專利名稱：對移活塞式大扭矩發動機的制作方法
對移活塞式大扭矩發動機(以下簡稱大扭矩發動機)技術屬內燃機技術領域。
大扭矩發動機的背景技術是現代廣泛使用的，具有曲柄連焊機構的，活塞式裙型發動機。
大扭矩發動機具有類似二行程發動機的結構，對移活塞式發動機的工作方式和四行程發動機的工作循環。現以一單缸大扭矩發動機為例輸出軸每旋轉一圈，汽缸完成兩個與四行程發動機相類似的工作循環，同時輸出兩對力偶。
由內燃機基本關系式可知，對于一定汽缸容積的發動機有31.83pe·Vh·iτN·M......(1)]]>Me發動機輸出扭矩(N.M)pe平均有效壓力(bar)Vh單缸工作容積i汽缸數τ發動機沖程數由式(1)可知Me反比于τ。四行程發動機輸出軸轉兩圈完成一個工作循環，τ＝4；二行程發動機輸出軸轉一圈完成一個工作循環，τ＝2；對于本例大扭矩發動機而言，輸出軸每轉半圈完成一個工作循環，故τ＝1。這就是說，在與本例同等條件下，大扭矩發動機的輸出扭矩為普通四行程發動機的4倍，為二行程發動機的2倍。
獲得單位馬力自重在0.4kg/馬力以下，輸出轉速較低的一種新型大扭矩發動機，以達到為小型飛行器或其它類型機器提供動力之目的。
大扭矩發動機有特殊的機器結構、工作原理和換氣方式，現分述如下一、。結構特征大扭矩發動機在結構上舍去了裙型發動機的曲柄連桿機構而代之以導軌。其實質是利用一個內凸輪控制活塞在汽缸中的運動過程，以獲得最大的膨脹比，較高的熱效率和較大的有效功率輸出。為了實現用凸輪控制活塞在汽缸內運動的全過程，采用了兩活塞對移運動和缸套旋轉的配合運動方式，省去了汽缸蓋和配氣機構，從而大大地簡化了結構，減輕了發動機單位馬力的自重，構成了大扭矩發動機獨具一格的優勢。大扭矩發動機主要由轉子組件、定子組件和往復運動組件三大部分組成。
轉子組件包括上、下兩個半軸；汽缸套和左、右兩個半轉子組成的旋轉體。因為采用風冷散熱，旋轉體內的汽缸體帶有散熱片。進、排氣道配置在汽缸體的進、排氣口上，與旋轉體同步旋轉，并按配氣相位圖(參閱圖2)配氣，要求分別與其相對應的定子進、排氣道接通和關閉，完成換氣過程。分裝在轉子殼體上、下兩個半軸，承擔動力輸出和支撐作用。
定子組件主要由導軌、進、排氣道；定子上、下殼體；一個與永磁式轉子相配套的發電點火系統和一對擺桿托輪組成。導軌固定在定子上、下殼體內，用來控制活塞在缸套內的運動。定子進、排氣道安裝在與轉子進、排氣管相對應的一側，用來完成換氣過程。下、下兩個定子殼體分別與轉子的兩個半軸安裝在滾動軸承上，是整個發動機的支承件。
往復運動組件包括對稱布置的兩個活塞組件；兩副滾輪組件；兩副主推桿組件；四副擺桿組件及其相應的滾動體、緊固件等。這里活塞為承力件，主推桿為傳力件，擺桿為卸荷件。
除以上三大組件外，尚有汽化器、空氣過濾器、火花塞及點火系統。潤滑系統包括機油泵及其驅動系統、過濾器等。
二、工作原理大扭矩發動機以對移活塞工作方式完成運行，輸出軸每旋轉半圈完成一個工作循環。每個工作循環包括四個行程即進氣行程、壓縮行程、工作行程和排氣行程。由于大扭矩發動機的進、排氣行程是分步完成的，因而又可分成六個分步即壓縮點火、膨脹終點、定子排氣、擺桿排氣、擺桿進氣和定子進氣。現根據大扭矩發動機運行圖(

