CN114687854A - 机动式完全力矩内燃转子发动机 - Google Patents

Abstract

本转子发动机主要特点：一.实现了完全力矩输出，扭矩效率是传统机正弦模式的二倍以上。二.独立燃烧室保温，多气流运动结构使燃烧更彻底，热膨胀动能转换率更高。循环进气预热/低压缩比配置；较传统机可综合省油近50％。三.做功出勤率实达27.8％，平顺性优于传统机。四.舍弃曲轴连杆齿轮室凸轮轴等旧模式，用直轴、吐舌活塞/霍尔带分气门位置检测/强制安全约束等组成磁驱气门组，重量/空间及成本下降四成+，其缸组装配/运输/多缸配相/重心配置/维护等，灵活更机动。五.以转子轴流泵对机油进行大流量循环，润滑冷却俱佳。六.动态压缩比可用多种燃油料，其临场防爆震装置更安全。七.单缸启动累加至全机组启动，让引擎与电池轻化很多。

Description

机动式完全力矩内燃转子发动机

一.技术领域：本发明属于内燃机制造领域最为超前而高效的转子发动机行列。内燃机是最常用的动力，可以说对国家建设与人们生活日常是情同手足，而传统的“荻塞尔式”发动机更是保持着绝对的龙头地位，一批又一批的工匠们对它“淘金”无限，虽历经百余年的沧桑超度，对它的内核改造与完善优化似乎无奈的走到头了！而本机的问世将奇迹般的证明：在内燃机业界，居然有更优于传统发动机能效的中国自主知识产权的特别转子发动机。

二.技术背景：

传统发动机因其固有结构因素的限制，有以下几个很无奈的特质：

1.)首先是发动机的机体、气缸盖结构上为不可分割，为一个超级“壮汉”，加工制造相当不易，特别是巨型发动机。(切割拼装也是困难重重)。

2.)曲轴因为其整体性更是牢不可破，制造就极为困难，特别是超级功率发动机曲轴，为其投入的装备资金更是高得惊人，而得到的合格成品率并不高，令国人望洋兴叹；一台大型装备的制造往往是总装在等发动机，而发动机在等曲轴生产厂家，可见其多么的高贵，却得来的使用寿命并不怎么长远，一旦磨损超过极限，只能做“大手术”更换这个废品。

3.)传统发动机的配气机构复杂而造价高昂，正时齿轮箱诸多齿轮、配气凸轮轴系统都是精密的部件，加工过程也是极为复杂，且其使用寿命也相当有限；还有整机装配非常之不易，曲轴、连杆、活塞磨瓦调试等，无论哪一步都是精细而繁重的工作。

4.)传统发动机的这个超级物品总装后对其搬运、安装也极为不易，特别是超级功率发动机，其搬运安装费用占驻了装备总投资很大的比重；而且它的这个尾大不调的特质，给装备的重心配置也带来极大的被动，往往因为它的重量分布过于集中，却在另外的地方进行“等量齐观”式的配重处理，往往让装备变得过于肥胖，不堪重负。

5.)在运行中的一个小故障通常就是一台超级“大手术”，比如曲轴拉瓦更换、活塞环更换问题，就让人苦不堪言。

6.)传统发动机还有一个最大的软肋--扭矩效率低下，(尽管目前算最高)因为其正弦力矩输出模式已经框定了这款发动机的低效格局！其做功行程内的平均力矩系数理论极限值为：1.86/Π≈0.59，(假定连杆垂直摆角为±30 度情形)，实际运行中由于提前喷油点火、提前排气及大热力散耗，仅能达到极限值的70％左右甚至更低，另外，为了提高其使用汽油类的燃烧效率，也涌现出许多对传统发动机的修正模式，例如“HCCI、VVT、 VVL、FSI、GDi”等等，也确实在一定程度上提高了发动机的效率，但发展到“GDi”技术之后，几乎“竭尽全力”，对发动机的“喉道”肠胃再开发了好几遍，纵然采用了“3+2”的进出气门阵结构，结果仍强差人意，如何在燃烧室内得到稳定的多流态燃烧，受连杆、活塞销、活塞及燃烧室等周边工作部件的瓶颈极限温度制约，且活塞行程有限，此处已是“英雄气短”，说效率没有到顶其实也就这样了！

针对传统发动机有以上的种种弊端，本发明给出了全新的发动机设计思路与制造方法，通过对传统发动机内核进行全方位的精简砍削，将当今广泛使用的MCU的临场控制电磁技术高效的融入到辅助机构设计中，尽可能的以软件电动代机构联动，取高智换笨拙，用 分散强化集中；把传统发动机上所固有的许多联动机构以软代硬的替换了。主要有以下诸多特点：

1.)用直轴替代曲轴极大的简化了发动机的制造难度，同时也省却了高昂的制造材料，让机器轻装上阵；(本机的动力主轴相当轻便，三缸以上情况最多为两缸一组，余数一组；总数只有三缸的可考虑做成特别方式的一组，这些组合直轴在钢铁厂可直接锻造出成品，无须下游工厂的再加工，节约了加工成本与能源，成品率很高)；

2.)把连杆也给去掉了，将活塞安置到转子本体后，成为了吐舌伸缩方式，机器本体就完全的浓缩化了，重心位置就大大的降低了。

3.)与传统发动机的寄生在活塞顶空间的燃烧室相比，本发动机有独立的外挂式燃烧室，在其内部能产生涡流、滚流、紊流、定向环流的综合效果，且对燃烧室内胆裹以填充层进行超高效的“保温”，里面压缩温度相当均匀，用小于传统机的压缩比配置即可正常的压燃点火，这为本发动机的高效节能创造了有利条件，加之本发动机的环形气缸的环形密封的“背向面”为有选择的局部性的散热或热障处理，以便高效燃烧且最大效益的发挥爆发冲程的热膨胀动能，这与传统发动机的无条件到处散热是截然不同的。(传统发动机燃烧室周边水冷丢失了太多的膨胀动能。)本机的气缸盖很小，就一平面小板，加工极为简易。

4.)与传统发动机相比，本机舍弃了正时齿轮室凸轮轴等部件，为霍尔位置检测式的软件配气工作机构。环形气缸圆周方向分布的进、排气门组受软件检测的电磁力驱动，但对它辅以强制的安全约束，以确保吐舌活塞的双弹性摆书不会与各分气门发生“边沿相杀”事故。

5.)本发动机数三缸以上的最多只能两缸为一组，余数为一组。(总数三缸的其转子总成因相位差为整周而完全同步，可做成特别方式的一组。)这样的动力模组之间用联轴器或万向节按多缸的“级联相位差”串、并联，所以这个机组安装的的机动性很好，吊装、搬运以及维修或大修等都很方便，对大型设备的重心配置也相当灵活。且级联后也完全取消了储能飞轮，因为本设计发动机多缸串联后转子及联轴器的综合转动总惯量很大。另外，较传统发动机而言，润滑系统的机油使用寿命也相应的延长了。 (传统发动机的润滑系统高压机油经过的润滑路径实在很长，总面积也很大，且有做功上止点附近的高闷压力所形成的硬摩擦区间，加速机油硬化。)

6.)与传统发动机相比，本发动机也舍弃了专门的冷却系统。用转子总成自身结构形成的轴流泵进行大流量机油的润滑+冷却，辅以同轴安全盘风扇的机外风冷；让发动机更为瘦身强度更高，防冻防腐性更好。

7.)在动力方面，用完全力矩输出模式替代传统发动机的正弦模式，扭矩效率有颠覆性的提升，运行力道更为平实；(因传统发动机在做功上止点附近虽具有最高的爆发压力，但在此区间曲轴、连杆、活塞三者之间呈近似于“直线”摆布状态，表现出的有效力臂为“趋零长度”，虽巨力而微功，客观上形成了活塞顶部的“高闷”区间，一方面，强大的爆发压力即刻的压破了曲轴、连杆以及连杆、活塞销之间的局部配合油膜，形成配合部位的硬性磨损，润滑油也因此而硬化的更快；另一方面，会产生强大而快速的“热位移”效应，燃烧室内的高温压力能通过活塞、气缸套、气缸盖组件向所有能触及的地方极其快速的散热，导致气缸内的暂存爆发压力迅速的降低，最终是快速流失的热量让冷却系统高温了，而气缸内所贮备的当量膨胀动能被严重的“缩水”了；加之对做功冲程后期的“提前排气”更是明晃晃的“烧火祭天”，这一无奈之举丢失了十分可观的膨胀动能，还附带产生了很大的“气压突放”噪音，加剧了机体的震动；以及曲轴对连杆、活塞组件的往复抛掷，也耗散了很多的中间惯性动能；这些都是传统发动机效率难以提升的最重要原因。) 而本发动机为完全力矩输出模式，做功力臂长度近乎“恒定”，避开了那个极其低效的“高闷”区间，在爆发冲程期间，对外做功为一如既往式的“全功”状态，且由于对压缩进气道、独立涡流燃烧室内胆的刻意隔 热保温以及对运行气缸的“背向”局部进行取舍式的阻热与有效散热处理，所以其综合“热 位移”很小，由能量守恒定律可推知，此发动机的当量做功输出的同比燃料消耗可以降低很多，其综合运行经济效益就极为理想，节油45％以上是完全可能的。

8.)本发动机的做功出勤率要高于传统发动机，(传统发动机一律的遵循“吸气、压缩、做功、排气”这样功能单一的运行进程；而本发动机则完全不同，假如使用柴油作为燃料来源，则依据“排废气/吸新气、压缩/吸新气、喷油做功/转存新气”方式进行工作；而对于使用汽油作为燃料来源时，则采用较为先进的“GDi”与“HCCI”的组合变形模式进行工作，即“排废气/吸新气(燃烧室预喷)、压缩/吸新气、点火、二次喷油做功/转存新气”方式；由此可以看出运行进程是复合式的，带来的相对做功出勤率提高了，传统发动机运转两周做功一次，它的爆发驱动开始于压缩上止点后约10-15度左右的位置，提前排气角度的负功效应值约为平均40度以上，它的实际做功出勤率仅为；&＝140/(2×360)≈0.194，而本发动机为运转三周做功接近“一周”的连续驱动角度，约300度左右，平均做功出勤率为： &＝300/(3×360)≈0.278，转子直径愈大数据会更高，本设计的平均出勤率较传统发动机还要高出约42％，有三缸以上的级联就可以保证动力系统对外的平顺出力。)

9.)本发动机转子的运动路径为定子的内弧面总长度，达到传统发动机活塞往复行程之和的五倍之多，为兼顾摩擦件(吐舌活塞弹性摆书)相对线速度的允许限制，同时兼顾到整个系统综合进、排气门组的动作加速度时间的限制，本发动机主轴转速不可能很快，最高仅550r/min左右。 (转子直径越大转速还会更低些)，这样它的前后主轴承的使用寿命就相当长久，用普通承力轴承即可胜任。另外，本发动机可制造到很大的功率储备，因结构限制不可能做到外形很小，反而是转子越大更为高效而可靠。 (注：将本发动机作为军事装甲车、坦克或航海等机械动力装备都极具优势，也可用单缸作为电动汽车的应急动力；在设计成大缸径发动机时，因为结构尺寸的空间展开，对压缩进气阀、机油回收阀等进行磁电式“完全减阻”方案，那样整机效率会更高，虽然相应的电气软\硬件控制电路有所复杂，但由此带来的超低内耗的收益却极为划算。对于多缸发动机的级联组合既可以同轴、任意空间的万向节式的串联，也可以围绕某一驱动终端进行“配相”式混联，形成装备的“墙壁、角落”式的分散布置动力，以此腾出更大的装载空间，很好的调整了装备的综合重心配置与散热系统，且由于其低速超大扭矩的特质，有效的减少了输出减速器的调整等级。甚至可以对外直连驱动而省去很大的中间费用。)

10.)由于没有进、排气门的刚性同步机构，仅有进、排气门组的同步霍尔信号检测，气门动作时序受系统软硬件驱使，对使用以汽油燃料而言，在压缩冲程中将排气门组关闭作一定时间的延迟，即可变更有限条件下的机动压缩比，达到特定工况下的轻功输出；本发动机也可以执行省缸运行，只要将循环系统的某缸的进、排气门全部提起；(第三共用气门进行机动配合)且不再喷油，将独立燃烧室的压缩放气门拉开，这一缸就接近为惯性空转状态。所以，本发动机的启动机构相当轻便了。(本发动机启动引擎、电池配置无需传统发动机系统那样的强悍、健硕。)另外，也可以利用这个进、排气门组的有序分配动作，达到很理想的发动机辅助刹车功能，多缸协作制动趋于很快的将联动机组刹住，所产生的制动效果远优于市场发动机的辅助刹车机构。

