旋转发动机转子

摘要

一种旋转式发动机转子(10)，包括以大致等边三角形形状布置的三个转子周边(12)，每个转子周边(12)具有前缘(16)和后缘(17)，细长唇缘(21)设置在转子周边(12)中的至少一个的前缘(16)上，细长唇缘(21)延伸转子周边(12)的整个轴向长度。在另一方面，转子周边(12)中的所述至少一个包括具有前缘和后缘的空腔，并且邻近其后缘的该空腔的基部的至少一部分是向外弯曲的。

权利要求

1.一种旋转式发动机转子，包括以大致等边三角形形状布置的三个转子周边，每个转子周边具有前缘和后缘，其中，所述转子周边中的至少一个的前缘包括延伸所述转子周边的整个轴向长度的细长唇缘，其特征在于所述至少一个转子周边包括从所述唇缘到所述转子周边的后缘的大致向外弯曲的轮廓。

2.根据权利要求1所述的旋转式发动机转子，其中，所述唇缘包括前表面和后表面。

3.根据权利要求2所述的旋转式发动机转子，其中，所述唇缘的前表面相对于所述转子周边的圆周中心向外指向。

4.根据权利要求2所述的旋转式发动机转子，其中，所述唇缘的后表面朝向所述转子周边的圆周中心向内指向。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的旋转式发动机转子，其中，所述唇缘的前表面向外弯曲。

6.根据权利要求5所述的旋转式发动机转子，其中，所述唇缘的前表面的曲率半径基本上等于靠近其后缘的所述至少一个转子周边的曲率半径。

7.根据权利要求2所述的旋转式发动机转子，其中，所述唇缘的后表面径向向内弯曲。

8.根据权利要求2所述的旋转式发动机转子，其中，所述唇缘的后表面基本上是平面的。

9.根据权利要求2所述的旋转式发动机转子，其中，所述唇缘的后表面具有阶梯形轮廓。

10.根据前述权利要求1所述的旋转式发动机转子，其中，所述唇缘从所述转子周边的前缘延伸过小于所述转子周边的圆周长度的30％。

11.根据前述权利要求1所述的旋转式发动机转子，其中，所述至少一个转子周边包括形成在外表面中的凹部，所述凹部包括前缘和后缘并且轴向延伸穿过所述转子周边的整个长度，所述唇缘限定在所述转子周边的前缘和所述凹部的前缘之间。

12.一种旋转式发动机转子，包括以大致等边三角形形状布置的三个转子周边，每个转子周边具有前缘和后缘，至少一个转子周边包括具有前缘和后缘的空腔，靠近其后缘的所述空腔的基部的至少一部分向外弯曲，其特征在于所述空腔部分地位于从所述转子周边的前缘延伸的凹部中。

13.根据权利要求12所述的旋转式发动机转子，其中，靠近其后缘的所述空腔的基部的曲率半径在100mm和170mm之间。

14.根据权利要求12所述的旋转式发动机转子，其中，所述基部在所述空腔的后缘处融合到所述转子周边中。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的旋转式发动机转子，其中，靠近所述空腔的前缘的基部的一部分是基本上平面的。

16.根据权利要求12所述的旋转式发动机转子，其中，靠近所述空腔的前缘的基部的一部分径向向内弯曲。

17.根据权利要求16所述的旋转式发动机转子，其中，靠近所述空腔的后缘的基部的曲率半径基本上大于靠近所述空腔的前缘的基部的曲率半径。

18.根据权利要求12所述的旋转式发动机转子，其中，所述空腔在所述转子周边的轴向长度的80％和95％之间延伸，并且基本上轴向居中定位。

19.根据权利要求12所述的旋转式发动机转子，其中，所述至少一个转子周边包括具有形成在第一空腔的基部中的第一部分和形成在所述转子周边中的第二部分的次空腔。

说明书

旋转发动机转子

技术领域

[0001] 本发明涉及一种旋转发动机转子，特别但不排它地涉及一种汪克尔(Wankel)发动机转子。

背景技术

[0002] 旋转式内燃机通常用于为汽车、飞机、船只、固定式发动机和压缩机提供动力。旋转式内燃机包括可旋转地安装在壳体或定子中的腔内的旋转活塞或转子。

[0003] 汪克尔发动机是旋转式内燃机的特定形式，其中定子包括两叶外延旋转孔和位于孔的相对纵向端处的端板，以在其中限定空腔。空腔的壁分别设有用于空气和废气的入口和排气口。汪克尔发动机的转子包括具有向外弯曲的侧面的大致等边三角形截面形状的三个转子周边。

