专利名称：双转子旋转发动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种燃料直接在发动机气缸内燃烧而产生动力的热力发动机——双转子旋转发动机。
在发动机领域中，往复式发动机已是当今世界上应用最广泛的发动机，但由于其独特的结构形式，从它一问世起，它的一些难以解决的问题也随之存在于世，如另件的往复惯性、进气充量、废气排放等成了人们长期攻关的课题。1960年，由汪克尔发明纳苏(NSU)公司发展的新型三角转子发动机首次公布于世，该机用三角型转子代替了往复式发动机的圆柱形活塞，以旋转运动取代了往复式发动机的往复运动，从而从结构上解决了往复机工作中产生的活塞和另件的往复惯性力，该机另件少、重量轻、体积小、升功率高，但它的不足之处在于该机转子与气缸缸径采用刮片密封，因而磨损量大，可靠性和耐久性存在问题，另外其燃料消耗率高于往复式发动机，其部分未燃的可燃气被直接排放到大气中，既浪费了燃料，又严重污染了环境，世界上虽经几十年努力，以图改变这一状况，但效果不大，因此该机至今未获推广。
本实用新型的目的是向人们提供一种新型的双转子旋转发动机，新发动机不仅能降低发动机的摩擦损失，而且能增加发动机的进气充量，使可燃气得到充分燃烧，提高发动机的作功效力，进一步降低废气的排放污染。
为实现以上目的，本实用新型的主要机构设计为有两个中间被一中板隔开的带偏心轮圆柱形转子的旋转泵，泵的两转子被轴向套装在两泵缸径内同一根转轴上，转轴上两个转子的中心互成一角度，其两个分隔板在缸套滑槽中往复直线运动，其前级泵的进口为发动机进气口，后级泵的出口为发动机的排气口，前级泵的出口与后级泵的进口相连通，在该通道中装一阀门，该阀门的定时开闭由装在转轴上的凸轮通过顶杆和摇臂控制，发动机旋转时，转子外径与气缸内径成滚动接触，与分隔板成滑动接触，该机构使发动机的摩擦损失大为降低，当发动机工作时，前级泵负责进气与压缩，后级泵负责作功与排气，转轴每旋转一周，前后泵气缸中分别进行进气、压缩、作功、排气四过程，共同完成一个工作循环。
本实用新型由于采用了偏心轮圆柱转子旋转泵为本发动机的主机构，它以转子外径与缸壁的滚动摩擦代替了三角发动机的刮片摩擦，虽然本机还有转子外径与分隔板的滑动摩擦，但其每转的相对摩擦距离仅为气缸内径周长与转子外径周长之差，与三角发动机相比，本发动机摩擦损失远小于前者，同时，本实用新型由于把发动机的四个冲程交由两个气缸来分别完成，因而其每一冲程的工作转角大为增加，随着工作转角的增加，相应延长了每一冲程的工作时间，这对增加发动机的进气充量，可燃气的完全燃烧，和废气的彻底排放大为有利。从图5的工作相位图可见，本机在一个循环中的每一冲程的工作转角都远大于三角发动机，也大于往复式发动机。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型实施例结构剖视图。
图2是本实用新型偏心转子(5)(9)的正视图和侧剖视图。
图3是本实用新型偏心盘(8)(20)的正视图和侧剖视图。
图4是本实用新型分隔板(25)的三视图。
图5是本实用新型的工作相位图。
图6是本实用新型的工作原理图，在该图中，图示(1)为后级气缸，图示(14)为前级气缸。现结合
图1-6祥细说明如下。
由
