專利名稱：無氣門三工室四沖程多缸聯(lián)缸共旋式燃油燃氣發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一利用燃油、燃氣的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的設備，特別涉及一 種無氣門三工室四沖程多缸聯(lián)缸共旋式燃油燃氣發(fā)動機。
背景技術(shù)：
四沖程活塞式燃油發(fā)動機是德國工程師奧托于1876年設計并制成使用氣體 燃料的電火花點火式四沖程內(nèi)燃機?，F(xiàn)在稱按定容燃燒的內(nèi)燃機循環(huán)為奧托循 環(huán)。奧托循環(huán)是內(nèi)燃熱力循環(huán)的一種。即定容加熱內(nèi)燃機的理想循環(huán)由絕熱壓
縮、定容加熱、絕熱膨脹和定容放熱四個過程組成。煤氣機和汽油機的工作循環(huán) 接近于這個循環(huán)。氣門系統(tǒng)是四沖程發(fā)動機的致命弱點，如果解決了氣門的弱點， 四沖程發(fā)動機的高速高效率，就可以實現(xiàn)氣門的高速化與耐久化，使四沖程活塞
式燃油發(fā)動機的設計臻于完美。汪克爾菲加博士與1957年發(fā)明了汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動 機。汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動機體積小，重量輕，雙轉(zhuǎn)子型相當于直列活塞往復式六缸發(fā) 動機。在保證相同輸出功率水平的前提下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是四沖程活塞式發(fā)動機轉(zhuǎn) 速的三分之一。由于轉(zhuǎn)子發(fā)動機將空、燃混合氣燃燒產(chǎn)生的膨脹壓力直接轉(zhuǎn)化為 三角形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)力矩，連桿、進氣口和排氣口亦依靠轉(zhuǎn)子自身的運動來控制打 開和關(guān)閉；不再需要設置復雜的配氣機構(gòu)，而這種復雜的機構(gòu)，在往復式活塞發(fā) 動機中是必不可少的一部分。轉(zhuǎn)子發(fā)動機具有均勻的扭矩特性；根據(jù)多年的研究 結(jié)果與大量的實驗證明，轉(zhuǎn)子發(fā)動機在整個速度范圍內(nèi)具有均勻的扭矩曲線，運 動中的扭矩波動與直列六缸往復式活塞發(fā)動機相比較具有相同的水平，三角型轉(zhuǎn) 子發(fā)動機聯(lián)機布置的體積小于V型往復式活塞發(fā)動機，運行中更加安靜平穩(wěn)，噪 音更小；對于往復式活塞發(fā)動機，活塞運動本身就是一個非動平衡振動源，同時 由于氣門的存在，產(chǎn)生很大的沖擊噪音。轉(zhuǎn)子發(fā)動機由于其運動的平穩(wěn)性，在轉(zhuǎn) 動時所產(chǎn)生的振動極小，而且由于不需設置氣門機構(gòu)，就進一步降低了運動中產(chǎn) 生的振動與沖擊噪音。由于此類轉(zhuǎn)子發(fā)動機無須設置高轉(zhuǎn)速運動部件，使工作更 加可靠，使用壽命更加長久。與往復式活塞發(fā)動機的比較，轉(zhuǎn)子發(fā)動機有如下缺 點，耗油量大。這主要是因為在轉(zhuǎn)子與內(nèi)腔曲面的結(jié)合部位產(chǎn)生燃燒，火焰侵襲 的路徑較長，使燃油和機油的消耗量增加；轉(zhuǎn)子發(fā)動機由于對氣體的壓縮比較小， 只能適用于點火式汽油發(fā)動機，不能使用柴油作為燃料成為壓縮式柴油發(fā)動機， 因此經(jīng)濟性能低于四沖程式柴油機。且應為構(gòu)造的原因使得結(jié)構(gòu)中的功率輸出軸 的位置高于四沖程發(fā)動機，在汽車中使用時，使整車的設計布置安排很不方便。 