專利名稱：轉(zhuǎn)子發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種發(fā)動機技術(shù)，尤其是缸體由氣缸和油缸兩部分構(gòu)成，可有效地解決密封問題，克服四沖程活塞式發(fā)動機熱效率低的一種轉(zhuǎn)子發(fā)動機。
目前，廣泛使用的是傳統(tǒng)的四沖程活塞式發(fā)動機。由于它需要把活塞的往復運動變?yōu)閳A周運動，除了產(chǎn)生較大的振動外，為克服活塞貫性力要消耗很多能量，形成了發(fā)動機熱效率難于提高的障礙。本世紀中業(yè)，德國發(fā)明的三角活塞轉(zhuǎn)子發(fā)動機，因其三角活塞在氣缸內(nèi)要作特殊的往復運動，同樣要克服貫性力，熱效率提不高，其次，該發(fā)動機制造上的復雜工藝和高精密度要求，為制造加工增加了難度。否則，不能解決氣缸密封問題而漏氣，發(fā)動機效率也要降低。后來，人們?yōu)榻鉀Q活塞式四沖程發(fā)動機的這些弱點，又不斷對轉(zhuǎn)子發(fā)動機的設(shè)計作了創(chuàng)造性的工作，如中國專利局公布的申請?zhí)?8220942.6和申請?zhí)枮?2203714.0的發(fā)明創(chuàng)造，就屬這類技術(shù)。前者，葉片的運動是通過缸蓋上的導軌來實現(xiàn)，氣缸的密封是通過“弧形密封條、徑向密封片、滑動密封塊”來實現(xiàn)。零件多，工藝復雜，成本高，維修保養(yǎng)困難。同時不可避免地要出現(xiàn)密封死角，導致漏氣。發(fā)動機效率降低。后者靠彈簧力推動葉片伸縮，因發(fā)動機在高溫下工作，彈簧功能必然因退火減弱，甚至完全失去功能；其次，發(fā)動機缸體由兩圓柱面和一個平面連接而成，葉片在氣缸中作往復運動，其加速度的突變，對缸體進行沖擊，必然會造成較大振動和摩損，縮短發(fā)動機壽命。因此，要進入實用，還必須克服相關(guān)缺陷。
本實用新型的目的就是提供一種缸體由氣缸和油缸兩部分構(gòu)成，其氣缸環(huán)由圓柱面和正弦柱面平滑的結(jié)合而成，在氣缸內(nèi)部的轉(zhuǎn)子上裝有可利用離心力來同氣缸環(huán)內(nèi)壁面緊密接觸的葉片活塞的轉(zhuǎn)子發(fā)動機。
實現(xiàn)上述目的的方案如下轉(zhuǎn)子發(fā)動機，由氣缸環(huán)、缸襯、缸蓋、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、葉片活塞以及密封裝置構(gòu)成，氣缸環(huán)壁上開有燃氣進氣口、排氣口，還裝有火花塞，缸蓋安裝在氣缸環(huán)的兩側(cè)，其間墊有缸襯，構(gòu)成密封腔體，轉(zhuǎn)子裝在腔體內(nèi)，用花鍵軸作為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸，同氣缸環(huán)兩側(cè)的缸蓋轉(zhuǎn)動連接；轉(zhuǎn)子上開有活塞槽，葉片活塞裝入活塞槽內(nèi)；其特征在于氣缸環(huán)的內(nèi)壁由作為壓縮區(qū)及排氣區(qū)的一對對稱的圓柱面和作為進氣區(qū)及燃燒區(qū)的一對對稱的正弦柱面平滑地構(gòu)成一個閉合的環(huán)狀曲面；用多層矩形薄片疊加成一個同活塞槽形狀一致的長方體構(gòu)成葉片活塞；由安裝在氣缸環(huán)兩側(cè)的氣缸蓋及二者間墊有的氣缸襯，通過轉(zhuǎn)軸與氣缸蓋轉(zhuǎn)動連接的轉(zhuǎn)子以及在轉(zhuǎn)軸與氣缸蓋接合處安裝的油封構(gòu)成一個作為油缸的密封連通的空腔。
