CN85100486A - 摆动活塞内燃发动机 - Google Patents

Abstract

摆动活塞内燃发动机，包括曲轴、连杆。摆 动活塞、气缸体等主要零件，一个摆动活塞和气 缸体形成二个或四个工作气缸。发动机可按二冲 程或四冲程原理工作。气缸体采用水冷，摆动活 塞采用水冷或油冷。新机型功率大、重量尺寸小， 结构简单、制造成本低，经济性同于往复式内燃 发动机。新机型工作可靠、运转性能好，零件受 力、受热情况良好，曲轴出力矩均匀。在相同外 型尺寸和转数下，新机型的功率可比往复式内燃 机的功率提高十倍左右。可制造汽油机、煤气机、 柴油机以及压缩机。

Description

一种采用摆动活塞的多缸内燃发动机。

本发明根据国际专利分类表属于F01C9/00有摆动活塞机器或原动机。

在已有技术中西德专利，专利号1601818，为四连杆曲柄摆杆机构，这专利是二缸汽油机，用火花塞点火。摆动活塞实际上形成四个气缸，上面两个为进气压缩气缸，起扫气泵的作用，下面两个为工作气缸，发动机按两冲程工作原理工作。这专利存在如下的问题：1.在进气压缩气缸和工作气缸之间的换气未能妥善解决，在进气压缩气缸和工作气缸之间采用了三种形式的换气结构：（a）采用相同于往复式发动机中的气阀和弹簧来构成控制进气的自动阀，这种气阀结构复杂，质量大，只能适合于发动机低转速下运行，对气体流动压力损失过大，甚至一般低速往复式压气机中也不能采用这种气伐结构。（b）另外采用两种气口换气的形式，均在气体密封上存在问题，过大的气体漏泄不但降低了发动机的效率，而且导致发动机不能正常工作。2.对工作气缸的排气未作妥善的考虑，每一个工作过程中排气口均和曲柄箱相通，造成曲柄箱中滑油受到排气管中窜入废气的污染，同时在排气管中带走了滑油。3.在上面两进气压缩缸采用同一进气口，进气口放在气缸的中间，每一循环中吸气的有效冲程很短，吸气量很小，远不能满足工作缸对进气量的要求，大大降低了发动机功率和效率。如采用增压，在进气口中通入压缩空气，那发动机上面那部分结构就变得完全多余了，整个机型也就不属于这个专利了。4.由于结构方案本身的局限，使有关零件十分单薄，在结构强度，摆动活塞密封，冷却上均存在很大的问题，而在设计上未能妥善的予以解决。

在已有技术中法国专利，专利号2375439，为四连杆曲柄摆杆机构、摆动活塞形成四个工作气缸，上面两个为工作气缸，下面二个为代替扫气泵的进气压缩气缸，摆动活塞中有气口，能对外界自动吸气，并对工作气缸气口直流扫气，形成二缸二冲程工作，发动机也能高速运转。这一专利的优点是在简单结构下具有自吸能力，缺点是有效冲程太短，大大降低了发动机的功率，而且曲柄箱和进气缸相通，会造成滑油大量被吸入工作气缸，设计中对这点未能作出妥善的解决。

考虑到现有内燃发动机的不足之处，本发明的目的是提供一种功率大，重量尺寸小，结构简单，运转性能良好，经济性等同于往复式内燃发动机，可采用多种燃料，多结构形式，多用途的新机型。

一、发明简介

新摆动活塞发动机是无圆筒形活塞，采用曲柄摆杆原理工作，每一连杆驱动四缸的特种内燃发动机。新发动机设计合理，在相同外形下的工作容积和功率可比往复式发动机大十倍左右，发动机有良好的密封和润滑，采用双水内冷结构，燃烧室可采用开式和半分开式，涡流室、预燃室等任一种形式来布置。新摆动活塞式发动机可按二冲程工作原理工作，也可按四冲程工作原理工作。发动机的平衡性极为良好，可做到整个机构的惯性力和惯性力偶的完全平衡，因而发动机转速相应的得到提高。单连杆驱动四个工作气缸的工作，输出力矩极为平稳，远胜于往复式四缸的工作。一个连杆传递了四个缸的工作，可由于连杆受力的均匀化，传递功率增加了四倍，最大作用力却比往复式四缸中的一个缸最大作用力下降了二点五倍，大大改善了连杆轴承和曲柄轴承的工作。发动机主要型线为圆形，加工方便，制造成本低，生产周期快，不需特殊工夹具，对机床也无特殊要求，一般中小型工厂就可以制造。主要材料为球墨铸铁，曲轴用40号铬钢，设计中全部采用常用机械设计原理，技术上无任何新的难点和困难。

除单连杆驱动四缸外，也可用一个连杆驱动二缸，实现气口直流扫气二冲程发动机。这一结构更适合于制造多个摆动活塞串联布置的大功率发动机。

目前已设计100马力/3000转/分四冲程汽油机，120马力/2000转/分四冲程柴油机，212马力/2000转/分二冲程气口迴流扫气柴油机，108马力/2000转/分有自吸能力的二冲程气口直流扫气柴油机和108马力/2000转/分无自吸能力的二冲程气口直流扫气柴油机。有全部加工图纸。

并初步设计了具有四个摆动活塞，四个连杆，十六缸大功率二冲程气口迴流扫气中速船用发动机，45000马力/300转/分。和具有四个摆动活塞，四个连杆，八缸大功率二冲程气口直流扫气中速船用发动机，25000马力/300转/分。外型尺寸仅相当于近代国外6000马力/520转/分，12缸V型四冲程柴油机的大小。

新发动机由于功率大，重量尺寸小，运转性能良好，特别适用于机车和船舶，也可用于农机和汽车、拖拉机。

二、新摆动活塞式内燃发动机工作原理

往复式发动机是四连杆曲柄滑块机构。新的发动机将往复运动的活塞用绕固定轴线摆动的摆动活塞来代替，因此定名为摆动活塞内燃发动机。

摆动活塞发动机保持了往复式发动机的曲柄连杆机构，但将往复运动的活塞（滑块）用绕固定轴线摆动的摆动活塞（摆杆）来代替，形成四个工作气缸。A、B、C、D，用同一曲柄连杆控制四个缸的工作，每一缸可按二冲程或四冲程工作原理工作。

图1、摆动活塞式单连杆四缸四冲程汽油机、煤气机、天然气发动机总图。

图2、摆动活塞式单连杆四缸四冲程柴油发动机横剖面总图。

图3、摆动活塞式单连杆四缸二冲程柴油发动机横剖面总图。

图4、摆动活塞式二冲程气口直流扫气柴油发动机（有自吸能力）

图5、摆动活塞式二缸二冲程气口直流扫气柴油发动机（无自吸能力）

图6、图7，大功率多个摆动活塞串联整体布置二冲程气口直流扫气柴油发动机横剖面图及总装配图。

图8，四连杆十六缸二冲程气口迴流扫气大功率中速柴油发动机总装配图。

摆动活塞式四冲程发动机中，每一活塞构成四个工作气缸。发动机每边有四个气门;二个进气门，二个排气门，一对进排气门控制一个缸的工作，另一对进排气门控制另一个缸的工作。而摆动活塞四冲程汽油机，煤气机、天然气发动机以及气体压缩机采用侧置式气门，摆动活塞四冲程柴油机采用顶置式气门，摆动活塞二冲程柴油机采用气口换气的型式。在四冲程和二冲程发动机中，摆动活塞的结构有很大不同，二冲程发动机的活塞下部有特殊的半圆环，用于不换气时遮住气口。每缸工作同于往复式四冲程或二冲程发动机：进气→压缩→喷油燃烧→膨胀作功→排气。

