专利名称：曲线缸体无曲轴旋转式内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机，具体的说，涉及一种活塞作旋转运动的内燃机，适用于在直升飞机或潜艇上使用的大型内燃机。
背景技术：
在内燃机领域，人们对实现活塞作旋转运动的内燃机是执着的，目的是提高效率，减少噪声，降低污染，提高输出功率等技术指标。在这一点上，日本的马自达公司，美国寇蒂斯莱特公司，约翰·迪尔公司等先后研发成功并取较好的成果，但因汪格尔方案本身存在的固有缺欠，致使耗油高，污染重等缺点无法根本改进。
传统内燃机因结构复杂，重量大，输出功率低等缺点，早已退出航空领域这一历史舞台，而人们对于圆周运动是情有独衷的，可惜到目前为止尚未找到理想的方案。
发明内容
本发明是一种没有曲柄连杆机构，活塞作旋转和直线相结合的运动的全新的方案，具体有以下内容一、设计了一种如附图1中5所构成的变形曲边圆周围成的缸体外圈。
二、一种和轮辐固定在一起，随轮幅一起转动的隔热圈，如图1中2。
三、和轮幅固定在一起转动的密封圈，如图1中的3和图3中的23所表示。
四、和图1中5并行的活寒上转动的小轮(如图6中小轮28)运行轨道如图1中的4和图4中的26。
五、由变形的周边，圆形密封圈，附图4中的缸体24，和图7中的缸盖30所构成的曲边“三角形缸体”如图1中的1所示。
六、和机体机盖相连接可摆动的燃烧室，形状如图2中的10，在燃烧室上还有进气孔9和排气孔8。
七、本发明是一种活塞运行的前后方同时起作用，不用换气机构的两冲程内燃机。
本发明应该有以下有益效果1、效率高本发明由于屏弃了曲轴圆盘形复合内燃机构和能耗大的气门机构，减少能量损失。另外废气的回收利用浪费大幅减少，这样必将大幅提高效率减少油料消耗。
2、噪声低本发明没有曲轴，噪声必将大幅度降低。
3、相同排量功率大幅提高本发明的内燃机因为是两冲程，而且活塞顺序工作，功率必将大幅提高。以四缸机为例，传统内燃机因为是四冲程，主轴转720°活塞有4次作功，而本发明主轴转360°活塞和功8次，高出传统内燃机4位。如果要提高输出功率可加大机体直径增加活塞对数则输出次数按下式成平方增长W＝2×N2W主轴360°活塞作功次数N作功的活塞数这样为增加功率把活塞总数增加到12个即6个作功活塞则W＝2×N2＝2×62＝72次活塞推动是相当巨大的。
4、行程大传达室内燃机活塞直径和行程比大约为1∶1而本发明的内燃机大约为3到4，这一点传统内燃机因为有曲柄连杆机构而无法实现。因为行程大，活塞和高温高压气体作用时间长，所以可以提高效率。又因为行程大给废气和添加剂有充分的反应时间，以改善尾气的污染状况。
5、即适用于点火又适用于压燃本发明的内燃机在相邻的两缸体之间设置了可小幅摆事实动的燃烧室，我们可以通过改变燃烧室的大小和两缸之间距离的大小来达到改变提前角的大小，在点燃和压燃之间选择。另外本发明的内燃机点火是在独立密封的条件下进行，大大减少了传统内燃机由于必要的提前角所造成的活塞和火焰的反向接触而引发的能量损失。
6、容易提高输出功率为适应大型负载如火车、轮船等的需要，本发明可用加大机体直径的方法增加缸体的活塞数量，如12个、18个甚至更多，就能够大幅度的提高输出功率，如果采用多组的并联组合，可以把提高功率输出变成轻易之举。
7、结构简单研发容易由于采用圆盘形结构，使构造十分简单，如果不计辅机和标准件，每缸只有几个零件，机械加工简单也无特殊要求，研发成本大幅度降低。
