本发明提供一种新型结构型式的圆弧轮转子机(也称滑滚圆弧轮旋转式发动机),本发明 圆弧轮转子机其主体内腔和转子具有纯滚或啮合滑滚特性,由其结构功能扩展可构成的转子 机包括发动机、
泵马达、
压缩机、变速机等动力机。可以根据功率大小,设计转子
排量和转 子数不同的内外燃连续燃烧转子发动机。
本发明解决其技术所采用的技术方案是
在缸体内腔中,装有与缸体内腔配合的转子,缸体内腔与转子构成转子付,缸体内腔轮廓 线采用与圆弧包络啮合形成,转子上有两个或两个以上关键的圆弧面构成整体圆弧转子或有 两个以上关键的“滑
块滚轮”构成“滑块滚轮”转子,缸体内腔与转子共同限定出大小可变 化的两个或两个以上工作容积内腔,缸体内腔中还装有与转子配合的传动机构,当转子旋转 时,可完成进气、压缩、作功和排气过程;同时转子与传动机构运转有等速和变速的关系, 在缸体或端盖上或中隔板(多转子发动机结构)设置与内腔相通的进出口,传动机构与动力设 备或其它机构相联,用以传递
能量,转子付各表面设有密封装置。
本发明圆弧轮转子机包括泵、压缩机、变速机等动力机;可利用外部燃烧或化学反应等 装置产生的
热能,蓄能装置的压能,自然界的清洁能,推动本转子付运转构成多种转子机: 在缸体上设置相应的点火器和喷射器,与燃油燃气供给,进排气,润滑,冷却,
电子电器控 制等系统构成圆弧轮转子内燃发动机;由于转子具有纯滚或滑滚特性还可采用陶瓷等绝热材 料制成绝热发动机。
本发明转子机的每一对转子付由内表面是“轨道面”的缸体和外表面由圆弧面或“滑块 滚轮”和包络线或辅助多弧组合面而形成的转子组成,转子上的圆弧面或“滑块滚轮”与壳 体内表面
接触。壳体和转子表面包围着的2个以上工作容积,当转子旋转时,由于转子中心 偏转而发生容积变化,从而完成进气、压缩、作功和排气过程。可以根据不同需要,设计转 子排量和转子数不同的发动机。
本转子机的主要组成部分有缸体、转子、端盖、中隔板(多转子发动机结构)、传动盘以 及可选配的转子传动
齿轮和
主轴等。转子付各相关面上需要密封:转子上圆弧面或“滑块滚 轮”与内腔;转子端面与端盖;中隔板与内腔、端盖等,可采用紧压密封,间隙层密封,弹 性密封,油密封,轴密封等。转子付各相关面上需要润滑和冷却,可设置
润滑油道和
冷却水 道,为了便于理解本发明原理主结构,图中未详细画出全部结构。
本发明的有益效果是:结构简单紧凑,易制造,运转可靠,本发明内燃发动机可适应多种现 有
燃料及未来新型燃料,有助于开发和利用新的清洁燃料以缓解世界
能源压力。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明
图1-1至图1-12是本发明圆弧轮转子机总原理图;
图2-1至图2-8是本发明圆弧轮转子内燃发动机(
实施例一)横剖面图;
图3-1至图3-2是实施例一图2-1至图2-8中A-A,B-B剖面图;
图4-1至图4-8是本发明圆弧轮转子机(实施例二)横剖面图;
图5-1至图5-2是实施例二图4-1至图4-8中C-C,D-D剖面图;
图5-3是本发明圆弧轮转子机变速机(实施例三)同图4-1至图4-8中D-D剖面图;
图6-1至图6-6是本发明转子机整体式或组合式转子结构与内腔啮合示意简图;
图7-1至图7-8是本发明转子机传动机构结构示意简图
图8-1至图8-3是本发明转子机多转子结构示意简图。
