專利名稱：滑塞式轉子發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于發(fā)動機技術領域，具體說當中心體定心轉動時，活塞一端在中心體平面上按一定擺幅來回擺動(滑動)，而活塞另一端在缸體內形面上做轉動滑動的發(fā)動機。
當前，轉子發(fā)動機最為有效的是德國汪克爾博士發(fā)明的三角轉子發(fā)動機。它是通過三角形轉子在橢園形缸中繞中心軸做不同心轉動來實現(xiàn)做功的，實現(xiàn)了連桿活塞往復運動發(fā)動機向轉子發(fā)動機的轉變，大大減少了機械功率損耗。但是，由于結構復雜，尤其是冷卻困難、密封條件差、力矩小等原因，使其沒能得到廣泛應用。
本發(fā)明的目的是提出一種具有中心體和滑動活塞的發(fā)動機，解決了現(xiàn)有轉子發(fā)動機結構型式變化少、結構復雜、密封條件差等問題，提高了單缸發(fā)動機的穩(wěn)定性。
一、實現(xiàn)本發(fā)動機做功運動，是由下述結構完成的1、固定的缸體。2、裝在缸體上的膜片式電子高壓噴油器(或火花塞)。3、可以定心轉動的中心體(轉子)。4、對缸體和中心體都做相對滑動的活塞。
平衡裝置與摩擦片離合器裝在中心體內的此種發(fā)動機，其中心體由下列結構組成中心體主體、中心體兩端蓋、平衡輪、固定輪、拉桿、推拉盤、彈簧圈、傳動軸、分別與傳動軸和中心體主體配合的摩擦片。
二、本發(fā)動機的具體工作原理如下1、當中心體在扭矩的作用下定心轉動時，推動了其平面上的活塞一起轉動，同時活塞還在缸體內形面上滑動。當活塞轉到缸體上的進氣口時，活塞與缸體內形面間的空間(以下簡稱“工作室”)體積逐漸增大，新鮮空氣(或經(jīng)過化油器的可燃混合氣)從進氣口進入工作室。完成了進氣沖程。
2、當活塞轉過進氣口后，工作室體積逐漸縮小，其中的氣體被壓縮。當活塞繼續(xù)轉到電子高壓噴油器的噴油口(或火花塞)時，燃油噴出(或火花塞點火)，使工作室內高溫壓縮氣體燃燒。完成了壓縮沖程。
3、隨著活塞的轉動，工作室體積逐漸增大，燃燒氣體膨脹做功，作用在活塞上推動中心體轉動。這是做功沖程。
4、當活塞繼續(xù)轉到排氣口時，工作室體積逐漸縮小，其中廢氣被從排氣口排出。完成了排氣沖程。
然后，活塞在中心體的推動下繼續(xù)轉到進氣口，新鮮氣體進入工作室。這樣就完成了發(fā)動機的一次工作循環(huán)。
本發(fā)動機是從中心體兩端的中心軸輸出動力的。
5、對于中心體內具有平衡裝置與離合器的發(fā)動機，兩裝置的工作原理如下(1)、發(fā)動機工作時，隨著中心體的轉動，與固定輪配合的平衡輪也在轉動，就是說平衡輪的質點(所有平衡輪的質量重心)也在轉動，并與活塞質點(所有活塞的質量重心)的轉動同步，方向一致。因此，經(jīng)過質量配置的平衡輪起平衡作用。
(2)、當拉桿拉緊時，帶動推拉盤拉緊，擠壓強力彈簧圈變形，變形力作用在摩擦片上，使摩擦片互相頂緊。當拉桿推出時，推動推拉盤脫離彈簧圈，彈簧圈恢復正圓，摩擦片松開。
三、本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、此發(fā)動機的單缸穩(wěn)定性優(yōu)良。由于缸體內形線有許多種選型，再加上活塞數(shù)量的選擇及其合理布局，可以使發(fā)動機工作平穩(wěn)。
2、此種發(fā)動機結構布局合理，中心體的體積大，起到慣性飛輪的作用。缸體和活塞均勻布置在中心體周圍。
3、此種發(fā)動機可以采用缸內風冷卻，對缸體內形面及活塞冷卻效果優(yōu)良?？珊喕鋮s系統(tǒng)，提高發(fā)動機轉速。
4、此種發(fā)動機的膜片式電子高壓噴油器結構緊湊、體積小、工作可靠。
