CN111120083B - 一种双转子活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双转子活塞发动机，属于发动机技术领域。气缸壳体上下两端分别连接顶盖和底盖，构成活塞容置腔，活塞容置腔内设有相配合的左转子活塞和右转子活塞。本发明的有益效果是：结构简单、运行可靠、体积小重量轻、适用于多种燃料，并且燃烧效率较高。

Description

一种双转子活塞发动机

技术领域

本发明涉及一种双转子活塞发动机，属于发动机技术领域。

背景技术

日常生活中最常见的发动机是往复活塞式的发动机；还有不是很常见的汪克尔转子活塞式发动机。往复活塞式发动机最大的特点是通过曲轴把活塞的往复直线运动改为动力输出主轴的轴心圆周转动，同时这也是它的缺点，在气缸内往复运动的端头活塞运动速度为零，每次从零开始的加速都会额外消耗能量。以四冲程往复活塞发动机为例，它甚至有一个吸气冲程就没在做功，但是活塞及相关部件都要运行一次，这也要消耗能量。而汪克尔转子活塞发动机的一个特点是转子做功时它的圆心绕不是同心圆的轴转动并带动这个轴转动，同时还有自转。它的缺点是除了转子与缸壁的摩擦外还有绕轴转动时转子自身齿轮与缸体齿轮啮合时的摩擦；燃烧室的形状不理想，点火时燃烧室呈细长状不利燃烧,导致油耗高排放不易达标；转子端头在转子高速旋转时与气缸壁接触摩擦比较剧烈；由转子的运动轨迹决定了气缸的平面形状，由此决定了气缸的压缩比不能变化，为使用近年发展的高压缩比燃烧技术增加了难度。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种结构简单、运行可靠、体积小重量轻、适用于多种燃料，并且燃烧效率较高的双转子活塞发动机。

本发明的技术方案是：一种双转子活塞发动机，气缸壳体上下两端分别连接顶盖和底盖，构成活塞容置腔，活塞容置腔内设有相配合的左转子活塞和右转子活塞，左转子活塞和右转子活塞分别以贯穿活塞容置腔的左轴和右轴为转轴转动，左轴和右轴底部分别连接互相啮合的左同步齿轮和右同步齿轮，左转子活塞和右转子活塞的上下端面分别与顶盖和底盖贴合，所述左转子活塞一侧的气缸壳体上设有与活塞容置腔连通的左排气通道和左进气通道，右转子活塞一侧的气缸壳体上设有与活塞容置腔连通右排气通道和右进气通道，所述底盖上表面设有右喷油点火室，右喷油点火室一端设有火花塞和燃料喷嘴，右喷油点火室与活塞容置腔的连接处设有右压力平衡气门，所述顶盖下表面设有左喷油点火室，左喷油点火室一端设有火花塞和燃料喷嘴，左喷油点火室与活塞容置腔的连接处设有左压力平衡气门。

涡轮增压器连接进气管路和排气管路，所述进气管路上设有进气气门，进气管路端部连接左进气支路和右进气支路，左进气支路和右进气支路分别连接左进气通道和右进气通道，所述排气管路端部通过排气阀控制连通左排气支路和右排气支路，所述左排气支路和右排气支路分别连接左排气通道和右排气通道。

所述左转子活塞的上端面a和下端面a均为平面，所述上端面a和下端面a分别密封滑动连接顶盖和底盖，所述左转子活塞的侧表面包括同心的半圆弧面a和半圆弧面b，所述半圆弧面a的直径大于半圆弧面b，所述半圆弧面a和半圆弧面b通过压缩端面a连接，所述半圆弧面a与活塞容置腔内壁密封滑动连接；所述右转子活塞的上端面b和下端面b均为平面，所述上端面b和下端面b分别密封滑动连接顶盖和底盖，所述右转子活塞的侧表面包括同心的半圆弧面c和半圆弧面d，所述半圆弧面c和半圆弧面d通过压缩端面b连接，所述半圆弧面c与活塞容置腔内壁密封滑动连接；所述压缩端面a与压缩端面b周期性的贴合和分离。

所述左压力平衡气门通过转动轴套a连接弹簧连板a，转动轴套a转动连接固定轴a，固定轴a顶部固定连接在顶盖上，固定轴a底部固定连接左喷油点火室底板上，弹簧a一端连接弹簧连板a，弹簧a另一端连接顶盖，活塞容置腔经上斜面进气通道连接左喷油点火室，所述左压力平衡气门通过转动轴套a转动连接于上斜面进气通道与左喷油点火室的连接处；

