专利名称：自由活塞式旋转动力发动机的制作方法
自由活塞式旋转动力发动机
技术领,域
本发明涉及自由活塞式发动机领域。
背景技术：
在发动机领域中，所谓自由活塞式发动机包括直线式自由活塞式发动机和 摆动式自由活塞式发动机。近年来，自由活塞式发动机的研究和开发倍受关注。 实验表明，自由活塞式发动机具有效率高，污染物生成少，造价低等优势。但 自由活塞式发动机也有其发展的瓶颈即往复运动的动力输出如何高效，可靠地 转化为旋转动力源使用。虽然目前有不少研究中有利用液压动力系统或发电系 统等将自由活塞式发动机往复式运动输出转化成旋转或其他形式的动力源，但 其转换的效率和成本都需要进一步的改进。除此之外，自由活塞式发动机可作 为二冲程式或四冲程式发动机，相比较而言，四冲程自由活塞式发动机要比二 冲程自由活塞式发动机在效率等方面具有不言而喻的优势。但是基于自由活塞 式发动机往复运动的特点，当其采用四冲程工作模式吋，实现对发动机的配气 机构的控制就很困难。如果能够解决四冲程自由活塞式发动机的配气及供油 (柴油机)等系统所需要的正时旋转动力源问题，将能促进四冲程自由活塞式 发动机的商业化。目前有一些关于四冲程良由活塞式发动机的研究，如世界专
利W02007/059565等，但都没有提出关于四冲程自由活塞式发动机的配气机构 以及作为柴油机使用时凸轮式高压油泵的正时动力源的解决方案。为此需要发 明一种可以作为旋转动力源的或至少具有可以为其自身的四冲程配气机构和 凸轮式高压油泵的提供旋转正时动力源的发动机。
发明内容
本发明中所述自由活塞式发动机是指直线式自由活塞式发动机、摆动活塞 式发动机、摆动活塞式转子发动机、弧形缸转子发动机和弧形缸摆动活塞式发 动机。这类发动机具有共同的特点，活塞在爆炸冲程开始时就具有力矩，而且 没有可以用来对四冲程发动机的配气机构等系统进行正时控制的旋转动力源。
3所谓摆动活塞式发动机是指活塞在气缸内摆动，形成容积变化，而构成的发动 机，此种发动机的活塞和气缸不作圆周运动；所谓摆动活塞式转子发动机，是 指与摆动活塞式发动机结构相同，但活塞在摆动的同时还作圆周运动；弧形缸 摆动活塞式发动机和弧形缸转子发动机的结构与摆动活塞式发动机和摆动活 塞式转子发动机的结构不同，所谓弧形缸摆动活塞式发动机是指气缸的中心线 设为弧形，气缸的断面设为圆形或非圆形，活塞的活塞连接件设在气缸的燃烧 室密封段之外，将气缸和活塞中的一类设为固定式的发动机，若将气缸和活塞 设为以所述气缸中心弧线的圆心为圆心旋转并相对摆动式，则构成所谓弧形缸 转子发动机。摆动活塞式发动机和弧形缸摆动活塞式发动机各自均具有两个摆 动系统。
众所周知，要想制造出四冲程自由活塞式发动机就必须解决其配气机构所 需要的可以用作正时控制的旋转动力源。目前将自由活塞式发动机的往复式运 动转换成旋转动力源的方案有多种形式，如液压式，电动式和曲轴式，但前两 种方案不能作为对四冲程自由活塞式发动机的配气机构和凸轮式高压油泵所 需要的旋转动力源，因为没有固定的正时关系，而后一种方案即传统的曲轴式， 则使自由活塞的最大优势无法得以体现，与传统的往复式发动机基本上没有区 别，因此使用曲轴式并无太大意义。因此就需要发明一种高效的，适用性强的 可以作为四冲程自由活塞式发动机的配气机构和凸轮式高压油泵的旋转正吋
动力源的发动机。
为此本发明公开了一种自由活塞式旋转动力发动机，包括自由活塞式发 动机，旋转体，结构件，其目的是这样实现的
所述自由活塞式发动机的自由活塞连接件经连接件销轴直接或经弹性连 接件A与所述结构件连接，所述结构件直接或经弹性连接件B与旋转体销轴连 接，所述旋转体销轴直接或经弹性连接件C与所述旋转体连接，所述旋转体与 动力轴连接，所述弹性连接件A，所述弹性连接件B和所述弹性连接件C中至 少须设置一个。
