技术领域
[0001] 本
发明涉及发动机领域，具体而言，涉及一种
转子发动机。
背景技术
[0002] 目前市场上应用较多的发动机为
活塞通过
连杆推动
曲轴转动的
往复式发动机，然而这样的发动机需要包括正时齿带、
凸轮轴、
摇臂、气
门、气门
弹簧等的
配气机构，导致往复式发动机的体积较大并且重量较重；此外，往复式发动机在做功过程中会由于连杆和曲轴运动而损失一部分
能量，导致转化热
动能的转化率不高；而且往复式发动机的活塞运动会产生较强的震动，并且气门机构也会产生机械噪音。由此可见，
现有技术中的往复式发动机存在震动大、噪音大、体积大、能量转化率低的问题。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种转子发动机，以改善现有技术中的往复式发动机存在震动大、噪音大、体积大、能量转化率低的问题。
[0004] 本发明是这样实现的：
[0005] 一种转子发动机，包括
气缸、转子、第一从动轮和第二从动轮，所述转子置于所述气缸内，所述转子能够在所述气缸内沿第一方向相对于所述气缸的气缸壁转动，所述转子包括一体化设置并且相互平行的第一旋转柱、第二旋转柱和第三旋转柱，所述第一旋转柱与所述第三旋转柱对称设置于所述第二旋转柱的两侧，所述第一旋转柱与所述第三旋转柱具有相同的尺寸，所述第一旋转柱的直径、所述第二旋转柱的直径与所述第三旋转柱的直径三者之和等于所述气缸的内径，所述第一从动轮和所述第二从动轮分别设置于所述气缸的两侧并且所述第一从动轮和所述第二从动轮中的每个从动轮的一部分置于所述气缸内，所述第一从动轮和所述第二从动轮中的每个从动轮均设置有包围该从动轮的壳体，所述壳体与所述气缸壁密封接合，所述每个从动轮通过传动机构在所述转子的带动下沿第二方向相对于所述壳体转动，所述第一方向与所述第二方向相反，所述每个从动轮设置有能够在转动过程中与所述第一旋转柱或所述第三旋转柱相咬合的多个咬合槽，所述每个从动轮未设置所述咬合槽的部分的外边缘在转动过程中与所述第二旋转柱的外边缘相
接触，在转动过程中，通过所述第一旋转柱和所述第三旋转柱中的一个旋转柱与所述第一从动轮和所述第二从动轮中的一个从动轮实现压缩过程和做功过程，并且通过所述第一旋转柱和所述第三旋转柱中的另一个旋转柱与所述第一从动轮和所述第二从动轮中的另一个从动轮来实现排气过程，所述做功过程中产生的膨胀
力直接转换为所述转子的转动。
[0006] 进一步地，所述传动机构包括：第一传动杆和第一
齿轮，所述第一传动杆的一端与所述第二旋转柱的旋
转轴固定连接，所述第一传动杆的另一端与所述第一齿轮固定连接；第二传动杆和第二齿轮，所述第二传动杆的一端与所述第一从动轮的
旋转轴固定连接，所述第二传动杆的另一端与所述第二齿轮固定连接；第三传动杆和第三齿轮，所述第三传动杆的一端与所述第二从动轮的旋转轴固定连接，所述第三传动杆的另一端与所述第三齿轮固定连接，其中所述第一齿轮、所述第二齿轮和所述第三齿轮处于同一平面，所述第一齿轮置于所述第二齿轮与所述第三齿轮之间并且所述第一齿轮与所述第二齿轮和所述第三齿轮二者相
啮合。因而，当转子由于做功过程中产生的膨胀力转动时，通过与第二旋转柱固定连接的第一齿轮带动第二齿轮和第三齿轮转动，从而使得可以带动第一从动轮和第二从动轮转动以配合转子重复执行进气过程、压缩过程、做功过程和排气过程。
