專利名稱：組合式葉片旋轉發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種組合式葉片旋轉發(fā)動機，尤其是一種帶有偏心轉子的單葉片旋轉發(fā)動機。
在現(xiàn)有技術中，葉片式旋轉發(fā)動機與三角活塞式以及差速式發(fā)動機一起并列為旋轉發(fā)動機的三種典型結構，而葉片式發(fā)動機本身也有不勝枚舉的各類變形，其中的一類就是本發(fā)明所屬的偏心轉子葉片式旋轉發(fā)動機。這種發(fā)動機的主要結構特征是汽缸呈圓柱形，其軸線上設有一根橫貫中心的軸，軸與汽缸內壁間沿徑向設置有繞上述軸線轉動的葉片，汽缸內偏心設置有一圍繞上述中心軸且外壁與汽缸內壁相切的圓筒形轉子，其上沿軸線開槽容葉片伸出，這樣葉片、轉子外壁以及汽缸內壁共同圍成了一個隨著葉片轉動而變化容積的燃燒室，從而完成內燃機的工作循環(huán)。這類發(fā)動機可以是單葉片的，也可以有多葉片，例如美國專利US3132632、US2969049及US3289653中所描述的機型。
然而，旋轉發(fā)動機之所以仍未能夠大量投入到實際應用中去則是因為它存在著諸多致命缺陷有待改進，因而目前無法達到簡單、可靠、高效的運轉要求。以上述幾篇該專利文獻為例對于如美國專利US3132632所公開的多葉片方案而言，由于在運轉時多個葉片間的夾角在隨時改變，因此不能將這些葉片全都固定在中心軸上，那么功率的輸出就主要靠葉片推動偏心轉子完成，這樣在燃氣爆發(fā)所產(chǎn)生的巨大壓力與負載的相互作用下，會在葉片與伸出轉子的槽之間造成極大的應力，從而很快導致其間的滑塊或密封元件磨損，致使整機失效。而對于美國專利US2969049以及US3289653所公開的單葉片方案而言，雖然它們都采用葉片與中心軸固定在一起的動力輸出方式，但是它們均存在著明顯的缺陷。首先，對于前者，由于其結構所限，它必需設置一套專門的機構驅動偏心轉子與葉片配合完成工作循環(huán)，因此，偏心轉子是在驅動機構的作用下在氣缸內壁上滾動，這不僅結構復雜，潤滑密封困難，而且工作時葉片與轉子之間同樣也會出現(xiàn)類似于上述的應力導致密封元件受損，整機失效。另外上述兩種方案均存在一個同樣的問題，即由于發(fā)動機工作空間是狹長的月牙形，空間有限，因而在高速動轉時很難將爆發(fā)沖程中的燃氣能量充分利用(最大作用轉角不超過葉片轉角的180度)，并且壓縮與爆發(fā)沖程相等，這使得剩余能量被排出造成浪費，效率低下，而對于美國專利US3289653則可以看出它存在以下缺陷。一、結構不合理。由于采用內缸吸氣壓縮、外缸燃燒作功的方式，內外容積比很難取得最佳值;二、葉片前后、轉子兩端及外壁、葉片與轉子之間均需很高的密封要求，因而密封復雜困難，可靠性差;三、由于內外兩缸均是工作腔，其結構使得很難在腔間或者內部提供有效的潤滑及冷卻、四、壓縮缸與作功缸之間有很長的壓縮氣導管，燃燒后其中的廢氣無法在排氣沖程中全部排出，影響燃燒效率;五、氣道由盤形旋閥啟閉，結構復雜可靠性差。
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷與不足，提供一種結構合理、運轉可靠、能量利用率高的組合式旋轉發(fā)動機。
上述目的是通過下述方案實現(xiàn)的本發(fā)動機包括壓氣部分、作功部分，相應的起燃、潤滑、冷卻系統(tǒng)，其特征在于
