CN86209862U - 往复旋转式发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种体积小，重量轻，热效率高的新型内燃机，它是在星型往复活塞式发动机的基础上，给缸体附加一个旋转运动，使缸体成为旋转缸体。由于旋转缸体是在固定缸体内部运动的，所以利用旋转缸体旋转运动时造成的与固定缸体间的相位差来完成进、排气口的开启与关闭，达到既保持了四冲程工作循环，又省掉了现有技术中气阀式配气机构的目的。利用本实用新型，既可制作成柴油机，也可制作成汽油机。本实用新型可作为载重汽车、轿车、内燃机车、船舶及其它机械的动力。

Description

本实用新型属于内燃机技术领域。

目前大量使用的内燃机基本上都是往复活塞式发动机，这种发动机主要不足之处有：

1、外廓体积大，比重量较大；

2、四冲程发动机的配气机构结构复杂；零部件多；气阀开启的时间－断面值小；充量系数低；高速可靠性差。

3、惯性力往往得不到平衡，从而引起的振动和噪声较大。

本实用新型的目的在于：提高内燃机的热效率，改善其运行性能，降低自重，减小体积，节省能源和材料，降低造价和运行价格。

这是具有同一构思，并且有密切关系的六项实用新型，其主要特征是：

在星型往复活塞式发动机的基础上，给缸体附加一个旋转运动，使该缸体成为旋转缸体，旋转缸体是在固定缸体内部运动的，利用旋转缸体旋转运动时造成的与固定缸体间的相位差来完成进、排气口的开启与关闭，达到既保持了四冲程工作循环，又省掉了气阀式配气机构的目的。

利用上述发明思想，同时根据：

1、旋转缸体与曲轴间的转向相同或者相反；

2、旋转缸体与曲轴间的传动速比的不同；

3、进、排气道数量及喷油嘴（用于柴油机）或者火花塞（用于汽油机）数量的不同，可以构成以下几种基本类型的发动机；

1、二气道低速星型三缸发动机，旋转缸体与曲轴间的传动速比为－1：3。有二个进气道和二个排气道，二个喷油嘴或者二个火花塞。

2、二气道高速星型五缸发动机。旋转缸体与曲轴间的传动速比为1：5。有二个进气道和二个排气道，二个喷油嘴或者二个火花塞。

3、三气道低速星型五缸发动机。旋转缸体与曲轴间的传动速比为－1：5。有三个进气道和三个排气道，三个喷油嘴或者三个火花塞。

4、三气道高速星型七缸发动机。旋转缸体与曲轴间的传动速比为1：7。有三个进气道和三个排气道，三个喷油嘴或者火花塞。

5、四气道低速星型七缸发动机。旋转缸体与曲轴间的传动速比为－1：7。有四个进气道和四个理气道，四个喷油嘴或者四个火花塞。

6、四气道高速星型九缸发动机。旋转缸体与曲轴间的传动速比为1：9。有四个进气道和四个排气道，四个喷油嘴或者四个火花塞。

上述说明中，传动速比为负数时，旋转缸体向逆时针方向旋转，曲轴向顺时针方向旋转，即旋转缸体与曲轴间的转向是相反的。传动速比为正数时，旋转缸体与曲轴间的转向是相同的。

以水冷二气道高速星型五缸汽油发动机为例，如图1和图2所示，该实用新型由曲轴（18）、部分式连杆（20）、活塞组（2）、旋转缸体（10）、固定缸体（11）及联结曲轴（18）与旋转缸体（10）的控制机构（如图（5）所示）及其附件所组成。

其中旋转缸体（10）为园柱体状，装配活塞组（2）的缸筒均匀布置于圆柱面上。根据缸数的不同有三缸、五缸、七缸、九缸等。缸筒顶端是顶端密封环槽，装置着顶端密封环（3），顶端密封环（3）底部有波状弹簧，使顶端密封环（3）同固定缸体的干式缸筒（5）的内形面保持接触，以保证发动机起动时燃烧室（21）的密封性。发动机运行时，顶端密封环（3）依靠自身旋转运动时产生的离心力及进入环背部的气体压力，燃燃烧室（21）保持良好的密封性。旋转缸体（10）的中心装置着曲轴（18）是发动机的动力输出轴。前后端面是旋转缸体前端盖（39）后端盖（25），旋转缸体前端盖（39）和后端盖（25）是曲轴（18）及旋转缸体（10）的共同支承件，旋转缸体前端盖（39）的前部装置着旋转缸体传动齿轮（37），它是联结曲轴（18）和旋转缸体（10）的传动齿轮。曲轴（18）套在旋转缸体前端盖（39）和后端盖（25）的中心孔内，旋转缸体前端盖（39）和后端盖（25）又套在固定缸体前端盖（40）和后端盖（23）的中心孔内，使旋转缸体（10）悬空置于固定缸体（11）内，旋转缸体（10）的整个外圆面同固定缸体（11）内型面间保持相同的微小间隙。

