專利名稱:兩角轉(zhuǎn)子發(fā)動機和壓縮機的制作方法
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)子發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)。特別是提出了包括兩角轉(zhuǎn)子壓縮機在內(nèi)的兩角轉(zhuǎn)子發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)。
三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機，自德國工程師王克爾(F WanKal)解決了密封問題以來，相繼采用了分層給氣和其他一些新技術(shù)，已可付諸實用。但是，由于該發(fā)動機的缸體型線和轉(zhuǎn)子輪廓線之間的基本關(guān)系，要形成足夠大的壓縮比來滿足柴油機的壓燃條件，相當困難;除了缸壁與密封刮片之間的耐磨性可通過更換缸壁鑲套和更換刮片對付外，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈，主軸轉(zhuǎn)三圈，存在著結(jié)構(gòu)上對于進一步提高低速性能的不利因素，又由于缸體半邊吸氣壓縮，半邊燃燒排氣，冷熱不均，缸蓋容易產(chǎn)生熱變形，影響了發(fā)動機的長久密封性。
本發(fā)明的目的，主要是提供一種新的包括轉(zhuǎn)子壓縮機在內(nèi)的轉(zhuǎn)子發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)。它能達到汽油機的比功率，而在燃油消耗和排污方面能和柴油機相匹敵，同時，也希望在轉(zhuǎn)子機構(gòu)上減少對低速性能的不利影響和缸體與缸蓋上存在的冷熱不均的因素。
發(fā)明是這樣實現(xiàn)的采用單弧外旋輪線為缸體理論型線，雙弧內(nèi)包絡(luò)線為轉(zhuǎn)子理論輪廓線的轉(zhuǎn)子機構(gòu)，并把轉(zhuǎn)子機構(gòu)中的內(nèi)外齒輪去消掉，由兩個相內(nèi)切圓的半徑比和半徑差所形成的運動關(guān)系，包括該兩個相內(nèi)切圓的存在，讓曲軸主軸頸的尺寸由此可以根據(jù)強度的需要來規(guī)定;同時，在功能上把轉(zhuǎn)子機構(gòu)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子機構(gòu)對，使其中一個轉(zhuǎn)子機構(gòu)專管吸氣和壓縮，另一個轉(zhuǎn)子機構(gòu)專管爆發(fā)和排氣，在此基礎(chǔ)上，使之成為兩角轉(zhuǎn)子發(fā)動機。
通常，要使單弧外旋輪線轉(zhuǎn)子機構(gòu)成為發(fā)動機的可能性不大，把以上簡述的措施具體化，它不僅能成為發(fā)動機，而且，它作為發(fā)動機，具有顯著的優(yōu)點。王克爾曾指出過，當最外殼直徑相同時，在相同的擺動角(創(chuàng)成半徑和缸體理論型線上各點法線的交角)條件下，能獲得的壓縮比和沖程面積，單弧外旋輪線的機構(gòu)遠比雙弧或多弧外旋輪線的要理想得多＊。另外，一個轉(zhuǎn)子機構(gòu)的功能由兩個轉(zhuǎn)子機構(gòu)分工完成，為我們解決了一般發(fā)動機中存在的對立因素所帶來的麻煩(例如壓縮沖程和爆發(fā)沖程中對表面積/體積的比值要求不同帶來的麻煩)，同時，又沒有降低單轉(zhuǎn)子機構(gòu)的比功率。由于機構(gòu)專業(yè)化，專管吸氣壓縮的機構(gòu)，缸體空腔的厚度尺寸幾乎可以任意選擇，使得兩角轉(zhuǎn)子發(fā)動機的本身就具有增壓發(fā)動機的功能，不必另外設(shè)置增壓機構(gòu);專管爆發(fā)和排氣的機構(gòu)，不僅燃燒室可以按燃燒性能布置得較合理，而且，燃燒火焰在整個缸體型線四周內(nèi)運行，缸體和缸蓋受熱不均的現(xiàn)象幾乎可以不用多考慮。