(1)、采用膜片式噴油嘴，可以取代傳統(tǒng)的閉式噴油器(孔式和軸針式)，用于其它場合。
(2)、采用了分流電路，準確控制噴油量。
5、此種發(fā)動機缸體內形面的形線(以下簡稱“缸體內形線”)可以設計成多種形式，單缸中可采用不同數(shù)量的活塞及不同的布置形式，使發(fā)動機具有不同的功能。如單缸多活塞可以達到連桿活塞發(fā)動機的多缸工作平穩(wěn)性，也可以達到中心軸不受載荷的效果，提高了使用壽命，適合大功率發(fā)動機。
6、從外觀上看是一圓盤狀，結構緊湊、合理，各部件加工簡單。
7、此種發(fā)動機可以將離合器設置在中心體內。對于活塞運動不平衡的發(fā)動機，也可以將平衡器裝置同時裝在中心體內，減小了發(fā)動機體積，動力傳輸直接有效。
四
1、圖1為此種發(fā)動機的一個典型結構圖。
2、圖2為此種發(fā)動機缸內風冷卻原理示意圖。
3、圖3、4、5、6為此種發(fā)動機四個沖程的終止狀態(tài)示意圖。
4、圖7為此種發(fā)動機采用的膜片式電子高壓噴油器的結構圖。
5、圖8為高壓油噴出時膜片的工作狀態(tài)圖。
6、圖9為此種噴油器控制噴油量的分流電路圖。
7、圖15為此種噴油器膜片另一種結構的示意圖。
8、圖10為此種發(fā)動機缸體內形線理論設計原理圖。
9、圖11、12、14為缸體理論內形線舉例圖。
10、圖13為缸體實際形線的創(chuàng)成方法示意圖。
11、圖16、17、18、19、20、21為活塞與中心體的連接方法示意圖。
12、圖22、23為此種發(fā)動機具有離合器裝置和平衡裝置的中心體結構圖舉例。圖24為質點運動軌跡平衡圖。圖25為摩擦片被頂緊時彈簧圈狀態(tài)圖。
五、結合附圖具體說明本發(fā)明機理1、在圖1所示的結構中，中心軸〔10〕與中心體〔2〕為一體(也可分開設計)。中心體〔2〕在扭矩(啟動時為外扭矩，發(fā)動機工作時為活塞作用的扭矩)的作用下，以箭頭方向定心轉動。中心體平面分別推動活塞〔9〕(兩個)沿缸體〔3〕的形線轉動，同時活塞在中心體平面上按一定擺幅來回擺動(滑動)。
此種發(fā)動機工作是按四個沖程為一個循環(huán)周期(1)、進氣沖程當活塞〔9〕轉到進氣口〔27〕時，活塞〔9〕與缸體〔3〕內壁間的空間(以下簡稱“工作室”)體積逐漸增大，新鮮空氣(或可燃混合氣)進入工作室。
(2)、壓縮沖程當活塞〔9〕轉過進氣口〔27〕后，工作室體積將逐漸縮小，氣體被壓縮。當壓縮到一定程度時，安裝在螺紋口〔28〕處的高壓噴油器開始噴油(或裝于螺紋口〔28〕處的火花塞點火)，工作室中高溫壓縮氣開始燃燒。
(3)、做功沖程隨著活塞〔9〕的繼續(xù)轉動，工作室的體積逐漸增大，其內燃燒的高壓氣體膨脹做功。直觀的做功形式表現(xiàn)為工作室體積增大的同時，活塞〔9〕在中心體〔2〕的平面上不斷滑動，其中心線偏離中心體中心(即中心軸的軸心)一段距離，而工作室中的高壓氣體作用在活塞上的合力是在活塞的中心線上，于是活塞〔9〕對中心體〔2〕的作用就形成了一定扭矩推動中心體轉動。
(4)、排氣沖程當活塞〔9〕轉到排氣口〔26〕時，工作室體積逐漸縮小，其內廢氣被從排氣口排出。
隨著活塞〔9〕繼續(xù)轉動，轉到進氣口〔27〕時，工作室內又充滿了新鮮氣體。這樣，發(fā)動機就完成了一次工作循環(huán)。
圖中所示〔6〕、〔7〕、〔8〕為密封條，它們底下有彈簧片?！?〕為密封擋塊，其下有彈簧片?！?〕為安裝在活塞〔9〕上的輪子，它與中心體〔2〕上的平面做相對滾動?！?〕為固定在中心體〔2〕上的葉片(說明圖2時再詳細說明它的作用)。
