207。第一罩盖200的进气孔207与形成在发动机主体100中的进气孔 103和形成在发动机外侧的进气口211连通。另外,在具有进气孔207 的第一罩盖200中形成有排气孔209。第一罩盖200的排气孔209与形 成在发动机主体100中的排气孔107和形成在发动机外侧的排气口213 连通。
下面将参照图13至33描述具有上述结构的本发明的转子发动机 的操作。
图13至图33是表示转子发动机的简化剖面图,其中去掉了一些 部件,以示出安装在燃烧室109和115中的阀600和700,输出转子 500的主凸轮517和519,压缩转子400的辅助转子417和419,输出 转子500的滑动叶片503和压缩转子400的滑动叶片403之间的操作 关系。
图13和图14示出了安装在第一燃烧室109中的第一阀600,输 出转子500的第一主凸轮517,压缩转子400的第一辅助凸轮417,输 出转子500的滑动叶片503和压缩转子400的滑动叶片403之间的操 作关系。图15示出了安装在第二燃烧室115中的第二阀700(以虚线 示出),输出转子的第二主凸轮519(以虚线示出),压缩转子400的 第二辅助凸轮419(以虚线示出),输出转子500的滑动叶片503和压 缩转子400的滑动叶片403之间的操作关系,与图13和图14中示出 的状态处于同时。图16,19,22,25,28和31是与图13对应的视图。 图17,20,23,26,29和31是与图14对应的视图。图18,21,24, 27,30和33是与图15对应的视图。在图13至图33中,附图标记125 和126表示点火装置。在供应给压缩室101的气体为燃料/空气混合物 时,使用火花塞作为点火装置125和126。在供应给压缩室101的气体 为空气时,使用燃料喷射器作为点火装置125和126。每个点火装置容 纳孔607,709具有足够的尺寸,以防止点火装置125,126干涉阀体 的旋转。
参照图13,将明白第一主凸轮517和第一辅助凸轮417中的每一 个根据从中心轴到外表面的距离被分为六个段。具体的说,它们被分 为段A,a,C,c,E和e,其中阀体并不旋转,并且被分为段B,b, D,d,F和f,其中阀体旋转。在下面的说明中,段A和a表示压缩过 程,段C和c表示爆炸过程,且段E和e表示输出过程。这里,特别 的是,段A和a(压缩过程),B和b(阀旋转过程),C和c(爆炸 过程)的总共持续时间等于段E和e(输出过程)的持续时间。在段A 和a,C和c,以及E和e中的每一个中,因为从中心轴到凸轮的外表 面的距离是恒定的,所以阀体并不旋转。在段B和b,D和d,以及F 和f中的每一个中,由于从中心轴到凸轮的外表面的距离是变化的,因 此阀体旋转。在第一主凸轮517的段A中,从中心轴到其外表面的距 离最低且恒定。在对应于该段A的第一辅助凸轮417的段a中,从中 心轴到其外表面的距离最高且恒定。因此,当辊子607a和607b在段A 和a中分别骑靠在第一主凸轮517和第一辅助凸轮417上时,阀臂605a 和605b保持朝向第一主凸轮517倾斜的状态。因此,第一阀600的主 体保持朝向压缩室101旋转的状态,使得第一阀体的进气通道611b与 第一进气门111连通,且同时第一阀体的排气阻挡部分613a关闭第一 排气门113。
图14示出了当第一主凸轮517和第一辅助凸轮417的段A和a 开始时,输出转子500的滑动叶片503以及压缩转子400的滑动叶片 403的位置。如图14所示,压缩转子400的滑动叶片403的下端处于 在经过进气孔104之前所占据的位置。当第一主凸轮517和第一辅助 凸轮417经过段A和a时,通过进气孔104吸入燃料/空气混合物或空 气,并且压缩燃料/空气混合物或空气,并经由第一进气门111和第一 阀的进气通道611b将其供应到第一燃烧室109。这样,段A和a与压 缩过程对应。
