[发明专利]一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法

说明书

本发明一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法属于一种内燃发动机设计领域，特别是涉及一种凸轮转子内燃发动机设计方法。设计方法利用凸轮升程和回程造成凸轮轮廓面的尺寸变化，再利用内腔回转面构件的内表面、外回转面构件的外表面以及相应的端部构件将凸轮的其它表面以接触密封的关系包容起来，进而形成非均匀的环形间隙，并使凸轮随内腔构件和外回转面构件之一相对另外一个做定轴回转，再用一组凸轮从动件安装在未与凸轮固定的内腔构件或外回转面上。设计方法实现奥托循环经典四过程是采用容积变化实现，转速高低影响小。通过控制系统配合实现多种工作模式件的柔性转换，适应性高，系统可设计性好，尤其适合配合计算机进行柔性自动控制。

技术领域

本发明属于一种内燃发动机设计领域，涉及一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法。

背景技术

活塞内燃机的特点是通过活塞在气缸内作往复直线运动，并通过曲柄滑块机构实现曲轴回转运动输出。在曲轴回转两周时活塞内完成一次奥托循环。由于活塞内燃机的奥托循环的进气、压缩、燃烧膨胀、排气四个工作过程是对应活塞的四段直线运动，因而分别称作进气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。人们通常认为，活塞式内燃机热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便等优点，甚至认为活塞内燃机的动力装置，尤其是机械结构，已经达到登峰造极的程度。然而，活塞内燃机的曲柄回转两周，才能完成一次奥托循环，输出动力的做功过程只占四分之一，因而运动波动大。其间还需要通过凸轮控制的进、排气门进行配合，传动环节多。目前活塞式内燃机仍有许多不尽如人意之处，特别是其热效率只有40％左右。受曲柄滑块机构特性限制，做功冲程产生的化学能很难有效利用。如燃料爆发力最强大的时段，恰恰对应曲柄处于死点附近，爆发力变成内力主要作用于轴承上内耗掉了，最大力臂长度和活塞行程取决于曲柄长度，对应最大力臂处，燃料的爆发力以下降很多。这也是活塞内燃机效率难以提高的一个根本原因。

三角转子内燃机，又称三角活塞旋转式发动机、米勒循环发动机，它是目前唯一一个成功商业化的转子内燃机。这种内燃机由德国人菲加士·汪克尔发明，所以也叫汪克尔发动机。三角转子内燃机利用一个或多个具有等径特性的曲边三角形转子，在类似椭圆形的特定内腔廓型转子仓内作强迫行星运动，代替活塞的作用，将压力转化为旋转运动。完全不同于活塞内燃机的往复直线运动，转子在一个方向上连续旋转，而不是象活塞发动机中的活塞那样剧烈地改变方向。转子有三个面与缸壁正好可以形成三个燃烧室三角转子把汽缸分成三个独立空间。由于转子本身旋转时，即可有规律地露出进排气孔，所以不须象活塞内燃机一样配备专门的气门，三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气，三角转子自转一周，发动机点火做功三次。三角转子内燃机精简结构，体积小，质量轻，运行安静,噪声小，具有均匀的扭矩特性。

三角转子发动机虽然较好地解决了端面密封和径向密封问题，并具有动力强劲等很多突出的优点，但仍存在核心件加工要求过高，对磨损过于敏感、压缩比调整困难、热效率低等关键问题，燃烧效率仍难提高。同时，类似于活塞内燃机，三角转子内燃机结构的可拓展性也是有限的。另外燃料产生的膨胀力在转化为输出轴的动力时，力的传递存在天然缺陷。膨胀力虽然能推动转子转动，但其作用合力对转子轴的力矩却很难提高，同样内耗比例过高。

发明内容

本发明为克服现有技术的缺陷，受凸轮机构在泵和马达结构中应用的启发，再针对内燃机奥托循环特殊要求进行改造，在突破的四个过程有序转换的关键技术以后，发明一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法。凸轮转子内燃机直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩，转子内燃机有多种结构方案，原理差异也较大，但都是利用旋转的方式来改变工作腔容积，进而实现燃料气的热力循环。燃烧产生的动力直接作用于定轴回转的输出转子上，无需任何运动变换过程，从而运动传递环节短，有利于提高传动效率。系统可做到无任何偏心回转，系统平衡容易实现，因此运动平稳。加上无往复运动件，动力损耗小，系统震动小，可实现低噪音运行。可在统一结构中通过控制系统配合实现多种工作模式件的柔性转换，适应性极高，尤其适合配合计算机进行柔性自动控制。