另外，轉(zhuǎn)子發(fā)動機內(nèi)腔的蠶繭式次擺線曲面及轉(zhuǎn)子表面的加工制造技術(shù)難度較 大，必需使用專用機械設備進行加工，方可達到相應的實用精度，采用通用機床 難以適應復雜的曲面加工，更難于達到相應的實用精度，加工工藝的成本相對幾 倍的高于傳統(tǒng)發(fā)動機的加工成本。因此社會上亟需一種加工工藝的成本相對較 低，可使用傳統(tǒng)的機加工設備施行工藝加工，重量較輕，結(jié)構(gòu)簡單，效率較高， 可同時利用汽油，柴油與可燃氣體產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的混合能源發(fā)動機。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的百的就是要提供一種既具有活塞式四沖程發(fā)動機具有較高的 壓縮比，又具有特殊單一功能的三工室，無桿狀彈簧類氣門，可使活塞在往復行
比，又具有特殊單一功能的三工室，無桿狀彈簧類氣門，可使活塞在往復行程中具 有較高的速率，曲柄的旋轉(zhuǎn)具有較高的轉(zhuǎn)速，而聯(lián)缸轉(zhuǎn)子的動力輸出軸具有較低的 角速度與較大的轉(zhuǎn)矩，動力輸出軸的高低位置可任意安排調(diào)整；使用傳統(tǒng)的普通配 套機床即可加工生產(chǎn)，可以維持較低的加工工藝成本，獲得燃燒熱能轉(zhuǎn)化為機械能 的轉(zhuǎn)換效率較高，燃燒十分完全排放物較為清潔環(huán)保的一種無氣門三工室四沖程多 缸聯(lián)缸共旋式燃油燃氣發(fā)動機。
本實用新型為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是 一種新型的燃油、燃氣發(fā) 動機，其結(jié)構(gòu)包括機座，機座上制有機殼，機殼的頂部安裝起重環(huán)，盛油盤設置在 機殼的下方，內(nèi)齒圈安裝固定在機殼的內(nèi)部，小齒輪與內(nèi)齒圈相嚙合，小齒輪與變 速器通過齒輪嚙合連接曲軸，曲柄通過軸承連接連桿，連桿通過活塞銷與活塞相連 接，活塞上安裝有活塞環(huán)，活塞安裝在缸體內(nèi)，多缸聯(lián)缸體由鑄造組成一體化的轉(zhuǎn) 子以三缸聯(lián)缸體的構(gòu)造為例各缸中心線的夾角均為120度，在缸體的外腔制有迭層
散熱翼翅，散熱翼翅上制有擾氣孔片，機殼的中央連接固定環(huán)狀軸轂，在轉(zhuǎn)子與環(huán) 狀軸轂之間的邊緣均制有數(shù)道凹槽，凹槽內(nèi)鑲嵌有密封環(huán)，帶芯孔的左端蓋和右端 蓋與密封環(huán)相配合，為環(huán)狀固定工室與轉(zhuǎn)子之間的間隙設置迷宮式密封系統(tǒng)；環(huán)狀 固定工位室上制有進氣室、燃燒室與排氣室，進氣室與排氣室開口的展角較大，燃 燒室開口的展角較小，燃燒室內(nèi)同時安裝有火花塞與噴油嘴，火花塞的高壓連接導 線用絕緣電線連接高壓電發(fā)生器，噴油嘴連接高壓輸油管，進氣室連接進氣管，進 氣室內(nèi)安裝噴油器，排氣室連接排氣管； 一體化的轉(zhuǎn)子同軸連接驅(qū)動齒輪，驅(qū)動齒 輪用齒輪連接高速風扇并傳動動力輸出軸輸出扭距。
本實用新型的有益效果是由于新型的發(fā)動機不設置彈簧桿狀氣門，進氣、壓 縮、爆發(fā)、排氣工位的轉(zhuǎn)換與定位均由一體化的轉(zhuǎn)子上的小齒輪與內(nèi)齒圈相嚙合旋 轉(zhuǎn)，形成的換位來實現(xiàn)。齒輪捏合結(jié)構(gòu)可使活塞的運動與進，排氣，壓縮，燃燒沖 程的配合十分精確并可實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，活塞在往復行程中可達到較高的速率，高速 運動的活塞帶動連桿，通過軸承輸出力矩，使曲柄的旋轉(zhuǎn)具有較高的角速度，通過 起正時作用內(nèi)齒圈的定位與小齒輪嚙合，驅(qū)動聯(lián)缸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，其動力輸出軸具有較 低的角速度而產(chǎn)生較大的扭矩。