本發(fā)明屬于一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)設(shè)計領(lǐng)域，涉及一種凸輪轉(zhuǎn)子內(nèi)燃發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

活塞內(nèi)燃機(jī)的特點是通過活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)直線運動，并通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)曲軸回轉(zhuǎn)運動輸出。在曲軸回轉(zhuǎn)兩周時活塞內(nèi)完成一次奧托循環(huán)。由于活塞內(nèi)燃機(jī)的奧托循環(huán)的進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣四個工作過程是對應(yīng)活塞的四段直線運動，因而分別稱作進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。人們通常認(rèn)為，活塞式內(nèi)燃機(jī)熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)動性強(qiáng)，運行維護(hù)簡便等優(yōu)點，甚至認(rèn)為活塞內(nèi)燃機(jī)的動力裝置，尤其是機(jī)械結(jié)構(gòu)，已經(jīng)達(dá)到登峰造極的程度。然而，活塞內(nèi)燃機(jī)的曲柄回轉(zhuǎn)兩周，才能完成一次奧托循環(huán)，輸出動力的做功過程只占四分之一，因而運動波動大。其間還需要通過凸輪控制的進(jìn)、排氣門進(jìn)行配合，傳動環(huán)節(jié)多。目前活塞式內(nèi)燃機(jī)仍有許多不盡如人意之處，特別是其熱效率只有40％左右。受曲柄滑塊機(jī)構(gòu)特性限制，做功沖程產(chǎn)生的化學(xué)能很難有效利用。如燃料爆發(fā)力最強(qiáng)大的時段，恰恰對應(yīng)曲柄處于死點附近，爆發(fā)力變成內(nèi)力主要作用于軸承上內(nèi)耗掉了，最大力臂長度和活塞行程取決于曲柄長度，對應(yīng)最大力臂處，燃料的爆發(fā)力以下降很多。這也是活塞內(nèi)燃機(jī)效率難以提高的一個根本原因。

三角轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)，又稱三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)、米勒循環(huán)發(fā)動機(jī)，它是目前唯一一個成功商業(yè)化的轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)。這種內(nèi)燃機(jī)由德國人菲加士·汪克爾發(fā)明，所以也叫汪克爾發(fā)動機(jī)。三角轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)利用一個或多個具有等徑特性的曲邊三角形轉(zhuǎn)子，在類似橢圓形的特定內(nèi)腔廓型轉(zhuǎn)子倉內(nèi)作強(qiáng)迫行星運動，代替活塞的作用，將壓力轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。完全不同于活塞內(nèi)燃機(jī)的往復(fù)直線運動，轉(zhuǎn)子在一個方向上連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而不是象活塞發(fā)動機(jī)中的活塞那樣劇烈地改變方向。轉(zhuǎn)子有三個面與缸壁正好可以形成三個燃燒室三角轉(zhuǎn)子把汽缸分成三個獨立空間。由于轉(zhuǎn)子本身旋轉(zhuǎn)時，即可有規(guī)律地露出進(jìn)排氣孔，所以不須象活塞內(nèi)燃機(jī)一樣配備專門的氣門，三個空間各自先后完成進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣，三角轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)一周，發(fā)動機(jī)點火做功三次。三角轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)精簡結(jié)構(gòu)，體積小，質(zhì)量輕，運行安靜,噪聲小，具有均勻的扭矩特性。

