專利名稱：缸塞共轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種缸塞共轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其涉及一種汽缸與活塞在橢圓形空間內(nèi)連 續(xù)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)四沖程原理的發(fā)動(dòng)機(jī)。
二
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)中，技術(shù)較成熟的主要為車用的往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)及汪克爾型三 角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。其中往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)有幾種問題是避免不了的。1、往復(fù)式運(yùn)動(dòng)使發(fā)動(dòng)機(jī)的極 限轉(zhuǎn)速較低。2、往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置有換氣閥門機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)不但增加了整機(jī)體積，還增加了 整機(jī)重量。3、采用曲軸與連桿進(jìn)行動(dòng)力傳輸，活塞在接近上止點(diǎn)與下止點(diǎn)時(shí)氣體膨脹力對(duì) 曲軸的有效力臂很小，汽缸內(nèi)的膨脹力不能得到充分的發(fā)揮，能量轉(zhuǎn)化率較低。4、整機(jī)功率 重量比太小，不適合應(yīng)用在航空方向。另一類是近幾年發(fā)展起來的汪克爾型三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)功率大，轉(zhuǎn)速高， 但其也有很多問題是不可能避免的。1、三角轉(zhuǎn)子的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng)。2、三角轉(zhuǎn) 子與汽缸壁間構(gòu)成的汽缸形狀是狹長(zhǎng)的，使燃料燃燒不充分。3、發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，汽缸內(nèi)氣 體膨脹后的壓力被分解，有效扭矩很小，使該發(fā)動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)化效率較往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)低，耗油 較高，只有高速賽車或飛機(jī)使用，不適合民用化。4、三角轉(zhuǎn)子的形狀與汽缸的形狀要求非常 精密，加工成本較高。
三

發(fā)明內(nèi)容
為了解決活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)及三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的各種缺陷，本發(fā)明將二者結(jié)合，設(shè)計(jì) 了一種全新結(jié)構(gòu)的活塞式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，首先考慮到采用活塞式汽缸比三角轉(zhuǎn)子式汽缸有著 更大的密封性，其加工容易。其次發(fā)動(dòng)機(jī)還要使用轉(zhuǎn)子及定子的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)無往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 也無偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，使整機(jī)的極限轉(zhuǎn)速較往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)高。最后考慮到，本發(fā)明無需換氣閥門機(jī) 構(gòu)，其加工生產(chǎn)要容易，部件設(shè)計(jì)要堅(jiān)固耐用，氣體做功的效率要比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)高。則本 發(fā)明采用將多個(gè)汽缸徑向并偏移一定距離的固定在一個(gè)柱狀構(gòu)件上，并在每個(gè)汽缸的活塞 末端安裝滾子軸承，將以上構(gòu)件構(gòu)成的轉(zhuǎn)子總成安裝在一個(gè)橢圓形空間內(nèi)，構(gòu)成了一個(gè)缸 塞共轉(zhuǎn)式大功率發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明顯著的有益效果是1.