[发明专利]一种滑块配合凸轮转子内燃发动机动力系统

说明书

本发明一种滑块配合凸轮转子内燃发动机动力系统属于一种内燃发动机领域，涉及一种滑块配合凸轮转子内燃发动机动力系统。动力系统中，利用凸轮转子与多个滑块从动件构成凸轮机构，并与转子仓和端部构件构成多个周向分布的密封工作腔室，它们随凸轮转子的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转子的定轴回转形式的机械能。本发明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控制下易实现柔性控制，甚至可实现正反转，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。

技术领域

本发明属于一种内燃发动机领域，涉及一种滑块配合凸轮转子内燃发动机动力系统。

背景技术

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。

发明内容

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，提出一种滑块配合凸轮转子内燃发动机动力系统构成原理。

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。