同時該轉(zhuǎn)子機構(gòu)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈，主軸轉(zhuǎn)兩圈，對發(fā)動機的低速性能的影響，要比三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機好一些。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明。說明中先介紹基本結(jié)構(gòu)，然后相應(yīng)地介紹與結(jié)構(gòu)有關(guān)的基本原理。
圖1是兩角轉(zhuǎn)子發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)縱斷面示意圖。曲軸(1)由軸承(2·25)支承。在前缸蓋(4)和后缸蓋(21)的主軸孔上配有單弧外旋輪線向內(nèi)的等距線凸盤(3·24)，活塞(8·26)(即轉(zhuǎn)子)上配有以活塞理論輪廓線頂點為中心的園弧凸塊(5·22)，凸盤(3·24)的內(nèi)等距線和凸塊(5·22)的弧線相切。內(nèi)等距凸盤(3·24)及園弧凸塊(5·22)，與缸體(7·19)的型線及活塞(8·26)的輪廓線相互之間有相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系?；钊?8·26)能和缸體(7·19)有正常的運轉(zhuǎn)關(guān)系，全靠等距線凸盤(3·24)與園弧凸塊(5·22)的相切運轉(zhuǎn)關(guān)系保證，它們起了齒輪機構(gòu)的作用。缸體(7·19)的型線是單弧園外旋輪線向外的等距線，與活塞(8·26)上的密封刮片(見圖3)相配，起密射氣體作用。活塞(8)將吸入的氣體壓縮，通過壓氣室(10)和氣道(9)，在與中隔板(14)上的氣道(13)和活塞(26)上的氣道(18)相通時，對燃燒室(20)提供壓縮氣體。壓氣室(10)可做得盡量地小，只要能將氣體順利地導(dǎo)入氣道(9)就行了。噴油咀(17)可以向燃燒室(20)噴射燃油。兩活塞(8·26)的每條弧形輪廓面上，均有壓氣室(10)或燃燒室(20)的凹坑，并各有氣道(9·18)相通。為了減少兩活塞(8·26)傳遞氣體的漏氣損失，在氣道(9·18)上配有密封圈(11·15)。密封圈(11·15)的后端有波形彈簧圈(12·16)，前端則緊貼中隔板(14)滑行。
為了克服或減少轉(zhuǎn)子機構(gòu)對在運動過程中，因吸氣壓縮和爆發(fā)排氣的轉(zhuǎn)子(8·26)各自運轉(zhuǎn)推動力不同，以及制造零件的誤差和零件配合間隙的不統(tǒng)一，造成它們之間的旋轉(zhuǎn)角度可能存在不統(tǒng)一的現(xiàn)象，圖1在兩轉(zhuǎn)子(8·26)的內(nèi)孔端處，設(shè)置連接套(33)和連接盤(34)，連接套(33)的兩端和連接盤(34)通過鍵之類的結(jié)構(gòu)連接，可以把兩轉(zhuǎn)子(8·26)在旋轉(zhuǎn)方向上，相應(yīng)固定起來。
圖2是圖1在1-1處的剖視圖。圖中活塞(8)按反時針運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)半圈時，從進氣口(27)吸氣，并完成吸氣工作;再轉(zhuǎn)半圈，完成氣體壓縮工作。按某一提前角要求，將壓縮氣體供給作功活塞的燃燒室(20)。
圖3是圖1在Ⅱ-Ⅱ處的剖視圖。在缸體(19)上有排氣口(29)。活塞(26)的燃燒室(20)在密封片(28)尚未將排氣口(29)隔開前，就與壓氣活塞(8)的氣道(9)相通。燃燒室(20)可以設(shè)置在活塞(26)輪廓弧面上偏后的部分。這樣，一方面廢氣容易被進入的新鮮壓縮氣體從排氣口(29)擠出去;另一方面燃油提前噴燃時，一開始就容易推動曲軸(1)轉(zhuǎn)動。