在压缩过程(段A和a)中,燃料/空气混合物或空气通过压缩转 子400而被供应到第一燃烧室,但是从第一燃烧室并不向输出室输出 燃烧气体。因此,当在第一燃烧室中进行燃烧过程时,在第二燃烧室 中应当进行输出过程。图15示出了,当在第一燃烧室中开始压缩过程 时,在第二燃烧室中开始输出过程。如图15所示,在第二主凸轮519 的段E中,从中心轴到其外表面的距离最高且恒定。在与第二主凸轮 517的段E对应的第二辅助凸轮419的段e中,从中心轴到其外表面的 距离最低且恒定。因此,当辊子707a和707b在段E和e中骑靠在凸 轮519和419上时,阀臂705a和705b朝向第二辅助凸轮419倾斜。 因此,第二阀700的阀体朝向输出室105旋转,以使第二阀体的排气 通道711a与第二排气门119连通,且同时,第二阀体的进气阻挡部分 713b关闭第二进气门117。这样,在第二燃烧室中进行输出过程。
图16示出了在第一主凸轮517和第一辅助凸轮417的段A和a 结束时的转子发动机的状态。图17示出了在图16的状态下,压缩转 子400的滑动叶片403和输出转子500的滑动叶片503的位置。参照 图18,应明白,即使在第一燃烧室的压缩过程结束之后,第二燃烧室 的输出过程也会继续。原因是主凸轮517和519和辅助凸轮417和419 的段E和e(输出过程)比段A和a(压缩过程)或段C和c(爆炸过 程)长。如上所述,第一主凸轮517和第二主凸轮519中每一个的段A 和a(压缩过程),段B和b(阀旋转过程),以及段C和c(爆炸过 程)的总共持续时间等于段E和e(输出过程)的持续时间。因此,第 二燃烧室115的输出过程从第一燃烧室109的压缩过程开始时一直持 续到第一燃烧室109的爆炸过程结束时为止。
参照图19,在压缩过程(段A和a)结束之后,辊子607a和607b 在段B和b过程中骑靠在凸轮上并使阀体旋转,以使阀体的通道面对 第一燃烧室的下部。结果,如图20所示,第一进气门111和第一排气 门113分别被进气阻挡部分613b和排气阻挡部分613a关闭。在段C 和c中,过程在第一燃烧室关闭的同时发生。在段C和c的期望位置 处,通过点火装置进行点火。例如,当发动机启动时,优选地是在段C 和c结束时进行点火。当发动机的旋转在加速过程中增大时,点火的 时间逐渐前移。这样,如果点火的时间在加速过程中前移,则在高压 燃烧气体被排出到输出室之前能够获得足够的时间来实现燃料的完全 燃烧。这个方法使得可以实现燃料的完全燃烧并使功率输出最大化。
这样,本发明的另一特定特征在于,在每个燃烧室中调节点火时 间,从而获得执行爆炸过程的足够时间,由此实现燃料的完全燃烧并 使发动机的效率最大化。用于爆炸过程的足够时间可以以这种方式获 得,即仅通过其中两个燃烧室都与单个压缩室和单个输出室连通的结 构获得。
参照图19,在第一主凸轮517的段C中,从中心轴到其外表面的 距离处于中间且恒定。在与段C对应的第一辅助凸轮417的段c中, 从中心轴到其外表面的距离也处于中间且恒定。因此,当辊子607a和 607b在段C和c中分别骑靠于第一主凸轮517和第一辅助凸轮417时, 阀臂605a和605b保持大致水平状态。另外,第一阀的通道611a,611b 和61Ic面对燃烧室的下部的中心,以使第一进气门111被第一阀体的 进气阻挡部分613b关闭,而第一排气门113被第一阀体的排气阻挡部 分613a关闭。
图20示出了当第一主凸轮517和第一辅助凸轮417的段C和c 开始时,输出转子500的滑动叶片503和压缩转子400的滑动叶片403 的位置。
即使在第一燃烧室的爆炸过程(段C和c)中,也没有燃烧气体 从第一燃烧室排出到输出室。因此,当在第一燃烧室中进行爆炸过程 时,必须在第二燃烧室中进行输出过程。图21示出了,即使当第一燃 烧室的爆炸过程开始时,第二燃烧室的输出过程也继续。
