CN201696142U - 一种转子发动机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于汽车发动机技术领域，具体涉及一种转子发动机系统。本发动机系统中所述的发动机为转子发动机，转子发动机与发电机的主轴同轴相连。由上述技术方案可知，本实用新型采用了转子发动机，与传统的往复式发动机相比，转子发动机取消了活塞和曲柄连杆机构，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，零部件较少，重量较轻，而且振动和噪声也相对较低，整车噪声、振动与声振粗糙度NVH(Noise、Vibration、Harshness)性能更优，所以本实用新型中的转子发动机系统结构紧凑且动力性能好。

Description

一种转子发动机系统 

技术领域

本实用新型属于汽车发动机技术领域，具体涉及一种转子发动机系统。 

背景技术

目前，汽车发动机通常采用往复式发动机，往复式发动机在工作时活塞在气缸内做往复直线运动，而为了把活塞的直线运动转化为旋转运动，通常在活塞的下侧设置曲柄连杆机构，从而使得传统的往复式活塞发动机系统的结构较为复杂，不够紧凑，且体积和重量也均较大。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种转子发动机系统，其结构紧凑且动力性能好，同时符合了混合动力/纯电动汽车轻量化的发展趋势。 

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种转子发动机系统，所述的发动机为转子发动机，转子发动机与发电机的主轴同轴相连。 

由上述技术方案可知，本实用新型采用了转子发动机，与传统的往复式发动机相比，转子发动机取消了活塞和曲柄连杆机构，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，零部件较少，重量较轻，而且振动和噪声也相对较低，整车噪声、振动与声振粗糙度NVH(Noise、Vibration、Harshness)性能更优，所以本实用新型中的转子发动机系统结构紧凑且动力性能好。 

附图说明

图1是转子发动机的结构示意图； 

图2A是转子发动机与往复式发动机的进气过程对比示意图； 

图2B是转子发动机与往复式发动机的压缩过程对比示意图； 

图2C是转子发动机与往复式发动机的作功过程对比示意图； 

图2D是转子发动机与往复式发动机的排气过程对比示意图； 

图3是转子发电机组系统图； 

图4是加装转子发动机的混合动力/纯电动汽车模型图。 

具体实施方式

如图1～4所示，一种转子发动机系统，所述的发动机10为转子发动机，转子发动机与发电机20的主轴同轴相连。 

进一步的所述的发动机10为三角转子发动机。 

图1所示为转子发动机的结构示意图。往复式活塞发动机和转子发动机都依靠空气混合气燃烧产生的膨胀压力以获得转动力，两种发动机的机构差异在于使用膨胀压力的方式：在往复式活塞发动机中，产生在活塞顶部表面的膨胀压力向下推动活塞，继而机械力被传给连杆机构，并带动曲轴转动；而对转子发动机而言，膨胀压力形成的合力PG作用在转子侧面，从而将三角形转子的三个面之一推向偏心轴的中心，这一运动由两个分力作用而成，其中一个分力是指向输出轴的中心的向心力Pb，另一个是使输出轴转动的切线力Ft。 

继续参见图2A、2B、2C、2D所示，转子发动机壳体的内部空间(或称为旋转线室)总是被分成三个工作室。在转子的运动过程中，这三个工作室的容积不停的变动，在摆线形缸体内继续完成进气、压缩、燃烧和排气四个过程，每个过程都在摆线形缸体中的不同位置进行，这明显区别于往复式活塞发动机，往复式活塞发动机的四个过程都是在一个汽缸内进行的。 

由图2A、2B、2C、2D中可以看出转子发动机工作容积的变化，以及转子发动机与四冲程往复式活塞发动机的差别。尽管在转子发动机和往复式活塞发动机中，工作室容积都成波浪状的稳定变化，但二者之间存在着明显的不同：首先是每个过程的转动角度不同，往复式活塞发动机转动180度，而转子发动机转动270度，是往复式活塞发动机的1.5倍。从另一个角度讲，在往复式活塞发动机中，曲轴(输出轴)在四个 工作过程中转两圈(即720度)；而在转子发动机中，偏心轴转三圈(也即1080度)，转子转一圈。因此转子发动机能获得较长的过程时间，而且形成较小的扭转波动，从而使运转更加平稳流畅。其次，在高速运转中，转子的转速也相当缓慢，从而有更宽松的进气和排气时间，新鲜工质混合更均匀，为那些能够获得较高的动力性能的系统的运行提供了便利。 

相对于往复式活塞发动机，转子发动机具有如下优点： 

1)体积小、重量轻以及结构紧凑 

转子发动机极大地减小了发动机的体积和重量。由于转子发动机将空气和燃油混合气燃烧所产生的膨胀压力直接转化为三角形转子和偏心轴的转动力，所以不需要设置连杆结构，转子发动机的进气口和排气口依靠转子本身的运动来打开和关闭，因此也不需要配气机构，而传统的配气机构包括正时齿带、凸轮轴、摇臂、气门、气门弹簧等零部件，且配气机构在往复式活塞发动机中是必不可少的配置，因此转子发动机的体积大幅度缩小，对混合动力/纯电动汽车的动力传动系统空间布置极为有利；同时在保证相同的输出功率的前提下，转子发动机的设计重量是往复式活塞发动机的三分之二，较好地符合了混合动力/纯电动汽车轻量化的要求。 