圖4是圖1中的外旋輪線向內(nèi)的等距線凸盤(3·24)的另件正視圖。圖5是該另件的側(cè)視圖。在圖5中，該凸盤的部位(B)是外旋輪線向內(nèi)的等距線輪廓面，部位(A)和圖1中的前后缸蓋(4·21)主軸孔固定在一起，以保證該另件上的等距線與缸體(7·19)的型線有正確的對應(yīng)關(guān)系。
圖6是圖1中的園弧凸塊(5·22)的另件正視圖。圖7是該另件的側(cè)視圖。圖7的凸塊園弧部分(D)和圖5的等距線凸盤部位(B)有相切的運轉(zhuǎn)關(guān)系;園盤部位(E)與圖1中的活塞(2·26)固定在一起，以保證該另件的園弧部位(D)的中心，與活塞(8·26)的理論包絡(luò)線頂點重合。
圖8中，曲軸(1)上設(shè)置的油道(32)，在任何運轉(zhuǎn)或停止位置上，與活塞(8·26)上的油道之間均相通具有夾角。若原來轉(zhuǎn)子機構(gòu)處于靜止狀態(tài)，可以通過一定的方式先起動油泵，利用曲軸(1)通過其上的油道(32)向活塞(8·26)的油道(30)提供動力油或冷卻油等液體的機會，在這種夾角的條件下，給活塞(8·26)一個在旋轉(zhuǎn)方向上的切向推力;為了避免削弱該切向推力的作用，油從活塞(8·26)端面射出時，射出口的方向應(yīng)安排得和旋轉(zhuǎn)方向相反，并讓油按此方向直接噴射到缸蓋(4·21)或中隔板(14)等其它構(gòu)件上。該起動油路系統(tǒng)可以和冷卻、潤滑油路統(tǒng)一，或通過止回閥等構(gòu)件有條件地和它們統(tǒng)一，也可以單獨設(shè)置。
圖1中的等距線凸盤(3·24)與園弧凸塊(5·22)的切點擺動角處于最大值。而在圖8中，它們之間的擺動角是零或零附近的狀態(tài)。根據(jù)曲軸(1)在起動時帶動園弧凸塊(5·22)旋轉(zhuǎn)的方向就可以知道，只要上述擺動角不為零，曲軸(1)要帶動園弧凸塊(5·22)在等距線凸盤(3·24)上向前起動，擺動角總會產(chǎn)生一種使得園弧凸塊(5·22)在等距線凸盤(3·24)上“向下滑”的趨勢。因而這種擺動角不僅不會阻礙活塞(8·26)向前旋轉(zhuǎn)，反而恰巧提供了有利的條件。
圖9是本發(fā)明的簡單原理說明。
圓(D)沿著與它相內(nèi)切的固定圓(K)滾動，P點為圓(D)外的某一點。圓(D)的中心到P點的距離為創(chuàng)成半徑R。e為兩圓偏心距。
當園(D)的半徑d與園(K)的半徑k之間的關(guān)系為d∶k＝2∶1則e＝d-k＝kα∶β＝2∶1在此條件下，P點隨園(D)滾動時，軌道L1弧線為外旋輪線。其參數(shù)方程
創(chuàng)成半徑R與外旋輪線上任意一點的法線夾角為
外旋輪線L1的外等距線為L2。其參數(shù)方程
外旋輪線L1的內(nèi)等距線為L3。其參數(shù)方程
外旋輪線L1的內(nèi)包絡(luò)線為L4。其參數(shù)方程
弧線L5是弧線L2的內(nèi)包線。在實踐上它可用通過P1P′P2三點的園弧來代替。
圖9中所有弧線都是由園(D)在和園(K)相內(nèi)切帶著其上P點滾動的基礎(chǔ)上形成的。沒有園(D)和園(K)的存在，這此弧線就不可能形成，這是顯然的。但如有條件地取消該兩園的存在，即保留它們的實質(zhì)關(guān)系上的存在，去消它們形式上的存在，這些弧線仍可一樣形成。因為外旋輪線L1直接可以由創(chuàng)成半徑R，加上表現(xiàn)園(D)和園(K)之間相內(nèi)切的滾動關(guān)系和尺寸大小關(guān)系等參數(shù)來形成即加上轉(zhuǎn)角α和β以及偏心距e參數(shù)來形成。其它弧線也可以由此派生出來。當e和R在轉(zhuǎn)動時，e的轉(zhuǎn)角α與R的轉(zhuǎn)角β的比值保持2∶1的關(guān)系，P點的軌跡，就是外旋輪線L1，此時盡管園(D)和園(K)不被直接描述出來，我們?nèi)匀恢浪鼈兊拇笮『拖嗲械年P(guān)系。并知道相對應(yīng)于P點在某一位置上，該兩園相切于何處。反過來，如外旋輪線L已形成，創(chuàng)成半徑R的一端P點，不離開外旋輪線L1移動時，P點可以反過來推動e和R旋轉(zhuǎn)。并且其轉(zhuǎn)角α和β的比值必定保持在2∶1的關(guān)系上。此時，也可以不要園(D)和園(K)在形式上存在。
