专利名称：旋转活塞式内燃机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种其活塞以圆周方式运动，在圆周方向上通过与气门的配合完成进气，压缩，做功和排气循环的内燃机。
二.
背景技术：
目前使用的内燃机通常是由活塞的往复运动通过曲柄连杆机构转化为圆周运动输出动力，其动力传递环节多，摩擦接触面多，从而造成机械摩擦损失较大，机械效率降低。而且由于活塞的往复运动不可避免地产生惯性振动，使整机运转不平稳，不适于高速运转。
三.
发明内容
为了克服现有内燃机曲柄连杆机构动力传递环节多，运转不平稳及不适于高速的不足，本实用新型提供一种旋转活塞式内燃机，它让活塞在活塞轮与缸体之间形成的圆环状通道内旋转，在旋转过程中通过自身及同轴外凸轮作用于气门，燃油泵或点火触发器(汽油机场合)完成进气，压缩，做功和排气四个行程。旋转中的活塞将动力直接通过活塞轮带动主轴以旋转方式输出，无需先由往复运动转化为旋转运动再输出，大大减少了动力传递环节和环节之间产生的机械摩擦，使机械效率大为提高，降低了油耗，并且消除了往复运动造成的振动，整机运转平稳且适于高速。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是(以下除特别声明，均以柴油为燃料)活塞的前后表面均为圆滑曲线形，位于活塞轮的轮缘上，且与活塞轮为一体，装在缸体内，缸体、缸盖与活塞轮共同形成环状通道；活塞的侧面及顶面设有三道活塞环，其内部设有空腔及润滑油路，润滑油路与活塞环相通。活塞轮内部前后两侧设有水泵和润滑油泵，外缘侧面与缸体和缸盖之间设有活塞轮密封槽。缸体和缸盖以螺栓固定在一起，其内部均设有冷却水套，且各水套之间相通。缸体内部靠近活塞轮外缘位置设有水套入水口，其下方，扫气门的左侧设有进气口，右侧设有排气口，扫气门的下方设有排油口；缸体的纵轴位置设有燃油泵，燃油泵下部设有与主轴同轴的供油凸轮，其上部有高压燃油管与喷油嘴相连。燃烧室位于缸体上方，其右顶部设有水套排水口；燃烧室由包括进气门、排气门及活塞轮外缘在内的立体环形缸壁构成，其顶部为扩张圆滑曲线形，顶壁上设有喷油嘴、火花塞。进气门位于燃烧室的左下侧，其根部设有旋转轴，旋转轴的另一端伸出缸体外，在缸体外设有进气门扭力回复弹簧，进气门端部设有滑轴，两侧设有带金属条的凹槽，与之相对应的缸壁上设有进气门滑槽；排气门位于燃烧室的右下侧，根部设有排气门旋转轴，旋转轴的另一端伸出缸体外，与摇臂相连，摇臂顶端与挺杆铰接，挺杆装有挺杆回复弹簧。扫气门位于活塞轮的底部，根部设有旋转轴，旋转轴的另一端伸出缸体外，在缸体外设有扫气门扭力回复弹簧，扫气门端部设有滑轴，与之相对应的缸壁上设有扫气门滑槽。主轴位于活塞轮的圆心，内有主轴内润滑油路，外装主轴承；主轴外侧设有水泵入水口；与主轴同轴设有供油凸轮和排气门配气凸轮。活塞轮内部设有润滑油泵，润滑油泵进油口与环形润滑油通道相通，主轴方向润滑油路与主轴内润滑油路和主轴承相通，润滑油泵出油口与活塞方向润滑油路和活塞内润滑油路、活塞轮密封槽、活塞环相通。当活塞轮作为离心式水泵的转子时，内部设有水泵叶片，水套入水口设在靠近水泵叶片端部的侧面缸壁上。润滑油泵为齿轮式，其中一个齿轮套在主轴上并固定在缸壁上，另一个齿轮装在活塞轮上；润滑油泵与油底壳之间设有润滑油输油管。