分析这种机型在如下方面保持了往复式发动机原有的特点和优点：

往复式发动机具有良好的气封，对发动机各部件有妥然的冷却和润滑，对运动件、对工质燃烧、零件受力、受热、磨耗等方面均有成熟的工作经验。

新摆动活塞式发动机，有相近于往复式发动机的运动机构，因而可运用往复式发动机多年来成熟的经验来设计和制造，工作可靠性好。摆动活塞式发动机也就有相近于往复式发动机的气封结构和冷却、润滑结构。气封可实现多道面接触密封条，每道密封又可采用圆柱密封的交接方式。即周向密封和端面密封，用向端面弹出的小圆柱来交接。摆动活塞式发动机可采用多道面接触密封条，气缸工作型线为圆型，无密封条的径向跳动，作用于密封条的惯性力和弹簧力始终不变。

在气缸的每一工作过程中，可以在缸壁布油用作润滑，（如往复式发动机）然后又用油封刮油回收。壳体采用水冷，摆动活塞可采用水冷或油冷，有足够的冷却通道，用充分的冷却水或压力油来冷却和润滑。并保证了各部件的强度，整个布置又是十分紧凑的，发动机的燃烧情况也相类似于往复式发动机，不象转子发动机在燃烧柴油时又会遇到许多新的课题。

因为在密封、冷却、润滑、燃烧、运动构件的强度问题上有和往复式发动机相类似的地方（如曲轴、连杆可用往复式发动机的设计经验来设计，轴承受热也小），因而成功的把握就大，可以在主要方面应用往复式发动机多年来成功的经验。

而在如下方面这种机型由于跳出了往复式发动机原有的框框，产生了新的特性。

1.摆动活塞式发动机用摆动活塞构成四个工作腔室，由同一曲柄连杆驱动，如按四冲程工作原理工作，曲柄每转一周即工作两次，在同样条件下，往复式发动机四冲程，曲柄每转一转只工作 1/2 次。摆动活塞式发动机所做的功即为往复式发动机的四倍，输出力矩的均匀性也比往复式发动机好。

2.摆动活塞式发动机曲柄连杆布置紧凑，摆动活塞四冲程发动机，连杆长度可比往复式发动机小，因而整台机组的高度也相应的低。而每一摆动活塞构成了四个工作腔室，发动机所占空间充分得到利用，这就构成了摆动活塞式发动机工作容积和功率的大大增加，或同样功率下重量尺寸的减少。

3.往复式发动机往复件运动时有多级惯性力，很难得到完全平衡，因而限制了发动机转数的提高，而且在不高的活塞线速度下发动机平衡性仍不够理想。

摆动活塞式发动机按四连杆曲柄摆杆原理工作，运动件的惯性力在曲轴和摆动活塞上加平衡重就完全可以得到平衡，因而发动机的平衡性极好，并可相应提高转速。

分析摆动活塞式发动机四连杆曲柄摆杆机构的平衡：

图9、摆动活塞式发动机四连杆曲柄摆杆机构的平衡：

1-曲柄 2-连杆 3-摆动活塞 m₁-曲柄的质量

m₂-连杆的质量 m₃-摆动活塞的质量

K₁-曲柄的质心

K₂-连杆的质心

K₃-摆动活塞的质心

欲使机构惯性力（合力）得到平衡，必须使机构的质量（总）的中心K的位置保持不变，即x_k＝常数，y_k＝常数。

下面用静代换法平衡四连杆机构，首先如图所示将构件1、2、3的质量m₁、m₂，及m₃分配到铰链0和A，A和B，及B和C上得：

M_1A+M_1O＝M₁;M_1A（L₁-S₁）＝M_1OS₁

M_2A+M_2B＝M₂;M_2AS₂＝M_2B（L₂-S₂）

M_3B+M_3C＝M₃;M_3BS₃＝M_3C（L₃-S₃）

解以上各式得：

M_1A＝M₁(S₁)/(L₁) M_1O＝M₁(L₁-S1)/(L₁)

M_2A＝M₂(L₂-S₂)/(L₂) M_2B＝M₂(S₂)/(L₂)

M_3B＝M₃(L₃-S₃)/(L₃) M_3C＝M₃(S₃)/(L₃)

由上结果可知分配到A和B铰链上的质量MA和MB为：

M_A＝M_1A+M_2A＝M₁(S₁)/(L₁) +M₂(L₂-S₂)/(L₂)

M_B＝M_2B+M_3B＝M₂(S₂)/(L₂) +M₃(L₃-S₃)/(L₃)

因为分配到铰链O和C上的质量已无惯性力产生，所以要使机构能够平衡，只需平衡铰链A和B的质量，也即在构件上加对重的办法来达到使机构的总质量中心K的位置保持不变。在摆动活塞上加平衡重G₂（质量m₂′）使质心移至C点。在曲轴上加平衡重G₁（质量m₁′），使质心移至O点。且两点间量的比值保持不变。则总质心K在O、C两点的连线上且位置保持不变，机构即达到平衡。

若对重的迥转半径r₁和r₂为已知，则其对重G₁和G₂的质量m₁′和m₂′可用下式计算：

m₁′gr₁＝m_AgL₁;m₂′gr₂＝m_ggL₃

当加上对重G₁和G₂后则铰链O和C集中的质量m_O和m_C的大小为m_o＝m_A+m₁′+m₁₀;m_C＝m_3C+m_B+m₂′机构的所有质量（包括对重在内）的重心K应在OC线上，且 (OK)/(CK) ＝ (m_C)/(Mo) ，根据以上配置对重的办法，发动机的惯性力已做到了完全的平衡。

具体步骤为：1）找到连杆的重心，称出连杆的重量，将连杆的重量分为两部分，分别加到摆动活塞和曲柄上。

2）摆动活塞上加上连杆分配的那部分重量，再加上摆动活塞销的重量进行静平衡和动平衡。

3）曲柄上加上连杆配置的重量，进行静平衡和动平衡。

这里采用静代换法，所以以上的平衡只做到了机构惯性力的完全平衡，而惯性力偶尚未做到完全平衡。

所以这种平衡还不是最严格的，严格来说，一个具有对称平面的构件，质量代换法必须满足的前提是：代换前后两者惯性效应，即产生的惯性力和惯性力偶应该不变。为此必须满足以下三个条件。

（1）总质量不变    （2）质心的位置不变

（3）对质心轴之转动惯量不变。

即：∑m_i＝m_o（1）

∑m_ix_i＝0 （2）

∑m_iy_i＝0 （3）

∑m_i（x² _i+y² _i）＝j_S（4）

一般如只满足部分代换条件即质量不变，质心位置不变，如是可保证代换前后惯性力相等，这样的代换叫静代换。如前面机构惯性力的平衡所作的推导即是静代换，静代换的结果，惯性力偶变了。

如果代换的结果满足了提出来的四个条件，这样的代换叫动代换。考虑动代换后两者的惯性效应是完全相同的。

如一个构件（连杆），它有两个运动付A、B，质心位置在S点。A、B两点到质心的位置分别为r_S1、r_S2。

图十、连杆的动代换和静代换a）动代换、b）静代换。

静代换时将质量m₁′、m₂′分别放到两个转动付A、B上，这时能满足公式中前面三个条件，即：

∑m_i＝m_o，∑m_ix_i＝0 ∑m_i·y_i＝0

即质量不变，质心位置不变，而不能满足第四个条件：

∑m_i（x² _i+y² _i）＝j_S

要同时满足第四个条件，则代换的质量不能同时放在转动付上。

如把质量m放在运动付A上，以质心S为原点，SA为横轴，则A的位置完全确定（x_A＝r_S，y_A＝0），用上面公式可求出另外一个质点的位置和两上质量的大小。

从公式（3） 因y₁＝y_A＝0 ∴y₂＝0

代入剩下三个公式中：m₁+m₂＝m

m₁r_S+m₂x₂＝0

m₁r_S ²+m₂x_Z ²＝Js

得：m₁＝ (x₂)/(x₂-r_s) m;m₂＝ (r_s)/(r_s-x₂) m.