為使氣缸內(nèi)獲得合理的壓縮比和燃燒區(qū)有合理的工作長度，由圓柱面和正弦柱面構(gòu)成的氣缸環(huán)內(nèi)壁的區(qū)域結(jié)構(gòu)是圓柱面所對應的圓心角等于72度，正弦柱面所對應的圓心角等于108度。
在保證氣缸壓縮比為8的要求下，壓縮區(qū)高度，即轉(zhuǎn)子與氣缸環(huán)圓柱面內(nèi)壁的距離為半壓縮長度的0.16倍。當壓縮比為N時，壓縮區(qū)高度為a，半壓縮長度為A，則 [3(1+N)-(n-5)π]，轉(zhuǎn)子半徑應不小于半壓縮長度的 倍，氣缸環(huán)寬度不大于半壓縮長度的4倍，不小于半壓縮長度的2倍。
為使轉(zhuǎn)子在運行中，葉片活塞能同斜度不斷變化的氣缸環(huán)內(nèi)壁曲面貼緊，并具有沿軸向收縮和擴張的功能，葉片活塞由矩形薄片和梯形薄片分做多層疊加構(gòu)成。其中首尾兩片為完整矩形薄片，中間的每一層均由兩塊直角梯形拼接成有微小錯落的矩形，并使相鄰兩層的拼縫不重合，且錯落的位置關(guān)于矩形對稱軸對稱。
按照上述方案，制好轉(zhuǎn)子發(fā)動機各零件。轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸用花鍵軸；氣缸的兩個缸蓋的中心對應位置制有軸承，其一缸蓋上的軸承座為敞開式，另一缸蓋上的軸承為隱蔽式。在敞開式軸承外安裝油封和油封蓋，構(gòu)成述宮式油封裝置，在缸蓋上安裝有進油器和調(diào)壓器。氣缸環(huán)的兩個端面和缸襯緊貼形成氣缸，側(cè)壁和氣缸蓋之間加缸蓋墊，這樣就構(gòu)成一個轉(zhuǎn)子發(fā)動機。運行時，葉片活塞在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)沿徑向滑動，在離心力作用下，活塞外緣形狀和活塞寬度將作適應于氣缸環(huán)內(nèi)壁曲面變化的變化，使其緊緊與缸壁貼合。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，相鄰兩葉片活塞間的區(qū)域均完成一次進氣、壓縮、燃燒和排氣的工作過程。氣缸及轉(zhuǎn)子兩側(cè)的連通油缸內(nèi)的潤滑油堵塞氣缸與外界的縫隙，又起到潤滑所有運動零件的作用。
本實用新型的優(yōu)點是氣缸環(huán)采用了圓柱面和正弦柱面平滑結(jié)合的結(jié)構(gòu)，有利活塞端面與氣缸內(nèi)壁面的貼合嚴密，又減少振動；同時，又可與轉(zhuǎn)子配合形成有效的壓縮、燃燒、排氣、進氣等區(qū)域的功能。轉(zhuǎn)子上活塞槽內(nèi)的葉片活塞由多層兩塊梯形薄片拼接成的有微小錯落的矩形片疊合而成，這種活塞在轉(zhuǎn)子運行中離心力的作用下，在槽中沿徑向滑動，并有沿軸向膨脹的功能保證了活塞端面及兩側(cè)同氣缸內(nèi)壁緊密貼合，對吸入氣缸中的燃氣產(chǎn)生有效壓縮比，保證點燃后獲得最佳燃燒效果。位于轉(zhuǎn)子和氣缸兩側(cè)的，由氣缸蓋、氣缸襯、氣缸環(huán)、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、油封等零件圍成的空間所構(gòu)成的油缸內(nèi)充滿潤滑油，既起到很好的密封效果，又保證了所有運動件的潤滑。又由于氣缸環(huán)與轉(zhuǎn)子間構(gòu)成的四個區(qū)域的空間高度及大小，氣缸環(huán)的寬度、轉(zhuǎn)子半徑均經(jīng)科學的計算，給出它們與半壓縮長度的關(guān)系，保證了設(shè)計的科學性和可靠性。