專利名稱：內外轉子同心同向旋轉式發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由包括卵形齒輪對在內的齒輪組傳動的內、外轉子及機架、端蓋等部件組成的旋轉式發(fā)動機。這種機構也可用于液(氣)體“抽壓機”、液(氣)動機、熱氣機。
在公知的發(fā)動機中，最普遍使用的是活塞往復運動的發(fā)動機。它往復運動的桿件具有慣性力，限制了轉速的提高。而且活塞由于偏磨現象易于磨損。結構尺寸也偏大，比功率較低，冷卻系統(tǒng)也較復雜。一些主要的汽車生產國抱著巨大的熱忱，耗費巨資研制旋轉式發(fā)動機。首先在日本，已為轎車用大量生產“汪克爾發(fā)動機”，即三角旋轉活塞發(fā)動機。雖然有明顯的優(yōu)點，例如傳動機構，零件只進行回轉運動，結構尺寸和重量小，轉速范圍大，無自由慣性力等，但是“汪克爾發(fā)動機”的旋輪線氣缸壁制造困難，起動困難，油耗較大，有害物質排放過多。
本發(fā)明的目的是提供一種結構更簡單、比功率大、易于密封、起動性能好、轉速范圍寬廣的旋轉式發(fā)動機。
先簡述一下“汪克爾發(fā)動機”的構造原理?！巴艨藸柊l(fā)動機”即三角旋轉活塞發(fā)動機，其三角旋轉活塞不僅繞三角形的中心旋轉，而且三角形的中心又繞一固定軸線旋轉，于是三角形活塞的三個頂點的運動軌跡為一旋輪線，這個三角形活塞置于橫截面為旋輪線的氣缸中，三角形活塞的三個頂點通過密封條與氣缸內壁密貼，將氣缸內的空間隔成三個密閉空間，當三角形活塞旋轉時，這三個密閉空間的容積作周期性的變化。在密閉空間中充入油氣混合物，并在密閉空間容積最小時，即油氣混合物被壓縮終了時，點燃油氣混合物，則油氣混合物達到高溫高壓，并膨脹做功，推動三角形旋轉活塞旋轉，并通過與三角形旋轉活塞相聯結的擺線針輪減速器，帶動需要動力的機器的軸旋轉。
下面結合附圖對本發(fā)明所公布的風冷旋轉式發(fā)動機作詳細描述。


圖1是本發(fā)明內外轉子同心同向旋轉式發(fā)動機的剖面圖。
圖2是圖1的A-A剖面圖。
圖3是圖1所示的發(fā)動機中的卵形齒輪對在空間中的位置、轉向與發(fā)動機內、外轉子活塞在空間中的位置、轉向的對應關系的表示圖。
圖1所示的發(fā)動機中，內轉子軸(22)、外轉子殼(21)與機架(18)之間、齒輪箱箱體(24)之間，置有軸承(13)、(12)、(26)、(27)、(28)，機架靜止不動，內轉子軸及用花鍵聯結于它上面的內轉子楔形活塞(2)、(4)一起組成了內轉子。外轉子殼(21)及與之鑄為一體的外轉子楔形活塞(1)、(3)組成了外轉子。內、外轉子可相對于機架轉動，也能彼此相對轉動。內外轉子都是繞內轉子軸的中心線轉動的。內、外轉子活塞(1)、(2)、(3)、(4)與外轉子殼(21)內轉子軸(22)、發(fā)動機端蓋(10)及機架的一部分圍出了四個封閉空間，為發(fā)動機的工作空間。內轉子活塞環(huán)(9)、密封件(14)、(25)、(17)都是為工作空間的密閉性能而設的。卵形齒輪(7)鍵聯結于內轉子軸(22)上。卵形齒輪(8)和圓形齒輪(6)鍵聯結于變速軸(11)上。變速軸(11)上配有軸承(19)、(20)，置于機架上，變速軸(11)可相對于機架轉動。圓形齒輪(5)鍵聯結于外轉子殼(21)上。(23)為齒輪箱上蓋，(24)為齒輪箱箱體，我們稱內轉子的轉動方向為正轉，與之相反的轉動方向為反轉。當內轉子軸正轉時，帶動齒輪(7)正轉，與齒輪(7)嚙合的齒輪(8)反轉，帶動變速軸(11)及齒輪(6)反轉，與齒輪(6)嚙合的齒輪(5)正轉，帶動外轉子正轉。其中卵形齒輪(7)、(8)是一對大小形狀完全相同的卵形齒輪。齒輪(5)、(6)是一對直徑、模數都相同的圓形齒輪。反之，內轉子軸反轉時，則帶動齒輪(7)反轉，齒輪(8)、(6)正轉，齒輪(5)及外轉子反轉。綜上所述，內、外轉子的轉動方向總是相同的。又由于互相嚙合的卵形齒輪(7)、(8)起變速比傳動的作用，內、外轉子的轉動的角速度之比時時在改變，于是發(fā)動機各個工作空間的容積也就時時在改變，形成一種變容積機構。