x₂＝- (js)/(mrs)

我们知道，动代换和静代换的差别在于x₂≠r_s，即质量m₂不在铰支B上。两者的转动惯量也不相等。

由于连杆是我们自己设计的，如有目的地改变其质量及质量的分布，即用改变转动惯量j_S，m、r_S的办法来改变x₂＝- (j_s)/(mr_s) ，使x₂接近于r_S。即用调整质量的方法来改变m、r_S、j_S，使另一代换质量m₂也落在转动付B上，大功率发动机的连杆，为改变m、r_S、j_S来调整x₂，可采用高强度的轻金属如钛合金来制造连杆大头轴承盖，即可改变m，重心位置，转动惯量j_S及x₂，使代换质量落到转动付B上。我们知道这样的代换就是动代换，两者的惯性效应是完全相同的。

这时整个机构惯性力已做到了完全平衡。连杆质量保证动代换分配到A、B两个转动付上后就可以分别来进行分析。曲柄作等速旋转，加平衡重后质心通过旋转轴线，因而惯性力和惯性偶均为零，得到完全的平衡。

摆动活塞上惯性力的合力为零，而由于叶片往复摆动存在着一个周期变化的惯性力偶，此惯性力偶等于Mu＝j_C·ε₃，j_C为摆动活塞绕C点的转动惯量等于常数，ε₃为叶片在每一瞬间的角加速度，这一惯性力偶应与机构中的原动力矩合起来考虑。为了不引起发动机的振动，可采用多摆动活塞对称布置，一个摆动活塞从左向右摆动时另一个摆动活塞从右向左摆动，使摆动活塞产生的惯性力偶互相平衡，来做到完全平衡。因而单活塞发动机可做到惯性力的完全平衡，多摆动活塞发动机可做到惯性力和惯性力偶的完全平衡。这就是往复式发动机所没有的一大优点，发动机的平衡性能非常好，而且平衡非常简单，平衡时不需增加任何附件。

4）往复式发动机活塞在运动中产生很大的侧压力，这侧压力造成活塞和缸壁的磨耗，机械功的损失，也阻碍了活塞往复线速度的提高。

摆动活塞发动机活塞的侧压力由于没有活塞轴承的支承，因而不产生活塞顶部的磨耗。机械功损失也可降至很小，这样也就有利于发动机转数的提高。

5）摆动活塞发动机以同一活塞，代替往复式四缸发动机工作的四个活塞，大大简化了机构。

摆动活塞又起到类似飞轮（贮能器）的作用，即以其往复摆动的惯性力来平衡气体高峰压力。这样减弱了活塞对连杆的最大作用力;改善了连杆轴承的受力状况;使单活塞时曲轴输出的力矩，较之往复式四缸发动机更为均匀。

摆动活塞发动机活塞质量在往复摆动中的惯性力偶始终和气体高峰负荷相平衡。往复式发动机，活塞惯性力在四个冲程中只有在压缩和膨胀两个冲程接近和离开上始点时可以和气压力相平衡。在其他冲程和活塞在下始点时活塞惯性力是得不到平衡的。

所以摆动活塞惯性力保持在某个范围内不是有害，反为有利，它可以减轻曲柄和连杆的受力，滤掉尖峰负荷，使输出力矩趋于非常均匀。可根据发动机的工作过程，压比ε，工作转速N，尺寸比例，活塞材料，质量分布，计算出发动机最佳转数，在这转数下，连杆受力最好，曲轴输出力矩也最均匀。

这样一方面发动机强载了，作为主要传力件的连杆、曲柄、传递的功率比往复式单缸机增加了四倍，可是由于所传递力的均匀化，在每一转的每一瞬间连杆和曲柄传递的最大作用力却大大下降了。（下面要介绍这方面的计算和对比，通过计算摆动活塞式发动机用同一连杆、曲柄代替了往复式发动机四个连杆和曲柄的工作，传递的功率比往复式单缸机增加了四倍，可是摆动活塞式发动机的连杆和曲柄所受到的最大作用力却下降了约2.5倍）。这样保证了强度，改善了连杆轴承和曲柄轴承的工作情况，基本上消除了冲击负荷。

这是很大的一个优点，过去人们出于直觉会提出这种误解，即摆动活塞式发动机用一个连杆代替了往复式四个连杆的工作，这一连杆一定过载了，工作情况一定十分严重，可是由于摆动活塞惯性力偶这一良好的作用，这一连杆不仅末过载，而且受力大大的下降了，下面还要论述这一问题，由于同一摆动活塞构成四缸同时工作，所以如以四冲程发动机为例每一冲程中作用于连杆的均为输出功，其大小为W.W＝缸A气体膨胀功-（缸B气体压缩功+缸C吸气消耗功+缸D排气消耗功）。

这样在每一冲程中连杆所传递的功率大大小于相同情况下往复式发动机膨胀冲程连杆所传递的功率。对于吸气、压缩、排气等功率消耗直接由同一摆动活塞膨胀功来传递。不需象往复式多缸发动机，一缸的压缩功需通过另一缸的膨胀功，经活塞-连杆-曲轴-连杆-活塞等多个运动付来传递。这样也大大地减少了机械功的消耗。

对于摆动活塞式发动机，考虑了四缸联合工作，一缸的膨胀功减掉了另一缸进气消耗功，压缩消耗功，排气消耗功，然后才作用于连杆。又考虑到摆动活塞类似飞轮的作用，以其惯性力偶来平衡气体的高峰负荷，这样就大大的减弱了连杆所受的最大作用力，并使曲柄输出的力矩更趋均匀。

以上是定性分析，由于这问题很重要，因此通过详细的计算，下面进一步对照图11来作定量分析：

图11    摆动活塞四冲程发动机连杆受力情况的分析

1）摆动活塞式发动机四缸联合工作，每一缸的工作情况就相当于往复式单缸四冲程发动机的工作情况，一个冲程进气-压缩-点火或射油-膨胀-排气。

对此进行了详细的计算，对四个冲程共分了四十个点来进行计算。共分为四十点，以曲柄转角为横座标，而以一个缸单独工作时转化到连杆上的受力为纵座标。作出压力-转角图。见图十一（1），此图同于往复式发动机的示功图。

图11（1）无剖面线的面积为膨胀功，有剖面线的面积为消耗功，两者相减为单缸工作时输出的有效功。

由此可见，摆动活塞式发动机一个缸的工作相当于往复式发动机单缸的工作。受力极不均匀，点火燃烧时气体压力很高，连杆受力很大，四个冲程中仅膨胀冲程有功率输出，其它三个冲程不仅没有功率输出，反而消耗功率。

2）对于摆动活塞式发动机来讲，四个气缸联合工作，每一瞬间都有一个气缸在膨胀，一个缸在进气，一个气缸在压缩，一个气缸在排气。所以作用在连杆上的力就等于膨胀时作用力减去进气时作用力，压缩时作用力，排气时作用力。以此为纵座标，逐点画出就得到摆动活塞发动机在一个冲程中作用于连杆作用力的变化曲线。这时最大作用力已大大减弱，整个力的变化变得比较平缓。图11（2）无剖面线的对外输出功，有剖面线的为消耗外界功，两者相减的面积为一个冲程的有效功，其他冲程同样可作出相同的变化曲线。

由图11（2）可见功率比往复式单缸发动机增加了四倍，在每一冲程都有有用功输出，而作用在连杆压力的峰值已比单缸时的压力峰值减少。

3）考虑摆动活塞惯性力偶的作用，图11（3）由于在每个冲程活塞的惯性力始终和气体的高峰负荷相平衡。同样分四十点，根据曲柄转角求得各点的角速度和角加速度，活塞的转动惯量，求得惯性力偶后即可化为连杆上的受力。由于叶片起类似飞轮的作用，没有能量输出，也没有能量输入，所以两块面积相同，而和气体压力方向相反。

