[发明专利]一种环形串联气缸活塞式发动机

说明书

技术领域

本发明主要涉及发动机领域，特指一种环形串联气缸活塞式发动机。

背景技术

容积式机器包含活塞发动机、压缩机、泵等机械设备，本发明具体涉及发动机功率传输部件的改进，所涉及的方法与结构稍作修改也适合气动机、压缩机、泵等设备的改进。

活塞式发动机主要有往复活塞式发动机和旋转活塞式发动机两类。大多数往复活塞式发动机上都利用曲柄连杆机构进行功率传输。100多年来科研人员围绕曲柄连杆机构展开了广泛的研究，同时致力于通过添置一些辅助机构来减小惯性负荷和侧压力、克服运动死点、提高发动机传动效率。这些研究虽然在一定程度上使得往复活塞式发动机的动力性能得到改善，但由于功率传输部件的固有缺陷，未能从根本上改变发动机功率密度低的现状。旋转活塞式发动机研制并应用成功的是1957年由德国人Wankel发明的三角转子旋转活塞发动机，此发动机功率密度相对较大，应用前景可观，但由于转子形状复杂导致制造成本高昂，并且存在密封困难、低速时动力性能差、燃油经济性差等难以解决的问题，使得旋转活塞式发动机理论上的优越性到目前为止未能得到充分发挥。

较低的功率密度不仅制约着活塞式发动机性能的进一步提高，而且限制了活塞式发动机在许多场合的应用。上述两类活塞式发动机受功率传输部件固有缺陷的限制，功率密度很难达到1（Kw/Kg）。动力源功率密度低已经成为一些装备技术发展的瓶颈。

为了改善传统活塞式发动机的特性，人们提出了多种解决方案，其中双转子活塞发动机是有效实现发动机高功率密度的一个非常热门的研究方向。多年来，国内外进行了大量的研究，这些研究都力图在双转子活塞发动机上取得突破，但现有的双转子活塞发动机研究存在着两个问题没有得到解决。

首先，工作腔很难得到有效密封。一方面，双转子活塞发动机虽然相对于Wankel 发动机而言，叶片的径向密封难度有所降低，但转子之间的密封却很难解决。另一方面，往复活塞式发动机有着极其成熟的密封技术，但现有技术里的双转子活塞发动机却没有有效采用。

其次，约束转子运动的差速驱动机构较复杂。在已查到的文献里，一部分人利用椭圆齿轮、变速齿轮、非圆齿轮、卵圆齿轮等难加工零部件实现差速驱动转子，这些方案不仅成本高，而且可靠性较差，尤其是为了实现发动机的高功率密度而要求动力轴每转作功次数较多时，这些特型部件的形状会变得十分复杂，加工难度太大；另一部分人采用单向器、棘轮、弹簧等非常规部件实现差速驱动转子，众所周知，这些部件作发动机功率传输用的部件时不具备实用价值，在转子作非匀速转动时会有很大冲击，而且运行噪声很大；也有一部分人采用的是齿轮、连杆等常规部件实现差速驱动转子，但机构方案要么过于复杂、难以实施，要么零部件数目较多，结构不对称，整机难以平衡。另外，发明者也提出了一些较实用的差速驱动机构，因此，在差速驱动机构上，本发明是之前提出结构的进一步改进和创新。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的技术问题，提供一种密封性好、易于实施、功率密度及升功率大、运行平稳可靠的环形串联气缸活塞式发动机。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种环形串联气缸活塞式发动机，包括动力轴、能量转换机构以及与所述能量转换机构相连的差速驱动机构，所述能量转换机构包括第一转子组件、第二转子组件以及缸体组件，所述第一转子组件和第二转子组件同轴且呈交错状安装于缸体组件内并绕动力轴转动，各转子组件均包括转子基体，所述两转子基体之间设有两组以上用来驱动两转子组件转动的往复式活塞组件，所述两组以上往复式活塞组件沿两转子基体的周向均匀间隔布置。

作为本发明的进一步改进：

所述转子基体上设有沿周向均匀间隔分布的两个以上叶片，两转子组件上的叶片数量相同且交错安装，所述每个叶片上设有活塞、气缸腔以及用于封闭所述气缸腔一端的腔盖，活塞通过一连杆与所述腔盖铰接，同一转子基体上的气缸腔开口沿转动方向朝向叶片的同一侧，所述两转子组件中同一转子组件的活塞一一对应滑设于另一转子组件的气缸腔中，所述往复式活塞组件包括相互配合的活塞、连杆、气缸腔和腔盖。

所述气缸腔的中心轴线为圆周曲线，所述圆周曲线的曲率中心与相应转子基体转动中心重合。

所述气缸腔的中心轴线为直线。

所述转子基体上还设有用于气缸腔进气的进气环和用于气缸腔排气的排气环。

所述转子基体上设有四个叶片，所述进气环上设有四个进气孔，所述排气环上设有四个排气孔。