一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法技术方案

本发明专利技术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。

Design method of dynamic system of cam rotor internal combustion engine

The invention relates to a design method of a cam rotor internal combustion engine power system, belonging to the design field of an internal combustion engine, in particular to a cam rotor internal combustion engine design method. The design method of cam lift and return by cam profile size change, the inner surface and outer surface of rotary component cavity rotary surface component of the outer surface and the corresponding relationship between the other end member will contact sealing surface of the cam to inclusive, and the formation of non uniform annular gap, and cam with cavity the component and the outer rotary surface of one component relative to another fixed axis rotation, and a group of cam follower mounted on the component or the outer cavity and not fixed on the surface of the rotary cam. Design method to achieve the Otto cycle, the classic four process is achieved by volume changes, the impact of small and high speed. Through the control system, the flexible conversion of various working mode parts can be realized, the adaptability is high, and the system can be designed well, especially suitable for flexible automatic control with the computer.

【技术实现步骤摘要】
一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法
本专利技术属于一种内燃发动机设计领域，涉及一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法。
技术介绍
活塞内燃机的特点是通过活塞在气缸内作往复直线运动，并通过曲柄滑块机构实现曲轴回转运动输出。在曲轴回转两周时活塞内完成一次奥托循环。由于活塞内燃机的奥托循环的进气、压缩、燃烧膨胀、排气四个工作过程是对应活塞的四段直线运动，因而分别称作进气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。人们通常认为，活塞式内燃机热效率高、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，活塞内燃机的曲柄回转两周，才能完成一次奥托循环，输出动力的做功过程只占四分之一，因而运动波动大。其间还需要通过凸轮控制的进、排气门进行配合，传动环节多。目前活塞式内燃机仍有许多不尽如人意之处，特别是其热效率只有40％左右。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，爆发力变成内力主要作用于轴承上内耗掉了，最大力臂长度和活塞行程取决于曲柄长度，对应最大力臂处，燃料的爆发力以下降很多。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、米勒循环发动机，它是目前唯一一个成功商业化的转子内燃机。这种内燃机由德国人菲加士·汪克尔专利技术，所以也叫汪克尔发动机。三角转子内燃机利用一个或多个具有等径特性的曲边三角形转子，在类似椭圆形的特定内腔廓型转子仓内作强迫行星运动，代替活塞的作用，将压力转化为旋转运动。完全不同于活塞内燃机的往复直线运动，转子在一个方向上连续旋转，而不是象活塞发动机中的活塞那样剧烈地改变方向。转子有三个面与缸壁正好可以形成三个燃烧室三角转子把汽缸分成三个独立空间。由于转子本身旋转时，即可有规律地露出进排气孔，所以不须象活塞内燃机一样配备专门的气门，三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气，三角转子自转一周，发动机点火做功三次。三角转子内燃机精简结构，体积小，质量轻，运行安静,噪声小，具有均匀的扭矩特性。三角转子发动机虽然较好地解决了端面密封和径向密封问题，并具有动力强劲等很多突出的优点，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，燃烧效率仍难提高。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。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术的缺陷，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，专利技术一种凸轮转子内燃发动机动力系统设计方法。凸轮转子内燃机直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩，转子内燃机有多种结构方案，原理差异也较大，但都是利用旋转的方式来改变工作腔容积，进而实现燃料气的热力循环。燃烧产生的动力直接作用于定轴回转的输出转子上，无需任何运动变换过程，从而运动传递环节短，有利于提高传动效率。系统可做到无任何偏心回转，系统平衡容易实现，因此运动平稳。加上无往复运动件，动力损耗小，系统震动小，可实现低噪音运行。可在统一结构中通过控制系统配合实现多种工作模式件的柔性转换，适应性极高，尤其适合配合计算机进行柔性自动控制。本专利技术采用的技术方案是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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
1.一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...

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