專(zhuān)利名稱(chēng):步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)目前,往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)由于基本結(jié)構(gòu)所造成的主要構(gòu)件是作往復(fù)運(yùn)動(dòng),因此存在結(jié)構(gòu)不緊湊,體積大,比重量高,慣性力大,很難平衡,熱效率低,制造成本高等不足。
繼往復(fù)式之后,雖然世界上出現(xiàn)了不少結(jié)構(gòu)新穎的內(nèi)燃機(jī),如Wankei三角轉(zhuǎn)子式,F(xiàn)airchid-Cami-nez四缸星形及差速式等,但通過(guò)實(shí)踐來(lái)看,還是在基本結(jié)構(gòu)上存在一些難以解決的缺點(diǎn),如三角轉(zhuǎn)子式在運(yùn)動(dòng)上出現(xiàn)的轉(zhuǎn)子頂部密封性不好,漏氣量大,細(xì)長(zhǎng)的燃燒室降低了燃料燒效果。四缸星形雖然結(jié)構(gòu)緊湊一些,但出現(xiàn)的四級(jí)慣性力難以克服。差速式因輸出功率機(jī)構(gòu)而造成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,活塞使用效率低等不足。因此就目前來(lái)看,還沒(méi)有一種能在性能性?xún)?yōu)于往復(fù)式而得到普遍應(yīng)用。
為了解決上速問(wèn)題,本發(fā)明公開(kāi)一種結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、功率大、此重量可提高幾倍至十幾倍,零件少、熱效率高、而且有很好密封條件的步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī),能廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、航空、交通運(yùn)輸和國(guó)防建設(shè)等部門(mén)。
圖1(a)步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖(中平衡式),與圖2B-B剖視(b)與圖1A-A剖視結(jié)構(gòu)2步進(jìn)創(chuàng)成原理3工作原理4密封示意5方園環(huán)型腔示意6馬蹄形園環(huán)型腔示意7步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)、側(cè)平衡式結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī),主要是由一個(gè)圓環(huán)密封缸體型腔,在型腔內(nèi)有四個(gè)旋轉(zhuǎn)活塞,每相對(duì)直的為一組,通過(guò)步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使每組活塞按特定的步進(jìn)式做吸壓爆排工作。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)特征如圖1(a)、(b)所示主要是有一個(gè)圖環(huán)形密封缸體型腔1、在圓環(huán)形型腔內(nèi)有四個(gè)旋轉(zhuǎn)活塞2,每相對(duì)直的兩個(gè)為一組,分AB組,分別由活塞連動(dòng)盤(pán)3連為一體,在每組的活塞連動(dòng)盤(pán)3上設(shè)有對(duì)稱(chēng)滑道,滑道內(nèi)設(shè)有方滑塊傳動(dòng)軸4,每組上下兩個(gè)、方滑塊傳動(dòng)軸可在滑道內(nèi)作縱向?qū)ΨQ(chēng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)滑塊傳動(dòng)軸兩端設(shè)有四個(gè)對(duì)稱(chēng)滾動(dòng)套5,其中外端兩個(gè),是沿著對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)步進(jìn)定位套7的特定曲線(xiàn)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。其內(nèi)端兩個(gè)是沿步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子6對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)步進(jìn)凸輪特定曲線(xiàn)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子6,即是發(fā)動(dòng)機(jī)主軸,軸的兩端用軸承固定在端蓋8,這樣每組活塞2A,2B,在作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)連動(dòng)盤(pán)3帶動(dòng)同一組的傳動(dòng)軸4A和4B連作同步運(yùn)動(dòng),這樣傳動(dòng)軸便同連接步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)同時(shí)工作。
