專利名稱：二沖程三角轉子發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本實用新型為現(xiàn)有三角轉子發(fā)動機的改動型，是輕便的動力用機。適合于摩托車、發(fā)電機組、背負式動力機具等。
本實用新型為二沖程三角轉子發(fā)動機，現(xiàn)有三角轉子發(fā)動機的工作過程為四沖程。它們的缸體型線是不同的。在三角轉子的配合下，現(xiàn)有的三角轉子發(fā)動機為三個工作室，而本實用新型只構成兩個工作室。這種結構使得主軸每轉360°，就相當于兩個二沖程往復機的工作過程，而現(xiàn)有的三角轉子發(fā)動機為一個工作過程。所以，同功率相比，本實用新型體積小，重量輕。
氣體密封問題是轉子機的關鍵?，F(xiàn)有的三角轉子發(fā)動機，密封片與缸壁的接觸為線接觸，密封片過缸壁通孔時有氣體向相鄰工作室泄漏現(xiàn)象；每個工作行程的漏氣時間較長，轉角為360°。相比之下，本實用新型滑動中的密封片與缸壁為面接觸，過缸壁通孔時無氣體泄漏現(xiàn)象，而且，每個工作行程的漏氣時間較短，轉角為180°。
本實用新型單工作室最小容積，在理論上趨于零，因而有較大的壓縮比。用柴油作為燃料，結構方案改變不大。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述。


圖1是本實用新型的缸體型線與轉子形狀圖。
圖2是本實用新型的缸體型線創(chuàng)成原理圖。
圖3是本實用新型的缸體實際型線圖。
圖4是本實用新型的密封片最大擺動角示意圖。
圖5是本實用新型的工作容積圖。
圖6是本實用新型的容積變化示意圖。
圖7是本實用新型的容積計算示意圖。
圖8是本實用新型的工作循環(huán)過程圖。
圖9是本實用新型的工作循環(huán)過程圖。
圖10是本實用新型的端面進氣、周邊排氣示意圖。
圖11是本實用新型的作用于轉子上的氣體力圖。
圖12是本實用新型的扭矩計算示意圖。
圖13是本實用新型的轉子結構圖。
圖14是本實用新型的主軸、軸臂計算示意圖。
圖15是本實用新型的密封片封氣原理圖。
圖16是本實用新型的密封片形式比較圖。
圖17是本實用新型的缸內轉子潤滑與冷卻示意圖。
一、基本結構及形成原理1、缸體形線及轉子形狀。
參照
圖1，以直線AB為半徑，分別以A、B為圓心，且相交于C、D的兩段圓弧所圍成的缸體型線［1］。通過等邊三角形三個頂點A、B、C的，并以A、B、C為圓心的三段圓弧所圍成的轉子形狀［2］。缸體上并設有燃燒室［3］和壓縮空氣通道凹坑［4］。
據(jù)上所述，本實用新型是一種以等量圓弧做三角轉子和它的等輻圓弧做缸體形線的三角轉子發(fā)動機，轉子在缸體內以兩定點(A、B)為圓心交替擺動并作繞主軸旋轉運動。這樣一來，主軸相對于轉子端面運動的軌跡，使得轉子兩端面要有對應相等的以圓弧圍成的兩個星形開口。
2、缸體理論形線。
創(chuàng)成半徑R(等于直線AB)是決定缸體理論型線的基本參數(shù)，R確定則缸體型線確定。
參照圖2，過缸體型線中心建立x－y直角座標系，那么缸體理論型線的方程，缸體型線上的點P，隨主軸轉角θ變化的方程式表示如下缸體理論型線方程式當0≤θ≤π θ≠ (π)/2 時，有方程式(1)
其中，k＝tgθ當θ＝ (π)/2 時，無k值(斜率)則方程x2＋(y＋ (R)/2 )2＝R2有解為y＝ (R)/2 ；當π≤θ≤2π θ≠ 3/2 π時，有方程式(2)