结构件、旋转体销轴、旋转体和弹性连接件A和/或弹性连接件B和/或弹 性连接件G即构成了弹性曲柄连杆机构。所述弹性曲柄连杆机构的动力轴的轴承座设在所述自由活塞式发动机的缸体上或机体上；所述弹性曲柄连杆机构的 连接件销轴设在摆动活塞式发动机的两个摆动系统中的一个摆动系统上，所述 弹性曲柄连杆机构的动力轴的轴承座设在摆动活塞式发动机的两个摆动系统 中的另一个摆动系统上。
所述弹性连接件A设为由预压縮弹簧A和预压縮弹簧B构成式。 所述弹性连接件B设为由预压縮弹簧A和预压縮弹簧B构成式。 所述弹性连接件C设为由预压縮弹簧A和预压縮弹簧B构成式。 本发明通过所述弹性连接件A，所述弹性连接件B和所述弹性连接件C的 单独或共同设置，使得往复式运动可按正时关系转换成旋转运动，而又不同于 传统曲柄连杆机构在死点位置处限制活塞的运动。虽然所述弹性连接件A，所 述弹性连接件B和所述弹性连接件C在所述自由活塞式旋转动力发动机中存在 着能量的消耗和零件的磨损，但其消耗和磨损的程度是在满足发动机输出的功 率和使用寿命的基础上的在可承受的范围内。本发明所述动力轴可以用作整个 发动机的动力输出轴，也可以只用作控制配气机构和凸轮式高压油泵以及其他 需要作为正吋旋转动力的动力输出轴，而所述自由活塞式旋转动力发动机的绝 大部分动力输出仍然是以往复式运动的形式输出。
本发明中所述旋转体可设为杆式或飞轮式，也可通过调整旋转体的转动惯 量来匹配发动机的工作需求，使所述发动机的运行更平稳，还可以将具有相当 转动惯量的旋转体作为整个所述自由活塞式旋转动力发动机的飞轮，当所述自 由活塞式旋转动力发动机启动时，启动马达可设为首先驱动旋转体，进而驱动 所述自由活塞式旋转动力发动机的自由活塞进行往复运动达到发动机启动的 目的。
本发明中所述动力轴可通过齿轮，正吋皮带和正时链条等与需要正时驱动 的部件连接，如凸轮轴等，实现对发动机的配气机构，凸轮式高压油泵(柴油 机)或其他需要作为正时旋转动力的动力源的驱动。
本发明中的所述自由活塞式旋转动力发动机可设为行程自由式，行程限定 式或负荷晌应式自由活塞旋转动力发动机。行程自由式是指自由活塞旋转动力 发动机的行程和两端的止点不受限制；行程限定式是指通过液压式，机械式或电磁式限定装置将活塞的行程限定；负荷响应式是指自由活塞旋转动力发动机
的行程(排气量)和压縮比同时可控可调式。
所述自由活塞式旋转动力发动机的活塞运动轨迹可设为直线形或圆弧形。 本发明的这种结构实现了用气门对直线式自由活塞式发动机、摆动活塞式
发动机、摆动活塞式转子发动机、弧形缸转子发动机和弧形缸摆动活塞式发动
机进行配气，避免了目前对这五类发动机的活塞润滑只能通过在燃油中加入机
油的方式来对其进行润滑，从而进一步提高了环保性。
本发明有以下有益的效果所述自由活塞式旋转动力发动机结构简单，效
率高、体积小、制造成本低、适用性能好，能够较高效、可靠地实现对四冲程
自由活塞式发动机的配气机构或其他需要正时旋转动力的动力源的驱动。
图1是本发明活塞连接件经弹性连接件A与结构件连接的实施例结构示意图 图2是本发明结构件经弹性连接件B与旋转销轴连接的实施例的结构示意图 图3是本发明旋转体销轴经弹性连接件G与旋转体连接的实施例结构示意图 图4是本发明活塞运动轨迹为圆弧形的实施例结构示意图 图5是本发明弧形缸摆动活塞式的实施例结构示意图 图6是图2的三维结构示意图
具体实施方式
附图编号
1.自由活塞式发动机 4.自由活塞连接件
61.弹性连接件A 7.动力轴
2.旋转体 51.连接件销轴 62.弹性连接件B 81.预压縮弹簧A