4）考虑到摆动活塞发动机四气缸联合工作，又考虑到活塞惯性力偶的作用后，真正作用于连杆的力，即为两者的叠加。得图11（4）

由图可见，由于考虑到四缸联合工作和考虑到叶片惯性力偶的作用后，作用于连杆的都为输出功，每一块面积即为单缸时输出的功率，整个冲程中功率增加了四倍，而作用于连杆的最大作用力却大大下降了。根据计算最大作用力比单缸时下降2.5倍，且输出力矩更趋均匀。

这一特性对大功率高压比的发动机更为有利，一方面可大大减轻连杆的受力情况，提高压比。另一方面由于气体压力高，就需要有较大的惯性力偶来和它平衡，当活塞材料一定时，就可以提高发动机的转数，也就可以进一步大幅度的提高发动机的功率。

对于摆动活塞发动机的热效率，理应和往复式发动机完全相同，因为摆动活塞发动机活塞作摆动式的往复运动，很接近于往复式发动机活塞的往复运动。且摆动活塞发动机的活塞有良好的密封。燃烧室可以按往复式发动机最好的方式来组织。摆动活塞发动机热效率就高，而且由于摆动活塞一个活塞连杆驱动四缸，活塞用轴承支承，摆动活塞不和缸壁相接触，这样发动机的机械效率就高，新发动机的有效效率就高。新发动机单位功率的耗油量就可比往复式发动机还稍低一些。

综合以上五点，可看到新发动机结构比往复式发动机简单，功率和转数可以相应的比往复式发动机提高。运转平稳性和输出力矩的均衡性比往复式发动机好。而且照常规说发动机输出的功率增加了，发动机主要零件（连杆、曲轴）受力也会相应增加，会出现强载，但由于发动机本身的特点，连杆和曲轴的受力不仅不增加，反比往复式单缸机有很大的降低。大功率高参数发动机这一降低更具有重大的意义，提高了零件的使用期限。单机可以向更高的转数，更大的功率范围发展。

由于这种发动机本身结构的特点，结构很简单，便于加工，主要型线为圆形，可以车削及镗床加工，不需特别制造工夹具，也不需要特种钢材。零件数少，生产周期短，制造成本低，可适用于各地大量推广。制造这种发动机不需要新建厂。

可用于农业机械、矿山机械、林业机械、起重机械、交通运输，大中小型发电站（用于天然气发电），以及大型船舶和机车。除用作发动机外。尚可用作为各种气体和流体压缩机。

从降低发动机噪声考虑，活塞横向拍击噪声是住复式发动机中最大的噪声源。摆动活塞式发动机中摆动活塞和缸体不相接触，也就大大降低了发动机高频噪声的发射。

三、摆动活塞式内燃发动机结构简介

摆动活塞式内燃发动机主要结构型式为：

1.摆动活塞单连杆四缸四冲程汽油机、煤气机、天然气发动机、特种燃料发动机、低压缩比柴油机。

图一、摆动活塞四冲程汽油机、煤气机、天燃气发动机及二冲程压缩机横剖面图。〔1〕-曲轴。〔2〕-连杆。〔3〕-摆动活塞。〔4〕-气缸体。〔5〕-凸轮轴。〔6〕-气门。〔7〕-径向密封条。〔8〕端面密封条。〔9〕-端面密封小圆柱。〔10〕-气门挺柱。〔11〕-火花塞。〔12〕-平衡块。

发动机采用侧置式气门，主要零件为缸体，摆动活塞、连杆和曲轴。

发动机缸体为两个圆弧形交接的中间壳体和左右壳体。中间壳体上有两缸分隔的气缸头，气缸头的安装是在中间壳体内孔，镗孔和磨光后用螺钉、定位销和中间壳体按图一中所示位置固紧。左右壳体相应的镗出摆动活塞和曲轴轴承座孔。左中右气缸各孔在镗床上一次镗出。中间壳体两侧布置侧置式进排气门，每边两个进气门，二个排气门，一对进排气门控制一个气缸的工作，另一对进排气门控制另一气缸工作，气门座孔从垂直方向向下镗出，每一气门上部有一盖板，打开此盖板，可放进和取出气门，进行研磨气门座等工作。每侧气门用一凸轮轴驱动，凸轮通过挺杆推动气门作往复运动。调整挺杆长度，可改变气门的开度。为调试时能任意改变凸轮角度，采用装配式活动凸轮，每一凸轮两侧面有36个齿，每次调整可改变10度。气缸、摆动活塞材料为球墨铸铁，连杆、曲轴和凸轮轴用45号铬钢制造。

摆动活塞中镗有内孔，镗孔中装配用锡青铜制造的轴衬，然后滑动套合在45号铬钢制造的光轴上，使摆动活塞能往复自由摆动。摆动活塞和气缸头之间形成四个工作气缸，通过单曲柄连杆机构控制四缸的工作。摆动活塞上布置径向和端面密封，用板弹簧向外弹出。密封条和缸体内圆弧和端面保持面接触，可多道布置。径向密封和端面密封交接处用向外弹出的圆柱体来进行交接，交接处留有少量的热膨胀间隙。图一中用符号E表示摆动活塞未能完全密封的一小段，在此段中用左右缸体向摆动活塞弹出的小圆柱来密封。

摆动活塞可采用油冷或水冷结构，图一采用的是油冷结构（在柴油机方案中介绍摆动活塞的水冷结构）。冷却滑油从支承摆动活塞的圆柱轴孔中通入（此圆柱配入左右缸体的镗孔并轴向一端用凸缘一端用螺丝压紧）。滑油从支承轴的径向孔中流出，用于润滑支承轴和摆动活塞铜衬。滑油的一路在摆动活塞内冷却通道中流过，冷却摆动活塞传出热量，防止密封弹簧的过热失效，滑油最后从摆动活塞中排出。滑油的另一路从活塞上连杆销支承座流入连杆销中心孔，再冷却和润滑连杆小头，通过连杆中心孔冷却和润滑连杆大头，完成整个冷却和润滑工作。

曲轴两边用滑动轴承或滚动轴承支承，曲轴上布置平衡块，整个曲轴和摆动活塞分别进行静平衡和动平衡，曲轴功率输出端安装飞轮和连轴节，另一端安装控制凸轮轴的正时齿轮。左中右气缸体分别铸有冷却水道，缸体内布置有可调换的气缸衬。密封件和气缸衬用耐磨和有润滑性的材料制成。

摆动活塞单连杆四缸四冲程柴油发动机。图2，

图2、摆动活塞式四冲程柴油发动机横剖面图。『1』-曲轴。『2』-连杆。『3』-摆动活塞。『4』-气缸体。『5』-凸轮轴。『6』-气门。『7』-径向密封条。『8』-端面密封条。『9』-端面密封小圆柱。『10』-气门挺柱摇臂。『13』-射油嘴。『14』-冷却水道。摆动活塞四冲程柴油发动机主要件为缸体。摆动活塞、连杆、曲轴，气门等和图一相同。其不同点在于摆动活塞式四冲程柴油机压缩比增加，采用喷油嘴射油，燃烧室也根据燃烧柴油而有各种形式。发动机采用顶置式气门，用凸轮、顶杆、摇臂来控制气门的开闭。