所以本實用新型所公開的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，有效的解決了密封、潤滑的問題，尤其是氣缸環(huán)內(nèi)壁曲面的結(jié)構(gòu)，葉片活塞的矩形薄片疊合結(jié)構(gòu)及活塞端面與缸環(huán)內(nèi)壁的配合，均為轉(zhuǎn)子發(fā)動機提供了可靠保障。無疑，轉(zhuǎn)軸運行同轉(zhuǎn)子完全一致，不存在改變運動狀態(tài)所要的能量損耗，是一種熱效率高的發(fā)動機，又由于其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、振動小。故可降低發(fā)動機成本，提高使用性能。


圖1a、本實用新型主視圖。
圖1b、沿AOA剖視圖。
圖2、氣缸環(huán)與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖。
圖3、葉片活塞結(jié)構(gòu)圖。
以下結(jié)合附圖，作為一個實施例，對本實用新型作進一步說明。
參照
圖1、2，發(fā)動機的氣缸環(huán)2內(nèi)壁由相對稱的圓柱面8和正弦柱面1構(gòu)成平滑的環(huán)狀曲面，中心采用花鍵軸12作為轉(zhuǎn)子11的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子固接在花鍵軸上。沿轉(zhuǎn)子徑向，在四等分圓周的兩條相互垂直的直徑線上開葉片活塞槽4，葉片活塞9以插入的方式活動裝入槽中。缸環(huán)2的大小由轉(zhuǎn)子11半徑確定，轉(zhuǎn)子半徑按設(shè)計要求的半壓縮長度(或活塞振幅)A來確定，若設(shè)其半徑為R，則應使 。轉(zhuǎn)子半徑一經(jīng)確定，壓縮區(qū)高度由壓縮比N來確定，如設(shè)壓縮區(qū)高度為a，則a ，由上面兩式可得到缸環(huán)2內(nèi)壁圓柱面的半徑和正弦柱面的方程，計算出它的斷面形狀。氣缸環(huán)2的寬度b按不大于半壓縮長度的4倍和不小于半壓縮長度的2倍要求確定。這樣即可按上述參數(shù)制作氣缸環(huán)2和相應的轉(zhuǎn)子11，再由轉(zhuǎn)子尺寸確定葉片活塞槽4的尺寸和位置，加工出活塞槽；轉(zhuǎn)子中心點上開出其與花鍵軸12連接的安裝孔。氣缸環(huán)2的兩側(cè)面是圓環(huán)形缸襯14與缸環(huán)形成氣缸，再通過缸蓋墊21與氣缸蓋5密封連接。
氣缸蓋5分為兩部分，分別安裝在氣缸環(huán)2的兩個側(cè)面，其間墊有缸蓋墊21，每個蓋的中心處均制有支撐轉(zhuǎn)1軸的軸承19。安裝時花鍵軸12就通過軸承19固定在里面，其中一個蓋的軸承口部敞開，花鍵軸一端伸出其外，以輸出動力。它們的結(jié)合部通過油封蓋16和油封15緊密連接。這樣氣缸蓋5與缸襯14、轉(zhuǎn)軸12、氣缸環(huán)2、轉(zhuǎn)子11、油封15、油封蓋16，共同圍成兩個環(huán)狀空間，通過轉(zhuǎn)子上活塞槽底部的孔7連通，構(gòu)成油缸。使用時里面充滿潤滑油，起著密封氣缸和潤滑所有運動零件的作用。在氣缸蓋5的上、下端適當位置開口，安裝進油器17和調(diào)壓器20。
在轉(zhuǎn)子11端面與缸襯14的結(jié)合部，開兩道環(huán)狀油溝13，使其內(nèi)充滿潤滑油，以保證轉(zhuǎn)子端面與氣缸間的密封。同時在制作氣缸環(huán)2時，使每個圓柱面區(qū)域8所對圓心角等于72度，每個正弦柱面區(qū)域1所對圓心角等于108度。這樣，氣缸環(huán)2與轉(zhuǎn)子11間的空間即構(gòu)成了進氣區(qū)、壓縮區(qū)、燃燒區(qū)、排氣區(qū)。缸環(huán)外壁上，分別在一個正弦柱面距起始位置為9°處開孔作進氣口6；為便于同燃氣供氣系統(tǒng)連接，進氣口6應為凸起的凸臺。在另一正弦柱面區(qū)域距起始位置為9°處開孔，安裝火花塞3。緊靠火花塞位置的這個圓柱面區(qū)域即為壓縮區(qū)；與之對稱的另一圓柱面區(qū)域即為排氣區(qū)，排氣口10位置在燃燒區(qū)與排氣區(qū)的結(jié)合部，排氣口10也應制成便于同外排氣管連接的凸臺。
