雙轉子旋轉發動機的製作方法

2023-08-10 18:56:36 3

專利名稱：雙轉子旋轉發動機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種燃料直接在發動機氣缸內燃燒而產生動力的熱力發動機——雙轉子旋轉發動機。
在發動機領域中，往復式發動機已是當今世界上應用最廣泛的發動機，但由於其獨特的結構形式，從它一問世起，它的一些難以解決的問題也隨之存在於世，如另件的往復慣性、進氣充量、廢氣排放等成了人們長期攻關的課題。1960年，由汪克爾發明納蘇(NSU)公司發展的新型三角轉子發動機首次公布於世，該機用三角型轉子代替了往復式發動機的圓柱形活塞，以旋轉運動取代了往復式發動機的往復運動，從而從結構上解決了往復機工作中產生的活塞和另件的往復慣性力，該機另件少、重量輕、體積小、升功率高，但它的不足之處在於該機轉子與氣缸缸徑採用刮片密封，因而磨損量大，可靠性和耐久性存在問題，另外其燃料消耗率高於往復式發動機，其部分未燃的可燃氣被直接排放到大氣中，既浪費了燃料，又嚴重汙染了環境，世界上雖經幾十年努力，以圖改變這一狀況，但效果不大，因此該機至今未獲推廣。
本實用新型的目的是向人們提供一種新型的雙轉子旋轉發動機，新發動機不僅能降低發動機的摩擦損失，而且能增加發動機的進氣充量，使可燃氣得到充分燃燒，提高發動機的作功效力，進一步降低廢氣的排放汙染。
為實現以上目的，本實用新型的主要機構設計為有兩個中間被一中板隔開的帶偏心輪圓柱形轉子的旋轉泵，泵的兩轉子被軸向套裝在兩泵缸徑內同一根轉軸上，轉軸上兩個轉子的中心互成一角度，其兩個分隔板在缸套滑槽中往復直線運動，其前級泵的進口為發動機進氣口，後級泵的出口為發動機的排氣口，前級泵的出口與後級泵的進口相連通，在該通道中裝一閥門，該閥門的定時開閉由裝在轉軸上的凸輪通過頂杆和搖臂控制，發動機旋轉時，轉子外徑與氣缸內徑成滾動接觸，與分隔板成滑動接觸，該機構使發動機的摩擦損失大為降低，當發動機工作時，前級泵負責進氣與壓縮，後級泵負責作功與排氣，轉軸每旋轉一周，前後泵氣缸中分別進行進氣、壓縮、作功、排氣四過程，共同完成一個工作循環。
本實用新型由於採用了偏心輪圓柱轉子旋轉泵為本發動機的主機構，它以轉子外徑與缸壁的滾動摩擦代替了三角發動機的刮片摩擦，雖然本機還有轉子外徑與分隔板的滑動摩擦，但其每轉的相對摩擦距離僅為氣缸內徑周長與轉子外徑周長之差，與三角發動機相比，本發動機摩擦損失遠小於前者，同時，本實用新型由於把發動機的四個衝程交由兩個氣缸來分別完成，因而其每一衝程的工作轉角大為增加，隨著工作轉角的增加，相應延長了每一衝程的工作時間，這對增加發動機的進氣充量，可燃氣的完全燃燒，和廢氣的徹底排放大為有利。從圖5的工作相位圖可見，本機在一個循環中的每一衝程的工作轉角都遠大於三角發動機，也大於往復式發動機。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。


圖1是本實用新型實施例結構剖視圖。
圖2是本實用新型偏心轉子(5)(9)的正視圖和側剖視圖。
圖3是本實用新型偏心盤(8)(20)的正視圖和側剖視圖。
圖4是本實用新型分隔板(25)的三視圖。
圖5是本實用新型的工作相位圖。
圖6是本實用新型的工作原理圖，在該圖中，圖示(1)為後級氣缸，圖示(14)為前級氣缸。現結合
圖1-6祥細說明如下。
由