图1可见，本实用新型有前后两个被一中板(4)隔开的轴向圆柱形气缸(1)(14)，两气缸中各有一圆柱形偏心转子(5)(19)固定于与两气缸(1)(14)中心同心的同一根转轴(11)上，转轴(11)固定在两端板(2)(7)中与缸径同心的轴承孔中，转轴(11)两头伸出孔外，在转轴上的轴向方向，两转子(19)(5)偏心到转子(19)(5)中心的两条异面直线成一夹角；在气缸缸套(2)(7)上的轴向方向，各开有一径向滑槽，两滑槽的两条异面中心线也有一夹角。在
图1的A剖气缸(1)中，一分隔板(25)安放滑槽中，分隔板(25)一头紧压在转子(19)外径上，另一头通过弹簧(24)分隔板连杆(18)及连杆(18)一端的圆柱肖与偏心盘(20)凸缘中的孔套接，分隔板连杆的导向部分安放在端板(2)中与分隔板(25)移动中心线重合的滑槽中、偏心盘(20)固定在转轴(11)上。另一气缸(14)中分隔板(未画出)及偏心盘(8)与转轴(11)的连接与气缸(1)相同。在两缸套(3)(6)中靠近分隔板(25)两面的部位各有一气口，是气缸的进口与出口，其前级缸(14)的进口为发动机的进气口(22)，其后级缸(1)的出口为发动机的排气口(26)，其前级缸(14)的出口与后级缸(1)的进口通过中板通气孔(15)互相贯通，在与通气孔(15)中心垂直方向，有一阀孔，一气阀(17)滑配其中，气阀(17)由转轴(11)上的凸轮(12)顶升机构控制。气阀(17)往复移动时，可使前后缸套(6)(3)通气道开闭，气阀(17)朝缸外端与摇臂(16)顶杆(13)及转轴(11)上的凸轮(12)轮廓面相触，一弹簧套于气阀(17)阀杆外的中板(4)弹簧座上，其上端顶在阀杆端部触头下。在后级缸(1)缸套(3)的进气道靠近分隔板(25)的部位，安装着火花塞或喷油嘴(23)，在转轴(11)的一端按装着磁电机或高压油泵(21)，另一端安装有飞轮平衡盘(10)和齿轮(9)。
以上所说的偏心转子(19)(5)如图2所示，它由一个圆柱形偏心轮及套于轮外的滚套和轮与套间的一圈滚针组成，偏心轮中有偏心轴孔，滚套内径面有安放滚针的内圆面滚道，滚套两端面有数条环形槽，槽中有环形密封圈，密封圈下有轴向弹性圈。缸径上径向滑槽中的分隔板(25)如图4所示。该板为一长方形或正方形板块，其两平面平整光滑，其一头有一径向开口的轴向圆柱孔，其开口角度小于180°，在该圆柱孔中有一可转动圆柱体，圆柱体在孔外一部分为-R值等于转子(19)(5)半径的内圆弧面，分隔板(25)的另一头有数个通向板内部的孔，板块的两侧面有数条横和直的槽，槽中有密封条，密封条下有弹性片。转轴(11)上的偏心盘(20)(8)如图3所示，它由一圆片形的偏心板和套在该板外径上的带凸缘滚圈组成，滚圈凸缘上有一轴向肖孔，滚圈的内径和偏心板的外径面上有一滚道、一圈滚珠安放滚道中，偏心板固定在转轴(11)上时，其中心与同侧转子(19)(5)中心重合，其中心至凸缘肖孔中心距离等于转子(5)(19)半径。
当发动机转动时，偏心转子滚套始终与缸壁成滚动接触，与分隔板成滑动接触，该时转轴(11)出端紧靠端板(2)(7)旁的偏心盘(20)(8)利用其滚圈凸缘中孔与分隔板连杆(18)一端的圆柱肖的配合，带动分隔板连杆(18)在端板导向滑槽中上下移动，通过弹簧(24)把压紧力始终均衡地压在分隔板(25)上。保证了运动中分隔板(25)与转子外径的良好接触，进而确保了缸内的有效密封。转动中凸轮(12)按时推升顶杆(13)推动摇臂(16)使气阀(17)按时升降，从而定时开闭前后缸气道，同时转轴(11)一端的高压油泵或磁电机(21)在转动中按时向喷油嘴或火花塞(23)提供燃油或点火电源及信号，促使缸内燃气燃烧，进行工作。另一端的飞轮平衡盘(10)是为平衡转子的离心力和发动机的转动惯量而设，发动机的扭矩由齿轮(9)输出。