三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)雖然較好地解決了端面密封和徑向密封問題，并具有動力強(qiáng)勁等很多突出的優(yōu)點，但仍存在核心件加工要求過高，對磨損過于敏感、壓縮比調(diào)整困難、熱效率低等關(guān)鍵問題，燃燒效率仍難提高。同時，類似于活塞內(nèi)燃機(jī)，三角轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)的可拓展性也是有限的。另外燃料產(chǎn)生的膨脹力在轉(zhuǎn)化為輸出軸的動力時，力的傳遞存在天然缺陷。膨脹力雖然能推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，但其作用合力對轉(zhuǎn)子軸的力矩卻很難提高，同樣內(nèi)耗比例過高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，受凸輪機(jī)構(gòu)在泵和馬達(dá)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的啟發(fā)，再針對內(nèi)燃機(jī)奧托循環(huán)特殊要求進(jìn)行改造，在突破的四個過程有序轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)以后，發(fā)明一種凸輪轉(zhuǎn)子內(nèi)燃發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)設(shè)計方法。凸輪轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)直接將可燃?xì)獾娜紵蛎浟D(zhuǎn)化為驅(qū)動扭矩，轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)有多種結(jié)構(gòu)方案，原理差異也較大，但都是利用旋轉(zhuǎn)的方式來改變工作腔容積，進(jìn)而實現(xiàn)燃料氣的熱力循環(huán)。燃燒產(chǎn)生的動力直接作用于定軸回轉(zhuǎn)的輸出轉(zhuǎn)子上，無需任何運動變換過程，從而運動傳遞環(huán)節(jié)短，有利于提高傳動效率。系統(tǒng)可做到無任何偏心回轉(zhuǎn)，系統(tǒng)平衡容易實現(xiàn)，因此運動平穩(wěn)。加上無往復(fù)運動件，動力損耗小，系統(tǒng)震動小，可實現(xiàn)低噪音運行?？稍诮y(tǒng)一結(jié)構(gòu)中通過控制系統(tǒng)配合實現(xiàn)多種工作模式件的柔性轉(zhuǎn)換，適應(yīng)性極高，尤其適合配合計算機(jī)進(jìn)行柔性自動控制。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種凸輪轉(zhuǎn)子內(nèi)燃發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)設(shè)計方法，其特征是，設(shè)計方法涉及動力系統(tǒng)中的內(nèi)腔構(gòu)件，外回轉(zhuǎn)面構(gòu)件、凸輪、端部構(gòu)件、凸輪從動件、氣門和氣門控制裝置；內(nèi)腔構(gòu)件的內(nèi)表面有回轉(zhuǎn)面；使凸輪隨內(nèi)腔構(gòu)件和外回轉(zhuǎn)面構(gòu)件之一可相對另外一個做定軸回轉(zhuǎn)；先通過內(nèi)腔構(gòu)件的內(nèi)表面、外回轉(zhuǎn)面構(gòu)件的外表面以及相應(yīng)的端部構(gòu)件將凸輪包容起來，除凸輪輪廓面以外的其它表面均構(gòu)成接觸密封關(guān)系，借助凸輪升程和回程造成凸輪輪廓的尺寸變化，形成非均勻變化的環(huán)形間隙；再用一組凸輪從動件安裝在未與凸輪固定的內(nèi)腔構(gòu)件或外回轉(zhuǎn)面上，利用凸輪從動件與光順凸輪輪廓面間的高副連接可構(gòu)成接觸密封的特性，將前述環(huán)形間隙沿周向分隔成多個密封腔室，它們的容積會隨凸輪和從動件的相對運動而增大和減小交替變化；

用氣門控制裝置控制氣門，連通各腔室的進(jìn)排氣口，有序地控制其中氣體的流向；控制氣門開關(guān)的時序，即可順序完成奧托循環(huán)；膨脹做功過程將燃料燃燒產(chǎn)生的化學(xué)能以高壓的形式作用在凸輪輪廓和凸輪從動件之間，從而使兩者以相對回轉(zhuǎn)運動形式輸出機(jī)械能；動力系統(tǒng)方法包括如下步驟：

a.凸輪結(jié)構(gòu)類型的選擇

凸輪的形狀有盤形凸輪和端面凸輪；

所謂盤形凸輪，是指構(gòu)成凸輪機(jī)構(gòu)的工作輪廓設(shè)置在回轉(zhuǎn)體的回轉(zhuǎn)面上，從而驅(qū)動其從動件在垂直于凸輪回轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)運動的凸輪；這里的回轉(zhuǎn)體表面最常用的是圓柱面，也可以是其它任何平面曲線段作母線以同一平面內(nèi)的一條直線作回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)形成的軌跡，錐臺形、鼓形、腰鼓形、球面形屬于此類；

所謂端面凸輪，是指構(gòu)成凸輪機(jī)構(gòu)的工作輪廓設(shè)置在回轉(zhuǎn)體端面上，從而驅(qū)動其從動件在平行于凸輪回轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)運動的凸輪，如圓柱端面凸輪，圓錐端面凸輪，球截面凸輪屬于此類；

不同的凸輪結(jié)構(gòu)類型可適應(yīng)不同的工作需求，也需要解決不同的密封、安裝問題，因此應(yīng)首先選定；

b.凸輪從動件的類型的選擇

凸輪從動件的運動形式分為直動從動件、擺動從動件、或平面運動從動件，直動從動件又分對心直動和偏心直動兩種，擺動從動件也可有定軸擺動和圓弧槽擺動的不同；運動形式不同安裝方式差異較大，制造難易程度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也不同；

