[发明专利]一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法

权利要求书

1.一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法，其特征是，设计方法涉及动力系统中的内腔构件，外回转面构件、凸轮、端部构件、凸轮从动件、气门和气门控制装置；内腔构件的内表面有回转面；使凸轮随内腔构件和外回转面构件之一可相对另外一个做定轴回转；通过内腔构件的内表面、外回转面构件的外表面以及相应的端部构件将凸轮包容起来，除凸轮轮廓面以外的其它表面均构成接触密封关系，这样借助凸轮升程和回程造成凸轮轮廓的尺寸变化，形成非均匀变化的环形间隙；在此基础上用一组凸轮从动件均布地、以一致的方式安装在未与凸轮固定的内腔构件或外回转面上，利用凸轮从动件与光顺凸轮轮廓面间的高副连接可构成接触密封的特性，将前述环形间隙沿周向分隔成多个密封工作腔室，工作腔室的数量与凸轮从动件数相同，工作腔室的容积会随凸轮和从动件的相对运动而增大和减小交替变化；

用气门控制装置柔性地控制气门，连通各工作腔室的进排气口，有序地控制其中气体的流向；控制气门开关的时序，即可顺序完成包含奥托循环的进气、进后休止、压缩、做功、功后休止、排气6个过程；膨胀做功过程将燃料燃烧产生的化学能以高压的形式作用在凸轮轮廓和凸轮从动件之间，从而使分别与它们固连的内腔构件和外回转面构件以相对回转运动形式输出机械能；

动力系统设计方法包括如下步骤：

a.凸轮结构类型的选择

凸轮的形状有盘形凸轮和端面凸轮；

所谓盘形凸轮，是指构成凸轮机构的工作轮廓设置在回转体的回转面上，从而驱动其从动件在垂直于凸轮回转轴的平面内运动的凸轮；所述回转体表面是平面曲线段作母线并以同一平面内的一条直线作回转轴旋转形成的轨迹；

所谓端面凸轮，是指构成凸轮机构的工作轮廓设置在回转体端面上，从而驱动其从动件在平行于凸轮回转轴的平面内运动的凸轮；

不同的凸轮结构类型可适应不同的工作需求，也需要解决不同的密封、安装问题，因此应首先选定；

b.凸轮从动件的类型的选择

凸轮从动件的运动形式为直动形式、摆动形式或平面运动形式中的一种；运动形式不同安装方式差异较大，制造难易程度和结构强度也不同；

凸轮从动件与凸轮接触的工作端形式为尖顶形状、圆顶形状、磙子形状、平顶形状；凸轮从动件采用单体结构，或多片或多段的组合结构，或带小幅摆动头的组合结构，从动件工作端与凸轮轮廓宽度方向的接触也应处处满足密封要求；

c.凸轮从动件的数量选择及运动封闭形式的选择

凸轮从动件的数量将决定所设计的动力系统的密封工作腔室的数量，最少为两个；从动件运动封闭形式采用力封闭形式，所述力封闭的封闭力采用弹簧力、液压力、电磁力、运转过程中产生的离心力或气压力；

d.凸轮从动件的运动规律选择及凸轮机构运动参数设计

包括凸轮突峰的数量选择，为控制凸轮从动件运动对凸轮升程和回程轮廓曲线变化规律的选择，升程和回程所对应的运动角的选择，升程的大小的选择；升程和回程变化规律的设计原则应使从动件在运动时不产生刚性冲击，即无速度突变，有利于接触密封和提高寿命；升程的选择以及环形间隙结构参数的选择会影响进气量、压缩比，动力性能；

还包括远、近休止角的有无及其数量，在凸轮轮廓曲线中设置使凸轮从动件高副连接端有保持静止的远休止段或近休止段，实现凸轮从动件相对简单的运动规律，减小磨损；有确定休止区段的向心角的步骤；休止区的设置既有利于减少从动件的运动，有利于减轻接触部位的磨损，延长使用寿命，也可满足从动件控制转换时的需要；

e.设计动力输出的转动件

与凸轮固定相连的构件、与凸轮从动件相连的构件均可作为动力输出的转动件；端部构件在与两者均保持端部密封和使两者间相对定轴转动的前提下，端部构件与两者之一固定为一体，或端部构件相对两者独立；

f.密封结构设计

对需要密封处进行结构设计，满足使用中的密封要求并有足够的使用寿命；

g.气门控制装置结构及功能设计

气门控制装置选择电磁控制、液压控制或机械传动控制实现对气门的控制；设计气门控制方案及相应的实现措施，所述气门的柔性控制方案包括以下步骤：在某一个工作腔室容积减小阶段，将该腔在压缩过程和排气过程间进行一次柔性切换；在随后的工作腔室容积增大阶段，在进气过程和做功过程间也进行一次柔性切换。