圖1可見，本實用新型有前後兩個被一中板(4)隔開的軸向圓柱形氣缸(1)(14)，兩氣缸中各有一圓柱形偏心轉子(5)(19)固定於與兩氣缸(1)(14)中心同心的同一根轉軸(11)上，轉軸(11)固定在兩端板(2)(7)中與缸徑同心的軸承孔中，轉軸(11)兩頭伸出孔外，在轉軸上的軸向方向，兩轉子(19)(5)偏心到轉子(19)(5)中心的兩條異面直線成一夾角；在氣缸缸套(2)(7)上的軸向方向，各開有一徑向滑槽，兩滑槽的兩條異面中心線也有一夾角。在
圖1的A剖氣缸(1)中，一分隔板(25)安放滑槽中，分隔板(25)一頭緊壓在轉子(19)外徑上，另一頭通過彈簧(24)分隔板連杆(18)及連杆(18)一端的圓柱肖與偏心盤(20)凸緣中的孔套接，分隔板連杆的導向部分安放在端板(2)中與分隔板(25)移動中心線重合的滑槽中、偏心盤(20)固定在轉軸(11)上。另一氣缸(14)中分隔板(未畫出)及偏心盤(8)與轉軸(11)的連接與氣缸(1)相同。在兩缸套(3)(6)中靠近分隔板(25)兩面的部位各有一氣口，是氣缸的進口與出口，其前級缸(14)的進口為發動機的進氣口(22)，其後級缸(1)的出口為發動機的排氣口(26)，其前級缸(14)的出口與後級缸(1)的進口通過中板通氣孔(15)互相貫通，在與通氣孔(15)中心垂直方向，有一閥孔，一氣閥(17)滑配其中，氣閥(17)由轉軸(11)上的凸輪(12)頂升機構控制。氣閥(17)往復移動時，可使前後缸套(6)(3)通氣道開閉，氣閥(17)朝缸外端與搖臂(16)頂杆(13)及轉軸(11)上的凸輪(12)輪廓面相觸，一彈簧套於氣閥(17)閥杆外的中板(4)彈簧座上，其上端頂在閥杆端部觸頭下。在後級缸(1)缸套(3)的進氣道靠近分隔板(25)的部位，安裝著火花塞或噴油嘴(23)，在轉軸(11)的一端按裝著磁電機或高壓油泵(21)，另一端安裝有飛輪平衡盤(10)和齒輪(9)。
以上所說的偏心轉子(19)(5)如圖2所示，它由一個圓柱形偏心輪及套於輪外的滾套和輪與套間的一圈滾針組成，偏心輪中有偏心軸孔，滾套內徑面有安放滾針的內圓面滾道，滾套兩端面有數條環形槽，槽中有環形密封圈，密封圈下有軸向彈性圈。缸徑上徑向滑槽中的分隔板(25)如圖4所示。該板為一長方形或正方形板塊，其兩平面平整光滑，其一頭有一徑向開口的軸向圓柱孔，其開口角度小於180°，在該圓柱孔中有一可轉動圓柱體，圓柱體在孔外一部分為-R值等於轉子(19)(5)半徑的內圓弧面，分隔板(25)的另一頭有數個通向板內部的孔，板塊的兩側面有數條橫和直的槽，槽中有密封條，密封條下有彈性片。轉軸(11)上的偏心盤(20)(8)如圖3所示，它由一圓片形的偏心板和套在該板外徑上的帶凸緣滾圈組成，滾圈凸緣上有一軸向肖孔，滾圈的內徑和偏心板的外徑面上有一滾道、一圈滾珠安放滾道中，偏心板固定在轉軸(11)上時，其中心與同側轉子(19)(5)中心重合，其中心至凸緣肖孔中心距離等於轉子(5)(19)半徑。
當發動機轉動時，偏心轉子滾套始終與缸壁成滾動接觸，與分隔板成滑動接觸，該時轉軸(11)出端緊靠端板(2)(7)旁的偏心盤(20)(8)利用其滾圈凸緣中孔與分隔板連杆(18)一端的圓柱肖的配合，帶動分隔板連杆(18)在端板導向滑槽中上下移動，通過彈簧(24)把壓緊力始終均衡地壓在分隔板(25)上。保證了運動中分隔板(25)與轉子外徑的良好接觸，進而確保了缸內的有效密封。轉動中凸輪(12)按時推升頂杆(13)推動搖臂(16)使氣閥(17)按時升降，從而定時開閉前後缸氣道，同時轉軸(11)一端的高壓油泵或磁電機(21)在轉動中按時向噴油嘴或火花塞(23)提供燃油或點火電源及信號，促使缸內燃氣燃燒，進行工作。另一端的飛輪平衡盤(10)是為平衡轉子的離心力和發動機的轉動慣量而設，發動機的扭矩由齒輪(9)輸出。