本实用新型工作原理如图6所示。现说明如下为说明方便，首先图6把实际上轴向布置的两气缸画成了平行布置，图中的(26)为排气口，(25)为分隔板，(23)为火花塞，(17)为气阀，(22)为进气口，(1)为后级气缸，(14)为前级气缸。由于转子在气缸中转动时，其大部分时间担负着两个工作，对本发动机而言，其前级缸(14)担负着进气和压缩两工作，后级缸(1)担负着燃烧作功和排气两工作，为便于说明，我们把转子上担负这两工作的分界线称为基线。从图6可见，该基线是一条由气缸中心线经过转子中心直达转子外径与缸径接触点的直线，现在把该基线中转子外径与缸内径的接触点称为基点，从基点朝着转子旋转方向至分隔板的一段转子表面称其为该转子的前缘面，从基点背向转子旋转方向到分隔板的一段转子外径面称其为转子的后缘面。(为了说明方便，后面说明中简称为气缸(1)或气缸(14)的前缘面和后缘面)当两缸的分隔板轴向中心线在气缸中的同一方向的同一径向线上时，转轴上两转子基线间的夹角就是本发动机的压缩角。压缩角小于180°，压缩角越小，气缸中压力越高。其相互位置是当以转子旋转方向为前，以分隔板为参照物时，前级缸(14)转子基线滞后分隔板一个角度，后级缸(1)转子基线超前分隔板一个角度。当两缸缸径，容积相同，后级缸(1)转子基线的超前角等于前级缸(14)转子基线的滞后角时，气缸中的设定压力最高，该角度等于往复式发动机的压缩上止点，其值为二分之一压缩角。现把双转子旋转发动机在各时刻的工作情况说明如下图6中a位置时，气阀(17)关闭，气缸(14)前缘面开始压缩上一转吸入的可燃气，后缘面开始吸气。气缸(1)前缘面排除缸中废气，后缘面正受到缸中上一转作功时燃气的推动，迫使转子(19)顺时针旋转。
b位置时，气阀(17)仍关闭，气缸(14)前缘面继续压缩缸中可燃气，由于气阀(17)关闭，压缩中前缘面上气缸容积缩小，压力增高，温度上升，而后缘面继续吸气。该时气缸(1)前缘面排气结束，后缘面气缸容积达到最大，燃烧即将结束。
c位置时，气阀口(17)开始打开，气缸(14)前缘面继续压缩缸中可燃气，其后缘面继续吸气；随着气阀(17)开启，气缸(14)中一定压力和温度的可燃气快速流向气缸(1)，该时，气缸(1)前缘面与排气口(26)接通，缸中废气喷向排气口(26)，气缸(1)排气开始，而后缘面在缸内进气口和分隔板间，接受气缸(14)压进来之可燃气。
d位置时，气阀(17)继续打开，气缸(14)前缘面继续压送和压缩缸中可燃气，其后缘面继续吸气。该时气缸(1)前缘面排除缸中废气，后缘面继续吸取气缸(14)压进来之可燃气。该时气缸(1)中转子(19)基线与分隔板中心之角度等于气缸(14)中转子(5)基线与分隔板中心之角度，该位置相当于到了往复式发动机的压缩上止点，此时，气缸(1)中后缘面上和气缸(14)前缘面上的设定压力和温度最高，气缸(1)中火花塞(23)点火。