[0007] 进一步地，所述第一旋转柱与所述第三旋转柱的直径均为第一直径，所述第二旋转柱的直径为第二直径，所述第一从动轮与所述第二从动轮的直径均为第三直径，所述第三直径、所述第二直径与所述第一直径之比为3：2：1。在此设定下，每当转子在气缸内转动半周，第一从动轮和第二从动轮均转动1/3周，以作为第一旋转柱和第三旋转柱能够与咬合槽相咬合的
基础。
[0008] 进一步地，设置于所述每个从动轮的咬合槽的数目为三个，所述三个咬合槽等间隔分布，所述三个咬合槽中的每个咬合槽的
槽口的宽度等于所述第一直径，所述第一从动轮和所述第二从动轮中配合完成所述压缩过程和所述做功过程的一个从动轮的每个咬合槽的槽口与槽底之间的距离为第一距离，所述第一从动轮和所述第二从动轮中配合完成所述排气过程的另一个从动轮的每个咬合槽的槽口与槽底之间的距离为第二距离，所述第一距离大于所述第二距离。在此情况下，每当第一旋转柱或第三旋转柱在气缸内旋转半周，就可以和一个咬合槽相咬合；并且第一距离大于第二距离的设定使得可以实现较好的压缩效果和较好的排气效果。
[0009] 进一步地，所述每个咬合槽为U形槽。U形槽可以作为与第一旋转柱或第三旋转柱相咬合的优选咬合槽。
[0010] 进一步地，所述第一方向为顺
时针方向，所述第二方向为逆时针方向，在所述转子沿所述顺时针方向转动的过程中，通过所述第一从动轮与所述第一旋转柱和所述第三旋转柱中的一个旋转柱来实现所述压缩过程和所述做功过程。
[0011] 进一步地，所述气缸壁包括通过所述第一从动轮和所述第二从动轮二者隔开的第一气缸
侧壁和第二气缸侧壁，所述第一气缸侧壁设置有进气口，所述进气口置于较靠近所述第一从动轮的
位置处，在转动过程中通过所述第一旋转柱和所述第三旋转柱中的一个旋转柱与所述第一从动轮的咬合槽相咬合来实现所述压缩过程。
[0012] 进一步地，所述第一气缸侧壁还设置有
燃料注入孔，所述燃料注入孔置于所述进气孔与所述第一从动轮之间。
[0013] 进一步地，所述第一从动轮的每个咬合槽的槽底均设置有
火花塞。因此，可以在第一旋转柱或第三旋转柱完全置于第一从动轮的咬合槽内即将空燃混合气体的体积压缩到最小时通过火花塞点火。
[0014] 进一步地，所述气缸壁的顶壁靠近所述第二气缸侧壁的一侧设置有排气口，所述排气口置于较靠近所述第二从动轮的位置处，在转动过程中，通过所述第一旋转柱和所述第三旋转柱中的一个旋转柱与所述第二从动轮实现所述排气过程。
[0015] 本发明实现的有益效果：本发明
实施例提供的转子发动机包括气缸、转子、第一从动轮和第二从动轮，转子置于气缸内，转子能够在气缸内沿第一方向相对于气缸的气缸壁转动，转子包括一体化设置并且相互平行的第一旋转柱、第二旋转柱和第三旋转柱，第一旋转柱与第三旋转柱对称设置于第二旋转柱的两侧，第一旋转柱与第三旋转柱具有相同的尺寸，第一旋转柱的直径、第二旋转柱的直径与第三旋转柱的直径三者之和等于气缸的内径，第一从动轮和第二从动轮分别设置于气缸的两侧并且第一从动轮和第二从动轮中的每个从动轮的一部分置于气缸内，第一从动轮和第二从动轮中的每个从动轮均设置有包围该从动轮的壳体，所述壳体与气缸壁密封接合，每个从动轮通过传动机构在转子的带动下沿与第一方向相反的第二方向相对于所述壳体转动，每个从动轮设置有能够在转动过程中与第一旋转柱或第三旋转柱相咬合的多个咬合槽，每个从动轮未设置咬合槽的部分的外边缘在转动过程中与第二旋转柱的外边缘相接触，在转动过程中，通过第一旋转柱和第三旋转柱中的一个旋转柱与第一从动轮和第二从动轮中的一个从动轮实现压缩过程和做功过程，并且通过第一旋转柱和第三旋转柱中的另一个旋转柱与第一从动轮和第二从动轮中的另一个从动轮来实现排气过程，做功过程中产生的膨胀力直接转换为转子的转动。