图1-1至图1-12中,L0:缸体内腔轮廓线;L1:转子外轮廓线;m:传动机构总成;r:滑滚 轮轮廓线;r1:转子工作关键圆弧线段;v1、v2、v3、v4、v5为各工作容积内腔;dj:“近距 点”;dy:“远距点”。
本发明主要零部件和标识有:1:缸体;2:转子;3:滑滚轮;3’:圆弧滑滚块;4:
喷嘴;5:
火花塞;61、62、63、64:吸入口;71、72、73、74:压出口;61’:进气
门; 71’:排气门;8:
传动轴;8’偏
心轴颈;9:端盖;10:中隔板(多转子发动机结构);11: 传动齿轮(可根据需要选配,不是必需);12:传动盘;13:
配气机构。
总原理图中,缸体内腔轮廓线L0采用与圆弧瞬时滑滚包络啮合形成是一条连续的凹凸闭 环曲线,本发明称为“轨道线”,由“轨道线”形成缸体内腔“轨道面”,“轨道线”上的“点 集”集合中距离主轴中心最近点称“近距点”,最远点称“远距点”。
有一对“近距点”dj,“远距点”dy的内腔轮廓线L0可与转子上两段圆弧r瞬时共轭:
有两对“近距点”dj,“远距点”dy的内腔轮廓线L0可与转子上三段圆弧r瞬时共轭;
有三对“近距点”dj,“远距点”d的内腔轮廓线L0可与转子上四段圆弧r瞬时共轭;
有四对“近距点”dj,“远距点”d的内腔轮廓线L0可与转子上五段圆弧r瞬时共轭;
以此类推“轨道线”上有n对“近距点”dj,“远距点”dy的内腔轮廓线L0可与转子上n+1 段圆弧r瞬时共轭构成本发明转子付(以下简称为1.2型;2.3型;3.4型;4.5型;……n. n+1型各类型转子付)。“轨道线”都可由圆开始演化而形成,从而其平面曲线有多种方式(几 何圆弧逼近、数学解析方程式、
计算机编程等)方法可绘制。图1-1、图1-2、图1-3为1.2 型转子付;图1-4、图1-5、图1-6为2.3型转子付;图1-7、图1-8、图1-9为3.4型转子 付;图1-10、图1-11、图1-12为4.5型转子付,可以类推n.n+1型转子付原理图,结构图。
转子轮廓线由相应的关键圆弧r,r1和包络线L1或多弧替代线共同组合而成。可构成整 体式滑
滚转子和由转子上的圆弧线延伸可构成的“滑块滚轮”包括滚轮、滚柱、滚子、圆弧 滑滚块等与相应转子结构构成的组合式“滑块滚轮”转子,包络线L1或多弧替代线与缸体 内腔轮廓线L0之间应设有合理间隙,同一类型转子付中转子上圆弧r,r1具有相同的半径或 直径并且在转子上等角均匀分布。
图1-1至图1-12中,图1-1、图1-2、图1-3为1.2型转子付,转子处在三个不同的位 置情况,转子角度旋转α,则传动轴角度旋转2*α;图1-4、图1-5、图1-6为2.3型转子 付,转子处在三个不同的
位置情况,转子角度旋转α,则传动轴角度旋转3*α; 图1-7、图 1-8、图1-9为3.4型转子付,转子处在三个不同的位置情况,转子角度旋转α,则传动轴角 度旋转4*α;图1-10、图1-11、图1-12为4.5型转子付转子处在三个不同的位置情况,转 子角度旋转α,则传动轴角度旋转5*α;随同转子旋转,v1、v2、v3、v4、v5腔中容积大小 可变化,如逐渐增大,形成
真空吸入
流体;如逐渐减小,压缩流体。
图2-1至图2-8,图3-1至图3-2中,进气门61’,排气门71’,吸入口61、62,排出 口71、72,喷嘴4,火花塞5;图4-1至图4-8、图5-1至图5-2中,吸入口61、62、63、64, 排出口71、72、73、74位置设在以缸体内腔轮廓线“近距点”处的两边适当处,可设在缸体 上,侧面端盖上,中隔板上,多吸入口,多排出口可组合。
