衝擊式發動機的製作方法
2023-04-28 23:05:51
專利名稱：衝擊式發動機的製作方法
技術領域：
本發明屬於發動機領域，尤其涉及一種衝擊式發動機。
背景技術：
一般的驅動用發動機是活塞往復運動式發動機，其基本結構是在氣缸中設置一活塞，通過進、排氣閥和供油、點火系統的聯合動作和配合，使得發動機工作時活塞在氣缸裡做往復直線運動。為了把活塞的直線運動轉化為動力輸出軸的旋轉運動，必須使用曲柄/連杆機構。
採用上述結構的發動機，由於需將活塞的往復直線運動通過曲柄/連杆機構轉換為動力輸出軸的旋轉運動，所以轉換過程中存在機械能的損耗和能源的浪費，故其機械效率較低(與其所消耗燃料源的能量值相比較，通常往復運動式發動機的淨功率值僅能達到25～40％左右)，體積大，工作時震動大，備件的品種、規格多，維修工作量大，機械故障多，良性運行時間少，使用年限短；同時，處於活塞和氣缸之間的活塞環存在磨損問題，一旦磨損超標，會嚴重影響活塞的正常工作和發動機的工作效率，亦產生嚴重的環境汙染。
德國工程師汪克爾在1961年發明了第一臺轉子發動機(又稱三角活塞式發動機)，它的活塞是個偏心的轉子，在棗核形狀的缸體裡旋轉。轉子呈三角形，3個尖點處的活塞環始終與缸壁接觸，轉子的3個面與對應的型腔內壁形成3個燃燒室，轉子旋轉一周的過程中，它們的容積始終在變化。
上述結構不再需要曲軸和氣門結構，唯一的運動部件就是轉子活塞。很顯然，它比傳統發動機簡單，也緊湊得多。
此後不久，馬自達公司購買了汪克爾的專利，歷經三十餘年的完善過程，至今已有可工業化大規模生產的定型轉子發動機生產出來，主要裝用於馬自達的RX-7型跑車上。
但是上述轉子發動機仍然存在活塞環結構，亦同樣無法避免其磨損後間隙增大，影響活塞的正常工作和發動機工作效率降低的問題，且其棗核形狀缸體的加工精度要求較高，給其加工製造、維修、推廣和應用帶來了一定的限制。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種無曲柄/連杆機構，亦無活塞和活塞環結構，其轉子、定子之間間隙調整便捷，加工製造簡單，維護維修方便，可保證發動機長期處於最佳工作狀態的衝擊式發動機。
本發明的技術方案是提供一種衝擊式發動機，包括機架、燃料供給系統、點火系統和動力輸出軸，其特徵是在機架上設置定子，在動力輸出軸上對應設置轉子，定子和轉子兩者同軸心對應設置，定子的一個側表面與轉子的一個側表面經設置在動力輸出軸上的彈力調節組件壓緊或拉緊，形成一個滑動運動副；在定子和轉子的相對面對應設置至少兩組傾斜式衝擊波推力缸，所述推力缸的缸體腔一部分位於定子上，其另一部分位於轉子上，缸體腔的軸線與定子和/或轉子表面之間的夾角小於90°；在定子之推力缸缸體腔的一端設置燃料供給系統和點火系統；在定子的每個兩推力缸之間同圓周設置進/排氣門。
其中，所述的彈力調節組件包括設置在動力輸出軸上的鎖緊螺母、位於鎖緊螺母和定子或轉子之間的平面軸承和多開口彈力墊，鎖緊螺母經過平面軸承和多開口彈力墊，將轉子和定子的對應側面壓緊或拉緊，形成一個滑動運動副。
其所述的多開口彈力墊，包括開有中間孔的剛性墊體和在剛性墊體上設置的凸起式彈性片；所述凸起式彈性片橫截面的中間部位為與墊體接觸的平面固定部分，其兩側凸起形成彈性部分；在彈性部分的外緣，延伸設置與平面固定部分並行但不重合的支撐部分；在彈性片的平面固定部分設置緊固件將彈性片和剛性墊體聯接為一體。
所述的凸起式彈性片呈環形、矩形、多邊形或不規則形狀均布在剛性墊體的表面；其所述凸起式彈性片凸起彈性部分的橫截面為多邊形、圓弧形或拱形；在所述凸起式彈性片凸起彈性部分與剛性墊體之間可以設置有彈簧。