活塞自环形气缸通道最底部扫气门位置顺时针旋转，此时进气门在回复弹簧作用下处打开位置，排气门在凸轮挺杆机构作用下处关闭位置，扫气门处关闭位置。新鲜空气由进气口被吸入缸体，同时活塞与排气门之间的气体逐渐被压缩，这一压缩过程将一直持续到活塞经过进气门，进气门在燃烧室内高压气体作用下关闭为止。而实际上在压缩过程结束之前，与活塞轮同轴的供油凸轮已经提前触动柱塞泵向喷油嘴供油，油雾与高温压缩空气混合并开始燃烧。活塞到达并开始推开排气门时，已达最佳燃烧状态高温高压气体推动活塞顺时针旋转直至排气口，这一过程中活塞通过活塞轮和主轴以旋转方式对外做功，将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。喷油在压缩过程结束之前完成的，保证了活塞推开排气门时混合气体已达到最佳燃烧状态。活塞是先利用其本身的凸轮作用将排气门推开的，随后排气门在活塞到达排气口之前由与活塞轮同轴的配气凸轮通过挺杆机构使排气门保持打开状态。当活塞经过排气口到达扫气门时，挺杆机构迫使排气门关闭，随后活塞又利用本身的凸轮作用推开扫气门进入左半腔重新开始新的循环。
若以汽油为燃料，不同点是由进气口被吸入的是汽化油而不是空气，汽油在进气口处已被流动的空气汽化。提前喷油变为由点火触发器通过火花塞提前点火。
本实用新型的有益效果是活塞的运动方式为旋转，运动中不会对缸体内壁产生径向压力，因而无由此产生的切向摩擦力造成的机械能损失及零件磨损，油耗大为降低。
经过了动平衡，消除了偏心矩的活塞及活塞轮整体也充当飞轮，旋转中不会产生振动，整机运转平稳，适于高速运转。
活塞在燃烧室中的运动可带动压缩气体产生涡流，有助于空气与燃料的充分混合。
外部凸轮与活塞轮同轴，适时连续地完成排气门开闭控制，喷油或点火(汽油机场合)，活塞本身也起到凸轮作用直接打开进气门，排气门和扫气门，整机结构及其运作极为简捷流畅。
活塞轮与离心式水泵和齿轮式润滑油泵的一体化有机结合设计方案使整机结构达到最优化。
四.
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的结构原理图。
图2是图1的A-A纵剖面构造图。
图3是图2的D-D局部剖面放大构造图。
图4是图2的B-B局部剖面构造图。
图5是图4的E-E局部剖面构造图。
图6是图2的F向视图。
图1中1.活塞 2.活塞轮 3.主轴 4.水泵叶片 5.进气门 6.进气门滑槽 7.排气门 8.扫气门 9.扫气门滑槽 10.排气口 11.进气口 12.排油口 13.燃烧室 14.喷油嘴 15.火花塞(汽油机场合) 16.缸体 17.水套排水口图2中18.高压燃油管 19.燃油泵 20.供油凸轮 21.排气门配气凸轮 22.润滑油输油管23.缸盖螺栓 24.缸盖 25.活塞轮密封槽 26.水泵入水口 27.主轴承 28.水套 29.主轴内润滑油路 30.活塞环 31.活塞内润滑油路 32.润滑油泵图3中33.润滑油泵进油口 34.环形润滑油通道 35.主轴方向润滑油路 36.润滑油泵出油口 37.活塞方向润滑油路图4，图5中38.水套入水口图6中 39.进气门扭力回复弹簧 40.扫气门扭力回复弹簧 41.挺杆回复弹簧 42.挺杆 43.摇臂 47.排气门旋转轴五.具体实施方式
在图1和图2中，缸体(16)，缸盖(24)与活塞轮(2)共同形成环状通道使活塞(1)得以在其间旋转。其顶部及两侧面都设有水套(28)并在内壁靠近活塞轮(2)外缘的位置设水套入水口(38)。为保证密闭性，缸体(16)和缸盖(24)与活塞轮(2)外缘的旋转接触面之间都以契合方式对接，形成活塞轮密封槽(25)以阻止气体进入活塞轮内部。在缸盖(24)外部周边以均匀分布的高强度缸盖螺栓(23)将其与缸体(16)固定在一起。缸体(16)和缸盖(24)内均设有冷却水套(28)，并且各水套(28)相通。
