[發明專利]一種內腔凸輪轉子內燃發動機動力系統

有效

• 申請號: 201710162750.2
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN106870123B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 孫守林;卞永寧;王琳;張光臨;洪鵬飛;楊揚
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F02B53/00
• 分類號: F02B53/00;F02B55/02;F02B55/08
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明一種內腔凸輪轉子內燃發動機動力系統屬于內燃發動機領域，涉及一種內腔凸輪轉子內燃發動機動力系統。系統中利用內腔凸輪與安裝在凸輪腔內的中心構件上的多個滑塊從動件構成凸輪機構，并和端部構件構成多個周向分布的密封工作腔室，它們隨內腔凸輪與中心構件的相對轉動而發生容積變化，配合氣門在其中完成奧托循環的進氣、壓縮、做功、排氣四過程，將氣體燃燒產生的化學能直接轉化成內腔凸輪或中心構件的定軸回轉形式輸出的機械能。本發明中，高壓氣體直接推動轉子定軸回轉并輸出動力，結構簡單，參數可調節范圍大。在附加的滑塊擒縱裝置控制下易實現柔性控制，實現正反轉，相比于活塞內燃機和三角轉子內燃機動力系統均有許多突出的優勢。

技術領域

本發明屬于內燃發動機領域，涉及一種內腔凸輪轉子內燃發動機動力系統。

背景技術

活塞內燃機是最早問世的內燃機。其特點是活塞在氣缸內作往復直線運動，通過曲柄滑塊機構實現曲軸回轉運動輸出。在曲軸回轉兩周內氣缸內完成一次完整的進氣、壓縮、做功、排氣四個工作過程，即奧托循環。人們通常認為，活塞式內燃機具有熱效率高、結構緊湊，機動性強，運行維護簡便等優點，甚至認為活塞內燃機的動力裝置，尤其是機械結構，已經達到登峰造極的程度。然而，活塞內燃機輸出動力的做功過程只占其中的四分之一，因而運動波動大，必須依靠飛輪維持工作過程連續，特別是其熱效率只有40％左右?；钊麅热紮C結構，形式單一，缺乏可變性，只有通過增大尺寸或多套系統并聯提高動力；而且，受曲柄滑塊機構特性限制，做功沖程產生的化學能很難有效利用：如燃料爆發力最強大的時段，恰恰對應曲柄處于死點附近，此時爆發力主要以內耗為主，因力臂接近于零，并不能產生最大驅動力矩；最大力臂長度和活塞行程取決于固定的曲柄長度，對應最大力臂處，燃料的爆發力已下降很多，活塞內燃機動力機構的構成先天地決定其不可能充分地轉化燃料的化學能。這也是活塞內燃機效率難以提高的一個根本原因。

三角轉子內燃機(又稱三角活塞旋轉式發動機)是目前唯一成功商業化的轉子內燃機。三角轉子內燃機有一個或多個具有等徑特性的曲邊三角形轉子，有類似橢圓形特定內腔廓型的轉子倉作汽缸；轉子有三個面與缸壁正好可以形成三個獨立空間，即燃燒室。通過曲軸和齒輪嚙合，使轉子在汽缸內作強迫行星運動，轉子運動時，有規律地露出進排氣孔，不須像活塞內燃機一樣配備專門的氣門三個燃燒室即可各自先后完成奧托循環。轉子代替活塞的作用，將壓力轉化為旋轉運動輸出。轉子在一個方向上連續旋轉，而不是劇烈地改變方向的往復直線運動。三角轉子自轉一周，發動機點火做功三次。三角轉子內燃機較好地解決了端面密封和徑向密封問題，精簡結構，體積小，質量輕，運行安靜，噪聲小，具有均勻的扭矩特性。但仍存在核心件加工要求過高，對磨損過于敏感、壓縮比調整困難、熱效率低等關鍵問題，燃燒利用率仍難提高。同時，類似于活塞內燃機，三角轉子內燃機結構的可拓展性也是有限的。另外燃料產生的膨脹力在轉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子轉動，但其作用合力對轉子軸的力矩卻很難提高，同樣內耗比例過高。

現有內燃機所用燃料種類很多，如汽油、柴油、煤油、天然氣、石油氣、煤氣、氫氣等。在內燃機工作過程中動力系統的燃料供給方式有兩種：一種是燃料氣化或霧化與氧化劑(通常是空氣)混合后一起進入燃燒室，另一種是燃通過加注裝置單獨加注，不與氧化劑同步進入燃燒室。燃料點燃方式也有兩種：一是利用火花塞等點火裝置引燃，另一是通過壓縮升溫后自燃，如柴油。

發明內容

受凸輪機構在泵和馬達結構中應用的啟發，再針對內燃機奧托循環特殊要求進行改造，在突破的四個過程有序轉換的關鍵技術以后，提出一種基于組合凸輪機構的轉子內燃機動力裝置構成原理。

基本設計思路是：將凸輪定軸地安裝在柱體的內部，利用凸輪遠休止區和近休止區向徑差異，形成有變化的環形間隙，再用一組從動件將該環形間隙周向分隔成多個密封腔室，并用氣門控制各腔室的氣體工作狀態，只要實現合理的徑向密封和端面密封，就能夠實現利用活塞發動機的相同的工作過程。況且，三角轉子發動機已為徑向密封和端面密封提供了很好的先例。