本發明提供的一種具體技術方案是，上述的定子和轉子為圓盤式結構；定子和轉子的對應側面之邊緣對應設置相互匹配的凹凸式密封環結構。
其所述的推力缸和進/排氣門均布在定子的與轉子對應之側面；所述的推力缸均布在轉子的與定子對應之側面。
本發明提供的另一種具體技術方案是，上述的定子和轉子為圓截錐套/圓截錐式結構；定子可以位於轉子外側或內側。
其所述的衝擊波推力缸和進/排氣門均布在定子的與轉子對應側面之圓周或半圓周上；所述的衝擊波推力缸均布在轉子的與定子對應之側面上。
在所述定子的與轉子對應之側面上可設置多道環狀排列的衝擊波推力缸和進/排氣門，在所述轉子的與定子對應之側面上同樣對應設置多道環狀排列的衝擊波推力缸。
與現有技術比較，本發明的優點是1.直接將燃料燃燒膨脹的衝擊力轉化為驅動扭矩；與往復式活塞發動機相比，同樣功率的發動機尺寸變小，重量減輕，而且振動和噪聲降低，具有很大優勢；2.克服了曲柄/連杆機構、活塞和活塞環結構存在的諸多缺陷，使發動機的力/體比、效/重比、推/重比得以提高，使生產製造成本和用戶的運行成本大大降低；3.整機結構簡潔，活動零部件少，定子和轉子之間的間隙調整簡便、可靠，維護、維修工作量大大減少，同時可有效延長其良性使用年限，有利於減少用戶的維護工作量和維修費用。
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步闡述。
圖1是本發明的結構示意圖；圖2是多開口彈力墊的結構示意圖；圖3是多開口彈力墊實施例的結構示意圖；圖4是多開口彈力墊另一實施例的結構示意圖；圖5是本發明一實施例的結構示意圖；圖6是本發明另一實施例的結構示意圖；
圖7是圓盤式定子工作端面的結構示意圖；圖8是圓盤式轉子工作端面的結構示意圖；圖9是本發明第三實施例的結構示意圖；圖10是圖9的A-A′剖面結構示意圖；圖11是本發明第四實施例的結構示意圖；圖12是圖11的B-B′剖面結構示意圖；圖13是本發明第五實施例的結構示意圖；圖14是本發明第六實施例的結構示意圖；圖15是本發明第七實施例的結構示意圖；圖16是本發明第八實施例的結構示意圖。
具體實施例方式
圖1中，在機架上設置定子1，在動力輸出軸2上對應設置轉子3，定子和轉子兩者同軸心對應設置，定子的一個側表面與轉子的一個側表面經設置在動力輸出軸上的彈力調節組件壓緊或拉緊，形成一個滑動運動副；在定子和轉子的相對面對應設置至少兩組傾斜式衝擊波推力缸4，所述推力缸的缸體腔一部分位於定子上，其另一部分位於轉子上，缸體腔的軸線與定子和/或轉子表面之間的夾角小於90°；在定子之推力缸缸體腔的一端設置燃料供給系統5和點火系統6；在定子的每個兩推力缸之間同圓周設置進/排氣門10。
當燃料供給系統和點火系統在控制系統的控制下配合工作時，進入衝擊波推力缸的燃料燃燒，產生膨脹衝擊力，推動轉子驅動動力輸出軸轉動，直接輸出功率和轉矩；當位於轉子上的衝擊波推力缸旋轉至位於定子上的進/排氣門部位時，進行廢氣排放和新鮮空氣的補充，依次再進入下一燃燒環節，如此依次循環，不斷產生和輸出功率和轉矩。
在控制系統的控制下，可以選擇使全部或部分燃料供給系統和點火系統以及推力缸工作，便於及時調整發動機的輸出功率，大大提高燃料的淨功率值，減少環境汙染。
推力缸缸體腔的橫截面可以為圓形、橢圓形、多邊形或其他規則或不規則的形狀，主要考慮便於機械加工切削和金屬表面處理的方便以及機械構件強度等方面的需要。
其彈力調節組件包括設置在動力輸出軸上的鎖緊螺母7、位於鎖緊螺母和定子或轉子之間的平面軸承8和多開口彈力墊9，鎖緊螺母經過平面軸承和多開口彈力墊，將轉子和定子的對應側面壓緊或拉緊，形成一個滑動運動副。
