CN1485527A - 橄榄形活塞旋转增压内燃发动机 - Google Patents

Abstract

橄榄形活塞旋转增压内燃发动机，由汽缸、活塞、动力输出轴和增压器等主要构件组成。活塞在汽缸中绕动力输出轴旋转，当活塞到运行一定位置时，能与汽缸壁最大限度地接近，可以获得任意大的压缩比，使用任何燃料。同时，密封件设计成面密封，保证了密封的可靠性。燃料在压缩空气中燃烧，形成的膨胀燃气推动活塞做旋转运动，并带动动力输出轴旋转，产生扭矩对外做功。

Description

橄榄形活塞旋转增压内燃发动机

(一)技术领域：橄榄形活塞旋转增压内燃发动机是利用燃料在压缩空气中燃烧，产生的燃气膨胀推动一横截面形状似橄榄形的活塞，在一圆形汽缸内旋转并带动动力输出轴旋转的，具有进气增压特性的燃气内燃机，属内燃机工程技术。

(二)背景技术：自奥托发明了汽油机、狄塞尔发明了柴油机后，内燃机的研究一直围绕提高发动机效率、降低油耗，降低污染、减小体积、重量开展。但至今为止，广泛制造和使用的往复式发动机活塞及传动连杆的惯性问题，进、排气机构的复杂性及动力损失问题，三角活塞旋转发动机密封问题、不能有较高压缩比问题、可靠性和高成本问题没有得到根本解决。

本发明，以提高发动机的效率为根本目标。主要通过解决现有发动机存在的以上所指出的问题为途径，采取让活塞做旋转运动、提高压缩比、在汽缸容积一定的情况下加大充气量以及使发动机的构造更简单的手段来实现。同时，达到发动机的运行可靠，使用寿命长。

(三)发明内容：

本发明的发动机由发动机汽缸、活塞、动力输出轴、空气增压器等主要构件组成。汽缸边线近三分之二为圆形边，其余边为椭圆形边，整体近似圆形。汽缸的两侧有缸盖。活塞的横侧面为橄榄形状。发动机在启动时，由发动机动力输出轴将外来动力输入，带动活塞在汽缸内旋转，同时通过齿轮或轮带传动带动离心式增压机旋转。增压机将空气压入汽缸，并由旋转的活塞将空气进一步地压缩至本机设计的最高压力，此时将燃料(任何可燃的液体燃料)通过喷油嘴喷入汽缸和活塞上设置的凹陷构成的燃烧室内。在足够的压缩比下，燃料自燃，产生高温高压气体，推动活塞做不固定圆心旋转并带动发动机的动力输出轴旋转，对外做功。

对照现有内燃发动机，本发明有如下差异及优势：

1、效率高。与往复式发动机相比，因本发明设计的活塞运动几乎是按照动力输出轴的圆心运转，没有较大的往复惯性，不存在为克服往复惯性而有较大功率损失的问题；该发明没有进、排气阀门构件，因此，不存在为推开阀门而损失功率的问题；本发明活塞直接带动动力输出轴做功，没有复杂的动力转换构件，较少磨擦损失；本发明在汽缸排气时，由于排气口可设计的较大，排气快结束时，废气压力小，所以比往复式发动机排气的动力损失少。与三角活塞旋转发动机相比，本发明压缩比设计余地大，可以适用于任何燃料的发动机对压缩比的要求。而且，由于密封可以做得可靠，增压成为可能。因此，在提高效率上，其潜力远远超过三角活塞旋转发动机。另外，该发动机通过调整汽缸直径大小和采取风冷或小面积油冷的措施对发动机的汽缸燃烧做功区的工作温度进行温度调控，从而省去液冷汽缸机构所消耗的动力损失和给制造带来的复杂化。再次，该发动机因其单向旋转的特点和可以调整缸径大小以及进排气口的位置，使燃气在汽缸中膨胀时间得到控制的原因，可以做到对发动机的排气温度进行控制，以充分利用高温气体热能，最大限度地用于做功。

2、构造简单，生产成本低。本发明的发动机构造相对与往复式发动机简单，零部件少。主要构件只有汽缸、活塞、密封件、动力输出轴、增压器等，无进、排气阀门机构，无连杆、曲轴系统，制造工艺简单。相对于三角活塞旋转发动机，制造精度要求低，汽缸加工也较三角活塞旋转发动机的外旋轮线形汽缸加工简单。因此，造价更低。

3、低污染。该发动机因燃料在汽缸中燃烧时间较长，可以使燃料得到充分的燃烧，因此对减少NOx的产生是十分有利的。其他污染废气，因该发动机有相对较高的效率，污染也会相对较低。