以下是步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)成原理。圖2步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn),主要在于有一個(gè)步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子6,傳動(dòng)軸4,滾動(dòng)套5和步進(jìn)定位套7所組成。其機(jī)構(gòu)創(chuàng)成主要參數(shù)取決于壓縮極限角θ,角θ即是每個(gè)活塞尺寸在圓周上所占的角度,其活塞和步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子內(nèi)含的傳動(dòng)軸、套,所占的角度都必須等于或小于角θ,角θ也是實(shí)際極限壓縮角,即是壓縮燃燒室,角θ大小可根據(jù)實(shí)際壓縮比等因素理想而定,一般在30°角左右,其它創(chuàng)形參數(shù)都是隨內(nèi)在質(zhì)量而變化,可根據(jù)實(shí)際因素按理想而設(shè)計(jì)。
此創(chuàng)型是以步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子(主軸)中心點(diǎn)為圓心OR,在指定的上下止點(diǎn)Y1、Y2,作一垂直中心線(xiàn),以Y1、Y2,垂直中心上作對(duì)稱(chēng)的角θ,在以R為半徑作一圓D1,以D1圓的Y1、Y2中心線(xiàn)交出F點(diǎn),以O(shè)1為圓心,r為半徑內(nèi)切于D1的F點(diǎn)作一圓d1,此圓應(yīng)在角θ內(nèi),定為步進(jìn)凸轉(zhuǎn)子的內(nèi)含傳動(dòng)軸成套的外徑。從O2點(diǎn)到O1圓心點(diǎn);以R2為半徑交出d1圓上的H,E兩點(diǎn),以H、E兩點(diǎn)分別向外至A、B兩點(diǎn)作一理想拋物線(xiàn),在連接D1和d1圓的弧線(xiàn)即是步進(jìn)凸輪的輪廓型線(xiàn)。以角θ上的O3、O4為圓心,r為半徑切于凸輪外拋物線(xiàn)作兩圓,d3、d4、此圓即是此時(shí)實(shí)際傳動(dòng)軸,或套的工作位置。以O(shè)4為圓心,r為半徑外切于D1圓上的F點(diǎn)作一圓d2,此圓即是步進(jìn)定位套的上下死點(diǎn)Y1、Y2,在用弧線(xiàn)分別于D1,d3、d2和D1,d4、d2的外圓相切,便交出A、B兩點(diǎn),此弧線(xiàn)分別連接D1,d4的外弧線(xiàn)就是步進(jìn)定位套內(nèi)輪廓?jiǎng)?chuàng)成型線(xiàn)。因步進(jìn)定位套與步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子是在軸向上錯(cuò)開(kāi)工作的,步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子內(nèi)含的軸,套徑是指定的,所以其步進(jìn)定位套輪廓線(xiàn)可隨內(nèi)含的軸套直徑同時(shí)擴(kuò)大,其創(chuàng)型原理不變。這樣一個(gè)由壓縮極限角θ為參數(shù)的步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)便創(chuàng)成了,與圓環(huán)形型腔,活塞等便組成步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。
以下再組合工作原理圖3詳細(xì)說(shuō)明工作原理及主要特征1.一個(gè)曲密封園環(huán)形型腔內(nèi)有四個(gè)活塞每相對(duì)直的兩個(gè)為一組,分A、B兩組,其每組在園環(huán)形腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí),通過(guò)連動(dòng)盤(pán)帶動(dòng)傳動(dòng)軸也作同步運(yùn)動(dòng)。由每組傳動(dòng)軸分別控制著每組活塞。當(dāng)傳動(dòng)軸運(yùn)至上下死點(diǎn)Y1、Y2時(shí),其活塞在園環(huán)形腔內(nèi)也分別處于此位置,活塞被步進(jìn)機(jī)構(gòu)的步進(jìn)定位套所固定不動(dòng),此時(shí)便是園環(huán)形缸體的上下死點(diǎn),因此便可以在上死點(diǎn)Y1附近設(shè)點(diǎn)火器或噴油嘴G,在下止點(diǎn)Y2的活塞兩側(cè)分別設(shè)常開(kāi)式進(jìn)氣筒9和排氣筒10(此時(shí)是按逆時(shí)針?lè)较蛟O(shè)計(jì),則而反之)。這樣活塞通過(guò)步進(jìn)機(jī)構(gòu)在園環(huán)形腔內(nèi)可進(jìn)行吸壓爆排工作。