參照圖3，葉片活塞用矩形薄片24和梯形薄片23疊合制作，兩端面用兩塊矩形薄片24疊合，中間每個薄片用兩塊直角梯形片23拼接成有微小錯落的矩形。疊合時使構(gòu)成矩形的梯形片的斜腰邊連接縫22交替錯開，疊合后的葉片活塞應為層次錯落的長方體，將其插入葉片活塞槽中。由于它的結(jié)構(gòu)特性，在轉(zhuǎn)子運行過程中，葉片活塞在高速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子的離心力作用下，頂部形狀能隨缸環(huán)內(nèi)壁曲面的變化而變化，增大接觸面，而且沿軸向有膨脹的功能，使它與氣缸襯緊密貼合，保證有效的壓縮效果。
按上述方法制作好的各零件，組裝起來，即成為一個轉(zhuǎn)子發(fā)動機，轉(zhuǎn)子11旋轉(zhuǎn)時，葉片活塞9在轉(zhuǎn)子的槽4內(nèi)沿徑向滑動，使其外緣緊貼氣缸內(nèi)壁，每轉(zhuǎn)一周，相鄰兩葉片間的區(qū)域完成一次吸氣、壓縮、燃燒、排氣的工作過程，四個葉片區(qū)域共完成四次工作過程。轉(zhuǎn)子11旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，使活塞9緊貼氣缸內(nèi)壁，使任意相鄰二活塞經(jīng)過吸氣區(qū)時，該區(qū)域形成真空，由進氣口6吸入混合可燃氣，當此二活塞復蓋了整個壓縮區(qū)時，可燃氣按設(shè)計的壓縮比被壓縮，隨即，進入燃燒區(qū)，被該區(qū)內(nèi)的火花塞點燃，氣體燃燒膨脹對活塞產(chǎn)生高壓，前后二活塞的壓力差推動轉(zhuǎn)子11繼續(xù)轉(zhuǎn)動，此二活塞進入排氣區(qū)后，燃燒后的廢氣從排氣口10排出，如此循環(huán)，使發(fā)動機持續(xù)運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子11每旋轉(zhuǎn)一周，共點火燃燒四次，一切過程均幾乎是連續(xù)的，并不存在火花塞每次都進行點火。油缸18內(nèi)的潤滑油將所有運動零件潤滑，葉片活塞9則在其徑向運動中，使油缸不斷吸油和供油，又通過進油器17和調(diào)壓器20調(diào)節(jié)油壓和進油量。由于葉片活塞9由多片薄片疊合構(gòu)成，在其隨轉(zhuǎn)子運動的離心力作用下，其頂部形狀可隨缸環(huán)2內(nèi)壁的變化而作適應性變化，與缸環(huán)2內(nèi)壁緊密接觸，又由于每個矩形葉片由兩塊梯形片23拼接成，使活塞9具有沿軸向收縮和擴張的功能。在運動中，葉片活塞在沿徑向的往復動作中，又可將潤滑油不斷的吸入油缸，同時潤滑油也被壓入葉片內(nèi)部，使葉片得到密封和潤滑。所以本實用新型是一種熱效率高，運行可靠的轉(zhuǎn)子發(fā)動機。