通過調節鎖緊螺母，可以改變多開口彈力墊對轉子和定子的壓力，從而達到調節轉子和定子之間間隙的目的。
本發明的裝置經過長時間工作後，轉子和定子之間的間隙會增大，當其間隙值大於設計要求後，只需調節鎖緊螺母，即可使間隙值恢復到設計要求值，調整工作極其簡單、方便。
設置在動力輸出軸上的彈力調節組件可以設置在轉子一側(如本圖所示)，亦可設置在定子一側。
圖2中，開口彈力墊包括開有中間孔9-4的剛性墊體9-1和在剛性墊體上設置的凸起式彈性片9-2，其所述凸起式彈性片橫截面的中間部位為與墊體接觸的平面固定部分，其兩側凸起形成彈性部分，在彈性部分的外緣，延伸設置與平面固定部分並行但不重合的支撐部分，在彈性片的平面固定部分設置緊固件9-3將彈性片和剛性墊體聯接為一體。
剛性墊體上對稱或均布設置至少兩個凸起式彈性片，剛性墊體的至少一側設置有凸起式彈性片。
由於剛性墊體上設置有中間孔9-4，使得整個彈力墊便於定位或套裝，為設備部件的安裝、維修帶來便利。
其中，彈性片凸起彈性部分的橫截面可以為多邊形、圓弧形或拱形；或者說，彈性片凸起彈性部分的橫截面為圓弧形、拱形、三角形、四邊形、六邊形或八邊形與並行但不重合的平面固定部分和支撐部分相交的所切部分。
利用凸起式彈性片結構可以使集中載荷變為分散載荷，並增大構件的受力面積；剛性墊體的側表面可均布設置凸起式彈性片，使其推/壓力均勻、彈力面積大。
同時，本彈力墊的結構簡單，製造和拆裝方便，便於機械構件之間的壓力或推力的調節。
在剛性墊體9-1上可以設置兩圈(或多圈)凸起式彈性片9-2，各彈性片呈放射狀環形均布在剛性墊體的表面，可以進一步增大構件的受力面積，使載荷受力分布更為均勻。
根據需要，在墊體上也可以設置多圈(或稱為多層)呈放射狀環形均布的凸起式彈性片，凸起式彈性片還可以呈矩形、多邊形或不規則形狀分布在墊體表面。
圖3中，多開口彈力墊的凸起式彈性片橫截面的中間部位為與墊體接觸的平面固定部分9-21，其兩側凸起形成彈性部分9-22；在彈性部分的外緣，延伸設置與平面固定部分並行但不重合的支撐部分9-23，其餘同圖2。
本圖中，彈性片凸起彈性部分9-22的橫截面為圓弧形或拱形；或者說，彈性片凸起彈性部分9-22的橫截面為圓弧形或拱形與並行但不重合的平面固定部分9-21和支撐部分9-23相交的所切部分。
根據製造工藝的需要，圖中的凸起式彈性片可以為一次性衝壓成型的雙凸起式彈性片，亦可由兩片單凸起式彈性片經緊固件合成為一組雙凸起式彈性片。
圖4中，彈性片凸起彈性部分9-22的橫截面為六邊形的一半，彈性片凸起彈性部分9-22與剛性墊體9-1之間設置有彈簧9-5，以增加其彈力，其餘同圖3。
圖5中，定子1和轉子3為圓盤式結構；定子和轉子的對應側面之邊緣對應設置相互匹配的凹凸式密封環結構。
彈力調節組件位於轉子圓盤一側，採用此種結構的目的是便於定子圓盤採用風冷式冷卻散熱系統。
其餘部分同圖1。
圖6中，定子1和轉子3為圓盤式結構；彈力調節組件位於定子圓盤一側，採用此種結構，定子圓盤可以採用水(或油)冷式冷卻散熱系統，同時，便於對轉子圓盤部分採用風冷式冷卻散熱系統。
圖7中，在定子圓盤一側每兩個推力缸4之間同圓周設置進/排氣門10，推力缸4和進/排氣門10間隔均布在定子1的與轉子對應之側面，定子圓盤的邊緣對應設置凹凸式密封環結構11。
圖8中，衝擊波推力缸4均布在轉子3的與定子對應之側面，轉子圓盤的邊緣對應設置與子定轉盤邊緣的凹凸式密封環相匹配的凹凸式密封環結構12。