凸輪從動件與凸輪接觸的工作端又分為尖頂、圓頂，磙子，和平頂?shù)刃问?，這里絕對的尖頂和大尺寸的平頂結(jié)構(gòu)是不適宜的，主要應(yīng)采用頂端具有圓滑過渡的結(jié)構(gòu)；從動件采用單體結(jié)構(gòu)，或多片或多段的組合結(jié)構(gòu)，或帶小幅擺動頭的組合結(jié)構(gòu)，從動件工作端與凸輪輪廓寬度方向的接觸也應(yīng)處處滿足密封要求；

c.凸輪從動件的數(shù)量選擇及運動封閉形式的選擇

凸輪從動件的數(shù)量將決定所設(shè)計的動力系統(tǒng)的密封工作腔室的數(shù)量，最少為兩個；空間允許的情況下，采用較多的數(shù)量，雖然結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，但有利于實現(xiàn)對動力系統(tǒng)進(jìn)行柔性控制；運動封閉形式以力封閉方式較容易，封閉力采用彈簧力、液壓力或電磁力，還可借用運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的離心力或氣壓力；從動件數(shù)量少時，采用帶變形補償?shù)膸缀畏忾]方式也是可選的；

d.凸輪從動件的運動規(guī)律選擇及凸輪機(jī)構(gòu)運動參數(shù)設(shè)計

主要包括凸輪突峰的數(shù)量，升程和回程的對從動件運動的控制規(guī)律，遠(yuǎn)近休止角的有無，其所對應(yīng)的運動角的選擇，升程的大??；升程和回程變化規(guī)律的設(shè)計原則應(yīng)使從動件在運動時不產(chǎn)生剛性沖擊，即無速度突變，有利于接觸密封和提高壽命；升程的選擇以及環(huán)形間隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇會影響進(jìn)氣量、壓縮比，動力性能；

休止區(qū)的設(shè)置既有利于減少從動件的運動，有利于減輕接觸部位的磨損，延長使用壽命，也可滿足從動件控制轉(zhuǎn)換時的需要；

e.設(shè)計動力輸出的轉(zhuǎn)動件

與凸輪固定相連的構(gòu)件、與凸輪從動件相連的構(gòu)件均可作為動力輸出的轉(zhuǎn)動件；端部構(gòu)件在與兩者均保持端部密封和使兩者間相對定軸轉(zhuǎn)動的前提下，可與兩者之一固定為一體，也可相對兩者獨立；

f.密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

對需要密封處進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足使用中的密封要求并有足夠的使用壽命；

g.氣門控制裝置結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計

氣門控制裝置選擇電磁控制、液壓控制或機(jī)械傳動控制實現(xiàn)對氣門的控制；前兩者尤適于從動件數(shù)量較多場合；設(shè)計氣門控制方案及相應(yīng)的實現(xiàn)措施。

設(shè)計方法步驟d中在凸輪輪廓曲線中設(shè)置使凸輪從動件高副連接端有保持靜止的遠(yuǎn)休止段或近休止段，實現(xiàn)凸輪從動件相對簡單的運動規(guī)律，減小磨損；有確定休止區(qū)段的向心角的步驟。

設(shè)計方法還包括設(shè)置凸輪從動件擒縱裝置的步驟，選擇凸輪從動件擒縱裝置的實現(xiàn)方式為電磁控制、液壓控制或機(jī)械傳動控制；依據(jù)所選方式，和使用要求并制定其控制規(guī)則，適時地卡住或放開凸輪從動件，以實現(xiàn)工作過程的柔性控制。

設(shè)計方法還包括設(shè)置點火裝置或燃料加注裝置的步驟，點火裝置設(shè)置在混合氣達(dá)到規(guī)定壓縮比時燃燒室對應(yīng)的位置，燃料加注入口設(shè)置在進(jìn)氣過程和壓縮過程對應(yīng)的區(qū)間內(nèi)。

設(shè)計方法還包括成套化步驟，將所述動力系統(tǒng)單套或多套，配合其他輔助系統(tǒng)，包括潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，構(gòu)成完整的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果是設(shè)計方法實現(xiàn)奧托循環(huán)經(jīng)典四過程是采用容積變化實現(xiàn)，轉(zhuǎn)速高低影響小。通過控制系統(tǒng)配合可實現(xiàn)多種工作模式間的柔性轉(zhuǎn)換，適應(yīng)性極高，尤其適合配合計算機(jī)進(jìn)行柔性自動控制。系統(tǒng)可設(shè)計性高，調(diào)節(jié)燃燒性能和動力性能的參數(shù)范圍大，大幅度提高熱效率?？勺龅綗o任何偏心回轉(zhuǎn)，運動平穩(wěn)，動力損耗小，系統(tǒng)震動小，可實現(xiàn)低噪音運行。體積小，易于實現(xiàn)扁平化和細(xì)長化，可適應(yīng)不同的適用空間需求。結(jié)構(gòu)簡單，無需使用加工精度要求極高的葉輪和三角轉(zhuǎn)子，因此制造成本低?；顒蛹?，對磨損不敏感，易于實現(xiàn)自動補償，可靠性高?？墒褂枚喾N燃料，燃料燃燒產(chǎn)生的動力直接作用于定軸回轉(zhuǎn)的輸出轉(zhuǎn)子上，無需任何運動變換過程，運動傳遞環(huán)節(jié)短，有利于提高傳動效率。