此转子发动机在工作时，转子每旋转一周，第一旋转柱和第三旋转柱可以分别在其空间内先后完成进气过程、压缩过程、做功过程和排气过程，使得可以在转子旋转一周的过程内做功两次，做功过程中产生的膨胀力被直接转换为转子的转动，由此可以提高转化热动能的转化率；由于可以将空燃混合气体压缩为尽可能小的体积，所以压缩比较高，并且还可以使用柴油进行压燃；此外，此发动机不使用连杆、气门机构、曲轴和配气机构，从而可以使该转子发动机具有较小的重量和体积以及较小的震动和噪音。
附图说明
[0016] 图1是本发明实施例提供的转子发动机的正视图；
[0017] 图2是本发明实施例提供的转子发动机的俯视图；
[0018] 图3是沿图1中的线AA’截取的表示本发明实施例提供的转子发动机的压缩过程的剖面图；
[0019] 图4是沿图1中的线AA’截取的表示本发明实施例提供的转子发动机的点火时刻的剖面图；
[0020] 图5是沿图1中的线AA’截取的表示本发明实施例提供的转子发动机的做功过程的剖面图。
[0021] 其中，附图标记汇总如下：气缸100，第一旋转柱210，第二旋转柱220，第三旋转柱230，第一从动轮300，第二从动轮400，第一咬合槽310，第二咬合槽410，第一壳体320，第二壳体420，第一传动杆510，第一齿轮520，第二传动杆530，第二齿轮540，第三传动杆550，第三齿轮560，第一气缸侧壁110，第二气缸侧壁120，气缸顶壁150，气缸底壁160，进气口
130，排气口140，第一旋转轴240，第二旋转轴330，第三旋转轴430。
具体实施方式
[0022] 鉴于现有技术中的往复式发动机存在震动大、噪音大、体积大、能量转化率低的问题，本
发明人构思出一种转子发动机。该转子发动机包括气缸、转子、第一从动轮和第二从动轮，转子置于气缸内，转子能够在气缸内沿第一方向相对于气缸的气缸壁转动，转子包括一体化设置并且相互平行的第一旋转柱、第二旋转柱和第三旋转柱，第一旋转柱与第三旋转柱对称设置于第二旋转柱的两侧，第一旋转柱与第三旋转柱具有相同的尺寸，第一旋转柱的直径、第二旋转柱的直径与第三旋转柱的直径三者之和等于气缸的内径，第一从动轮和第二从动轮分别设置于气缸的两侧并且第一从动轮和第二从动轮中的每个从动轮的一部分置于气缸内，第一从动轮和第二从动轮中的每个从动轮均设置有包围该从动轮的壳体，所述壳体与气缸壁密封接合，每个从动轮通过传动机构在转子的带动下沿与第一方向相反的第二方向相对于所述壳体转动，每个从动轮设置有能够在转动过程中与第一旋转柱或第三旋转柱相咬合的多个咬合槽，每个从动轮未设置咬合槽的部分的外边缘在转动过程中与第二旋转柱的外边缘相接触，在转动过程中，通过第一旋转柱和第三旋转柱中的一个旋转柱与第一从动轮和第二从动轮中的一个从动轮实现压缩过程和做功过程，并且通过第一旋转柱和第三旋转柱中的另一个旋转柱与第一从动轮和第二从动轮中的另一个从动轮来实现排气过程，做功过程中产生的膨胀力直接转换为转子的转动。此转子发动机在工作时，转子每旋转一周，第一旋转柱和第三旋转柱可以分别在其空间内先后完成进气过程、压缩过程、做功过程和排气过程，使得可以在转子旋转一周的过程内做功两次，做功过程中产生的膨胀力被直接转换为转子的转动，由此可以提高转化热动能的转化率；由于可以将空燃混合气体压缩为尽可能小的体积，所以压缩比较高，并且还可以使用柴油进行压燃；此外，此发动机不使用连杆、气门机构、曲轴和配气机构，从而可以使该转子发动机具有较小的重量和体积以及较小的震动和噪音。