11.)本发动机设置了以汽油为燃料时的防爆震处理装置，较之传统汽油机的处置方法更为实用，传统汽油机仅是调整点火提前角，并没有做更为有用的动作，而真正的爆震是因为油品不合规范或压缩比因燃烧室顶部空间的“积碳”而变大所引起的上止点前的无点火压燃，从而对系统做“负功捣鬼”效应。延迟点火效果并不明显！只有适当的调低压缩比才更为有效；这一动作对于传统发动机来说很是奢望，即使做到了也结构复杂，费用高昂，且爆震发生后也只能硬生生的扛着而束手无策。

12.)根据临场需要，ECU系统协调中心可以通过对排放废气的特定位置部分(主要是燃烧的最前期阶段)进行截留而转入进气道，与新气混合再利用，得到中低负荷的“特殊压缩比”，辅以调整供给燃烧室的喷油量，达到特定工况下的轻功轻耗的高效模式，可以取得很好的EGR理化指标。

13.)本发动机也有几个较为瑕疵的地方，首先是定子气缸体径向形状结构的局部异圆性，相应的导致转子端部的两密封座与端盖也跟着不规则，给部件制造带来不小的加工难度；(但总难度远低于曲轴及凸轮轴相关组件)，其次是多出了三套辅助马达伺服机构，驱动控制电路较为复杂，对相关位置的传感器检测要求严格，进、排气门及其驱动件、燃烧室内胆、电喷咀、火花塞以及吐舌活塞组件等都不能与市场件适配，必须另行特制再自成系列。第三，由于工作结构的因素，其气缸内参与润滑的机油会因燃烧后留存于气缸环道的粉尘而污化，因此对机油滤清器的滤芯清理就较为频繁。(建议用棉质可洗涤更换式滤芯)。另外，在运行相当长的时间后，其通往燃烧室的压缩进气道有可能产生轻微的“气管炎结痂”，或者燃烧室的内胆里面也可能有部分没有燃尽的灰垢，久之会影响系统运行压缩比。另外，定子有几处埋件铸造的地方；纵然有这些不足，但它所表现出的高效、减重、省空间十分明显，且分散与集合的机动性很强；它的问世必将给发动机的设计制造展现出全新的思路。(虽然对压缩进气口进行了有效的运动前沿油污遮挡，但仍有部分雾化式的游离油气成分会提前进入压缩进气通道，因高温发生裂化结痂的可能，因为这部分进气道没有相对运动件的“自净清理”作用。故将独立燃烧室、压缩进气阀、机油回收阀及机油滤清器布置在最易拆修的地方，就出自这个考量，其维护相对简易、轻巧。参见说明书附图之附图-21，将机油箱保养盖⑨旋开，放出里面的部分机油，即可打开第二压缩进气阀，用一特制的弹性卷片对压缩进气喉道及燃烧室内胆进行“肠胃镜手术”即可剔除灰垢，这种组合缸模组式的结构，对大型机器的超期大修也极为便利，分化缸组修理与安装连接方法，不必配备如传统发动机那样多的预备人员，有四至六人足够。，而组合机组的重量、占空相对低矮轻便，比传统发动机要省力得多。)

要描述一部内燃机的优劣，有五个最重要的指标是必须强调的，即是：1.) 良好的密封环境，传统的“荻塞尔发动机”之所以能用到现在，它的最大优点就是密封性太好了，(这成了“汪克尔”转子发动机最大的软肋之一，故而中途夭折了。)密封性好才能保证有足够的压缩内能温度，燃烧才能可靠。2.)有效力矩效率--发动机气缸内爆发压力转换成直接扭矩输出的效率。3.)做功驱动角度--表现为燃油燃烧时的膨胀做功维持时间转角，驱动转角越大效率越高。现在的市面发动机驱动角度：β_max≤140°。4.)燃油的真实燃烧转换利用效率，目前柴油机已经达到了所谓的50％，而汽油机似乎也达到了“口号式的43％”。(怎么测算出来的，居然有这么高！)5.)做功出勤率--做功角度占循环转动总角度的比率。(比率越高，发动机运行越是平稳，传统发动机每运转两周做功约半周，采用多缸串联以提高其指标。)

如何能提高这五个参数的综合指标，一直为发动机设计同行们所孜孜以求，尽管模式频出，却总难有重大的突破。本人也挤此冷门之地而甘居寂寞，独自苦闷了多年的星曦月朗，终于奇迹般的规划出一个另类的“机动式完全力矩”的转子发动机设计模型。它属于“迪塞尔式发动机的变形拓扑体”，(大局上看为“三无”模式--无曲轴、无配气齿轮箱、无水冷。)为便于后续的生产商以及机组维修师对本发明有个全貌性的了解，本人对这个发明专利的名词作一个初步的概述：

第一.何以命名为机动式的转子发动机，传统发动机的启动过程是多缸同时进行，且它的工作顺序因曲轴结构生成不可随意更改。而本发动机因为没有曲轴就自由了，在现场进行分缸发动机的“循环步距相位差”级联后，可以指定其中之任一缸为启动的“首缸”，让其先行启动并以此拖动全局成员发动机依次启动，后续的做功顺序也有很大的随意变通性。与主从单片机的内置软件执行程序相关，而内置程序是多分段机动的。第二点是后续的多缸工作与否也变得机动了，因为没有专门配气机构的硬性约束，进、排气门组也变得相对自由了许多，这与传统发动机有本质的区别；传统发动机即使可以做到这样，但是结构就相当复杂了。第三点就是本机的工作压缩比也相当机动了，所以它适用的油品种类就多了；汽、柴油可以使用有限多标号的种类，其切换使用很方便，仅是从主控制板输入信息，在启动的预备指令里告诉各分缸从机即可。再一点就是运行过程“并步”了；相应的提高了做功出勤率。(见上面第8点描述。)

第二.其之所以命名为完全力矩式转子发动机，先看看下面的传统发动机的示功图模型，可推导出其简易的输出力矩函数，其中P为当前气缸的爆发压力， S--受力总面积，r为曲轴的中心回转半径；a为连杆上部的垂直摆角，b为曲轴

能维持在0.41左右的状态。而本设计发动机在爆发做功时所产生的爆发力就一直加载于转子上吐舌活塞弹性摆书的运行后侧面，处于吐舌活塞旋转的最顶端部位，受力方向呈“恒垂直”于力臂状态，其示功图见说明书附图之附图-1所示，它的力矩系数基本上是：λ≈1；(注：由于吐舌活塞的伸缩滑行会有一定的折扣，实际值能达到0.95以上。)故将本发动机称之为“完全力矩”式并非虚夸！综合其以上两点，即可名之为--机动式完全力矩转子发动机！另外，本机还有以下的两个特点：

1.本发动机为“弧段密封式”的压缩与膨胀做功形式，压缩冲程末期会有一定的“结构性压缩容积丢失”；(丢失量与进气口位置及形状、缸径以及吐舌活塞的长度关联)其当前丢失量被转入总进气存储，同前次预热气体再混合，这一递次的利用而不致能量浪费。而独立燃烧室紧邻在定子气缸本体的外部，且为“阻热保温式”的烤炉结构，与传统发动机的强制水冷比较而言，在走完相当压缩冲程后，其燃烧室的综合储存温度会高出传统发动机很多而且相当均匀，这样，在选用较大排量且配置稍低的压缩比的情况下，都能够达到等效的燃烧室温度及输出总功率，本发动机的环形气缸结构本身具有很大的排量；如此对高效节能十分有利，毕竟整个压缩冲程走完下来也要消耗十分可观的能量。本发动机采用了变形的“GDi”缸内直喷模式，在轻小负载时能达到更高的空燃比超稀环链分段燃烧，其点火成功率比传统汽油机更高；在中、大负载时，又呈现出更优于“HCCI”模式的燃烧效果。这得益于对独立燃烧室的锥桶内部特别结构的巧妙布局设计 (后有图分析之)，能形成更为高速而稳定的涡流、滚流及紊流的杂合混流效应，将内部的混合气导向为以火花塞跳火点处为中心区域的“三开环高速浓度带”，这个复合混流体具有超强的“龙卷风”惯性动能。对汽油的二次逆大环流方向的喷射可将燃料混合的超级均匀，燃烧更为完全、彻底，同理用柴油作为燃料，通过气门组动态组合提高一定的压缩比，(因为独立燃烧室的周边有专门的保温处理，所以压缩比配置也不必提高到传统发动机那么高，否则燃烧室内部会超温。)。其燃料的燃烧效率也会更高于传统发动机，其综合的排放指标会更好。

2.本设计模式发动机对本机的供电优先配置很严格，其弱电(DC5V)供给于本系统各缸的主要指挥中心的ECU，以及各功能传感器的位置检测及诸多参数辅助检测板电路，而所谓“强电(可根据实际需要选用直流DC-60V、48V或24V 等)则供给于多个综合的进、排气门组的驱动继电线圈、循环供气与排气系统的切换导向、燃烧室的压缩高压闸门辅助开合机构驱动、压缩前期的防爆震电磁阀、(或机油回收节能电磁阀)，还有火花塞点火模块以及燃油高压电喷咀系统等组件电路。(要求本机的强电配置具备足够的功率贮备，且补给充电及时富余。本机“缸组合模组”，之间的“无隙”联轴器上布置有特别发电机，它供应于全机组的大容量电池组的电力补充。)

三.发明内容：为了使本发明的转子发动机能安全而高效的工作，在结构设计方式上有十大要点作为本发动机的有力支撑：

1.吐舌活塞动态滑行的轨道跟踪以及转子动平衡补偿机构；

2.吐舌活塞运行前后沿的安全保障机构；

3.转子总成与气缸的动态密封及润滑机构；

4.第三排气出口与进气压缩进口切换共用机构；

5.机油回收、泄漏回收以及转气循环机构；

6.超高空燃比的三高聚能环燃烧室及吸纳、吐出联动机构；

7.分动与联动的进、排气综合气门组机构；

8.压缩内止点前的防爆震卸压装置；

9.整机润滑散热的附加转子轴流泵功能机构；

10.单缸的电路硬件、软件设置与多缸联合运行的通讯方法；

四.说明书附图中各附图之大概表达描述：

本说明书附图仅是以单缸结构来描述其基本工作原理，其发动机常用件如机油泵、高压共轨泵电喷咀以及火花塞等具体结构都没有给出。附图-22说明了它在未来实际应用中的“模组式发动机”结构组成形式。

1.关于附图一1，描述的是本发明发动机的主要特征为“完全力矩(扭矩)”做功输出方式，即燃烧室的喷油在燃烧后释放的爆发压力“恒垂直”吐舌活塞的后伸出平面，与传统发动机正弦模式的多重过渡传力比较，扭矩效率提高了一倍多，同时挽回了传统发动机的“连杆、活塞”被往复抛掷的动、势能损失。

2.关于附图-2，描述的是转子总成的吐舌活塞在复合转动、伸缩过程中，整体质量重心自平衡的设计原理。以及异圆定子气缸的主要分区范围构成等。

3.关于附图-3，描述的是转子总成上轨道轴承在前后端板之“梨形轨道”内的配合方法，使吐舌活塞复合的转动、伸缩运动与定子的异圆弧面动态匹配。

4.关于附图-4，描述了转子总成上吐舌活塞滑块部分的结构组成，以及相关部位的动态润滑、密封原理的设计方法等。

5.关于附图-5，描述的是“电磁力避险在先、安全盘强制避险紧随其后”的双重保险设计方法，以期达到与传统发动机“完全硬件正时”的等同效果。

6.关于附图-6，描述的是电磁力气门的组成与调节方法，重点说明吐舌活塞与气门头部在运动过程中，如何相互规避“碰撞风险”的过程。

7.关于附图-7，描述的是吐舌活塞总成滑块的“安装平衡”的调整方法。同时说明了对其有关部位的润滑与密封的原理设计方法。

8.关于附图-7A，描述的是吐舌活塞头部的接收润滑过程，以及转子总成轴向的密封、润滑原理方法，重点说明了三个密封条的动态密封补偿方法。

9.关于附图-8、8A，描述的是本机“密封陷阱”的组成原理方法，同时说明了密封座的制作安装方法以及密封座关键点的具体密封补偿措施。

10.关于附图-9、10，描述的是本机的“独立保温燃烧室”的结构组成，以及综合的动态润滑、密封原理。重点说明了关键部位的“高温避险”方法。

11.关于附图-11，描述的是本机的第三共用气门的结构设计方法，重点描述了压缩冲程“气道部位”的阀门切换原理以及辅助开门部分构成方法。

12.关于附图-12，描述的是第三共用气门的全部结构部件展示。以及表示了“排气、压缩进气”的动作过程方法。

13.关于附图-13，描述了独立燃烧室外壳部位的“大流量冷却方法”，以及第二压缩止回阀构成，重点说明了排气口、压缩进气口对吐舌活塞“路拾”机油可能进入的有效阻挡方法原理。

