专利名称：柱塞旋转式发动机的制作方法
柱塞旋转式发动机属于一种动力设备，可用来为汽车和其它设备提供动力的新型汽油发动机。
本发明以前所有的发动机除了少部分属于还要继续研制开发的三角活塞转子发动机以外，几乎全部都是已有近百年历史的往复式发动机。这类发动机存在着一系列根本缺点，例如一台四冲程发动机，曲轴要转两周(720度)才做功一次。并且由于发动机有曲轴、连杆等结构不仅使结构复杂化、机体庞大等而且也限制了发动机转速的提高。近20年新发明的三角活塞转子发动机虽然较往复式发动机有单位工作容积功率大，振动轻微、结构简单、可燃低辛烷值汽油等一系列优点，但仍存在着低速性能差和经济性差，启动性能和耐久性有待改善等问题。本发明的目的是针对上述往复式发动机转速不高、结构庞大、结构工艺复杂和三角活塞转子发动机活塞工作的严酷性和全机经济性不好等问题而研制本发明这种具有高效、高转速、结构简单的柱塞旋转式发动机。
柱塞旋转式发动机的主要特点是旋转运动和往复运动的结合，即沿一特殊曲线环形轨道行走的缸筒与和动力输出轴连成一体构成转子的高速旋转的柱塞之间做往复运动。柱塞和缸筒之间的工作方式和工作腔的变化规律正好符合四冲程内燃机工作规律。发动机工作时，气体爆发压力直接推动柱塞并带动与柱塞构成的转子连在一起的带轴肩的园柱形动力输出轴输出动力。在缸筒沿着按照发动机作功四冲程时间分配需要而设计的轨道上行走一圈时，柱塞与缸筒之间正好作一次往复运动，完成一次做功同时也带动动力输出轴转动一周。
下面结合附图对本发明的构思进行描述。
图1.柱塞旋转式发动机主要结构2.发动机的旋转与往复部份图3.柱塞内进、排气门，气道布置图4.配电系统图5.以一缸为例的工作过程图6.冷却、润滑系统图7.机壳全机作功的主要部分是图2所示旋转部分中的柱塞[31]和做往复运动的沿导轨[1]运行的缸筒[30]。
全机(图1)的旋转部分除了由各个柱塞[31]铸在一起形成的转子[6]外还包括配电凸轮[5]、排气管[8]、冷却风扇[11]、套有起动齿圈[17]的飞轮[16]、动力输出轴[21]和机油泵齿圈[24]等。
各个柱塞(图3)内有进气门[41]、进气道[42]、排气门[43]、排气道[44]、大小弹簧[47]和挺杆。柱塞上还开有冷却油道[45]、柱塞头的外部镶有三道密封环[46](即二道气环、一道油环)。全机根据功率和转速等需要而决定的几个柱塞全部在根部被铸成一体(称转子[6])。
位于发动机(图1)上部的排气管[8]、转子[6]、带轴肩的园柱形动力输出轴[21]是通过头部埋入轴肩园孔内的大螺钉[12]连成一体。为减少排气阻力，排气管内管可镶入耐高温陶瓷管[9]，排气管外套有通过键[7]连接的冷却风扇[11]和配电凸轮[5]。
端部有花键[18]的动力输出轴[21]不需要很长便可用锁紧螺钉[19]、销子[20]或涨套直接与飞轮[16]连接是本机的一大优点。
本发明的发动机不需要曲轴、连杆结构可称是发动机的一大革命，因为即使是现今正在继续研制的三角活塞转子发动机也并不能完全取消曲轴，只是在曲轴的型线上有所变化，本发动机取消了体积大、重量重、加工复杂、工艺要求高的曲轴连杆结构，还使轴的长度大大缩短，无疑使全机体积减小，重量减轻、增加出力、提高转速等带来一系列优点。
本发动机的旋转部分(图1)还包括三个轴承的内圈，即用来支承转子，防止转子轴向和径向窜动的上、下滚柱轴承[4]、[23]的内圈和装于动力输出轴下部为防止动力输出轴摆动的滚柱轴承[22]的内圈。