2)扭转特性均匀 

根据研究结果，转子发动机在整个转速范围内为相当均匀的扭矩曲线，即使是在两转子的设计中，运行中的扭矩波动也与直列六缸往复式活塞发动机具有相同的水平，而三转子的扭矩波动则要小于V型八缸往复式活塞发动机。 

3)运行更安静且噪音更小 

对于往复式活塞发动机，活塞运动本身就是一个振动源，同时配气机构也会产生令人讨厌的机械噪音。转子发动机平稳的转动运动所产生的振动相当小，而且没有配气机构，因此能够更平稳更安静的运行。 

4)可靠性高且耐久性好 

如前所述，转子的转速是发动机转速的三分之一，因此在转子发动机以9000rpm的转速运转时，转子的转速仅为3000rpm；此外由于转子发动机没有如摇臂和连杆那样的高转速运动部件，因此在高负荷运动中，转子发动机可靠性高，且运行时更为耐久。 

作为本实用新型的优选方案，所述的发电机20为稀土永磁发电机。 

如图3所示，所述的发电机20通过逆流转换器与用电负载电连接。 

本实用新型将以电作全部或部分驱动的新能源汽车中的往复式内燃机组替换为转子发电机组模块，解决了现阶段油电混合汽车总体布置困难、不能进行模块化设计以及噪音高、功率不足等问题，缩短了动力电池的充电时间，增加了行驶里程，即使在电池电量不足(比如低于30％以下)的情况下，确保汽车继续行驶，使汽车能够到达充电站或家庭充电场所。图3中所示虚线代表电连接，所示实线代表机械连接。 

进一步的，所述的发动机10通过传动机构直接驱动负载运行。 

所述的负载包括动力转向泵30、空调压缩机40、冷却水泵50、风扇60以及真空泵。 

由于转子发动机的高动力性能，发动机系统可以带动动力转向泵30、空调压缩机40、冷却水泵50、风扇60以及真空泵等其他负载，从而实际上减少了动力电池能量的消耗，增加了行驶里程。 

采用本实用新型的技术方案，则混合动力/纯电动汽车在行驶过程中，当动力电池电量不足时，由转子发动机和永磁发电机所组合而成的增程器将开始工作，通过电子电力系统来驱动动力转向泵、空调压缩机、冷却水泵、真空泵以及风扇，降低整车对动力电池的功率输出需求，从而提高了整车的续驶里程。当然转子发动机亦可直接驱动动力转向泵、空调压缩机、冷却水泵以及真空泵等。 

如图4所示，所述的发动机10与供送氢燃料或天然气或甲醇燃料或乙醇燃料或生物燃料的管道相连通。与转子发动机相匹配的混合动力 系统通过燃烧氢能、甲醇、乙醇、天然气等生物燃料，迅速而高效的将燃烧的热能转化为电能来带动电机，同时由于电力驱动技术的不断进步和动力系统能源效率的不断提高，也可实现转子发动机和电机同时提供的线性加速感的强劲动力。 

作为本实用新型的优选方案，所设计的转子发动机以氢为燃料，燃烧产物主要为水和少量的NOx，通过EGR技术控制转子发动机NOx排放，因此整车排放将更低。传统的往复活塞式氢发动机，存在早燃和回火现象，整车动力性不足；而氢燃料转子发动机，其独特的气缸外形和燃烧室形状，使得进气过程和燃烧过程分隔开，从而避免了进气管回火现象，同时采用缸内直喷技术可有效避免早燃现象。因此氢燃料转子发动机系统尤其适合混合动力/纯电动汽车，可大幅度降低整车排放。 

综上所述，转子发动机系统具有体积小、重量轻、结构紧凑、扭矩特性均匀、噪音低、优良的可靠性以及耐久性等特点，符合新能源汽车轻量化、结构紧凑、模块化和高动力性能的技术要求。 

Claims (7)

1.一种转子发动机系统，其特征在于：所述的发动机(10)为转子发动机，转子发动机与发电机(20)的主轴同轴相连。

2.根据权利要求1所述的转子发动机系统，其特征在于：所述的发动机(10)为三角转子发动机。

3.根据权利要求1所述的转子发动机系统，其特征在于：所述的发电机(20)为稀土永磁发电机。

4.根据权利要求1或2所述的转子发动机系统，其特征在于：所述的发动机(10)通过传动机构直接驱动负载运行。

5.根据权利要求1或2所述的转子发动机系统，其特征在于：所述的发动机(10)与供送氢燃料或天然气或甲醇燃料或乙醇燃料或生物燃料的管道相连通。

6.根据权利要求3所述的转子发动机系统，其特征在于：所述的发电机(20)通过逆流转换器与用电负载电连接。

7.根据权利要求4所述的转子发动机系统，其特征在于：所述的负载包括动力转向泵(30)、空调压缩机(40)、冷却水泵(50)、风扇(60)以及真空泵。

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