[发明专利]一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法

摘要

本发明一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法属于一种内燃发动机设计领域，特别是涉及一种凸轮转子内燃发动机设计方法。设计方法利用凸轮升程和回程造成凸轮轮廓面的尺寸变化，再利用内腔回转面构件的内表面、外回转面构件的外表面以及相应的端部构件将凸轮的其它表面以接触密封的关系包容起来，进而形成非均匀的环形间隙，并使凸轮随内腔构件和外回转面构件之一相对另外一个做定轴回转，再用一组凸轮从动件安装在未与凸轮固定的内腔构件或外回转面上。设计方法实现奥托循环经典四过程是采用容积变化实现，转速高低影响小。通过控制系统配合实现多种工作模式件的柔性转换，适应性高，系统可设计性好，尤其适合配合计算机进行柔性自动控制。

主权项

一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法，其特征是，设计方法涉及动力系统中的内腔构件，外回转面构件、凸轮、端部构件、凸轮从动件、气门和气门控制装置；内腔构件的内表面有回转面；使凸轮随内腔构件和外回转面构件之一可相对另外一个做定轴回转；先通过内腔构件的内表面、外回转面构件的外表面以及相应的端部构件将凸轮包容起来，除凸轮轮廓面以外的其它表面均构成接触密封关系，借助凸轮升程和回程造成凸轮轮廓的尺寸变化，形成非均匀变化的环形间隙；再用一组凸轮从动件安装在未与凸轮固定的内腔构件或外回转面上，利用凸轮从动件与光顺凸轮轮廓面间的高副连接可构成接触密封的特性，将前述环形间隙沿周向分隔成多个密封腔室，它们的容积会随凸轮和从动件的相对运动而增大和减小交替变化；用气门控制装置控制气门，连通各腔室的进排气口，有序地控制其中气体的流向；控制气门开关的时序，即可顺序完成奥托循环；膨胀做功过程将燃料燃烧产生的化学能以高压的形式作用在凸轮轮廓和凸轮从动件之间，从而使两者以相对回转运动形式输出机械能；动力系统方法包括如下步骤：a.凸轮结构类型的选择凸轮的形状有盘形凸轮和端面凸轮；所谓盘形凸轮，是指构成凸轮机构的工作轮廓设置在回转体的回转面上，从而驱动其从动件在垂直于凸轮回转轴的平面内运动的凸轮；这里的回转体表面最常用的是圆柱面，也可以是其它任何平面曲线段作母线以同一平面内的一条直线作回转轴旋转形成的轨迹，锥台形、鼓形、腰鼓形、球面形属于此类；所谓端面凸轮，是指构成凸轮机构的工作轮廓设置在回转体端面上，从而驱动其从动件在平行于凸轮回转轴的平面内运动的凸轮，如圆柱端面凸轮，圆锥端面凸轮，球截面凸轮属于此类；不同的凸轮结构类型可适应不同的工作需求，也需要解决不同的密封、安装问题，因此应首先选定；b.凸轮从动件的类型的选择凸轮从动件的运动形式分为直动从动件、摆动从动件、或平面运动从动件，直动从动件又分对心直动和偏心直动两种，摆动从动件也可有定轴摆动和圆弧槽摆动的不同；运动形式不同安装方式差异较大，制造难易程度和结构强度也不同；凸轮从动件与凸轮接触的工作端又分为尖顶、圆顶，磙子，和平顶等形式，这里绝对的尖顶和大尺寸的平顶结构是不适宜的，主要应采用顶端具有圆滑过渡的结构；从动件采用单体结构，或多片或多段的组合结构，或带小幅摆动头的组合结构，从动件工作端与凸轮轮廓宽度方向的接触也应处处满足密封要求；c.凸轮从动件的数量选择及运动封闭形式的选择凸轮从动件的数量将决定所设计的动力系统的密封工作腔室的数量，最少为两个；空间允许的情况下，采用较多的数量，虽然结构相对复杂，但有利于实现对动力系统进行柔性控制；运动封闭形式以力封闭方式较容易，封闭力采用弹簧力、液压力或电磁力，还可借用运转过程中产生的离心力或气压力；从动件数量少时，采用带变形补偿的几何封闭方式也是可选的；d.凸轮从动件的运动规律选择及凸轮机构运动参数设计主要包括凸轮突峰的数量，升程和回程的对从动件运动的控制规律，远近休止角的有无，其所对应的运动角的选择，升程的大小；升程和回程变化规律的设计原则应使从动件在运动时不产生刚性冲击，即无速度突变，有利于接触密封和提高寿命；升程的选择以及环形间隙结构参数的选择会影响进气量、压缩比，动力性能；休止区的设置既有利于减少从动件的运动，有利于减轻接触部位的磨损，延长使用寿命，也可满足从动件控制转换时的需要；e.设计动力输出的转动件与凸轮固定相连的构件、与凸轮从动件相连的构件均可作为动力输出的转动件；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；f.密封结构设计对需要密封处进行结构设计，满足使用中的密封要求并有足够的使用寿命；g.气门控制装置结构及功能设计气门控制装置选择电磁控制、液压控制或机械传动控制实现对气门的控制；前两者尤适于从动件数量较多场合；设计气门控制方案及相应的实现措施。