本發(fā)明的部件極少，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，加工成本較低。2.汽缸依然采用柱狀活塞式，該種方式使其密封性能好，燃料燃燒充分。3.本發(fā)明無曲軸、曲柄，轉(zhuǎn)子是連續(xù)的無偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，其極限轉(zhuǎn)速較高。4.本發(fā)明動(dòng)力傳輸時(shí)，氣體膨脹力直接作用在推動(dòng)輸出軸旋轉(zhuǎn)的最長(zhǎng)力臂上，有 效力臂的變化較小，其能量損耗少，能量轉(zhuǎn)化效率較往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)高很多。5.本發(fā)明在柱狀構(gòu)件上徑向設(shè)置了四個(gè)或更多汽缸，其功率重量比較大。6.本發(fā)明無氣體閥門機(jī)構(gòu)，且在汽缸內(nèi)設(shè)置了對(duì)置的兩個(gè)換氣孔，兩個(gè)氣孔同時(shí) 實(shí)現(xiàn)排氣或進(jìn)氣，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)換氣時(shí)間長(zhǎng)，換氣效率好。
7.本發(fā)明壓縮比較高，可使用點(diǎn)燃或壓燃式，其結(jié)構(gòu)使其可使用多種燃料，有效降 低用戶的使用成本。8.本發(fā)明因其構(gòu)件較少，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，所以可承受爆震威力，可改為利用爆震能量發(fā) 動(dòng)機(jī)，即光爆震發(fā)動(dòng)機(jī)。9.本發(fā)明的無需設(shè)置火花塞的點(diǎn)火電路，火花塞只需持續(xù)紅熱，汽缸在壓縮時(shí)不 接觸火花塞，當(dāng)壓縮結(jié)束后才接觸火花塞，有效防止了早燃等問題。10.定子組成簡(jiǎn)單，所以本發(fā)明冷卻容易，可直接在定子構(gòu)件上設(shè)置水道或散熱 片，來構(gòu)成水冷或風(fēng)冷散熱。
四


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1本發(fā)明外觀示意2本發(fā)明橫截面示意3本發(fā)明縱截面示意4本發(fā)明汽缸轉(zhuǎn)子示意5本發(fā)明的活塞示意6本發(fā)明轉(zhuǎn)子總成示意7本發(fā)明殼體構(gòu)件示意8本發(fā)明各構(gòu)件組裝9本發(fā)明工作原理中1.輸出軸2.活塞3.定子殼體4.活塞彈簧5.火花塞6. 螺栓孔8.排氣口 9.進(jìn)氣口 10.活塞銷11.殼體螺栓12.殼體上蓋13 構(gòu)件15.汽缸16.換氣孔17.滾子軸承18.活塞端蓋19.端蓋螺栓20 體輸出軸孔22.殼體軸承槽23.火花塞孔
五
具體實(shí)施例方式如圖1所示為發(fā)動(dòng)機(jī)外觀示意圖，從圖中可以了解到本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)形狀是一個(gè) 圓盤狀，輸出軸(1)從圓盤的上下兩個(gè)端面的中心點(diǎn)位置探出，用于連接負(fù)載設(shè)備。發(fā)動(dòng)機(jī) 的定子是由上中下三個(gè)殼體構(gòu)件拼合組成，由一圈多個(gè)殼體螺栓固定。在圓盤上下兩個(gè)端 面與輸出軸相鄰的位置，位于輸出軸一側(cè)安裝有上下兩個(gè)火花塞(4)，另一側(cè)設(shè)置有上下兩 對(duì)弧形的進(jìn)氣口與排氣口。如圖2所示為本發(fā)明的橫截面示意圖，圖中標(biāo)示了本發(fā)明的幾大重要構(gòu)件，觀察 示意圖可以了解，在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，將4個(gè)或多個(gè)汽缸徑向并偏移一定距離安裝在輸出軸(1) 的一周構(gòu)成汽缸轉(zhuǎn)子。圖中將汽缸偏移一定距離的目的是增加力臂長(zhǎng)度，使做工時(shí)膨脹氣 體提供更大的扭矩。在每個(gè)汽缸內(nèi)設(shè)置有活塞(2)，將它們組成的轉(zhuǎn)子總成放置在帶有橢圓 形空腔的定子殼體(3)內(nèi)，橢圓形空腔要旋轉(zhuǎn)一定角度以適應(yīng)汽缸轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖中將每 個(gè)活塞外端都設(shè)置有活塞銷(10)，在活塞銷上套有滾子軸承(17)，使活塞外端可在定子內(nèi) 腔的橢圓形側(cè)壁上滑動(dòng)，在每個(gè)活塞上還套有活塞彈簧(4)。其作用是在汽缸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程 中，汽缸實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣沖程時(shí)，將活塞向外推出，使汽缸容積增大。本發(fā)明在殼體上下蓋上設(shè)置
