球轉子內燃機的製作方法

2023-06-06 18:26:41 3

專利名稱：球轉子內燃機的製作方法
技術領域：
本發明屬於熱力發動機領域，涉及一種內燃機結構設計，特別涉及一種球轉子內燃機結構 的設計。
背景技術：
由於小型飛行器、機器人、可攜式電源的廣泛應用，需要功率密度大、可靠性高的內燃機 作為動力源。目前，在現有的技術條件下，轉子內燃機比其它熱機具有優勢。
在眾多類型的轉子內燃機中，典型的有汪克爾轉子內燃機，它具有運轉平穩、轉速高、運 動部件少、結構緊湊、功率密度大等優點。但也存在一些不足，具體表現在(1)工作腔容 積的循環改變是通過轉子及內齒輪和偏心軸及外齒輪輔助實現的，增加了加工製造難度，降 低了工作可靠性。(2)轉子和動力輸出軸間固有的位置關係和轉速關係，使得動力輸出軸轉 動一周只有一個做功過程，導致該內燃機低速時動力輸出軸扭矩小，功率密度的進一步提高 也受到了限制。

發明內容
為了克服汪克爾轉子內燃機結構方案的不足之處，本發明的目的是提供一種球轉子內燃機 結構及設計。
本發明主要通過提供如下技術方案實現。球轉子內燃機，其結構主要包括定子缸體、轉子、 進氣口、排氣口、火花塞、動力輸出軸。其特徵在於
轉子安裝於定子缸體內，轉子工作面和定子缸體工作面互相配合，形成六個工作腔，隨著 轉子的轉動，每個工作腔的容積發生周期性的變化，從而完成吸氣、壓縮、做功、排氣四個 衝程。
定子缸體的工作面由兩個凹凸曲面、 一個內大部分球面、兩個內小部分球面構成。 轉子工作面由兩個凸稜曲面、 一個外大部分球面、兩個外小部分球面構成。 進氣口、排氣口開在定子缸體的凹凸曲面上，火花塞安裝在定子缸體的凹凸曲面上。 動力輸出軸與定子缸體通過軸承連接，並通過一個短軸與轉子活動連接。 採用本發明設計的球轉子內燃機具有如下優點其構造簡單，運動部件少，結構緊湊，使
得工作可靠性高，還便於小型化；轉子轉動一周內燃機做功六次，使得功率密度大和輸出軸
扭矩大。