在这机型中气缸头可和中间壳体整体铸造加工而成。图2中为装配式气缸头，中间壳体内圆弧仍可用镗床加工，其加工工艺在零件设计中已给予考虑。

摆动活塞柴油机，采用气缸水冷却，摆动活塞水冷或油冷，图2为摆动活塞水冷却的结构形式。气缸中铸有冷却水道，摆动活塞二端伸出轴颈，用滑动轴承支承。摆动活塞中心从两端镗有内孔，两孔不通，但分别和摆动活塞中的冷却水道相连通，一端用铜管输入冷却水，冷却摆动活塞后从另一端排出。输入和排出的水管用橡胶水封密封，橡胶水封外圈固紧于摆动活塞两端的内孔中，输入和排出水管固定在左右缸体盖板中。

润滑情况，摆动活塞两端用滑动轴承支承。从左右缸体通入压力油进行润滑，润滑后的滑油在两边排出，如曲轴采用滚动轴承，此油可用管子引到滚动轴承处用作润滑，并可用于润滑固紧于曲轴上的正时齿轮。如曲轴用滑动轴承，需另从左右缸体中引入压力油润滑。曲轴的曲柄轴颈和连杆大小头轴承的润滑，从曲轴中引入压力油，一部分润滑曲柄轴承，一部分从连杆中心孔中引入连杆小头，用作冷却和润滑。

摆动活塞的结构及其密封，基本上图2和图1相同，这里不再详述，仅在图2中用符号E表示摆动活塞未能完全密封的一小段，此处用了不同于图1的另一种结构方案，此方案示于图12中。

3    摆动活塞单连杆驱动四缸，二冲程柴油发动机，图3，

图3，摆动活塞式二冲程柴油发动机横剖面图。『1』-曲轴。『2』-连杆。『3』-摆动活塞。『4』-气缸体。『13』-喷油嘴。『14』-冷却水道。『15』-摆动活塞气口遮块。『16』、『17』-气口。

摆动活塞式二冲程柴油机功率比摆动活塞四冲程柴油机增加很多，而外形尺寸却减小很多，结构也变得更加简单，零件数大大减少，发动机内部空间得到更充分有效的利用。为了实现单连杆驱动四缸二冲程工作，并尽量使发动机内部空间得到更充分有效的利用。摆动活塞二冲程柴油机主要件的结构设计和结构参数均和摆动活塞四冲程柴油机有了很大的不同。总的讲摆动活塞二冲程柴油机中曲柄偏心距加大，连杆加长，摆动活塞摆动的角度也比四冲程柴油机的摆动角度大，相应的二冲程发动机中每缸工作容积有了增大，发动机功率进一步有了增大。

为保证在不换气时，压缩和膨胀过程中摆动活塞能有效的遮住气口。将摆动活塞上部一片加宽，使不换气时刚好遮住气口，并用密封片密封。摆动活塞下部用稍小于气缸内径的圆环相连接，如图13所示，此圆环上留有连杆穿过和允许其摆动的开口。因此摆动活塞二冲程发动机上部两缸可用同一排进排气口来工作。气口可在中间气缸整个轴向尺寸布置，且允许换气时间较长，所以气口尺寸可较小。下部两缸各有单独的进排气口，由于气口在对应于连杆穿过摆动活塞的位置不能布置，因此气口数减少，气口尺寸也就要做得大些。

摆动活塞二冲程柴油机的冷却，润滑和密封系统都和摆动活塞四冲程柴油机相同。摆动活塞二冲程柴油机的主要特点在于各部分尺寸的合理调配，实行气口换气，同时在摆动活塞上有了特殊的设计。

为了在压缩和膨胀冲程遮住下部两气缸的气口。图13。摆动活塞下部相连的圆环中可滑配减磨材料制成的气口遮块。气口遮块用弹簧向外弹出，工作时气口遮块摆动活塞一起摆动，不换气时就遮住气口。

图13    二冲程柴油发动机中的摆动活塞。『3』-摆动活塞。『7』-径向密封条。『8』-端面密封条。『9』-端面密封小圆柱。『15』-摆动活塞气口遮块。『18』-端面外缘密封环。

4.摆动活塞二冲程气口直流扫气内燃发动机。图4

图4、摆动活塞二冲程气口直流扫气柴油发动机。A、D-工作气缸。B、C-代替扫气泵的进气缸。『m』、『n』-气口。『1』-曲轴。『2』-连杆。『3』-摆动活塞。『4』-气缸体。『13』-射油嘴。『14』-冷却水道。『17』-排气口。『15』-摆动活塞气口遮块。『23』-旋转进气伐。

图4为简易高速柴油发动机，发动机单连杆驱动四缸，二缸为工作气缸，二缸为压缩缸代替扫气泵，压缩缸上用同一旋转进气阀控制两缸的进气。旋转进气伐可适合于高转速时的工作。如发动机转数较低，亦可采用一般往复式压缩机中的自动进气伐（具有环形或扁形阀片的气阀）来控制进气。工作缸和压缩缸通过摆动活塞上气口在一定位置时相通，保证工作缸按二冲程直流扫气原理工作。这种发动机可制造成柴油机，汽油机、天然气发动机，特种燃料发动机。

今以压缩缸C和工作缸D的工作为例：如图4所示、缸B、缸C中摆动活塞自右向左运动，缸C内压力下降，通过曲轴传动的旋转进气阀打开，外界空气从进气管中进入气缸C。当摆动活塞自左向右摆动时，气缸C中进气开始压缩，旋转进气阀孔关闭。此时气缸D中喷油燃烧的高温高压气体开始膨胀推动摆动活塞对外作功。当气缸D膨胀到下始点前排气口开始打气，气体排出气缸D。压力迅速下降，而随之摆动活塞上的气口『n』也正在打开，气缸C中压缩气体通过气口『n』迅速流入气缸D中形成直流扫气。摆动活塞重新从右向左反时针方向摆动时先关闭活塞上的气口『n』，再关闭排气口，同时旋转进气阀打开，此时气缸D中气体进行压缩，气缸C中重新从外界进气。通过实例计算，当扫气口『n』开始打开时，压缩缸C中的气体压缩压力为2.12绝对大气压，由于摆动活塞继续自左向右运动，因此保持大的气压力进行扫气，直至扫气口『n』开至最大值，此后扫气压力逐渐降低，气口也逐渐关至零。

发动机为二缸二冲程直流扫气发动机，发动机每转一转工作二次。发动机不需扫气泵能直接从外界吸气，气口直流扫气，扫气效果良好。发动机工作缸A、D的密封、润滑。冷却条件好，摆动活塞受力强度好，燃烧室可以合理的进行布置。由于直流扫气。气缸下部可布置一排排气口，因而气口直径可减少，这就增加了发动机有效冲程和工作容积，可提高发动机功率和改善燃烧热效率。工作缸A、D中气体对摆动活塞的作用力主要为垂直方向，而且这方向发动机的基座刚性大，可减弱发动机的振动，对压缩缸B、C中缸体和活塞部分的受力、强度。冷却、密封可要求低些。可采用旋转进气伐进气。气口直流扫气。因而有条件提高发动机的转速，制成轻型高速发动机，这种机型结构简单，可用于要求结构简单的高速发动机上。如摩托车、汽车、拖拉机、小型快艇、移动电站、各种农机工具、以及矿山机械、起重机械、林业机械等等，这种机型同时也是一种性能良好大功率发动机。

这一发动机已完成小型发动机全部图纸的设计工作，设计功率为108马力/2000转/分，适合一般柴油车的要求。

5.图4摆动活塞二冲程气口直流扫气内燃发动机的补充方案。图15、图15的补充方案是用气动滑阀代替图四中的旋转阀，控制缸B、缸C的进气。

图15、摆动活塞式二冲程气口直流扫气柴油机补充方案。A、D-工作气缸。B、C-代替扫气泵的进气缸。『m』、『n』-气口。『1』-曲轴。『2』-连杆。『3』-摆动活塞。『4』-气缸体。『13』-射油嘴。『14』-冷却水道。『15』-摆动活塞气口遮块。『16』-进气口。『17』-排气口。『26』-气动滑阀。

