往复活塞式转子发动机的制作方法

一、技术领域

本发明涉及一种新型内燃发动机，属于动力机械领域。

二、

背景技术：

当今世界广泛大量使用的内燃发动机，其技术要点就是必备一个变容机构，能产生足够的压缩比，完成热功循环，对外输出扭矩做功，关键核心技术是在基元容积内活塞与气缸壁之间的密封问题，燃烧室的形状位置设置以及动力性，燃油经济性、排放清洁性等技术性能指标问题。一百多年来，一直占据内燃发动机霸主地位的曲柄连杆活塞式内燃发动机，在技术上已经非常成熟。近年来，发动机又进入了“电子时代”，其发展进步几乎到了尽善尽美的程度。但是，同时它却带来了难以克服的结构性弊病。第一是结构复杂、笨重、零部件多、精度要求高、加工制造成本高。第二是曲轴和活塞存在上下止点，产生高速往复惯性冲击振动大，曲轴轴系的扭转振动大，对机体的损害大，随着强化程度提高，这种危害就越突出。第三就是这种结构连杆的左右摇摆，对活塞和曲轴斜拉斜撑就必然造成机体在工作过程中要先吃掉40％以上的能量，这是无用功的消耗，这样就必然造成本机型的热效率低，一直不能突破50％的大关，换句话说只要是曲轴连杆活塞式结构，其热效率就不可能突破50％，这样势必严重阻碍内燃发动机的继续提高发展，从而也就直接影响世界经济的发展。第四，大家都知道内燃发动机活塞在气缸中的往复直线运动，是通过曲轴连杆传动机构转化成旋转运动才能对外输出做工的，而曲轴连杆机构在转换过程中，充其量只能将不足50％的膨胀力转化成旋转动力，因此它的动力性差。第五，体积功率不高，比重量较大，在超大功率时显得尤为突出，本机型最大功率只能达到48000ps，这时机重高达1700吨，再加大，零件加工、安装、维修都很困难，不能再加大单机功率，这对日益发达的海运事业是一大障碍。第六，曲轴加工困难，特别多缸、大功率机型更为突出，加工难度之大使其成为内燃发动机制造业的瓶颈技术难关。

以上所述的这些弊病，都是曲柄连杆活塞式发动机自身结构造成的，长期难以克服，这些都是世人皆知的老问题，因此全世界许多科研机构，大专院校，军事装备机构，成千上万的专家学者都想突破这种传统发动机的结构，但是一百多年来一直未能成功。

逐渐成熟起来的“汪克尔”三角活塞旋转式发动机，相对传统的曲柄连杆活塞式发动机而言，是省去了曲轴连杆笨重的传动机构，也省去了复杂的配气机构等，做到了结构简单、重量轻，能将燃烧膨胀力直接转化为主轴的旋转动力，它运转平稳、振动小、噪音低，这些性能特点是比传统的曲柄连杆活塞机有很大的进步，但是它却一直不能取代传统的曲柄连杆活塞式发动机。这是由于它自身结构带来的严重缺陷造成的。首先是它加工技术要求高、难度大，制造成本高。其次是油耗大，热效率低，动力性差。第三是气缸内密封性差，压比小，燃烧不充分，排放性差、污染严重。第四是只适用轻型小功率赛车、摩托车等高速场合，慢速、怠速时气室之间密封性下降、漏气窜烟严重。当前全世界对发动机的排放清洁性，燃油经济性要求越来越高，加之石油危机一浪接一浪，油价居高不下，严酷的市场法则，迫使它很快就被淘汰出局了。