輸出軸軸承7.殼體 .殼體下蓋14.柱狀 .活塞螺栓孔21.殼有弧狀的進(jìn)氣口(9)排氣口(8)以及與氣口對(duì)置的火花塞(5)，其中的進(jìn)氣口弧長(zhǎng)略短于 排氣口弧長(zhǎng)，在定子殼體邊緣還設(shè)置有殼體螺栓孔(7)，其作用是使殼體螺栓穿過將整機(jī)固定。如圖3所示為本發(fā)明的縱截面示意圖，圖中可觀察到輸出軸(1)插入在柱狀構(gòu)件
(14)內(nèi)，多個(gè)汽缸(15)徑向并偏移一定距離固定在柱狀構(gòu)件(14)一周，構(gòu)成汽缸轉(zhuǎn)子。將 活塞(2)插入到汽缸(15)內(nèi)，在每個(gè)活塞的外側(cè)設(shè)置有活塞銷(10)，在活塞銷上套有滾子 軸承(17)，在活塞上還套有活塞彈簧(4)，在殼體上下蓋(12) (13)內(nèi)側(cè)面的中心位置安裝 有軸承(6)，組裝時(shí)將輸出軸插入在軸承(6)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)汽缸轉(zhuǎn)子的無偏心轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖4所示為本發(fā)明汽缸轉(zhuǎn)子示意圖，本發(fā)明將輸出軸(1)的外花鍵插入在柱狀 構(gòu)件(14)中心的內(nèi)花鍵中，使輸出軸固定在柱狀構(gòu)件內(nèi)。在柱狀構(gòu)件徑向一圈設(shè)置有多個(gè) 汽缸(15)，本示意圖以4個(gè)汽缸來演示，且汽缸要偏移一定距離徑向的固定在柱狀構(gòu)件上。 也可視為將輸出軸(1)、柱狀構(gòu)件(14)、多個(gè)汽缸(15)加工成一個(gè)整件，即汽缸轉(zhuǎn)子構(gòu)件。 在柱狀構(gòu)件的上下兩個(gè)圓形端面上，設(shè)置有換氣口(16)，該換氣口的內(nèi)端開口連接在汽缸 內(nèi)。在輸出軸上還套有軸承(6)使汽缸轉(zhuǎn)子可在定子內(nèi)實(shí)現(xiàn)無偏心轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖5所示為本發(fā)明的活塞構(gòu)件示意圖，圖中圓筒狀構(gòu)件為本發(fā)明的活塞(2)，為 了減輕活塞重量，活塞內(nèi)部是空的。在活塞末端設(shè)置有活塞端蓋(18)，由端蓋螺栓(19)插 入在活塞末端上的活塞螺栓孔(20)內(nèi)將活塞端蓋(18)固定在活塞上，并將活塞銷(10)夾 在其中，在活塞銷上套有滾子軸承(17)，其可使活塞末端在相應(yīng)的軌道內(nèi)滑動(dòng)。另外本發(fā)明 也可將活塞(2)與活塞端蓋(18)設(shè)為一個(gè)整體，加工時(shí)直接在活塞末端設(shè)置銷孔，以插入 活塞銷(10)。另外本發(fā)明還在活塞(2)上套有活塞彈簧，并由活塞端蓋(18)來充當(dāng)彈簧擋， 其作用是使汽缸在實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣沖程時(shí)，活塞在沒有其它力的作用下可以通過彈簧將活塞向外 推動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)吸入可燃混合氣。如圖6所示為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子總成示意圖，圖中輸出軸(1)的外花鍵插入在柱狀構(gòu) 件(14)的內(nèi)花鍵中，在柱狀構(gòu)件的徑向一圈，設(shè)置有四個(gè)或更多個(gè)偏移一定距離的汽缸
(15)，在汽缸內(nèi)插入末端帶有滾子軸承(17)的活塞(2)，在每個(gè)活塞(2)上還套有活塞彈簧 (4)。在柱狀構(gòu)件(14)的上下兩個(gè)端面上，設(shè)置有換氣孔(16)，換氣孔內(nèi)端開口是連接在汽 缸內(nèi)的，使每個(gè)汽缸內(nèi)都設(shè)置有上下兩個(gè)換氣孔，由以上構(gòu)件構(gòu)成了本發(fā)明的轉(zhuǎn)子總成。如圖7所示為本發(fā)明的殼體構(gòu)件示意圖，本發(fā)明定子由三個(gè)構(gòu)件并列排置組成， 其分別是殼體上蓋(12)，定子殼體(3)，殼體下蓋(13)。組合時(shí)，將它們并列排置，用螺栓進(jìn) 行固定。在殼體上下蓋(12) (13)的中心點(diǎn)位置設(shè)置有輸出軸孔(21)，上下蓋內(nèi)端面中心位 置設(shè)置有軸承槽(22)。在上下蓋的中心區(qū)域，且與輸出軸孔(21)相鄰的還有本發(fā)明的進(jìn)氣 口(9)排氣口(8)，本發(fā)明的氣口呈弧狀，排氣口弧長(zhǎng)略大于進(jìn)氣口弧長(zhǎng)，兩個(gè)氣口弧長(zhǎng)的 總和略小于180度。