下面我們結合圖3詳細說明圖1所示的旋轉式發(fā)動機。
圖3的第一橫行諸圖，表示卵形齒輪(7)、(8)在一周的轉動中，當兩卵形齒輪的嚙合半徑(由嚙合點到齒輪中心的距離)相等時，兩卵形齒輪的相對位置及轉向。圖3的第二橫行諸圖是發(fā)動機內、外轉子活塞在與第一行對應的時刻的位置及轉向。
卵形齒輪的節(jié)曲線方程為γ (a(1-e)2)/(1+eCOS2θ) 。兩齒輪的中心距A＝2a，γ為節(jié)曲線半徑，e為離心率，0＜e≦ 1/3 時，節(jié)曲線為凸形，e的具體數值可由設計者視其需要而定。我們采用的是二支卵形齒輪，卵形齒輪(7)、(8)的大小、形狀完全相同，其設計、制造較簡單。卵形齒輪可由數控插齒機YK5116型、YK53型、YK5332型和YK58型生產。在圖3I中的θ′可由下式求出θ′＝ 1/2 arcCOSe。在定軸距、變速比傳動的各類非圓齒輪中，卵形齒輪具有節(jié)曲線可為光滑的封閉凸曲線，回轉中心與齒輪的幾何對稱中心相重合的優(yōu)點，可用于高速重載的工作場合，是定軸距、變速比傳動其他類型齒輪，如對數齒輪、橢圓齒輪所不及的。其設計與制造可參看機械工業(yè)出版社1983年版《非圓齒輪與特種齒輪傳動設計》。圖3I中，齒輪7逆時針方向轉動，齒輪8順時針方向轉動，相應的內、外轉子活塞(1)、(2)、(3)、(4)逆時針轉動，圖3Ⅰ到圖3Ⅱ的過程中，齒輪(7)轉過2θ′角，齒輪8轉過2θ角時，活塞2、4轉過2θ′角，活塞(1)、(3)轉過2θ角，θ′＞θ，2θ′+2θ＝180°，形成圖3Ⅱ的情況。圖3第一橫行諸圖中，兩卵形齒輪的嚙合半徑都相等。當齒輪(7)、(8)由圖3Ⅰ向圖3Ⅱ轉動過程中，齒輪(7)的嚙合半徑小于齒輪(8)的嚙合半徑，內轉子轉動的角速度等于齒輪(7)的轉動的角速度，而圓形齒輪(5)(6)的直徑相等，所以外轉子轉動的角速度等于齒輪(8)的轉動角速度，而齒輪(7)、(8)轉動的角速度與其嚙合半徑成反比，所以此時齒輪(7)轉動的角速度大于齒輪(8)轉動的角速度，所以內轉子轉動的角速度大于外轉子轉動的角速度?；钊?2)、(3)之間、(1)、(4)之間容積減小，活塞(1)、(2)之間、((3)(4)之間容積增大。當卵形齒輪繼續(xù)轉動，由圖3Ⅱ轉到圖3Ⅲ的時候，齒輪(7)轉過2θ角，齒輪(8)轉過2θ′角時，內轉子活塞轉過2θ角，外轉子轉過2θ′角，活塞(1)、(2)間、(3)、(4)間容積減小，(1)、(4)間、(2)(3)間容積變大。在圖3Ⅰ到圖3Ⅱ的過程中，活塞(1)由A→B，活塞(2)由B→C，活塞(3)由C→D，活塞(4)由D→A。在圖3Ⅱ到圖3Ⅲ的過程中，活塞(1)由B→C，活塞(2)由C→D，活塞(3)由D→A，活塞(4)由A→B。圖3Ⅲ→圖3Ⅳ，圖3Ⅳ→圖3Ⅴ的過程可完全類似上述分析。在圖3Ⅰ→3Ⅱ的過程中，可將油氣混合物由進氣孔(16)吸入容積逐漸變大的活塞(1)(2)之間的空間中，則在圖3Ⅱ→圖3Ⅲ的過程中，活塞(1)(2)之間的油氣混合物將被壓縮，到圖3Ⅲ所示的位置時，油氣混合物在C、D間被壓縮到體積最小。