2.當(dāng)活塞進(jìn)行步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),主要是按步進(jìn)機(jī)構(gòu)特定運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行。步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子和步進(jìn)定位套分別控制一組傳動(dòng)軸、套與旋轉(zhuǎn)活塞,與內(nèi)含的一組與步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子同步運(yùn)動(dòng)時(shí)而另一組則被步進(jìn)定位套所固定,如圖3(a),因B組活塞被固定在上下止點(diǎn),此時(shí)園環(huán)形工作型腔就被活塞切為左右兩個(gè)型腔VC,C腔即為爆排工作腔,V腔即為吸壓工作腔,此時(shí)A組活塞處在V、C腔內(nèi),由A組活塞在V、C腔內(nèi)切出四個(gè)工作室,即V1、V2、℃1、℃2,這時(shí)A組活塞同步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí),在V型腔內(nèi)的A活塞便同時(shí)可進(jìn)行雙面工作,V1室便可通過(guò)進(jìn)氣口吸進(jìn)混合燃燒氣體;而V2室同時(shí)便可進(jìn)行壓縮工作,同時(shí)在C1室內(nèi)進(jìn)行膨脹,℃2室內(nèi)進(jìn)行排氣工作。此時(shí)主要特征是B組活塞傳動(dòng)軸,套被步進(jìn)定位套和步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子的外國(guó)弧線(xiàn)所固定,即為創(chuàng)型的上下止點(diǎn)。
3.當(dāng)旋轉(zhuǎn)活塞A運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí),如圖3(b),活塞B開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。此時(shí)AB兩組活塞便開(kāi)始在β角內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)換位,同時(shí)A組活塞便開(kāi)始在α角內(nèi)由勻速運(yùn)動(dòng)作減速運(yùn)動(dòng)。B組也在α角內(nèi)從零速開(kāi)始加速運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)定位套的B點(diǎn)至Y點(diǎn)即為減速度角α2,Y點(diǎn)至A點(diǎn)即為加速度角α1,兩角之和A至B點(diǎn)即是步進(jìn)換位角β。其加減速度大小主要是由步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子的內(nèi)拋物線(xiàn)和步進(jìn)定位套的內(nèi)切弧線(xiàn)所決定(此線(xiàn)的創(chuàng)成應(yīng)據(jù)其內(nèi)含的質(zhì)量按理想而設(shè)計(jì)),隨著步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子的勻速旋轉(zhuǎn)其凸輪的拋物線(xiàn)便把傳動(dòng)軸、套以滾動(dòng)的形式拋向步進(jìn)定位套,此時(shí)傳動(dòng)軸的方滑塊便在軌道內(nèi)滑動(dòng)、當(dāng)A、B組活塞運(yùn)動(dòng)到θ時(shí)、此兩組活塞最近,即是壓縮極限角θ,如圖3(b)所示,這時(shí)壓縮爆燃空氣被全部壓縮到活塞的燃燒室內(nèi)V2,開(kāi)始進(jìn)行燃燒膨脹,推動(dòng)活塞B做加速度運(yùn)動(dòng)并做功同時(shí)陰止活塞A做減速運(yùn)動(dòng)并抵消其慣性力,此時(shí)活塞A的慣性力還可以通過(guò)媒介空氣傳導(dǎo)給活塞B,這時(shí)V1室吸氣完畢,C1室膨脹完畢、C2室排氣完畢,此時(shí)其特征在于有一個(gè)壓縮極限角θ,步進(jìn)交換角β,加速度角α1,減速度角α2,由于步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子的拋物線(xiàn)作用,此時(shí)便出現(xiàn)了步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子與活塞的速度差、活塞作步進(jìn)式差速運(yùn)動(dòng),其步進(jìn)轉(zhuǎn)子主軸則可做勻速運(yùn)動(dòng)。
4.當(dāng)活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí),B組活塞其加速度由小逐漸加大,A組活塞其減速度則由大逐漸變小,由于A、B兩組活塞存在運(yùn)動(dòng)速度差,此時(shí)活塞距離開(kāi)始逐漸增大,當(dāng)A組活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)Y1時(shí),其傳動(dòng)軸,套則被步進(jìn)凸輪6的外圓弧線(xiàn)固定在步進(jìn)定位套內(nèi),同時(shí)B組活塞也運(yùn)動(dòng)到換位角β的終點(diǎn)A、傳動(dòng)軸、套也被步進(jìn)定位套7內(nèi)弧線(xiàn)所迫進(jìn)至步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子的凸輪內(nèi),此時(shí)步進(jìn)換位完成、B組活塞則與步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子以勻速做同步運(yùn)動(dòng)。V2腔在繼續(xù)膨脹,V1腔開(kāi)始?jí)嚎s,C1腔排氣、C2腔開(kāi)始吸氣,當(dāng)活塞繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),便開(kāi)始重復(fù)以上所速的步進(jìn)式運(yùn)動(dòng)。其特征是每組活塞運(yùn)動(dòng)180°角時(shí),步進(jìn)換位一次,步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子(主軸)每轉(zhuǎn)一圈,其每活塞各作一次吸壓爆排工作,即為2n2。