附圖說明

圖1是采用本設(shè)計方法的一種動力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，也是圖2B-B的剖視圖，圖2是圖1的A-A俯視圖。其中，a01-內(nèi)腔體構(gòu)件安裝滑塊作轉(zhuǎn)子倉，a02-凸輪和外回轉(zhuǎn)面構(gòu)件構(gòu)成的轉(zhuǎn)子，a03-凸輪從動件為直動滑塊，a04-上端部構(gòu)件，a05-帶氣門的進(jìn)排氣口，a06-點火裝置，a07-彈簧，a08-下端部構(gòu)件。

圖3為帶凸輪從動件控制裝置的一種結(jié)構(gòu)立體示意圖，其中，b01-內(nèi)輪廓凸輪和內(nèi)腔體構(gòu)件組合構(gòu)成外轉(zhuǎn)子，b02-外回轉(zhuǎn)面構(gòu)件作中心固定機(jī)架并安裝凸輪從動件擺塊，b03-凸輪從動件為擺動塊，數(shù)量6個，b04-上端部構(gòu)件，b05-帶氣門的進(jìn)排氣口，b06-燃料加注裝置，b07-擺塊擒縱裝置，b08-氣門聯(lián)動控制裝置，b09-下端部構(gòu)件。

圖4為用滑塊凸輪從動件和凸輪內(nèi)轉(zhuǎn)子的一種結(jié)構(gòu)立體示意圖，其中，

c01-內(nèi)腔為圓柱的轉(zhuǎn)子倉構(gòu)成機(jī)架，c02-作為外回轉(zhuǎn)面構(gòu)件的中心軸與外輪廓盤形凸輪結(jié)合為轉(zhuǎn)子，c03-凸輪從動件為滑塊，數(shù)量6個，c04-上端部構(gòu)件，c05-帶氣門的進(jìn)排氣口，c06-點火裝置，c07-滑塊擒縱裝置，c08-上端部構(gòu)件。

圖5為以圓柱端面凸輪為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實例剖視圖，其中，d01-內(nèi)腔為圓柱形的轉(zhuǎn)子倉，d02-作為圓柱中心軸與圓柱端面凸輪結(jié)合為內(nèi)轉(zhuǎn)子，d03-凸輪從動件為軸向直動滑塊，數(shù)量2個，d04-上端部構(gòu)件，與轉(zhuǎn)子倉固定，d05-帶氣門的進(jìn)排氣口，d06-點火裝置，d07-下端部構(gòu)件。

圖6為以球結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實例剖視圖，其中，e01-內(nèi)腔為球形的轉(zhuǎn)子倉，分上下剖分形式，下體兼做端部構(gòu)件密封，e02-作為外回轉(zhuǎn)面構(gòu)件的中心軸e07與球截面空間凸輪結(jié)合為內(nèi)轉(zhuǎn)子，e03-凸輪從動件為球面擺動滑塊，數(shù)量2個，e04-端部構(gòu)件居球形內(nèi)放置，與轉(zhuǎn)子倉固定，e05-帶氣門的進(jìn)排氣口，e06-點火裝置。

圖7為圖4結(jié)構(gòu)的一種柔性控制工作過程說明圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施。

轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)有多種結(jié)構(gòu)方案，原理差異也較大，但都是利用旋轉(zhuǎn)的方式來改變工作腔容積，進(jìn)而實現(xiàn)燃料氣的熱力循環(huán)。轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)直接將可燃?xì)獾娜紵蛎浟D(zhuǎn)化為驅(qū)動扭矩。由于轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)通常無直線運動段與奧托循環(huán)的四個工作過程對應(yīng)，故以下分別稱為進(jìn)氣過程、壓縮過程、燃燒膨脹過程、排氣過程。