圖1-1至圖1-6)分述如下1、壓縮點火(圖1-1)當A活塞運行至下止點(圖1-6)，此時汽缸內充滿著沿汽缸中心軸線旋轉的可燃混合氣。由于轉子的旋轉慣性和往復組件所產生的離心力，使滾輪緊貼定子導軌，并在導軌的制導下使A與B兩活塞作對移運動進入壓縮行程。當汽缸內混合氣壓縮到規定的壓縮比時，火花塞點火，兩活塞在上止點停留一個延燃角。
2、膨脹終點(圖1-2)滾動體越過延燃角后，汽缸內燃氣處于膨脹狀態。在膨脹氣體作用下，迫使兩活塞同時下行，此時活塞通過推桿推動滾動體運動。滾輪作用在定子導軌曲線面上，因而兩活塞均產生一切向分力，該切向分力通過擺桿拖動轉子轉動一個角度，輸出一對力偶使轉子形成轉動慣量作功。當A、B兩活塞下行至下止點時，兩活塞所對應的兩排換氣孔全部開通，同時轉子排氣岐管接通定子排氣道，關閉轉子進氣岐管使汽缸內廢氣快速排出。
3、定子排氣(圖1-3)B活塞維持在下止點。B活塞所對應的換氣孔全部開通，并與定子排氣道繼續保持接通狀態。A活塞依靠轉子旋轉的慣性力，并在導軌制導下沿導軌曲面上行至導軌曲線的最高點，同時擺桿與擺桿托輪接觸。
4、擺桿排氣(圖1-4)B活塞繼續維持在下止點。B活塞所對應的換氣孔全部開通，并與定子排氣道繼續保持接通狀態。A活塞依靠轉子旋轉的慣性力，使其擺桿在擺桿托輪的作用下推動A活塞達到排氣上止點，與此同時B活塞在導軌的制導下完成輔助行程并關閉換氣孔，實現全部排氣過程。
由于在排氣終了時A活塞頂部越過了轉子的旋轉中心，平衡了部分因滾動體、擺桿和主推桿重量所引起的離心力。加速度慣性力與排氣阻力得到相互部分的抵消，從而減少了往復運動組件因高速往復運動所產生的慣性力。
當排氣終了時；轉子排氣道(即B活塞所對應的換氣孔)關閉；轉子進氣道(即B活塞所對應的換氣孔)接通定子進氣道，為A活塞下行進氣作好準備。
5、擺桿進氣(圖1-5)B活塞繼續維持在下止點。B活塞所對應的換氣孔全部開通，并與定子進氣道保持接通狀態。A活塞依靠轉子旋轉的慣性力，使其擺桿在擺桿托輪的作用下，迫使A活塞向下運行，完成擺桿進氣行程并使滾輪與定子導軌曲線面接觸。
6、定子進氣(圖1-6)B活塞繼續維持在下止點。B活塞所對應的換氣孔全部開通，并與定子進氣道繼續保持接通狀態。A活塞依靠轉子旋轉的慣性力，使A活塞組件、主推桿及滾動體組件、擺桿組件產生一離心力，該離心力使滾輪緊貼導軌曲器，迫使A活塞下行完成定子進氣。在啟動狀態下，借助定位肋完成定子進氣。
完成進氣行程后，A、B兩活塞均處于下止點，進、排氣道全部關閉，轉子已轉過180°，A活塞與B活塞交換位置，為下一次工作循環作好準備。
三、大扭矩發動機的換氣由于大扭矩發動機的缸體和活塞及其往復運動組件是隨轉子一起旋轉的，所以轉子上的進、排氣管也是旋轉的。其換氣方式類似一個氣體分配閥。轉子按配氣相位圖上的時間配置，定時與定子上的進、排氣管接通和關閉，保證換氣過程準時進行。其配氣相位如圖2。