[0004] 转子安装在主轴的偏心轴颈上，并且齿轮传动以在主轴的三分之一旋转的情况下在空腔内以行星方式旋转。转子的齿轮传动通常通过容纳在由主体的内表面提供的定位孔内的插入件来提供。插入件包括轴承部分和分度齿轮，分度齿轮设置成与由发动机的端板之一承载的固定齿轮接合。分度齿轮与固定齿轮的接合将转子的旋转约束到主轴的三分之一。插入件需要牢固地固定到转子的主体，以防止插入件相对于转子主体的旋转或轴向移动。

[0005] 顶点密封件设置在转子的三个顶点中的每一个处，所述密封件配置成与外延旋转孔的内壁接合。随着转子相对于定子旋转，顶点密封件相对于外延旋转孔的内壁位移，但在转子的整个旋转周期中保持与其密封接合。转子因此将空腔分成多个工作室，其随着转子相对于定子旋转而在体积和位置上变化。

[0006] 历史上已经选择每个转子周边的外表面的形状以使发动机的压缩比最大化。这导致向外弯曲的弓形周边，其关于围绕垂直平分周边的两个顶点的轴向平面的反射对称。还已知在周边内基本上居中地形成浅盘形凹穴，凹穴的基部在其前缘和后缘处向内弯曲。类似于弓形周边，通常选择这些凹穴的形状、尺寸和位置以使发动机的压缩比最大化。

发明内容

[0007] 根据本发明，提供了一种如所附权利要求中所述的旋转发动机转子。

[0008] 根据本发明，从第一方面看，提供了一种旋转式发动机转子，包括以大致等边三角形形状布置的三个转子周边，每个转子周边具有前缘和后缘，所述转子周边中的至少一个的前缘包括延伸所述转子周边的整个轴向长度的细长唇缘。

[0009] 申请人已经发现，根据本发明的转子改善了发动机的性能，例如通过提供增加功率和降低温度。这种性能改进可归因于将燃烧气体膨胀转换为转矩的增加的效率。这种改进发动机性能的机制与工业中已建立的设计实践相反，其中发动机性能的任何改进通常通过改进发动机的压缩比来实现。

[0010] 优选地，所述至少一个转子周边包括从所述唇缘到所述转子周边的后缘的大致向外弯曲的轮廓。

[0011] 所述唇缘优选地包括前表面和后表面。前表面优选地相对于转子周边的圆周中心向外指向，该圆周中心被定义为在转子周边的前表面和后表面之间等距的圆周位置。后表面优选地朝向转子周边的圆周中心向内指向。由于唇缘位于转子周边的前缘，所以将唇缘的后表面向内朝向转子周边的圆周中心确保了后唇缘的表面的法线指向与转子的旋转方向周向相反的方向，从而提供膨胀气体压力有效转换为转子上的转矩。

[0012] 唇缘的前表面优选地径向向外弯曲。唇缘的前表面的曲率半径优选地基本上等于靠近其后缘的至少一个转子周边的曲率半径。

[0013] 唇缘的后表面可以径向向内弯曲。优选地，唇缘的后表面的曲率半径基本上小于唇缘的前表面的曲率半径和/或靠近其后缘的至少一个转子周边的曲率半径。唇缘的后表面的曲率半径优选在0.2-9.0mm之间、优选在1.0-8.0mm之间、优选在2.0-7.0mm之间或优选在3.0-6.0mm之间。邻近其前表面的唇缘的后表面的表面元件优选地包括在基本上与转子的旋转方向相反的方向上的法线。远离其前表面的唇缘的后表面的表面元件优选地包括基本上径向指向的法线，即基本上垂直于转子的旋转方向。可替代地，唇缘的后表面可以具有阶梯形轮廓。优选地，阶梯形轮廓可以包括阶梯。

[0014] 在两个上述表面元件之间的唇缘的后表面的曲率优选是基本上均匀的。可替代地，在两个上述表面元件之间的唇缘的后表面的曲率优选地随着与唇缘的前表面的距离的增加而增加。