發(fā)明的基本設(shè)計思路是：利用凸輪升程和回程造成凸輪輪廓面的尺寸變化，再利用內(nèi)腔回轉(zhuǎn)面構(gòu)件的內(nèi)表面、外回轉(zhuǎn)面構(gòu)件的外表面以及相應(yīng)的端部構(gòu)件將凸輪的其它表面以接觸密封的關(guān)系包容起來，而形成非均勻的環(huán)形間隙，并使凸輪隨內(nèi)腔構(gòu)件和外回轉(zhuǎn)面構(gòu)件之一相對另外一個做定軸回轉(zhuǎn)，再用一組凸輪從動件安裝在未與凸輪固定的內(nèi)腔構(gòu)件或外回轉(zhuǎn)面上，利用凸輪從動件與光順凸輪輪廓面間的高副連接可構(gòu)成接觸密封的特性，將前述環(huán)形間隙沿周向分隔成多個密封腔室，并用氣門在氣門控制裝置的控制下有控制地連通各腔室的進(jìn)排氣口，有序地控制其中的氣體流向。工作腔容積增大時，如果打開進(jìn)氣口關(guān)閉排氣口，則可實現(xiàn)進(jìn)氣過程，進(jìn)排氣口均關(guān)閉，則可滿足做功過程的要求；工作腔容積減小時，如果打開排氣口關(guān)閉進(jìn)氣口，則可實現(xiàn)排氣過程，進(jìn)排氣口均關(guān)閉，則可滿足壓縮過程的要求；控制氣門開關(guān)的時序，即可順序完成奧托循環(huán)的進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個過程。膨脹做功過程將燃料燃燒產(chǎn)生的化學(xué)能以高壓的形式作用在凸輪輪廓和凸輪從動件之上，從而使兩者以相對回轉(zhuǎn)運動形式輸出機(jī)械能。

凸輪可分為外表面凸輪和內(nèi)腔凸輪、盤形凸輪、柱狀凸輪、球面空間凸輪等，加上凸輪的輪廓形狀、升程和回程變化規(guī)律、遠(yuǎn)近休止區(qū)有無以及數(shù)量等的不同，變化形式繁多，均可產(chǎn)生不同的設(shè)計結(jié)果。凸輪從動件包括直動從動件、擺動從動件，以及直動擺動復(fù)合的平面運動從動件幾種形式。從動件與凸輪接觸的工作端又可分尖頂、圓頂、平頂和磙子等形式。盡管這些因素都可采用相同的原理實現(xiàn)上述思想，但結(jié)構(gòu)布置方式會有一定的差別，為了滿足整個工作過程的密封性，從動件的工作端形狀應(yīng)與構(gòu)成凸輪輪廓的母線相適應(yīng)，一般采用組合結(jié)構(gòu)。凸輪從動件與凸輪的接觸可以通過比較容易實現(xiàn)的力封閉達(dá)到，如設(shè)置剛度適當(dāng)?shù)膹椈苫蛞氲囊簤毫?、電磁例等，也可通過高精度的或帶變形補償?shù)膸缀畏忾]形式實現(xiàn)。

與凸輪固定相連的構(gòu)件、與凸輪從動件相連的構(gòu)件均可作為動力輸出的轉(zhuǎn)動件。端部構(gòu)件在與兩者均保持端部密封和使兩者間相對定軸轉(zhuǎn)動的前提下，可與兩者之一固定為一體，也可相對兩者獨立。

凸輪輪廓面的母線可采用直線、圓弧、樣條曲線、正余弦曲線、多項式曲線、橢圓曲線等多種凸輪輪廓常用的曲線，或者由幾種組合而成，應(yīng)使與之構(gòu)成凸輪機(jī)構(gòu)關(guān)系的凸輪從動件在運動時不產(chǎn)生剛性沖擊或柔性沖擊，即，無速度突變和加速度突變。這樣會有利于運轉(zhuǎn)時凸輪從動件與凸輪輪廓間連接的穩(wěn)定性，也避免接合面出現(xiàn)沖擊磨損，從而提高使用壽命。

凸輪輪廓設(shè)置遠(yuǎn)休止段或近休止段，即，使凸輪從動件高副連接端有保持靜止的凸輪輪廓段，以實現(xiàn)凸輪從動件相對簡單的運動規(guī)律，減少其聯(lián)接部位的相對運動，從而減小磨損。

凸輪從動件與凸輪的接觸可以通過比較容易實現(xiàn)的力封閉達(dá)到，如設(shè)置剛度適當(dāng)?shù)膹椈苫蛞氲囊簤毫?、電磁例等，也可通過高精度的或帶變形補償?shù)膸缀畏忾]形式實現(xiàn)。根據(jù)必要性設(shè)置凸輪從動件擒縱裝置，其作用是適時地卡住或放開滑塊，以實現(xiàn)工作過程的柔性控制。凸輪從動件擒縱裝置和氣門控制裝置可采用電磁控制或機(jī)械傳動實現(xiàn)。另外，根據(jù)必要性設(shè)置點火裝置，點火裝置設(shè)置在混合氣達(dá)到規(guī)定壓縮比時燃燒室對應(yīng)的位置。設(shè)置燃料加注裝置，燃料加注入口設(shè)置在進(jìn)氣過程和壓縮過程對應(yīng)的區(qū)間內(nèi)。