轉子進、排氣道及缸套換氣孔斷面如圖3-1。缸套共有24個換氣孔，均為斜孔，分別配置在A、B兩活塞的一側，其傾斜角的大小由氣體在汽缸內的旋轉直徑和缸套的外徑所決定。acrsinα=dudg]]>α＝換氣孔傾斜角
du＝氣體在汽缸內的旋轉直徑平均值dg=汽缸套外徑為了方便論述進、排氣過程的相位關系，令壓縮開始點A活塞的位置為0°。
從圖1-2可看到，當活塞處于膨脹終點位置時，A、B兩活塞所對應的排氣孔全部開通，這里上下共有24個換氣孔與定子排氣道接通，進行排氣。雖然此時24個換氣孔毫無遮擋，但由于進氣道處于關閉狀態(圖3-1)，僅有部分廢氣串入轉子進氣道，但隨著廢氣排出所形成的壓力差，這部分廢氣也將被排出汽缸外。
當A活塞進入排氣行程時(圖1-3)，迅速遮蓋A活塞一側的換氣孔，壓縮汽缸內廢氣從B活塞一側的換氣孔排出。此時B活塞一側的換氣孔仍然與定子排氣道保持接通進行排氣。當A活塞完成擺桿排氣時(圖1-4)，B活塞完成輔助行程，共同完成排氣的過程。此時也有少量廢氣串入轉子進氣道，同樣會隨著廢氣排出所形成的壓力差將這部分廢氣排出汽缸外(圖3-1)。
當A活塞進入進氣行程時(圖1-5)，B活塞一側的換氣孔利用轉子排氣道切斷與定子排氣道的聯系，達到關閉轉子排氣道的目的。與此同時，B活塞一側的換氣孔利用轉子進氣道溝通與定子進氣道的聯系，使B活塞一側的換氣孔與定子進氣道接通。由于轉子排氣道關閉，當A活塞下行進氣時，雖然B活塞一側的換氣孔毫無遮擋，但不能吸入廢氣(圖3-2)。
由于換氣重疊角的設置，在進氣開始時，排氣口尚未完全關閉，在排出氣體的慣性力作用下，排氣仍在進行，直到排氣口完全關閉。因此，正確選擇重疊角，將是汽缸內新鮮混合氣充量增加的保證。(六)、大扭矩發動機與背景技術相比所具有的有效效果1、大扭矩發動機重量輕。大扭矩發動機由于舍去了曲柄桿機構，使其自身的單位馬力重量大為減輕，由于主推桿擺動小，中心距短，受力狀態好，可設計得很小、很輕。采用擺桿排氣機構，使整個發動機線性尺寸得到控制。采用二行程發動機的換氣方式，使配氣機構大為簡化。采用對移活塞工作方式，使機體重量進一步減輕。整個發動機重量集中在轉子和定子上，如果采用高強度輕質材料，其單位馬力重量可達到0.4kg/馬力以下。這個重量是人類單體自由飛行的標準，是曲柄式內燃機設計人員一直為之努力而又無法實現的指標。只有采用大扭矩發動機的結構才能達到目的。
2、為提高活塞式內燃機熱效率開辟了新的途徑。曲柄式內燃機固有的運動規律無法改變，使曲柄式內燃機不可能實現完全的等容加熱循環過程。大扭矩發動機的活塞運動規律決定于導軌曲線的設計，只要導軌設計合理，就可以實現等容加熱循環，完善燃燒過程，獲得較高的熱效率。
3、可簡化減速機構。大扭矩發動機的輸出轉速低，活塞運動頻率高，可使變速機構大為簡化。
4、可望降低內燃機的噪音。內燃機的噪音問題歷來就是一個非常棘手的問題。由于曲柄連桿機構的運動規律與燃料在燃燒室中的燃燒規律不吻合，在發動機結構上使降低內燃機噪音成為難題。而大扭矩發動機不存在這一結構上的矛盾，為解決這一難題提供了前提條件。