采用較小直徑的活塞，應用較短的活塞沖程，可有 效地縮短曲柄的偏心距，同時降低活塞的慣性與曲柄的轉(zhuǎn)動慣量，使得發(fā)動機的運 行更為平穩(wěn)，同時降低了發(fā)動機的振動與噪音，延長了發(fā)動機的使用壽命。動力輸 出軸的高低位置可任意安排調(diào)整，便于與底盤傳動機構(gòu)的連接。機座、機殼，多缸 聯(lián)缸體及各獨立的缸體、活塞、活塞銷、連桿、曲柄等零部件的機加工工藝均可以 使用傳統(tǒng)的普通配套機床即可加工生產(chǎn)，可以維持較低的加工工藝成本；由于每一 獨立的缸體均采用傳統(tǒng)的連桿活塞模式工作，可獲得較高的壓縮比，即可獲得較高 機械能轉(zhuǎn)化效率，各工室功能的單一化設計，有效地提升了各工室的工作性能。通 過選擇不同的壓縮比，可使燃油或燃氣在汽缸內(nèi)的燃燒十分充分，因此排放物較為 清潔環(huán)保。在機構(gòu)設計中舍棄了壓縮工位室，舍棄了彈簧桿狀氣門及其伺服機構(gòu)， 舍棄了煩瑣的水冷系統(tǒng)，代之以高速風扇與散熱翼片結(jié)合的簡單散熱系統(tǒng)，目的是 進一步簡^1發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，及進一步降低發(fā)動機的重量。進氣室內(nèi)安裝噴油器，其 目的是向汽缸內(nèi)充入精確數(shù)量的汽油。進氣室的開口展角較大，目的是為保證進氣
過程中混合氣可得到充分地進入汽缸體；燃燒室內(nèi)同時安裝有火花塞與噴油嘴，目 的是使得發(fā)動機通過調(diào)節(jié)，可以適應使用汽油、柴油及各類燃氣作為燃料，使發(fā)動 機的燃料的選擇性具有多樣化的模式。排氣室開口的展角較大，目的是在排氣過程 中汽缸的內(nèi)口有較大的展角與排氣室相連通，并與進氣室有交叉連通相位角，制造 了掃氣過程，汽缸中的廢氣可充分地排出缸體；燃燒室開口的展角較小，是因為點 火只需要十分暫短的時間，'展角開口較小的燃燒室只要存在火花塞的點火與汽缸之 間連通的空間，就必然可以達到點燃壓縮混合氣的目的，體積較小的的燃燒室在結(jié) 構(gòu)上避免了因使用體積較大的燃燒室，在缸體旋轉(zhuǎn)到與燃燒室對位連通時，突變增 加的體積造成汽缸內(nèi)混合燃氣壓力的大幅度下降，使發(fā)動機的額定功率下降或者點 火失靈；以上的氣室結(jié)構(gòu)，既可以保證各氣室單一功能的特性實現(xiàn)，又可使氣室的 結(jié)構(gòu)簡單化，舍棄了構(gòu)造復雜的彈簧桿狀氣門裝置，與直列式汽缸組合、V列式汽缸 組合相比較，同功率，同類型的發(fā)動機的制造成本相比較降低約25%左右，重量也因 此降低，這種類型的發(fā)動機具有明顯的價格優(yōu)勢；由于采用了較小直徑的活塞，應 用較短的活塞沖程，縮短了曲柄的偏心距，使得發(fā)動機的軸向尺寸成倍地縮短，徑 向尺寸也減小了很多，有利于多機并聯(lián)共軸結(jié)合，制造大功率的發(fā)動機可由單機并 聯(lián)實現(xiàn)，避免了重復煩瑣的設計程序與龐雜的制造工藝。綜上所述，本設計所推出 的發(fā)動機具有體積小、重量輕、功率大的優(yōu)勢；由于具有較高的壓縮比，而且可以 使用柴油作為燃料，因此有較高的經(jīng)濟優(yōu)勢。以下結(jié)合附圖以三工室三缸體發(fā)動機為例，對本實用新型作進一步說明。
圖l是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是


圖1的左視圖。