圖9中，定子1和轉子3為圓截錐套式結構，定截錐套位於轉截錐套的外側，彈力調節組件位於定子圓盤一側，其餘部分同圖1。
如本圖所示，在定截錐套的與轉截錐套對應之側面上可設置多道環狀排列的衝擊波推力缸和進/排氣門，在所述轉子的與定子對應之側面上同樣對應設置多道環狀排列的衝擊波推力缸。
置多道環狀排列的衝擊波推力缸和進/排氣門的目的是提高發動機的輸出功率，同時，通過控制不同的衝擊波推力缸和進/排氣門是否工作，可以方便地調節和控制發動機的輸出功率。
本圖中，彈力調節組件位於定截錐套一側，採用此種結構的目的是便於定截錐套採用風冷式冷卻散熱系統。
圖10中，衝擊波推力缸4和進/排氣門10均布在定截錐套1的與轉截錐套對應側面之上半圓周上；同時，衝擊波推力缸均布在轉截錐套3的與定截錐套對應之側面上。
圖11中，彈力調節組件位於轉截錐套3一側，定截錐套1經過連接固定件12與機架11聯接，其餘同圖9。
採用此種結構，定截錐套可以採用水(或油)冷式冷卻散熱系統，同時，便於對轉截錐套部分採用風冷式冷卻散熱系統。
圖12中，在定截錐套1上每兩個推力缸4之間同圓周設置進/排氣門10，衝擊波推力缸和進/排氣門均布在定截錐套內表面的上半圓周上，衝擊波推力缸均布在轉截錐套的外表面上。
圖13中，在動力輸出軸2上同軸設置了兩組定子和轉子為圓盤式結構的衝擊式發動機，這樣設置可以進一步減少發動機的整體體積，成倍提高其輸出功率和轉矩，進一步降低震動，使整個裝置運行更加平穩，更加環保。
採用本圖所示鏡向對稱結構時，兩組發動機的衝擊波推力缸4和4』的軸線與對應的定、轉圓盤的端平面之間的傾斜角度正好相反。
還可以根據需要，採用同向非對稱設置結構設置兩組或更多組的圓盤式發動機同軸工作，以適應各種不同需要的場合。採用同向非對稱設置結構設置多臺發動機的優點是所有同種機械零件的規格、結構完全相同，可相互替換，減少了備品備件的規格和數量。
圖14中，在動力輸出軸2上同軸設置了兩組定子和轉子為圓截錐套/圓截錐式結構的衝擊式發動機，其優點與圖13所示結構相同。
圖15中，定子和轉子為圓截錐套/圓截錐式結構，定圓截錐套1位於轉圓截錐套3的內側，彈力調節組件位於轉圓截錐套3的一側，衝擊波推力缸4和進/排氣門10均布在定圓截錐套1的與轉圓截錐套對應側面之下半圓周上，動力輸出軸2分別經軸承13和14與機架15和16聯結，其餘同圖1。
當採用定圓截錐套位於轉圓截錐套內側的結構形式時，轉圓截錐套的外側表面上可以設置散熱片來散熱；同時，定圓截錐套部分可以採用水路冷卻的結構形式進行降溫冷卻。
圖16中，動力輸出軸2豎向設置，衝擊波推力缸4和進/排氣門10均布在定圓截錐套1的與轉圓截錐套對應側面之整個圓周上，其餘同圖1。
由於本發明的結構特點所致，不論採用外轉式或內轉式結構(即定圓截錐套位於轉圓截錐套的內部或外部)，在彈力調節組件的作用下，定圓截錐套與轉圓截錐套之對應側面之間均可構成受壓或受推狀態下的滑動運動副。所以，其動力輸出軸的設置方向不受限制，既可以橫向設置，也可以豎向設置，還可以根據需要，傾斜設置。
本發明所舉的上述實施例均為說明性的，而不是限制性的；在權利要求書的等同物的意義和範圍內的所有改變、變化，均在本發明請求保護的範圍之內。
由於本發明採用了可直接將燃料油或燃料氣的燃燒膨脹力轉化為驅動扭矩的結構形式，克服了曲柄/連杆機構、活塞和活塞環結構存在的諸多缺陷，與往復式活塞發動機相比，同樣功率的發動機尺寸變小，重量減輕，而且振動和噪聲降低，使發動機的輸出力/體積比、效率/重量比、推力/重量比得以大幅度提高，整機結構簡潔，活動零部件少，定子與轉子之間的間隙調整簡便、可靠、方便，維護、維修工作量大大減少，有利於減少用戶的維護工作量和維修費用，其經濟效益和社會效益明顯。