本發(fā)明所述單套或多套動力系統(tǒng)，配合其他潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等其他輔助系統(tǒng)，即可構(gòu)成完整的內(nèi)燃機(jī)。

以下實施例的氣門控制裝置均可采用電磁控制或機(jī)械傳動控制。通過檢測輸出轉(zhuǎn)子與固定機(jī)架件的相位關(guān)系，向?qū)?yīng)的氣門發(fā)送氣門開關(guān)信號?；蚋鶕?jù)凸輪從動件劃分的工作腔的布局，利用相應(yīng)的機(jī)械傳動系統(tǒng)聯(lián)接，適時地開關(guān)氣門。

實施例一：

圖1是采用本設(shè)計方法的一種動力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，也是圖2B-B的剖視圖，圖2是圖1的A-A俯視圖。動力系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子倉，凸輪轉(zhuǎn)子、直動滑塊，上、下端部構(gòu)件、彈簧、氣門和氣門控制器；轉(zhuǎn)子倉a01的內(nèi)腔為圓柱狀，凸輪轉(zhuǎn)子a02安裝在轉(zhuǎn)子倉a01內(nèi)，轉(zhuǎn)子倉的內(nèi)回轉(zhuǎn)面與凸輪轉(zhuǎn)子的凸輪輪廓面間構(gòu)成向徑差有變化的環(huán)形間隙；上、下端部構(gòu)件a04、a08分別安裝到轉(zhuǎn)子倉a01的兩端，下端部構(gòu)件a08與轉(zhuǎn)子倉a01和凸輪轉(zhuǎn)子a02構(gòu)成下端部密封；上端部構(gòu)件a04與轉(zhuǎn)子倉a01和凸輪轉(zhuǎn)子a02構(gòu)成上端部密封；兩個彈簧a07安裝在轉(zhuǎn)子倉a01的內(nèi)腔和直動滑塊a03中，凸輪從動件為直動滑塊a03，轉(zhuǎn)子倉a01上加工有對應(yīng)滑槽,直動滑塊a03與凸輪轉(zhuǎn)子a02的接觸是通過力封閉的或幾何封閉的，直動滑塊a03是單體的或由多片或段組合而成的，直動滑塊數(shù)最少為兩個；

凸輪輪廓為有一段遠(yuǎn)休止區(qū)和一段近休止區(qū)的外輪廓盤形凸輪，遠(yuǎn)休止區(qū)和進(jìn)休止區(qū)均接近于180°。凸輪從動件為直動滑塊a03，數(shù)量為2。凸輪與外回轉(zhuǎn)體表面的心軸結(jié)合為一體，轉(zhuǎn)子倉作為內(nèi)腔回轉(zhuǎn)體構(gòu)件安裝滑塊。此例轉(zhuǎn)子倉固定有利于方便實現(xiàn)配氣。

實施例二：

見圖3，內(nèi)輪廓凸輪和內(nèi)腔體構(gòu)件組合構(gòu)成外轉(zhuǎn)子b01，內(nèi)輪廓凸輪為直母線盤形，有兩段遠(yuǎn)休止段和近休止區(qū)，周向?qū)ΨQ布置，遠(yuǎn)休止段弧長向心角各約70°。近休止區(qū)向心角各約為90°。外回轉(zhuǎn)面構(gòu)件作中心固定機(jī)架b02安裝凸輪從動件擺塊b03，擺塊數(shù)量6個均布，擺塊安裝槽除使擺塊定軸擺動外，也與端部構(gòu)件b04構(gòu)成獨立密封腔，可通入壓縮氣使擺塊與凸輪輪廓實現(xiàn)力封閉；帶氣門的進(jìn)排氣口b05、燃料加注裝置b06、擺塊擒縱裝置b07均設(shè)置在中心機(jī)架上，從內(nèi)部進(jìn)行相關(guān)控制；氣門控制裝置b08與外轉(zhuǎn)子聯(lián)動發(fā)送氣門開關(guān)信號或驅(qū)動氣門；動力輸出端可利用外轉(zhuǎn)子的外柱面部分或端部。