(四)附图说明：

图1是发动机气缸体横截面图。该图除描绘了汽缸体横截面的情况外，还反映了离心式压气机和进、排气道的布置。汽缸体上的进、排气口设置成一个，在进气道和排气道之间设有挡气板，挡气板可以转动，其转动的动力来自于燃气的排放压力和经增压器增压的空气(作用原理请看图4、图5介绍)。其作用是：当挡气板转向排气口时，挡气板挡住排气口的大部分，汽缸开始进气，当挡气板转向进气口时，挡气板将进气口堵住，汽缸中做功后的燃气开始通过排气管向外排除。

图2是发动机活塞横截面图和动力输出轴纵向图。活塞为空心，中间安装有圆柱状的动力传输杆。活塞两尖端开有安装径向密封构件的半圆凹槽。径向密封是由一外部包有两个弹簧片的半圆形柱构成，它安装在活塞上的安装槽内。当同活塞一同装入发动机汽缸内时，在弹簧片的张力作用下可与汽缸壁和活塞紧密结合，并能够沿汽缸壁自由滑动和在活塞安装槽内转动，起到密封作用。同时，因径向密封构件与汽缸壁的接触是面接触，还可起到减轻活塞对汽缸壁压力的作用。动力输出轴中部是球形，球形中心有一圆孔，孔的直径与活塞上的圆柱状动力传输杆的直径相同，动力传输杆从此孔穿过，形成动力传输机构。

图3是发动机的主要构件组合状态下的图。从该图可以看到，动力输出轴的轴心位于汽缸中心的偏下位置。

图4、图5是发动机的工作原理简图。显示本发明的工作原理。

(五)具体实施方式：

橄榄形活塞旋转增压内燃发动机在当活塞运转到如图4所示的位置时，发动机的压缩比达到最大，此时喷油嘴向汽缸内喷油，引燃被压缩的空气，活塞在膨胀燃气压力的作用下，在汽缸壁和动力输出轴的约束下绕动力输出轴的轴心旋转。与此同时，在活塞的另一弧面，由于大部分燃气已经排出，燃气的压力小于在进气道内经增压的空气压力，挡气板被推向排气道一边，经压缩的空气开始冲入汽缸，并排挤余下的燃气从留下的排气口处排出。

当活塞在膨胀燃气的推动下运转到如图5所示的位置时，燃气通过进、排气口向汽缸外排气，因处于刚排气阶段，此时的排气压力大于被增压的空气压力，因此，挡气板被推向进气道并将其通向汽缸的口堵住，挡住空气的进入。排气口此时达到最大，燃气迅速排出。与此同时，在活塞的另一弧面的空气压缩区，刚才进入的空气正在被压缩。

Claims (5)

1、活塞在汽缸中做旋转运动。橄榄形活塞旋转增压内燃发动机其特征是活塞横截面为橄榄形状，发动机在工作时，活塞在汽缸壁和动力输出轴的共同约束下，绕动力输出轴的轴心旋转，而非如往复式发动机的活塞做往复运动。

2、没有进、排气阀门机构。减少了动力损失。

3、就一个汽缸来说，橄榄形活塞内燃发动机动力输出轴每旋转一周，活塞旋转一周，汽缸内燃气两次膨胀做功，与四冲程或两冲程往复活塞发动机相比有更高的工件利用效率，对减轻发动机重量十分有利。

4、橄榄形活塞内燃发动机设有离心式空气压缩机，主要用于对自然排放后尚未排出的燃气进行排挤，促使其进一步的排出。同时，为发动机充新鲜空气，并有增加充气量(即增压)的作用，这即是称为增压发动机的原因。橄榄形活塞旋转内燃发动机的充排气原理与二冲程往复式内燃发动机的充排气原理相同，但效果更为理想，因为该发动机的排气时间可以更长，排气口可以设计得更大。

5、橄榄形活塞旋转内燃发动机与三角活塞旋转发动机两者有本质的不同。首先两者活塞的形状不同，一个是橄榄形状，一个是三角形状；其次两者活塞顶端旋转时运行的轨迹不同，三角活塞旋转发动机的活塞三个顶端的旋转轨迹是所谓的外旋轮线，而橄榄形活塞旋转发动机的活塞的运行轨迹是近似圆形。第三密封构件不同，一个是面密封，一个是线密封。构造的不同解决了三角活塞旋转发动机固有的压缩比低、活塞径向密封性差、可靠性差以及加工要求高的问题。

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