本发明的缸筒与柱塞数目依输出功率和转速等而定，因此可以制成1、2、3……各个缸数。
做为往复部分的缸筒(图1)，其顶端装有能周期地与高压分电板[28]接触的火花塞[29]，缸筒[30]两侧面各有一个能安装做为作功导轮的滚柱轴承[3]的轴[2]和安装由黄铜制成的离心滚轮[26]的轴[25]。轴[2]应尽量靠近缸筒的下部，以保证柱塞在缸筒运动时的稳定性，避免拉筒。
工作导轮(图1)[3]从发动机启动起便带着缸筒[30]沿导轨[1]行走，因导轨上各点与转子中心点的距离是按发动机工作需要而设计为不断变化的，因而沿导轨行走的缸筒与其所套的柱塞之间也不断的变化着相对位置，从而能完成四冲程做功。离心滚轮[26]仅仅在发动机启动瞬间(几秒钟时间内)起作用和工作。这是因为在电动机带动发动机启动的瞬间发动机的转速不高，缸筒的离心力不够，因而不能使每一对缸筒和柱塞之间得到必要工作的距离，发动机便不能自行工作，因而必须由离心导轮增加缸筒的离心力，强制拉开缸筒与柱塞，实现必要的作功距离而开始作功。在发动机投入正常运行后，缸筒有足够的离心力，而使工作导轮沿导轨正常运行。离心导轮便不再起作用与工作。停机时由于离心导轮的存在，保证缸筒不能自然下落，而保持与柱塞间合理的距离，便于下次启动。
本发动机(图1、图5)的另一重要部件是分别与上、下机壳铸成一体或分别安装在上、下机壳上由耐热、耐磨材料制成，结构稳定性很好的一对形状一致位置对称的导轨[1]。它是一个环形轨道，轨道形状是依据四冲程发动机各个冲程时间分配需要而设计的。例如吸气和压缩行程以及作功和排气各行程所占的最合理的时间是不同的，并且在各个行程的各个阶段的时间分配也是不均的，因而导轨的形状的不仅不是正园或规则的椭园，而且在导轨的各段的轨迹也是不同的，要经过仔细的计算、设计才能确定。导轨的截面形状是要根据机械强度、导轨磨损的需要和加工的经济性等来设计的。
发动机的配电系统(图4)是通过安装在旋转部分的排气管[8]外的配电凸轮[5]来控制的。这是由于本发明中虽然装在缸筒顶部的火花塞[29]周期的与装在机壳上的高压分电板[28]接触有较大的接触面和较长的接触时间，然而为了防止由于装在机壳内的油不清洁而导电，因此高压电路的通、断不依赖机壳内的接点，而由机壳外与缸数相同的多角配电凸轮来控制机外接点的接通、切断。在高压电路[52]接通时，低压电路[51]切断。当本发动机被设计使用转速为7000转/分以上时，必须采用电子点火系统以适应高速的需要。
本发动机的配气(图5)是靠装在下机壳上伸入到靠近中心的套筒上的一对进气凸轮[61]和排气凸[62]来控制。两凸轮的型线根据配气过程需要来设计。进气角和排气角分别设计为120度左右和60度左右是适宜的。由全机只一对进、排气凸轮代替现今使用的发动机的一对活塞、气缸就有一对进、排气凸轮的结构，显然是很大的进步，新结构不仅简单、安装简便、刚度也可以大大的提高，无疑有利于减小发动机的体积，提高发动机的寿命、降低造价，尤其是有利于发动机提高转速。由于本发明中配气凸轮不转动，而是在柱塞内的气门挺杆[63]围绕凸轮转动，因此在凸轮顶动气门挺杆与气门挺杆接触的瞬间，气门挺杆就会受到一个侧向压力或谓侧向撞击，有折弯挺杆的可能或影响挺杆寿命，故本发明中气门挺杆应设计成短而粗的，这在本机的结构布置上是允许和可以办到的。