圖1中，l.機座、2.機殼、3.內(nèi)齒圈、4.盛油盤、5.缸體A、 6.活塞、7.活 塞環(huán)、8.環(huán)狀固定工位室、9.聯(lián)缸轉(zhuǎn)子、10.缸體B、 ll.排氣管、12.排氣室、 13.進氣管、14.起重環(huán)、15.缸體C、 16.散熱翼翅、17.進氣室、18、密封環(huán)、19. 火花塞、20.燃燒室、21.活塞銷、22.連桿、23.曲軸、24.變速器、25、小齒輪。
圖2中，26.左端蓋、27.動力輸出軸、28.動力齒輪、29.驅(qū)動齒輪、30.高速風 扇、31.右端蓋。
具體實施方式
本實用新型在使用時，首先將發(fā)動機的機座(1)固定好，將空氣濾清器與進 氣管(13),進氣室(17)連接好，將排氣管(11)與排氣室(12)連接好，將火 花塞(19)的高壓連接導線用絕緣電線連接好，在盛油盤(4)中灌注機油，用標尺 測定到位后，啟動馬達，將油門操作手柄旋轉(zhuǎn)到一定的角度，發(fā)動機啟動后，內(nèi)齒 圈(3)與小齒輪(25)相嚙合，內(nèi)齒圈(3)固定于機殼(2)上，小齒輪(25)沿 內(nèi)齒圈(3)逆時針旋轉(zhuǎn)，同時缸體B (10)與缸體C (15)上的小齒輪亦與內(nèi)齒圈(3) 相嚙合，沿內(nèi)齒圈(3)逆時針旋轉(zhuǎn)，因內(nèi)齒圈(3)與機殼(2)之間是相對固定的， 聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)被拖動順時針旋轉(zhuǎn)，當缸體A (5)的內(nèi)口與進氣室(17)相連通時， 由于進氣室(17)的外口展開角度較大，可覆蓋活塞(6)由上止點返回下止點運動
的全過程，進氣室(17)的外口可與缸體A (5)的內(nèi)口始終保持良好的連接，活塞
(6)由缸體A (5)的內(nèi)口向外口移動，將混合氣由進氣室(17)吸入缸體A (5)的 內(nèi)腔，活塞(6)在由缸體A (5)的內(nèi)口向外口運動時，是通過活塞銷(21)被連桿
(22)拖動的，連桿(22)通過軸承連接曲軸(23)，曲軸(23)用齒輪連接變速 器(24)，小齒輪(25)的齒輪軸與變速器(24)通過齒輪相連接，小齒輪(25) 的齒牙與內(nèi)齒圈(3)的齒牙相嚙合，沿內(nèi)齒圈(3)逆時針旋轉(zhuǎn)，拖動聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9) 順時針旋轉(zhuǎn)，變速器(24)被小齒輪(25)拖動，變速器(24)連接曲軸(23)驅(qū) 動連桿(22)，連桿(22)通過活塞銷(21)拖動活塞(6)由上止點向下止點運動； 當活塞(6)由下止點向上止點返回時，聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)繼續(xù)沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，當 缸體A (5)的內(nèi)口與燃燒室(20)的開口相連通時，返回的活塞(6)已將混合氣壓 縮到預定點燃的壓力，火花塞(19)通過高壓連接導線提前導通，得到高壓電流， 發(fā)出強勁的電火花，點燃缸體A (5)中的壓縮混合氣，劇烈的燃燒產(chǎn)生熱量與強大 的氣壓，強大的氣壓推動活塞(6)壓迫活塞(6)由上止點向下止點運動，通過活 塞銷(21)拖動連桿(22)，連桿(22)通過軸承拖動曲軸(23)，驅(qū)動變速器(24) 上的小齒輪(25)沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，小齒輪(25)與內(nèi)齒圈(3)相嚙合，拖動聯(lián) 缸轉(zhuǎn)子(9)沿順時針旋轉(zhuǎn),動力齒輪(29)與聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)同軸旋轉(zhuǎn),通過齒牙傳動動 力齒輪(28)由動力輸出軸(27)輸出動力作功；缸體A (5)缸內(nèi)的熱量傳遞給外壁的 散熱翼翅(16)，散熱翼翅(16)被高速風扇(30)強制散熱，散熱翼翅(16)上 的擾氣孔、片增強了散熱效果，將熱量迅速地排入大氣，使缸體A (5)得到有效地 冷卻；聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)憑借轉(zhuǎn)動慣量繼續(xù)沿順時針旋轉(zhuǎn)，拖動小齒輪(25)經(jīng)變速器