8、安全性能高本发明因为零件数量少，故障率低是显而易见的，另外本发明因适用于柴油的压燃，可把此油引入空中使用，从而改善螺旋桨飞机飞行的安全性。
9、应用范围大本发明的内燃机机体为圆形，如扩大直径增加缸数可使功率增加而转矩加大转速下降，加上适当的设计，可以使主轴直接推动旋翼，可免去噪声大重量大的减速系统成为可能。这样使之在直升飞上应用成为可能之事。另外很小的噪声和巨大的功率输出，如果在潜水艇上应用，无疑使对方的侦察更为困难。
图1是缸体形状和活塞下部小轮运行轨道示意图；图2是曲线缸体无曲轴旋转式内燃机主要结构局部示意图；图3是轮辐结构示意图；图4是机体剖面示意图；图5是活塞侧视示意图；图6是活塞横向剖视示意图；图7是图2A-A的剖视示意图；图8传统内燃机活塞在压缩行程末期(点火提前角末期)受力示意图；图9是本发明燃烧室摆动受力示意图；图10是三角活塞发动机活塞瞬间受力示意图。
图中1、曲线“三角形”缸体，2、隔热层，3、密封圈，4、活塞上的小轮运行轨道，6、出气通道，7、进气通道，8、废气排气孔，9、吸气孔，10、燃烧室总成，11、主轴，12、轮辐，13、为减轻重量而开的孔，14活塞径向运行槽，15、作功和压缩活塞，16、吸气和排气活塞，17、曲线“三角形”缸体，18、平面滚柱轴承，19、燃烧室，20、隔热层，21、可嵌入缸体缸盖中的密封圈，22、轮辐中活塞运行槽，23、轮辐，24、缸体，25、密封槽，26、活塞上小轮运行轨道，27、和活塞固定在一起的小轴，28、小轮，29、机体，30、机盖，31、推动燃烧室的凸轮板，32、正压力，33、侧压力，34、活塞，35、活塞运动方向，36、燃烧室转动方向，37、侧压力，38、三角活塞，39、机体，40、活塞所受压力。
具体实施例方式
根据专利法的要求，发明应有新颖性和实用性，本发明改有曲轴为无曲轴新颖性是自然的，实用性则应建立在切实的可行性基础上，就是说实用性和可行性是不可分的，它是一项发明的灵魂。就本发明而言为证明其可行性。通过对传统内燃机和“三角”发动机运行原理及其优缺点的分析，我们归纳出四条定律或称为四条公理。
1、气体转换定律。任何活塞式发动机要可靠高效的运行，必须实现可燃气从活塞运行方向前及时的向活塞运行方式向后转换。
2、传动链定律。任何活塞式发动机，从活塞开始一直到负载的前端，任何主辅机构，构成一条传动链，包括活塞在内的正何一环所造成的阻力对活塞能否正常运行的影响是相同的。
3、密封比较定律衡量密封效果时，由互相嵌入的折线构成的密封结构要比平面之间的密封效果好。
4、压力比较定律运动物体所受侧压力和要比和运动方向相反的正压力对运动的影响要小得多。下面具体分析如果承认上述运行原理的准确性，就可得出下述结论。
1、据气体转换定律，本发明是依活塞在通过密封区时和可燃气脱离接触为气体转换创造条件，而可摆动的燃烧室通过摆动实现了这一定律。值得一提的是三角活塞发动之所以不很成功就是没有遵从这一规律。如附图10看出不标明旋转方向，谁能确认它的转向呢？2、本发明最不易被人们认可的活塞在由变形的圆周和圆形密封圈所构成的“三角形”缸体中正常运行的可能性。这一点如果能承认传动链定律则此疑问可迎刃而解。因活塞所受缸体下降斜面的阻力要比传统内燃机气门开闭系统的阻力要小得多，自然不会对本发明的正常运行造成影响。
3、本发明的密封是靠密封圈嵌入缸体和缸盖的槽体中来实现的，而三角发动机完全依靠平面接触，当然本发明就更容易实现密封。