固定缸体（11）为桶状体，旋转缸体（10）装置于其内，前后端是固定缸体前端盖（40）和后端盖（23），固定缸体（11）的外圆面上均匀布置着进气道（8）和排气道（7）及装置火花塞（1）（汽油机）或喷油嘴的孔。固定缸体前端盖（40）上装置着控制机构（见图5和图6），用以控制曲轴（18）和旋转缸体（10）的运动规律。

曲轴（18）的特征是：曲柄臂为圆形，并且同曲柄销是同心的，圆形曲柄臂的表面为外螺纹，部分式连杆（20）的锥形轴承外套（47）及紧固螺帽（43）均装在圆形曲柄臂上。曲轴（18）的前端装置着曲轴齿轮（36）它是联结旋转缸体（10）的传动齿轮。部分式连杆（20）的大头结构为扇形，依靠连杆前、后端的锥形轴承外套（47），装置在曲轴上，且在曲柄销的外圆面上滑动。

以上以“水冷二气道高速星型五缸汽油发动机”为例，说明了该实用新型的基本结构，现将它们的工作过程分述如下：

二气道低速星型三缸发动机的旋转缸体与其曲轴的转向是相反的，二者间的传动速比为－1：3。即旋转缸体向逆时针方向旋转1周，曲轴向顺时针方向旋转3周，转差为：3周－（－1）周＝4周。旋转缸体每旋转1周，星型三缸发动机的三个缸各完成二次四冲程循环。活塞每完成一个冲程，曲轴向顺时针方向旋转135°，旋转缸体向逆时针方向旋转 1/3 ×135°＝45°，转差为135°－（－45°）＝180°。

二气道高速星型五缸发动机的旋转缸体与其曲轴的转向是相同的，二者之间的传动速比为1：5，即旋转缸体向顺时针方向旋转1周，曲轴向顺时针方向旋转5周，转差为5周－1周＝4周，旋转缸体每旋转1周，星型五缸发动机的五个缸各完成二次四冲程循环。活塞每完成一个冲程，曲轴向顺时针方向旋转225°，旋转缸体向顺时针方向旋转 1/3 ×225°＝45°，转差为225°－45°＝180°。

三气道低速星型五缸发动机的旋转缸体与其曲轴的转向是相反的，二者间的传动速比为－1：5，即旋转缸体向逆时针方向旋转1周，曲轴向顺时针方向旋转5周，转差为5周－（－1）周＝6周。旋转缸体每旋转1周，星型五缸发动机的五个缸各完成三次四冲程循环。活塞每完成一个冲程，曲轴向顺时针方向旋转150°，旋转缸体向逆时针方向旋转 1/5 ×150°＝30°，转差为150°－（－30°）＝180°。

三气道高速星型七缸发动机的旋转缸体与其曲轴的转向是相同的，二者间的传动速比为1：7，即旋转缸体向顺时针方向旋转1周，曲轴向顺时针方向旋转7周，转差为7周－1周＝6周。旋转缸体每旋转1周，星型七缸发动机的七个缸各完成三次四冲程循环。活塞每完成一个冲程，曲轴向顺时针方向旋转210°，旋转缸体向顺时针方向旋转 1/7 ×210°＝30°，转差为210°－30°＝180°。

四气道低速星型七缸发动机的旋转缸体与其曲轴的转向是相反的，二者间的传动速比为－1：7，即旋转缸体向逆时针方向旋转1周，曲轴向顺时针方向旋转7周，转差为7周－（－1）周＝8周。旋转缸体每旋转1周，星型七缸发动机的七个缸各完成四次四冲程循环。活塞每完成一个冲程，曲轴向顺时针方向旋转157.5°，旋转缸体向逆时针方向旋转 1/7 ×157.5°＝22.5°，转差为157.5°－（－22.5°）＝180°。

四气道高速星型九缸发动机的旋转缸体与其曲轴的转向是相同的，二者间的传动速比为1：9，即旋转缸体向顺时针方向旋转1周，曲轴向顺时针方向旋转9周，转差为9周－1周＝8周。旋转缸体每旋转1周，星型九缸发动机的九个缸各完成四次四冲程循环。活塞每完成一个冲程，曲轴向顺时针方向旋转202.5°，旋转缸体向顺时针方向旋转 1/9 ×202.5°＝22.5°转差为202.5°－22.5°＝180°。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、比重量小，体积小，长度尺寸短。由于能获得较高的充量系数，同时由于无气阀式配气机构，提高了发动机转速，因此升功率高。

2、由于省掉了气阀机构，因此结构简单，零部件较少，摩擦损失相应减少，可取得良好的平衡，减少了高速运转时的振动和噪音。

3、不需用特殊贵重材料、例如往复活塞式发动机排气阀所需的耐热合金钢等。

4、对汽油机来说，相同压缩比下可用辛烷值较低的汽油。

5、制造工艺简单，不需用过多的专用设备。

6、具有宽广的实用转速范围。

附图1为“水冷二气道高速星型五缸汽油发动机”基本结构的横剖面图，其中（1）为火花塞，（2）活塞组，（3）旋转缸体顶端密封环，（4）进、排气道间的中间密封装置（只汽油机用此装置），（5）固定缸体的干式缸筒，（7）排气道，（8）进气道，（9）固定缸体冷却水道，（10）旋转缸体，（11）固定缸体、（12）油箱回油管、（13）储水槽、（14）水封件、（15）油封件、（16）旋转缸体进水口、（17）抛油孔、（18）曲轴、（19）旋转缸体冷却水套、（20）部分式连杆、（21）燃烧室。