實施例三：

圖4給出轉(zhuǎn)子在內(nèi)部并通過軸輸出的凸輪轉(zhuǎn)子內(nèi)燃發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)。內(nèi)腔為圓柱的轉(zhuǎn)子倉c01構(gòu)成機(jī)架，通過徑向滑槽安裝直動滑塊c03作為凸輪從動件，滑塊數(shù)6個，圓頂，周向均布；外回轉(zhuǎn)面構(gòu)件的中心軸與外輪廓盤形凸輪結(jié)合為轉(zhuǎn)子c02，凸輪有兩段遠(yuǎn)休止段和近休止區(qū)，周向?qū)ΨQ布置，遠(yuǎn)休止段弧長向心角各約70°。近休止區(qū)向心角各約為90°?；瑝K槽也與端部構(gòu)件c04構(gòu)成獨立密封腔，可通入壓縮氣使擺塊與凸輪輪廓實現(xiàn)力封閉；滑塊擒縱裝置c07設(shè)置在滑槽外側(cè)面，帶氣門的進(jìn)排氣口c05、點火加注裝置c06、滑塊擒縱裝置均設(shè)置在轉(zhuǎn)子倉上，從外部進(jìn)行相關(guān)控制；氣門控制裝置與內(nèi)轉(zhuǎn)子聯(lián)動發(fā)送氣門開關(guān)信號或驅(qū)動門。

實施例四：

圖5為圓柱端面凸輪為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實例。圓柱內(nèi)腔為轉(zhuǎn)子倉d01，中心圓柱作與圓柱端面凸輪結(jié)合為內(nèi)轉(zhuǎn)子d02，凸輪有一段遠(yuǎn)休止區(qū)和一段近休止區(qū)，。凸輪從動件為沿軸向運動的滑塊d03，數(shù)量2個，端部構(gòu)件d04與轉(zhuǎn)子倉上體固定并安裝滑塊，帶氣門的進(jìn)排氣口d05、點火裝置d06也安裝在端部構(gòu)件d04上。

實施例五：

圖6為以球結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實例。內(nèi)腔為球形的轉(zhuǎn)子倉e01，分上下剖分形式，下體兼做一側(cè)端部構(gòu)件密封，作為外回轉(zhuǎn)面構(gòu)件的中心軸e07與球截面空間凸輪結(jié)合為內(nèi)轉(zhuǎn)子e02，凸輪有一段遠(yuǎn)休止區(qū)和一段近休止區(qū)，向心角均略小于180°。凸輪從動件為球面擺動滑塊e03，數(shù)量2個，對稱布置，端部構(gòu)件e04居球形內(nèi)放置，與轉(zhuǎn)子倉上體固定，帶氣門的進(jìn)排氣口e05、點火裝置e06安裝在端部構(gòu)件e04上。

圖7給出實施例三的一種工作模式片段。圖7中用數(shù)字指示滑塊的序號，每個滑塊受滑塊擒縱裝置獨立控制，6個滑塊可組合成不同數(shù)量的工作腔。如，不用滑塊擒縱裝置控制任何滑塊，可按6個幾何工作腔使用；使用滑塊擒縱裝置，則根據(jù)被臨時控制的滑塊數(shù)不同分為5、4、3、2個工作腔等幾種。

初始時每腔至少可對應(yīng)兩種不同的工作過程。容積增大時可對應(yīng)進(jìn)氣或做功過程，減小時可對應(yīng)壓縮或排氣過程，容積不變時可對應(yīng)進(jìn)氣后或做功后休止過程，休止過程雖然容積不變，但伴隨熱交換過程。因而可組合出大量不同的工作模式。

圖中所示為采用4腔工作控制模式，同時被卡住的滑塊數(shù)為兩個，相鄰兩個幾何工作腔受控地組合使用，且初始時各腔按凸輪轉(zhuǎn)動方向依次為進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣。圖中“脫控”表示滑塊已被擒縱裝置放開，“受控”表示滑塊已被擒縱裝置卡住，“入控”表示滑塊被擒縱裝置卡住的時機(jī)，“解脫”表示滑塊被擒縱裝置放開的時機(jī)。

一組進(jìn)排氣口用字母a、b、c、d、e、f示意，為區(qū)別，略長的為進(jìn)氣口，略短的為排氣口。圖中用小箭頭示出氣門的動作時機(jī)，不帶箭頭時為保持的狀態(tài)。工作腔的工作過程簡寫為進(jìn)(進(jìn)氣)、壓(壓縮)、功(做功)、排(排氣)，“始”表始開始，“中”表示過程進(jìn)行，“畢”表示過程完畢，壓縮和做功轉(zhuǎn)換中間有點火過程，未標(biāo)出。假設(shè)轉(zhuǎn)子倉固定，轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)方向為弧形箭頭所示。進(jìn)、排氣路線用帶箭頭曲線表示。滑塊“入控”和“解脫”均在上止點時完成，可避免滑塊運動發(fā)生沖擊。其中的“半壓”是指工作介質(zhì)僅壓縮到半程，不再壓縮，“剩排”是指燃燒室有廢氣剩余未排出。