4、把本发明可摆动燃烧，摆动时所受影响。(如附图9)和传统内燃机在活塞压缩行程末期(即点火提前角末期)活塞受力情况(附力8)加以对比就能看出传统内燃机活塞在反向正压力4的阻止和侧压力1的作用下尚能很好工作，那么没有反向正压力只有侧压力影响的燃烧室的摆动当然不成问题。
综合上述论点，本发明主要特点曲线三角形缸体，圆形嵌入式密封圈，可摆式的燃烧都能正常运行，本发明就有极大的可行性。其它方面的辅助问题现有的旋转式发动机都已解决，我们只是借鉴而已。
第二结构方面的合理性。对于结构的合理性，可以同样和旋转式内燃机的日本马自达公司开发的三角发动机作详细对比。
一、旋转原理的对比。
对主轴有力矩的作用是主轴能够旋转的基本要求，三角发动机内部的三角活塞对主轴来讲是一种偏心机构，它是产生转矩的关键部件，但是从结构上看力臂较小应是它的弱点。
无曲轴内燃机的活塞沿机体的周边布置活塞所受到的混合气的燃爆力和活塞到主轴的距离的乘积是产生旋转的力矩。很显然本发明的特点力矩因力臂大而增加，而随机体直径增加而加大，虽然输出功率不能因此而增加。但他却适用于低转速大转矩的直升飞机应用。
二、活塞运行轨道对比三角发动机和无曲轴内燃机虽然都是旋转式的但活塞运行轨道却大不相同，虽然都可称之为“变形圆”对比之下三角发动机的轨道变形较小，而无曲轴内燃的轨道变形较大，从外观上看无曲轴内燃机活塞运行轨道不如三角发动机的活塞运行轨道圆滑，活塞运行阻力要大些，这一项从阻力上看三角发动机似乎占有优势。
三角发动机的活塞运行轨迹是外旋轮线，它是有章可循的，无曲轴内燃机则完全不同，它的活塞运行轨道是人为造就的，随意性较大，它的形状结构是本发明成败的关键所在。详细分析如下，首先分析活塞的伸缩量如果大幅的减少，则轨道接近于圆形当然应该是可行的，但随之排量大幅减少，则实用性减少，采用逐步加大伸缩量从而找到一个合理的临界值是完全能做到的。起其次分析活塞运行轨道它有三种方式第一是上部变形半径的差完全用弹簧变形来弥补。第二是为克服不必要的运行阻力采用上面变形较大而下轨道变形较小的轨道。半径方面的差用弹簧较小变形弥补，为了减少弹簧的伸缩量可用组合式弹簧加以解决。总之我们相信通过实验肯定能找到合理的运行数据和方案，通过上述分析对比虽然尚不能肯定无曲轴内燃机占有优势，说成平局是可以的。
三、活塞受力情况对比。
三角发动机活塞在火焰燃烧的初期所受的力对立轴中心而言是分布在活塞两侧的即同时产生正负大致相等的两对力距，而且这种正负力矩大小不等的存在于活塞运行的全过程，虽然在惯性作用下能正常运转。
但是一定量的功率损失是不可避免的，无曲轴内燃机则截然不同，它的活塞所受的燃烧力在每一时刻和活塞运动方向是完全一致的，不会有力矩损失。在这一项对比上本发明是占有绝对优势的。至于活塞上面可能产生的使活塞下降的分力只要改变一下顶部形状即可克服。
四、缸体对比。
三角发动机的缸体是一个由旋轮线构成的扁圆形缸体，每一组机构为三缸共用一个缸体即三角活塞旋转达一周在同一个缸体中作三次功，为确保正常运转，对缸体的尺寸，加工精度光洁度要求都很高，无曲轴内燃机则不同，它的缸体为曲线“三角形”，位置在机体周围边设置，数量为偶数，切和活塞数相等，各缸独立存在，独立工作，不同的活塞在缸体中通过，分别完成吸气排气，作功压缩四项必不可少的冲程。总缸数可随机体直径的加大而增加，所以在缸体形状上没有可对比性，在数量上则占有明显优势。