所述右压力平衡气门通过转动轴套b连接弹簧连板b，转动轴套b转动连接固定轴b，固定轴b顶部固定连接在右喷油点火室顶板上，固定轴b底部固定连接底盖上，弹簧b一端连接弹簧连板b，弹簧b另一端连接底盖，活塞容置腔经下斜面进气通道连接右喷油点火室6，所述右压力平衡气门通过转动轴套b转动连接于下斜面进气通道与右喷油点火室的连接处。

所述左转子活塞和右转子活塞分别固定在左轴和右轴上，所述左轴和右轴均通过轴承与顶盖和底盖转动连接。

所述气缸壳体上下两端分别通过螺栓连接顶盖和底盖。

本发明的有益效果是：本专利活塞与主轴固定一体，活塞转动直接带动主轴同步转动，没有往复活塞发动机的曲轴机构，涡轮增压供新风和半强制排废气随着活塞转动自然完成，仅靠排气阀和进气气门控制流向、流量；没有气门、凸轮轴等吸排气结构，整体大为简化，因此具有尺寸小重量轻且维修简单的特点；与汪克尔转子发动机比较，也有零部件少、燃烧室形状理想的特点。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B剖视图；

图4为图1的C-C剖视图；

图5为本发明立体图一；

图6为本发明立体图二；

图7为本发明的爆炸图；

图8为顶盖的透视图；

图9为底盖的结构图；

图10底盖的爆炸图；

图11为底盖上的右喷油点火室的工作流程图；

图12本发明的叠加组合图；

图13为图1的D-D剖视图；

图14为左转子活塞和右转子活塞的结构图。

图中附图标记如下：1、左轴，2、右轴，3、左转子活塞，3.1、半圆弧面a，3.2、半圆弧面b，3.3、压缩端面a，4、右转子活塞，4.1、半圆弧面c，4.2、半圆弧面d，4.3、压缩端面b，5、左喷油点火室，6、右喷油点火室，7、左排气通道，8、右排气通道，9、左进气通道，10、右进气通道，11、燃料喷嘴，12、火花塞，13、排气阀，14、进气气门，15、左压力平衡气门，15.1、弹簧连板a，15.2、弹簧a，15.3、上斜面进气通道，15.4、左喷油点火室底板，16、右压力平衡气门，16.1、弹簧连板b，16.2、弹簧b，16.3、下斜面进气通道，16.4、右喷油点火室顶板，17、气缸壳体，18、涡轮增压器，19.1、左同步齿轮，19.2、右同步齿轮，20、轴承，21、底盖，22、顶盖，23、进气管路，24、排气管路。

具体实施方式

下面结合附图1-14对本发明做进一步说明：

一种双转子活塞发动机，气缸壳体17上下两端分别通过螺栓连接顶盖22和底盖21，构成活塞容置腔，活塞容置腔内设有相配合的左转子活塞3和右转子活塞4，左转子活塞3和右转子活塞4分别以贯穿活塞容置腔的左轴1和右轴2为转轴转动，左轴1和右轴2底部分别连接互相啮合的左同步齿轮19.1和右同步齿轮19.2，左转子活塞3和右转子活塞4的上下端面分别与顶盖22和底盖21贴合，所述左转子活塞3一侧的气缸壳体17上设有与活塞容置腔连通的左排气通道7和左进气通道9，右转子活塞4一侧的气缸壳体17上设有与活塞容置腔连通右排气通道8和右进气通道10，所述底盖21上表面设有右喷油点火室6，右喷油点火室6一端设有火花塞12和燃料喷嘴11，右喷油点火室6与活塞容置腔的连接处设有右压力平衡气门16，所述顶盖22下表面设有左喷油点火室5，左喷油点火室5一端设有火花塞12和燃料喷嘴11，左喷油点火室5与活塞容置腔的连接处设有左压力平衡气门15。所述左转子活塞3和右转子活塞4分别固定在左轴1和右轴2上，所述左轴1和右轴2均通过轴承20与顶盖22和底盖21转动连接。涡轮增压器18连接进气管路23和排气管路24，所述进气管路23上设有进气气门14，进气管路23端部连接左进气支路和右进气支路，左进气支路和右进气支路分别连接左进气通道9和右进气通道10，所述排气管路24端部通过排气阀13控制连通左排气支路和右排气支路，所述左排气支路和右排气支路分别连接左排气通道7和右排气通道8。所述左转子活塞3的上端面a和下端面a均为平面，所述上端面a和下端面a分别密封滑动连接顶盖22和底盖21，所述左转子活塞3的侧表面包括同心的半圆弧面a3.1和半圆弧面b3.2，所述半圆弧面a3.1的直径大于半圆弧面b3.2，所述半圆弧面a3.1和半圆弧面b3.2通过压缩端面a3.3连接，所述半圆弧面a3.1与活塞容置腔内壁密封滑动连接；所述右转子活塞4的上端面b和下端面b均为平面，所述上端面b和下端面b分别密封滑动连接顶盖22和底盖21，所述右转子活塞4的侧表面包括同心的半圆弧面c4.1和半圆弧面d4.2，所述半圆弧面c4.1和半圆弧面d4.2通过压缩端面b4.3连接，所述半圆弧面c4.1与活塞容置腔内壁密封滑动连接；所述压缩端面a3.3与压缩端面b4.3周期性的贴合和分离。所述左压力平衡气门15通过转动轴套a连接弹簧连板a15.1，转动轴套a转动连接固定轴a，固定轴a顶部固定连接在顶盖22上，固定轴a底部固定连接左喷油点火室底板15.4上，弹簧a15.2一端连接弹簧连板a15.1，弹簧a15.2另一端连接顶盖22，活塞容置腔经上斜面进气通道15.3连接左喷油点火室5，所述左压力平衡气门15通过转动轴套a转动连接于上斜面进气通道15.3与左喷油点火室5的连接处；所述右压力平衡气门16通过转动轴套b连接弹簧连板b16.1，转动轴套b转动连接固定轴b，固定轴b顶部固定连接在右喷油点火室顶板16.4上，固定轴b底部固定连接底盖21上，弹簧b16.2一端连接弹簧连板b16.1，弹簧b16.2另一端连接底盖21，活塞容置腔经下斜面进气通道16.3连接右喷油点火室6，所述右压力平衡气门16通过转动轴套b转动连接于下斜面进气通道16.3与右喷油点火室6的连接处。

