一种内腔凸轮转子内燃发动机动力系统技术方案

本发明专利技术一种内腔凸轮转子内燃发动机动力系统属于内燃发动机领域，涉及一种内腔凸轮转子内燃发动机动力系统。系统中利用内腔凸轮与安装在凸轮腔内的中心构件上的多个滑块从动件构成凸轮机构，并和端部构件构成多个周向分布的密封工作腔室，它们随内腔凸轮与中心构件的相对转动而发生容积变化，配合气门在其中完成奥托循环的进气、压缩、做功、排气四过程，将气体燃烧产生的化学能直接转化成内腔凸轮或中心构件的定轴回转形式输出的机械能。本发明专利技术中，高压气体直接推动转子定轴回转并输出动力，结构简单，参数可调节范围大。在附加的滑块擒纵装置控制下易实现柔性控制，实现正反转，相比于活塞内燃机和三角转子内燃机动力系统均有许多突出的优势。

Internal cavity cam rotor internal combustion engine power system

The invention discloses an internal cavity cam rotor internal combustion engine power system, belonging to the field of internal combustion engine, relating to an internal cavity cam rotor internal combustion engine power system. A cam mechanism and a slider is arranged in the central cavity of the cam component on the inner cam system, and end members constitute a circumferential sealing chamber, their relative rotation with inner cam and the center member and the volume change, with the valve in the inlet, which completed the Otto cycle the compression power and exhaust gas combustion process will produce four, the chemical energy directly into the cavity or cam center member fixed axis rotation output in the form of mechanical energy. The high-pressure gas directly drives the rotor fixed shaft to rotate and output power, and the structure is simple, and the parameter can be adjusted in a large range. Under the control of additional slide escapement, it is easy to realize flexible control and realize positive and reverse. Compared with the piston internal combustion engine and the triangle rotor engine, the power system has many outstanding advantages.