五、燃烧室对比三角发动机的燃烧室是缸体和活塞的一部分，三缸共用一个燃烧室，顺序工作，受旋轮线的限制燃烧室的形状体积不可能作大幅的改变，从有限的资料上看，它是一个较长的扁弓形，横截面为矩形，它的缺点是形状不好，被压缩的可燃气不集中，不利火焰的快速传播，充分发挥可燃气的全部能量，我想这可能是三角发动机几十年来未能在广扩的范围应用的原因之一。
无曲轴内燃机的燃烧室独立于缸体之外，独立存在于两缸之间，每缸一个各自独立工作，形状可根据燃料的燃烧需要人为设计，改变也非常容易，可以前后小幅的摆动。当然也可以根据需要作成固定式的。它能充分适应提高燃烧效率的需要。以小幅摆动的为例，向后摆动可接收压缩的空气和可燃气同时打开放气孔和关闭排气孔。向前摆动则可排出燃烧的高温高压气体推动活塞作功。同时打开排气孔关闭吸气孔，对照上述论点，无曲轴内燃机的燃烧室方案应占有较大优势。
六、活塞对比三角发动机的活塞故名思意是一种三角形两侧为平面的独立工作组件。依靠内部的偏心齿轮和主轴连接，两侧的平面还用来定时的掩闭和开放吸、排气孔以保证发动机正常工作，三个面分别各自完成一个活塞的各种功能，起到以一顶三的作用。无曲轴内燃机的活塞大致上是矩形，两侧也是平面数量为偶数个，并随机体直径的增加而增加，它们的奇数偶数功能不相同，分别完成，作功和压缩，及吸气和排气功能，活塞通过轮幅上的槽和主轴相连，这一项各有特点，对比性不大，可认为是平手吧。
七、工作程序对比。
三角发动机类似于四冲程发动机，活塞顺序的完成吸气、压缩、作功、排气、四项功能，活塞的利用率较低。
无曲轴内燃机则不同，它是一种类似于两冲程的内燃机，相邻两活塞分别在同一时间完成作功压缩和吸气排气四种功能。但它和传统内燃机不同，它没有那种损失大、机构复杂的换气孔。另外本发明活塞行程可以人为设定，非常适合提高效率的需要。可以断定无曲轴内燃机的工作程序肯定优于三角发动机。
八、排气方式对比。
三角发动机的优势之一是它没有损失大，机构复杂的进排气门，代之以用活塞定时掩闭和开放进排气孔来完成进、排气工作。无曲轴内燃机和三角发动机一样也不设进、排气门，只有进排气孔，不同的是本发明是用燃烧室的摆动来掩闭和开放进、排气孔，完成进行排气功能所以这一项无须对比，说成平局是公平的。
九、压缩比对比压缩比是发动机的重要指标之一。三角发动机受结构上的限制，无法对压缩比作大幅度的改变，充分发挥混合气的效益，这就是三角发动机主要缸欠之一也未可知。无曲轴内燃机的压缩比可人为的方便的作大幅度的调正，充分适应燃烧的需要，这使本发明不但适用于汽油机，也可用改变压缩比的方法，使用柴油来作动力，对比起来当然优于三角发动机。
十、转速对比。
三角发动机设计一但确定，活塞和主轴的转速的就是定值，资料记载主轴转速是活塞转速的三倍，应属高转速内燃机。
无曲轴内燃机，活塞沿周边作圆周运动，主轴转速较低，而且随机体直径的加大，虽然功率大幅度提高，转速确更低，我们毛估如果机体直径达一米多些，主轴的转速只有数百转，它应属低转速发动机，对比之下双方各有短长，可以平手。
十一、作功次数对比。
主轴旋转360°，全部活塞的作功次数，应是重要的技术指标，三角发动机因结构特别主轴转360°活塞作功一次，不能人为的改变。
无曲轴内燃机却截然不同，它的主轴转360°作功次数是作功活塞数平方的两倍。从这一点看无曲轴内燃机的优势是十分明显的。
十二、点火提前角对比。