我們知道，當以P點為園心，α為半徑，向外作一園弧，P點沿外旋輪線L1帶動這園弧旋轉(zhuǎn)時，和這園弧沿著外等距線L2帶動P點旋轉(zhuǎn)時效果一樣，P點仍然在沿著外旋輪線L1轉(zhuǎn)動。
同樣，當以P點為園心，b為半徑，向內(nèi)作一園弧，P點沿外旋輪線L1帶動這園弧旋轉(zhuǎn)時，和這園弧沿著內(nèi)等距線L3帶動P點旋轉(zhuǎn)時效果一樣，P點也仍然在沿著外旋輪線L1轉(zhuǎn)動。
上述道理是本發(fā)明的基本原理。根據(jù)這個原理，我們可以取消轉(zhuǎn)子機構(gòu)中的內(nèi)外齒輪，目的是讓曲軸的主軸頸的尺寸大小，主要由強度的需要來規(guī)定。
如果我們把圖9的弧線和圖1-圖8的另件對應(yīng)起來，即把外等距線L2與缸體(7·19)的實際型線對應(yīng)起來，把內(nèi)等距線L3與凸盤(3·25)的型線對應(yīng)起來，把以P點為中心，b為半徑的園弧與園弧凸塊(5·22)的型線對應(yīng)起來。并以O(shè)D和OK為園心，根據(jù)強度和活塞(8·26)起動等要求決定活塞(8·26)軸頸和主軸頸的尺寸大小。那么，我們就得到了兩角轉(zhuǎn)子發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)。
不過，在設(shè)計兩角轉(zhuǎn)子發(fā)動機時，向內(nèi)的等距線L3應(yīng)能被內(nèi)包絡(luò)線L4在任何轉(zhuǎn)角下都完全蓋住。這就要求兩角轉(zhuǎn)子發(fā)動機的R與e的比值，大于8。
兩角轉(zhuǎn)子發(fā)動機是由兩角轉(zhuǎn)子機構(gòu)對組合的。在該機構(gòu)中，如果吸氣壓縮轉(zhuǎn)子機構(gòu)單獨分離出來成為獨立的機器。那么，不說自明的是，它就是兩角轉(zhuǎn)子壓縮機。
同樣，如果爆發(fā)排氣轉(zhuǎn)子機構(gòu)獨立分離出來，在排氣行程終了之前，爆發(fā)行程尚未開始之際，如果把空氣或氧氣等和燃油或可燃氣等通過一定的方式，按一定的混合比，在各自所需的壓力下噴入燃燒室，由火花塞之類的構(gòu)件點燃，那么，作為獨立的機器，它就是結(jié)構(gòu)簡單的發(fā)動機。
兩角轉(zhuǎn)子發(fā)動機和三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機均屬于外旋輪線為缸體的理論型線，內(nèi)包絡(luò)線為轉(zhuǎn)子的理論輪廓線的機器。所以，上述取消內(nèi)外齒輪機構(gòu)的理論和方法，也適應(yīng)于三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機上;反過來，在三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機上通過三十多年的艱苦努力取得的成熟的技術(shù)，基本上也都適用于兩角轉(zhuǎn)子發(fā)動機。
＊《旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機的構(gòu)造》(德國王克爾弗留特)“國外機械”雜志1960年第5期。
權(quán)利要求
1.單弧外旋輪線為缸體(7·19)理論型線，雙弧內(nèi)包絡(luò)線為轉(zhuǎn)子(8·26)理論輪廓線的轉(zhuǎn)子機構(gòu)，組成吸氣壓縮轉(zhuǎn)子機構(gòu)和爆發(fā)排氣轉(zhuǎn)子機構(gòu)，機構(gòu)的缸體(7·19)或缸蓋(4·21)或中隔板(14)上有吸氣口(27)，排氣口(29)和噴油咀(17)，轉(zhuǎn)子(8·26)兩邊各有壓氣室(10)或燃燒室(20)和氣道(9·18)，中隔板(14)上有氣道(13)。這樣的轉(zhuǎn)子機構(gòu)對，其特征在于a、兩轉(zhuǎn)子(8·26)的氣道(9·18)上，可配有在中隔板(14)上滑行的密封圈(11·15)和給該密封圈(11·15)有端面壓力的波形彈簧(12·16)。b、當吸氣壓縮轉(zhuǎn)子(8)把進氣口(27)吸入的氣體壓縮后，兩轉(zhuǎn)子(8·26)的氣道(9·18)通過中隔板(14)的氣道(13)使壓氣室(10)和燃燒室(20)相通。