(1)作功部分包括至少一個圓柱形汽缸;位于汽缸軸線上的一根延伸至壓氣部分的輸出軸;與輸出軸相固接并沿徑向延伸到汽缸內壁的相應單葉葉片;位于輸出軸與汽缸之間偏置于氣缸軸線并由軸承支承于汽缸側壁上繞自身軸線轉動的圓筒狀偏心轉子，其外壁與汽缸內壁相切構成密封;該偏心轉子筒狀壁上帶有一供葉片伸出的長條形軸向開口，開口中設置有可讓葉片相對于轉子伸縮擺動的滑塊;
(2)壓氣部分包括至少一個與作功部分汽缸相鄰并同軸的圓柱形汽缸，與上述輸出軸伸入該汽缸中的部分相固接并徑向延伸至汽缸內壁的單葉葉片以及設置在軸與汽缸之間偏置于汽缸軸線并由軸承支承于汽缸側壁上繞其自身軸線轉動的圓筒狀偏心轉子，其外壁與汽缸內壁相切構成密封;該偏心轉子的筒狀壁上帶有一供葉片伸出的長條形軸向開口，開口中設置有可以讓葉片相對于轉子伸縮擺動的滑塊;
(3)所述作功部分的汽缸壁上設置有排氣口，而壓氣部分汽缸壁上設置有進氣口，兩相鄰汽缸的壁上設置有相互連通的導氣道，以便通過其將壓縮后的氣體從壓氣部分導至作功部分。
所述壓氣部分中由汽缸與轉子圍成的工作容積，可以按所需的比例小于作功部分的相應容積。
由于本發(fā)明的上述結構特征，使得其與上述現(xiàn)有技術相比具有如下明顯的優(yōu)點(1)由于兩部分的偏心轉子被軸承支承在汽缸側壁上繞自身的軸線轉動，因而壓縮氣體或燃氣的作用力便由上述軸承承受而不產(chǎn)生力矩，從而避免了葉片與轉子間出現(xiàn)較大的相互作用力，簡化了結構，提高了耐久性;
(2)由于壓氣和作功由同一輸出軸上的兩套機構完成，偏心轉子內部相互連通，很容易組織潤滑及冷卻，提高了可靠性;
(3)由于壓氣和作功部分是分開設置的，因此很容易精確確定其工作容積比，提高能量利用率。
下面參照附圖對本發(fā)明的一個實施例進行詳細說明

圖1是本發(fā)明實施例的軸側圖;
圖2是該實施例作功部分的工作過程示意圖。其中圖2a顯示出爆發(fā)/排氣沖程開始時的情形;圖2b顯示出爆發(fā)/排氣沖程進行中的情形。
圖3是該實施例壓氣部分的工作過程示意圖。其中，圖3a顯示出壓縮/吸氣沖程結束時的情形，圖3b顯示出壓縮/吸氣沖程進行中的情形。
圖1中所示是一種由兩套壓縮和作功部分串聯(lián)而成的雙缸四沖程組合式葉片轉子汽油發(fā)動機，它們通過螺栓(13)沿軸向緊固成一體。其外部設備如化油器、進排氣管等在此已被省略。
參見圖1，壓氣部分包括一汽缸(33)，帶有兩個圓柱形腔，每個腔中安置有一由軸承(36)支承的筒狀偏心轉子(23、26)，中間由壁隔開。輸出軸(10)為一根帶花鍵的軸貫穿整個發(fā)動機的中心線，在與上述汽缸(33)相對應處的花鍵上安置有帶花鍵槽的葉片(20)，葉片(20)頂部沿軸向設有L型葉片條(21)。偏心轉子(23、26)的外壁上設置有凹入的導氣槽(22)，本實施例中它呈楔形用于容納被壓縮的氣體，偏心轉子側壁上設有環(huán)狀密封圈(35)由軸向推力彈簧(34)推向氣缸側壁。轉子開口處帶有一對半圓柱形滑塊。
作功部分包括兩個汽缸(32、37)，位于上述壓氣部分汽缸(33)的兩側，汽缸壁上安置有火花塞(24)，汽缸中裝有筒形偏心轉子(14，28)，轉子中安置有從其開口伸出的葉片(19)，轉子外壁上開有凹入的燃燒室(18)，側壁上設有環(huán)形密封圈(2)，由軸向推力彈簧(1)推向汽缸側壁。轉子由軸承(15)支承在汽缸側壁以及蓋在整機兩端的罩殼(31，39)的壁上。葉片頂部同樣帶有L型密封條(16)，與轉子配合處(轉子開口處)帶有一對半圓柱形滑塊(17)。輸出軸(10)由軸承(9)支承在罩殼(31、39)中，軸承(9)由端蓋(5)封住，端蓋(5)中設有“0”型密封圈(6)。上述作功部分及壓氣部分的氣缸壁上均帶有相互連通的導氣道(25)，用以將壓縮氣導入燃燒室。