14.关于附图-14，描述了本机对各种“无形泄漏”气体的回收利用方法。

15.关于附图-15，描述了本机的转气机构原理，即参与辅助循环冷却气缸流道的未燃烧的气体全部再次送入原进气道，以提高热能效率。

16.关于附图-16，描述了本机的关键部件-独立燃烧室保温内胆的多气流运动结构原理，以及保温罩的有关说明。

17.关于附图-17，描述了本机第一进气阀(真空免除作用)的结构原理，以及独立燃烧室相关部件的基本外设构成。

18.关于附图-18，展示了本机综合进、排气门组总成各区间的基本布局，以及本缸总进气、转气、排气的大致走向。

19.关于附图-19，描述了本机通用型进、排气门组的基本结构组成原理。

20.关于附图-20，描述了本机“防爆震装置”的结构组成原理方法。

21.关于附图-21，描述了本机转子总成上“结构轴流泵”的设计方法。以便到达“以机油冷却省去冷却液”的有效作用。

22.关于附图-22，描述了本机两缸“标准模组”的多缸组合的实际应用。在图中详细说明了油、气、电的辅助连接设计方法，同时说明了“一主+多从”的这种司令员指挥多作战纵队的通讯运行原理方法。

五.技术方案：

1.吐舌活塞动态滑行的轨道跟踪以及转子动平衡补偿机构的设计方法：参见说明书附图之附图-2，由于定子气缸的内壁在圆周方向分布被加工成“主圆区+变进圆区+内收缩极点区+变出圆区”这一完全内切式形状格局。为此，转子总成上的吐舌活塞组件就完全的遵循这个形状轨迹进行同步跟踪，一方面，吐舌活塞总成、推拉架与转子绕主轴同步转动，另一方面，吐舌活塞还达到了在定子气缸各处因形状变化做等效的伸缩运动；且吐舌活塞头部的弹性摆书还要在各区段做出不同的动态预压变形，以便达到足够吻合的动态密封。结合说明书附图之附图-4描述，在主圆区，“弹性摆书”①为双边小变形摩擦密封；在变进圆弧区，“弹性摆书”①为转动方向前沿的主变形摩擦密封方式；在内收缩极点区，“弹性摆书”①又为为中力度双边变形摩擦密封；在变出圆弧区，“弹性摆书”①为转动方向后沿的主变形摩擦密封方式；所以，在吐舌活塞组件上安置轨道跟踪轴承⑤并嵌入前后端盖的“梨形”精密轨道中，见说明书附图之附图-3的图中说明，这个轨道的具体形状可以用弹性摆书①的最合适的连续预压变形量结合轨道在主圆区、变圆区的等差距离收放进行递归而计算出其最后的参数方程。本处设计要求轴承⑤轨道弧面有足够的强度及良好的耐磨性能。

其吐舌活塞组件参见说明书附图之附图-4，本处说明一下这个“弹性摆书”①的制作方法，其实制作简易，宽度与吐舌活塞体相当，长度上要求严格，为转子主体累加两动摩擦片的总厚度之和且精密配对，以求密封性能得到可靠的保证。在径向上由足够多的弹性薄片叠加成整齐规则的外形。(内页有部分不等宽且无隙弥合，可以考虑使用部分碳纤维杂合一起。)之后开中心孔叠压，通过三个U形拉扣件紧密的安装在吐舌活塞的头部，形成主中部坚挺两边弹软的“铁书”特质；其最外层具有极高的耐磨性，与传统机活塞环的耐磨性相当，同时又具有相当好的韧性与短暂的耐高温特性。至于弹性摆书厚度并不要求有多高的精度，仅是保证有足够的前后沿密封间隔以及足够的双边摆动间隙余量即可。

关于气缸内壁变圆轨迹形状的设计(见说明书附图之附图--2、3)，在此作个说明，尽可能将气缸轨道全部用圆弧内切方式，或用外主圆+渐开线+内主圆的平滑过渡方式，理论上，用渐开线过渡效果要好些，但是带来的后果是相应位置的密封气门形状因为跟踪渐开线的走向而难以加工控制，推荐用分圆内切过渡方式。那样可以保证同机组气缸有兼容的同型号气门组件与安全滑块组件。

其次，吐舌活塞组件与推拉架组成的整体在转动过程中，会发生整体重心的径向变化，为此必须做出结构性的动态补偿(见说明书附图之附图--2、4)，在推拉架④上加工出对称布置的传动齿条，通过将吐舌活塞总成的总运动失衡量逆向的传递到对称设置的四个齿轮滑块动平衡组件③上，以此作为吐舌活塞总成整体重心变化的自动补偿；设计原则是：(在吐舌活塞总成“弹性摆书”伸出一半距离的情况下，用修正推拉架④与吐舌活塞本体的自身质量的形状分布来平衡整体吐舌总成的转动惯量的总平衡 (含内置润滑机的充满质量一起计算，附带的部分考虑机油阻尼因素)，而此时4个动平衡补偿滑块③在最居中位置；之后吐舌活塞总成及推拉架④的整体移动所生产的失衡惯量就由这四个齿轮滑块动平衡组件③形状与质量分布所产生的附加惯量与离心力来作出相应的反方向的动态补偿。经过吐舌活塞的完全伸出、中间位置以及完全收进这三点的综合统调都完全的转子总成重心平衡后，才为达到标准要求。)

2.吐舌活塞之前沿安全保障机构的设计方法：虽然本发动机具有十分理想的力矩系数以及很大的做功驱动角度，但是在运行中的安全则为第一考量点，本发动机的进、排气门组为电力式的直线电机的驱动方式，且在结构上把各分气门向气缸内作凸出、收缩布置，这样在控制系统由于某种原因引起指令异常，亦或线圈失压等，都可能导致气门执行机构动作失步或失效。这时，吐舌活塞的“弹性摆书”与长圆形气门的锋利侧边将发生“相杀”现象，这对吐舌活塞的运行是一个致命的威胁，必须彻底杜绝！处理方法见说明书附图之附图-5，首先，让安全盘总成③与转子总成刚性同轴，其上的霍尔范围磁铁④与吐舌活塞的中心面完全同步；其次，将进、排气门组的各成员之间的安装位置拉开足够的相位角度距离；在前端盖外安置了对应转子吐舌活塞的最佳安全活动范围的“霍尔感应带①”，这个霍尔感应带实际上是由五段气门感应分带组合而成，每段分带有足够数量的单极性霍尔传感器形成并联“与门”电路(或“与非门”)，作为硬件控制各气门的切入口。且它们之间的角度距离，都要略大于吐舌活塞的自身弹性摆书占用的空间角度以及摆书前后沿距离其对应运动方向分气门边沿的“爬升距离角度”之和；这句话确实有点长，直白地讲，其真实意图就是让硬件的磁铁对霍尔感应有足够的动作时间，将当前吐舌活塞运动方向的弹性摆书边沿的接近气门最大安全的先期拉起来，让吐舌活塞的头部弹性摆书顺利通过当前接近的气门，以最为安全的方式规避它们之间的“相杀”风险。结合说明书附图之附图-5、6看，即是：当“同步 范围”磁铁走到哪里，“霍尔带”就同步的感应到哪里，对应位置的气门会在最高优先权的硬 件作用下保证电磁力驱动的优先动作；因此，电路设计上必须设计成独立的硬件“并联与、非门”动作逻辑，而不能用MCU的中断程序反应式的处理方法；因为单片机中断反应尽管很快但并不够及时，而硬件逻辑电路不需要运算过程判断，动作最为快速。第三，作为最后的保障，在电动指令发生错误、气门线圈失压等工作异常的情况下，设置了在安全盘③上的同步监督凸缘地段，见说明书附图之附图-5放大部分，此时通过“安全盘凸缘一小滑轮⑧--气门安全滑块⑦-气门钢带④-当前气门”的同步联动过程，将吐舌活塞当前转动方向的接近气门强行同步的提前拉起来，这样就有效的确保了吐舌活塞头部的“密封摆书”与接近之气门不会发生直接的物理碰撞现象。在时序设置上，各个气门的磁力动作时刻要略超前于监 督凸缘对安全滑块上小滑轮的拱动时刻，所以对应的全路段各内凸气门的霍尔感应带的有效弧长角度要略大于安全盘的监督凸缘的“当量提升”弧长角度。(这套方法类似如“大人在后鼓励小孩走路”的格局，关键时刻要帮忙规避其风险)。

另外，由于各气门所处位置的不同，其中心所处弧段提升半径差异，以及在旋向不同位置气门伸缩距离有差异；因此要适当的修正各安全滑块上的小滑轮直径以及对安全盘“监督凸缘”爬升段的局部形状，达到综合安全统调。

当然，在结构设计上必须保证气门安全钢带有足够的抗拉强度，运动轨迹上真实的反应气门的具体提升位置，气门安全滑块⑦上有微调螺母组件⑥将它们的动作间隙保证在合适的数据；对于固定安全滑块的滑座，其配合尺寸精密且强度足够稳固；同时过渡滑轮有足够的转动半径，尽量减少钢带的过力折弯与变形疲劳，也可以在此段加进链条代替，以延长其保险传力的使用寿命！

3.转子总成与气缸的动态密封及润滑机构的设计方法：本设计发动机密封共有四部分：1.)吐舌活塞总成的密封与润滑(含头部的弹性摆书顶端、侧端以及活塞主体四面)2.)转子主体外圆周密封与润滑；3.)转子轴向的前后端密封与润滑以及定子独立燃烧室收；4.)放气门联动安全机构密封与润滑；

其中第一、第二部分的密封润滑原理，结合说明书附图之附图-4并参见说明书附图之附图-7中的图文说明，本处先说明一下吐舌活塞主体的密封平衡方法，活塞主体上，其头部有运动方向前后两个密封承力片⑦，两侧对称设置，形状略有不同，前片有润滑油槽，后片有润滑油槽及安置有阻漏气转刀⑥；这样的设置主要是考虑到做功状态所产生的爆炸压力远大于压缩状态升温压力，且方向相反。在做功冲程的前期，弹性摆书的后沿会客观的形成“滞后缝隙”，阻漏转刀⑥会即刻的迎漏转动，及时弥合了这个“缝隙”的动态泄漏。这两个承力片与活塞主体及转子上的“U”形槽摩片②之间为精密的“趋零”动配合，通过厚度尺寸配对，辅以转子上两个承力螺栓①的预紧力而调整；活塞总成的槽向往复运动平衡则由活塞侧密封调整片④的前后适配厚度而固定下来，调整好之后，它的密封面与活塞头部主体的密封承力片⑦尽可能在同一平面，之后由吐舌活塞调整片压架⑤将其轴向限位。吐舌活塞头部的润滑分为两部分，其一部分为转子内部通过吐舌活塞本体③及承力片上的沟槽内因离心力而填充的机油均匀渗透润滑，另一部分则为吐舌活塞的弹性摆书⑧经过固定密封区时，以高压机油式的路过性“灌注润滑”，即每经过一次，弹性摆书的圆角缝隙均会在机油压力的作用下从中间密封条的单侧面的半圆缺口处截获足够的机油， (参见说明书附图之附图-4放大部分)，作为后续圆周转动的径向润滑以及端面润滑的保证；弹性摆书⑧叠叶层上的连续双斜度缺口将引出的机油导向前后两个侧面，作为头部的前后端面润滑，这个机油也会即刻填充到摆书叠层的所有空隙进行密封润滑作用，至于在最末期，弹性摆书回到第二压缩进气口与固定密封区之间，将形成一段临界密封空间，其残余混合物会被再次的强压，通过压出孔冲开机油回收阀的弹簧预紧力经回流管送到机油滤清器(参见说明书附图之附图-7A)，在那里进行机油、污物、气体三分离。这个“尾气”有一定的“HC”等化合物成分，可以得到再次的燃烧利用；而里面的“硬质”成分被机油滤清器的滤芯所收留下来。至于定子的燃烧室压缩放气口(本机暂定宽度7mm左右、长度约37mm，因缸径而定)，由于转动离心力的作用会在此处发生机油“甩脱”现象，故在此口的紧靠气缸内壁安置一个相当形状的弹性挡油片，参见说明书附图之附图-7A的放大P 部分所示，在没有放气做功的情况下，它由于收紧弹力与气缸内壁浑然一体，所以很好的挡住了吐舌活塞前、后沿机油的中途脱离，这个弹性挡油片⑨在做功时因燃烧室内的强大压力而即刻弹开，压力回落又自行关闭。要求其弹性、耐高温特性足够良好，同时在其面向燃烧室方向的“火力承接面”进行相当厚实的热障处理，以保持其弹性的持久性寿命。