2、在圖2中，隨著中心體〔2〕的轉動，固定在其上的葉片〔1〕隨之轉動，起到風扇的作用，使冷卻氣體(圖2中用小箭頭表示)從第一個端蓋〔31〕的壁孔處被吸入缸體〔3〕內，然后從另一個端蓋〔29〕的壁孔處排出。由于進氣口(圖1中〔27〕與缸體〔3〕連通，為防止冷卻氣體流入進氣口〔27〕，進氣口〔27〕內可裝一起單向閥作用的笛簧片。
3、圖3、4、5、6分別表示進氣沖程終止狀態(tài)、壓縮沖程終止狀態(tài)、做功沖程終止狀態(tài)、排氣沖程終止狀態(tài)。其中〔25〕為火花塞(或噴油器)，〔27〕與〔26〕表示進氣口和排氣口。
4、結合圖7、8、9、15具體說明膜片式電子高壓噴油器的工作原理(1)、噴油過程在圖7中，當發(fā)動機中心體(圖1中〔2〕)轉到某一角度范圍時，線圈〔18〕的電路被接通，線圈〔18〕有電流流過，其中心部位的噴油器主體〔19〕帶有磁性，吸引吸片〔11〕克服彈簧片〔12〕的彈力，并推動閥桿〔30〕向下移動。閥桿把主體〔19〕油路(稱“主油路”)中的燃油推入導油塊〔20〕的環(huán)形槽內，由于膜片〔21〕具有一定彈性，使環(huán)形槽中的燃油達到一定壓力(形成高壓油)后才能使膜片〔21〕彎曲，于是環(huán)形槽中的高壓油從膜片〔21〕的中心孔噴出，通過襯套〔22〕上的孔道進入工作室。
在圖8中，小箭頭表示高壓油，膜片〔21〕呈彎曲狀，〔3〕為發(fā)動機缸體。
(2)、噴油終止當吸片〔11〕下行至接觸到簧片觸點〔24〕時，噴油器停止噴油。因為這時分流電路(如圖9)中的開關K被接通，一部分電流流過分流電阻R，線圈L(即圖7中的〔18〕中的電流減少，同時吸片〔11〕所受的吸力減小到略比彈簧片〔12〕的彈力大，但不足以使燃油噴入工作室。就有說，在中心體(圖1中〔2〕還沒有轉過線圈〔18〕的通電范圍時，吸片〔11〕一旦接觸到觸點〔24〕，就能始終保持接觸，直到中心體(圖1中〔2〕)轉過線圈〔18〕的通電范圍。因此，分流電路避免了吸片〔11〕震動帶來的噴油量難以控制的弊端。
(3)、閥桿〔30〕的復位當中心體(圖1中〔2〕)轉過線圈〔18〕的通電范圍后，線圈〔18〕中無電流通過，吸片〔11〕失去磁力吸引，被彈簧片〔12〕彈起，帶動閥桿〔30〕上行，直到接觸限位螺栓〔13〕停止，這時主油路處于真空狀態(tài)，燃油從進油嘴〔23〕中被吸進主油路，以待下次噴油。
(4)、膜片〔21〕的復位當閥桿〔30〕停止下行時，油路中油壓下降，膜片〔21〕靠自身彈力恢復平直，并與導油塊〔20〕緊密接觸，其中心孔被導油塊〔20〕堵住，阻止了主油路中燃油漏入缸體(圖1中〔3〕)和缸體(圖1中〔3〕)中氣體進入主油路。
膜片的式樣很多，圖15是另一種膜片的結構。
(5)、噴油量的調節(jié)轉動調節(jié)螺栓〔16〕，帶動簧片觸點〔24〕轉動，調節(jié)了簧片觸點<p>
(b)對于基礎多邊形邊數(shù)較少且尺寸一定的發(fā)動機，如不考慮單缸的穩(wěn)定性，只考慮動力的連續(xù)性或大功率輸出，可選用活塞數(shù)為“邊數(shù)-1”。
(c)對基礎多邊形邊數(shù)較多，或強調單缸穩(wěn)定性的發(fā)動機，可選用活塞數(shù)為“邊數(shù)-2”。
(d)對于要求中心軸所受載荷很小(可接近零)的發(fā)動機，基礎多邊形邊數(shù)可選擇4m(其中m為偶數(shù))，活塞數(shù)選擇“邊數(shù)-2”。適合于大功率發(fā)動機。
(e)對于強調缸內冷卻的發(fā)動機(保證高轉速)，可適當減少活塞數(shù)量。
(3)、用創(chuàng)成法設計實際缸體內形線在圖13中，粗實線大圓弧是此種發(fā)動機缸體的理論內形線。由于活塞與缸體內壁的接觸處(密封條)應有一定弧度，圖13中粗實線小圓弧是密封條的圓弧，其圓心在粗實線大圓弧上滑動，小圓弧軌跡的外包容線是虛線的大圓弧，即實際缸體內形線。