另外在兩氣孔交界處對(duì)置的位置還設(shè)置有火花塞孔(23)。每個(gè)殼體的 邊緣都設(shè)置有殼體螺栓孔(7)使殼體螺栓(11)穿過，將整機(jī)固定。如圖8所示為本發(fā)明各種構(gòu)件組裝示意圖，圖中將組合后的轉(zhuǎn)子總成安裝在定子 殼體(3)內(nèi)的橢圓形腔的內(nèi)，安裝后的活塞(2)末端的滾子軸承(17)剛好接觸橢圓形空腔 的側(cè)壁，并以側(cè)壁為軌道，使活塞末端可以在側(cè)壁上滑動(dòng)。安裝上下蓋時(shí)，將輸出軸(1)插 入位于上下蓋中心位置的軸承(6)內(nèi)，當(dāng)上下蓋組合好后，上下蓋上的進(jìn)氣口(9)與排氣口 (8)剛好密封的壓在柱狀構(gòu)件(14)的上下兩個(gè)端面上，端面上的氣孔(16)可周期性連接殼體上下蓋上的弧狀進(jìn)排氣口(8) (9)及火花塞孔(23)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣與點(diǎn)火。如圖9所示為本發(fā)明的工作原理示意圖。本例以A汽缸為代表來說明本發(fā)明的運(yùn) 行過程，當(dāng)輸出軸處于0度位置時(shí)，汽缸A處于容積最小狀態(tài)，因?yàn)楸景l(fā)明的轉(zhuǎn)子總成是安 裝在橢圓形空間內(nèi)的，所以輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周剛好實(shí)現(xiàn)汽缸容積的兩次變化；當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng) 到90度時(shí)，汽缸A容積變?yōu)樽畲?，此過程汽缸上的換氣孔剛好與定子上下蓋上的弧形進(jìn)氣 口連接，所以汽缸A實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣沖程；當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)到180度時(shí)，汽缸A容積再次變?yōu)樽钚。?過程汽缸A呈封閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮，并且在壓縮結(jié)束后的一瞬間，換氣孔與火花塞孔 鏈接，氣體被點(diǎn)燃，并推動(dòng)活塞及輸出軸向前轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)到270度時(shí)，汽缸A容積變 為最大，做功沖程結(jié)束；當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)到360時(shí)，此過程汽缸A上的換氣孔剛好與定子上下 蓋上的弧形排氣口連接，實(shí)現(xiàn)排氣沖程，并回到原始位置，以上過程即為本發(fā)明汽缸的四循 環(huán)原理。以上是所述是本發(fā)明作為發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理演示，當(dāng)將殼體上下蓋上的火花塞 去掉，并將弧形氣口數(shù)量增加一倍時(shí)。即在每個(gè)殼蓋上都設(shè)置兩個(gè)進(jìn)氣口與兩個(gè)排氣口時(shí)， 本發(fā)明變?yōu)楸没驓?動(dòng)設(shè)備。
權(quán)利要求
一種缸塞共轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)，由轉(zhuǎn)子與定子兩部分組成，由中心插入輸出軸的柱狀構(gòu)件，及其圓周上多個(gè)偏移一定距離的汽缸構(gòu)成汽缸轉(zhuǎn)子；將帶有進(jìn)排氣口的殼體上下蓋，帶有橢圓形空腔的定子殼體并列排置構(gòu)成定子總成；當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)做無偏心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞末端可在定子內(nèi)橢圓形側(cè)壁上滑動(dòng)使汽缸容積發(fā)生周期性變化，實(shí)現(xiàn)四沖程原理，構(gòu)成功率重量比較大發(fā)動(dòng)機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于本發(fā)明的輸出軸是插入在殼體上下蓋內(nèi)側(cè)中心位 置的軸承內(nèi)；工作時(shí)，汽缸轉(zhuǎn)子在定子腔內(nèi)做無偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，由定子內(nèi)腔的橢圓形側(cè)壁使活塞 