本實用新型工作原理如圖6所示。現說明如下為說明方便，首先圖6把實際上軸向布置的兩氣缸畫成了平行布置，圖中的(26)為排氣口，(25)為分隔板，(23)為火花塞，(17)為氣閥，(22)為進氣口，(1)為後級氣缸，(14)為前級氣缸。由於轉子在氣缸中轉動時，其大部分時間擔負著兩個工作，對本發動機而言，其前級缸(14)擔負著進氣和壓縮兩工作，後級缸(1)擔負著燃燒作功和排氣兩工作，為便於說明，我們把轉子上擔負這兩工作的分界線稱為基線。從圖6可見，該基線是一條由氣缸中心線經過轉子中心直達轉子外徑與缸徑接觸點的直線，現在把該基線中轉子外徑與缸內徑的接觸點稱為基點，從基點朝著轉子旋轉方向至分隔板的一段轉子表面稱其為該轉子的前緣面，從基點背向轉子旋轉方向到分隔板的一段轉子外徑面稱其為轉子的後緣面。(為了說明方便，後面說明中簡稱為氣缸(1)或氣缸(14)的前緣面和後緣面)當兩缸的分隔板軸向中心線在氣缸中的同一方向的同一徑向線上時，轉軸上兩轉子基線間的夾角就是本發動機的壓縮角。壓縮角小於180°，壓縮角越小，氣缸中壓力越高。其相互位置是當以轉子旋轉方向為前，以分隔板為參照物時，前級缸(14)轉子基線滯後分隔板一個角度，後級缸(1)轉子基線超前分隔板一個角度。當兩缸缸徑，容積相同，後級缸(1)轉子基線的超前角等於前級缸(14)轉子基線的滯后角時，氣缸中的設定壓力最高，該角度等於往復式發動機的壓縮上止點，其值為二分之一壓縮角。現把雙轉子旋轉發動機在各時刻的工作情況說明如下圖6中a位置時，氣閥(17)關閉，氣缸(14)前緣面開始壓縮上一轉吸入的可燃氣，後緣面開始吸氣。氣缸(1)前緣面排除缸中廢氣，後緣面正受到缸中上一轉作功時燃氣的推動，迫使轉子(19)順時針旋轉。
b位置時，氣閥(17)仍關閉，氣缸(14)前緣面繼續壓縮缸中可燃氣，由於氣閥(17)關閉，壓縮中前緣面上氣缸容積縮小，壓力增高，溫度上升，而後緣面繼續吸氣。該時氣缸(1)前緣面排氣結束，後緣面氣缸容積達到最大，燃燒即將結束。
c位置時，氣閥口(17)開始打開，氣缸(14)前緣面繼續壓縮缸中可燃氣，其後緣面繼續吸氣；隨著氣閥(17)開啟，氣缸(14)中一定壓力和溫度的可燃氣快速流向氣缸(1)，該時，氣缸(1)前緣面與排氣口(26)接通，缸中廢氣噴向排氣口(26)，氣缸(1)排氣開始，而後緣面在缸內進氣口和分隔板間，接受氣缸(14)壓進來之可燃氣。
d位置時，氣閥(17)繼續打開，氣缸(14)前緣面繼續壓送和壓縮缸中可燃氣，其後緣面繼續吸氣。該時氣缸(1)前緣面排除缸中廢氣，後緣面繼續吸取氣缸(14)壓進來之可燃氣。該時氣缸(1)中轉子(19)基線與分隔板中心之角度等於氣缸(14)中轉子(5)基線與分隔板中心之角度，該位置相當於到了往復式發動機的壓縮上止點，此時，氣缸(1)中後緣面上和氣缸(14)前緣面上的設定壓力和溫度最高，氣缸(1)中火花塞(23)點火。