本双转子活塞发动机气缸平面形状为两个互相咬合的双圆平面，穿过圆心的两轴心平行，可以一个主动轴一个从动轴，通过同步齿轮保持转动次序；双转子活塞与主轴固定为一体，动作时绕主轴轴心即圆心转动；在转子转动的过程中与气缸壁围合成特定的空隙，形成点火燃烧区，废气排放区，新风吸入区以及压缩区，结构简单明了。由于左右各一个转子，形状相同、相位错开180度设置，所以在左右气缸顺序形成点火燃烧、排气、进气、压缩的循环工作过程。它与气缸内壁顺序形成两个完全相同的中心对称工作空间。每个区完成一个做功循环，该区的活塞会旋转一圈360度。

动机初始发动时，要用电瓶的电力来驱动涡轮增压器18，启动后再改为废气驱动涡轮增压器18。下面以图11所示的底盖21上的右喷油点火室6的压缩、点火做功工作流程图为例，对本发明的工作过程说明如下：

状态一时，左转子活塞3一侧的活塞容置腔与右喷油点火室6隔离，火花塞12点燃右喷油点火室6中的燃料和气体，右压力平衡气门16为单向压力平衡气门，右喷油点火室6内的气体膨胀，使右压力平衡气门16闭合，膨胀的气体只能从右喷油点火室6另一侧输出，并通过压缩端面b4.3对右转子活塞4做功，使得右转子活塞4顺时针转动，到达状态二，右转子活塞4转动，使得位于半圆弧面d4.2底部的进气被压缩并推送进入顶盖22中的左喷油点火室5中，进入左喷油点火室5中的气体助燃，做功推动左转子活塞3逆时针转动，当右转子活塞4转动至状态三时，在涡轮增压器18的作用下，做功的废气经右排气通道8排出，同时进气沿右进气通道10进入右转子活塞4一侧的活塞容置腔中，左转子活塞3逆时针转动将半圆弧面b3.2下方活塞容置腔中的进气压入右喷油点火室6中，以供下一次点火做功循环使用。