附图2为“水冷二气道高速星型五缸汽油发动机”基本结构的纵剖面图，其中（22）为固定缸体后端盖出水口、（23）固定缸体后端盖、（24）飞轮、（25）旋转缸体后端盖、（26）后油封、（27）飞轮平衡重、（28）旋转缸体后端面密封环、（29）固定缸体后端盖泄水孔、（30）旋转缸体前端面密封环、（31）固定缸体前端盖泄水孔、（32）润滑油箱、（33）前端平衡重、（34）皮带轮、（35）前油封、（36）曲轴齿轮、（37）旋转缸体齿轮、（38）齿轮室盖、（39）旋转缸体前端盖、（40）固定缸体前端盖、（41）固定缸体前端盖出水口、（42）进水口、（43）锥形轴承套紧固螺帽、（44）止锁垫片、（45）止锁销子、（46）锥形滑动轴承、（47）锥形滑动轴承外套。

附图3为“二气道高速星型五缸发动机”的工作原理（1）（5）为排气上止点（进排气重叠期）、（2）（6）为进气下止点、（3）（7）为压缩上止点（点火或喷油）、（4）（8）为燃烧下止点（开始排气）、（9）为曲轴旋转方向，角速度α。（10）旋转缸体旋转方向，角速度 1/5 α。此图只画出了A活塞的四冲程过程。

附图4为“二气道低速星型三缸发动机”的工作原理，（1）（5）为排气上止点（进、排气重叠期）、（2）（6）为进气下止点、（3）（7）为压缩上止点（点火或喷油）、（4）（8）燃烧下止点（开始排气）、（9）曲轴旋转方向，角速度α、（10）旋转缸体旋转方向，角速度－ 1/3 α。此图只画出了A活塞的四冲程过程。

附图5为“二气道高速星型五缸发动机”的齿轮控制机构。（1）为旋转缸体齿轮、（2）曲轴、（3）曲轴齿轮、（4）第二轴齿轮、（5）第二轴。

附图6为“二气道低速星型三缸发动机”的齿轮控制机构，（1）为旋转缸体齿轮、（2）曲轴、（3）曲轴齿轮、（4）第二轴齿轮、（5）第二轴、（6）第三轴、（7）第三轴倒向齿轮、

本实用新型作为载重汽车、轿车、内燃机车、船舶及其它机械的动力，可比现有的往复活塞发动机取得更好的经济效益。由于本实用新型是在往复活塞式发动机的基础上改进而来的，所以现有用于制造往复活塞式发动机的大部分设备，仍然可以用于制造往复旋转式发动机，现有制造内燃机的厂家转产往复旋转式发动机，可得到投资少，见效快的好处。

Claims (7)

1、一种星型活塞发动机，由曲轴(18)、连杆(20)、活塞(2)及缸体等构成，其特征在于：它具有一个内腔截面为圆形的固定缸体(11)，在固定缸体(11)与曲轴(18)之间装有与固定缸体(11)的内腔配合。在其内部绕曲轴(18)的轴线转动，利用其与固定缸体(11)的相位差来完成进、排气口的打开和关闭的星型旋转缸体(10)，以及控制旋转缸体(10)与曲轴(18)之间的传动比的齿轮机构。

2、根据权利要求1所述的发动机，其特征是：固定缸体（11）上开有两个进气道和两个排气道，并装有两个喷油咀或者火花塞，旋转缸体（10）为星型三缸，它与曲轴（18）间的传动比为－1：3。

3、根据权利要求1所述的发动机，其特征是：固定缸体（11）上开有两个进气道和两个排气道，并装有两个喷油咀或者火花塞、旋转缸体（10）为星型五缸，它与曲轴（18）间的传动比为1：5。

4、根据权利要求1所述的发动机，其特征是：固定缸体（11）上开有三个进气道和三个排气道，并装有三个喷油咀或者火花塞，旋转缸体（10）为星型五缸，它与曲轴（18）间的传动比为－1：5。

5、根据权利要求1所述的发动机，其特征是：固定缸体（11）上开有三个进气道和三个排气道，并装有三个喷油咀或者火花塞，旋转缸体（10）为星型七缸，它与曲轴（18）间的传动比为1：7。

6、根据权利要求1所述的发动机，其特征是：固定缸体（11）上开有四个进气道和四个排气道。并装有四个喷油咀或者火花塞，旋转缸体（10）为星型七缸，它与曲轴间的传动比为－1：7。

7、根据权利要求1所述的发动机，其特征是：固定缸体（11）上开有四个进气道和四个排气道，并装有四个喷油咀或者火花塞，旋转缸体（10）为星型九缸，它与曲轴（18）间的传动比为1：9。

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