e位置時，氣閥(17)仍打開，氣缸(14)前緣面繼續壓送可燃氣至氣缸(1)後緣面上，氣缸(14)後緣面繼續吸氣。該時氣缸(1)前緣面排氣，其後緣面上可燃氣劇烈燃燒，燃燒產生的高溫高壓氣體給氣缸(1)後緣面一個壓力，由於氣閥(17)打開，兩缸相通，因此燃氣同時也給氣缸(14)前緣面一個壓力，該壓力與轉子旋轉方向相反。但由於該時氣缸(1)中轉子(19)基線至分隔板的超前角大於氣缸(14)中轉子(5)基線至分隔板的滯后角，故氣缸(1)轉子(19)上後緣面大於氣缸(14)中轉子(5)的前緣面，所以該時氣缸(1)後緣面上得到的壓力大於氣缸(14)前緣面上的壓力，再加上飛輪(10)的慣性力，故氣缸(1)後緣面上壓力克服氣缸(14)前緣面上之反壓力，推動轉子(19)朝原順時針方向旋轉。
f位置時，氣閥(17)關閉，氣缸(14)前緣面在缸內出氣口至分隔板位置，該時前緣面壓縮出口中剩餘氣體，後緣面所在氣缸容積最大，吸氣結束；氣缸(1)前緣面繼續排氣，後緣面上氣缸中可燃氣繼續燃燒。由於該時氣閥(17)已關閉，所以，氣缸(1)後緣面燃氣產生的壓力已不對氣缸(14)起作用，故該時以後氣缸(1)後緣面上燃氣產生的壓力只對轉子(19)作正功，推動轉子(19)朝順時針方向旋轉。
又到達a位置，氣閥(17)關閉，氣缸(14)前緣面開始壓縮前一轉缸中吸入之可燃氣，其後緣面又開始新一轉之吸氣。該時，氣缸(1)中前緣面排除缸中廢氣，其後緣面氣缸中可燃氣繼續燃燒，氣體膨脹，推動氣缸(1)中轉子(19)朝順時針方向旋轉。直到b位置時，氣缸(1)後緣面容積達到最大，燃燒結束，膨脹停止。
到達a位置時，轉子在氣缸中旋轉了一周，完成了一個工作循環，在該一周中，兩缸中轉子進行了吸氣、壓縮進氣、點火燃燒、排氣四個過程之工作。一周中，發動機點火作功一次，其具體工作相對位置如圖5所示。在該工作相位圖中，由裡向外有四個開口的園，園的起點為工作的始點，園的箭頭指向工作終點位置，其中W園代表進氣衝程，X園代表壓縮衝程，Y園代表燃燒作功衝程，Z園代表排氣衝程，其整個全園為轉子旋轉一周360°，園中a、b、c、d、e、f徑向線與各衝程園相交點，為工作圖6中該時刻各衝程相位。在垂直中心線上之分隔板(25)，其中心線即氣缸的垂直中心線。圖中R角為壓縮角，B為氣缸(1)轉子(19)基線的超前角，A為氣缸(14)中轉子(5)的滯后角。在原理圖6中，我們看到發動機點火時間在二分之一壓縮角上，即相位圖中F角度上，但實際上，可燃氣在氣缸中從點火到劇烈燃燒需要時間，為使有效作功時間較為合理，實際點火時間應在H角度，在F與H間的角度即為本發動機的點火提前角r。
實施例調正在圖6和說明中，為了明了工作原理，氣缸中兩塊分隔板被正中按放缸中，但在實際實施中，由於前後缸通氣道布置，中板中氣閥與控制氣閥(17)之搖臂(16)頂杆(13)等安裝需要，正中安裝分隔板將使實施造成困難。為此，本實用新型在實施中把分隔板由中心向兩側偏轉了一個角度，當順時針旋轉時，氣缸(14)分隔板由中心超前原位置一個角度，氣缸(1)分隔板由中心滯後原位置一個相同的角度，在兩角度間即產生了一條貫通兩缸的通氣道，在該氣道中即有了垂直安裝氣閥(17)的空間，如
圖1所示。
由於分隔板角度的位移，為了不改變壓縮角，應將轉軸(11)上兩轉子基線交角進行相應調正，調正後的基線夾角等於原壓縮角減去兩分隔板偏移角之和。也就是說，當兩分隔板在氣缸中互成角度時，發動機壓縮角等於轉軸(11)上兩轉子基線夾角加上兩分隔板夾角。
發動機的潤滑與冷卻，本發動機轉子內徑部分，通過由兩端板(2)(7)軸承孔內側通入進油孔壓入潤滑油流經轉子中偏心輪從中板(4)中鑽的出油孔流回油箱的方式潤滑和冷卻轉子。對缸套冷卻由於發動機前級缸擔負吸氣和壓縮，後級缸擔負燃燒和排氣，因此前缸溫度低於後缸，所以前缸可採用散熱片加風扇冷卻。後級缸採用缸套中鑄水套，以流入和流出冷卻水方式冷卻，也可以兩缸都用水套方式進行冷卻。