(24)連接曲軸(23)驅(qū)動連桿(22)，連桿(22)通過活塞銷(21)拖動活塞(6) 由下止點返回向上止點運動時，當聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)順時針旋轉(zhuǎn)到達缸體A (5)的內(nèi)口 與排氣室(12)的開口相連通時，排氣室(12)的外口展開角度較大，可覆蓋活塞
(6)由下止點返回向上止點運動的全過程，排氣室(12)的外口可與缸體A (5)的 內(nèi)口始終保持良好的連接，在活塞(6)推動的壓力下缸體A (5)中的燃燒過的廢氣 暢快地由排氣室(12)的排氣管(11)中排出機外，經(jīng)消聲器消聲后排入大氣。與 缸體A (5)滯后120度的缸體C (15)，與缸體A (12)滯后240度的缸體B (10)，依 次與環(huán)狀固定工位室(8)上的進氣室(17)，燃燒室(20)，排氣室(12)相配合， 重復實現(xiàn)與缸體A (5)中活塞的四沖程循環(huán)，驅(qū)動聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)沿順時針方向旋轉(zhuǎn) 作功。在三工室三缸體發(fā)動機的運轉(zhuǎn)中，聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)每旋轉(zhuǎn)一圈，就有2個缸體 的活塞作功各一次，在三工室四缸體發(fā)動機的運轉(zhuǎn)中，聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)每旋轉(zhuǎn)一圈， 就有4個缸體的活塞作功兩次半，在三工室五缸體發(fā)動機的運轉(zhuǎn)中，聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9) 每旋轉(zhuǎn)一圈，就有5個缸體的活塞作功三次，用公式表達為N= 〔M+ (M-1)…+l) /M,其中N是作功次數(shù),M是聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)上的聯(lián)缸缸體的數(shù)量；在環(huán)狀固定工位室(8) 與聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)的邊緣上均制有環(huán)狀凹槽，環(huán)狀凹槽內(nèi)鑲嵌密封環(huán)(18)，帶芯孔 的左端蓋(26)與右端蓋(31)與密封環(huán)(18)相配合，為環(huán)狀固定工位室(8)與 聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)之間的間隙設置迷宮式密封系統(tǒng)，使混合氣與燃燒后產(chǎn)生的廢氣不會 發(fā)生泄漏，發(fā)動機的汽缸始終工作在良好的密閉環(huán)境中。
權(quán)利要求1. 