第二部分是转子主体的密封与润滑，原理参见说明书附图之附图-7A、8的固定密封区的放大N部分，中间密封条的两侧面上加工有相互错开的多个半圆缺口，将高压机油不断的充斥密封条的圆角缝隙，所以转子主体在密封的同时一直得到可靠的润滑，而转动方向最前面的气密封条会将多余的机油“剔除”下来，这与传统机活塞环原理类似，由于做功时的爆发压力远远大于机油的压力，为此特别设置了止逆回气钢球.在总润滑供给的进油口处，有弹簧逆向支撑。

第三部分是转子总成的前后端密封与润滑，原理参见说明书附图之附图 -7A、8的图文说明部分，由装在转子轴向的前后动摩擦片

、前后端盖的静密封座

以及整体式密封圈

组成，在转子轴向前后对称设置；动摩擦片

上加工有分布位置的“鱼脊”状的内外浅沟槽，沟槽的内终点有微小孔眼与其底下转子主体安装面作“小盲坑”相通，用以承接运行中的“油泥固形物”沉积，一旦“油泥”挤满但不给明显出路，受运行中的无形振力将其慢性而均衡的渗透到各处平滑安装面间隙，从而提高其密封性能，多余的部分被挤出最后回到机油滤清器而滤除。这些内外沟槽在径向中分线位置上有部分重叠且位置安全错开，内槽一侧总是接收因离心力与切向力冲来的机油填充其中；外槽则路过性的接收经过“固定密封区”的中间密封条端部两斜槽时高压机油的强压灌油；这样均布的多次灌注保证了动摩擦片、静密封座的可靠润滑。安装在转子两端压盖的静密封座

为一个中间开口的“巨形 活塞环”，其原理与传统发动机的气密封环类似，其厚度大于两个气密封条的宽度之和；形状则跟随于全路段的定子异圆弧面且略有过盈配合量，由两支撑销柱

将之压向固定密封区，发生的强迫弹性形变使此半圆弧面端部得到完全动态密封，另一边半圆则由静密封座

的自身弹性张力变形进行可靠的端部密封。其次，紧靠端盖两侧，整体式橡胶密封圈

将静密封座

以其开口为边界完全的包围起来，在端盖板对橡胶密封圈

内衬弹簧的预备压力下形成了“密封陷阱”，且任何压力的无形泄漏都会进入这个特制的“陷阱”中；由于动、静摩擦面间相对转动的变位密封，以及动摩擦片开槽面积的扣除，其实际的摩擦面的密封面积总小于“陷阱面积”，所以“陷阱面积”总有足够的弥合压力来保证静密封座以轴向的推力方向动态的作用于转子，环形气缸内压力越大，弥合压力更大。另外，参见说明书附图之附图-7A，其固定密封区三个密封条长度超出转子径向总长度两端足够的距离，它们都在轴向呈足够间隙的浮动状态，因与转子总成运行配合中会发生一定的径向磨损，见放大Y所示，在密封条的两端面的对面各安置了组合的密封补偿块

，另各有一组细小的平状开口弹簧

作用于补偿块

，使补偿块

与密封条端部之间时刻保持良好的动态密合，这个补偿块

的高度、安置尺寸与静密封座

上的动配合位置完全一致。为了使密封更加高效，在静密封座

的固定密封区位置加工特别缺口，其内安置一个对应形状的橡胶补偿块

进行此关键部位的过盈全隙密封，为全氟醚材质，这个补偿块

上因需要可考虑裹以耐磨薄片以紧密圆形角落所有部位，由于其处于相对静止状态，不影响其寿命。参见说明书附图之附图-8，至于静密封座的中间开口处，则用软质的类似橡胶性质的开口填充片

进行等隙填充，以弥合静密封座

的热力张缩的动态性。此处终归还存在一定的微小泄漏，实际工作过程中，由于安置在最中间地带，加之转子总成工作分区总是以吐舌活塞为中心分界点，而此处为“压力半分”处，对压缩冲程而言，此开口点之前的鼓闷压力并不大，吐舌活塞一旦走过此开口点，泄漏现象随即失效，而对于做功冲程而言，已经走过此开口点则为做功的中、后末期，爆发压力已经降低很多了。之前的爆发力黄金阶段得到了最有效的利用，其对系统的整体密封性能影响不算明显。此处最关心的是密封圈

的“整体性”如何得到保证，在环形气缸尺寸设计的较大时，整体复合注塑肯定较为困难，为此，可以采用条状复合注塑成绳条状，然后再用两端弥合整体状盈余搭接而成为近似“理想的整体”。

第四部分的密封与润滑则为独立燃烧室的压缩进气、放气门机构，请参见说明书附图之附图-9，涉及到最重要的放气门密封与润滑，以及进气阀的密封。压缩进气阀有两个，分别为第一压缩止逆弹簧阀及第二压缩进气阀，它们均为弹簧顶住的压力式开门机构，没有相对摩擦面，只有贴合，故而不需要专门润滑。至于第三排气口与压缩进气共用口的二位单通阀，它主要受伸向排气一端的拉杆驱动，拉杆配合于粉末冶金轴承滑动，外面就是机油箱，拉杆伸出连接齿条，由专用马达带动做二位工作切换，所以密封可靠也无须润滑。进气压缩过程中，燃烧室里面的密封系统由压缩锁门座⑦与其放气拍门⑥配合均为楔形锁紧结构，并通过带齿条及开门后柱塞的拉臂④、无刷串激马达③进行开、关门驱动，拉臂的后柱塞在内膨胀压力作用下一直发生开门直行力，而马达则一直施以逐渐增加的静磁力矩以抵消这个开门力(仅在需要开门时才临时一致)，将放气拍门⑥推向楔形锁门座⑦，而楔形配合具有很好的锁紧力，从而保证了平面密封的可靠性；组成结构及润滑压力见说明书附图之附图-9的图文说明。本处采用带双向钢球的“间歇进油阀”作为入口，即在定子“固定密封区”的中间密封条的背部区相应位置安置一个空心螺丝堵塞，其上加工出球形密封凹坑，用以放置止漏气钢球，紧跟钢球安置张力弹簧，在张力弹簧的另一端再安装一钢球，堵住通向燃烧室的球形出油口，这个钢球受燃烧室放气门驱动马达的传力齿条④的特别部位的间歇性的干涉撞击。每次马达合上放气门的末期，都会往返撞击一次钢球，打开一个微小的间隙，从而引进部分机油充斥到压缩锁门座⑦与楔形放气门⑥的相对运动面以及开门柱塞的内室配合面。放气门完全关上干涉撞击离开，钢球因张力弹簧回位，堵住了机油继续进入，总的机油进入量取决于齿条与钢球的干涉撞击长度有直接关系。这个地方的要点之一是拉销⑤将④、⑥过盈配合连好后，它们即成为一个近似完整的“刚体”，以保持机油润滑面的紧密，润滑可靠而机油烧损最少，因为燃烧室里面的机油没有回收处理。其二，最为关键的是压缩锁门座⑦上的密封平面的保护问题，因为每次做功时，在楔形放气门⑥拉开后喷油燃烧开始，从涡流燃烧室喷出强力高温气体，而锁门座的这个平面又恰恰为高温冲击的“正面 战场”，如不加以保护将会把密封平面很快的烁伤，继而破坏密封，发动机的使用寿命将随之告罄终结。

为了解决这个关键问题，采用了“区间推叠、压合分离”机构才得以脱险。参见说明书附图之附图-10的图文说明，防火罩

与涡流燃烧室内胆②进行侧边铰链连接(铰链支点最好固定在燃烧室定子壳体一侧，既方便防火罩

的自身散热又便于安置专用管路进行支点润滑)。设计一个方环状异形弹簧拉扣

装配于防火罩

与楔形放气门⑥之间，进行动态的复合区间作用，达到锁上放气门时自动拱开，而拉开放气门时顺便拉紧防火罩，进而使滑动密封面避开了强大火力的直接侵袭，让其它的非燃烧的关联缝隙都处于“相对冷静”的安全状态。此处要求防火罩

具有良好的耐温特性以及阻温性(可考虑双材料隔离压合结构，同时辅以热障处理，使热量不致过快的传导到铰链支点及推压拉扣上)。

4.第三排气出口与进气压缩进口切换共用机构的设计方法：参见说明书附图之附图-11，示出了大致的位置布局，说明书附图之附图-12说明了结构原理，本发动机的总排气门设置为两大一小组合，在排气末期只有最后小气门即第三气门③作尾部排气，它与压缩主进气口共用，为分清具体功能的动作界限，在此增设了排气最后出口与最先压缩进气口的切换机构，机构主体为一个二位单通柱球阀⑤，阀体尾部拉杆安置在第三排气过渡管⑦一侧，其上加工有齿条，受步进马达⑧上的齿轮所驱动，在时序上接受系统特定程序的指令跟踪动作，为缓解排气开门的可迟性与进气压缩关门的快速及时性的矛盾，在燃烧室压缩进气口的前沿特别增设了一级止逆弹簧阀④。这个二位单通柱球阀的切换分界点时刻设置在压缩冲程的内止点处，即接近进气压缩终了就立刻切换到辅助排气口的一端。设置的压缩止逆弹簧阀④使得这个二位单通柱球阀及其驱动机构动作频度舒缓了许多时间，故而大大的提高了机构操作的使用寿命。这个第三共用气门③会对压缩有一定导管磨合间隙泄漏，但是由于在压缩阶段的前中期，压力并不是很大，且本机为了节能，压缩比要略低于传 统发动机，只要保证第三排气门导管足够长，且配合精密，将导管的外弧面与气门盖安装为紧配合，存在的泄漏是很微小的。但是其过渡结构空间残留容积丢失是客观存在的，但此处丢失部分气体只是处于压缩的次高部，且其丢失部分将被排气切换机构送入进气缓冲腔体，作为下次压缩的再利用，故对整机效率影响不算明显。在硬件霍尔感应带检测磁力作用下，这个共用的第三排气门要作提前于吐舌活塞弹性摆书到来的先期动作，在保证吐舌活塞头部安全的同时也阻止了多出的润滑机油以及燃烧后的固形残留物流进燃烧室的进气道。“霍尔感应带”的跟踪检测服务，参见说明书附图之附图-5所示，以硬件最优先动作完成提前关闭第三气门③。在驱动气门接近到位时，为了防止气门磁力线圈与磁铁的大力撞击，设置了气门到位检测片

，再参见说明书附图之附图-12，通过双向光电开关信号以硬件电路去控制磁力线圈⑨的通电磁力，同时磁力结合面②涂以薄层缓冲胶作为双保险机制。

5.燃烧前期的机油回收机构以及泄漏回收、转气循环机构的设计方法：本机的密封与润滑有四大部分，其中第四部分为独立燃烧室的特殊地方，由于机油供给稀少，即使多出也只能燃烧做功(用结构密合与时间控制达到最小够用即可)；端面密封与润滑的动摩擦片之内侧油槽为离心渗透润滑，没有多出机油。而其外侧的多个“鱼刺”状的油槽所产生的“截油润滑”以及吐舌活塞的头部密封摆书的前后圆角、侧边斜槽以及摆合间隙缺口等都是“截油润滑”，这几个地方的截获量，随着机油压力的波动，都会有多出的实际消耗量，因机油粘度的阻滞性而聚集在吐舌活塞头部摆书的最前沿，它们也是密封的一部分；同时，因为吐舌活塞运行安全的考量，各分散的进、排气门组都为安全的提前于头部到来的强制提起 约定，而在第二压缩进气阀的进气口也安置了挡污片⑦进行再次提前拦截，参见说明书附图之附图--13，所以这个机油多出量都无法进入燃烧室，所以它的出路只有两条，参见说明书附图之附图--11，一部分在吐舌活塞压力下再次压回到固定密封区的机油主油道中，大部分在压力下顶开机油回收阀

