[发明专利]活塞式转子发动机

说明书

本发明属于一种转子发动机，特别涉及一种活塞式转子发动机。

现有活塞式发动机通过曲轴连杆机构将活塞的往复运动变为动力轴的旋转运动。该结构形式及其运动要求决定了有如下的几何尺寸关系：活塞行程(冲程)等于两倍曲轴半径R和曲轴半径大约等于气缸半径。并有气体膨胀对活塞作用力P产生的旋转力矩M_i=PRsin(α_i+β_i)/cosβ_i(参见图1)。其中β_i角最大不可能大于arctg0.5约等于25°，通常取值小于20°。在其工作循环的膨胀过程中(α_i+β_i)则在0°～180°范围内变化，当(α_i+β_i)等于0°、180°时，转矩M为0值，当(α_i+β_i)靠近0°、180°附近区域时，转矩M值很小，因此，膨胀气体压力产生的作用力并没有被高效利用转变为有效转矩。此外，特别对于大功率的多缸活塞式发动机，其结构更显庞大复杂。

本发明的任务是提出一种无曲轴连杆机构的新型活塞式转子发动机。

本发明的技术方案是：活塞式转子发动机含有定子壳体1和转子2两部分。定子壳体将转子封闭包围其中，其特征是活塞3、气缸4轴线偏离转子旋转中心，缸头向外地定置在转子2上，定壳上有进、排气孔道，被控制适时与缸头接通；活塞销5穿过活塞上的销孔和气缸壁上沿气缸轴线方向的直线槽道6，两端伸入设置在定壳两端内表面上的封闭环形轨道7，该轨道由活塞销中心的运动轨迹确定，应能适应活塞跟随转子旋转一周时，又在气缸中往复一次的运动要求，它可以是相对旋转中心偏心的园环形或接近园环形轨道；推杆8一端与活塞销5铰联接，另一端为自由端，设有轴销9，轴销9支靠在转子取定区域上一段与活塞行程各点一一对应，而始点、终点分别对应活塞处于上、下死点位置的规定曲线槽道10中，当推杆一端跟随活塞销运动，另一自由端上轴销9则沿转子上的规定曲线槽道10运动。即工作中推杆自身作适应性摆动，保证每时每刻有效地将活塞作用力传递到转子上，并类似有转矩M=PR_i sin(α_i+β_i)/cosβ_i(参见图2)。推杆8可以安装在气缸内的活塞销中部，也可以安装在气缸外活塞销两端部。

本发明的活塞式转子发动机，同样可按转子旋转一周或两周完成吸气、压缩、膨胀一作功、排气工作循环过程，设计成二冲程或四冲程活塞式转子发动机。

活塞式转子发动机宜设计成气缸数n≥2的均布于转子上的多缸发动机，并可以将这样的n缸发动机叠合串装成功率更强大的活塞式转子发动机机组。

本发明有以下积极效果：由于活塞、气缸偏离旋转中心设置，以推杆替代曲轴连杆机构，因而冲程、旋转力臂(原为曲轴半径)缸径之间的严格限制被打破，使得气缸容积要求与活塞行程的设计调整变得方便自如，可以通过缸径和气缸在转子上安装的偏心距(或上死点处气缸安装角θ)的调整实现，且在工作循环的膨胀过程中，推杆作用力的力臂R_i可大于相应的曲轴机的曲轴半径R，同时推杆与活塞轴线的最大夹角β不存在不能大于25°的限制，能在更大的范围内选取，但β角增大会引起侧压力相应增大，从而使活塞与气缸间摩擦阻力增大，因此β角不宜选取过大。即使β角仍保持在不大于20°的范围内，而(α_i+β_i)角很易在整过工作循环中控制在50°～60°以上的范围内变化，即整个膨胀一作功过程中sin(α_i+β_i)不存在0值点，可保持高达0.8以上值。从而使气体膨胀力更高效地转变为有效转矩。同时，作用力臂加大转矩相应加大，对于减速使用的发动机，减速器的损耗减小，设计简化。此外，对于多缸发动机，各缸可共用一套进、排气系统及点火系统，从而使整个发动机的结构更为简化。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为现有活塞式发动机原理结构示意图。图2为本发明的活塞式转子发动机横剖切面展示的原理结构简图。图3为图2中A-A剖视图，图4为活塞式转子发动机一实施例结构简图，图5、图6为偏心特种轴承结构图，图7、图8分别为取去端盖右部和配气箱壳后的右视图。

图4所示实施例为一台双缸四冲程活塞式转子发动机，在定壳内端面上偏心安装着一种特制的滚动轴承11，该滚动轴承外环排数与气缸数n对应，图示实例为双缸，故有两排外环，外环上带有耳座，耳座上孔与对应气缸的活塞销5的端头联结。特种滚动轴承结构见图5、图6。外壳上有进、排气孔道12、13，进、排气门14、15及火花塞16，滑油箱17，右侧定子壳端盖18，并联结有配气箱19，配气箱内有配气传动齿轮系20及进、排气凸轮21、22等。四冲程发动机在转子转两周720°范围内完成四个工作过程，可大致安排如下：在过上死点150°范围内为吸气区段，压缩区段为200°，膨胀一作功区段为210°，余下区段为排气行程。同时，主轴通过配气箱内传动齿轮系20传动进、排气凸轮21、22，控制进、排气门按照工作循环的要求适时开与闭。