三、

技术实现要素：

针对上述现行发动机的弊病、缺陷和不足，我研究出一种结构简单运转平稳、高效节能的新机型——“往复活塞式转子发动机”进行更新换代，此目的是通过以下方式来实现的，往复活塞式转子发动机由主轴，左右两个对称的排气环形腔室，左右两个对称相向的椭圆轨道槽盘体，双t形滚动连杆、机头托盘、变向齿轮、齿轮轴、传统四冲程单缸发动机机头、活塞、活塞杆齿条、圆桶形机架组成；主轴从左向右依次穿过机架左端盖的圆心，左排气环形腔室的圆心，左椭圆轨道槽盘体的圆心、机头托盘的圆心，右椭圆轨道槽盘体的圆心，右排气环形腔室垢圆心，机架右端盖的圆心实现七心同轴；主轴从左向右依次与机架左端盖用轴承联接，与左排气环形腔室用花键固定联接，与左椭圆轨道槽盘体用轴承联接，与机头托盘用花键固定联接，与右椭圆轨道槽盘体用轴承联接，与右排气环形腔室用花键固定联接，与机架右端盖用轴承联接，机架的两端固定在机座上。

所述双t形滚动连杆由一根横杆和两根竖杆组成，两根竖杆相互平行垂直地联接在横杆上，三杆在一个平面上，横杆穿过机头托盘(5)的长孔，其两端分别安装一个连杆轴承，并分别插入两个对称相向的椭圆轨道槽中，其两根竖杆分别与两根竖杆齿条联接，两者中心线保持在一条直线上，并能通过托盘的圆心，构成由迴转中心向外辐射状传动机构，竖杆齿条和活塞杆齿条同时与变向齿轮相啮合，在空中上下交叉互不干扰，变向齿轮由齿轮轴垂直固定在机头托盘的侧面上，机头托盘两个侧面上同时安装的竖杆齿条，变向齿轮彼此一一对应。

在所述机头托盘的两个侧面上，分别以中心对称固定安装2个、或4个、或6个、或8个曲柄连杆活塞式单缸发动机的机头，其中心线处在托盘的切线方向，机头机尾按顺时针方向依次排列，托盘两个侧面安装的机头彼此一一对应，背靠背构成双列往复活塞式转子发动机机头总成，每个机头对应配套一个活塞、一个活塞杆齿条、一个变向齿轮、一个齿轮轴、一个竖杆齿条、一根供油汽歧管、一个进气簧片阀、一个火花塞、一个排气旋转阀、一根排气歧管、一个双t形滚动连杆、一个连杆轴承，多个连杆轴承同一侧的共用一个椭圆轨道槽，多个排气歧管同一侧的共用一个排气环形腔室，按此配套结构，将两个或叁个双列往复活塞式转子发动机机头总成串联就构成4列或6列往复活塞式转子发动机机头总成，如果只在托盘一侧安装机头，则构成单列往复活塞式转子发动机机头总成，这样对应的发动机就相应变为单列、双列、四列、六列往复活塞式转子发动机了。

在所述主轴的前端设可燃混合汽中心通孔，深度至机头位置，在机头托盘两侧对应机头所在方位打径向通孔与中心通孔相通，供油气歧管，一端与径向通孔联接，另一端与进气簧片阀联接。

在所述主轴的前端安装一个内旋转管接头，内安装一个单点连续电子喷油器，一个供气涡旋喷气头，两者分别与油缸、油泵、气缸气泵相连通，并由电控单元ecu控制。

在所述左右两个排气环形腔室的外圆柱面上，对应机头所在方位各开一个排气口，在口的两边各开两道矩形密封圆环槽，与之对应在圆桶形机架内壁上，也开4道矩形密封圆环槽，内装耐油x形橡胶密封圈，排气环形腔室的外圆柱面与圆桶形机架内壁滑动接触，在圆桶形机架的外侧面下方，对应四条矩形密封圆环槽的方位各开一个排气口，外接排气消音管。

在所述的曲柄连杆活塞式单缸发动机机头的缸盖上，分别安装进气簧片阀、火花塞、排气旋转阀、排气歧管一端与排气旋转阀联接，另一端与排气环形腔室联接，多个排气歧管，同一侧的，共同一个排气环形腔室。