气动滑伐用轻合金制成，两边用等长度，等刚度的弹簧支承，滑伐在中间位置时，两侧弹簧有相同的预压力，此时滑伐上的弹簧力互相平衡。滑阀上有气口，当滑阀移动时气口就可以控制缸B、缸C的进气。

如图15所示，当摆动活塞逆时针方向摆动时，缸B中气体压缩，气压力提高，缸C中气体膨胀，气压力降低，因此气体压力克服弹簧力把滑阀向右推动一个位置，达到平衡。此时滑阀上通气缸C的气口打开，保证气缸C从外界吸气。当摆动活塞另半周期顺时针方向摆动时，气动滑阀自右向左移动，打开通气缸B的气口，保证气缸B的进气。

图15中采用气动滑阀有如下的特点：

（1）滑阀靠气压差和两端弹簧力自动工作，省掉了旋转气阀及其传动机构，简化了结构。

（2）滑阀在发动机低温区工作，阀体和弹簧无高温下的受热问题。滑阀和滑阀孔可滑动配合，减少了气体的漏泄损失。

（3）滑阀工作时、无阀和阀座的冲击，提高了工作寿命，降低了噪声。

（4）滑阀为薄壁空心圆筒，用轻金属制造，强度和刚度可满足要求，尽量减轻其质量，以适合发动机高速时工作的要求。

（5）发动机高速运转时，滑阀工作线速度为每秒几公尺。为增加进气流通面积，可布置数个相同的滑阀同时工作。

（6）滑阀可看作单质点一定阻尼下的弹簧振动系统，其自振频率可通过改变滑阀的质量和弹簧刚性来调节。当滑阀质量越小，弹簧刚性越大，则其自振频率越高。发动机转速如为2500转/分，则全速时气体力对滑阀的激振力频率为2500/60＝41.66次/秒。设计时滑阀弹簧系统在阻尼情况下的自振频率，要求高于全速Ⅰ况气体力对滑阀的激振力频率，以防止共振现象的产生。当发动机低速时，气体力推动滑阀作强迫振动，当发动机转速提高，逐渐接近于滑阀弹簧系统的自振频率时，振动接近于共振状态，滑阀振动的幅值增大，能及时更大的开启滑阀上的气口，保证发动机正常进气。

图15的自动进气方案，特别适合于小功率二冲程柴油发动机。既省去了四冲程中的往复气门及其传动装置，又可以自己吸气，省掉了扫气泵或增压器。这种没有气门，又能自动进气的二冲程发动机，是一种为人们想往已久特殊构思的发动机。

图16为结构更简单，具有自吸能力摆动活塞二冲程气口直流扫气柴油发动机的方案。发动机B、C两个气缸中摆动活塞加长，相应的缸体内圆半径也加长、以便工作时可以吸排更多的新鲜空气。B、C两缸中用同一个进气口，现以气缸C为例来说明其工作过程。当摆动活塞自左向右摆动摆动活塞时，由于前一冲程中进气的惯性，外界新鲜空气还继续进入气缸C，随着摆动活塞进一步向右移动，进气开始停止，进气管中并有可能产生一些倒流，妥善的设计可防止气体的倒流。随后进气口关闭，气缸C中空气开始压缩，当摆动活塞上气口『n』把气缸C和气缸D开始连通时，此时工作气缸D中排气口也开始打开，气缸C中压缩空气高速流入工作气缸D，对工作气缸进行扫气和充气，直到摆动活塞到达最右端。当摆动活塞重新从右向左移动时，气缸C中新的气压力尚大于工作气缸D。并由于气缸通道『n』中高速气流的惯性，所以仍有部分新气流入气缸D，随之气口『n』逐渐关闭，此时气缸C中的压力可能已低于外界大气压力，当摆动活塞继续自右向左运动，气缸C中开始抽真空，所以当进气口打开时外界新鲜空气就高速流入气缸C，直至摆动活塞到达左端位置，虽已完成一次循环，但由于高速气流的惯性，进气管中仍有新鲜空气流入气缸C，所以妥善的设计可保证这种机型虽无伐门但可具有自吸能力。

图16摆动活塞式二冲程气口直流扫气柴油发动机。A、D-工作气缸。B、C-具有自吸压缩和利用高速气流惯性进气扫气的气缸。『m』、『n』-气口。『1』-曲轴。『2』-连杆。『3』-摆动活塞。『4』-气缸体。『13』-射油嘴。〔14〕-冷却水道。〔15〕-摆动活塞气口遮块。〔16〕-进气口。〔17〕-排气口。

6.摆动活塞式二缸二冲程气口直流扫气柴油发动机。图5

图5，摆动活塞式二缸二冲程气口直流扫气发动机横剖面图。

『1』-曲轴。『2』-连杆。『3』-摆动活塞。『4』-气缸体。『13』-射油嘴。『14』-冷却水道。『15』-摆动活塞气口遮块。『16』-进气口。『17』-排气口。

此种机型结构最简单，但无自吸能力需配置增压器或扫气泵，功率和转速和图4相同，为图3机型功率的一半。

发动机壳体水冷，摆动活塞水冷或油冷。此结构原理上叶片摆动有不平衡离心力存在，但力的主要分量为垂直向下的，可不会引起发动机大的振动。

为了发动机有良好的平衡性，摆动活塞、连杆、活塞销可用高强度轻合金（如钛合金）制造。并在强度和刚度许可的条件下，尽量减轻这活塞下部重量（如采用薄壁和加强肋结构）。为提高摆动活塞上部重量。可如图14所示，采用双金属嵌装式摆动活塞。摆动活塞上部用钢或合金球墨铸铁制造，摆动活塞下部用轻金属如钛合金或铝合金制造。再进行尺寸上的合理设计，可以做到惯性力的平衡，对多个摆动活塞串联布置的发动机，就可做到整台机组惯性力和惯性力偶的完全平衡的。

图14    为平衡活塞的摆动离心力采用双金属摆动活塞。『27』-钢或球墨铸铁。『28』-钛合金或铝合金。

发动机二缸二冲程，摆动活塞仍然起类似飞轮的作用，过滤掉尖锋负荷，防止零件的过载，机轴输出力矩非常均匀。

发动机在密封、冷却、润滑、燃烧上都十分良好。发动机属长冲程发动机，采用气口直流扫气，燃用柴油，这些保证发动机燃烧效率和热效率高。整个结构十分简单，安装拆卸方便。和往复式V型发动机相比，功率比往复式V型发动机大，结构要简单得多，运转性能也比V型发动机好。此一发动机同样可用作汽油机，煤气机，天然气发动机和用作连杆大功率中速柴油发动机。

图5所示结构为提高单机功率，发动机采用高增压，压比可提高到2.5～3.5。这时当摆动活塞上部的进气口打开时，排气口尚未打开，由于气缸中燃烧的压力还比较高，妥善的设计可保证进气通道中两边压力接近相等，新气不流入气缸，燃气也不回流到新气中，以后排气口打开，发动机进行排气和扫气，当排气口关闭时，由于进气通道仍有一定开度，就对发动机进行增压。由于增压比的提高，发动机单机功率就可成倍的增加。

7.大功率四连杆八缸二冲程气口直流扫气内燃发动机。图6、图7。

这一机型由于多个连杆，多个摆动活塞串联而成，每一连杆，摆动活塞和气缸体之间构成二个工作气缸，整台发动机构成多缸二冲程气口直流扫气内燃发动机。

这一机型用作大功率中速多连杆摆动活塞（如四连杆摆动活塞）发动机时，水平方向的不平衡力又可以完全平衡掉，同时采用双金属摆动活塞，这时发动机的平衡性又变得非常好，而结构十分简单，安装方便。气口直流扫气，换气过程可设计为先打开进气口，再打开排气口，先关闭排气口，再关闭进气口，这样发动机可做到高增压，从而进一步提高发动机的功率。降低了单位功率下的重量尺寸，成为一种性能非常良好的大功率发动机。这一机型已初步设计25000马力/300转/分中速船用发动机，画出了总图。也可将图6所示的进排气口互相调换，这有利于提高发动机效率和燃用重油。