发动机的润滑与冷却问题常常成为发动机能否实现设计功率，甚至能否正常工作的一个重要问题。人们一直在为改进发动机的冷却、润滑做努力、想办法改进设计，实现降低各个关键部件的温升，以增加出力，提高寿命。人们正在继续研制的三角活塞转子发动机的润滑、冷却问题也还是一个有待进一步解决的问题。发明人在对本发明进行结构构思时就已十分注意润滑和冷却问题。
这里初步考虑有三个途径，即1.油冷却、润滑系统(图6)，转动的机油泵齿圈[24]带动机油泵[71]，泵出的机油经机外管道[74]、机油散热器[13]、上机壳铸件内的油槽[73]后分成两路，一路由柱塞油道经柱塞进、排油道[45]流入并沉积在发动机下壳[72]内，由于转子的转动又将机油带起经机油导流板[27]激溅到导轨[1]、工作导轮[3]以及缸筒[30]等上面，又返回机油泵[71]……再继续循环。另一路则经转子铸件[6]、动力输出轴[21]、配气凸轮[61、62]、气门挺杆[63]、下轴承[22]返回到机油泵[71]后再继续循环。
2.风冷系统冷却风扇[11]鼓起的冷风冷却机油散热器[13]的机油后又经机壳外的导风罩[13]导向冷却机壳[14][16]。
3.由化油器带出热量在上机壳(图7)一侧经空气滤清器接口[83]不断地送入冷空气，上机壳[14]另一侧经化油器的接口[81]不断地抽出热空气，带走机内热量。
本发动机的外壳由于受内部有旋转部分的影响，只能由两个扁扁的半园形或半椭园上下机壳[14][16]连接而成，当然机壳上要有定位结构，上、下机壳之间必须加密封圈经螺钉[15]连接。
本机的进气管[82]位于机壳下方与柱塞内的进气道相通。
从上述各部分结构构思看出，按照本发明构思完成的发动机应是直立式，从下部输出动力，很适合于在汽车上安装、使用。本发动机与现今使用的发动机相比取消了曲轴、连杆及配气凸轮这些结构复杂、机械强度不高、影响转速……的部件，本发动机不仅可以制成任何缸数(1、2、3、……)而且转速高而平稳，结构简单。又由于各缸各冲程工作时间的分配取决于导轨的轨迹，因而就可以使各段行程时间最为合理的分配，从而达到出力最大，燃料最省，排放污染最小，作功平稳，体积小……。另外，初步估算，本发动机的动力输出轴也相应短的多，例如与212发动机相比
尽管本发动机进气管路较长、阻力较大，但从加大压缩比，减小燃烧室容积或者使用增压器是可以解决的。本发明的发动机还可以做成高转速或低速大扭矩，并有可能根据输出功率需要方便的形成系列产品等一系列优点，因此它能取代现今使用的效率不高，体积大，正趋于潜力挖尽的往复式发动机和正在研制尚不能理想使用的转子发动机。它为内燃机的发展指出了一个新的方向。必将取得很好的经济效益和社会效益。
权利要求
1.一种可为汽车和其他设备提供动力的汽油发动机其特征在于高速转动的柱塞与沿导轨行走的缸筒之间按照四冲程发动机工作原理做往复运动，与高速转动的柱塞构成的转子连成一体的动力输出轴输出动力，缸筒和柱塞之间做功一次，推动动力输出轴转动360度。
2.一种可为汽车和其他设备提供动力的汽油发动机其特征在于它由高速旋转的柱塞连成一体的转子、动力输出轴等构成的旋转部分和包括缸筒、导轮等在内的往复运动部分及导向部分组成。
3.根据权利要求2.所述的发动机其特征在于旋转部分还包括排气管、配电凸轮、飞轮和冷却风扇、机油泵驱动齿圈等。
4.根据权利要求2.所述的发动机其特征在于组成转子的各个柱塞内有一对进、排气门和弹簧、挺杆及进、排气道，柱塞内壁开有冷却油道，柱塞头外部镶有三道密封环(二道气环，一道油环)。