的内限压弹簧被送至回油管道，经过一段较长的路径冷却后从侧小孔送到机油滤清器，在机油滤清器内进行机油、气体、污物三分离。具体的机油回收阀结构组成见说明书附图之附图-13图文说明。(另外，当用重油作为发动机燃料时，压缩比会选用的比较大，以及发动机环形气缸尺寸设计较大时(500mm以上)，这个简易的机油回收阀就有点耗能了，为取得更好的经济效益，建议采用本机的“防爆震电磁阀”的结构形式对这个机油回收阀略作修改，即在吐舌活塞将第二压缩进气口完全封闭的短暂延迟下，从霍尔感应带上取出一个中断关程序键点进行同步检测的方法，以电磁力方式即时卸去机油回收阀的弹簧预顶力，将末端收集混合物，很轻易的送到机油滤清器中。)但在选用较小的压缩比时，末端耗能并不多，且结构相对简单些。本处的重点是阀芯的锥形密封面与定子配合良好，其限压弹簧的整定压力略高于燃烧室内的最大终极压缩力，由收油阀体的螺纹旋入深度而确定其弹簧的顶力，之后用其上的辅助螺帽进行锁紧即可。

尽管本发动机在多方面都进行了处心积虑的优化设计，也采用了相对良好的“密封陷阱”方法，以保证密封与润滑的高效运行；但在实际运行中，动态密封的无形泄漏仍然无法避免，为此，本机设置了综合泄漏气体的回收装置，这个回收物的形成是多方面的，一方面机油在使用过程中会产生部分碳氢化合物；另一方面是压缩、做功冲程中的高压泄漏以及结构性泄漏而排出混合气体，还有机油回收过程中也会有部分气体成分被压回到机油滤清器，分离之后的气体将再次的“吐出”，因本机的特殊结构特点，所有泄漏都进入机油储藏外室，并最终在定子外室的上方被顶盖⑥密封形成浮动“气田”，此时在定子的末端进气管顶上方装置一个很小的单向出气阀即可。它由塑料阀体、轻质塑料浮球组成，参见说明书附图之附图-14，由于浮球④的自身重力作用，定子机油箱内滋生的所有气体只能单向的通过气体回收座⑤进入末端进气管③，所以任何泄漏都得到了充分的利用，本发动机的“HC”环保指数很高。

由于本机以模式“排废气/吸新气、压缩/吸新气、做功/转存新气”循环进行工作，单缸出勤率为1/3，这样一个循环节之中有两次进气一次利用，而多出的一次则作为过渡循环需要，为了节约能源提高效率，这个多出的一次要送回到进气端，为此本发动机设置了进气缓冲腔⑦，参见说明书附图之附图-15，这个部件的内部经过热障处理，其容积比气缸扩张后的总容积大出较多，以便足够盛下气缸转存过来的预热气体；(进气缓冲腔形状尺寸全貌见说明书附图之附图-18说明)，前置排气座

接收三个排气门

送来的预备分流气体，系统根据运行进程将这个气体进行了准确的分类，即使为废气，系统也根据当前工况对有利用价值的某段进行回收再利用，那个转气切换闸门⑥受步进马达②驱动，根据临场指令将前置排气座送来的气体进行准确导向--废气排出机外，而中间循环未燃烧的气体 则送回进气缓冲腔⑦进行再次利用；“过炉预热”的空气使压缩比配置降低了，从而提高了 整机的能源利用效率。

6.超高空燃比的三高聚能环燃烧室与吸纳、吐出联动机构的设计方法：

本设计者在这里强调一点，所谓的超高空燃比是个期望值，而且是与当今较为成熟的“GDi”模式技术相比较而言，本机的方法参见说明书附图之附图-9、16，这是个一端收缩的锥桶形特殊结构的燃烧室内胆，它的外围用阻热而致密的保温材料

进行隔离处理，且所有压缩进气管道的内壁全部的热障处理，还有转子、定子的部分背向密封的弧段面也进行局部的热障处理，尽可能做到中间过程的最大安全的最小热传导，以求达到最高的热膨胀动能效率，这与传统发动机的做法有本质的不同，由于传统发动机气缸、活塞及连杆机构传动的特殊性，它们不可能承受很高的温度，所以活塞气缸周围必须辅以强大而快速的散热，导致其燃烧室内各处的温度很不均匀；而本机因这些逆向常规方法，采用的是稍微降 低的压缩比、大排量模式。由于火源中心被框定在外挂的独立燃烧室内胆内，而火焰口周边已经用联动防火罩

进行了最为有效的隔离，故燃烧室内的喷油点火就类似如“核反应堆”原理方法，参见说明书附图之附图-9的图文说明，在此将燃烧室内胆打造成简易高效的“四 形流”结构即可，具体原理参见说明书附图之附图-16，参看其中之-A图所示，从定子汇总进气口引来的集中气流在锥桶的小端以弯切而收拢的角度旋入进来，便开始了在桶内的加速旋转，因为离心力作用，气流会迅速向“桶底”大头旋流聚能，在一个特定时间后(不一定要最先预喷，在压缩约1/3时期左右最好，可有效避免高浓度成分趋向放气口)即刻喷出最大空燃比的够着火当量的汽油进行第一次的中速掺合，它紧随其后与气流大军同步成混合气；由于在桶内火花塞跳火点的前位加装了中间开式的

形导流板，其综合气流所蓄积的最高浓度便趋于跳火点的周围，在气流聚集的同时，由于火花塞背靠气流放电桩的圆滑过渡处的挡流作用，已经汇合的气流在此处会发生即时的翻滚，又由于

形导流板尾部的收敛效应，再次的将气流趋向跳火点，从而形成了燃烧室内的滚流效应，另外由于燃烧室内部放流出口的前沿部位，设置了一个平滑过渡的楔形抛流塌台，且两边为高斜率的内倾式展开，高速旋转的气流会因此分为三拨同时散开了，中间一拨气流的高浓度成分会因为斜度惯性的改向而不至于被甩向压缩放气口(此处已经被上次的燃烧残留的最高浓度成分提前占驻，后续会被新气挤压而退守到压缩开、关门机构的所有运动空隙)，汇合到达桶底的旋流又因为斜升导流板的作用被再次的推向燃烧室的进气入口处，与新进来的气流大军作进一步的加速汇合，见其中之-B图所示，气流大军进一步加速，随着后续气流的不断涌入，跳火点处的汇合聚流、滚流等杂流不断的加强，斜坡凸起及侧面导向作用也在不断的推进，所形成的内部大局气流类似如气象态的“油气高温龙卷风”效应，有所不同是形成了以跳火点处混合气浓度最高而以斜面凸起为分流导向的三股散开的渐次略低浓度的定向环流带。(复合环流带具有很大的惯性动能且温度相当均匀，其实里面的不仅仅只有“四流”，气象态异常复杂。)

再参见说明书附图之附图-9，在整个压缩过程中，一直有不断增大的燃烧室膨胀压力顶衬着开门柱塞④，将力引向传动齿条，也一直由专门的紧邻燃烧室的伺服开门电机③用动态式增大的静磁力反向顶住齿条上的柱塞开门拉力，以保持压缩放气门的严密关闭，之后，系统ECU检测到这个外置燃烧室放气口的“霍尔压缩开门极点”，指挥紧邻燃烧室的开门电机③释放这个方向的磁顶力，辅以即时的点火，最高浓度区域跳火点出即刻点燃，并迅速沿混合体三高聚能环带向空间迅速蔓延，形成了三道“滚动雷电”式先期火源环带，此时电喷咀以“散平雾状”逆向大局涡流喷出当量功率输出的汽油，对当前燃烧的气体“火上浇油”，逆向混合最为均匀，燃烧更加迅猛，爆发压力也进一步上升(由结构特点分析可知，实际的瞬时燃烧效果更优于“HCCI”方法)，紧跟二次喷油的末期，系统ECU程序指挥开门马达③给出与柱塞开门机构同向的磁转拉力，将放气门以合力式的快速拉开，直至最后完全打开压缩放气门⑥，防火罩

也紧跟的同步盖住了楔形密封放气座的火口处的密封面。燃烧的高压气流冲开放气口挡油片

快速的涌向环形气缸，驱动转子吐舌活塞转动而对外做功。由于转子被驱动时吐舌活塞伸出面积为由小变大的趋势，而驱动压力则由大变小，所以产生的驱动力矩在这个黄金爆发力阶段趋于平稳，这个结果要远好于传统发动机的正弦力矩效果；且做功维持时间约300度转角。

至于使用柴油作为燃料，则进入另外的既定模式程序进行工作。为了避免开门柱塞在高压大力开门到位而发生撞击噪音，系统对开门马达同向拉力后仅保持一个极其短暂的时间，随后即失电浮动，且在开门距离到位2/3的后期，柱塞进入到其尾部弹簧缓冲以及机油顶闷的“临时封闭”区间。还会继续运动，临时“封闭”的机油会因压力而泄漏缓冲，最后由弹簧

接位顶住。而关闭压缩放气门时，封闭区间的单向钢球

会及时解除负压。

这里解释一下“霍尔压缩开门极点”，它是指在压缩冲程终了后，转子吐舌活塞的弹性摆书的运动后沿刚刚到达燃烧室放气口的前沿(等效为机油挡片

的外摆沿)，这一时刻位置命名为“霍尔压缩开门极点”，因为在即刻大混合燃烧正在开始，压缩放气门在这个位置打开最安全且最为有用，硬件电路上设置独立的极点传感器，可以用单片机的中断程序同步的监测出来并予以驱动马达③执行打开压缩放气门动作。(视各工况不同，可用单片机内定程序修正相应时间进行补偿。)

可以想见，即使不进行二次汽油的补射，更低怠速而高效的低耗燃烧方式都可以成行，综合指标更优异于“GDi”技术的分层燃烧效果，本缸在人机交互控制板发出的“系统指令”里面，已经清楚的知道所使用的燃料是什么类别的汽油或柴油，如是汽油其最低预喷量、点火时长，在模块里面已经设定了。至于以柴油作为燃料，本缸ECU系统不给点火模块以任何指令。

由于锥桶形燃烧室内胆处于持续的相对高温，即使系统在排气冲程，它内部的残留温度仍然很高。要求内胆材料具有很好的热稳定性、耐酸碱性，其周边的隔温填充罩

要求致密而稳固，阻温性良好；内部的非燃烧的相对运动的冗余空间尽量窄小，且对靠近燃烧室的相对运动部件进行必要的热障与导热处理，即：对接近燃烧室的一面尽量阻止热量传递过来，而对无法避免又传导过来的温度要及时的传导散出。已经从燃烧室内扩散至燃烧室外壳的热量，从机油滤清器送来专用油管对其进行最快速的大流量冷却。至于压缩放气门的密封平面的防火保护问题，见说明书附图之附图9，在其中也材做了必要的详述。

7.分动与联动的进、排气综合气门组机构的设计方法：由于舍弃了传统发动机的所有凸轮配气机构，仅仅保留了“内凸伸缩式”气门件，且是“公主”型的轻便气门，运动惯量就很小了，这样便于使用“直线电机”式的控制方式，以取得很好的运动加速度以及到位控制性。为了取得更小的进气阻力，以及更大的膨胀做功角度，本发动机的综合进、排气门组配置方式为：“2.5+2.5”模式，这个0.5表示为“半个气门”，因为发动机定子内缸工作面的设计为“平滑圆弧过渡的收缩、扩张”形式，在气缸收缩的末期以及扩张的开始部位，气门头部的运动空间受到限值，只有主气门的行程约1/3左右，故而名之0.5气门。见说明书附图之附图-17、18中的第三排气门总成

与第一进气门总成

，其余为完全行程气门，最大行程量约为吐舌活塞的总吐舌行程的1/2左右.由于气门组较多，为了制造的简易性，气门总成

、

与

、

分别对称，其安全滑块长度形状基本相同(配合

气门的略短)，与不同气门配合的滑块终端滑轮的直径略有不同，其它零部件四者之间可以通用。其动作保护原理以及在前述第二项有详细的说明，参见说明书附图之附图-6图文，本处将两个“半气门”做个交代。

其中

气门参见说明书附图之附图-17，它是个特别“气门”，准确说其实是个辅助的释放真空式的电磁阀；在吐舌活塞头部的弹性摆书处于固定密封区中心与霍尔压缩放气门的前沿区间(约为35度左右)，这一区间对吐舌活塞的弹性摆书后沿将会出现临时真空现象，增加此“气门”就避开了这一负面效应，同时也让进气更加及时而充分。其头部的锥形密封阀芯与定子配合处需保证磨合精密，以防止逆向漏气。

