专利名称：片泵式内燃机的制作方法
内燃机俗称“发动机”，其技术属机械工程领域。发动机是汽车、飞机、轮船等机械的动力源头，常被人们称为机械的“心脏”，在机械中发动机起着重中之重的作用。片泵式内燃机是继往复活塞式内燃机(如图4)，三角活塞转子式内燃机(如图5)和燃气轮式内燃机(如图6)之后，新开发的新型内燃机。
一、原理(一)、片泵式内燃机的工作原理片泵式内燃机是根据叶片泵的机械原理(如图7)设计出的一种新型发动机。如
图1所示，活塞(1)与转轴(4)连为一体，活塞上开有六个等分的叶片槽，密封叶片(7)装在槽内与活塞(1)一同运转并在槽内作伸缩运动。缸体(5)同缸套(2)合为一体，两端同带有偏心轴孔的端盖定位相连，完成纵向密封(参见图3)，端盖的偏心孔即为转轴(4)的轴承支承孔。其工作原理如下如图2所示，AB腔压缩室在上端点火正时(如图a)，AB腔点火膨胀向顺时针方向旋转，当A臂伸长＞B臂时，A臂产生推力，推动活塞向顺时针方向旋转做功。当AB腔旋转120°后，排气孔打开，AB腔排废气(如图b)，此时BC腔已做功并产生较大的推力，CD腔正处膨胀点火正时，该内燃机为连续做功旋转发动机。AB腔的废气在排气口以音速排出减压后，向顺时针方向旋转150°，进气口打开(如图c)，进气口的增压气(由供气系统供来的0.12-0.2N/mm2的新鲜空气)迅速抢占A臂背后的空间，并向排气口扫废气，此时BC腔推力最大，CD腔已做功产生一定的推力。AB腔旋转180°，B臂关闭排气口后，AB腔开始供油(如图d)，进气口来的增压新鲜空气继续进入AB腔。此时AB腔内的压力不会大于0.2N/mm2，利用现代汽油发动机电控供油的方法，能确保AB腔供油，这时排气口已被B臂完全关闭，可避免可燃混合气的损失。当B臂关闭供气口后，AB腔进入压缩工作，AB腔向顺利针旋转360°后，又回到第二次做功点火状态。……如此反复，连续运转做功。
片泵式内燃机是连续运转做功的发动机，当它爆发起动后，有六个压缩室的内燃机，每时每刻至少有二个压缩室在点火做功。据理论分析2-3个压缩室的片泵式内燃机为不连续做功发动机；4个及4个以上压缩室的片泵式内燃机为连续做功发动机；活塞越大，压缩室数量可越多，特大型片泵式内燃机压缩室可多达30多个。
(二)、片泵式内燃机工作原理的论证片泵式内燃机的制造技术，如果站在国内80年代以前的内燃机技术水平，不但制造不出来，就其原理都很难成立。因为过去利用燃料燃烧产生“热膨胀做功”原理设计的内燃机，气缸内必须产生真空度(负压)，新鲜空气和汽油才能被吸入气缸内(如图8)。如果没有负压，发动机就无法完成供油与供气。片泵式内燃机的供气、供油原理，是利用现代汽油发动机(顶尖级为电控供油、增压供气)原理和现代柴油发动机(顶尖级为电控供油、增压供气)原理构思设计出来的新型发动机。它的供气系统与燃气轮发动机(如图6)十分相似，但燃气轮式内燃机是高温、高压，利用“等压加热循环”原理做功的发动机，它的进气压力需十分大。片泵式内燃机的供气压力一般为0.12-0.2N/mm2，用螺旋风扇叶片就可实现，这不但比燃气轮式内燃机的增压供气系统简单，就与目前往复活塞式发动机废气涡轮增压系统相比，也简单得多。
片泵式内燃机与传统往复活塞式二行程柴油发动机相比。如图9所示，带扫气泵二行程柴油发动机，它也是靠增压供气排气的，但它的供扫气时间短，进排气口不能做得过大。而片泵式内燃机的供排气角对应“曲轴”转角是90°；排气、扫气、进气一字排开，每室都要经过60°的排气转角，30°的扫气转角和60°的供气转角，重叠进排气转角很大；片泵式内燃机的进排气口无气门，进排气口都开在缸体周面长度方向上，可做得较大，能确保片泵式内燃机充分进排气。