[0015] 可替代地，唇缘的后表面可以是基本上平面的。唇缘的后表面的法线的方向优选地基本上与转子的旋转方向相反。

[0016] 转子优选地包括用于接收定子的轴的中心孔。中心孔优选地在其内表面上设置有环形齿轮，并且定子的轴优选地包括小齿轮。环形齿轮的半径优选地大于小齿轮的半径，使得环形齿轮配置成用于围绕小齿轮偏心运动。

[0017] 优选地，至少一个转子周边的前缘相对于转子的中心孔的径向长度基本上等于至少一个转子周边的后缘的径向长度。因此，该实施例中的唇缘部分地由形成在转子周边的外表面中并且延伸转子周边的整个轴向长度的凹部限定。要理解的是，在该实施例中，凹部的前表面等同于唇缘的后表面。

[0018] 唇缘的横截面优选地基本上均匀。

[0019] 唇缘的纵向轴线优选地基本上平行于转子的轴向方向。唇缘优选地延伸小于转子周边的圆周长度的30％，更优选地延伸小于转子周边的圆周长度的10％。

[0020] 优选地，每个转子周边包括如上所述的唇缘。

[0021] 优选地，转子是汪克尔(Wankel)发动机转子。

[0022] 根据本发明，从第二方面看，提供了一种旋转式发动机转子，包括以大致等边三角形形状布置的三个转子周边，每个转子周边具有前缘和后缘，至少一个转子周边包括具有前缘和后缘的空腔，其中，靠近其后缘的所述空腔的基部的至少一部分向外弯曲。

[0023] 申请人已经发现，根据本发明的第二实施例的转子改进了其内安装有转子的发动机的性能，例如通过提供增加功率和降低温度。这种性能改进可归因于将燃烧气体膨胀转化为转矩的增加的效率。

[0024] 靠近其后缘的空腔的基部的曲率半径优选在100mm和170mm之间，更优选为约150mm。

[0025] 基部优选地在空腔的后缘处融合到转子周边中。优选地，在基部和空腔的后缘之间存在切线融合。

[0026] 靠近空腔的前缘的基部的一部分可以是基本上平面的。

[0027] 可替代地，靠近空腔的前缘的基部的一部分可以径向向内弯曲。在该实施例中，靠近空腔的前缘的基部的曲率半径优选地基本上小于靠近空腔的后缘的基部的曲率半径。

[0028] 在另一替代实施例中，靠近空腔的前缘的基部的一部分可围绕曲率中心径向向外弯曲，曲率中心从靠近空腔的后缘的基部的一部分的曲率中心位移，以便限定由凸形侧壁界定的纵向谷。

[0029] 空腔优选地在转子周边的轴向长度的80％和95％之间延伸，并且优选地基本上轴向居中定位。

[0030] 至少一个转子周边可以包括具有形成在第一腔的基部中的第一部分和形成在转子周边中的第二部分的次空腔。

[0031] 优选地，每个转子周边包括如上所述的空腔。

[0032] 优选地，转子是汪克尔发动机转子。

附图说明

[0033] 图1是根据本发明实施例的旋转发动机转子的透视图；

[0034] 图2是穿过图1所示的旋转发动机转子的横截面图；

[0035] 图3是穿过根据本发明第二实施例的旋转发动机转子的横截面图；

[0036] 图4是根据本发明第三实施例的旋转发动机转子的透视图；以及

[0037] 图5是根据本发明第四实施例的旋转发动机转子的透视图。

具体实施方式

[0038] 参考附图的图1和图2，示出了根据本发明第一实施例的旋转发动机转子10。

[0039] 转子10包括由以大致等边三角形形状布置的三个转子周边12形成的主体11。

[0040] 转子主体11可以包括铸铁、铝、铝合金、钛镍、钴或钴合金或者由其构成。优选地，转子主体11由铸铁构成。

[0041] 转子主体11可以通过铸造、从坯料机加工、烧结或增材制造来形成。增材制造包括三维打印。优选地，转子主体11用铁以单件铸件形成。

[0042] 每个转子周边12包括径向向外指向的外表面13、径向向内指向的内表面14和大致轴向指向的第一和第二侧表面15。每个转子周边12包括相对于转子周边12(仅在图1中标记为最高的转子周边12)的旋转方向限定的前缘16和后缘17。

[0043] 在每个转子周边12的外表面13中形成凹部18。凹部18从相应的转子周边12的后缘17延伸过相应转子周边12的周向长度的约95％。还可以设想的是，每个转子周边12可以包含凹部18。凹部18包括相对于转子周边12的旋转方向限定的前表面19和后表面20。凹部18的前表面19向内弯曲，包括的曲率半径优选在0.2-9.0mm之间、优选在1.0-8.0mm之间、优选在2.0-7.0mm之间或优选在3.0-6.0mm之间。凹部18的后表面20向外弯曲，包括比前表面19的曲率半径更大数量级的曲率半径，例如约150mm。然而，曲率半径可以在相应的转子周边
12上周向地变化。特别地，曲率半径可以朝着相应转子周边12的后缘17增加。在所示的实施例中，向内弯曲的前表面19融合到向外的后表面20中，使得两者可被认为是具有变化的圆周变化曲率的单个面。在轴向上，凹部18延伸相应转子周边12的整个轴向长度。因此，在相应的转子周边12的前缘16处限定了延伸相应转子周边12的整个轴向长度的细长唇缘21。还设想的是，每个转子周边12可以包括唇缘21。唇缘21的纵向轴线基本上平行于转子周边12的轴向方向，并且唇缘21相对于该轴线的横截面在唇缘21的整个长度上基本是均匀的。还设想的是，唇缘21可以具有这样的形式，其中唇缘的后表面的法线的方向基本上与转子的旋转方向相反。

[0044] 唇缘21包括相对于转子周边12的旋转方向限定的前表面22和后表面23。唇缘21的前表面22向外弯曲，该表面22的曲率半径基本上等于凹部18的后表面20的曲率半径。唇缘21的后表面23由凹部18的前表面19提供并且因此向内弯曲。唇缘21的后表面23的曲率中心相对于转子周边12的圆周中点位于表面23的内侧。因此，唇缘21的后表面23的法线的圆周矢量分量指向与转子10的旋转方向相反的方向。唇缘21的后表面23的法线的精确方向取决于考虑到表面23的向内弯曲的轮廓的表面元件，位于唇缘21的前表面22的近侧的表面元件具有比位于唇缘21的前表面22的远侧的表面元件更大的圆周矢量分量。

[0045] 每个转子周边12的内表面14包括位于周边12的中点处的定位部分24，定位部分24一起部分地限定定位孔25。每个周边12的内表面14还包括位于周边12的每个端部的冷却通道部分26。冷却通道部分26一起限定三个冷却通道27，其在转子10的每个顶点的区域中轴向地延伸通过转子10。每个相应的冷却通道27是部分圆柱形的并且设置有冷却翅片28，其布置成增加所述冷却通道27的表面积。在转子不被空气冷却的替代实施例(未示出)中，不存在空气冷却通道27和其他相应的特征。

[0046] 每个转子周边12的侧表面15设置有相应的密封条插口，其布置成接收相应的侧密封条29。在每个转子周边12的顶点处设置附加的密封条插口30，这些条插口30布置成接收相应的轴向密封条(未示出)。

[0047] 插入件31设置在定位孔25中，并且通过延伸穿过形成在转子周边12和插入件31中的相应固定插口(未示出)的固定销(未示出)联接到转子周边12。插入件31以适当的轴承钢形成锻件，或者由轴承钢的棒锻造。插入件31周向地封闭限定在转子周边12的内表面14中的冷却通道27，以便限定在转子10的整个轴向长度上延伸的冷却管道32。冷却管道34允许空气流过转子10，从而提供发动机的冷却。

[0048] 插入件31包括轴承部分33和分度齿轮。分度齿轮包括布置成围绕定子(未示出)的中心小齿轮(未示出)偏心旋转的机加工的环形齿轮34。环形齿轮34的轴向长度小于转子主体11的整个轴向长度，环形齿轮34布置在转子10的轴向的一端。

[0049] 转子10安装在主轴(未示出)的偏心轴颈上的定子(未示出)中的空腔(未示出)内。空腔由在每端由端板(未示出)封闭的两叶外延旋转孔限定。环形齿轮25布置成以行星方式与固定小齿轮(未示出)接合，其中转子10在主轴的旋转的三分之一旋转。转子10和空腔的壁成形为使得当转子10旋转时形成工作室，空腔的壁还分别设置有用于空气和废气的入口和排气口(未示出)。在使用中，每个侧密封条29在转子主体11的侧部14和由定子(未示出)提供的空腔的壁之间形成密封。类似地，每个轴向密封条29在转子周边12的相应顶点和空腔的壁之间形成密封，以将空腔分成多个工作室。

[0050] 在给定的工作室中，其中包含的气体的膨胀在相应的转子周边12的外表面13上施加力。膨胀气体压力在转子周边12的周向长度上转换成转矩。然而，由于唇缘的后表面23的矢量表面的方向，该膨胀气体压力转换为转矩的效率在唇缘的后表面23处比在转子周边12的外表面13的其余部分上大得多。因此，唇缘21对膨胀气体压力转换为转矩的总效率提供了实质性的贡献，而基本上不损害发动机的压缩比。

[0051] 本发明的第二实施例在图3中示出。该实施例的转子110类似于第一实施例的转子10，其中具有以下修改。相同的附图标记被用于相应的特征。

[0052] 在该实施例中，凹部18的前表面19以及因此唇缘21的后表面23，与向内弯曲相反，基本上是平面的。表面19、23的法线的方向基本上与转子10的旋转方向相反。因此，表面19、23被最佳地针对用于将燃烧气体膨胀转换为转矩。

[0053] 在替代实施例(未示出)中，表面19、23的法线的方向可以不与转子10的旋转方向基本上相反：假设表面19、23的法线的圆周分量与转子10的旋转方向相反，唇缘21将提供膨胀气体压力转换为转矩的效率的增加。然而，该替代实施例将不提供与图3所示实施例的膨胀气体压力转换为转矩的效率的相同的增加。

[0054] 本发明的第三实施例在图4中示出。该实施例的转子210类似于第一和第二实施例的转子10，其中具有以下修改。相同的附图标记用于相应的特征。

[0055] 在该实施例中，凹部18延伸相应的转子周边12的圆周长度的约75％。凹部18朝向转子周边的前缘16定位，但是与其分离，使得凹部18限定在转子周边的前缘16处。

[0056] 形成在每个转子周边12的外表面13中的凹部18不延伸相应的转子周边12的整个轴向长度。替代地，凹部18延伸转子周边的轴向长度的约90％，并且轴向居中定位。与图1至图3中所示的实施例不同，每个转子周边12的外表面13因此不包括唇缘。此外，与图1至图3中所示的实施例不同，凹部因此完全限定在其轴向和周向边缘处，并且因此限定具有基部和侧壁35的空腔。

[0057] 侧壁35基本上是平面的，侧壁35的法线沿轴向方向。在替代实施例(未示出)中，侧壁具有的曲率半径优选在0.2-9.0mm之间。

[0058] 类似于图1和图2所示的实施例，凹部18的基部包括相对于转子周边12的旋转方向限定的前表面19和后表面20。凹部18的前表面19向内弯曲，包括的曲率半径在0.2-9.0mm之间、优选在1.0-8.0mm之间、优选在2.0-7.0mm之间或优选在3.0-6.0mm之间。凹部的后表面20向外弯曲，包括比前表面19的曲率半径大数量级的曲率半径，例如约150mm。然而，曲率半径可以在相应的转子周边12上周向地变化。特别地，曲率半径可以朝着相应转子周边12的后缘17增加。在所示的实施例中，向内弯曲的前表面19混合进入向外的后表面20，使得两者可被认为是具有变化的圆周变化的曲率的单个面。此外，凹部18的基部的后表面20在凹部
18的后缘处融合到转子周边12的外表面13中。

[0059] 本发明的第四实施例在图5中示出。该实施例的转子310类似于第三实施例的转子210，其中具有以下修改。相同的附图标记用于相应的特征。

[0060] 在该实施例中，设置在转子周边12的外表面13中的凹部18与图4所示的实施例的凹部18基本相同，除了在每个转子周边12中设置有次空腔36之外。次空腔36包括具有大致圆形矩形形状的第一部分37和具有类似于铲子的叶片的形状的第二部分38。第一部分37跨越凹部18的基部和转子周边12，而第二部分仅形成在转子周边12中。

[0061] 在替代实施例(未示出)中，图1所示的转子周边12也可具有如第四实施例中所述的次空腔36。

[0062] 在另一替代实施例(未示出)中，凹部的前表面可以是基本上平面的，例如凹部可以具有的横截面类似于图3中所示的凹部18的横截面。