提前角的合理选择，是现代发动机提高效率的重要手段之一，目前我们尚不知道三角发动机点火提前角的调正范围和幅度，我们估计由于三角发动机的活塞结构特别，恐怕不宜选择更适合的提前角，无曲轴内燃机则可在较大的范围内灵活选择，因为主两个缸体之间有一个密封区可供利用。这一项无曲轴内燃机也优于日本的三角发动机。
十三、输出功率对比。
用发动机来拖动各类大小不同设备，是通常的目的，三角发动机受机械结构的制约，输出功率不可能太大，从资料上看目前还在数百千瓦的水平上。无曲轴内燃机可以增加机体直径和多组并联的方法来提高输出功率，使之达到数千千瓦甚至数万千瓦都不是难事，这一项本发明绝对占优。
十四、密封情况对比。
良好密封是保证发动机正常工作的必要条件，所以此项对比的优劣是本发明有无可行性的关键所在，三角发动机缸体密封线总长大约为三角活塞三个边总长的6-7倍，密封的面为平面之间相互转动和滑动。从资料上看这种密封方法能保证发动机正常驻工作。
无曲轴内燃机的密封方法是靠密封圈两侧沟槽嵌入机体两侧相应的槽体中来实现密封。必要时可在槽体的适当位置加装有弹性的密封条，这一点三角发动机不易实现，至于密封线的长度，它们相差无几。我们粗略估计把全部的密封线分配到每个缸上，也大至相同，从方法上看，无曲轴内燃机还是占有一定优势的。
十五、冷却方法对比。
三角发动机和无曲轴内燃机一样，其外形都是大致的扁圆形。只要在机体的外圆和两侧开些水孔作为冷却水的通道，就能达到冷却的目的，这一点它们应该是同样有效的。
十六、润滑方式对比。
对于三角发动机的润滑方式从有限的资料没有得到充分的了解，但是用这种发动机装配的大批汽车都正常运行。说明润滑问题已经解决。那么同样是旋转式的无曲轴内燃机，在解决润滑问题上也不会困难，在这项对比上认为相等到是可以的。
十七、效率高低对比。
对于三角发动机的油耗效率问题我手头上的资料有如下描述……逐步克服其油耗和废气排放量大的缸点……。这就明明油耗大、效率低的缺点正在克服之中。我们发明的无曲轴内燃机其结构本身的特点，诸如独立的燃烧室，较大的作功行程，废气的复合利用等到都是提高效率的必要可靠条件，所以这一项对比我们坚信无曲轴内燃机会占有优势。
十八、噪声输出对比。
旋转式发动机的运转噪声会远远低于传统式发动机是肯定的，由于结构上的原因，无曲轴内燃机的活塞运行轨道不如三角发动机的旋轮线轨道更为圆滑，所在噪声输出也比日本马自达公司三角发动机大些也是自然的。
十九、排污量对比。
目前社会对尾气的污染要求愈来愈高，尾气的状况和混合气的燃烧的好坏有直接关系，三角发动机的燃烧室形状不尽人意，且人为的改进也很困难，自然必改善尾气状况也是不易之举，无曲轴内燃机，它的燃烧室独立于缸体之外，所以改善尾气污染自然要比三角发动机来得更为容易。
二十、应用范围对比。
旋转式发动机，因为结构简单，噪声很低的优点，它应有很好的应用前景，内燃机界内的人士也曾寄与很大的期望，而三角发动机的低功率，高污染等无情的现实，却限制了它的应用范围，曾经在汽车有过少量的应用。
无曲轴内燃机，虽然还只是一个方案，但从其特殊的结构，我们估计，它将会有大功率、低噪声。低排放、低转速等强大的优势，使它将来在航空、航海、工业交通等方面都将有很大的发展空间，例如把无曲轴内燃机的机体直径加大到1.4米，缸体增至12-14个，排量将有数十升，主轴转速在300转左右，不用减速就可驱动直升机的旋翼，这一特点将使用权它在这一范围有特别的前途。另外它的低噪声和大功率无疑将在潜艇上有良好的前景，综合上述我们认为本发明在应用范围上也占有优势。
为了更为清析我们把各项对比列表如下