5.根据权利要求3.所述的发动机其特征在于位于全机上方中部的排气管，通过大螺钉与转子、动力输出轴等连成一体，排气管内壁可套以耐热陶瓷管，排气管外套有冷却风扇、配电凸轮并通过键连接。
6.根据权利要求3.所述的发动机其特征在于位于全机下部的飞轮与全机中央下端的动力输出轴之间可用花键加螺母和销子或涨套连接。带轴肩的动力输出轴又通过沉头螺钉与转子连成一体。
7.根据权利要求3.所述的发动机其特征在于旋转部分还包括为支承转子并防止转子轴向和径向窜动在转子上、下部安装的两个滚柱轴承的内圈和安装在动力输出轴下端防止轴摆动的滚柱轴承的内圈。
8.根据权利要求2.所述的发动机其特征在于往复运动部分的各个分立的缸筒其顶部装有能周期地与高压分电板接触的火花塞。缸筒上、下侧边各铸有能安装做工作导轮的滚柱轴承和做离心导轮的黄铜制成的滚轮的轴。
9.根据权利要求2.所述发动机其特征还在于组成发动机的高压分电板与火花塞有较长的接触部位，而高压电路的接通是依靠与缸数一致的多角配电凸轮来控制。高压电路接通的同时，低压电路切断。当发动机设计转速高于7000转/分时，必须使用电子点火系统。
10.根据权利要求2.所述的发动机其特征在于两条结构形状完全一致，安装形、位完全一致的导向用导轨是与机壳制成一体或安装在上、下机壳上，由耐热、耐磨材料制成，根据四冲程发动机各个冲程分配时间不等而制成特殊形状的环形轨道。安装在缸筒上、下侧边的工作导轮(滚柱轴承)沿导轨滚动，发动机启动时离心导轮也沿导轨滚动。
11.根据要求2.所述的发动机其特征在于配气工作是靠装在下机壳上，伸入到靠近转子中心套筒的一对进、排气凸轮来控制;表面型线依配气过程需要而定的凸轮的进气角为120度左右，排气角是60度左右是较适宜的。
12.根据权利要求2.所述的发动机其特征在于机壳由带有定位结构的上、下两部分组成，加密封垫用螺钉连接，下机壳下方有进气管。
13.根据权利要求2.所述的发动机其特征还在于发动机的冷却润滑系统是(1)机油从被转子上的机油泵齿轮带动的机油泵压出经外接管道、机油散热器、上机壳铸件油槽后分两路，一路柱塞油道、柱塞、进气门油道、排气门油道流入发动机下机壳，机内转子的转动带起机油，通过机油导流罩激溅，实现润滑冷却柱塞和缸筒、工作导轮和导轨，然后返回机油泵循环。另一路机油经转子铸件动力输出轴、配气凸轮、气门挺杆、下轴承返回到机油泵再循环。(2)发动机的风冷系统是冷却风扇鼓起冷风冷却机油散热器内的机油后又经装于机壳外的导风罩导向冷却机壳。(3)在上机壳的一端安装空气滤清器，不断输入冷空气，上机壳另一端安装的化油器不断抽出经过机壳空间而变热的空气带出机内热量。
全文摘要
柱塞旋转式发动机是一种可用做汽车动力或为其它设备提供动力的新型汽油发动机。本发动机由包括进、排气门，气道、冷却油道在内的各个柱塞等连成一整体的旋转部分和包括缸筒和导轮等在内的往复部分及导向部分等构成。旋转的柱塞与沿导轨行走的缸筒之间按照四冲程发动机工作原理做往复运动，所产生的动力由位于转子中心下部的动力输出轴输出。本机具有全机只一对配气凸轮、无曲轴、连杆结构等特点和功率大、体积小、转速高、结构简单、制造方便等优点。
文档编号F01B13/06GK1040850SQ8810612
公开日1990年3月28日 申请日期1988年8月26日 优先权日1988年8月26日
发明者顾永强 申请人:顾永强