燃烧室(13)由立体环形缸壁，进气门(5)的关闭位置，排气门(7)的关闭位置及活塞轮(2)外缘所围成的空间构成燃烧室(13)，燃烧室(13)顶部形状为扩张圆滑曲线形，以利于混和气在活塞(1)的搅动下产生涡流从而使油雾与空气混合更充分。其顶壁上设有喷油嘴(14)或火花塞(15)(汽油燃料场合)。
活塞(1)和活塞轮(2)为一整体，共同在缸体(16)内旋转。为保证顺利抬起排气门(7)，活塞前表面为圆滑曲线形，后表面也为圆滑曲线形以适于经过燃烧室(13)时使空气产生涡流。为保证气密性，活塞(1)侧面及顶面设三道活塞环(30)用以密封和刮油。活塞(1)内部开出空腔供冷却水经过，并设有润滑油路(31)通向活塞环(30)。活塞轮(2)内部前后两侧设有水泵和润滑油泵(32)，整个部件经过了动平衡，消除了偏心矩。活塞轮(2)外缘侧面与缸体(16)和缸盖(24)活塞轮(2)之间设有活塞轮密封槽(25)。
进气门和扫气门，位于燃烧室(13)左下侧和活塞轮(2)底部，当气门落在活塞轮(2)上时起到阻隔气体的作用。它们为圆弧形金属板，弧度与气缸外壁一致，根部设有旋转轴使其可绕轴摆动，旋转轴端延伸至缸体(16)外，并在外部设有扭力弹簧(39)和(40)，使它们保持或回复至打开位置。为防止气门热胀冷缩及保证气密性，在进气门(5)两侧面开凹槽装金属条，并使金属条压紧腔壁。两气门端部都设有滑轴，侧面缸壁开有相应的滑槽(6)和(9)，气门摆动时滑轴沿滑槽(6)和(9)滑动。并且滑槽(6)和(9)底端和上端都装有起缓冲作用的弹簧以缓冲气门摆动时对活塞轮(2)的冲击及限定气门上摆位置。
排气门位于燃烧室(13)右下侧，根部设有旋转轴(47)使其可绕轴摆动。气门落在活塞轮(2)上时将阻止燃烧室(13)内压缩气体通过。图6中，排气门旋转轴(47)端延伸至缸体(16)外与一摇臂(43)相连接，摇臂(43)顶端与挺杆(42)铰接，当挺杆(42)在排气门配气凸轮(21)的作用下往复运动时会带动摇臂(43)摆动，使气门开闭。活塞(1)经过时利用其圆滑表面先将排气门(7)抬起，随后气门在配气凸轮(21)和挺杆(42)的作用下保持打开状态，当活塞(1)经过排气口(8)后，排气门(7)又在配气凸轮(21)和挺杆回复弹簧(41)的作用下关闭。
进气口(11)和排气口(10)为缸体(16)下方靠近扫气门(8)左右处于缸体(16)背面的两条弧状狭长开口。当活塞(1)经过时高压气体由排气口(10)释放出去，新鲜空气由进气口(11)被吸入。排气口(10)开口的长度要适当，以保证做功充分和排气通畅。
在本实用新型的润滑系统中，活塞轮(2)后部也是润滑油泵(32)的泵体。图2和图3中，润滑油泵(32)为齿轮式，其中有一个齿轮是套在主轴(3)上并固定在缸壁上，它不随主轴(3)旋转且与主轴(3)之间存在间隙，润滑油是从油底壳经润滑油输油管(22)被润滑油泵(32)吸入该间隙并沿在活塞轮(2)内部开出的环形润滑油通道(34)到达润滑油泵进油口(33)。另一个齿轮装在活塞轮(2)上并随其一起旋转，环绕中与固定齿轮啮合。同样在活塞轮(2)内部开出润滑油泵出油口(36)，机油从润滑油泵出油口(36)经活塞方向润滑油路(37)和活塞内润滑油路(31)到达活塞轮密封槽(25)和活塞环(30)，经主轴方向润滑油路(35)到达主轴内润滑油路(29)，继而到达两主轴承(27)。进入活塞环(30)的机油，被活塞(1)刮带至整个缸壁使各个运动件得到润滑。然后各处的润滑油又被活塞(1)刮带至设在扫气门(8)下的排油口(12)，使其流入油底壳，从而完成整个润滑系统循环。