本發明可廣泛用於各種發動機和動力驅動領域。
權利要求
1.一種衝擊式發動機，包括機架、燃料供給系統、點火系統和動力輸出軸，其特徵是在機架上設置定子，在動力輸出軸上對應設置轉子，定子和轉子兩者同軸心對應設置，定子的一個側表面與轉子的一個側表面經設置在動力輸出軸上的彈力調節組件壓緊或拉緊，形成一個滑動運動副；在定子和轉子的相對面對應設置至少兩組傾斜式衝擊波推力缸，所述推力缸的缸體腔一部分位於定子上，其另一部分位於轉子上，缸體腔的軸線與定子和/或轉子表面之間的夾角小於90°；在定子之推力缸缸體腔的一端設置燃料供給系統和點火系統；在定子的每個兩推力缸之間同圓周設置進/排氣門。
2.按照權利要求1所述的衝擊式發動機，其特徵是所述的彈力調節組件包括設置在動力輸出軸上的鎖緊螺母、位於鎖緊螺母和定子或轉子之間的平面軸承和多開口彈力墊，鎖緊螺母經過平面軸承和多開口彈力墊，將轉子和定子的對應側面壓緊或拉緊，形成一個滑動運動副。
3.按照權利要求2所述的衝擊式發動機，其特徵是所述的多開口彈力墊，包括開有中間孔的剛性墊體和在剛性墊體上設置的凸起式彈性片；其所述凸起式彈性片橫截面的中間部位為與墊體接觸的平面固定部分，其兩側凸起形成彈性部分；在彈性部分的外緣，延伸設置與平面固定部分並行但不重合的支撐部分；在彈性片的平面固定部分設置緊固件將彈性片和剛性墊體聯接為一體。
4.按照權利要求2或3所述的衝擊式發動機，其特徵是所述的凸起式彈性片呈環形、矩形、多邊形或不規則形狀均布在剛性墊體的表面；其所述凸起式彈性片凸起彈性部分的橫截面為多邊形、圓弧形或拱形；在所述凸起式彈性片凸起彈性部分與剛性墊體之間可以設置有彈簧。
5.按照權利要求1所述的衝擊式發動機，其特徵是所述的定子和轉子為圓盤式結構；所述的定子和轉子的對應側面之邊緣對應設置相互匹配的凹凸式密封環結構。
6.按照權利要求5所述的衝擊式發動機，其特徵是所述的推力缸和進/排氣門間隔均布在定子的與轉子對應之側面；所述的推力缸均布在轉子的與定子對應之側面。
7.按照權利要求1所述的衝擊式發動機，其特徵是所述的定子和轉子為圓截錐套/圓截錐式結構。
8.按照權利要求7所述的衝擊式發動機，其特徵是所述的定子可以位於轉子外側或內側。
9.按照權利要求7所述的衝擊式發動機，其特徵是所述的衝擊波推力缸和進/排氣門均布在定子的與轉子對應側面之圓周或半圓周上；所述的衝擊波推力缸均布在轉子的與定子對應之側面上。
10.按照權利要求7所述的衝擊式發動機，其特徵是在所述定子的與轉子對應之側面上可設置多道環狀排列的衝擊波推力缸和進/排氣門，在所述轉子的與定子對應之側面上同樣對應設置多道環狀排列的衝擊波推力缸。
全文摘要
衝擊式發動機，屬於發動機領域。其特徵是在機架上設置定子，在動力輸出軸上設置轉子，定、轉子兩者同軸心對應設置，定子的一個側表面與轉子的一個側表面經彈力調節組件壓緊或拉緊，形成一個滑動運動副；在定、轉子的相對面對應設置傾斜式衝擊波推力缸，推力缸的缸體腔一部分位於定子上，其另一部分位於轉子上，缸體腔的軸線與定子和/或轉子表面之間的夾角小於90°；在定子之推力缸缸體腔的一端設置燃料供給系統和點火系統；在定子的每個兩推力缸之間同圓周設置進/排氣門。
文檔編號F02B53/02GK1563687SQ20041002381
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月19日 優先權日2004年3月19日
發明者劉富清, 劉曉鵬 申請人:劉富清