所述圆桶形机壳内装冷却润滑油，在其两个侧面分别安装一个进油阀、一个排油阀，都与油缸、油泵相联，并受电控单元ecu控制，在机架下设油底壳。

在所述机头托盘的圆柱面上，对应机头方位，每个机头都设一个点火通电滑块和一个排气转阀通电滑块，两者高低错开不在一个高度上，都与机头托盘绝缘固定联接，分别用导线与火花塞和排气转阀联接，与之对应在圆桶形机架的内壁上，分别设点火通电滑轨，和排气转阀通电滑轨，二者与机架内壁弹性绝缘固定联接，其所在相位及其自身长度均可调，并用导线与外电源联接，在发动机工作过程中，滑块与滑轨能弹性压力滑动接触，电流接通。

四、有益效果：

(一)本发明在整体结构上有创新和突破，对现行发动机的心脏进行了脱胎换骨地更新改造。既突破了“奥托”机的曲柄连杆往复活塞式的结构，更突破了天才发明家德国汪克尔博士的三角活塞旋转发动机的结构，独立自主创新出一个新机型。因此，现行发动机自身结构造成的一切弊病都得到了缓解或根治。首先是本发明的转子结构，其回转中心就是其自身的几何中心和质量中心，不存在偏心问题，便于实现自身的动静平衡。又本发明的四冲程，界线既分明又过渡圆滑平稳，又去消了曲柄连杆传动机构存在的上、下止点和连杆的左右摇摆，这样就从结构功能原理上彻底解决了高速往复惯性冲击振动和扭转振动两个大祸害。这两种振动是设备事故的隐患，是令全世界科学家们头痛了一百多年的老问题。革掉了这两个振动就能有效延长机器的使用寿命。消除了振动也就消除了振动噪音污染，对环保有利。用椭圆轨道槽双t形滚动连杆取代传统的曲柄连杆传动是一项革命性的技术创新，是一项了不起的科技进步，它最大的功劳就是使内燃发动机的结构原理，从传统的“奥托”曲柄连杆往复活塞式里解放出来，获得了新生，使曲柄连杆往复活塞机变成了往复活塞传子机。

(二)本发明双椭圆轨道槽双t形滚动连杆的结构特性，使主轴转一圈就能完成一次四冲程热功循环，做功一次与需要主轴转两圈才能完成一次四冲程热功循环，做功一次的传统的曲柄连杆往复活塞式发动机相比，其工作效率整整提高了一倍，说它高效名符其实，这是结构原理决定的、无水分。

(三)有效热效率是发动机将燃料的化学能转化为机械能的重要技术性能指标，现行发动机的有效热效率、汽油机是20％-30％，柴油机是30-40％，增压的柴油机最高也只达到46％，远不足50％。科学技术一直在发展，而发动机的有效热效率却不能继续提高，一直不能突破50％的大关。这是因为现行发动机的曲柄连杆往复活塞式的结构在功能转换过程中消化吸收能力有限，只能将不足50％的能量转换成有用功所造成的。本发明的转子结构机头汽缸安装在机头托盘的切线方向上，除了少量热传递损失外，能将燃烧膨胀力大部分都能直接转化成了主轴的旋转动力，这样就省掉了曲轴的中间转换环节，也去掉了连杆左右摇摆斜拉斜撑造成的无用功损失。由此完全可以依理推断出与现行发动机相比，本发明的有效热效率提高50％以上，燃油应能节省50％以上，动力性应能提高一倍，完全在情理之中。发动机在节能的同时，也就降低了排放，这也是结构原理决定的硬指标。

(四)本发明结构简单、零部件少且易少加工，既去掉了笨重的曲轴连杆飞轮机构，又去掉了复杂的配气机构、零部件数为同功率传统发动机的50％，零部件减少，对减少机器故障，增加工作可靠性、维修方便性、降低制造成本都带来极大的好处。本发明零部件少且易于加工，适合大批量生产，任何发动机厂在不增加设备情况下，都可以加工制造。

