[发明专利]倍速传递转子付旋转内燃机

说明书

一、技术领域：

倍速传递转子付旋转内燃机是汽车理想的内燃机动力，也适用于船只及其它场合(移动式发电机、割草机等)的内燃机驱动。

二、背景技术：

在现有技术中，国内外汽车的内燃发动机驱动装置从结构分类包括往复柱塞的曲轴连杆内燃机和三角形活塞转子旋转内燃机；柱塞曲轴内燃机的结构是这样的：柱塞经连杆与曲轴联动，当曲轴连续旋转时柱塞在圆柱状缸腔内上下往复移动，当柱塞由上止点移向下止点时缸顶进气门打开、汽油机吸入可燃混合气、柴油机则吸入空气，柱塞由下止点移向上止点时进气门关、缸内气体被压缩到最小的燃烧室容积内，稍前的汽油机点火、柴油机雾化喷入柴油并被压燃、飞轮的惯性使曲轴转过上止点、燃气膨胀压力推动柱塞直线下行、通过连杆转换为曲轴转矩，旋转180°后曲轴通过连杆带动柱塞由下止点移向上止点时将缸内废气排出；柱塞又被曲轴通过连杆带动移向下止点时再次吸气，如此重复；1957年德国工程师汪克尔在NSU公司试制成第一台转子发动机，结构是这样的：三弧面交接呈三棱柱状的转子一端固定着内齿轮，转子中心内孔动配合安装在被壳体两端盖支承的曲轴偏颈上，端盖上还有呈圈状同轴线套在曲轴外的固定外齿圈与转子内齿轮保持啮合转动，齿数比2∶3，当曲轴转动、三角转子绕偏颈轴线自转，同时绕曲轴轴线公转，转子上三棱边的轨迹始终在形成的近8字形圆周弧面上，以此弧面加工成定子内腔表面，当转子上每个弧面相对内腔表面一周时，转子弧面相对内腔表面之间的容积将连续产生由最小到最大到最小的、吻合柱塞内燃机器四冲程工作时容积要求的容积变化，分别在对应变化的空间内腔上合理位置上设置进气门、火花塞、排气门、它将以吸入可燃气、压缩、燃烧推动、排烟的程序工作；燃气压力作用到一个转子表面、通过转子上内齿轮和端盖上固定外齿圈滚动啮合点为支点，以已包容在转子形体的连杆结构的有效传动长度为力臂，形成作用到曲轴偏颈上的扭矩与柱塞内燃机活塞、连杆、曲轴动力转换和传递结构实质相同，现汽车内燃机技术装置的共同缺点是：(1)动力转换过程中能量损失大：作功行程时燃气压力经活塞、连杆作用到曲轴偏颈上，把活塞的直线动力转换为曲轴转矩、数值上等于偏颈所在相角对应的燃气压力P、活塞受压面积S、该相角有效力臂sinα_CA·R的乘积(R为曲轴旋转半径)，即P·S·R·sinα_CA，同时有数值等于P·S·R·(1-sinα_CA)的燃气压能作用在偏径上、上止点时为P·S·R、即全部燃气压能，12°_CA(燃气最大压力时)为0.8P·S·R、25°_CA(产生最大扭矩时)为0.578P·S·R，这部分燃气压能不能转换成转矩，只能在偏颈与连杆传动摩擦接触面上形成很大的摩擦压力，造成严重不均匀磨损和发热，所以对内燃机效率的损失是很大的，(2)无功扩容的燃气压力损失大：现技术内燃机中、能量转换结构的活塞(包括三角转子活塞)、曲轴、连杆始终相互联动，随着曲轴的连续旋转活塞具有相对的直线运动速度U₀、作功行程活塞通过上止点后爆发燃气压力推动活塞使活塞产生加速度at，这时活塞下移扩容速度为U₀+at，活塞面积为S，t秒后活塞产生的扩容积为S·t(U₀+at)、其中U₀·S·t就是活塞的无功扩容积，活塞的初速度使压力燃气推动效率下降，无功扩容使燃气压力快速下降，使压力燃气的推动失去持续性，因为随曲轴连续转动产生的活塞初速度相对较高、特别是多缸驱动的现内燃机中、无功扩容形成的燃气压力损失较大；(3)转矩传递过程中的贴速损失大，作功行程时作用到活塞上的燃气压力通过连杆或已包容在三角转子上的连杆、转换为使曲轴旋转的转矩、以1∶1的速比传递给曲轴，随着燃气压力增大产生的转矩转速也很快达到最大值，带有飞轮的曲轴达到并保持即时的高转速，因急燃期结束和扩容使缸内燃气压力的快速下降、连杆主动转速不能继续增大、只能保持与曲轴同转速时、连杆向曲轴动能传递就结束了，当原主动的连杆转速低于曲轴转速时、曲轴反向的通过连杆带动活塞作相应高速的直线运动、这时曲轴发生动量的损失、这里叫贴速损失，贴速现象的能量损失不仅在贴速损失本身、而在于开始发生贴速现象后、对应相位的缸内次高压燃气压能已不可能继续向曲轴有效传递、因此所造成的燃气压能的损失是很大的，开始贴速现象时对应的相角因负载大小、即时转速不同等因素不尽相同，一般是燃气压力最大值发生后至最大转矩产生前的最高转速发生时对应的相位；(4)上止点前负功损失：现技术中为得到作功行程中的爆发燃气压力，必须在上止点前-26°_CA左右汽油机火花塞打火、柴油机-26°_CA左右则喷入和压燃柴油，达到上止点时缸内燃气压力甚至超过作功行程中获得最大扭矩时的相位对应的燃气压力值，曲轴必须消耗自身的动能克服这个燃气负向推动力，才能使活塞达到上止点、即上止点前消耗了燃料、产生了负向推动的能量损失，以上4点现技术动力转换和传递结构缺陷造成的燃气能量大部分被浪费、燃气压能转换为转矩效率低、热效率低、排放污染严重，另外现技术结构复杂、制造维护费用高、活塞往复运动振动大、缸内表面及曲轴连杆不均匀磨损严重，本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足之处，从根本上彻底解决现柱塞内燃机和三角转子内燃机热效率低、排放污染大及振动、磨损严重、结构复杂等问题。