上述輸出軸一端設置有帶摩擦片(29)的飛輪(30)，而另一端則帶有一皮帶輪(7)用以帶動油泵(11)的皮帶輪(8)及水泵的皮帶輪(4)，為發(fā)動機提供潤滑及冷卻。上述汽缸及罩殼部件中均帶有冷卻水套(3)并由“0”型密封圈(27、38)封住，另外，還帶有潤滑油路(12)。
參見圖2和圖3，它們顯示了該旋轉發(fā)動機作功及壓氣兩部分的工作過程。圖中軸(10)是帶花鍵的軸，位于壓縮汽缸(33)及作功汽缸(37)的中心，其上各裝有葉片(20)和(19)，滑塊(17)和(46)為成對設置的半圓柱體，可擺動地安置在偏心轉子(14)和(23)開口兩側的半圓柱形槽中，從兩側夾住葉片，并允許其伸縮。在轉子開口上與其轉向相對的半圓柱形槽中還設有軸向密封條(40)和(41)，壓氣部分的汽缸周壁上開有進氣口(42)，作功部分汽缸周壁上開有排氣口(43)，轉子軸承孔與轉子內壁之間的側壁上沿圓周開有一系列小油孔(45)用作滑油導流通道。
如圖所示，葉片(19，20)及轉子(14，23)沿順時針方向轉動，壓氣部分與作功部分葉片的角度差為70-90度，轉子偏置于汽缸(33，37)的左上部，其外壁切入汽缸內壁1-3毫米，以便更可靠地構成密封，導氣道(25)開在左上部的汽缸(33、37)壁內，開口于汽缸內周壁與轉子形成的密封處。見圖2a，作功部分的導氣道下游相近位置設置著火花塞(24)，導氣道與火花塞的夾角為10-20度。凹入的燃燒室(18)設置在作功部分轉子(14)臨近葉片開口的上游側(左側)，，這樣當燃燒室轉至與導氣道相對時接受由導氣道導入的壓縮后的燃料空氣混合氣，而轉至與火花塞對應點火時轉子外壁已將導氣道封住。排氣口(43)開設在汽缸周壁的左下側，這樣從火花塞到排氣口為燃燒過程提供了長達210-225度的作功轉角，充分利用了燃燒能量。見圖3a，壓氣部分導氣道(25)的位置與作功部分的相同，進氣口(42)開設在汽缸周壁的右上側，這樣為壓氣過程提供了200-210度的作用角度。在壓氣部分轉子(23)臨近葉片開口的上游側(右側)設有導氣槽(22)，用以容納壓縮氣體。上述汽缸，轉子及葉片等的經(jīng)向尺寸是相同的，而實現(xiàn)最佳的壓氣與作功部分的工作容積比則是通過上述部件軸向長度的不同來實現(xiàn)，這種方式使該機便于加工制造，且容積比易于得到調整。目前最佳的軸向長度比為0.7∶1。
該機的工作過程如下起動時輸出軸(10)被旋轉一周，壓氣部分的葉片將吸入的燃料空氣混合氣壓縮至導氣槽(22)中，當導氣槽(22)與導氣道(25)相對時，作功部分的燃燒室(18)正好也與導氣道(25)相對，則混合氣被導入燃燒室(18)中，當燃燒室(18)轉至與火花室相對時，轉子(14)，已將導氣道(25)通向作功部分的開口封死，而同時轉子(23)也已將導氣道(25)通向壓氣部分的開口封死，因而點火時燃氣推動葉片(19)作功并排出上一次的廢氣，同時帶動壓氣部分進行吸氣/壓縮過程。由于點燃時導氣道被兩個轉子同時封住(兩道密封)，從而有效地防止了燃氣向壓縮部分的泄漏，而且又省去了現(xiàn)在技術中復雜且可靠性差的盤形閥，這也是本發(fā)明的明顯特征之一。
另外，由于起動時在導氣道內沒有壓縮氣體，因而在頭一轉時作功部分工作腔內會產(chǎn)生負壓導致起動困難，因此在作功部分的氣缸壁相應于工作腔的部分(例如圖2b的右下方)設置了一單向閥門(44)，用以在腔內產(chǎn)生負壓時吸入空氣消減負壓。該單向閥門可以是一個升閥(類似氣門)，由彈簧壓在封閉位置。
權利要求