(五)本发明使用变型范围广，既可制成汽油机，也可制成柴油机，可使用多种燃料，适用性强。

(六)转速高：本发明转子结构非常有利转速提高：1、本发明的活塞在汽缸中受到的是纯正的直线推拉力，没有连杆左右摇摆、斜拉斜撑，所以对汽缸壁的压力四周是均匀的，没有偏沉现象，所以在速度提高后，其摩擦力远没有传统发动机那么大，同时产生的噪音也会比较低；2、工作运转过程中没有上下止点、无振动；3、工作效率高一倍；4、动力性高一倍；5、本发明用进汽片簧阀排汽旋转阀取代传统发动机菌状气门，不仅解决了菌状气门惯性阻碍气流问题，及高速时气阀的密封问题，而且还解决了菌状排气门容易过热，并避免菌状气门的回火现象及由此带来的密封、润滑、机油消耗等一系列的问题，综合以上诸项有利条件，使提高发动机转速的限值得以突破，依理推断，本发明在理论上的安全极限转速应比传统的曲柄连杆活塞式四冲程发动机应能提高一倍是合情合理的，也是完全可能的。转速提高对提高单机功率十分有利，对交通运输、军事装备提速都十分有利。

(七)突破超大功率极限。目前全世界船用发动机的功率，最大值是48000ps，再加大受到限制，限制主要是重量大，48000ps的发动机自身重量高达1700吨，重量大、制造加工、安装维护都很困难，另外曲轴加工难，它是超大功率发动机制造的瓶颈，我国为了突破这一技术，调集全国的技术力量，耗资十几亿人民币，于前年才在大连造船厂完成。

本发明的结构特点可以轻松地突破大功率的极限。本发明的重量，与同功率传统曲柄连杆活塞发动机相比，只有它的一半，所以从重量的这个角度，用本发明机型可以轻松突破48000ps的极限大关，从曲轴加工技术的角度看，本发明根本不用曲轴，主轴是圆柱型，我们有一万二千吨水压机想要多大的主轴都能轻松解决，还有更重要的一点就是本发明的转子结构可以多级串联，这样就为突破48000ps超大内燃机创造了更加有利的条件，这还是结构原理决定的。

综上所述，不难看出本发明是内燃机发展史上的一个新思路、新起点、创新性强、构思新颖巧妙、组合相得益彰、科学合理、成功地解决了第四代内燃发动机结构原理，从而开辟了内燃发动机向前发展的又一新时代，必将引领世界发动机发展新潮流，因此它的经济效益和社会效益显著巨大。

五、附图说明

图1是本发明机型的整体结构示意图

图2是机头在托盘上的布局及传动关系示意图

图中：主轴(1)、左右对称排气环形腔室(2)、左右对称相向的椭圆轨道槽盘体(3)、双t形滚动连杆(4)、机头托盘(5)、变向齿轮(6)、齿轮轴(7)、机头(8)、活塞(9)、活塞杆齿条(10)、机架(11)、机架左端盖(12)、机架右端盖(13)、轴承(14)、轴承(15)、横杆(16)、竖杆(17)、连杆轴承(18)、椭圆轨道槽(19)、竖杆齿条(20)、供油气歧管(21)、进气片簧阀(22)、火花塞(23)、排气转阀(24)、排气歧管(25)、中心通孔(26)、径向通孔(27)、管接头(28)、电子连续喷油器(29)、喷气头(30)、排气口(31)、矩形密封圈环槽(32)、x形密封圈(33)、外排气口(34)、消音排气管(35)、进油阀(36)、排油阀(37)、点火滑块(38)、排气滑块(39)、点火滑轨(40)、排气滑轨(41)。