[0023] 图1是本发明实施例提供的转子发动机的正视图，图2是本发明实施例提供的转子发动机的俯视图，图3是沿图1中的线AA’截取的表示本发明实施例提供的转子发动机的压缩过程的剖面图。请参阅图1至图3，本发明实施例提供的转子发动机包括气缸100、转子、第一从动轮300和第二从动轮400。转子置于气缸100内并且转子可以沿第一方向绕第一旋转轴240相对于气缸100的气缸壁转动。
[0024] 具体地，请参见图3，转子可以包括第一旋转柱210、第二旋转柱220和第三旋转柱230。第一旋转柱210、第二旋转柱220和第三旋转柱230是一体化设置的并且相互平行，第一旋转柱210与第三旋转柱230对称设置于第二旋转柱220的两侧，第一旋转柱210与第
三旋转柱230具有相同的尺寸。第一旋转柱210的直径、第二旋转柱220的直径与第三旋转柱230的直径三者之和等于气缸100的内径。
[0025] 第一从动轮300和第二从动轮400分别设置于气缸100的两侧，并且第一从动轮300和第二从动轮400中的每个从动轮的一部分置于气缸100内。转子、第一从动轮300和第二从动轮400可以具有相同的高度。第一从动轮300的外部设置有包围该从动轮的第一壳体320，该第一壳体320与气缸100的气缸壁密封接合，其中气缸100的气缸壁包括气缸顶壁150、气缸底壁160以及气缸侧壁，气缸100的气缸侧壁被第一从动轮300和第二从动轮400二者分隔为第一气缸侧壁110和第二气缸侧壁120(如图3所示)。类似地，第二从
动轮400的外部设置有包围该从动轮的第二壳体420，该第二壳体420也与气缸100的气缸壁密封接合。
[0026] 第一从动轮300和第二从动轮400中的每个从动轮均通过传动机构在转子的带动下沿与第一方向相反的第二方向相对于各自的壳体转动，第一从动轮300可以绕第二旋转轴330转动并且第二从动轮400可以绕第三旋转轴430转动。在本
说明书中出于示意性的目的，第一方向被表示为顺时针方向并且第二方向被表示为逆时针方向，然而第一方向也可以为顺时针方向并且第二方向也可以为逆时针方向。在第一方向为顺时针方向并且第二方向为逆时针方向的情况下，在第一从动轮300的配合下实现进气过程、压缩过程和做功过程，并在第二从动轮400的配合下实现排气过程。如图3所示，第一气缸侧壁110上设置有进气口130。于另一种具体实施方式中，进气口130还可以设置于气缸顶壁150靠近第一气缸侧壁110的一侧，并且位于较靠近第一从动轮300的位置处。此外，第一气缸侧壁110还可以设置有燃料注入孔(未示出)，该燃料注入孔可以置于进气口130与第一从动轮300之间。在气缸顶壁150靠近第二气缸侧壁120的一侧设置有排气口140，如图2所示，该排气口140置于较靠近第二从动轮400的位置处。排气口140可以呈扇环的形状，该扇环的大半径与小半径之差优选地等于第一直径并且第二旋转柱220不会暴露于此扇环。于另一种具体实施方式中，排气口140也可以设置于气缸底壁160靠近第二气缸侧壁120的一侧并且位于较靠近第二从动轮400的位置处。