5.實(shí)施例(側(cè)平衡式)圖7所示。
由于小型機(jī)的圓環(huán)形缸體空間很小,很難設(shè)計(jì)步進(jìn)機(jī)構(gòu),因此步進(jìn)機(jī)構(gòu)可做成側(cè)平衡式。在連動(dòng)盤(pán)3上加一個(gè)傳動(dòng)套11,在傳動(dòng)套上設(shè)一對(duì)稱(chēng)滑道,在滑道內(nèi)設(shè)對(duì)稱(chēng)的方滑塊滾動(dòng)套14,套內(nèi)按裝傳動(dòng)軸4,傳動(dòng)軸兩端按裝滾動(dòng)套5,套內(nèi)有滾動(dòng)軸承14,其兩端設(shè)擋圈15,在傳動(dòng)套11和缸體之間按裝活塞定徑軸承12。其它均于上速圖1原理一樣,此種結(jié)構(gòu)就是把每組活塞分別由一個(gè)步進(jìn)機(jī)構(gòu)控制,此種結(jié)因不受圓環(huán)缸體內(nèi)的空間所限制,能制成純滾動(dòng)式。
6.密封系統(tǒng)示意圖4所示在連動(dòng)盤(pán)3的三道徑向端面上,可做多道圓環(huán)形氣封和油封1,其圓環(huán)形活塞端面也可設(shè)多道密封環(huán)3,在密封環(huán)與端面氣,油封之間可設(shè)徑向密封條2,封其端面徑向縫隙。此密封系統(tǒng)按現(xiàn)有技術(shù)便可實(shí)現(xiàn)。
7.圓環(huán)形型腔的端面有三種形勢(shì)。
圓環(huán)型缸徑圖1,方型缸徑圖5,馬蹄型缸徑圖6,均可應(yīng)用。
8.其它說(shuō)明本機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng),冷卻系統(tǒng),點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)及起動(dòng)系統(tǒng),采用現(xiàn)有技術(shù)即可。
本步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī),基本理性如同步進(jìn)走路一樣,其步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子(主軸)如同上體,做勻速運(yùn)動(dòng),活塞如同走步,做步進(jìn)差速運(yùn)動(dòng)。此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,理性順其自然,此主要運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)是屬完全對(duì)稱(chēng)式的圓周旋轉(zhuǎn)式,因此為完全平衡式,不存在往復(fù)慣性力,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,重量輕,功率大,按往復(fù)式的同等體積其功率可提高五至十倍以上。傳動(dòng)上屬純滾動(dòng)和平衡傳導(dǎo)式,密封系統(tǒng)不存在三角轉(zhuǎn)子式的徑向密封漏氣問(wèn)題,制造成本低,加工容易等優(yōu)點(diǎn),其缺點(diǎn)是步進(jìn)機(jī)構(gòu)為線(xiàn)型接觸,易磨損,進(jìn)排氣系統(tǒng)為獨(dú)立式避免了進(jìn)氣損失,具有四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性能,能廣泛應(yīng)用于工、農(nóng)、交通、運(yùn)輸業(yè)尤其適用于對(duì)體積和功率要求嚴(yán)格的飛機(jī)坦克,艦船等國(guó)防工業(yè)的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī),由圓環(huán)形缸體型腔、四個(gè)旋轉(zhuǎn)活塞,通過(guò)連動(dòng)盤(pán)連接成對(duì)直的兩組,每組連動(dòng)盤(pán)內(nèi)設(shè)有對(duì)稱(chēng)式方滑塊傳動(dòng)軸、套與步進(jìn)機(jī)機(jī)構(gòu)所組成,其特征在于
2.如權(quán)利要求1所述有一個(gè)對(duì)稱(chēng)式的同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu),由活塞、連動(dòng)盤(pán)、方滑塊傳動(dòng)軸、滾動(dòng)套所組成。