【技术实现步骤摘要】
一种内腔凸轮转子内燃发动机动力系统
本专利技术属于内燃发动机领域，涉及一种内腔凸轮转子内燃发动机动力系统。
技术介绍
活塞内燃机是最早问世的内燃机。其特点是活塞在气缸内作往复直线运动，通过曲柄滑块机构实现曲轴回转运动输出。在曲轴回转两周内气缸内完成一次完整的进气、压缩、做功、排气四个工作过程，即奥托循环。人们通常认为，活塞式内燃机具有热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便等优点，甚至认为活塞内燃机的动力装置，尤其是机械结构，已经达到登峰造极的程度。然而，活塞内燃机输出动力的做功过程只占其中的四分之一，因而运动波动大，必须依靠飞轮维持工作过程连续，特别是其热效率只有40％左右。活塞内燃机结构，形式单一，缺乏可变性，只有通过增大尺寸或多套系统并联提高动力；而且，受曲柄滑块机构特性限制，做功冲程产生的化学能很难有效利用：如燃料爆发力最强大的时段，恰恰对应曲柄处于死点附近，此时爆发力主要以内耗为主，因力臂接近于零，并不能产生最大驱动力矩；最大力臂长度和活塞行程取决于固定的曲柄长度，对应最大力臂处，燃料的爆发力已下降很多，活塞内燃机动力机构的构成先天地决定其不可能充分地转化燃料的化学能。这也是活塞内燃机效率难以提高的一个根本原因。三角转子内燃机(又称三角活塞旋转式发动机)是目前唯一成功商业化的转子内燃机。三角转子内燃机有一个或多个具有等径特性的曲边三角形转子，有类似椭圆形特定内腔廓型的转子仓作汽缸；转子有三个面与缸壁正好可以形成三个独立空间，即燃烧室。通过曲轴和齿轮啮合，使转子在汽缸内作强迫行星运动，转子运动时，有规律地露出进排气孔，不须像活塞内燃机一样配备专门的气门三个燃烧室即可各自先后完成奥托循环。转子代替活塞的作用，将压力转化为旋转运动输出。转子在一个方向上连续旋转，而不是剧烈地改变方向的往复直线运动。三角转子自转一周，发动机点火做功三次。三角转子内燃机较好地解决了端面密封和径向密封问题，精简结构，体积小，质量轻，运行安静，噪声小，具有均匀的扭矩特性。但仍存在核心件加工要求过高，对磨损过于敏感、压缩比调整困难、热效率低等关键问题，燃烧利用率仍难提高。同时，类似于活塞内燃机，三角转子内燃机结构的可拓展性也是有限的。另外燃料产生的膨胀力在转化为输出轴的动力时，力的传递存在天然缺陷。膨胀力虽然能推动转子转动，但其作用合力对转子轴的力矩却很难提高，同样内耗比例过高。现有内燃机所用燃料种类很多，如汽油、柴油、煤油、天然气、石油气、煤气、氢气等。在内燃机工作过程中动力系统的燃料供给方式有两种：一种是燃料气化或雾化与氧化剂(通常是空气)混合后一起进入燃烧室，另一种是燃通过加注装置单独加注，不与氧化剂同步进入燃烧室。燃料点燃方式也有两种：一是利用火花塞等点火装置引燃，另一是通过压缩升温后自燃，如柴油。
技术实现思路
受凸轮机构在泵和马达结构中应用的启发，再针对内燃机奥托循环特殊要求进行改造，在突破的四个过程有序转换的关键技术以后，提出一种基于组合凸轮机构的转子内燃机动力装置构成原理。基本设计思路是：将凸轮定轴地安装在柱体的内部，利用凸轮远休止区和近休止区向径差异，形成有变化的环形间隙，再用一组从动件将该环形间隙周向分隔成多个密封腔室，并用气门控制各腔室的气体工作状态，只要实现合理的径向密封和端面密封，就能够实现利用活塞发动机的相同的工作过程。况且，三角转子发动机已为径向密封和端面密封提供了很好的先例。根据凸轮机构设计的灵活性，凸轮从动件的运动形式包括直动从动件、摆动从动件，以及直动摆动复合的平面运动从动件几种形式。从动件的工作端又可分尖顶、圆顶、平顶和磙子等形式。凸轮本身也可区分为外表面凸轮和内腔凸轮、盘形凸轮、柱状凸轮、球面凸轮等，加上凸轮的轮廓形状、升程和回程变化规律、远近休止有无以及数量等的不同，均可产生不同的设计结果。尽管这些因素都可采用相同的原理实现上述思想，但结构布置方式会有一定的差别。本专利技术公开的结构为内腔凸轮和滑块即直动从动件组合的结构方案。基本设计方案是：将内腔凸轮构件通过端部构件定轴地安装在中心构件上，端部构件与内腔凸轮构件和中心构件构成端部密封；内腔凸轮构件的内壁为平面平滑曲线段绕中心轴回转形成的内腔凸轮轮廓面，形成过程中母线上各点的向径同步变化，其端面轮廓是处处光顺的封闭平面曲线；中心构件的外表面也为回转面，从而与内腔凸轮构件构成向径差有变化的环形间隙。中心构件外部和内腔凸轮轮廓面之间还安装有若干中间件，中间件作为凸轮从动件，一端与中心构件上制出的连接结构连接，连接处沿整个连接长度有密封性，另一端与内腔凸轮轮廓面间构成可密封的高副连接，从而将环形间隙分隔成若干隔离段；中间件与端部构件和/或中心构件的端部连接处也构成密封，使内腔凸轮轮廓面、中心构件的外表面和凸轮从动件之间形成若干个彼此分隔密封的工作腔室，这些密封腔室可随内腔凸轮构件和中心构件间的相对运动而发生容积变化；在这些工作腔室内有进气口和排气口开口，在气门控制器控制的气门配合下可控制气体的流动方向，从而在每个工作腔室内依次完成奥托循环的进气过程、压缩过程、点火膨胀做功过程、以及排气过程，膨胀做功过程将燃料燃烧产生的化学能转化为内腔凸轮构件相对中心构件以回转运动形式输出的机械能。内腔凸轮构件和中心构件均可作为回转输出的转子，端部构件在与两者均保持端部密封和使两者间相对定轴转动的前提下，可与两者之一固定为一体，也可相对两者独立。内腔凸轮构件的内腔和中心构件的外表回转面的母线可为直线、弧线等简单平面曲线或其组合，内腔凸轮构件垂直于转轴的截面轮廓应使与之构成凸轮机构关系的凸轮从动件在运动时不产生刚性冲击和/或柔性冲击，即，无速度突变和加速度突变。这样会有利于运转时凸轮从动件与内凸轮轮廓间连接的稳定性，也避免接合面出现冲击磨损，从而提高使用寿命。内腔凸轮轮廓应尽量避免局部断续处，否则，应设法保证从动件在此处接触时的密封性。内腔凸轮轮廓可采用直线、圆弧、样条曲线、正余弦曲线、多项式曲线、椭圆曲线等多种凸轮轮廓常用的曲线，或者由几种组合而成。内腔凸轮轮廓最好设置近休止段和/或远休止段，即使凸轮从动件高副连接端在距离凸轮轴最远和最近处位置保持静止的凸轮轮廓段，以实现凸轮从动件相对简单的运动规律，减少其与中心构件的相对运动，从而减小磨损。作凸轮从动件的中间件为滑块，滑块安装在中心构件上制出的相应的滑槽中，与内腔凸轮轮廓面接触的伸出端形状与内腔凸轮构件回转面母线形状一致。滑块与凸轮的接触可以通过比较容易实现的力封闭达到，如滑槽底部设置刚度适当的弹簧或液压力，也可通过高精度的或带径向变形补偿的几何封闭形式实现。为补偿滑块端面磨损，增强密封性，滑块可制成有补偿的形式，如采用多分段组合结构，中部端面为配合的斜接口对接，达到通过小量轴向错位以实现端面密封补偿；也可采用多片叠合方式补偿端部密封和增强径向密封等。进气口和排气口在中心构件、滑块间和内凸轮转子构成的工作腔内适当位置开口，并分别通过气门控制其开闭。内腔凸轮转子和中心构件相对转动时，被滑块分隔的工作腔室的容积不断变化。根据必要性设置滑块擒纵中装置，其作用是适时地卡住或放开滑块。另外，根据使用燃料的必要性设置点火装置，点火装置应设置在混合气达到规定压缩比时燃烧室对应的位置。如果燃料加注的时机不与空气等氧化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内腔凸轮转子内燃发动机动力系统，包括内腔凸轮构件，中心构件、端部构件、中间构件、气门和气门控制器，其特征是,内腔凸轮构件的内腔为向径有变化且变化连续的回转体形状，构成连续光顺的凸轮轮廓面，中心构件外表面也为回转体形状，中间构件作为凸轮从动件一端安装在中心构件上，另一端与内腔凸轮构件的凸轮轮廓构成凸轮机构，端部构件用于连接内腔凸轮构件和中心构件，使内腔凸轮构件和中心构件间实现定轴相对回转；内腔凸轮构件的凸轮轮廓面与中心构件外回转面间构成向径差有变化的环形间隙，中间构件与中心构件的连接是可动的，这种动联接沿轴向在整个连接范围内有密封性，同时中间构件与内腔凸轮构件的凸轮轮廓面间的连接在运动过程中可保持密封性，从而将环形间隙分隔成若干隔离段；端部构件、内腔凸轮构件、中心构件、以及作凸轮从动件的中间构件之间构成端部密封，使得各隔离段与外界以及彼此之间密封隔离，进而形成密封的工作腔；这些密封腔室在工作中彼此分隔又可随运动而发生容积变化；在工作腔室内开口的进气口和排气口，在气门控制器控制的气门配合下可控制气体的流动方向；在每个工作腔室内依次完成奥托循环的进气过程、压缩过程、点火膨胀做功过程、以及排气过程；膨胀做功过程将燃料燃烧产生的化学能转化为内腔凸轮构件和/或中心构件以回转运动形式输出的机械能。...