图6、大功率多个摆动活塞串联整体布置二冲程气口直流扫气柴油发动机横剖面图。〔1〕-曲轴。〔2〕-连杆。〔3〕-双金属组合式摆动活塞。〔4〕-气缸体。〔13〕-射油嘴。〔14〕-冷却水道。〔15〕-摆动活塞气口遮块。〔16〕-进气孔。〔17〕-排气孔。〔20〕-机座。〔24〕-气缸盖。〔25〕-摆动活塞支柱。图7、大功率多个摆动活塞串联整体布置二冲程气口直流扫气柴油发动机。〔m〕、〔n〕-气口。〔1〕-曲轴。〔3〕-双金属组合式摆动活塞。〔4〕-气缸体。〔13〕-射油嘴孔。〔20〕-机座。〔21〕-进气管。〔22〕-排气管。〔24〕-气缸上盖。〔25〕-摆动活塞支柱。

如图6所示发动机横剖面图。采用四连杆八缸，每缸工作容积为437公升，总排量3500公斤，发动机外型尺寸为长×宽×高＝7.0×2.7×3.6公尺，额定功率25000马力，额定转速300转/分。发动机结构如图7所示，四连杆八缸发动机主要件为一个机座，一个缸体，一个缸盖，四个连杆，四个摆动活塞，八个高压射油嘴，结构十分简单。图6、图7所示的大功率发动机在300转/分的转数下采用高增压后功率可提高到5万马力以上。发动机比重量下降到0.8公斤/马力，摆动活塞外缘线速度仍为9.55公尺/秒。

8、四连杆八缸四冲程顶置式气门内燃发动机

这一机型主要部件相近于图7，发动机采用一根曲轴，一个缸盖，一个缸体，一个机座，发动机多个连杆、多个摆动活塞串联布置，每一摆动活塞和缸体、缸盖形成二个工作气缸。发动机采用顶置式气门为多缸四冲程内燃发动机。

这一机型结构简单，具有自吸能力，适合于作为增压发动机。由于采用多个摆动活塞串联布置，同时又采用双金属摆动活塞，发动机平衡性能良好。整个发动机采用同一根进气总管，同一根排气总管，同一根凸轮轴，凸轮轴上的凸轮，经推杆、摇臂来控制气门的开闭。缸体和缸盖采用水冷，每个摆动活塞中有油冷却通道。

9.多个摆动活塞串联布置内燃发动机的另一种结构方案。

这种多个摆动活塞内燃发动机是采用一根曲轴和一个机座，曲轴安装在机座的轴承座中。而将一个摆动活塞、一个缸体、一个连杆组成一个单元体，这单元体可采用侧置式气门按四缸四冲程原理工作的结构，也可采用顶置式气门按四缸四冲程原理工作的结构，或按四缸二冲程气口迴流扫气原理工作的结构，或按具有自吸能力二缸二冲程气口直流扫气具有二个压缩缸二个工作缸原理工作的结构，或按无自吸能力二缸二冲程气口直流扫气原理工作的结构，或按顶置式气门二缸四冲程原理工作的结构。将上述任一种结构的单元体中气缸体和机座固紧，连杆和曲轴连接，就形成多个摆动活塞串联布置的内燃发动机。气缸体采用水冷，摆动活塞采用油冷。这种结构方案形式多样，安装和拆卸方便，整个结构是很简单的。

图8、多个摆动活塞、连杆、缸体成单元串联布置的方案。〔19〕-一个摆动活塞、一个连杆、一个气缸体组成的单元体。〔1〕-曲轴。〔20〕-机座。〔21〕-进气管。〔22〕-排气管。

如按近代先进的往复式十二缸V型6000马力中速柴油机的外型尺寸来设计四连杆、四个摆动活塞十六缸气口迴流扫气大功率中速柴油发动机，用表1对比如下：

表1

两者相比，新发动机功率增大7.5倍。这时摆动活塞外径为1.8米，摆动活塞冲程0.955米，摆动活塞外缘最大线速度为9.55秒。

10.将摆动活塞四冲程内燃发动机改变为气门式二冲程内燃发动机或气体压缩机或流体压缩机。

四缸或二缸四冲程内燃发动机，如使凸轮轴和曲轴按1∶1的转速旋转，同时改变凸轮的角度和气门开闭的时间就可把四缸或二缸四冲程内燃发动机改变为采用气门的四缸或二缸二冲程迴流扫气内燃发动机，同时也成为一种四缸或二缸气体或流体压缩机。对压缩机也可拆除凸轮轴、顶杆等传动机构，而改为相应方向的单向伐，也就成为曲轴每转一转，四缸或二缸中每缸工作一次的压缩机。

对四连杆八缸顶置式气门四冲程内燃发动机也可改变为气门式二冲程内燃发动机或气体或流体压缩机。

图8中摆动活塞、连杆、缸体各成单元布置的方案中，如这单元是按四缸或二缸四冲程原理工作的，也可改变为气门式四缸或二缸二冲程迴流扫气内燃发动机单元，或四缸或二缸气体压缩机单元，或四缸或二缸流体压缩机单元，并多个单元在机架上用一曲轴串联成一个整体。

1.1.二点补充说明

（1）图2、四缸四冲程柴油机，具有合适于增压的优点。由于增压提高了发动机的平均有效压力和公升功率。如四冲程增压柴油机，转数500转/分时公升功率可达12马力/公升，400转/分时公升功率可达9.6马力/公升。油耗可降到世界先进水平。燃用重油制造重油发动机，可进一步改善发动机的经济性。

图2、四缸四冲程柴油机、按图八结构布置为四连杆十六缸大功率中速船用柴油发动机，可达到下列指标：

发动机外型尺寸：长×宽×高＝7.80×3.65×3.50公尺

发动机总排量：16×338＝5400公升

发动机转速：500转/分，升功率：12马力/公升，功率：65，000马力

活塞外缘平均速度：12.5公尺/秒

发动机转速：400转/分，升功率：9.6马力/公升，功率：52，000马力

活塞外缘平均速度：10公尺/秒

以上二种转速下的参数可供参考。

（2）图6、图7、二冲程发动机的四连杆方案，也可用作为直接驱动船舶螺旋桨的大型低转速增压发动机。可达下列指标：

发动机外型尺寸：长×宽×高＝7.0×2.7×3.6公尺。

发动机总排量：3500公升。

总功率：10000马力。转速100转/分（直接驱动螺旋桨）。

升功率：2.86马力/公升。

活塞外缘平均速度：3.18公尺/秒。油耗可低达120克/马力小时。

参阅当前世界上行程容积最大的二冲程柴油机，其参数为：

缸径：1060毫米，活塞行程1900毫米，转速为106转/分时单缸功率为4000马力，活塞平均速度：6.35公尺/秒。发动机的热效率可超过50%，油耗率低达120克/马力小时左右。

表2、表3列出了摆动活塞式发动机主要结构型式的实施例，其中列出了各方案部分设计参数和图纸准备的情况，发明人认为最佳的实施方案为图5、图6、图7所示的二冲程气口直流扫气方案。这方案结构简单可用于单连杆单摆动活塞内燃发动机，也可用于多连杆多摆动活塞串联布置的内燃发动机。