1.一種組合式葉片旋轉發(fā)動機，包括壓氣部分、作功部分，相應的起燃、潤滑、冷卻系統(tǒng)，其特征在于(1)作功部分包括至少一個圓柱形汽缸；位于汽缸軸線上的一根延伸至壓氣部分的輸出軸；與輸出軸相固接并沿徑向延伸到汽缸內壁的相應單葉葉片；位于輸出軸與汽缸之間偏置于氣缸軸線并由軸承支承于汽缸側壁上繞自身軸線轉動的圓筒狀偏心轉子，其外壁與汽缸內壁相切構成密封；該偏心轉子筒狀壁上帶有一供葉片伸出的長條形軸向開口，開口中設置有可讓葉片相對于轉子伸縮擺動的滑塊；(2)壓氣部分包括至少一個與作功部分汽缸相鄰并同軸的圓柱形汽缸，與上述輸出軸伸入該汽缸中的部分相固接并徑向延伸至汽缸內壁的單葉葉片以及設置在軸與汽缸之間偏置于汽缸軸線并由軸承支承于汽缸側壁上繞其自身軸線轉動的圓筒狀偏心轉子，其外壁與汽缸內壁相切構成密封，該偏心轉子的筒狀壁上帶有一供葉片伸出的長條形軸向開口；開口中設置有可以讓葉片相對于轉子伸縮擺動的滑塊；(3)所述作功部分的汽缸壁上設置有排氣口，而壓氣部分汽缸壁上設置有進氣口，兩相鄰汽缸的壁上設置有相互連通的導氣道，以便通過其將壓縮后的氣體從壓氣部分導至作功部分。
2.如權利要求1所述的旋轉發(fā)動機，其特征在于所述筒形轉子切入汽缸內壁1-3毫米。
3.如權利要求1所述的旋轉發(fā)動機，其特征在于所述滑塊為一對半圓柱體，可擺動地設置于轉子開口側壁上的兩個相對半圓柱形凹槽中，從兩側夾住葉片并使之可進行相對伸縮運動。
4.如權利要求1或2或3所述的旋轉發(fā)動機，其特征在于在所述作功部分轉子臨近葉片的上游側設置有一斷面呈三角形的燃燒室;在所述壓氣部分轉子臨近葉片的下游側設置有一斷面為淺楔形的導氣槽。
5.如權利要求1或2或3所述的旋轉發(fā)動機，其特征在于所述導氣道位于汽缸壁內并且開口于相應汽缸內周壁上與轉子相切的部位;所述進、排氣口開設在汽缸周壁上;所述進氣與作功部分中的葉片間夾角為90-30度;所述作功部分導氣道與所述排氣口之間沿葉片運轉方向的夾角為325-265度，所述壓氣部分的進氣口與導氣道沿葉片運轉方向的夾角為245-215度。
6.如權利要求1所述的旋轉發(fā)動機，其特征在于作功部分與壓氣部分具有相同的徑向尺寸，而其軸向厚度比為1.7∶1。
7.如權利要求1所述的旋轉發(fā)動機，其特征在于所述葉片頂部帶有“L”形密封條、轉子側壁上設有環(huán)形密封圈，開口處上游方向的半圓柱形凹槽中沿軸向設有密封條，用以在槽與半圓柱形滑塊間提供密封。
8.如權利要求1所述的旋轉發(fā)動機，其特征在于所述起燃系統(tǒng)中帶有至少一個火花塞，位于導氣道下游臨近處的氣缸壁上，與導氣道的夾角為25-19度。
9.如權利要求1所述的旋轉發(fā)動機，其特征在于在所述作功部分汽缸壁相應于工作腔的位置上設置有一單向閥門。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有偏心轉子的單葉片組合式旋轉發(fā)動機，該機由至少一組結構相似的壓氣部分及作功部分并接而成，并共用一根輸出軸，壓氣部分吸入氣體壓縮后經(jīng)一導氣道送至相臨的作功部分燃燒作功。該機的特點是動力直接由葉片帶動輸出軸輸出，磨損小，耐久性強。相鄰的作功、壓氣兩部分可實現(xiàn)最佳工作容積比，提高了能量的利用率，并易于組織潤滑及冷卻，工作可靠。
文檔編號F02B1/04GK1066318SQ9210370
公開日1992年11月18日 申請日期1992年5月16日 優(yōu)先權日1992年5月16日
發(fā)明者丑毅 申請人:丑毅