往复活塞发动机有曲轴、配气机构等部件，结构复杂，整体体积比较大，故自重也大。本专利发动机体积与自重应当与汪克尔转子活塞发动机相当，零部件数量甚至更少。结构上没有曲轴，转子和轴共圆心，转动产生的扭矩直接作用到轴上。有结构简单的配气部件，在气道三通及气门的位置，均为气压决定气流的走向。因而结构很简单。燃烧室形状比较好，由点火时的接近槽状随着燃烧膨胀渐成长方桶状适合燃烧做功。活塞与动力输出轴同圆心，一同转动，没有额外损失。本专利应该能够胜任现有内燃发动机所能工作的所有环境。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双转子活塞发动机，其特征在于，气缸壳体(17)上下两端分别连接顶盖(22)和底盖(21)，构成活塞容置腔，活塞容置腔内设有相配合的左转子活塞(3)和右转子活塞(4)，左转子活塞(3)和右转子活塞(4)分别以贯穿活塞容置腔的左轴(1)和右轴(2)为转轴转动，左轴(1)和右轴(2)底部分别连接互相啮合的左同步齿轮(19.1)和右同步齿轮(19.2)，左转子活塞(3)和右转子活塞(4)的上下端面分别与顶盖(22)和底盖(21)贴合，所述左转子活塞(3)一侧的气缸壳体(17)上设有与活塞容置腔连通的左排气通道(7)和左进气通道(9)，右转子活塞(4)一侧的气缸壳体(17)上设有与活塞容置腔连通右排气通道(8)和右进气通道(10)，所述底盖(21)上表面设有右喷油点火室(6)，右喷油点火室(6)一端设有火花塞(12)和燃料喷嘴(11)，右喷油点火室(6)与活塞容置腔的连接处设有右压力平衡气门(16)，所述顶盖(22)下表面设有左喷油点火室(5)，左喷油点火室(5)一端设有火花塞(12)和燃料喷嘴(11)，左喷油点火室(5)与活塞容置腔的连接处设有左压力平衡气门(15)；

所述左转子活塞(3)的上端面a和下端面a均为平面，所述上端面a和下端面a分别密封滑动连接顶盖(22)和底盖(21)，所述左转子活塞(3)的侧表面包括同心的半圆弧面a(3.1)和半圆弧面b(3.2)，所述半圆弧面a(3.1)的直径大于半圆弧面b(3.2)，所述半圆弧面a(3.1)和半圆弧面b(3.2)通过压缩端面a(3.3)连接，所述半圆弧面a(3.1)与活塞容置腔内壁密封滑动连接；所述右转子活塞(4)的上端面b和下端面b均为平面，所述上端面b和下端面b分别密封滑动连接顶盖(22)和底盖(21)，所述右转子活塞(4)的侧表面包括同心的半圆弧面c(4.1)和半圆弧面d(4.2)，所述半圆弧面c(4.1)和半圆弧面d(4.2)通过压缩端面b(4.3)连接，所述半圆弧面c(4.1)与活塞容置腔内壁密封滑动连接；所述压缩端面a(3.3)与压缩端面b(4.3)周期性的贴合和分离；

所述左压力平衡气门(15)通过转动轴套a连接弹簧连板a(15.1)，转动轴套a转动连接固定轴a，固定轴a顶部固定连接在顶盖(22)上，固定轴a底部固定连接左喷油点火室底板(15.4)上，弹簧a(15.2)一端连接弹簧连板a(15.1)，弹簧a(15.2)另一端连接顶盖(22)，活塞容置腔经上斜面进气通道(15.3)连接左喷油点火室(5)，所述左压力平衡气门(15)通过转动轴套a转动连接于上斜面进气通道(15.3)与左喷油点火室(5)的连接处；

所述右压力平衡气门(16)通过转动轴套b连接弹簧连板b(16.1)，转动轴套b转动连接固定轴b，固定轴b顶部固定连接在右喷油点火室顶板(16.4)上，固定轴b底部固定连接底盖(21)上，弹簧b(16.2)一端连接弹簧连板b(16.1)，弹簧b(16.2)另一端连接底盖(21)，活塞容置腔经下斜面进气通道(16.3)连接右喷油点火室(6)，所述右压力平衡气门(16)通过转动轴套b转动连接于下斜面进气通道(16.3)与右喷油点火室(6)的连接处。

2.根据权利要求1所述的双转子活塞发动机，其特征在于，涡轮增压器(18)连接进气管路(23)和排气管路(24)，所述进气管路(23)上设有进气气门(14)，进气管路(23)端部连接左进气支路和右进气支路，左进气支路和右进气支路分别连接左进气通道(9)和右进气通道(10)，所述排气管路(24)端部通过排气阀(13)控制连通左排气支路和右排气支路，所述左排气支路和右排气支路分别连接左排气通道(7)和右排气通道(8)。

3.根据权利要求1所述的双转子活塞发动机，其特征在于，所述左转子活塞(3)和右转子活塞(4)分别固定在左轴(1)和右轴(2)上，所述左轴(1)和右轴(2)均通过轴承(20)与顶盖(22)和底盖(21)转动连接。

4.根据权利要求1所述的双转子活塞发动机，其特征在于，所述气缸壳体(17)上下两端分别通过螺栓连接顶盖(22)和底盖(21)。

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