其中，k＝tgθ當θ＝ 3/2 π時，無k值(斜率)則方程x2＋(y－ (R)/2 )2＝R2有解為y＝－ (R)/2 。
3.缸體實際型線。
參照圖3，為了實用，將轉子三個頂角的尖點改作半徑為a的圓弧，即以理論轉子尖點為圓心，以a為半徑作一圓?。幌鄳貙⒏左w理論型線加大，即以缸體理論型線的半徑R加大a作為半徑畫出的圓弧線，就是缸體實際型線。
由于需要密封片在轉子密封片槽內不產生徑向運動，因而要考慮擺動角。
參照圖4，又因缸體型線上各點的法線均過理論型線上的圓心，即與創(chuàng)成半徑重合，所以密封片在缸體上滑動的過程中并不擺動，而只是在以理論型線上的圓心位置為圓心進行擺動。最大擺動角度為60°。
密封片厚度與最大擺動角度的關系；由于最大擺動角度為60°，所以，要使密封片頂部圓弧與缸體實際型線保持接觸，密封片厚度b必須滿足如下條件b≥a缸體實際型線方程式
缸體實際型線與理論型線之間的關系如下(1)兩條曲線在各點法線方向的相間距離為a，缸體實際型線為理論型線的等距曲線，兩者在幾何上并不相似。
(2)長軸長度L1實際＝2(R+a)2-(R2)2]]>短軸長度L2實際＝R＋2a(3)確定缸體理論型線及轉子輪廓曲線，只要R參數(shù)即可；而實際型線則要R、a兩個參數(shù)才能確定。
二、工作原理1.工作室容積與壓縮比參照圖5，三角轉子的三個頂角通過密封片與缸體型面緊密接觸，轉子的弧面與缸體型面之間形成兩個腔室。
單工作室的理論容積V，隨主軸轉角而變化，工作室的容積公式是V＝｛0.008725〔60－sin－1( (r)/(R) cosθ)〕R2｝B式中B為轉子寬度，r＝χ2+y2]]>公式推導如下參照圖6，因為弓形Am′P的面積等于弓形AmP的面積，所以工作室容積等于扇形ABP的面積乘以轉子寬度B。
而扇形ABP的面積隨主軸轉角θ變化的公式推導參照圖7，∵AP＝AB＝R AO＝ (R)/2∴∠OAB＝COSR2R]]>＝COS 1/2 ＝60°∴∠α＝∠CAB－∠β＝60°－β又∵ (Sinβ)/(r) ＝ (Sin(90°＋θ))/(R) (正弦定理)∴Sinβ＝ (r)/(R) cosθ∴β＝Sin－1( (r)/(R) cosθ)并且 S扇形＝ 1/2 αR2α＝0.01745(60－β)∴S扇形＝0.008725(60－β)R2＝0.008725〔60－Sin－1( (r)/(R) cosθ)〕R2因而得工作室容積公式V＝SB＝｛0.008725〔60－Sin－1( (r)/(R) cosθ)〕R2｝B最大容積和最小容積當θ＝0時(轉子位置相當于往復機上止點)，單工作室理論容積最小，為0。
當θ＝π時(轉子位置相當于往復機下止點)，單工作室理論容積最大V最大＝0.5235R2B由于單工作室理論容積最小為0，因而單缸排量VH等于單工作室理論容積V最大，所以能有較大的理論壓縮比。
實際壓縮比由于轉子三個弧形面上設有燃燒室凹坑，缸體內壁和轉子弧形輪廓之間還留有空隙，還有缸體內壁的燃燒室，壓縮氣體通道凹坑等，因此，實際壓縮比小于理論值。設所有這些容積之和為Vr，則實際壓縮比ε＝ (VH+Vr)/(Vr)即單工作室全容積(最大容積)與壓縮空間容積(最小容積)的比，為實際壓縮比。
