论研发扇形转子发动机的可行性

1、论研发扇形转子发动机的可行性摘要：本文说明了往复式发动机和三角活塞式 转子发动机缺点，介绍了扇形转子发动机的结构特点 以及工作过程，论述了非圆型齿轮的节线和齿形以及 跟随非圆型齿轮转动的凹、凸形拨轮机构。在此基础 上论述了研发这种发动机的可行性，并评价了发动机 的社会及经济效益。关键词：扇形转子发动机；正弦齿轮机构；非圆 型齿轮；凹；凸形拨轮机构、八 、，刖言般发动机是往复式发动机，是由于活塞在汽缸 中做往复直线运动而得名。发动机工作时，活塞在气 缸里做往复直线运动，并用曲柄连杆机构把活塞的直 线运动转化为旋转运动以输出动力。往复式发动机活 塞和曲柄连杆的运动需用占具一定的空间，这需要一 个较

2、大的机体、缸盖、油底壳等箱体零件将这些运动 机件容纳，使得整个发动机结构复杂、体积庞大。发 动机曲轴需要设置平衡重或平衡轴。由曲柄连杆机构 产生的振动难以彻底消除。发动机需要配气机构与其 配合，这部分机件运动产生的振动和噪声无法消除。为了进一步提高进气效率，又出现了可变气门正时和 可变气门行程等技术，使发动机机构更加复杂，使得 发动机造价更加昂贵。往复式发动机的活塞与缸壁之 间存在滑动磨擦，连杆与曲轴、曲轴与机体之间使用 滑动轴承，所以机械效率不高。现代的往复式发动机 更加合理，制作材料更加耐磨损、耐高温，而且燃料 加注方式也开始智能化。发动机的多个工作步骤得以 实现计算机精确化控制，从而提高

3、了效率，充分地利 用了宝贵的燃料，减少了排污。但由于其工作原理已 经定型，在效率上难有重大突破。1954 年，菲加士 ?汪克尔与德国 NSU 公司合作研 制成功第一台三角活塞式转子发动机。 1964 年， COMOBIL 公司首次把三角活塞式转子发动机装在轿 车上成为正式产品。 1967 年，日本东洋工业公司也将 三角活塞式转子发动机装在马自达轿车上开始成批生 产。三角活塞式转子发动机不需要复杂的配气机构， 具有高功率容积比的优点，体现出发动机结构简单、 重量轻的优势。三角活塞的转速也只是发动机曲轴转 速的三分之一，它不需要精密的曲轴平衡就能达到较 高的运转转速，并且运行更加安静，噪音更小，有

4、着 更高的可靠性和耐久性，没有往复式发动机中的摇臂和连杆等那些高转速运动部件 1 。三角活塞式转子发动机也有它自身的缺点。由于 这种发动机没有往复式发动机的高压缩比，燃烧不能 够很充分，造成发动机油耗高，污染重。这种发动机 三角转子的相邻容腔间只有一个径向密封片，径向密 封片与缸体始终是线接触，径向密封片磨损快、寿命 短。往复式发动机在功率、重量、排放、能耗等方面 都比过去有了显著提高，各大企业对往复式发动机技 术成熟。三角活塞转子发动机从生产装配到维护修理 都与传统的往复式发动机大不一样，开发成本大，所 以三角活塞式转子发动机没有显出明显的优势，欧、 美、日等国开发这种发动机已有数十年，至今

5、还没能 大面积使用。1.扇形转子发动机 本文所介绍的扇形转子发动机（专利名称是：瞬 时变容角差式转子发动机）是有待于开发的一种转子 发动机。此发动机是属于转子发动机类型， 是以汽油、 氢、石油气、天然气等为燃料的发动机。这种转子发 动机同样具有机件少、机构平衡的特点，又克服了三 角活塞式转子发动机密封差的缺点。它是利用一对完 全相同的扇形转子，相互交叉地装入圆形汽缸中，与 圆形汽缸形成四个容积可变的工作腔，再经过一种专 门设计的速度变换机构，使两个扇形转子在转动时发 生角度差， 从而造成工作腔容积的变化， 以完成进气、 压缩、工作、排气等工作过程以输出动力。其结构简 图可见图 1 所示。图 1

6、 扇形转子发动机结构示意图1、飞轮 2、转轴 3、非圆形齿轮 4、凹形拨轮 5、 凸形拨轮 6、心轴 7、非圆形齿轮8、机壳后端盖 9、密封水套（后） 10、机体 11、 扇形转子 12、扇形转子13、密封水套（前） 14、机壳前端盖 15、凸形 拨轮 16、非圆形齿轮 17、风扇总成18、风扇皮带轮 19、皮带 20、皮带轮 21、凹形 拨轮 22、非圆形齿轮扇形转子 11（见图 2）、扇形转子 12 与机体 10、 密封水套（前） 13、密封水套（后） 9 形成四个工作 腔。扇形转子 12 与非圆形齿轮 16、凸形拨轮 15 以花 键联接，并一起用轴承支承在心轴 6 上，围绕心轴 6 作正

7、弦函数运动规律的转动。 同样扇形转子 11 与非圆 形齿轮 7、凸形拨轮 5 也以花键联接，也是一起用轴 承支承在心轴 6 上，围绕心轴 6 作正弦函数运动规律 的转动。心轴 6 固联在机壳前端盖 14 和机壳后端盖 8 上。前端盖 14和机壳后端盖 8 用螺栓与机体 10相联。 心轴 6 中间加工有润滑油道，用以润滑和冷却轴承和 两个扇形转子。非圆形齿轮 16 与非圆形齿轮 22 相啮 合、凸形拨轮 15与凹形拨轮 21 相作用，它们共同形 成一个正弦传动机构。非圆形齿轮 7 与非圆形齿轮 3 相啮合、凹形拨轮 5 与凸形拨轮 4 相作用，它们也共 同形成一个正弦传动机构。转轴 2 用滚动轴承支撑在 机壳前端盖 14和机壳后端盖 8 上。非圆形齿轮 22、 非圆形齿轮 3、凹形拨轮 21、凸形拨轮 4 都是以花键 与转轴 2 相联，转轴 2 联接着皮带轮 20 和飞轮 1。当 扇形转子 12 和扇形转子 11 都按正弦函数运动规律作 变速运转时，带动非圆形齿轮 16、非圆形齿轮 7、凸 形拨轮 15、凸形拨轮 5 运转，将动力传递到非圆形齿 轮 22、非圆形齿轮 3 及凸形拨轮 15、凸形拨轮 5 上， 一起带动转轴 2 匀速转动，通过飞轮 1 输出动力。图 2 扇形转子示意图2.工作过程非圆形齿轮 16与非圆形齿轮 22 相啮合，其传动 比 i 为：（1）这是一个正弦函数，其