[0027] 第一壳体320、第二壳体340与气缸壁共同形成在内部容置转子、第一从动轮300和第二从动轮400的壁体。请参照图2，上述传动机构可以包括：第一传动杆510和置于所述壁体外部的第一齿轮520，第一传动杆510的一端置于所述壁体内并与第一旋转轴240固定连接，第一传动杆510的另一端置于所述壁体外部并与第一齿轮520固定连接；第二传动杆530和置于所述壁体外部的第二齿轮540，第二传动杆530的一端置于所述壁体内并与第二旋转轴330固定连接，第二传动杆530的另一端置于所述壁体外部并与第二齿轮540固定连接；第三传动杆550和置于所述壁体外部的第三齿轮560，第三传动杆550的一端置于所述壁体内并与第三旋转轴430固定连接，第三传动杆550的另一端置于所述壁体外部并与第三齿轮560固定连接，其中第一齿轮520、第二齿轮540和第三齿轮560处于同一平面，第一齿轮520置于第二齿轮540与第三齿轮560之间并且第一齿轮520与第二齿轮540和第三齿轮560二者相啮合。因此，在转子转动时，可以通过与第一旋转轴240相连的第一齿轮520来带动第二齿轮540和第三齿轮560转动，从而带动第一从动轮300和第二从动轮
400转动。
[0028] 第一从动轮300可以设置有能够在转动过程中与第一旋转柱210或第三旋转柱230相咬合的多个第一咬合槽310，第一从动轮300未设置第一咬合槽310的部分的外边缘在转动过程中与第二旋转柱220的外边缘相接触。类似地，第二从动轮400设置有能够在转动过程中与第一旋转柱210或第三旋转柱230相咬合的多个第二咬合槽410，第二从动轮
400未设置第二咬合槽410的部分的外边缘在转动过程中与第二旋转柱220的外边缘相接触。
[0029] 在本发明实施例中，第一旋转柱210与第三旋转柱230的直径均为第一直径，第二旋转柱220的直径为第二直径，第一从动轮300与第二从动轮400的直径均为第三直径，第三直径、第二直径与第一直径之比为3：2：1。在此情况下，第一咬合槽310和第二咬合槽410的数目均为3个，并且第一齿轮520、第二齿轮540、第三齿轮560的齿轮数目比可以为
2：3：3。然而，在其他实施方式中，第三直径、第二直径与第一直径之比还可以为4：2：1，在此情况下，第一咬合槽310和第二咬合槽410的数目均可以为4个，并且第一齿轮520、第二齿轮540、第三齿轮560的齿轮数目比可以为1：2：2，本发明具体实施方式并不以此为限，只要转子每旋转半周，第一旋转柱210和第三旋转柱230均可以与相应的咬合槽咬合即可。
[0030] 第一咬合槽310和第二咬合槽410中每个咬合槽的槽口的宽度等于第一直径，然而第一咬合槽310的槽深应大于第二咬合槽410的槽深。具体地，第一从动轮300的每个第一咬合槽310在与第一旋转柱210或第三旋转柱230相咬合时，该第一咬合槽310的槽底与所咬合的第一旋转柱210或第三旋转柱230的外边缘之间存在间隙，以实现较好的压缩效果，然而要注意的是，此间隙的大小可以根据不同的情况具体设定，而并非受限于特定值。当第二从动轮400的每个第二咬合槽410在与第一旋转柱210或第三旋转柱230相咬
合时，该第二咬合槽410的槽底与所咬合的第一旋转柱210或第三旋转柱230的外边缘相贴合，以实现较好的排气效果。第一咬合槽310和第二咬合槽410中每个咬合槽均为U形槽，优选地均为底部为圆形的U形槽。
[0031] 由于当第一旋转柱210或第三旋转柱230与第一咬合槽310完全咬合时，空燃混合气体的体积被压缩为最小，因此可以在每个第一咬合槽310的底部设置火花塞以在空燃混合气体的体积最小时进行点火操作。然而还可以在气缸顶壁150或气缸底壁160中的如下位置设置火花塞：该位置在空间上对应于第一咬合槽310与第一旋转柱210或第三旋转柱230完全咬合时上述间隙所在的位置。