【技术特征摘要】
1.一种内腔凸轮转子内燃发动机动力系统，包括内腔凸轮构件，中心构件、端部构件、中间构件、气门和气门控制器，其特征是,内腔凸轮构件的内腔为向径有变化且变化连续的回转体形状，构成连续光顺的凸轮轮廓面，中心构件外表面也为回转体形状，中间构件作为凸轮从动件一端安装在中心构件上，另一端与内腔凸轮构件的凸轮轮廓构成凸轮机构，端部构件用于连接内腔凸轮构件和中心构件，使内腔凸轮构件和中心构件间实现定轴相对回转；内腔凸轮构件的凸轮轮廓面与中心构件外回转面间构成向径差有变化的环形间隙，中间构件与中心构件的连接是可动的，这种动联接沿轴向在整个连接范围内有密封性，同时中间构件与内腔凸轮构件的凸轮轮廓面间的连接在运动过程中可保持密封性，从而将环形间隙分隔成若干隔离段；端部构件、内腔凸轮构件、中心构件、以及作凸轮从动件的中间构件之间构成端部密封，使得各隔离段与外界以及彼此之间密封隔离，进而形成密封的工作腔；这些密封腔室在工作中彼此分隔又可随运动而发生容积变化；在工作腔室内开口的进气口和排气口，在气门控制器控制的气门配合下可控制气体的流动方向；在每个工作腔室内依次完成奥托循环的进气过程、压缩过程、点火膨胀做功过程、以及排气过程；膨胀做功过程将燃料燃烧产生的化学能转化为内腔凸轮构件和/或中心构件以回转运动形式输出的机械能。2.权利要求1所述的一种内腔凸轮转子内燃发动机动力系统，其特征是,所述凸轮从动件为滑块，中心构件上的连接结构为开出的对应滑槽；滑块与内腔凸轮的接触是通过力封闭的或几何封闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙守林，卞永宁，王琳，张光临，洪鹏飞，杨扬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21