6、結合圖16、17、18、19、20、21說明活塞與中心體的連接方法(1)、圖16表示輪子與平面的接觸連接。輪子裝在活塞上，平面是中心體平面。
(2)、圖17、18、19分別表示輪子與平面有約束接觸連接、多輪與平面接觸連接、多輪與平面有約束連接。輪子可以裝在活塞上，也可以裝在中心體上。
(3)、圖20表示活塞平面與中心體平面接觸連接。
(4)、圖21表示活塞平面與中心體平面有約束接觸連接。
除以上幾種，活塞與中心體還有其它連接方法。
7、圖22、23所示為基礎多邊形為四邊形，三個活塞均布的此種發(fā)動機結構。其中心體內具有平衡器裝置和離合器裝置。
(1)、結合圖22、23、24、25說明兩裝置的工作原理a、離合器工作原理當拉桿〔43〕拉緊時，帶動推拉盤〔42〕拉緊，擠壓強力彈簧圈〔39〕變形，如圖25所示，彈簧圈〔39〕橫向延伸，擠壓摩擦片〔38〕(與中心體主體〔40〕配合)和摩擦片〔37〕(與轉動軸〔45〕配合)緊密貼合，達到傳遞動力的目的。當拉桿〔43〕推出時，推拉盤〔42〕脫離彈簧圈〔39〕，使之恢復正圓形，摩擦片(〔37〕和〔38〕)松開，傳動軸不傳遞動力。
圖23中，〔36〕、〔41〕分別是中心體兩端蓋。
b、平衡裝置工作原理當中心體主體〔40〕轉動時，其上的平衡輪〔32〕隨之轉動，由于平衡輪〔32〕與固定輪〔35〕按2∶1的傳動比配合，而固定輪〔35〕通過固定架〔44〕固定在缸體〔33〕上，所以平衡輪〔32〕與中心體主體〔40〕的傳動比為3∶1，即中心體主體〔40〕轉1圈，平衡輪〔32〕轉3圈，并且轉動方向一致。在發(fā)動機工作時，三個活塞〔34〕在運動，它們的質點也在運動，且運動方向與中心體主體〔40〕轉動方向一致，其運動軌跡如圖24中曲線〔47〕，曲線〔47〕形狀基本與缸體內形線相似，當中心體主體〔40〕轉1圈時，活塞〔34〕的質點沿曲線〔47〕轉3圈，與活塞數(shù)量相同?？梢娀钊?4〕質點的轉動與平衡輪〔32〕質點的轉動同步，并方向一致。
圖24中，曲線〔48〕是平衡輪〔32〕質點的轉動軌跡，由于活塞〔34〕的質點與平衡輪〔32〕的質點運動同步并方向一致，經(jīng)過合理配置平衡輪〔32〕的質量，能使活塞〔34〕的慣性力減為最小。圖24中曲線〔46〕即為最小的慣性力變化曲線。
(2)、平衡輪的選擇對于活塞均布且活塞運動不平衡的發(fā)動機，活塞質點的運動曲線與其缸體內形線形狀相似，中心體轉1圈，活塞質點轉過的圈數(shù)與活塞數(shù)相等。采用圖22、23所示平衡機構，可以通過選擇固定輪與平衡輪的齒數(shù)比來達到平衡輪質點運動與活塞質點運動同步并且方向相同，再經(jīng)合理選擇平衡輪質量，使活塞的慣性力減為最小。
在平衡機構中，平衡輪數(shù)量不得少于2，質量相同，均布在固定輪周圍。
六、此種發(fā)動機應用范圍1、可以取代連桿活塞發(fā)動機和三角轉子發(fā)動機。
2、可以作為汽油發(fā)動機，也可以作為柴油發(fā)動機。
3、可以使用氫氣、天然氣作燃料。
權利要求
1.滑塞式轉子發(fā)動機(見圖1)，包括缸體[3]、活塞[9]、中心體[2]和中心軸[10](兩者可為一體)、缸內風冷組件葉片[1]、與螺紋口[28]配合的電子高壓膜片式噴油器(如圖7)(或火花塞[25]<看圖4>)。對于離合器和平衡裝置安在中心體內的此種發(fā)動機(看圖22、23)，中心體由下列組件構成固定輪[35]、平衡輪[32]、拉桿[43]、推拉盤[42]、彈簧圈[39]、摩擦片[37]和[38]、傳動軸[45]、中心體主體[40]、中心體端蓋[36]和[41]。