各图中,传动机构与转子为偏心轴颈与孔动配合联接,与内腔运动可自限定转子与传动 轴传动盘转速比,也可选配内
外齿轮啮合(齿数比为1∶2;2∶3;3∶4;……;n:n-1)限 定转子与传动轴的转速比,还可选配
配对外齿轮啮合(齿数比为1∶1;2∶1;3∶1;……; n∶1)限定传动盘与传动轴的转速比,转子在内腔中为纯滚或滑滚运动,磨擦系数小,磨擦损 失小,其运动规律为传动机构旋转一周,转子在内腔中可旋转1/n周(n取1、2、3、4、……) 或一周,整机可同速变速输入输出。
转子机的转子中可装配滑动或
滚动轴承与主轴轴颈相配合或转子上装配传动盘与
输出轴 相配合,转子相对于主轴轴心作偏心旋转运动。转子转一周,传动盘转一周或主轴转n周(n 取1、2、3、4、……),转子转速是主轴转速的1倍或1/n倍。
下面就本发明圆弧轮转子机的工作过程结合图例作进一步说明
转子偏心安装在缸体内腔中,把缸体内腔分割成两个以上密封腔,形成工作容积内腔, 工作容积内腔随着转子的旋转,其容积大小发生周期性变化。工作容积内腔的容积由小到大, 形成真空,则吸入流体,由大到小则压缩,(在压缩室燃烧气体可膨胀作功),排出流体,由 转子得到动力推动传动机构输出
动能或传动机构得到动力推动转子,同时本机构具有定比变 速功能,缸体外型可以为任何合适的形状。
一.圆弧轮转子内燃发动机(实施例一):参见图1-1至图1-12、图2-1至图2-8、图 3-1至图3-2中各图
1.进气过程:
转子上一圆弧r、r1或“滑块滚轮”3、3’越过内腔“近距点”dj,分别打开进气口 61、62、63、64或由联动机构打开进气门61’时,净空气或空气和燃料混合气进入
工作腔, 也可经
增压器增压进入工作腔。(1.2型转子付单转子内燃发动机需设置配气机构13装置, 1.2型转子付双转子,2.3型、3.4型、4.5型……n.n+1型只需设置进气口,排出口)。
2.进气和压缩过程:
净空气或空气和燃料混合气继续进入直到转子相临另一圆弧r、r1或“滑块滚轮”3、 3’关闭进气口为止。转子继续转动,腔内气体受压缩。
3.起动点燃连续燃烧作功过程:
在一压缩室当气体被压缩到接近最小体积时,由喷嘴4喷射需要的可燃燃料,与压缩 空气形成可燃混合气,经火花塞5点燃而起动燃烧,产生的高温高压燃烧气体膨胀作功。推 动转子继续转动,下一压缩室气体在被压缩到接近最小体积时,又由喷嘴4喷射需要的可燃燃 料与压缩空气形成可燃混合气而可实现连续燃烧,进而连续推动转子转动。燃料有压燃性和 点燃性之分,压燃性燃料原理上可不设置火花塞5,可在较高压缩比下产生的高温高压爆炸 燃烧作功;点燃性燃料对不同压缩比具有不同的
抗爆性,因此对不同燃料最好对应合适的压 缩比,也可设置可变节气门,以实现不同燃料最佳燃烧效果。
4.排气过程:
排气口71、72、73、74分别打开或由联动机构打开排气门71’(1.2型单转子内燃发动 机需设置配气机构13装置)时,废气由此排出,并可进入
涡轮增压器等增压附件,提高进气 压力以提高功率。
1.2型转子机的
相位角为180度;2.3型转子机的相位角为120度;3.4型转子机的相位 角为90度;4.5型转子机的相位角为52度;(n-1).n型转子机的相位角为360/n度。完成 进气、压缩、作功和排气四过程原则上需要三个顺序工作腔来完成工作循环,1.2型单转子 付可依靠两个工作腔按顺序交替来完成,2.3,3.4,4.5,……(n-1).n型转子机可依靠三 个相邻工作腔来依顺序完成,就设置压缩