3.结构件 52.旋转体销轴 63.弹性连接件C 82.预压縮弹簧B
请参照图1、 2、 3、 4、 5和6所示自由活塞式旋转动力发动机，包括自由活塞式发动机1，旋转体2，结构件3，所述自由活塞式发动机1的自由活塞 连接件4经连接件销轴51直接或经弹性连接件A61与所述结构件3连接，所 述结构件3直接或经弹性连接件B62与旋转体销轴52连接，所述旋转体销轴 52直接或经弹性连接件C63与所述旋转体2连接，所述旋转体2与动力轴7 连接，所述弹性连接件A，所述弹性连接件B和所述弹性连接件C中至少须设 置一个。
所述自由活塞式发动机的自由活塞连接件与弹性曲柄连杆机构连接使自 由活塞的往复运动转换成由动力轴7向外输出的旋转运动。此旋转动力的一部 分可用作控制配气机构和凸轮式高压油泵以及其他需要作为正时旋转动力的 动力源。
请参照图1所示自由活塞式旋转动力发动机，所述弹性连接件A设为由预 压縮弹簧A81和预压縮弹簧B82构成式。
请参照图2所示自由活塞式旋转动力发动机，所述弹性连接件B设为由预 压縮弹簧A81和预压縮弹簧B82构成式。
请参照图3所示自由活塞式旋转动力发动机，所述弹性连接件C设为由预 压縮弹簧A81和预压縮弹簧B82构成式。
请参照图4所示自由活塞式旋转动力发动机，发动机活塞的运动轨迹为圆 弧形。
请参照图5所示自由活塞式旋转动力发动机，所述弹性曲柄连杆机构的连 接件销轴设在摆动活塞式发动机的两个摆动系统中的一个摆动系统上，所述弹 性曲柄连杆机构的动力轴的轴承座设在摆动活塞式发动机的两个摆动系统中 的另一个摆动系统上。
权利要求
1.一种自由活塞式旋转动力发动机，包括自由活塞式发动机(1)，旋转体(2)，结构件(3)，其特征在于所述自由活塞式发动机(1)的自由活塞连接件(4)经连接件销轴(51)直接或经弹性连接件A(61)与所述结构件(3)连接，所述结构件(3)直接或经弹性连接件B(62)与旋转体销轴(52)连接，所述旋转体销轴(52)直接或经弹性连接件C(63)与所述旋转体(2)连接，所述旋转体(2)与动力轴(7)连接，所述弹性连接件A，所述弹性连接件B和所述弹性连接件C中至少须设置一个。
2. 如权利要求1所述自由活塞式旋转动力发动机，其特征在于所述弹性 连接件A (61)设为由预压縮弹簧A (81)和预压縮弹簧B (82)构成式。
3. 如权利要求1所述自由活塞式旋转动力发动机，其特征在于所述弹性 连接件B (62)设为由预压縮弹簧A (81)和预压縮弹簧B (82)构成式。
4. 如权利要求1所述自由活塞式旋转动力发动机，其特征在于所述弹性 连接件C (63)设为由预压縮弹簧A (81)和预压縮弹簧B (82)构成式。
全文摘要
本发明公开了一种自由活塞式旋转动力发动机，包括自由活塞式发动机，旋转体，结构件，其特征在于所述自由活塞式发动机的自由活塞连接件经连接件销轴直接或经弹性连接件A与所述结构件连接，所述结构件直接或经弹性连接件B与旋转体销轴连接，所述旋转体销轴直接或经弹性连接件C与所述旋转体连接，所述旋转体与动力轴连接，所述弹性连接件A，所述弹性连接件B和所述弹性连接件C中至少须设置一个。本发明将自由活塞式发动机的往复运动转换成旋转运动，可作为整个发动机的动力，也可以作为配气机构和凸轮式高压油泵以及其他需要正时旋转的动力，该自由活塞式旋转动力发动机结构简单，成本低，适用性好。
文档编号F02B71/00GK101555830SQ20081018048
公开日2009年10月14日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者靳北彪 申请人:靳北彪