片泵式内燃机与传统往复活塞式二行程汽油发动机相比。如图10所示，该两冲程发动机进排气口开在曲轴同一转角上，供气压力又不大，进排气口尺寸也受限制，没有扫废气功能，但它同样能运转做功。片泵式内燃机有较理想的排气、扫气、进气、供油功能；进气系统不安装节气门，进排气口又可做得较大。所以，确保片泵式内燃机排气、进气、供油是没有问题的。另外，二冲程汽油发动机不能避免可燃混合气的损失，片泵式内燃机可完全避免。
上述燃气轮式发动机、往复活塞式带扫气泵二行程柴油发动机、往复活塞式二行程汽油发动机、三种类型的发动机，都是燃烧室内没有真空度，不靠气缸内负压供气、供油的。片泵式内燃机也不靠真空度供气、供油，在这点与它们完全相同。上述三种内燃机都能正常工作，都是比较成熟、应用广泛的内燃机。优于它们的片泵式内燃机又有什么不能正常运行的呢？所以，片泵式内燃机的做功原理是完全成立的。
总之，利用现代内燃机增压供气原理和利用现代内燃机电控供油原理，新型片泵式内燃机一定会研制成功的，我们对此充满了信心。
二、结构如图3所示，片泵式内燃机主要部件有缸体，前后端盖、活塞及转轴等组成。活塞与转轴组为一体，通过轴承装在有偏心轴孔的前后端盖上，前后端盖与缸体定位相连。活塞、密封片、缸套、前后端盖等的工作面都考虑了磨削精加工，以确保片泵式内燃机的密封可靠性。前端部有358齿的齿轮变速机构，它起进气风轮增速和发动机输送冷却、润滑液的作用，发动机在怠速工况时，进气风轮的转速为4000-5000转/分，可确保发动机怠速运转；当发动机大功率输出时，发动机转速接近10000转/分，进气风轮的转速可达40000转/分以上，以确保发动机充分进排气。
(一)片泵式内燃机的冷却与润滑片泵式内燃机的冷却液、润滑液合为一体。它可以用目前发动机的机油代替。也可以根据目前的高新技术，配制出特殊的防冻、含石墨粉和多种高抗磨剂的水溶性冷却润滑液，供片泵式内燃机使用。片泵式内燃机的内部运转多为滚动轴承，与传统发动机有所区别，所以应设计出新的冷却润滑液，以保证发动机在磨损后期不会出现排烟污染。片泵式内燃机的冷却水箱结构也与传统发动机不同，片泵式内燃机的水箱结构与空调系统中的冷凝器相似，安装在进气风轮前面。当片泵式内燃机温度升高需要冷却时，温控开关打开冷却液通道，冷却润滑液经冷凝器冷却后，流回位于内燃机下方的贮液箱内。片泵式内燃机的冷却润滑液由体外下方的贮液箱供给，这样有利于充分散热，也有利于内燃机停转后，冷却润滑液能全部流回贮液箱内，而不会窜到压缩腔的工作室内。
(二)片泵式内燃机的附件片泵式内燃机是连续运转发动机，它的飞轮不用做得很大。发电机、起动机、发动机输出轴等的连接齿轮，可以与飞轮装在同一密封有润滑液的箱内。片泵式汽油内燃机不需要分电器。片泵式汽油内燃机的点火、供油信号传感器可装在飞轮或发电机上。
(三)片泵式内燃机其它相关技术大中专学校教科书中“改善燃烧状况”一节，认为复合涡流控制燃烧(见图11)能使混合气分成三层副燃烧室为浓混合气，主燃烧室为过稀混合气，二者交界处为稍浓混合气。这种层状燃烧可使发动机做功柔和，让发动机能在过稀混合气情况下工作，以达到改善燃烧状况，降低排放的目的。
片泵式汽油内燃机很容易让混合气形成上述的三个层状。因为，片泵式发动机的电控喷油或进气口供天燃气都是在缸体周面中心进行，这就很容易形成三个环状的“三层混合气”状态。火花塞点燃混合气是要有一定浓度范围的，片泵式汽油内燃机的点火，是用一字排开的3-4个火花塞同时点火，这样在怠速时，燃料供得少，易点燃混合气在中心，由中间火花塞点燃；提高功率时，混合气增多，易点燃混合气从中间向两边扩散，由邻近火花塞点燃；最大功率时，混合气供得最多，易点燃混合气扩散到边缘，由边缘火花塞点燃。这也就是片泵式内燃机进气系统没有节气门，靠供油量大小控制发动机做功的工作原理。