图22示出了当第一主凸轮517和第一辅助凸轮417的段C和c 结束时,转子发动机的状态。图23示出了在图22的状态下,压缩转 子400的滑动叶片403和输出转子500的滑动叶片503的位置。参照 图24,可明白,当第一燃烧室的爆炸过程结束时,第二燃烧室的输出 过程也结束。也就是说,在此时,输出转子的推进力源从第二燃烧室 改变为第一燃烧室。
参照图25,当辊子607a和607b在段D和d中分别骑靠在第一主 凸轮517和第一辅助凸轮417上时,阀体的通道朝向第一排气门113 旋转,以使第一排气门113与阀体的排气通道611a连通且第一进气门 111被进气阻挡部分613b关闭。
在第一排气门113与阀体的排气通道611a连通时刻,在爆炸过程 中产生的高压燃烧气体被强迫排出到输出室105中,从而使输出转子 500旋转。
在第一主凸轮517的段E中,从中心轴到其外表面的距离最高且 恒定。在与段E对应的第一辅助凸轮417的部分e中,从中心轴到其 外表面的距离最低且恒定。因此,当辊子607a和607b在段E和e中 分别骑靠在第一主凸轮517和第一辅助凸轮417上时,阀臂605a和605b 保持朝向第一辅助凸轮417倾斜的状态。因此,第一阀600的主体保 持朝向输出室105旋转的状态,以使第一阀体的排气通道611a与第一 排气门113连通,且同时第一阀体的进气阻挡部分613b关闭第一进气 门111。
图26示出了当第一主凸轮517和第一辅助凸轮417的段E和e开 始时,输出转子500的滑动叶片503和压缩转子400的滑动叶片403 的位置。如图26所示,输出转子500的滑动叶片503的上端处于在经 过第一排气门113之后紧接着所占据的位置处。当第一主凸轮517和 第一辅助凸轮417经过段E和e时,排气孔108通过滑动叶片503而 与第一排气门113隔开。直到段E和e结束为止,在第一燃烧室中产 生的高压压缩气体被排出到输出室。因此,段E和e对应于输出过程。
参照图27,当第一燃烧室的输出过程(段E和e)开始时,第二 燃烧室中的进气过程开始。因此,当在第一燃烧室中进行输出过程(段 E和e)时,没有燃烧气体从第二燃烧室排出到输出室。
图30示出了当第二燃烧室的爆炸过程开始时,转子发动机的状 态。图28和图29示出了此时的第一燃烧室的状态,并且示出了,即 使当第二燃烧室的爆炸过程开始时,第一燃烧室的输出过程(段E和e) 也继续。
图31和图32示出了当第一燃烧室的输出过程(段E和e)结束 时,转子发动机的状态。图33示出了当第一燃烧室处于图31和图32 的状态下时,第二燃烧室的状态。
如图31至33所示,当第一燃烧室的输出过程(段E和e)结束 时,第二燃烧室的爆炸过程也结束,且新的输出过程准备开始了。
随后,转子发动机返回到图13至图15的状态,并重复上述过程, 从而输出转子产生旋转力。
工业应用性
如上所述,本发明提供一种转子发动机,在该发动机中实现了燃 料的完全燃烧,且爆炸燃烧功率被传递给输出轴,而没有功率损失, 从而使发动机的效率最大化,并且该发动机可以使振动,噪音和压力 泄漏最小化。另外,由于实现了燃料的完全燃烧,因此具有以下优点, 使作为空气污染的主要因素的汽车排气最小化。
虽然为了示出的目的而已经说明了本发明的优选实施例,但是本 发明的范围并不限于优选实施例。另外,本领域技术人员应明白,在 不背离所附权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下,可以进 行各种修改、添加和替换。因此,必须理解本发明的范围由所附权利 要求书限定。
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