无曲轴内燃机预计性能和三角发动机对比表
从统计中看出无曲轴内燃机占有很大优势，其中占优者为13项占65％，平手项目为6项占30％，处于劣势者只有一项占5％，对于整机的实施，结合附图做如下表述在附图2中，我们假定本发明的内燃机已经正常运转，活塞所处在位置是分别在吸气排气位置，和作功，压缩位置，各活塞与密封圈，隔热层一起顺时针运动，偶数活塞16在活塞燃烧室19和出气孔6的高温高压气体推动下顺时针运动同时活塞前对上一个行程由奇数活塞15吸入的空气进行压缩，从进气也7压入下一个燃烧室，并要适时喷入可燃气(与发明无关未在图中标明为下一个行程作功活塞通过封区后，在下一个缸体中作功，作好准备，当然同时也要对前一个活塞吸入的空气进行压缩。由此周而复始的工作。
权利要求
1.一种曲线缸体无曲轴旋转式内燃机，其特征是没有曲柄连杆机构，活塞沿变形的圆周作旋转运动的同时，还沿半径方向在轮辐的槽体中作直线运动。
2.根据权利要求1、所述的曲线缸体无曲轴旋转式内燃机其特征是，为保证活塞平稳运转在缸体和缸盖上加工有能保证活塞上部沿缸体外圆的变形圆周紧密接触并和变形的圆周保持等距的轨道。其距离等于活塞的径向行程。
3.根据权利要求1所述的曲线缸体无曲轴旋转式内燃机其特征是在活塞运行方向的两侧中部设有小轴，在轴上安设小轮以使其能在缸体和缸盖相应的曲线轨道中运行。
4.根据权利要求1所述的曲线缸体无曲轴旋转式内燃机其特征是为保证活塞在轮辐的槽体顺畅沿径方向运动，在轮辐的槽体内沿旋转方向的前后安装有平面滚柱轴承。
5.根据权利要求1所述的曲线缸体无曲轴旋转式内燃机其特征是和轮辐一起转动并嵌入缸体和缸盖的槽体中的圆形密封圈。
6.根据权利要求1所述的曲线缸体无曲轴旋转式内燃机，其特征是为保证内燃机正常运转在圆形密封圈外安装有用导热性能差又有一定强度的圆形隔热层。
7.根据权利要求1所述的曲线缸体无曲轴旋转式内燃机，其特征是由圆形密封圈和变形圆所构成的曲边三角形缸体。
8.根据权利要求1所述的曲线缸体无曲轴旋转式内燃机，其特征是每两个缸体之间设有能前后摆动的燃烧室，其上有吸气和排气孔，摆动后同时完成高压气体从活塞运行方向前向活塞运行方向后的转换以及分别完成吸、排气门的开闭功能。
9.根据权利要求1所述的曲线缸体无曲轴旋转式内燃机，其特征是活塞数和缸数相等，并应为偶数个数，奇偶数分别为作功、压缩、和吸气、排气的专用活塞。
10.根据权利要求1所述的曲线缸体无曲轴旋转式内燃机，其特征是全部活塞运行方向前后同时完成各自功能，构成了一种不用换气机构的两冲程内燃机。
全文摘要
本发明是一种曲线缸体无曲轴旋转式内燃机，是一种活塞和缸体为偶数，活塞在曲边“三角形”缸体中运动，不用换气机构的两冲程内燃机，它是效率高，噪声低，功率大，污染小，行程大，低转速，大转矩的内燃机，它的结构非常简单，容易研制，开发成本低，其低转速特点可不用减速直接推运旋翼在直升飞机上应用，它的成本很低，不久的将来直升飞机可象汽车一样布属在边疆，公安，工农业等领域，对军队的集中展开，侦察等方面起决定性作用。而很低的噪声水平和强大的功率必将在潜艇上大有作为，总之它不仅是一个工业项目必将成为一个重大的军事项目，如果得到重视开发成功，必将是对国防事业的巨大贡献。
文档编号F02B55/08GK101033711SQ200710090798
公开日2007年9月12日 申请日期2007年4月9日 优先权日2007年4月9日
发明者曾繁星, 曾庆仁 申请人:曾庆仁