在本实用新型的冷却系统构成中，活塞轮(2)实际上是作为离心式水泵的转子，其内部装有起离心作用的叶片(4)，随着活塞轮(2)的旋转，冷却水在离心作用下从主轴(3)外侧水泵入水口(26)进入并被叶片(4)甩至叶轮端部。活塞(1)内部开有空腔，一部分水流经其中使活塞(1)得到冷却。在图4和图5中，水套入水口(38)就设在靠近叶片(4)端部的侧面缸壁上，水由此进入缸体(16)内的水套对燃烧室进行冷却，然后从设在燃烧室(13)右顶部的水套排水口(17)排出，再经过外部散热器散热后回到主轴(3)外水泵入水口(26)完成整个冷却循环。因为活塞轮(2)具有足够的旋转惯量，水流对其旋转的无影响。
在本实用新型的供油系统中，供油是由外部与主轴同轴但与活塞(1)存在一定夹角的供油凸轮(20)触动燃油泵(19)的柱塞，使燃油经过高压燃油管(18)到达喷油嘴(14)来完成。图6中，燃油泵(19)及其柱塞处于缸体(16)纵轴位置，供油凸轮(20)是先于活塞(1)到达柱塞位置的，凸轮(20)先于活塞(1)的角度(图中标注为α)称为喷油提前角。提前角大小可调整，要保证混合气在活塞(1)推开排气门(7)时达到最佳燃烧状态以便适时推动活塞(1)对外做功。喷油嘴(14)处于燃烧室(13)上部最有利于燃烧的位置。若以汽油为燃料，不同的是点火触发器代替燃油泵(19)位于缸体(16)纵轴位置，而在进气口(11)处装有汽化器使汽油经汽化后随气流进入气缸。与活塞(1)同轴的外凸轮超前触动点火触发器使火花塞(15)发火，凸轮超前活塞(1)的角度称为点火提前角。喷油提前角，点火提前角均可根据活塞(1)转速，供油量，环境温度等等参数加以调整使混合气燃烧达到最佳状态。火花塞(15)设在燃烧室(13)顶部有利于燃烧传播的位置。
在本实用新型的多缸组合方案中，两缸组合为同主轴(3)，两台机的活塞(1)及外凸轮(20)角度相差180度。其中一台机的水套排水口(17)与另一台机的水泵入水口(26)相连使水依次流经每台机的水套，再经统一的外部散热器冷却回流至水泵。它们的油底壳是相连通的。三缸组合为活塞(1)角度相差120度，其它相同。依此类推，N缸组合活塞(1)角度相差360/N度。
在本实用新型的废气涡轮增压方案中，在排气口(8)处装管道通向废气涡轮，在进气口(11)外装扩压管通向压气风扇。高温高压废气将推动废气涡轮旋转，涡轮通过传动轴带动压气机压缩新鲜空气进入进气口(11)，从而增加了每次压缩行程的空气总量，提高了压缩比。
需要说明的是本实用新型中所涉及的柱塞式燃油泵，喷油嘴，点火触发器，火花塞，汽化器，离心式水泵，齿轮式机油泵，凸轮及凸轮挺杆机构，废气涡轮的结构和原理都属现有技术，这里不做过多说明。
权利要求1.一种旋转活塞式内燃机，它包括活塞、活塞轮、缸体、缸盖、燃烧室、进气门、排气门、扫气门和主轴，其特征在于活塞(1)位于活塞轮(2)的轮缘上，且与活塞轮(2)为一体，安装在缸体(16)内，缸体(16)、缸盖(24)与活塞轮(2)共同形成环状通道；活塞(1)的侧面及顶面设有三道活塞环(30)，其内部设有空腔，并且设有润滑油路(31)与活塞环(30)相通活塞轮(2)内部前后两侧设有水泵和润滑油泵(32)外缘侧面与缸体(16)和缸盖(24)之间设有活塞轮密封槽(25)；缸体(16)和缸盖(24)内均设有冷却水套(28)，且各水套(28)相通，水套入水口(38)就设在靠近水泵叶片(4)端部的侧面缸壁上；燃烧室(13)位于缸体(16)的上方，其右顶部设有水套排水口(17)；进气门(5)位于燃烧室(13)的左下侧，排气门(7)位于燃烧室(13)的右下侧，扫气门(8)位于活塞轮(2)的底部；主轴(3)位于活塞轮(2)的圆心。