e位置时，气阀(17)仍打开，气缸(14)前缘面继续压送可燃气至气缸(1)后缘面上，气缸(14)后缘面继续吸气。该时气缸(1)前缘面排气，其后缘面上可燃气剧烈燃烧，燃烧产生的高温高压气体给气缸(1)后缘面一个压力，由于气阀(17)打开，两缸相通，因此燃气同时也给气缸(14)前缘面一个压力，该压力与转子旋转方向相反。但由于该时气缸(1)中转子(19)基线至分隔板的超前角大于气缸(14)中转子(5)基线至分隔板的滞后角，故气缸(1)转子(19)上后缘面大于气缸(14)中转子(5)的前缘面，所以该时气缸(1)后缘面上得到的压力大于气缸(14)前缘面上的压力，再加上飞轮(10)的惯性力，故气缸(1)后缘面上压力克服气缸(14)前缘面上之反压力，推动转子(19)朝原顺时针方向旋转。
f位置时，气阀(17)关闭，气缸(14)前缘面在缸内出气口至分隔板位置，该时前缘面压缩出口中剩余气体，后缘面所在气缸容积最大，吸气结束；气缸(1)前缘面继续排气，后缘面上气缸中可燃气继续燃烧。由于该时气阀(17)已关闭，所以，气缸(1)后缘面燃气产生的压力已不对气缸(14)起作用，故该时以后气缸(1)后缘面上燃气产生的压力只对转子(19)作正功，推动转子(19)朝顺时针方向旋转。
又到达a位置，气阀(17)关闭，气缸(14)前缘面开始压缩前一转缸中吸入之可燃气，其后缘面又开始新一转之吸气。该时，气缸(1)中前缘面排除缸中废气，其后缘面气缸中可燃气继续燃烧，气体膨胀，推动气缸(1)中转子(19)朝顺时针方向旋转。直到b位置时，气缸(1)后缘面容积达到最大，燃烧结束，膨胀停止。
到达a位置时，转子在气缸中旋转了一周，完成了一个工作循环，在该一周中，两缸中转子进行了吸气、压缩进气、点火燃烧、排气四个过程之工作。一周中，发动机点火作功一次，其具体工作相对位置如图5所示。在该工作相位图中，由里向外有四个开口的园，园的起点为工作的始点，园的箭头指向工作终点位置，其中W园代表进气冲程，X园代表压缩冲程，Y园代表燃烧作功冲程，Z园代表排气冲程，其整个全园为转子旋转一周360°，园中a、b、c、d、e、f径向线与各冲程园相交点，为工作图6中该时刻各冲程相位。在垂直中心线上之分隔板(25)，其中心线即气缸的垂直中心线。图中R角为压缩角，B为气缸(1)转子(19)基线的超前角，A为气缸(14)中转子(5)的滞后角。在原理图6中，我们看到发动机点火时间在二分之一压缩角上，即相位图中F角度上，但实际上，可燃气在气缸中从点火到剧烈燃烧需要时间，为使有效作功时间较为合理，实际点火时间应在H角度，在F与H间的角度即为本发动机的点火提前角r。
实施例调正在图6和说明中，为了明了工作原理，气缸中两块分隔板被正中按放缸中，但在实际实施中，由于前后缸通气道布置，中板中气阀与控制气阀(17)之摇臂(16)顶杆(13)等安装需要，正中安装分隔板将使实施造成困难。为此，本实用新型在实施中把分隔板由中心向两侧偏转了一个角度，当顺时针旋转时，气缸(14)分隔板由中心超前原位置一个角度，气缸(1)分隔板由中心滞后原位置一个相同的角度，在两角度间即产生了一条贯通两缸的通气道，在该气道中即有了垂直安装气阀(17)的空间，如
图1所示。
由于分隔板角度的位移，为了不改变压缩角，应将转轴(11)上两转子基线交角进行相应调正，调正后的基线夹角等于原压缩角减去两分隔板偏移角之和。也就是说，当两分隔板在气缸中互成角度时，发动机压缩角等于转轴(11)上两转子基线夹角加上两分隔板夹角。
发动机的润滑与冷却，本发动机转子内径部分，通过由两端板(2)(7)轴承孔内侧通入进油孔压入润滑油流经转子中偏心轮从中板(4)中钻的出油孔流回油箱的方式润滑和冷却转子。对缸套冷却由于发动机前级缸担负吸气和压缩，后级缸担负燃烧和排气，因此前缸温度低于后缸，所以前缸可采用散热片加风扇冷却。后级缸采用缸套中铸水套，以流入和流出冷却水方式冷却，也可以两缸都用水套方式进行冷却。