片泵式内燃机制造成柴油内燃机时，还可适当增加它的压缩腔数量，利用它在供油正时至提前30-40°对做功旋转不太敏感的原理，将输送来的柴油经排气口处加热，再经电液泵增压到0.4-0.5MPa(这是传统汽油发动机电控喷射汽油的工作压力)，由电控系统在排气口关闭后直接供给压缩腔，这样柴油发动机制造就简单多了。它用不着传统柴油发动机的大泵供油；也不用着电控柴油供给时，需要加装复杂的“电子控制执行器”了。只要适当增加压缩室的数量，在一定压缩比范围内，制造出不用大泵的片泵式柴油内燃机是有可能的。
退一步讲，片泵式柴油内燃机供柴油与传统柴油发动机相比是有本质区别的。传统柴油发动机供柴油是控制大泵的柱塞泵油行程，达到控制供油量的大小，从而达到控制发动机做功的目的。而片泵式柴油内燃机它在压缩终了供油是连续的。这样一来，片泵式柴油内燃机接到发动机转速信号后，只要控制供油压力的大小或者控制供油流量的大小，也就完全能控制供油的大小，从而达到控制发动机功率输出的目的。片泵式柴油内燃机的电控系统接到排气反馈信号、电脑运算、发出信号，控制供油压力的大小，也就能实现电控供柴油了。
总的来说，片泵式内燃机正处在开发研制阶段，会有很多要解决的问题、很多新材料问题、很多新技术问题让我们去探讨。但是，我相信，成功一定会大于失败。只要片泵式内燃机运转起来，各技术性能指标能与传统的内燃机相比，其所有难解决的问题，都会在逐步完善中，逐步成熟中迎刃而解的。
三、片泵式内燃机与传统内燃机的比较(一)片泵式内燃机与传统燃气轮式发动机相比片泵式内燃机与传统燃气轮机(如图6)相比传统燃气轮式发动机是利用“等压加热循环”原理做功，燃气轮机不能水冷，在高温环境中工作，对材质要求高，结构原理看似简单，但实际制造成本高；燃料经济性也差。片泵式内燃机是利用“热膨胀”原理做功，能利用水冷，结构原理也很简单，制造起来不复杂。
(二)片泵式内燃机与传统三角活塞转子式发动机相比片泵式内燃机与传统三角活塞转子式发动机(如图5)相比片泵式内燃机与三角活塞转子式发动机结构有点类似，但实际差别较大，工作原理有着很大区别。主要区别在于传统三角活塞转子发动机是靠进气真空度供气，而片泵式内燃机没有进气真空度，靠的是增压系统供气。
三角活塞转子式发动机转轴是一个偏心内齿轮，三角活塞是内齿圈，缸体为椭圆形，制造起来十分复杂；三角活塞转子轮廓上的密封片不能做得较大(如图12)，当它通过内藏火花塞连通气孔时，高压则会泄漏，影响发动机工作压力。片泵式内燃机结构简单，主要部件多为圆形结构，在专用机床或者改装专用夹头的普通车床上就能加工。片泵式内燃机的密封叶片(如图1)，单片厚度在6mm左右，两片厚度约12mm，当它通过内藏火花塞连通孔过程中，第一片通过时，第二片确保密封；第二片通过时，第一片已进入密封状态，不会引起高压则泄漏。另外，因为片泵式内燃机密封片可做得厚，径向磨损自动补偿，纵向磨损也能加装纵向密封补偿片，让片泵式内燃机在磨损后期也能产生良好密封性。
(三)片泵式内燃机与传统往复活塞式发动机相比片泵式内燃机与传统往复活塞式发动机(如图4)相比片泵式内燃机没有曲轴连杆机构，也没有进排气配气机构，它是最简单的新型内燃机之一。