2.工作過程(1)以周邊進氣、端面排氣說明工作過程第一沖程參照圖8，當轉子〔1〕自左向右以逆時針方向移動時，在轉子關閉了右工作室排氣孔〔5〕后，工作室內空氣便受壓縮，并通過壓縮空氣通道凹坑〔4〕進入燃燒室〔3〕。此時，左工作室〔2〕的空間在增大，剛好處于膨脹做功階段。當轉子到達右止點時，空氣的壓力和溫度已相當高，右工作室噴油咀〔7〕噴油。霧化柴油即時燃燒，產生大量高溫高壓燃氣，這樣，該端工作室便完成一次壓縮噴油過程。此時轉子越過左工作室排氣孔〔6〕，排氣即行開始，氣壓迅速下降，進氣閥〔8〕打開，增壓空氣向左工作室充氣。如此一沖程，左右工作室共同完成了進氣、壓縮、膨脹做功、排氣四個過程。
第二沖程參照圖9，當轉子向左以逆時針方向移動時，右工作室便進入膨脹做工過程，左工作室則進入壓縮噴油過程。
就這樣，轉子不斷向左、向右作旋轉往返運動，兩端工作室便交叉地完成壓縮噴油和膨脹做功過程，周而復始地進行做功循環(huán)，轉子往返始終在做功而無間歇。
(2)端面進氣，周邊排氣。
參照
圖10，采用周邊排氣，由于排氣門〔1〕處于氣缸尖端位置，所以會有好的掃氣效果。但排氣門的開閉由氣門機構控制，結構比周邊進氣、端面排氣復雜。
3.扭矩參照
圖11，轉子與缸體構成兩個工作室，設每個工作室中的氣體壓力是均勻分布的，則合力P1、P2分別作用于轉子兩邊的中心，并沿各自周邊的法線方向通過轉子中心Or。力P1、P2的大小等于工作室中氣體壓力P與它們所作用的轉子有效側面積S的乘積。而有效側面積假定為常數(shù)，面積S≌(R＋3]]>a)B則由氣體壓力ρ所施加在轉子一周側面上的合力P為P＝(R＋
a)Bρ參照
圖12，力P1、P2對主軸中心O的對應力臂為L1＝ (R)/2 － (R)/2 sinφL2＝ (R)/2 － (R)/2 sin(120－φ)其中φ的取值范圍明顯為30°－90°之間。
證明設L1為力P1對主軸中心O的力臂，L2為力P2對主軸中心O的力臂，則∵AC＝OA·sin∠AOC而OA＝ (R)/2 AC＝ (R)/2 －CD并且CD＝L1∠AOC＝∠φ＝90°－∠BOC∴L1＝CD＝ (R)/2 －AC＝ (R)/2 － (R)/2 sinφ又有∠COE＝120°∠AOE＝∠COE－∠AOC＝120°－∠φ同理L2＝ (R)/2 － (R)/2 sin(120－φ)所以上述兩個合力乘其對應力臂之和就是輸出的扭矩，而氣體壓力作用在主軸上的瞬時總扭矩為Mei＝(R＋
)B｛ρ1( (R)/2 － (R)/2 sinφ)＋ρ2〔 (R)/2 － (R)/2 sin(120－φ)〕｝三、主要零件和結構1.轉子結構參照
圖13，由主軸〔1〕、軸臂〔2〕、偏心輪軸〔3〕、偏心輪軸外齒環(huán)〔4〕、轉子內齒圈〔5〕、燃燒室凹坑〔6〕、刮油條〔7〕、氣封條〔8〕、密封肖〔9〕、密封片〔10〕、滑動軸承〔11〕構成的轉子，其中，轉子內齒圈齒數(shù)與偏心輪軸外齒環(huán)齒數(shù)之比、節(jié)圓直徑之比均為21；偏心輪軸在外齒環(huán)內滑動；滑動軸承〔11〕不一定需要設置。
2.主軸、軸臂參照
圖14，由于位置的限制，主軸直徑只能在2(R－32]]>R)＝(2－
)R的范圍內考慮，并且，此范圍內還需有氣封條的位置，因此，主軸直徑的尺寸較小，與R之比是一個較小的比值。但在兩個主軸承之間，雙缸機仍用單缸機的跨度，跨度較小。因而，應用在某方面，主軸會有合適的剛度。