2.根據(jù)權(quán)利1規(guī)定的轉(zhuǎn)子機構(gòu)對，其特征在于a、在轉(zhuǎn)子(8·26)上固定有弧部份(D)，b、園弧部份(D)的弧線以轉(zhuǎn)子的理論輪廓線的頂點為中心，b為半徑。c、在前后缸蓋(4·21)上固定有內(nèi)等距線部份(B)。d、內(nèi)等距線部份(B)的弧線是缸體(7·19)理論型線各點在法線方向上向內(nèi)平移一段距離b形成的弧線。e、園弧部份(D)的弧線半徑b和內(nèi)等距線部份(B)的弧線平移距離b，是同一長度的數(shù)值。f、園弧部分(D)的弧線和內(nèi)等距線部份(B)的弧線相切。
3.根據(jù)權(quán)利1和2的規(guī)定的轉(zhuǎn)子機構(gòu)對，其特征在于固定在缸蓋(4·21)上的內(nèi)等距線部份(B)的弧線，與配合在缸蓋(4·21)上的缸體(7·19)的型線各點相對應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)力1，2和3規(guī)定的轉(zhuǎn)子機構(gòu)對，其特征在于內(nèi)等距線部份(B)須完全被轉(zhuǎn)子(8·26)在任何轉(zhuǎn)角上都能蓋住。
5.根據(jù)權(quán)力1規(guī)定的轉(zhuǎn)子機構(gòu)對，其特征在于a、轉(zhuǎn)子(8·26)上有油腔(31)和油道(30)。b、上述油道(30)和曲軸(1)上的油道(32)之間相通且有夾角。c、從油道(30)進入轉(zhuǎn)子(8·26)的油的噴出口方向和轉(zhuǎn)子(8·26)的旋轉(zhuǎn)方向相反。
6.根據(jù)權(quán)力1-5規(guī)定的裝置，其特征在于，當中隔板(14)作為吸氣壓縮轉(zhuǎn)子機構(gòu)的缸蓋時，該吸氣壓縮轉(zhuǎn)子機構(gòu)是壓縮機。
7.根據(jù)權(quán)力1-5規(guī)定的裝置，其特征在于當中隔板(14)作為爆發(fā)排氣轉(zhuǎn)子機構(gòu)的缸蓋時，該爆發(fā)排氣機構(gòu)也可以是一種發(fā)動機。
8.根據(jù)權(quán)力2-5規(guī)定的裝置，當缸體(7·19)理論型線為雙弧或雙弧外旋轉(zhuǎn)線，轉(zhuǎn)子(8·26)理論輪廓線相應(yīng)地為3弧或3弧以上的內(nèi)包絡(luò)線時，這樣的轉(zhuǎn)子機構(gòu)中傳統(tǒng)的內(nèi)外齒輪裝置可以去消掉。
專利摘要
本發(fā)明提供了兩角轉(zhuǎn)子發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點單弧外旋輪線為缸體理論型線、雙弧內(nèi)包絡(luò)線為轉(zhuǎn)子理論輪廓線，以圓弧凸塊和內(nèi)等距線圓盤裝置，代替內(nèi)外齒輪裝置，并在發(fā)動機功能上，使一個轉(zhuǎn)子機構(gòu)吸氣壓縮，另一個爆發(fā)排氣。該轉(zhuǎn)子機構(gòu)對形成的發(fā)動機，具有汽油機的比功率，在燃油消耗和排污方面能和柴油機相匹敵。單轉(zhuǎn)子機構(gòu)可以單獨成為壓縮機或一種發(fā)動機。
文檔編號F02B53/00GK86103333SQ86103333
公開日1987年1月31日 申請日期1986年5月12日
發(fā)明者任世鈞 申請人:任世鈞導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan