[0001] 本发明属于发动机技术领域，涉及一种高效转子发动机及配置废气能量回收的发动机系统。

[0002] 转子发动机以其独特的结构优势，受到本领域技术人员的密切关注并对其存在的技术问题进行改进，对其应用领域的不断扩充，使得转子发动机从民用领域到军用领域，从车用动力领域到航空动力领域上得到充分推广。目前，三角转子发动机已经趋向成熟，而与之结构截然不同的X型转子发动机因具有更高的理论压缩比、更高的燃烧效率与更高的功重比而使其更多的应用在航空动力领域。X型转子发动机属于无活塞回旋式四行程内燃机，转子旋转将工质膨胀产生的气体力转化为转矩作用于偏心轴上，通过主轴向外界做功，X型转子自转一周，发动机点火做功三次。与传统四冲程活塞发动机相比，转子发动机具有结构简单、部件紧凑、运转平稳等优点。航空煤油以闪点高以及挥发性差的特点来保证其使用安全性高，同时煤油能量密度大、储运安全，在航空动力领域得到广泛应用。针对长航时、低成本、结构紧凑、使用安全等要求，相比其他动力装置，小型航煤燃料航空转子发动机更加适用于基于小型中低速长航时无人机平台的分布式协同攻击无人机系统。

[0003] 但是，现有的转子发动机及发动机系统存在以下技术问题：

[0004] 1、目前大规模使用的转子发动机用转子是端面进气，尤其是半面进气与排气。通过科研实践与仿真计算发现该进排气设计存在进气效率低的问题，该问题会直接导致燃烧室进气质量不足从而大幅削减功率。

[0005] 2、一部分使用轴向进气结构的发动机虽进气效率较高，但是该结构由于需要从轴心进气并且在需要轴上钻孔来输送燃料与空气，使得该结构只适用于小功率转子发动机进气系统。对于10kW以上量级的转子发动机，该进气方式不足以提供足量的空气来供发动机使用。

[0006] 3、现有的转子重量较重，而当转子发动机应用于航空领域时，尤其是应用在发动机体积，重量有严苛要求的飞行器上时，这就对发动机的重量提出了极大的考验，现有的转子发动机则无法满足。

[0007] 4、航煤燃料等重油转子发动机在高原地面低温、低压环境下面临着航煤雾化性能差、氧气稀薄、转子发动机燃烧室狭长、燃烧时间短等诸多不利因素，导致了航煤燃料不易形成稀薄燃烧方式，从而会出现点火不成功和燃烧不充分的问题，影响了航煤燃料转子发动机的正常点火启动飞行。

[0008] 5、在高海拔工况下，大气压力急剧下降，从而导致自吸航空发动机进气质量下降。发动机燃烧供给氧气不足，燃烧情况恶化。燃烧效率急剧下降，严重制约了发动机的输出功率，导致其不能作为高功重比无人机动力系统良好地工作，发挥其优势。

[0033] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0034] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0035] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0036] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0037] 此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

[0038] 在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0039] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

[0040] 参见图1，本发明实施例提供了一种高效转子发动机，包括配合连接有前端盖129和后端盖118的缸体126，三者通过螺栓及定位销连接；所述前端盖129上通过前端盖轴承130支撑有第一主轴101，所述后端盖118上通过后端盖轴承120支撑有第二主轴123，所述第一主轴101和第二主轴123键连接，便于转子128以及其他旋转件的安装；所述第一主轴101上通过轴承支撑有转子128，所述转子128位于缸体126的内部并将其分为三个封闭且独立的燃烧室作为发动机气缸，当转子128转动时,与缸体126以及前端盖129和后端盖118形成的三个燃烧室同时分别进行进气、压缩、做功和排气行程。所述转子128通过螺钉和定位销固定连接有外相位齿轮116，所述齿轮116啮合有通过螺钉和定位销固定在后端盖118上的内相位齿轮117，在转子128围绕第一主轴101自转的同时，第一主轴101绕着缸体126中心线旋转；所述第一主轴101通过键连接有信号盘105，所述信号盘105相对位置处设置有转速传感器107，所述转速传感器107连接有电控系统，有转速传感器107为霍尔传感器；所述信号盘105为缺齿偏心结构；所述第二主轴123上键连接有配重121，所述配重121的重量与信号盘105的偏心质量使转子发动机保持动平衡。第一进气管道106与第二进气管道108通过螺钉连接固定在前端盖129上，将从化油器接头109进入的空气分成三路通过前端盖129上开设的三个进气孔分别供给三个燃烧室。化油器接头109通过螺钉连接第二进气管道108以及化油器110，进气口接头111通过螺钉连接在化油器110上。在发动机工作时，大气中的空气由于转子128转动形成的负压被吸入燃烧室(气缸)内，空气通过进气口接头111、化油器
110、化油器接头109、以及第一进气管道106和第二进气管道108进入发动机缸内。缸压传感器114通过螺纹连接固定在三个缸头部分来监测发动机缸内压力，火花塞115通过螺纹连接在缸头为发动机三个缸进行点火。所述前端盖129通过螺钉固定连接在第一发动机底座113上，所述后端盖118通过螺钉固定连接在第二发动机底座119上；所述第一发动机底座113上通过螺钉固定连接有传感器支架112，所述转速传感器107通过螺钉固定在传感器支架112上。

[0041] 所述第一主轴101、第二主轴123、前端盖129和后端盖118上均设置有润滑孔，供给润滑油对前端盖轴承130、后端盖轴承120以及转子128上的密封装置进行润滑，以确保发动机顺滑运作；所述前端盖129上设置有前轴承油封127，以隔绝发动机缸内的润滑油轴向泄漏；所述第一主轴101上固定连接有轴承挡圈102，用于前端盖轴承130的轴向定位；所述前端盖129上通过螺钉固定连接有与其过盈配合的前压盖104；所述后端盖118上设置有后轴承油封124，以隔绝发动机缸内的润滑油轴向泄漏；所述后端盖118上通过螺钉固定连接有与其过盈配合的后压盖125，用于固定轴向零件；所述第二主轴123的端部固定连接有止动螺母122，对发动机旋转部件进行轴向定位。

[0042] 参见图2，所述缸体126内壁上始终与转子128接触的三个位置处设置有密封槽，所述密封槽中设置有径向密封条202和径向密封条弹簧201，在工作过程中密封条尖端始终抵住转子128以达到各缸之间密封的作用，防止各个气缸之间漏气。所述转子128两侧端面上均设置有端面密封槽，所述端面密封槽中设置有端面密封条204和端面密封弹簧203，在发动机工作时端面密封条弹簧203挤压端面密封条204使其始终抵住后端盖118和前端盖129从而进行转子128与前、后端盖之间的密封，防止气缸内的气体泄漏。

[0043] 参见图3，所述转子128为X型转子；所述转子128上设置有进气口和排气口；所述进气口包括通过气道连通的端面进气口和径向进气口；所述排气口包括通过气道连通的径向排气口和端面排气口；气体从端面进气口进入后经由径向进气口进入燃烧室内，在排气冲程经由径向排气口从端面排气口排出。本发明的转子进气效率高。在同等尺寸的发动机转子下进气质量是现存半面进气结构的1.4倍。进一步保证了高海拔空气稀薄条件下发动机进气质量，解决进气量不足导致的燃烧效率低下的问题。同时本发明的转子质量轻。在进气效率提高的同时，本发明设计的转子结构尽量保持精简并且最大程度地减重，同等材料下质量相对于现存半面进气结构转子降低了42％。

[0044] 参见图4，本发明实施例公开一种使用上述的高效转子发动机的配置废气能量回收的发动机系统，包括分别与所述后端盖118上的三个排气孔连接的三个发动机排气管301，所述三个发动机排气管301汇合后连接有涡轮增压器303，所述涡轮增压器303连接有发动机进气管304，所述发动机进气管304通过卡箍与所述进气口接头111连接。通过排气动能回收利用系统对大气空气加压供给，解决了航空发动机在高海拔低压条件下进气量不足导致的燃烧不充分，燃烧效率低下的问题。配置废气能量回收装置的发动机系统还包括油箱307，油箱307连接有油泵305，油泵305连接有油管三通接头306，油管三通接头306连接有三条发动机供油管302，所述发动机供油管302与所述化油器110上的燃油进口连接；所述发动机供油管302缠绕在发动机排气管301上。经过排气热能回收利用系统对燃油的预热，解决了航空煤油等燃料在高海拔低温条件下燃油雾化性能差、难以点燃的问题。

[0045] 本发明的工作过程如下：

[0046] 配置废气能量回收的发动机系统在工作时，转子128将缸体126分隔成三个互不相连的气缸，转子128绕第一主轴101与第二主轴123组成的主轴系统旋转时，由于外相位齿轮116与内相位齿轮117的齿比，第一主轴101与第二主轴123每旋转两圈转子128逆时针旋转一圈。三个气缸分别配有独立的火花塞115与缸压传感器114，在一个工作循环中三个气缸同时依次进行进气、压缩、做功、排气行程。与此同时，安装在第一主轴101上的信号盘105随之转动，并且给转速传感器107一个缺齿信号，提供发动机转子位置以保证点火、进气、喷油在合理的时刻。在转子128旋转过上止点时缸内会产生负压，空气从进气口接头111到第一进气管道106和第二进气管道108，穿过前端盖129的进气孔后通过转子128的端面进气口流经转子上的气道后进入燃烧室，在燃烧过后再经过转子径向排气口经过排气流道后排出位于后端盖118上的三个排气口。发动机的径向密封条202与端面密封条204分别在径向密封条弹簧201与端面密封条弹簧203的弹力下保持与缸体126与前后端盖的接触。与此同时，润滑油通过设在前后端盖上的油孔对密封系统进行润滑。

[0047] 发动机尾气由后端盖118排出后进入发动机排气管301，三路尾气汇合后供给到涡轮增压器303进口，涡轮增压器303带动压气机工作，将空气进行加压并通过发动机进气管304供给到发动机进气口接头111，完成发动机废气动能回收利用。同时，低温燃油经过燃油泵305供给到发动机供油管302，发动机供油管302缠绕在经过排气后发热的发动机排气管
301上，发动机排气管301将废气的热量传递给发动机供油管302中的低温燃油，最后发动机供油管302汇总到化油器110上的燃油进口并随高压气体一起进入发动机燃烧室内部，实现发动机废气热能的利用。

[0048] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。