与传统往复活塞式汽油内燃机，排量为0.797升；功率为26千瓦/5500每分转的微型车发动机CA462相比CA462发动机的单缸排量为0.797÷4＝0.199升，活塞推力曲拐中心半径为33mm(因其缸径×冲程62mm×66mm)。片泵式汽油内燃机当活塞为φ180mm；缸径为φ200mm；活塞缸套长140mm，压缩室为六个；压缩比为10.6。它的单个压缩排量约为0.22升，排量总和约为0.22×6＝1.32升，因其是转轴运转一周的排量，与往复活塞发动机是曲轴运转两周完成一次做功的排量相比，它类同于2.6升排量的传统往复活塞式汽油发动机。另外，片泵式内燃机的推力直接作用在转轴上，推力回转半径约为95mm，这些都是往复活塞式发运机无法与之相比的优点。
综上所述，片泵式内燃机主要优点可归纳如下1、结构简单，制造工艺不复杂，普通设备能完成加工。
2、体积小，排量大。
3、生产造价低，具有开发生产的现实意义。如果产品成熟，大批量生产后，它的主机价格不会高于同体积的电动机价格。
4、在运用“热膨胀”原理做功内燃机中，它是具有开发多燃料或双燃料内燃机的最佳机型之一。
权利要求
1.一种内燃机，园柱形活塞与转轴为一体，支承在有偏心孔的两端盖上作圆周旋转运动；缸体两端与端盖定位相连，密封叶片在活塞等分槽内，随活塞旋转作往复伸缩运动。其特征是密封叶片间，两端盖间，活塞外表面及缸体内表面构成多个密闭空腔，这些密闭空腔随活塞圆周旋转运动，发生由大变小，由小变大的变化，从而完成内燃机膨胀做功、排放废气、扫气、供气、供油的运动过程。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征是具有2至36个压缩室，某压缩室随活塞作圆周旋转运动至最小容积位置(压缩终了)，内贮可燃混合气经“点燃”膨胀，推动叶片及活塞向圆周方向旋转90°至180°间(在容积变大位置处)进行排放废气，强制扫气，强制供入新鲜空气运作；当排气口关闭后供入燃料形成新的混合气，再随活塞圆周运动旋转至360°，在容积最小位置处(压缩终了)进行往复“点火”膨胀做功的内燃机。
3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征是具有2至36个压缩室，某压缩室随活塞作圆周旋转运动至最小容积位置(压缩终了)，内贮高温新鲜空气经供入燃料“压燃”膨胀，推动叶片及活塞向圆周方向旋转90°至180°间(在容积变大位置处)进行排放废气，强制扫气，强制供入新鲜空气运作；供入的新鲜空气再随活塞运动旋转至360°，在容积最小位置处(压缩终了)供燃油，进行往复“压燃”膨胀做功的内燃机。
全文摘要
片泵式内燃机属于机械工程领域，内燃机是汽车、飞机、轮船等机械的动力源头，在机械行业中内燃机生产有着十分重要的地位。传统内燃机按其结构可划分为三大类第一类是往复活塞式内燃机，它在汽车摩托车工业中应用最广泛；第二类是三角活塞转子式内燃机，它在国外多用于赛车；第三类是燃气轮式内燃机，它在飞机工业应用最广泛。片泵式内燃机是最近利用“叶片泵”的工作原理设计出来的第四类新型内燃机，它是内燃机领域中的一个重要发现。片泵式内燃机是目前结构最简单的内燃机。它没有曲轴连杆机构，没有配气机构，结构多为圆型加工部件。体积小，排量大，结构简单是它的主要特征。它与往复活塞式内燃机和三角活塞转子式内燃机都是利用燃料燃烧产生“热膨胀”原理做功的内燃机。在利用“热膨胀”原理做功内燃机中，片泵式内燃机是具有开发“多燃料”或“双燃料”内燃机的最佳机型之一。
文档编号F01C1/344GK1459549SQ02119570
公开日2003年12月3日 申请日期2002年5月25日 优先权日2002年5月25日
发明者黄建章 申请人:黄建章