3.如權(quán)利要求1、2所述,有一個(gè)對(duì)稱(chēng)式步進(jìn)機(jī)構(gòu),由步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子,步進(jìn)定位套與傳動(dòng)軸套所組成,其特征在于當(dāng)步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子做勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),能使活塞做步進(jìn)式運(yùn)動(dòng)工作,并含有加速度角,減速度和步進(jìn)換位角,按特定步進(jìn)運(yùn)動(dòng)方式所創(chuàng)型的步進(jìn)結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1、2、3所述的在特定的步進(jìn)機(jī)構(gòu)中含有上死點(diǎn)、下死點(diǎn)和壓縮極限角,在缸體上死點(diǎn)處設(shè)有點(diǎn)火器和噴油嘴,下死點(diǎn)活塞兩邊分別設(shè)有進(jìn)氣口和排氣口,在壓縮極限角內(nèi)的每只活塞的空間設(shè)有壓縮燃燒室。
5.如權(quán)利要求1、2、3、4所述的,有一個(gè)對(duì)稱(chēng)平衡滾動(dòng)式傳動(dòng)系統(tǒng),由活塞連動(dòng)盤(pán),方滑塊傳動(dòng)軸、滾動(dòng)套、步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子及滾動(dòng)軸承所組成。
6.如權(quán)利要求1所述的,有一圓環(huán)形缸體型腔,其端截面可是方型、馬蹄型、圓環(huán)型缸體工作腔。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4、5所述步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)有兩種結(jié)構(gòu)一、中平衡式;二、側(cè)平衡式。
8.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7所述,在連動(dòng)盤(pán)端面,活塞的圓周及連動(dòng)盤(pán)徑向,可設(shè)多道氣封和油封。
9.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8所述,側(cè)平衡式步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī),主要是有對(duì)稱(chēng)式側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)套、活塞定徑軸承、側(cè)平衡對(duì)稱(chēng)凸輪轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子內(nèi)含的轉(zhuǎn)動(dòng)軸,差徑滾動(dòng)套及擋圈。
10.如權(quán)利要求1到9所述,步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)活發(fā)動(dòng)機(jī)的步進(jìn)凸輪轉(zhuǎn)子(主軸),工作時(shí)是作勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),其活塞在缸體內(nèi)通過(guò)步進(jìn)機(jī)構(gòu)則作步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)工作。本機(jī)圓環(huán)形缸體形腔可組合排列成多缸型。
全文摘要
一種步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī),由圓環(huán)形缸體型腔,四個(gè)旋轉(zhuǎn)活塞,通過(guò)連動(dòng)盤(pán)連接成為對(duì)直兩組,每組連動(dòng)盤(pán)內(nèi)設(shè)有對(duì)稱(chēng)式方滑塊傳動(dòng)軸與滾動(dòng)套,與步進(jìn)機(jī)構(gòu)所組成。在圓環(huán)形缸體型腔的上下死點(diǎn)設(shè)有點(diǎn)火器和進(jìn)排氣筒,其特征當(dāng)步進(jìn)轉(zhuǎn)子(主軸)做勻速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),其兩組活塞則做步進(jìn)式差速旋轉(zhuǎn),進(jìn)行吸壓爆排工作。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、易密封、重量輕、功率大、加工容易,應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)加工便可實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)F02B53/00GK1049215SQ89106309
公開(kāi)日1991年2月13日 申請(qǐng)日期1989年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月30日
發(fā)明者趙家維 申請(qǐng)人:趙家維