燃烧室数量划分,1.2、2.3、3.4型单转子付可设 置一个压缩燃烧室如图2-1、图2-2、图2-3、图2-4、图2-5、图2-6;3.4型转子付多有一 个工作容积内腔,可利用该空闲容积内腔完成泵或压缩机工作,如图2-5、图2-6;4.5型转 子付可设置两个压缩燃烧室完成
热力循环如图2-7、图2-8;同理(n-1).n型转子付可视工 作容积内腔数量来设置多个压缩燃烧室完成热力循环。1.2型单转子内燃发动机可类似往复 式活塞发动机一样完成进气、压缩、作功和排气过程,需要配气机构,包括正时齿带、偏心 轴或
凸轮轴、
摇臂、气门、气门
弹簧等,2.3、3.4、4.5、……n-1.n型转子机,进气口和排 气口依靠转子本身的运动来打开和关闭,1.2型双转子内燃发动机可一个转子完成进气、压 缩过程,另一个转子完成作功和排气过程。
二.圆弧轮转子机:泵或压缩机等(实施例二):参见图1-1至图1-12、图4-1至图4-8、 图5-1至图5-2中各图
1.进气过程:
转子上一圆弧r、r1或“滑块滚轮”3、3’越过内腔“近距点”dj,分别打开进口 61、62、63、64,流体进入工作容积内腔,各进口可组合。
2.进气和压缩过程:
流体继续进入,直至转子相临另一圆弧r、r1或“滑块滚轮”3、3’关闭进口为止。 转子继续转动,腔内流体受压缩。
3.排气过程:
转子继续转动,排出口71、72、73、74分别打开,流体由此排出,各出口可组合。
三.本发明圆弧轮转子机整体式或组合式转子结构与内腔啮合示意简图:参见图6-1至图6-6 中各图
图6-1为整体式转子与内腔啮合结构;图6-2、图6-3为圆弧滑滚块和相应转子架构成 组合式转子与内腔啮合结构;图6-4、图6-5、图6-6为“滑滚轮”包括滚轮、滚柱、滚子和 相应转子结构构成组合式转子与内腔啮合结构;圆弧或“滑块滚轮”与内腔啮合的传动压力 角可为零或趋于零,运动与
滚动轴承相当,如工艺需要转子还可以有其它合理划分的结构。
四.本发明圆弧轮转子机传动机构结构示意简图:参见图7-1至图7-8中各图
图7-1为单转子变速偏心轴颈输出轴;图7-2为两孔输出盘;图7-3为双转子变速偏心 轴颈输出轴;图7-4为三孔输出盘;图7-5为三转子变速偏心轴颈输出轴;图7-6为四孔输 出盘;以此类推有多转子变速偏心轴颈输出轴和多孔输出盘;图7-7为内啮合
齿轮传动内部 机构(可根据具体情况选配);图7-8为外啮合齿轮传动外部机构(可根据具体情况选配)。偏 心轴颈输出轴也可由偏心轮与轴紧固而构成。多孔输出盘与转子多孔对应采用偏心轴颈动配 合相联接,1.2型双转子或多转子还可以采用偏心轴颈动配合联动。以上结构尺寸最佳是等 角均匀分布以利于动平衡。
五.本发明圆弧轮转子变速机(实施例三):参见图1-1至图1-12,图5-3
依据转子与传动机构运转有等速和变速的关系,传动盘与转子采用偏心轴颈联接可等速 运转,从传动盘和输出轴分别输入输出构成变速机,1.2型转子付变速比为1∶2;2.3型转子 付变速比为1∶3;3.4型转子付变速比为1∶4;4.5型转子付变速比为1∶5;n-1.n型 转子付变速比为1∶n,原理上为无误差变速传动,高
精度加工变速比非常准确。
六.本发明圆弧轮转子机可同型或不同类型多转子组合运行:参见图8-1至图8-3中各图
多转子可构成泵或压缩机如图8-1、内燃发动机如图8-3、变速机如图8-2等多转子机;
多转子还可构成泵或压缩机、内燃发动机、变速机等的多转子组合转子机。