第二个“半”气门

的具体结构参加说明书附图之附图-12，为排气冲程出气、进气压缩所共用的综合结构，辅助马达⑧驱动二位单通阀芯⑤决定了它的临场作用，在前面的第三大点里面已经说明了原理，到位保护也一并做了详述。

其它的共质特性气门

、

与

、

情况，参见说明书附图之附图-19，它们的感应驱动磁铁为四极强磁(两对)，单磁极宽度等于线圈衔铁的厚度，约为吐舌活塞伸缩总行程的1/2，这样，当一个推拉动作到位后，衔铁与强磁刚好处于“全合”相吸状态。而不需要另外的到位刹车，避免了气门与缸体的过渡撞击所引起的噪音。(注：气门总成

的结构支架略有不同，它利用了转气支架管道作为它的一部分，此处不做备述。为了更为安全考虑，也可以另外使用行程光电开关作为提前到位的保障。)

这些气门组都要受ECU系统的机动控制，而相应的越位提起电路的执行动作具有最高优先等级，以确保吐舌活塞头部“弹性摆书”的安全，在运行过程中，各配合进、排气门组动作频繁，对于其运动路径中的可能磁交联感应件，应保证其足够的距离间隙；另外，尽量阻止气门杆对强磁的过热传递，防止退磁。 (对于本发动机来讲，因为分气门总成都浸泡在机油中或在机油的喷洒冷却中，就是保证定子机油箱的油面高度不致过低即可，用一极限位置传感器检测之。)重要的是气门安全钢带⑦的疲劳寿命问题，尽量选用较大直径的过渡滑轮，可以考虑使用链条式传力过渡方式或者钢球关节传力过渡方式，那样就没有钢带的疲劳问题，只有关节磨损问题，只是结构稍微复杂些，本处暂略之。(重要提示：由于气门为长圆形，工作过程中膨胀应力在长边表现很大，出于安全考量，定子的长孔中心横梁宽度要足够，在必要地方设置加强筋。)

8.压缩内止点前的防爆震卸压装置的设计方法：既然本发明发动机设为柴油、汽油的双燃料使用模式，为了应付油品的临时变化状况，本机增设了在使用汽油时的防爆震 卸压装置，位置布局见说明书附图之附图-16、18的图文说明，其处于独立燃烧室的中心位置，发生爆震后的放气出口卸回到进气缓冲腔，具体结构原理见说明书附图之附图-20所示，即在独立于定子桶形燃烧室的底板圆心处开有一深锥度圆孔，与其配合的是一个等效锥度的精密锥形密封传力杆⑤通过弹簧④紧紧的压着，弹簧的预备压紧力通过其安装于定子前面端盖的预紧力螺母③进行调整，此时弹簧的动作顶力将超过燃烧室爆炸做功时最大压力一定的比例，在传力杆⑤的尾部安装有同步的圆形二极强力磁铁②，与这个磁铁配合的是一个固定于进气预备腔上的磁力线圈①，为了使磁力线圈准确的对强力磁铁发生作用，利用装在轴承压盖上的两个检测传感器

、

的信号一直监测转子上吐舌活塞的准确位置，结合当前所处冲程状态(只对压缩、做功检测)，在这两个冲程中对这个防爆震磁力线圈①施以不同极性的预备电压将产生不同的作用；在压缩内止点前(等效于传统发动机活塞的压缩上止点前)，对这个防爆震磁力线圈施以一定等级的减力电压，这样对强力磁铁产生的磁力会抵消预压弹簧④的部分动作顶力，使其对燃烧室内部压力的动作极限值维持在最大压缩比的压力上限的数据上的一个安全比值，(由本机适用的油品标号通过实验确定下来)；一旦由于油品的低质误差或因内垢沉积压缩比过大而发生了爆震现象，爆震压力将及时顶开预压力弹簧④将爆震气流卸入到进气预备腔。而一旦转子的吐舌活塞越过了压缩内止点，系统会及时的撤销这个减力电压，此时预压弹簧④又恢复到预定的最大爆炸压力设定值。(也可以施以一定的增力电压以减小此部位的气压泄漏或者补偿弹簧顶力的下降，视发动机使用时期情况而定，通过控制面板设置。)

另外，在爆震发生的同时，这个传力杆⑤的运动也会将线圈内顶部的轻触开关临时接通，ECU系统将依此记录爆震发生频度，如果动作过频(假如连续发生两次或三次，由工厂实验数据得出特别结论。)，则当前工作缸向系统总线发出报警信号，人机交互控制板进行新的工作状态裁决，再向总线发出广播信号，通知当前油品被系统诊断为偏离标号的汽油，各缸将对排气门的动作时刻进行相应的微调，以降低到更安全的压缩比，从而让发动机进入一种“特别油料”的运行方式，同时辅以调整喷油量，让转子基本速度趋于油门设定值或维持略低功率状态，这一压缩比直至当前速度下当前油品用完或者速度降低、喷油减少才结束，并被系统恢复为原定压缩比。直到下一次发生“爆震”后，ECU系统将再次的重新审定，长此的跟踪下去从而保护了发动机的运行安全，也达到了其“非标”汽油的安全利用。在发动机控制系统程序里面，ECU里面已经驻留了几种常用油料及非标油品的燃烧特性所对应的压缩比调节与供油程序。(由工厂试验具体参数决定！)

9.整机内部散热的附加转子轴流泵功能机构的设计方法：本发动机的结构模式让同行很是诧异，不仅把曲轴连杆及正时齿轮室配气机构都丢掉了，同时也没有使用传统发动机必要的冷却液系统，但是冷却功能却以最精简的方式保留下来--以大流量的机油进行润滑+冷却；为提高热膨胀效率，已经对独立的涡流燃烧室内胆进行了全方位隔温处理，对压缩进气道也进行了必要的热障处理，同时对转子与定子的非密封配合的弧面区的的相关表面涂以热障层；这与传统发动机方法似乎完全颠倒过来了，传统发动机因为连杆活塞缸套组件不可能承受很高的温度，无奈的须要散热良好，而本发动机是独立式的涡流燃烧室，它的高温破坏仅局限于燃烧室的周围，而其周围并没有什么相对快速的运动件，这样的比较下来，热效率能达到一个崭新的高度完全可能。

尽管对本机进行了必要的多方位的隔热式保温处理，但是运行中的各种热量散失与热量滋生仍是客观的无形存在，为此利用转子总成端部适当位置的线速度进行导油冷却，参见说明书附图之附图--21，利用转子总成前后动密封片、静密封座的阻隔功能，加之吐舌活塞轨道限位轴承范围区的有效遮挡，从而形成了转子总成前后端的有效屏障，在转子总成的前后盖板的合理位置加工出三个45度刃角的“导油叶”切口，以及在吐舌活塞本体的调整片压板上也加工出一个45度刃角的导油叶切口，它主要为转气承力螺栓及活塞本体散热所用，这样使之径向上基本平衡对称，如此的一前一后的再次对称设置，便形成了转子总成上最为简易的“八叶轴流泵”功能。前切油、后推油的连续运转，转子总成内部的驱动流量还是很大的，加之吐舌活塞总成在转动径向上的伸缩作用，转子内部的机油被不断的搅动，又由于发动机端盖的前后转流管⑥的联通作用，定子气缸外围的机油流量与转子总成的所有浸油区的流量就完全的一体化了。虽然机油的比热容只有水的一半(约1800kJ/kg左右)，但在足够高的流速驱动下，整机的散热效果还是相当不错的。可以推导的是燃油利用的热膨胀效率上升了，其等效残留温度就当然的就不会很高。从转流管⑥送来的机油进入机油滤清器后，大部分流量经输流管送到涡流燃烧室外承压壳体进行散热，小部分喷出滤清器后进行油腔冷却，同时对各进、排气门组进行了有效的散热。

关于转子总成内部的机油，它整体随转子总成作同步的转动，它的综合转动惯量也是转子总成的重要组成部分，靠近转子总成圆周边缘的机油线速度很高能量很大，为提高效率，转子的前后盖板上的切口位置在圆周半径的1/2处左右即可，宽度与长度由转速、功率综合确定。本机的各缸安全盘上加工有结构性的四连整体式导风叶，运行中对机体外部进行大端面空气散热。

10.单缸的电路硬件、软件设置与多缸联合运行的通讯方法：以上九大要点，设计者已力尽详细的说明了本发动机的硬件设计原理与实现方法，但更多的是从较为宏观的机械角度来作出的描述，由于本发动机结构与传统发动机有本质的区别，最为显著的特点是舍弃了传统发动机的机械联动式的配气方法，修正为：1).对有可能发生重大运行隐患的多个内凸伸缩运动的进、排气门增设强制的安全监督机构，见之前的安全保障机构的详细说明；2).最大限度的利用霍尔检测，配合单片机的软、硬件控制电路，以驱动本发动机的变形配气机构，达到或超过传统发动机配气机构的相应效果。鉴此，本发动机的监测配置就显得尤为重要；参看说明书附图之附图-18的图文说明。(具体发动机的各单缸驱动伺服板

与所有传感器组合等涵盖了其单缸机组的软硬件驱动，部分硬件驱动电路板安装在各进、排气门组的最近处，在机油流体中方便自身散热。电路原理图、程序流程图在此略之。对于多缸的同轴串联或者分散式的多缸同驱并联，它们之间的通讯方法都遵循指定首末缸的“拍肩式递次循环”做功方式，它们之间的级联相位差分配为：β＝3*360/n，因本发动机各缸都进行了自平衡校正，可以独立工作，它们仅遵循最简单的“123、123…”或者“1234、1234...”的循环方式即可，也接受传统发动机的错开相位的做功方式，如“1342、1342…”等，其内部ECU驻留之软件都有多方法应对规则，且接受主控制板的统一管辖。)

其基本工作原理是这样的：参见说明书附图之附图--22，由于各缸组内嵌的执行驱动程序完全相同(各缸自己的单片机里面都固化了多种可能情况状态的程序代码，原则上执行来自主机指令所排序的递次循环做功方式)，首先将所有成员缸组按照临场分布的相位差分布用联轴器或者万向节进行缓冲平衡式的连成一体，(见图中文字说明部分)；将所有成员缸的“USB总线”与人机交互控制板总线并接起来；并将各成员缸的自身控制板的拨码开关与级联相位差顺序一致，这样就现场指定了谁是“第一”缸组，分步启动过程就从此缸开始。(不采用USB 通讯系统主机分配从机的随机地址方式，各从机的最开始启动程序即报告硬件拨码开关数据，这样主控制板收到信息后进行系统重新定位，以便使主从通讯的报文内容更加简洁，执行指令更加快速)；从停机状态的多缸组发动机的启动开始，此时断开外输出离合器，人机交互控制板向系统总线发出“预备”的广播信号，各缸收到指令后接着发出自身状态响应，控制板通过各回复信号知道了管辖成员缸的综合状态，(人机交互控制板发出的“预备”指令包含了油料类别、系统作战总成员数量以及分配的做功顺序，例如：最高二位代表油料类别(00常用汽油、01非标汽油1、10非标汽油2、11适用的某种柴油)，柴油情况就不用预喷点火；紧接着的三位是表示当前组合的所有参战成员总数，再后面的2位表示做功四种排序方法，这样所有各缸就完全知道应该响应谁的“拍肩式”的递进喷油做功指令，从而进入有序的待命状态，最后1位表示指令来自主机。)在全部待命就绪的情况下，向总线上发出准“启动”运行信号，各缸在电路驱动下都全部的拉起进、排气门组，把各缸的压缩放气门全部拉开，且第三共用气门内的换向阀切到“进气”一边(关闭排气)，仅各缸第三共用气门执行硬件电路的既定升、降避让动作；这样使各缸均处于非压缩状态(各缸的燃烧室进口弹簧的阻力负载并不算太大)。此时，总启动引擎接通备用电源，带动所有多缸同轴级联的转子总成同步转动，随即润滑系统与高压共轨系统的燃油标称压力建立，等转过几周后，各缸转子的组合体即上升到足够的速度，具备了相当大的转动惯性动能，被指定之“第一”缸组到达固定密封区以后，立即关闭压缩放气门，开始以“缺油式的循环节”步骤推进，进、排气门组开始以特别的关闭与开启的排气、压缩切换组合截获一定量的预压气体，共用气门以及内置的切换阀以正常运行的时序进行工作，从而将这缸所截取的一定进气量的新鲜气体进行机体内外的经过进气缓冲腔式的大循环，在气缸、燃烧室内经过多次的重复压缩与放出。(截取量视启动马达的最大扭矩以及最低稳定怠速值而定，中途修正排气门动作时刻适当的补给一定量的压缩泄漏的进气量)，同时监测前置排气座内最具有代表性的某段路过气体的即时温度，待其达到相当的“等效值”后，表明这个指定“第一”缸的压缩温度是足够达到“着火点”了，(如为汽油燃料即进行预喷，)在下次的压缩终了且在压缩放气门的霍尔压缩开门极点时，进行即时的喷油(点火)，进而在开门马达与内压缩开门压力的共同作用下拉开压缩放气门，之后通过再次检测前置排气座处排出的“经过燃烧”的气体温度，如果它确乎的已经着火燃烧了，经过连续两次的着火之后，说明这缸可以对外做功出力了，随即的主控制板将启动引擎进行断电脱离处理。“第一”缸在对外又“再次做功”前的固定密封区的中心点处，向系统总线上发出“递进指令”告诉既定顺序的“下一”缸组，这个系统分配的“下一”缸组将据此跳转到相应的“运行程序段”，可能它暂时还来不及执行对应的标准硬件动作，但它在这次已经着手准备了，并按照这个“递进指令”尽可能的执行步调一致的跟进校正的机构动作，在再下一次的“递进指令”提示下，时序上就完全的步调一致了，以此进入了当前“下一”缸组的正常工作状态。同理，“下一”缸组的再“下一”缸组的处理过程也是据此的逐步叠加推进。最后控制板通过总线上的所有成员的有效信号数知道全部都正常启动了，再次以广播形式向系统成员发出控制速度的具体指令，所有成员都记录下来作为后续的行动纲领，待速度相对稳定后通过离合器的缓缓接通，系统各缸组进行相应的跟踪喷油量调速，并最终对外输出既定的扭矩功率。控制板发出的“启动”就只有速度信息与全员附加运行信息，例如：最高3位代表要求的7档速度等级，“000”表示立即停机。后四位表示应对当前运行的所有应急指令，如紧急刹车、省缸运行(或包含对汽油的预喷量)等，最后1位表示指令来自主机。这些指令尽量简洁，能传达足够的信息量即可。假如某缸组因故障暂时退出对外做功状态，其在特定时刻的关键“拍肩”时序指令仍然准时给出，而对于因线路故障没有收到“拍肩”时序指令，在这种情况下的当前成员缸照常在之前点位工作，但是它发出的“拍肩”指令附带有不同的特定信息，这由人机交互控制板对系统总线上的所有信息进行严密的监视，它以“总指挥”的最高权限，进行运行过程的再部署。