2.根据权利要求1所述的旋转活塞式内燃机，其特征在于活塞(1)的前表面为圆滑曲线形，后表面也为圆滑曲线形。
3.根据权利要求1所述的旋转活塞式内燃机，其特征在于主轴(3)装有主轴承(27)，其内设有主轴内润滑油路(29)。
4.根据权利要求1所述的旋转活塞式内燃机，其特征在于活塞轮(2)内部设有润滑油泵(32)的润滑油泵进油口(33)与环形润滑油通道(34)相通，主轴方向润滑油路(35)与主轴内润滑油路(29)和主轴承(27)相通，润滑油泵出油口(36)与活塞方向润滑油路(37)和活塞(1)内润滑油路(31)、活塞轮密封槽(25)、活塞环(30)相通。
5.根据权利要求1所述的旋转活塞式内燃机，其特征在于活塞轮(2)作为离心式水泵的转子时，内部设有水泵叶片(4)，主轴(3)外侧设有水泵入水口(26)，水套入水口(38)设在靠近水泵叶片(4)端部的侧面缸壁上。
6.根据权利要求1所述的旋转活塞式内燃机，其特征在于缸盖(24)周边以缸盖螺栓(23)与缸体(16)固定在一起缸体(16)的下方，扫气门(8)的左侧设有进气口(11)，右侧设有排气(10)，下放设有排油口(12)；缸体(16)的纵轴位置设有燃油泵(19)，燃油泵(19)的下部，与主轴(3)同轴设有供油凸轮(20)，其上部设有高压燃油管(18)与喷油嘴(14)相连。
7.根据权利要求1所述的旋转活塞式内燃机，其特征在于燃烧室(13)由包括进气门(5)，排气门(7)及活塞轮(2)外缘在内的立体环形缸壁构成，其顶部为扩张圆滑曲线形，顶部设有喷油嘴(14)，火花塞(15)。
8.根据权利要求1所述的旋转活塞式内燃机，其特征在于进气门(5)的根部设有旋转轴，旋转轴的另一端设在缸体(16)外，轴端设有进气门扭力回复弹簧(39)，进气门端部设有滑轴，两侧设有带金属条的凹槽，与之对应的缸壁上设有进气门滑槽(6)；扫气门(8)的根部设有旋转轴，旋转轴的另一端设在缸体(16)外，轴端设有扫气门扭力回复弹簧(40)，扫气门端部设有滑轴，与之对应的缸壁上设有扫气门滑槽(9)；排气门(7)的根部设有排气门旋转轴(47)，旋转轴(47)的另一端设在缸体(16)外，与摇臂(43)相连，摇臂(43)顶端与挺杆(42)铰接，挺杆(42)装有挺杆回复弹簧(41)；与主轴(3)同轴设有排气门配气凸轮(21)。
9.根据权利要求1所述的旋转活塞式内燃机，其特征在于润滑油泵(32)为齿轮式，其中一个齿轮套在主轴(3)上并固定在缸壁上，另一个齿轮装在活塞轮(2)上；润滑油泵(32)与油底壳之间设有润滑油输油管(22)。
专利摘要一种活塞沿圆环形汽缸旋转的内燃机。缸体中圆形的活塞轮与圆形的缸体内壁之间构成圆环形汽缸通道，沿汽缸通道的不同位置设置进气门，排气门和扫气门，进气口和排气口，缸体外与活塞轮同轴固定有排气门和燃油泵或点火触发器凸轮，相对应的排气门和燃油泵或点火触发器的挺杆机构设在缸体的不同角度上。活塞随活塞轮在环形汽缸内的旋转过程中通过自身或同轴外凸轮挺杆机构适时触动气门开闭，燃油泵喷油或点火触发器点火，从而在活塞与气门之间形成的圆环形封闭汽缸通道中实现进气，压缩，做功和排气四个工作循环，由活塞轮带动主轴旋转将动力输出。
文档编号F01M11/04GK2911205SQ200420003168
公开日2007年6月13日 申请日期2004年2月17日 优先权日2004年2月17日
发明者顾航 申请人:顾航