六、具体实施方案

本发明是多列多缸机型构造，其基础则是单列多缸结构，市场用量最大的也是单列多缸体结构，多列多缸其做功过程与单列多缸的做功过程完全一样，为了叙述方便简单明了，下面只对单列做功过程进行描述。参照附图，设椭圆轨道槽之(长轴-短轴)÷2＝活塞行程s，椭圆轨道槽之长轴垂直放置，从主轴输出端向前看，按顺时针方向旋转作业，0°在下顶点，180°在上顶点，90°和180°在左右两边，当起动机带动主轴(1)旋转时，带动机头托盘(5)一同旋转，也带动双t形滚动连杆(4)同步旋转，连杆轴承(18)在椭圆轨道槽(19)中滚动，当连杆轴承(18)连续交替通过椭圆轨道槽(19)的长、短轴的顶点时，由于受到椭圆道槽(19)内壁的推力，外壁拉力的交替作用被迫作离(向)心往复直线运动，就带动竖杆齿条作离心往复直线运动，从而带动变向齿轮作正反转转动，也就带动活塞杆齿条(10)在机头托盘(5)的切线方向做直线往复运动。就带动活塞(9)在汽缸内做往复直线运动，主轴(1)转一圈活塞(9)在气缸内做两次往复运动刚好完成四冲程热功循环一次，做功一次，当第一个机头完成四冲程之排气冲程终了时，紧随其后的第二个机头(按单列4缸计算)已点火膨胀做功开始，发动机自身完全有能力连续做功，周而复始，起动机脱离。具体做功过程细述如下：当起动机带动主轴(1)旋转时，连杆轴承(18)从椭圆轨道槽(19)长轴下顶点0°开始受椭圆轨道槽(19)外壁拉力作用，向椭圆轨道槽(19)短轴顶点方向滚动，带动竖杆齿条(20)做向心直线运动，带动变向齿轮(6)做逆时针方向转动，带动活塞杆齿条(10)向机头尾部运动，同时就把活塞(9)拉向气缸尾部，气缸工出现直空度，进气片簧阀(22)自动打开，进气冲程开始，油气混合体迅速进入气缸，当连杆轴承(18)经过90°椭圆轨道槽短轴顶点时，活塞(9)被活塞杆齿条拉到气缸尾部最远点时进气片簧阀自动关闭，进气冲程结束。从90°——180°连杆轴承(18)受椭圆轨道槽(19)内壁推力作向椭圆轨道槽长轴上顶点方向滚动，带动竖杆齿条(20)作离心直线运动，带动变向齿轮(6)作顺时针方向转动、带动活塞杆齿条(10)向机头顶部运动，将活塞(9)推向机头气缸的顶部，对气缸内的油气混合体进行压缩，当连杆轴承(18)滚到180°椭圆轨道槽(19)的长轴上顶点时，活塞(9)被推到气缸的顶部，压缩冲程结束，从180°——270°，在连杆轴承(18)滚动到点火提前角相位时，点火滑块(38)与点火通电滑轨(40)滑动接触电流接通，火花塞(23)准时点火，油汽混合体燃烧膨胀做功，推动机头托盘(5)顺时针方向旋转，带动主轴(1)一起顺时针方向旋转，对外输出旋转动力。连杆轴承(18)受椭圆轨道槽(19)外壁拉力作用向轨道槽(19)短轴顶点方向滚动，带动竖杆齿条(20)作向心直线运动，带动变向齿轮(6)作逆时针方向转动，带动活塞杆齿条(10)向机头尾部运动，当连杆轴承(18)滚动到270°椭圆轨道槽(19)短轴顶点时，活塞(9)被活塞杆齿条(10)拉到气缸尾部最远点，膨胀做功冲程结束。从270°——360°当连杆轴承滚动到排气相位、排气滑块通电，排气转阀(24)打开，排气冲程开始，连杆轴承(18)受椭圆轨道槽(19)内壁推力作用，被迫作离心直线运动，带动变向齿轮(6)作顺时针方向转动，带动活塞杆齿条(10)向机头气缸顶部运动，将活塞(9)推到气缸顶部，排气冲程结束，排气转阀关闭，完成一个热功循环，做功一次，发动机点火发动后，依靠自身能力，完全可以完成四冲程热功循环，不再需要外力，起动机脱离，停止工作，发动机开始新一轮工作循环，周而复始。