這時，電火花塞(29)點燃油氣混合物，油氣混合物發(fā)出高熱，形成高溫高壓的燃氣，高壓燃氣有自發(fā)地增大體積的趨勢，迫使內外轉子繼續(xù)逆時針方向轉動活塞(1)(2)之間的體積逐漸增大，燃氣膨脹做功，在做功過程中，燃氣消耗其自身的內能，溫度逐漸降低。這是符合熱力學第二定律的。這里還需要從力學的角度，詳細分析為什么此時外轉子不反轉。燃氣在活塞(1)(2)之間的密閉空間里壓強處處相等，活塞(1)(2)沿徑向的橫截面面積也相等，所以燃氣驅使活塞(2)正轉的力矩與驅使活塞(1)反轉的力矩是相等的。而活塞(1)(2)之間有齒輪傳動，只能同方向轉動，這在前面已敘述過了。由于圓形齒輪(5)(6)的直徑相等，所以活塞(1)(2)所受的這兩個等大但反方向的力矩被大小不變的傳到卵形齒輪(7)(8)的嚙合點。驅使活塞(2)正轉的力矩，使得與內轉子軸鍵聯結的齒輪(7)正轉，并要帶動齒輪(8)反轉，而齒輪(8)在外轉子通過一對等大的圓形齒輪(5)(6)及變速軸傳來的燃氣對活塞(1)的力矩的作用下也要正轉，并要帶動齒輪(7)反轉，但在圖3Ⅲ→圖3Ⅳ的過程中，齒輪(7)的嚙合半徑較齒輪(8)的嚙合半徑小，齒輪(7)(8)所受傳來的燃氣產生的力矩又大小相等，所以在嚙合點處齒輪(7)推動齒輪(8)反轉的推力較齒輪(8)推動齒輪(7)反轉的推力為大。而且在嚙合點處，齒輪(7)推動齒輪(8)反轉的力臂(即齒輪(8)的嚙合半徑)也較齒輪(8)推動齒輪(7)反轉的力臂(即齒輪(7)的嚙合半徑)為大，故齒輪(7)將保持正轉，齒輪(8)在齒輪(7)的推動下將反轉，從而迫使齒輪(6)也反轉，齒輪(5)正轉，外轉子也正轉。即內、外轉子在燃氣推動下，沿原方向轉動，在此轉動過程中，燃氣體積增大，對外做功。從以上分析可知，迫使齒輪(7)正轉的力矩與迫使齒輪(7)反轉的力矩大小之比，與齒輪(7)(8)在該時刻嚙合半徑之比的平方成反比。而“汪克爾發(fā)動機”的起動力矩與偏心距(即三角活塞自轉中心到公轉中心的距離)有關，而偏心距又很小。所以本發(fā)明所公布的發(fā)動機的起動，遠較“汪克爾發(fā)動機”容易。即使與往復活塞式發(fā)動機相比也不遜色。這里要注意兩點1、卵形齒輪受到兩個反向的力矩，受力較大，所以齒寬要大一些，保證足夠的強度。2、內、外轉子的正轉，將迫使機架反轉，所以機架應牢固地聯結在一穩(wěn)固的基礎上，如汽車底架上。
由圖3Ⅳ到圖3Ⅴ的過程中，活塞(1)(2)間容積逐漸減少，此時為排氣沖程。
與往復式發(fā)動機類似，發(fā)動機只有在做功沖程中，將熱能轉化為機械能，其他沖程則靠慣性運行。
我們可類似分析其他工作空間的情況。
我們可按排每一個沖程的進行都在空間的某一固定位置進行。例如按排每一個工作空間的吸氣沖程都總是在該工作空間兩側的活塞由A、B轉至B、C進行，則壓縮沖程總是在該活塞由B、C轉至C、D時進行，工作沖程總是在活塞由C、D轉至D、A時進行，排氣沖程總是在活塞由DA轉至A、B時進行。
我們看到，這種發(fā)動機中的所有四個封閉空間都處于進氣壓縮、工作、排氣的某個狀態(tài)中，沒有往復式發(fā)動機活塞背面那種不能利用的“死空間”。所以圖1所示的發(fā)動機相當于4缸4沖程發(fā)動機。如將內、外轉子活塞各設置3個，則有6個工作空間，相當于6缸4沖程發(fā)動機，等等。
發(fā)動機的壓縮比與θ′的大小有重要關系，當然與發(fā)動機內、外轉子活塞厚度也有關系，但影響較小。θ′可由2θ′＝arcCOSe計算。圖3所示諸圖中，所示的各工作空間大小都為極值(極大或極小值)。