运行过程中，系统成员缸组在执行“自身循环节”程序的最空闲时段给出其综合参数放到总线上，以便主控制板掌握全局运行情况，并据此作出新的工作部署；而指定的“第一”缸组有报告当前实际运行速度的义务。它所发出的“拍肩指令”就包含了对速度调控的相应喷油量信息，其它成员缸都以此作为喷油时间依据。人机交互控制板的输入接口除了面板上的诸多必要的操作按键外，还有面板上可手动的档位旋钮。作为道路运行中的机组，另外配置便于驾驶员操作的脚踏式的刹车信号以及调速旋钮，这些综合各路输入的待处理信号都经过控制板ECU进行优先权的级别仲裁后，向系统总线发出相应的控制命令。 (当然，还有其它编码策略与通讯方法。在此不作赘述。要求系统总线信号传输屏蔽良好、可靠。)

Claims (9)

1.本发明给出了一种机动式完全力矩转子(内燃)发动机的主要设计方法，主要的权利要 求有以下九大机构实现方案的设计方法：1.吐舌活塞动态滑行的轨道跟踪以及转子动平衡补偿机构；2.吐舌活塞运行前后沿的安全保障机构；3.转子总成与气缸的动态密封及润滑机构；4.第三排气出口与进气压缩进口切换共用机构；5.机油回收、泄漏回收以及转气循环机构；6.超高空燃比的三高聚能环燃烧室及吸纳、吐出联动机构；7.分动与联动的进、排气门组综合机构；8.压缩内止点前的防爆震卸压装置；9.整机润滑散热的附加转子轴流泵功能机构；

根据权利要求1所述，吐舌活塞动态滑行的轨道跟踪以及转子动平衡补偿机构的技术特征是：作为配合主体之一的定子气缸，其内壁径向分布被加工成“主圆区+变进圆区+内收缩极点区+变出圆区”这一多圆弧完全内切式形状格局，在其内配合一个具备规定厚度的标准圆形转动件作为转子的主体，在这个主体上开一个从转动轴外沿包围处至外圆全切的轴向直通缺口作为吐舌活塞总成的配合安装位置，吐舌活塞总成在缺口内作有限的径向往复滑动，它与一个绕主体转动的推拉架铰链式连接，推拉架上有限位轴承；为了配合吐舌活塞在气缸内的动态密封转动，在定子的前后端盖上加工出按定子内壁形状呈现“修正式等距收放”的的预顶压力的轨道，这个推拉架尾部的两个轴承配合在这个转子前后端盖的轨道中，以此确定吐舌活塞主体的修正式跟踪运行轨迹；在吐舌活塞总成的顶端安置一个可以作有限对称式双向摆动的书卷式密封头(或叫弹性摆书、弹性铁卷)，这个“弹性摆书”的长度与吐舌活塞主体相当，且与转子的轴向的累加前、后密封片后的总长度精密配对。宽度上选型为足够旋向摆动范围的变形密封即可；厚度上由足够数量的钢卷尺式弹性薄片叠加成整齐规则的外形(内页有部分不等宽)，之后开中心孔叠压，通过拉扣件紧密的安装在吐舌活塞的头部，从而形成了以吐舌活塞总成的轴向转动中心线为对称的“自动适应式”的理想变形贴合密封功能。

其次，转子在转动过程中，吐舌活塞推拉架总成会随时与转子滑槽做相应的伸缩运动，运动的结果会改变其转动整体的动态质量重心位置，在不加动态平衡补偿的情况下，转子主体将会有旋向震动；为此在推拉架上加工出对称的同步齿条，齿条带动过渡齿轮，进而将吐舌活塞与推拉架的运动量反向的传递到附带齿条的4个动平衡块上，4个动平衡块质心的改变量总和与吐舌活塞推拉架质心的变动量作出反方向的抵消处理，以达到动态平衡的效果。

2.根据权利要求2所述，吐舌活塞运行前后沿的安全保障机构的技术特征是：由于吐舌活塞总成在转子上的伸缩运动，而进、排气门组在环形变圆气缸内为垂直径向内凸式伸缩布置，且由电动磁力作为其控制分气门提升与按压的驱动，假定系统指令在受到某种干扰或者气门线圈的意外失压的情况下，将会发生吐舌活塞弹性摆书的前、后沿与侧边圆滑而锋利的内凸式气门的硬性碰触的可能，这就相当危险；为此，规避危险的方法是：首先，将进、排气门组的各成员安装位置拉开足够的圆周角度距离；其次，将转子、安全盘通过主轴连接，达到完全的刚性同步，安全盘上安置有“同步范围”的检测磁铁，电路硬件上设置了与各气门区间相应同步的对磁性敏感的“霍尔感应带”电路板，这个“霍尔感应带”的分传感器所输出的信号以同步的硬件驱动其终端电路磁力线圈，对气门杆尾部安置的强磁作出近距离感应，以此来保证电力驱动的提前动作；第三，由于转子、安全盘通过主轴达到刚性同步，在安全盘上加工或安装一个同步跟踪于吐舌活塞前、后沿安全的“凸缘监督地带”，在气门的尾部配置有软性的连接钢带或链条，钢带的另一尾部通过滑轮的换向传递，与气门安全滑块以及回位弹簧同步，各安全滑块安置于结构稳固的组合滑座上，其上的小滑轮近距离的配合安全盘的“凸缘监督地带”，在上述不利状态出现的情况下，通过“凸缘监督地带--安全气门滑块小滑轮--气门钢带--气门”的联动过程，将吐舌活塞当前转动方向的气门同步的提前拉起，避免了吐舌活塞头部的前后边沿与气门发生直接的物理碰撞的可能。在正常情况下，这一监督作用略微滞后于电磁力驱动一个短促的时间，所以安全滑块上的小滑轮不会与安全盘的“凸缘监督地带”发生接触现象。

3.根据权利要求3所述，转子总成与气缸的动态密封及润滑机构的实现方案由三大方面组成，其技术特征是：第一，定子气缸内壁径向被加工为“主圆区+变进圆区+内收缩极点区+变出圆区”这一形状格局，其中“内收缩极点区”是转子总成与定子气缸的固定密封区，由三个动态密封条及其底下的6个正弦弹簧片进行动态密封与磨合补偿，外机油泵的标称压力施加于所有密封条的自由空隙与摩擦面之间；其第一、第三密封条为气密封条，中间密封条在结构上加工出两侧边的多个泌油缺口，且两边油槽缺口相互错开一定的中心距离位置，为气密封+泌油润滑；当这个吐舌活塞离开固定密封区，形成可靠的转子、定子主体密封润滑；多出机油被第三密封条刮除拦截。而当吐舌活塞头部内缩而进入气缸的固定密封区与中间封条接触时，由于“弹性摆书”过渡圆角空隙的存在会泌出“较多”的机油，并被吐舌活塞运动时的前、后外沿所带走，机油带出量由圆角间隙与长度形成的容积以及机油压力所决定，且因为离心力作用一直附着在弹性摆书的外缘；作为对称式的“弹性摆书”在后续转动润滑的可靠保证，附带的具备一定的动态密封作用。在压力机油进口处设置一止逆钢球，用以防止做功冲程的膨胀高压通过机油管向外临时泄漏；第二，转子总成与气缸的前后端盖的端面密封，由轴向安装在转子端部的前后动密封片、前后端盖的静密封片以及密封圈组成，动密封片上加工有圆周分布位置的“鱼脊”状的若干个错开位置的旋向内、外沟槽，其多个内槽一直接收由转子前后端驱动离心力甩进的机油充入其中；而多个外槽则接收由经过“固定密封区”的中间密封条端部斜槽时高压机油的强压灌注；这样均布的多次的内、外机油灌注保证了动、静密封片的可靠润滑。端盖的静密封片为一个带中压部位开口的“巨形活塞环”，其外缘跟随环形气缸形状而有所过盈配合，原理与传统发动机气密封活塞环类似，首先具备足够的弹力以径向的方向作用于圆周各配合密合处，形成张力密封，其次靠外端盖压板一侧设置了以中间开口为边界点及轴线向内的密封圈围成的“密封陷阱”，由于动静密封片间相对转动的变位密封，真实的密封面积总是小于“陷阱面积”，所以“陷阱面积”总有足够的弥合压力来保证静密封片轴向的推向转子的动密封片，气缸内产生的压力越大，静密封片产生的弥合压力也跟着更大。固定密封区三个密封条之间有两个“漏区”，为此，在静密封片的对应地方设置了以调整式配对密封小片进行补偿；至于静密封片的中间开口处，则用相对软质的铝片或耐磨橡胶进行等隙填充，客观上可能存在一定的临场相对泄漏，由于在中间地带，加之转子以吐舌活塞主体为做功分界点，所以相对泄漏时间很短且此处压力为总行程的“半分”处，故而泄漏量相对微小。第三，吐舌活塞总成在转子的滑槽安装片内有两个侧面的摩擦滑行配合，其两摩擦面及补偿密合片上加工有足够的纵横沟槽，在滑动过程中会有足够的机油充入槽中进行润滑。而当处于做功冲程时，会因膨胀压力形成于吐舌活塞总成运行方向的后端面的“微量间隙”，且由于膨胀压力的加大，这个“微量间隙”会有所明显，这时候在吐舌活塞的这一面，增设的吐舌活塞阻漏转刀会因自身弹力而发生无形的即时“旋转”，旋转的结果会及时堵住这个“微量间隙”，同步的防止了膨胀高压向转子内腔的泄漏。至于吐舌活塞经过燃烧室放气口时，也由于放气口的弹性摆片的单向遮挡即时堵住弹性摆书边沿的离心机油，保证了吐舌活塞润滑的全程连续，确保了环形气缸相对摩擦面的整体润滑。