从表2、表3所列摆动活塞式发动机各主要结构型式对比中可见：二种大功率发动机中图6、图7型式最为简单。且气口直流扫气、换气性能良好，适合于用燃气涡轮增压器送入高增压空气。如增压比提高，此种型式在上述外型尺寸下同样可达到45000马力/300转/分。这样两种大功率发动机功率相同，运转性能同样良好。而这一机型外型尺寸小，结构十分简单，加工和安装方便，制造成本低，成为最理想的大功率发动机。

表2、表3各类摆动活塞内燃发动机，燃料均可采用汽油、柴油、天然气、工业煤气以及各种特种燃料。用途可用于汽车、拖拉机、大中小型船舶，大中小型发电站、机车、农业机械、林业机械、矿山机械、建筑机械、起重机、摩托车等各个方面。

表3

Claims (11)

1、摆动活塞内燃发动机包括曲轴「1」、连杆「2」、摆动活塞「3」、气缸体「4」等主要零件，本发明第一种机型的特征在于曲轴单曲柄「1」、连杆「2」、摆动活塞「3」相连接和气缸体「4」形成四个工作气缸，气缸体「4」采用水冷，摆动活塞「3」采用水冷或油冷，侧置式气门「6」，四冲程内燃发动机。

2、摆动活塞内燃发动机包括曲轴『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』，气缸体『4』等主要零件，本发明第二种机型的特征在于曲轴单曲柄『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』相连接和气缸体『4』形成四个工作气缸，气缸体『4』采用水冷，摆动活塞『3』采用水冷或油冷，顶置式气门『6』，四冲程内燃发动机。

3、摆动活塞内燃发动机包括曲轴『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』、气缸体『4』等主要零件，本发明第三种机型的特征在于曲轴单曲柄『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』相连接和气缸体『4』形成四个工作气缸，发动机上面二个气缸公用一个进气口『16』和一个排气口『17』，用摆动活塞上部结构的外缘宽度和密封来控制进排气口的开闭，发动机下面二个气缸各自有进排气口『16』、『17』，用安装在摆动活塞下部的气口遮块『15』来控制进排气口的开闭，机型为四缸二冲程内燃发动机，工作时需采用增压器或扫气泵来实现气口迴流扫气，气缸体采用水冷摆动活塞采用水冷或油冷。

4、摆动活塞内燃发动机包括曲轴『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』、气缸体『4』等主要零件，本发明第四种机型的特征在于曲轴单曲柄『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』相连接和气缸体『4』形成四个工作气缸，上面两个为代替扫气泵的压缩气缸，下面二个为工作气缸，摆动活塞『3』上部圆弧面上左右两边各开有气口通道『m』、『n』，利用摆动活塞的往复摆动来交替开闭这两个气口『m』、『n』，上面两压缩气缸具有自吸能力，压缩气缸进气口『16』的开闭可分别采用下面三种结构中的一种：（a）旋转进气伐『23』，（b）气动滑伐『26』，（c）直接在缸体中间部分开进气口『16』，压缩气缸工作部分缸体内缸径加大，摆动活塞相应部分的外半径也加大，并且有合适的宽度，这三种结构均可达到吸入外界新鲜空气，通过摆动活塞两侧的气口『m』、『n』对工作气缸进行直流扫气，下面二个工作气缸均有排气口『17』，利用摆动活塞上的气口遮块『15』来控制排气口『17』的开闭，成为具有自吸能力，二个压缩气缸，二个工作气缸，气口直流扫气二冲程内燃发动机，发动机气缸体『4』采用水冷，摆动活塞『3』采用水冷或油冷。

5、摆动活塞内燃发动机包括曲轴『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』、气缸体『4』等主要零件，本发明第五种机型的特征在于曲轴单曲柄『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』相连接和气缸体『4』形成二个工作气缸，摆动活塞『3』上部圆弧面上左右两边各开有气口通道『m』、『n』，利用摆动活塞的往复摆动来交替开闭这两个气口通道『m』、『n』，用于控制气缸的进气，用安装在摆动活塞下部的气口遮块『15』来分别控制两个工作气缸的排气『17』，形成二缸二冲程内燃发动机，工作时需采用增压器或扫气泵来实现气口直流扫气。发动机气缸体『4』采用水冷，摆动活塞『3』采用水冷或油冷。

6、摆动活塞式内燃发动机包括曲轴『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』、气缸体『4』等主要零件，本发明第六种机型的特征在于同一曲轴采用多个曲柄『1』、多个连杆『2』、多个摆动活塞『3』，每一个曲柄『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』相连接和气缸体『4』、缸盖『24』之间形成二个工作气缸，多个摆动活塞『3』串联布置。每个摆动活塞上部圆弧面上左右两边各开有气口通道『m』、『n』，利用摆动活塞的往复摆动来交替开闭这两个气口『m』、『n』，用于控制气缸的进气，用安装在摆动活塞下部的气口遮块『15』来分别控制两个工作气缸的排气『17』，形成多缸二冲程内燃发动机，工作时需采用增压器或扫气泵来实现气口直流扫气，发动机采用一根曲轴『1』，一个缸盖『24』，一个缸体『4』，一个机座『20』，多缸共用一根进气总管『21』进气，左右各一根排气总管『22』排气。气缸体『4』和气缸盖『24』采用水冷，摆动活塞『3』采用油冷。

7、摆动活塞式内燃发动机包括曲轴『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』、气缸体『4』等主要零件，本发明第七种机型的特征在于同一曲轴采用多个曲柄『1』、多个连杆『2』、多个摆动活塞『3』，每一个曲柄『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』相连接和缸体『4』、缸盖『24』之间形成二个工作气缸，多个摆动活塞『3』串联布置，整个发动机为多缸顶置式气门四冲程内燃发动机，发动机采用一根曲轴『1』，一个气缸盖『24』，一个气缸体『4』，一个机座『20』，一根进气总管『21』，一根排气总管『22』，一根凸轮轴『5』，凸轮轴『5』上的各个凸轮，分别经挺杆、摇臂『10』来控制多缸进排气门『6』的开闭，气缸体『4』和气缸盖『24』采用水冷，摆动活塞『3』采用油冷。

8、摆动活塞式内燃发动机包括曲轴『1』、连杆『2』、摆动活塞『3』、气缸体『4』等主要零件，本发明第八种机型的特征在于采用一根曲轴『1』和一个机座『20』，曲轴安装在机座的轴承座中，而将一个摆动活塞『3』，一个连杆『2』，一个气缸体『4』组成一个单元体『19』，这单元体『19』可采用侧置式气门按四缸四冲程原理工作的结构，也可采用预置式气门按四缸四冲程原理工作的结构，或按四缸二冲程气口迴流扫气原理工作的结构，或按具有自吸能力二缸二冲程气口直流扫气，有二个压缩气缸，二个工作气缸原理工作的结构，或按无自吸能力二缸二冲程气口直流扫气原理工作的结构，或按顶置式气门二缸四冲程原理工作的结构，将上述任一种结构的单元体『19』中气缸体『4』和机座『20』固紧，连杆『2』和曲轴上曲柄『1』连接，形成多个摆动活塞串联布置的内燃发动机，气缸体『4』采用水冷，摆动活塞『3』采用油冷。

9、据权利要求1或2或7或8所述的摆动活塞四冲程内燃发动机，当改变凸轮轴『5』和曲轴『1』的转速比，改变汽门『6』开闭时间，可实现二冲程气门式迴流扫气内燃发动机。

10、据权利要求1或2或7或8所述的摆动活塞四冲程内燃发动机，当改变凸轮轴『5』和曲轴『1』的转速比，改变气门『6』开闭时间，可实现具有自吸能力气体或流体的压缩机。

11、根据权利要求5或6或7或8所述的摆动活塞内燃发动机，每个摆动活塞〔3〕和气缸体〔4〕、气缸盖〔24〕之间形成二个工作气缸，摆动活塞采用双金属摆动活塞结构。

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