壓縮比＝ (2θ′-轉子活塞平均壁厚所對圓心角)/(2θ-轉子活塞平均壁厚所對圓心角) θ′＝ 1/2 arcCOSe2θ′+2θ＝180°。
當設計者選定一壓縮比后，即可推算出θ的大小，并由上式決定e值的大小，選定一定e值的卵形齒輪，一定e值卵形齒輪可由數控插齒機生產。
這種發(fā)動機的外轉子殼高速旋轉時，外轉子殼外表面附近的空氣相對于外轉子殼表面高速運動，起了強烈的風冷作用，所以這種發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)可省去或簡化。
作為實施例之一，在圖1中，去掉電火花塞(29)，保留進氣孔(16)、排氣孔(15)，并在其中裝上進液(氣)閥、排液(氣)閥，內轉子軸由其他動力機驅動，這種機構即成為液(氣)體的壓縮機或抽吸機。
作為實施例之二，在圖1中，去掉電火花塞(29)，保留進氣孔(16)、排氣孔(15)，并在其中裝上進液(氣)閥、排液(氣)閥，并將孔(16)接在壓力液(氣)動源上，這種機構即成為液(氣)動機。這時壓力液(氣)體起的作用，相當于內外轉子同心同向旋轉式發(fā)動機中的燃氣的作用。
權利要求
1.一種內外轉子同心同向旋轉式發(fā)動機，由燃料供給系、配氣機構、點火系、潤滑系、冷卻系等組成，其特征是發(fā)動機的內轉子軸(22)及內轉子活塞(2)、(4)組成了內轉子，發(fā)動機的外轉子殼(21)與端蓋(10)螺紋聯結，機架(18)的一端有電火花塞(29)及進氣孔(16)、排氣孔(15)、與內、外轉子及端蓋(10)圍成了發(fā)動機的幾個封閉的工作空間，外轉子殼的軸端的內孔配有軸承(27)，套在內轉子軸(22)上，外轉子殼軸端的外表面配有軸承(26)，置于齒輪箱箱體(24)上，端蓋(10)配有軸承(12)，置于機架上，內轉子軸(22)的一端配有軸承(13)，置于機架上，另一端配有軸承(28)，置于齒輪箱箱體(24)上，內、外轉子的中心線重合，齒輪箱中有卵形齒輪(7)、(8)、圓形齒輪(5)、(6)，具有變速比傳動的作用，內轉子軸與卵形齒輪(7)鍵聯結，外轉子殼的軸端與圓形齒輪(5)鍵聯結，內、外轉子在齒輪(7)、(8)、(6)、(5)的傳動下，圍繞內轉子軸的中心線作方向相同且角速度之比周期性變化的轉動，使得發(fā)動機的工作空間和容積作周期性的變化，完成發(fā)動機的進氣、壓縮、作功、排氣四沖程。
2.根據權利要求1所述的發(fā)動機，其特征是卵形齒輪(7)與另一形狀、大小完全相同的卵形齒輪(8)嚙合，卵形齒輪(8)鍵聯結于變速軸(11)上，變速軸上套有軸承(19)、(20)，置于機架(18)上，在變速軸(11)上，還用鍵聯結著另一圓形齒輪(6)，此圓形齒輪(6)與另一模數、直徑都相等的圓形齒輪(5)嚙合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內、外轉子同心同向旋轉式發(fā)動機。這種發(fā)動機的內、外轉子、端蓋及機架一部分圍成幾個封閉的發(fā)動機工作空間。內、外轉子由一齒輪組傳動，這個齒輪組中有一對卵形齒輪，起變速比傳動的作用，內、外轉子可作同心、同向、異轉速的轉動，發(fā)動機工作的空間的容積也作周期性的變化，從而完成發(fā)動機的進氣、壓縮、做功、排氣四沖程。這種發(fā)動機的變容積機構，也可用于各種液(氣)體的“抽壓機”、液(氣)動機。
文檔編號F01C17/02GK1040655SQ89107078
公開日1990年3月21日 申請日期1989年9月9日 優(yōu)先權日1989年9月9日
發(fā)明者王立 申請人:王立