權利要求1.一種雙轉子旋轉發動機，該發動機有前後兩個被一中板(4)隔開的軸向圓柱形氣缸(1)(14)，缸中各有一偏心轉子(19)(5)固定於與缸徑中心同心的同一根轉軸(11)上，轉軸(11)固定在兩端板(2)(7)中與缸徑同心的兩軸承孔中，轉軸(11)兩頭伸出孔外，在氣缸缸套(3)(6)上，各開有一徑向滑槽，一分隔板安放槽中，分隔板(25)一頭緊壓在轉子(19)外徑上，另一頭通過彈簧(24)與分隔板連杆(18)及偏心盤(20)相連，偏心盤(20)固定在轉軸(11)上，其特徵在於中板(4)中有連通兩氣缸(1)(14)的通氣孔(15)，通氣孔(15)中有一與孔中心垂直的閥孔，閥孔中有一可移動氣閥(17)，在轉軸(11)上的軸向方向兩轉子(19)(5)偏心到轉子中心的兩條異面直線成一夾角，在氣缸缸套(2)(7)上的軸向方向，兩徑向滑槽的兩條異面中心線有一夾角。
2.根據權利要求(1)所述的雙轉子旋轉發動機，其特徵在於氣缸(1)(14)為一種圓柱形容腔氣缸，在缸套(3)(6)中靠近分隔板(25)兩面的部位有一進口和出口，其前級缸(14)的進口為發動機的進氣口(22)，後級缸(1)的出口為發動機的排氣口(26)，前級缸(14)的出口與後級缸(1)的進口通過中板通氣孔(15)互相貫通，在通氣孔(15)中心與孔垂直方向的部位有一閥孔，一氣閥(17)滑配其中，該氣閥(17)由轉軸(11)上的凸輪(12)頂升機構控制。
3.根據權利要求(1)所述的雙轉子旋轉發動機，其特徵在於偏心轉子(19)(5)為一圓柱形偏心輪及輪外的滾套和輪與套間的一圈滾針組成，偏心輪中有偏心軸孔，滾套中有安放滾針的內園面滾道，滾套兩端面有數條環形槽，槽中有環形密封條，密封條下有軸向彈性圈，轉子(19)(5)外徑與氣缸(1)(14)內徑成滾動接觸。
4.根據權利要求(1)所述的雙轉子旋轉發動機，其特徵在於分隔板(25)為一長方形或正方形板塊，其兩平面平整光滑，其一頭有徑向開口的軸向圓柱孔，該開口角度小於180°，圓柱孔中有一在孔中可轉動圓柱體，圓柱體在孔外一部分為-R值等於轉子(19)(5)半徑的內圓弧面，其另一頭有數個通向板內部的孔，板塊的兩側面上有數條橫和直的槽，槽中有密封條，密封條下有彈性片。
5.根據權利要求(1)所述的雙轉子旋轉發動機，其特徵在於偏心盤(20)(8)由一園片狀偏心板和帶凸緣的滾圈組成，滾圈凸緣上有一軸向肖孔，滾圈的內徑面和偏心板的外徑面上有滾道，滾道中有一圈滾珠安放其中，當偏心盤(20)(8)固定在轉軸(11)上時，其中心與同側轉子(19)(5)中心重合。
專利摘要一種燃料直接在氣缸內燃燒而產生動力的雙轉子旋轉發動機,它主要由兩個相連在一起的軸向圓柱形氣缸,氣缸中同軸安裝的兩個偏心角互成角度的偏心轉子及氣缸套滑槽內的分隔板和兩氣缸間可開閉的氣閥組成。當發動機轉動一周時,兩轉子在氣缸中分別進行進氣、壓縮、作功、排氣四個過程,共同完成一個工作循環,新發動機基本解決了當今發動機進氣充量不足,作功率低,燃燒不充分,排氣汙染等問題,故其在各種動力裝置中用途廣泛。
文檔編號F01C1/356GK2443150SQ0024226
公開日2001年8月15日 申請日期2000年7月11日 優先權日2000年7月11日
發明者錢勇勝 申請人:錢勇勝