一種無氣門三工室四沖程多缸聯(lián)缸共旋式燃油燃氣發(fā)動機，其結(jié)構(gòu)包括機座(1)，機座(1)上制有機殼(2)，盛油盤(4)設置在機殼的下部，小齒輪(25)與變速器(24)通過齒輪嚙合連接曲軸(23)，曲軸(23)通過軸承連接連桿(22)，連桿(22)通過活塞銷(21)與活塞(6)相連接，活塞(6)上安裝有活塞環(huán)(7)，活塞(6)安裝在缸體A(5)內(nèi)，火花塞(19)的高壓連接導線用絕緣電線連接高壓電發(fā)生器，其特征是機殼(2)的中央連接固定環(huán)狀三工位工位室(8)，環(huán)狀工位室(8)上制有進氣室(17)、燃燒室(20)與排氣室(12)，進氣室(17)與排氣室(12)開口的展角較大，燃燒室(20)開口的展角較小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種無氣門三工室四沖程多缸聯(lián)缸共旋式燃油燃氣 發(fā)動機，其特征是燃燒室(20)內(nèi)安裝有火花塞(36)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無氣門三工室四沖程多缸聯(lián)缸共旋式燃油燃氣 發(fā)動機，其特征是內(nèi)齒圈(3)安裝在機殼(2)的內(nèi)部，小齒輪(25)與內(nèi)齒圈(3) 相嚙合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種無氣門三工室四沖程多缸聯(lián)缸共旋式燃油燃氣 發(fā)動機，其特征是多缸聯(lián)缸體由鑄造組成一體化的轉(zhuǎn)子(9)以三缸聯(lián)缸體的構(gòu)造 為例,各缸中心線的平面夾角均為120度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種無氣門三工室四沖程多缸聯(lián)缸共旋式燃油燃氣 發(fā)動機，其特征是在缸體的外腔制有迭層散熱翼翅(16)，散熱翼翅(16)上制有擾氣孑L、片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種無氣門三工室四沖程多缸聯(lián)缸共旋式燃油燃氣 發(fā)動機，其特征是進氣室(17)與進氣管(13)相連接，排氣室(12)與排氣 管(11)相連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種無氣門三工室四沖程多缸聯(lián)缸共旋式燃油燃氣 發(fā)動機，其特征是聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)與環(huán)狀固定工室(8)之間的邊緣制有數(shù)道凹 槽，凹槽內(nèi)鑲嵌有密封環(huán)(18)，帶芯孔的左端蓋(26)和右端蓋(31)與密封 環(huán)(18)相配合，為環(huán)狀固定工室(8)與聯(lián)缸轉(zhuǎn)子(9)之間的間隙設置迷宮式 密封系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型公開了一種無氣門三工室四沖程多缸聯(lián)缸共旋式燃油燃氣發(fā)動機，屬于發(fā)動機設備，主要包括內(nèi)齒圈、聯(lián)缸轉(zhuǎn)子、環(huán)狀固工位室、變速器、進氣室、燃燒室、排氣室、噴油嘴、輸油管、進氣管、排氣管等。本實用新型所提供的發(fā)動機由于采用了聯(lián)缸轉(zhuǎn)子，具有較高的壓縮比，舍棄了氣門裝置，曲柄具有較高的轉(zhuǎn)速，小齒輪與內(nèi)齒圈相嚙合輸出轉(zhuǎn)矩，聯(lián)缸轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)具有較低的轉(zhuǎn)速，動力輸出軸的高低位置可根據(jù)被拖動機構(gòu)的需求靈活設計變動；發(fā)動機的動力輸出軸可具有較低的角速度與較大的轉(zhuǎn)矩；本機構(gòu)使用普通傳統(tǒng)機床即可加工、生產(chǎn)，具有較低的制造成本；熱能-機械能轉(zhuǎn)化率較高；汽油、柴油、燃氣均可作為燃料，其排放物較為清潔環(huán)保。
文檔編號F02B57/06GK201202527SQ20072019451
公開日2009年3月4日 申請日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月14日
發(fā)明者夏宗庚 申請人:葛嘉志;夏宗庚