[0032] 接下来描述本发明实施例提供的转子发动机的工作过程。如图2所示，在第一旋转柱210沿顺时针方向转动通过进气口130之后，可以通过燃料注入口注入燃料，以在第一旋转柱210的进一步转动过程中对空燃混合气体进行压缩。与此同时，第三旋转柱230配合第二从动轮400通过排气口140进行排气。当第一旋转柱210和第一从动轮300转动到如图4所示的位置时，空燃混合气体的体积被压缩至最小，此时可以通过火花塞点火或进行压燃，使得被压缩的空燃混合气体燃烧，燃烧产生的膨胀力直接转换为转子的转动进行做功。如图5所示，在做功过程中，转子在燃烧所产生膨胀力的作用下进一步沿顺时针方向转动，并且第一旋转柱210逐渐开始在第二从动轮400的配合下将其左侧的废气排出，而第三旋转柱230在转动经过进气口130之后进行压缩过程和做功过程。由此可见，随着转子在气缸内旋转一周，第一旋转柱210和第三旋转柱230可以分别在其空间内先后完成进气过程、压缩过程、做功过程和排气过程，使得可以在转子旋转一周的过程内做功两次，做功过程中产生的膨胀力被直接转换为转子的转动，由此可以提高转化热动能的转化率。
[0033] 在上述实施例中，还可以在第一齿轮520、第二齿轮540以及第三齿轮560的另一侧设置分别与上述对应部件相同的气缸、转子、第一从动轮和第二从轮动，即实现双缸发动机。
[0034] 本发明实施例提供的转子发动机包括气缸、转子、第一从动轮和第二从动轮，转子置于气缸内，转子能够在气缸内沿第一方向相对于气缸的气缸壁转动，转子包括一体化设置并且相互平行的第一旋转柱、第二旋转柱和第三旋转柱，第一旋转柱与第三旋转柱对称设置于第二旋转柱的两侧，第一旋转柱与第三旋转柱具有相同的尺寸，第一旋转柱的直径、第二旋转柱的直径与第三旋转柱的直径三者之和等于气缸的内径，第一从动轮和第二从动轮分别设置于气缸的两侧并且第一从动轮和第二从动轮中的每个从动轮的一部分置于气缸内，第一从动轮和第二从动轮中的每个从动轮均设置有包围该从动轮的壳体，所述壳体与气缸壁密封接合，每个从动轮通过传动机构在转子的带动下沿与第一方向相反的第二方向相对于所述壳体转动，每个从动轮设置有能够在转动过程中与第一旋转柱或第三旋转柱相咬合的多个咬合槽，每个从动轮未设置咬合槽的部分的外边缘在转动过程中与第二旋转柱的外边缘相接触，在转动过程中，通过第一旋转柱和第三旋转柱中的一个旋转柱与第一从动轮和第二从动轮中的一个从动轮实现压缩过程和做功过程，并且通过第一旋转柱和第三旋转柱中的另一个旋转柱与第一从动轮和第二从动轮中的另一个从动轮来实现排气过程，做功过程中产生的膨胀力直接转换为转子的转动。此转子发动机在工作时，转子每旋转一周，第一旋转柱和第三旋转柱可以分别在其空间内先后完成进气过程、压缩过程、做功过程和排气过程，使得可以在转子旋转一周的过程内做功两次，做功过程中产生的膨胀力被直接转换为转子的转动，由此可以提高转化热动能的转化率；由于可以将空燃混合气体压缩为尽可能小的体积，所以压缩比较高，并且还可以使用柴油进行压燃；此外，此发动机不使用连杆、气门机构、曲轴和配气机构，从而可以使该转子发动机具有较小的重量和体积以及较小的震动和噪音。
[0035] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0036] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“
水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0037] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