電子高壓膜片式噴油器(看圖7)由下列組件構成吸片[11]、閥桿[30]、限位螺栓[13]、彈簧片[12]、調節(jié)螺栓[16]、電磁線圈[18]、簧片觸點[24]、進油嘴[23]、主體[19]、帶環(huán)形槽的導油塊[20]、膜片[21]、襯套[22]、套筒[14]、分流電路中的分流電阻R(看圖9)。以上構件組成了此種發(fā)動機。其特征在于看圖1，活塞[9]沿缸體[3]的內壁滑動時，始終有兩條密封條[6]與缸體[3]的環(huán)形內壁接觸，同時活塞[9]在中心體[2]的平面上來回滑動。燃燒氣膨脹作用在活塞[9]上，活塞[9]又作用在中心體[2]上，產生一定的扭矩，使中心體[2]定心轉動做功。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于缸體內形線的創(chuàng)成法。看圖10，線段BC與線段DE分別是任意一個偶數(shù)等邊多邊形的兩條對邊，線段AB是BC的一個鄰邊，F(xiàn)、H分別是DE和AB邊的中點，G為線段OF上任意一點，I點是BG與HO的交點。現(xiàn)在分別以G、I點為圓心，畫圓弧
，得到
。如果用同樣方法將該多邊形各頂點用圓弧連接起來，就形成了密閉曲線，是該種發(fā)動機的基礎內形線。圖13中，粗實線大圓弧是此種發(fā)動機的基礎內形線，粗實線小圓弧是密封條圓弧，其圓心在粗實線大圓弧上滑過，小圓弧軌跡的外包容線是虛線大圓弧，即實際缸體內形線。
3.根據(jù)權利要求1和2所述的發(fā)動機，其特征在于它的電子高壓膜片式噴油系統(tǒng)。采用了分流電路控制噴油量和膜片式噴油嘴，實現(xiàn)了噴油和斷油迅速?？磮D7、8、9、15，當線圈〔18〕通電時，產生磁場，使閥桿〔30〕克服彈簧片〔11〕的阻力，擠壓燃油進入導油塊〔20〕的環(huán)形槽內，使膜片〔21〕(中心有孔)彎曲，同時形成高壓油噴入缸體〔3〕內。當吸片〔11〕下行到接觸簧片觸點〔24〕時，分流電路(如圖9)中的開關K接通，分流電阻R分流，線圈L(〔18〕)磁力減小，吸片〔11〕停止下行，當線圈中電流消失時，在彈簧片〔12〕作用下彈起，接觸到限位螺栓〔13〕后停止。擰動調節(jié)螺栓〔16〕，能調節(jié)吸片〔11〕的行程，控制了噴油量。
4.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于具有缸內冷卻系統(tǒng)?？磮D2，中心體帶動葉片〔1〕轉動，形成風扇，使冷卻氣體通過缸內。
5.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于中心體內的平衡機構?？磮D22、23，平衡輪〔32〕的轉動，平衡了活塞〔34〕運動不平衡帶來的慣性力。
6.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于中心體內的摩擦片離合器機構?？磮D23，拉桿〔43〕帶動推拉盤〔42〕拉緊擠壓彈簧圈〔39〕，使之變形，變形力壓迫摩擦片〔37〕、〔38〕互相貼緊，傳遞動力。
全文摘要
本發(fā)明屬于發(fā)動機技術領域?？锤綀D，此種發(fā)動機缸體[3]具有特殊內形面，中心體[2]可定心轉動，在發(fā)動機工作時，活塞[9]一端始終有兩條密封條[6]與缸體[3]內形面接觸，其另一端在中心體[2]的平面上來回滑動。膨脹氣體通過活塞[9]對中心體[2]產生一定扭矩，使之轉動做功。該發(fā)明解決了現(xiàn)有轉子發(fā)動機結構復雜、冷卻困難等問題。
文檔編號F02B55/06GK1078767SQ93104838
公開日1993年11月24日 申請日期1993年5月15日 優(yōu)先權日1993年5月15日
發(fā)明者譚波 申請人:譚波