運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)汽缸容積的變化構(gòu)成內(nèi)燃機(jī)原理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于本發(fā)明是將輸出軸插入在柱狀構(gòu)件的中心孔內(nèi)， 輸出軸上的外花鍵與柱狀構(gòu)件上的內(nèi)花鍵相匹配，使輸出軸可帶動(dòng)柱狀構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)；在柱狀 構(gòu)件徑向一圈的圓周側(cè)壁上設(shè)置有多個(gè)偏移一定距離的汽缸，由以上構(gòu)件構(gòu)成了本發(fā)明的 汽缸轉(zhuǎn)子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述，其特征在于本發(fā)明也可將輸出軸、柱狀構(gòu)件及多個(gè)汽缸加工 成一個(gè)整件，即汽缸轉(zhuǎn)子構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于本發(fā)明在每個(gè)汽缸內(nèi)插入有活塞，在活塞外套有 彈簧，由活塞末端的活塞端蓋來充當(dāng)彈簧擋，以使活塞在無外力作用下由彈簧將其從汽缸 內(nèi)推出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于本發(fā)明用活塞端蓋及端蓋螺栓將活塞銷固定活塞 末端，或直接在活塞末端打孔以插入活塞銷；在活塞銷上套有滾子軸承，使活塞末端可在相 應(yīng)的軌道內(nèi)滑動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于本發(fā)明在柱狀構(gòu)件的上下端面上設(shè)置有多個(gè)換氣 孔，每個(gè)端面上的氣孔數(shù)量與汽缸數(shù)量相同，該換氣孔內(nèi)端是連接在汽缸內(nèi)的，使每個(gè)汽缸 都擁有上下兩個(gè)換氣孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于本發(fā)明由殼體上蓋，定子殼體，殼體下蓋，三個(gè)構(gòu) 件并列排置用螺栓固定成定子總成，在殼體上下蓋上設(shè)置有弧形的進(jìn)排氣口及火花塞孔； 安裝后的殼體上下蓋密封的壓在柱狀構(gòu)件的端面上，使汽缸轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，端面上的氣孔 可周期性連接殼體上下蓋上的弧狀氣口及火花塞孔實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣與點(diǎn)火。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于本發(fā)明在位于中間的定子殼體內(nèi)設(shè)置一個(gè)橢圓形 空腔，該橢圓形空腔的側(cè)壁即為活塞末端滾子軸承的軌道，當(dāng)汽缸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，活塞末 端可在橢圓形側(cè)壁上滑動(dòng)，使每個(gè)汽缸容積變化兩次，從而構(gòu)成四沖程原理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于本發(fā)明將殼體上下蓋上的火花塞去掉，并將弧形 氣口數(shù)量增加一倍時(shí)，即在每個(gè)殼蓋上都設(shè)置兩個(gè)進(jìn)氣口與兩個(gè)排氣口時(shí)，本發(fā)明變?yōu)楸?或氣液動(dòng)設(shè)備。
全文摘要
一種缸塞共轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)，由轉(zhuǎn)子與定子兩部分組成，由中心插入輸出軸的柱狀構(gòu)件，及其圓周上多個(gè)偏移一定距離的汽缸構(gòu)成汽缸轉(zhuǎn)子；將帶有進(jìn)排氣口的殼體上下蓋，帶有橢圓形空腔的定子殼體并列排置構(gòu)成定子總成；當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)做無偏心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，汽缸內(nèi)，活塞末端的滾子軸承可在定子內(nèi)橢圓形側(cè)壁上滑動(dòng)使汽缸容積發(fā)生周期性變化，實(shí)現(xiàn)四沖程原理，構(gòu)成功率重量比較大發(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)F01B13/04GK101852089SQ20091019099
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者尚世群 申請(qǐng)人:尚世群