【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于内燃机设计，具体涉及一种反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法。
技术介绍
1、近年来出现的反三角转子发动机(inverted wankel engine)，除了保持了传统三角转子发动机(wankel engine)零件少、结构紧凑、功重比高的优点之外，理论上可以有更高的压缩比和更小的漏气量的特点，可以实现更低的油耗和排放，在无人机、增程式电动汽车、便携式电站等领域具有很好的应用前景。
2、反三角转子发动机可以实现比三角转子发动机大得多的理论压缩比，图1展示了两种发动机的理论压缩比，可以看到，在形状参数k常用的选取范围为6-8之间时，反三角转自发动机的理论压缩比远大于1000，而传统三角转子发动机得理论压缩比小于20，如果考虑到燃烧室布置等因素，实际压缩比更小。因为理论压缩比的限制，三角转子发动机不适合采用压燃着火方式，而反三角转子发动机可适合压燃和点燃着火方式。
3、反三角转子发动机的缸体型线是转子型线按照特定规律运动的外包络线，在上止点附近，缸体和转子理论型线几乎重叠在一起，如图2所示。也正因此，气缸最小容积极小，这也是发动机压缩比可以达到很大的数值的原因。如此一来，在上止点前后，缸体和转子的工作面之间的距离或者间隙很小。虽然考虑到轴承间隙、热膨胀、相位齿轮间隙和加工误差等因素，一般会在型线设计过程中增加一个间隙，但该间隙数值很小，一般在0.3-0.4mm。在发动机实际工作过程中，由于热膨胀和偏心轴的振动等因素，以及长期运转造成的积碳，很容易造成转子和缸体之间的狭缝消失，发生转自和缸体
4、此外，反三角转子发动机在转子处于上止点附近时，随转角的变化气缸容积基本不变，即趋近于等容过程，燃烧趋近于等容燃烧。这同时也表明，在燃烧过程中狭缝在气缸与转子之间也较长期存在，狭缝中的大量燃料未经燃烧或者燃烧不完全，造成大量的碳氢排放。即使能够燃烧，燃烧速度也极为缓慢，燃烧效率极为低下，这对处于转子旋转方向的后方的狭缝尤其严重(参见图3)。火花点火反三角转子发动机燃油经济性差的原因除了泄漏之外，这些狭缝也是其中重要的原因。
5、对于采用理论型线的转子和缸体，上止点时气缸容积很小，这意味着此时在实际发动机中除了人为设置的燃烧室之外，其余部分都是狭缝区域(参见图2)，这势必会造成大量的狭缝容积，对发动机的燃油经济性和排放，以及发动机运转的可靠性造成严重不利影响，需要设法加以解决。
6、此外，反三角转子发动机的缸体型线是转子型线按照特定规律运动形成的外包络线，该曲线形状复杂，导致加工困难，制造成本高昂。如果能采用简单的曲线作为缸体型线，对于降低发动机制造成本也具有重要意义。
技术实现思路
1、为克服现有技术中的反三角转子发动机的缸体型线与转子型线形状复杂，导致加工困难，制造成本高昂的问题，本专利技术的目的是提供一种反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，该方法综合考虑反三角转子发动机的结构特点、工作原理和燃烧学原理等因素，给出相应的型线设计方案，进一步完善反三角转子发动机的结构设计，具有加工简单，制造成本低的优点。。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，包括以下步骤：
4、1)齿圈/缸体部件以x-o-y为坐标，齿轮/转子部件以xr-or-yr为坐标，顺时针自转，同时原点or绕原点o逆时针公转，在xr-or-yr坐标下形成的轨迹为转子理论型线；
5、2)原点or绕原点o逆时针公转的同时，齿轮/转子部件绕xr-or-yr坐标系原点or自转，转子理论型线相应运动，形成外旋轮线的包络线，外旋轮线的包络线包括缸体理论型线；
6、3)将缸体理论型线向内缩小，内缩的平移距为a，以缸体理论型线各点为圆心，以a为半径所形成各个小圆的内包络线为缸体实际型线；
7、4)将转子理论型线向内缩小，形成转子实际型线。
8、进一步的，反三角转子发动机转子理论型线的参数方程表示为：
9、
10、式中，e为偏心距/mm，v为特征角度/rad，r为创成半径/mm，xr为x轴坐标，yr为y轴坐标。
11、进一步的，外旋轮线的包络线的参数方程为：
12、
13、式中：v——特征角度/rad。
14、进一步的，外旋轮线包括内包络线和外包络线，三角转子发动机转子理论型线采用外旋轮线的内包络线，反三角转子发动机缸体理论型线采用外旋轮线的外包络线。
15、进一步的，内包络线的特征角度：
16、进一步的，外包络线的特征角度：
17、7.根据权利要求1所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，反三角转子发动机为火花点火反三角转子发动机时，缸体转子之间的间隙为0.5-1mm。