权利要求1.一种双转子旋转发动机，该发动机有前后两个被一中板(4)隔开的轴向圆柱形气缸(1)(14)，缸中各有一偏心转子(19)(5)固定于与缸径中心同心的同一根转轴(11)上，转轴(11)固定在两端板(2)(7)中与缸径同心的两轴承孔中，转轴(11)两头伸出孔外，在气缸缸套(3)(6)上，各开有一径向滑槽，一分隔板安放槽中，分隔板(25)一头紧压在转子(19)外径上，另一头通过弹簧(24)与分隔板连杆(18)及偏心盘(20)相连，偏心盘(20)固定在转轴(11)上，其特征在于中板(4)中有连通两气缸(1)(14)的通气孔(15)，通气孔(15)中有一与孔中心垂直的阀孔，阀孔中有一可移动气阀(17)，在转轴(11)上的轴向方向两转子(19)(5)偏心到转子中心的两条异面直线成一夹角，在气缸缸套(2)(7)上的轴向方向，两径向滑槽的两条异面中心线有一夹角。
2.根据权利要求(1)所述的双转子旋转发动机，其特征在于气缸(1)(14)为一种圆柱形容腔气缸，在缸套(3)(6)中靠近分隔板(25)两面的部位有一进口和出口，其前级缸(14)的进口为发动机的进气口(22)，后级缸(1)的出口为发动机的排气口(26)，前级缸(14)的出口与后级缸(1)的进口通过中板通气孔(15)互相贯通，在通气孔(15)中心与孔垂直方向的部位有一阀孔，一气阀(17)滑配其中，该气阀(17)由转轴(11)上的凸轮(12)顶升机构控制。
3.根据权利要求(1)所述的双转子旋转发动机，其特征在于偏心转子(19)(5)为一圆柱形偏心轮及轮外的滚套和轮与套间的一圈滚针组成，偏心轮中有偏心轴孔，滚套中有安放滚针的内园面滚道，滚套两端面有数条环形槽，槽中有环形密封条，密封条下有轴向弹性圈，转子(19)(5)外径与气缸(1)(14)内径成滚动接触。
4.根据权利要求(1)所述的双转子旋转发动机，其特征在于分隔板(25)为一长方形或正方形板块，其两平面平整光滑，其一头有径向开口的轴向圆柱孔，该开口角度小于180°，圆柱孔中有一在孔中可转动圆柱体，圆柱体在孔外一部分为-R值等于转子(19)(5)半径的内圆弧面，其另一头有数个通向板内部的孔，板块的两侧面上有数条横和直的槽，槽中有密封条，密封条下有弹性片。
5.根据权利要求(1)所述的双转子旋转发动机，其特征在于偏心盘(20)(8)由一园片状偏心板和带凸缘的滚圈组成，滚圈凸缘上有一轴向肖孔，滚圈的内径面和偏心板的外径面上有滚道，滚道中有一圈滚珠安放其中，当偏心盘(20)(8)固定在转轴(11)上时，其中心与同侧转子(19)(5)中心重合。
专利摘要一种燃料直接在气缸内燃烧而产生动力的双转子旋转发动机,它主要由两个相连在一起的轴向圆柱形气缸,气缸中同轴安装的两个偏心角互成角度的偏心转子及气缸套滑槽内的分隔板和两气缸间可开闭的气阀组成。当发动机转动一周时,两转子在气缸中分别进行进气、压缩、作功、排气四个过程,共同完成一个工作循环,新发动机基本解决了当今发动机进气充量不足,作功率低,燃烧不充分,排气污染等问题,故其在各种动力装置中用途广泛。
文档编号F01C1/356GK2443150SQ0024226
公开日2001年8月15日 申请日期2000年7月11日 优先权日2000年7月11日
发明者钱勇胜 申请人:钱勇胜