工作過程如下：

序號1，a口對應(yīng)工作腔獨立，準(zhǔn)備進(jìn)氣；滑塊3和6受控未伸出，b和c口對應(yīng)工作腔連通，準(zhǔn)備壓縮；d口對應(yīng)工作腔獨立，點火后即將做功；e和f口對應(yīng)工作腔也連通，準(zhǔn)備排氣。

序號2，由于滑塊1和4脫控，可在封閉力或幾何結(jié)構(gòu)因素作用下沿凸輪輪廓回程段伸出至近休止區(qū)，保持分腔邊界。凸輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，各腔過程略進(jìn)展，即a口腔容積被動擴(kuò)大，進(jìn)氣；b、c口聯(lián)合腔容積被動減小，壓縮；d口腔做功，加速推動轉(zhuǎn)子向前轉(zhuǎn)動，容積增大；e、f口聯(lián)合腔被動減小，排氣；此時，滑塊2和5處于脫控態(tài)與凸輪表面接觸，保持分腔邊界，且已縮回滑槽內(nèi)，可以入控，而滑塊3和6受控態(tài)回縮在滑槽內(nèi)，因為不與凸輪接觸，不構(gòu)成分腔邊界，也不可令其解脫伸出，否則會對凸輪造成敲擊。

序號3，凸輪升程后沿達(dá)到滑塊3和6處，并順滑地與凸輪遠(yuǎn)休止區(qū)形成密封接觸后，解脫，構(gòu)建起新的分腔邊界，且不會造成沖擊，各腔過程又進(jìn)展；現(xiàn)在，b、e口腔獨立出來，呈六腔分立狀態(tài)。此時滑塊3從b口腔截獲燃燒室內(nèi)半壓縮氣體，滑塊6堵截e口腔燃燒室未排的廢氣?；瑝K2和5仍保持縮回在滑槽中，穩(wěn)定入控，便于下次轉(zhuǎn)換。

序號4，凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，滑塊2和5受控不再伸出，從而退出密封，因滑塊3和6解脫已接手密封，a和b口對應(yīng)腔連通重組，b口腔半壓縮氣合入進(jìn)氣過程，e和d口對應(yīng)腔連通亦重組，e口腔剩排氣混入做功過程，同時，c口腔獨立執(zhí)行做功、f口腔獨立執(zhí)行排氣，各腔過程繼續(xù)。

序號5，直到凸輪升程將滑塊4和1剛推回滑槽中，a和b口對應(yīng)腔完成進(jìn)氣，實現(xiàn)重組進(jìn)氣，提高了進(jìn)氣量；c口腔壓縮結(jié)束，實現(xiàn)了合腔壓縮可以點火；d、e結(jié)合完成做功，實現(xiàn)合腔做功，加大了做功行程；f口腔排氣結(jié)束實現(xiàn)了合腔排氣。

至此，開始時的四個過程均已完成，各腔將開始對應(yīng)的下一過程，凸輪轉(zhuǎn)角為120°。與序號1時比較，以此作初始狀態(tài)，除角度位置與之相差負(fù)60°外，其余均相同，接下來的序號6與序號2也是如此；由此，可推出需經(jīng)歷如上六次類似的過程，亦即轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)兩周后會回到原初始狀態(tài)，故不再完整展示。

由此可見，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)120°，整體即可完成一次奧托循環(huán)，而且做功過程伴隨始終，每轉(zhuǎn)可完成3次作功，工作過程會無限循環(huán)下去，無需飛輪等儲能裝置動力也會得到連續(xù)輸出。

本例中可以看出，多數(shù)量可控制的凸輪從動件使工作腔的大小在使用中可調(diào)，增加了動力輸出的柔性，也有利于提高工作腔的幾何利用率和燃料能量的利用率，具有突出的優(yōu)勢。從實現(xiàn)滑塊控制可操作性分析，滑塊擒縱裝置雖然可采用機(jī)械傳動控制或液壓傳動實現(xiàn)，但采用電磁控制應(yīng)屬最為便捷。

通過以上實例說明了內(nèi)燃機(jī)動力系統(tǒng)的構(gòu)成、運行方、和使用特點。工作腔的數(shù)量可隨需求而定。加上從動件控制裝置對凸輪從動件的控制和氣門控制裝置對氣門的控制，設(shè)計柔性和使用柔性均可充分體現(xiàn)出來。至于單腔容積、壓縮比、燃燒室形狀等可充分利用徑向間隙和軸向長度加以解決?？傊?，該發(fā)明為轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的研究開辟了廣闊的空間。