下面假定主軸直徑與轉子重心軌跡的短軸相等為合適，則主軸直徑 D＝2( 2/3 ·32]]>R－ 1/2 R)＝23- 33]]>R＝0.1547005R氣封條位置d＝R－32]]>R－＝23- 36]]>R＝9-536]]>R＝0.0566243R軸臂基本長度主軸中心到偏心輪軸軸心的距離L＝3-12]]>R＝0.3660254R∵Q＝ 1/3 ·32]]>R＋ 1/2 ·23-33]]>R＝3-12]]>Ri＝ 1/2 〔( 1/3 ·32]]>＋ 1/4 ·3-12]]>)R－( 3/43-12]]>＋23-36]]>)R〕＝ 1/2 ·9-5312]]>＝9-5324]]>∴L＝ 1/2 D＋ 3/4 Q＋i＝3-12]]>R＝0.3660254R即主軸中心到偏心輪軸軸心的距離L與偏心輪軸外齒環(huán)節(jié)圓直徑Q相等。
3.主軸轉速與轉子轉速的關系參照
圖14，可以看出，當轉子從B轉到B′位置即轉子轉角60°時，主軸轉角已為180°。因此，主軸以角速度ω旋轉時，轉子實際是以角速度 (ω)/3 從同方向轉動。
四、氣體密封1.徑向密封參照
圖15，密封片在槽中的擺動取決于相鄰工作室的氣體壓力差。它的受力情況如忽略摩擦力的作用，則(A)第一氣密面上的壓緊力F1為F1＝l〔P2b－P1( (b)/2 ＋asinδ)〕＋ (W)/(g) (ω2)/(g) R＋F3第二氣密面上的壓緊力F2為F2＝l(hP2－CP1)(B)第一、二氣密面上的壓緊力F1、F2分別為F1＝l(P3(b)/2 －P3asinδ)F2＝l(hP3－CP2)(C)第一、二氣密面上的壓緊力F1、F2分別為F1＝l( (b)/2 ＋asinδ)(P3－P1)F2＝l(hP3－CP1)式中P1、P2、P3——相鄰工作室中的壓力(P2為間隙中的壓力)，l——密封片長度，ω——主軸旋轉角速度，h——密封片高度，a——平移距，(W)/(g) ——密封片及彈簧的質量，R——創(chuàng)成半徑，C——密封片在槽中的突起高度，b——密封片厚度。
參照
圖16，密封片密封比較，現(xiàn)有的為線接觸，本實用新型滑動中的密封片為面接觸。
2.端面密封本實用新型沿用現(xiàn)有的三角轉子發(fā)動機的形式。
五、機油密封參照
圖13，由于位置的限制，本實用新型將刮油環(huán)改為刮油條。
六、缸內轉子的潤滑與冷卻參照
圖17，機油被壓入主軸油道〔2〕，通過軸臂油道〔3〕，偏心輪軸油道〔4〕，偏心輪軸外齒環(huán)油道〔5〕，滑動軸承油道〔6〕而潤滑各活動部分，然后流向轉子內腔〔1〕冷卻轉子，再回到油底盤。另有冷卻油流向〔7〕刮油條凹槽〔8〕，端面氣封條凹槽〔9〕，密封肖槽〔10〕，密封片槽〔11〕。
權利要求1.一種以等量圓弧做三角轉子和它的等輻圓弧做缸體型線的三角轉子發(fā)動機，其特征是轉子與缸體構成兩個工作室，它的轉子以兩定點為圓心交替擺動并作繞主軸旋轉運動，轉子結構的兩端面有對應相等的星形開口，內腔周邊設有內齒圈，腔內有軸臂、偏心輪軸、偏心輪軸外齒環(huán)，它的缸體上設有壓縮空氣通道凹坑。
2.按照權利要求1所述的三角轉子發(fā)動機，其特征是轉子在運動在主軸、軸臂、偏心輪軸、偏心輪軸外齒環(huán)、轉子內齒圈以及轉子端面星形開口的相互關系控制下進行的。
3.按照權利要求1所述的三角轉子發(fā)動機，其特征是壓縮空氣被逆向通過壓縮空氣通道凹坑壓入燃燒室。
專利摘要本實用新型提出了一種三角轉子與缸體配合運動的新方式，該方式特點是工作過程為二沖程。主軸每旋轉360°，就相當于兩個二沖程往復機的工作過程。滑動中的密封片與缸壁為面接觸，每個工作行程的漏氣時間為180°轉角。用柴油、汽油作燃料，結構方案改變不大。
文檔編號F01C1/00GK2048112SQ8720087
公開日1989年11月22日 申請日期1987年1月25日 優(yōu)先權日1987年1月25日
發(fā)明者張壽齡 申請人:張壽齡