18、进一步的，反三角转子发动机为压燃着火的反三角转子发动机时，缸体转子之间的间隙为0.7-1.2mm。
19、进一步的，步骤1)中，公转角速度为自转角速度大小的两倍。
20、进一步的，步骤2)中，自转角速度为公转角速度的一半，自转与公转方向相反。
21、与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：
22、本专利技术的反三角转子发动机缸体型线设计新方法在发动机制造加工和发动机燃烧和排放性能方面具有的优点，主要包括：
23、1.制造加工方面：本专利技术提出的采用圆弧代替外包络线，可以采用普通车床对缸体进行精确加工，加工更容易，也可降低制造加工成本，克服了现有缸体型线为外包络线，型线复杂，需要采用专用机床进行加工，成本高的问题。
24、2.燃烧和排放方面：缸体采用的圆弧型线在原来的外包络线外侧，这样缸体与转子之间的间距增加，可以促进火焰的传播，提高燃料的燃烧效率。同时可以减小发动机的狭缝容积，减少因淬熄效应引起的燃料不完全燃烧导致的碳氢排放。该项优点对于提高火花点火反三角转子发动机的燃烧和排放尤其具有显著效果。
25、进一步的，在发动机运转机械负荷和使用寿命方面：本专利技术提出的增加缸体和转子之间的间隙δ的设计方法，对于减小转子的质量方面的影响不容忽视，减小转子质量意味着发动机运转的旋转惯性力，对轴承的载荷都会降低，有利于提高发动机的使用寿命。此外，对于降低发动机整机的质量，提高发动机的功重比，也有一定的好处。
26、进一步的，对于火花点火反三角转子发动机，采用本专利技术提出的转子和缸体型线设计方法，该种型线可以提高发动机的排放水平，同时由于转子发动机的重量轻和高功率密度的特点，有望在增程式电动汽车上获得实际应用。
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1.一种反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，反三角转子发动机转子理论型线的参数方程表示为：
3.根据权利要求1所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，外旋轮线的包络线的参数方程为：
4.根据权利要求3所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，外旋轮线包括内包络线和外包络线，三角转子发动机转子理论型线采用外旋轮线的内包络线，反三角转子发动机缸体理论型线采用外旋轮线的外包络线。
5.根据权利要求4所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，内包络线的特征角度：
6.根据权利要求4所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，外包络线的特征角度：
7.根据权利要求1所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，反三角转子发动机为火花点火反三角转子发动机时，缸体转子之间的间隙为0.5-1mm。
8.根据权利要求1所
9.根据权利要求1所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，步骤1)中，公转角速度为自转角速度大小的两倍。
10.根据权利要求1所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，步骤2)中，自转角速度为公转角速度的一半，自转与公转方向相反。
...【技术特征摘要】
1.一种反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，反三角转子发动机转子理论型线的参数方程表示为：
3.根据权利要求1所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，外旋轮线的包络线的参数方程为：
4.根据权利要求3所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，外旋轮线包括内包络线和外包络线，三角转子发动机转子理论型线采用外旋轮线的内包络线，反三角转子发动机缸体理论型线采用外旋轮线的外包络线。
5.根据权利要求4所述的反三角转子发动机缸体和转子型线的设计方法，其特征在于，内包络线的特征角度：
6.根据权利要求4所述的反三角...
【专利技术属性】
技术研发人员：王锡斌，刘飞鹏，于立信，谢翔，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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