4.根据权利要求4所述，第三排气出口与进气压缩进口切换共用机构的技术特征是：本发动机的总排气门设置为两大一小组合，在排气末期只有最后小气门即第三气门作尾部排气，它与压缩主进气口共用，为分清具体功能的动作界限，在此增设了排气最后出口与最先压缩进气口的切换机构，机构主体为一个二位单通柱球阀，阀体尾部拉杆安置在最后排气口通道一侧，其上加工有齿条，受步进马达齿轮所驱动，在时序上接受系统特定程序的指令跟踪动作，为缓解排气开门的可迟性与进气压缩关门的快速及时性的矛盾，在燃烧室压缩进气口的前沿特别增设了一级止逆弹簧阀。这个二位单通柱球阀的切换分界点设置在压缩冲程的内止点，即接近进气压缩终了就立刻切换到辅助排气口的一端，也因为压缩止逆弹簧阀的存在，使得这个二位单通柱球阀及其驱动机构动作频度舒缓了许多时间，故而大大的提高了机构操作的使用寿命。这个第三共用气门会对压缩有一定导管磨合间隙泄漏，但是由于在压缩阶段的前中期，压力并不是很大，且本机为了节能高效压缩比要略低于传统发动机，只要保证第三排气门导管足够长，且配合精密，存在的泄漏是极其微小的。但是其过渡结构空间残留容积丢失是客观存在的，但此处丢失部分气体只是处于压缩的次高部，且其损失部分将被排气切换机构送入进气缓冲腔体，作为下次压缩的再利用，故对整机效率不会明显下降。而这个共用的第三排气门更要作提前于吐舌活塞弹性摆书到来的先期动作，在保证吐舌活塞头部安全的同时，也阻止了多出的润滑机油以及燃烧后的固形残留物流进燃烧室的进气道。在电路设计上，“霍尔感应带”上有一特定位置段的所有传感器都为它进行跟踪检测服务，以硬件电路逻辑最优先动作的提前关闭这个第三排气门。

5.根据权利要求5所述，机油回收、泄漏回收以及转气循环机构的技术特征是：第一是增设了固定密封区最前沿的机油回收装置，在环形气缸的最前末端，加工有一小孔，它与一个缸外机油腔的最高压缩限压阀经阀芯隔为两边，此阀芯由弹簧顶住，阀后腔连有一个回收管，蜿蜒的直接通往本缸的机油滤清器中。由于吐舌活塞的头部弹性摆书所带出的机油，以及转子动密封片有多个旋向“鱼脊截油沟槽”经过中间密封条，中间密封条的侧边射油沟槽向这些沟槽不断的充住机油，虽然经过一路润滑，在一路有所轻微的消耗，但是仍有许多机油残余下来，最终由吐舌活塞的头部弹性摆书的运动前沿又一路的收集在一起，由于系统程序对全部进、排气门组有提前规避吐舌活塞的机制，这个收集物不会从所有进、排分气门口排出，在吐舌活塞转过接近一周的末期，这些收集混合物将被短暂的强力挤压，当中有极少部分容积被挤入到固定密封区的机油主压力区，对润滑系统的影响很小。它们当中绝大部分将突破阀芯弹簧的最高限制压力迅速充入到回收管，经过管路散热之后被送入到机油滤清器中，在那里将进行脏污过滤以及混合气分离，经过滤芯后，干净的机油回到主润滑系统。分出的气体将浮游在气缸外壁的机油腔的上部，与整机在各个循环冲程中从密封系统结构中无形泄漏的气体进行汇合，由设置在那里的泄漏回收装置再次的送入到进气口，进行二次的压缩燃烧，从而达到了环保的最高要求。

而这个泄漏回收装置是一个的简易的“透气单向阀”，在阀芯出口放置一个轻质浮球，在重力作用下临时堵住单向气体出口，而机油箱上盖将机油箱与外部隔离，当机油箱体内出现了吸气负压或者机油箱出现轻微正压时，气体将这个浮球临时顶起，气体即刻涌向进气口前庭，从而进入二次燃烧。

由于本机以模式“排废气/吸新气、压缩/吸新气、做功/转存新气”循环或者“排废气/吸新气(气缸预喷射)、压缩/吸新气、做功/转存新气”循环进行工作，两种模式由使用者现场油料情况确定，单缸出勤率为1/3，这样一个基本循环节之中共有两次进气而只有一次参与燃烧利用，而多出的一次则作为过渡循环需要，为了节约能源提高效率，这个多出的一次就要再次的被送回到进气端，为此本发动机设置了进气缓冲腔，这个部件的内部经过热障处理，其空间容积比气缸完全扩张后的总容积略大，以便足够盛下气缸转存过来的预热气体量；为此，设置了旋转切换闸门，这个切换闸门接受外部的步进电机的双向同轴驱动，根据需要在系统指令的电路作用下，准确的将气缸排出的气体导向至废气排出口还是进气缓冲腔。

6.根据权利要求6所述，超高空燃比的三高聚能环燃烧室及吸纳、吐出联动机构的技术特征是：在本发动机的系统如果已经分配既定缸的工作过程为压缩状态，此时发动机的此缸全部进气门组根据功率要求状态依次打开，主排气门全部关闭，独立的外置于定子上的燃烧室的放气门关闭，由此进入压缩状态，假如系统指定了当前为汽油燃料的状态，根据GDi技术的流程，在进气冲程结束，系统将第三共用气门临时打开，同时步进马达由程序驱动将排气与压缩进气二位单通阀切换动作，紧密的关闭第三排气出口，压缩进气通道打开，之后气缸里面的封闭进气被转子吐舌活塞不断的压缩，经二位单通阀导向，立即冲开止逆弹簧阀进入主进气道，同时冲开第二压缩进气口弹簧压力进入压缩进气支道，形成集合体后，从桶形燃烧室的小头一端切旋进入到燃烧室内，在压缩进程达到1/3行程左右，喷油泵向燃烧室喷出一定空燃比剂量的汽油；

关于这个燃烧室共有三层的紧包结构，最里面为桶形燃烧室的薄壁内胆，它被设计成内部折流而聚合离分的特殊空间结构，在其指定的放电点火处设置“\/”形聚流板，燃烧室内胆外部除进出口外都被致密的阻温填充料隔离保温处理，以便使燃烧室内的压缩气体升温的更快更均匀，以此适当的降低压缩比，提高整机效率；最外层是铸造于定子的固定密封区外的燃烧室缸体，为整个燃烧室压力的全方位包围圈。这个切旋进入的气流在内部进行不断的离散而聚合运动，且与新进的气流再次的旋向混合而进一步加速，将预喷的汽油进行高度的多方位混合，最后形成以燃烧室内的“\/”形聚流板后端的火花塞跳火点处为聚密中心的三开环高浓度区域，“\/”形夹角与其内部聚分滑板的形状决定这个三环的开度；一直到转子的吐舌活塞越过定子环形气缸的前、后进气口才宣告压缩过程结束；为了可靠的打开压缩放气门，设置了内压柱塞开门机构，由压缩压力开门柱塞、齿条拉杆、开门马达以及开关放气门缓冲件组成，在这个压缩过程中，一直有不断增大的燃烧室膨胀压力顶衬着开门柱塞，将力引向传动齿条，也一直由专门的紧邻燃烧室的伺服开门电机用不断增大的静磁力顶住齿条上的柱塞开门拉力，以保持压缩放气门的严密关闭，之后，系统MCU检测到这个外置燃烧室放气口的“霍尔压缩开门极点”，指挥紧邻燃烧室的开门电机释放这个方向的磁顶力，辅以即时的点火，燃烧室内油气混合体从三高聚能环带开始着火向空间迅速蔓延，形成了三道先期火源环带，此时电喷咀以逆式涡流方向喷出适量的等效功率输出的汽油，从而与先期燃烧的气体，再次的掺和均匀，燃烧更加迅猛，爆发压力也进一步上升，紧邻喷油结束后，系统指挥开门马达给出与柱塞开门机构同向的磁拉力，将放气门以合力式的快速拉开，直至最后完全打开压缩放气门，燃烧的高压气流快速的涌向环形气缸，驱动转子吐舌活塞转动而对外做功。至于使用柴油作为燃料，则进入另外的既定模式程序进行工作。为了避免开门柱塞在高压大力开门到位而发生撞击噪音，开门马达同向拉力后仅保持一个极其短暂的程序时间，随后即失电浮动，且在开门距离到位2/3的后期，柱塞进入到其尾部弹簧缓冲以及机油顶闷的“临时封闭”区间。还会继续运动，“封闭”的机油会因压力而泄漏缓冲，最后由弹簧接位顶住。而关闭压缩放气门时，封闭区间的单向钢球会及时解除负压。这里解释一下“霍尔压缩开门极点”，它是指在压缩终了之后，转子吐舌活塞的弹性摆书的运动后沿刚刚到达燃烧室放气口的前沿，这一时刻位置命名为“霍尔压缩开门极点”，因为压缩燃烧的放气门在这个位置打开最安全且最为有用，硬件电路上设置独立的极点传感器，可以用单片机的中断程序同步的监测出来并予以执行。

7.根据权利要求7所述，分动与联动的进、排气综合气门组机构的的技术特征是：本发明发动机也舍弃了传统发动机的进、排气门联动机构，采用的是“有序自由+强力监管”的综合进、排气门组，每一个位置的分气门采用“强磁+变极线圈”的直线电机驱动方式，改变线圈的电流极性，便达到轻巧的上提与按压气门的效果。对于不同环形缸径的发动机，可以采用不确定数量组合的综合进、排气门组；以达到实际客观需要的功率与速度要求。这些气门完全受到系统MCU的支配而得到必要的过程控制，在电路支配失效或特定的的情况下，将受到与转子同轴的安全盘上的“安全监督凸缘”对相应位置的气门尾部的小滑轮的强行操作，拉动安全滑块，从而提起气门。

8.根据权利要求8所述，压缩内止点前的防爆震卸压装置的技术特征是：由于本发明发动机设计成可用两油(汽油、柴油)或更多油品工作方式，在使用汽油的时候，为了应对由于油品的原因可能发生的爆震现象，本发动机在独立于定子桶形燃烧室的底板圆心处开有一深锥度圆孔，与其配合的是一个等效锥度的精密圆塞通过弹簧紧紧的压着，弹簧的预备压力通过其安装于定子前面端盖的螺母进行调整，此时弹簧的动作顶力将超过燃烧室爆炸做功时最大压力一定的比例，在圆塞的尾部安装有同步的圆形二极强力磁铁，与这个磁铁配合的是一个固定于进气预备腔上的磁力线圈，为了使磁力线圈准确的对强力磁铁以及传力圆塞发生作用，在由转子同步驱动的安全盘上安装有对应转子同步位置的检测磁极与前端盖的轴承压盖上的两个霍尔传感器进行配合，这样，发动机在转动的过程中，MCU系统通过这两个霍尔传感器以及前端盖上的“霍尔感应带”是一直知道转子上吐舌活塞的准确位置，在压缩、做功冲程中对这个防爆震磁力线圈施以不同极性的预备电压将产生不同的作用，在压缩内止点前(等效于传统发动机活塞的压缩上止点前)，对防爆震磁力线圈施以一定等级的减力电压，这样对强力磁铁产生的磁力会抵消预压弹簧的部分动作顶力，使燃烧室内部的压力极限维持在最大压缩比后的最大压力一定的允许比例，一旦由于油品的低劣误差发生了爆震事件，爆震压力会及时顶开弹簧将爆震气流卸入进气预备腔，同时这个圆塞的运动也会将线圈顶部的开关临时接通，系统会因此记录爆震的次数以及频度，进而对本次注进的油品做出新的评估，进而通过对进、排气门组运行的相应调整，来适当的调低压缩比，从而让发动机进入一种“特别油料”的运行方式，而一旦转子的吐舌活塞越过了压缩内止点，系统会及时的撤销这个减力电压，也可以施以一定的增力电压以减小此部位的气压泄漏或者补偿弹簧顶力的下降。

9.根据权利要求9所述，整机润滑散热的附加转子轴流泵功能机构的技术特征是：本发明发动机的转子内部充满了机油，其机油的内含质量也是转子转动惯量的重要组成部分；由于前后端盖的轴承轨道区的有效遮掩，形成了转子前后盖板的分界区，对转子的前后盖板及其吐舌活塞上密合平衡调整片压架进行特别加工，一起有两两对称的前后共八孔的呈45度的斜锋切口，从而形成了转子的轴流泵功能；机油通过机油进管口→转子总成前机油腔→四个切油进口→转子总成内腔→四个切油出口→转子总成后机油腔→机油出管口→机油滤清器→定子外燃烧室散热→机油箱，在受转子主体旋转切油驱动的过程中，对转子内部的重心平衡机构、吐舌活塞机构、轨道跟踪机构的所有机构零部件以及定子上分布的分动进、排气门组及多辅助驱动马达或驱动线圈的所有零部件都进行了良好的润滑与散热。

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