權(quán)利要求1.一種轉(zhuǎn)子發(fā)動機，由氣缸環(huán)(2)、缸襯(14)、缸蓋(5)、轉(zhuǎn)子(11)、轉(zhuǎn)軸(12)、葉片活塞(9)以及密封裝置構(gòu)成，氣缸環(huán)壁上開有燃氣進氣口(6)、排氣口(10)，還裝有火花塞(3)，缸蓋(5)安裝在氣缸環(huán)(2)的兩側(cè)，其間墊有缸襯(14)，構(gòu)成密封腔體，轉(zhuǎn)子(11)裝在腔體內(nèi)，用花鍵軸作為轉(zhuǎn)子(11)的轉(zhuǎn)軸(12)，同氣缸環(huán)(2)兩側(cè)的缸蓋(5)轉(zhuǎn)動連接；轉(zhuǎn)子(11)上開有活塞槽(4)，葉片活塞(9)裝入活塞槽(4)內(nèi)；其特征在于氣缸環(huán)(2)的內(nèi)壁由作為壓縮區(qū)及排氣區(qū)的一對對稱的圓柱面(8)和作為進氣區(qū)及燃燒區(qū)的一對對稱的正弦柱面(1)平滑地構(gòu)成一個閉合的環(huán)狀曲面；用多層矩形薄片(24)疊加成一個同活塞槽(4)形狀一致的長方體構(gòu)成葉片活塞(9)；由安裝在氣缸環(huán)(2)兩側(cè)的氣缸蓋(5)及二者間墊有的氣缸襯(14)，通過轉(zhuǎn)軸(12)與氣缸蓋(5)轉(zhuǎn)動連接的轉(zhuǎn)子(11)以及在轉(zhuǎn)軸(12)與氣缸蓋(5)接合處安裝的油封(15)構(gòu)成一個作為油缸(18)的密封連通的空腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，其特征在于葉片活塞由矩形薄片(24)和梯形薄片(23)分多層疊加構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，其特征在于葉片活塞(9)的首尾兩片為完整矩形薄片(24)，中間的每一層均由兩塊直角梯形片(23)拼接成有微小錯落的矩形，且相鄰兩層拼接縫不重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，其特征在于由圓柱面(8)和正弦柱面(1)構(gòu)成的氣缸環(huán)(2)內(nèi)壁的區(qū)域結(jié)構(gòu)是圓柱面(8)所對應的圓心角等于72度，正弦柱面(1)所對應的圓心角等于108度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，其特征在于當壓縮比為N時，壓縮區(qū)高度為a，半壓縮長度為A，則 〔3(1+N)-(n-5)π〕，轉(zhuǎn)子半徑應不小于半壓縮長度的 倍，氣缸環(huán)寬度不大于半壓縮長度的4倍，不小于半壓縮長度的2倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，其特征在于保證氣缸壓縮比為8的要求下，壓縮區(qū)高度，即轉(zhuǎn)子與氣缸圓柱面內(nèi)壁的距離為半壓縮長度的0.16倍。
專利摘要一種轉(zhuǎn)子發(fā)動機，由氣缸環(huán)、缸襯、缸蓋、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、葉片活塞以及密封裝置構(gòu)成，氣缸環(huán)的內(nèi)壁由圓柱面和正弦柱面平滑的結(jié)合而成。同中間的轉(zhuǎn)子間的間隙構(gòu)成進氣、壓縮、燃燒和排氣四個區(qū)域，葉片活塞由矩形薄片疊合構(gòu)成。運行中，葉片活塞在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的離心力作用下，緊緊貼合氣缸環(huán)內(nèi)壁運動。產(chǎn)生很好的壓縮、燃燒、進排氣作用；圍在氣缸兩側(cè)的油缸又有很好的密封效果。有效地克服了四沖程發(fā)動機熱效率低的問題。
文檔編號F02B53/00GK2243543SQ95218948
公開日1996年12月25日 申請日期1995年8月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月6日
發(fā)明者劉弘 申請人:劉弘