圖1是本發明設計的球轉子內燃機主視圖。
圖2是本發明設計的球轉子內燃機縱向剖面示意圖。
圖3是定子缸體的工作面示意圖。
圖4是定子缸體的工作面的凹凸曲面生成方法示意圖。 圖5是轉子的工作面的示意圖。
圖6、圖7、圖8、圖9、圖IO是球轉子內燃機的工作循環示意圖。
圖中的標號分別表示l、進氣口， 2、排氣口， 3、定子缸體，4、動力輸出軸，5、火花塞， 6、軸承，7、轉子，8、工作腔，9、短軸，10、內大部分球面，11、凹凸曲面，12、內小 部分球面，13、凸稜，14、外大部分球面，15、外小部分球面，16、凸稜曲面。
以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
具體實施例方式
本發明所設計的球轉子內燃機，以四衝程方式工作。
如圖1、圖2所示，球轉子內燃機的結構主要包括定子缸體(3)、轉子(7)、進氣口 (1)、 排氣口 (2)、火花塞(5)、動力輸出軸(4)。
如圖2、圖3所示，定子缸體(3)的工作面是由兩個凹凸曲面(11)、 一個內大部分球
面(10)、兩個內小部分球面(12)共同構成。定子缸體(3)上開有進氣口 (1)、排氣口 (2)， 定子缸體(3)上安裝有火花塞(5)。定子缸體(3)的工作面是關於中心對稱的，對稱中心 為定子缸體(3)'的幾何中心。
如圖4所示，對於在本發明中稱作的凹凸曲面(11)的生成方法，說明如下在以直角坐 標系O-xyz的原點O為球心，以R為半徑的球面上有小弧NM、小弧MP，滿足條件小弧NM 的弧長小於或等於三分之一的小弧MP的弧長，並且小弧NM的弧長加小弧MP的弧長小於 四分之一的大圓周長，當小弧NM繞z軸以角速度"l轉動，同時小弧MP繞軸OM以角速 度為w2轉動，滿足關係為"2等於負三分之二的"1時，在球面上生成一條點P的軌跡1, 球心點O與軌跡l上的所有點的連線構成一個曲面，此曲面有上下兩個表面，下表面去掉以 O為球心以r為半徑的球面所包容的部分，就是本發明中稱作的凹凸曲面(11);在本發明中 稱作的內小部分球面(12),其實就是所述的以O為球心以r為半徑的球的內表面的一部分； 在本發明中稱作的內大部分球面(10)，其實就是所述的以O為球心以R為半徑的球的內表 面的一部分。
轉子的工作面由兩個凸稜曲面(16)、 一個外大部分球面(14)、兩個外小部分球面(15) 共同構成。每個凸稜曲面(16)上都有三條徑向布置且均勻分布的凸稜(13)，每兩條凸稜間 的曲面的形狀由球轉子內燃機定子缸體(3)的凹凸曲面(11)和壓縮比確定。轉子(7)的 工作面是關於中心對稱的，對稱中心為轉子的幾何中心。
轉子(7)與定子缸體(3)的連接如圖2所示，轉子(7)的工作面與定子缸體(3)的 工作面互相配合。其中，轉子(7)的工作面的外大部分球面(14)與定子缸體(3)的工作 面的內大部分球面(10)緊密滑動配合，轉子(7)的工作面的外小部分球面(15)與定子缸 體(3)的工作面的內小部分球面(12)緊密滑動配合，轉子(7)的每個凸稜曲面(16)上 的每條凸稜(13)與定子缸體(3)的凹凸曲面(11)緊密滑動配合。轉子(7)和定子缸體 (3)的連接使得球轉子內燃機形成六個工作腔(8)，隨著轉子(7)的轉動，每個工作腔(8) 的容積發生周期性變化，完成吸氣、壓縮、做功、排氣四個衝程。
動力輸出軸(4)對外輸出機械能，它與定子缸體(3)通過軸承(6)連接，它與轉子(7) 的連接，是通過一個與轉子(7)軸承連接的短軸(9)實現的，它與短軸(9)的連接是通過 鉸鏈實現的。
如圖1、圖3所示，進氣口 (1)、排氣口 (2)開在定子缸體(3)上的凹凸曲面(11)上， 在轉子(7)轉動的過程中，進氣口 (1)連續的給每個工作腔(8)供給可燃混合氣體，排氣 口 (2)連續的排出做功後的廢氣。
本內燃機以四衝程的方式工作，如圖6、圖7、圖8、圖9、圖10所示是一個工作腔(8) 的一個工作循環示意圖。
如圖6、圖7所示，隨著轉子(7)的轉動，工作腔(8)的容積增大，從進氣口 (1)吸 進可燃混合氣體，完成吸氣衝程。
如圖8所示，隨著轉子(7)的轉動，工作腔(8)的容積減小，完成壓縮衝程。火花塞(5) 點火，混合氣體爆燃，產生高溫高壓燃氣。
如圖9所示，燃氣推動轉子(7)轉動，完成做功衝程。
如圖10所示，隨著轉子(7)轉動，工作腔(8)容積減小，完成排氣衝程。開始下一個 工作循環。 ， 其它剩餘的五個工作腔(8)的工作循環與此相同。 採用本發明所設計的球轉子內燃機，具有以下優點
(1) 、具有六個工作腔，轉子轉動一周，做六次功，使得功率密度大、動力輸出軸扭矩大。
(2) 、結構簡單，運動部件少，無需配氣機構，系統可靠性高。
權利要求
1、一種球轉子內燃機，其結構主要包括定子缸體(3)、轉子(7)、進氣口(1)、排氣口(2)、火花塞(5)、動力輸出軸(4)，其特徵在於轉子(7)安裝在定子缸體(3)內，轉子(7)的工作面和定子缸體(3)的工作面配合，形成六個工作腔(8)，進氣口(1)、排氣口(2)開在定子缸體(3)上，火花塞(5)安裝在定子缸體(3)上。
2、 根據權利要求1所述的球轉子內燃機，其特徵在於定子缸體(3)的工作面由兩個凹凸 曲面(11)、 一個內大部分球面(10)、兩個內小部分球面(12)構成。
3、 根據權利要求1所述的球轉子內燃機，其特徵在於轉子(7)的工作面由兩個凸稜曲面 (16)、 一個外大部分球面(14)、兩個外小部分球面(15)構成。
全文摘要
本發明公開了一種球轉子內燃機結構，涉及動力機械領域；該發明主要由定子缸體，轉子，進、排氣口，火花塞，動力輸出軸等部件組成；所述定子缸體和轉子具有特定的工作面，工作面間的相互配合使該內燃機形成6個工作腔，隨轉子的轉動，工作腔容積發生周期性變化，完成吸氣、壓縮、做功、排氣四個衝程；該發明具有結構簡單，功率密度大、動力輸出軸扭矩大等優點；特別適用於一些需要大功率、小體積、高可靠性動力源的領域。
文檔編號F02B55/08GK101363361SQ20071001844
公開日2009年2月11日 申請日期2007年8月9日 優先權日2007年8月9日
發明者喆 石 申請人:喆 石