5、由于舍去了曲柄連桿機構，以滾動軸承代替滑動軸承，降低了對潤滑條件的要求，使大扭矩發動機成為實現絕熱燃燒較理想的機型。(七)、圖面說明一、圖1-1至圖1-6為大扭矩發動機運行圖。
圖1-1壓縮點火圖1-2膨脹終點圖1-3定子排氣圖1-4擺桿排氣圖1-5擺桿進氣圖1-6定子進氣以上六圖表示了大扭矩發動機運行圖的六個分步，均已在大扭矩發動機工作原理中分別進行了論述。
二、圖2為大扭矩發動機配氣相位圖。下半部代表A活塞完成一個工作循環的轉角(180°)；上半部代表B活塞完成一個工作循環的轉角(180°)。箭頭表示旋向。令壓縮行程起點為0°。
由于大扭矩發動機A、B兩活塞為對移運動，所以A、B兩活塞的運動行程均以極點為對稱。
“點火提前角”表示A、B兩活塞對移壓縮至終點前，火花塞提前點火的角度。
“A活塞排氣控制角”表示A、B兩活塞到達工作終點時，兩側換氣孔同時開放排氣時間。該控制角延長至排氣部分表示A活塞一側排氣道的延遲關閉角。
“B活塞排氣控制角”表示A、B兩活塞到達工作終點時，B活塞一側換氣孔開啟時間，并且自開啟一直延長至進氣開始后。延長至進氣部份，為B活塞一側排氣道的延遲關閉角。
“B活塞進氣控制角”表示A活塞下行進氣時，B活塞一側換氣孔的開始時間，延伸到排氣部份，為B活塞一側進氣道提前開啟時間。與“B活塞排氣控制角”的重疊部份為進、排氣道的開啟重疊角。
三、圖3-1為大扭矩發動機排氣原理圖。缸套外面的虛線表示安裝缸套的缸體，與轉子是一個整體。在缸套換氣孔上下分別配置了進氣岐管與排氣岐管。當排氣行程時，進氣岐管處于關閉狀態。圖中箭頭表示廢氣排出路線，α表示缸套換氣孔斜角。
四、圖3-2為大扭矩發動機進氣原理圖。缸套外面的虛線表示安裝缸套的缸體，與轉子是一個整體。在缸套換氣孔上下分別配置了進氣岐管與排氣岐管。當進氣行程時，排氣岐管處于關閉狀態。圖中箭頭表示進氣路線；α表示缸套換氣孔的斜角。(八)、大扭矩發動機的應用展望大扭矩發動機由于其單位馬力重量輕，在軍用和民用兩方面都有著廣泛的應用前景。
在軍用方面可以用作制造小型飛行器的動力，可以實現戰士單人飛行。隨著這種小型飛行器的廣泛應用，可改變目前空降部隊的被動局面；可變步兵戰斗的平面戰場為三維空間戰場；使步兵在現代化戰爭中重新成為攻擊的主力。此外在偵察、截擊、突破、強攻等重要軍事手段中將發揮重要作用。
在民用方面，裝備大扭矩發動機的小型飛行器，必然是取代小汽車的換代產品，它將把目前小汽車的平面運動變成立體的空間運動。人類自古以來夢寐以求的自由翱翔將可能成為現實。此外在摩托車發動機、摩托快艇發動機、汽車發動機等凡是需要動力的地方，都將可能得到廣泛地應用。
權利要求
對移活塞式大扭矩發動機，究其工作原理而言，每個工作循環有四個行程，又可分為六個分步。當輸出軸每旋轉半圈完成一個工作循環時，其輸出扭矩為四行程發動機的四倍，為二行程發動機的兩倍。在結構上，對移活塞式大扭矩發動機的汽缸體為旋轉體，利用凸輪控制活塞等往復運動組件按設定的規則在汽缸內運動。利用兩個活塞的對移運動完成工作循環，運用帶斜角的換氣孔換氣。運用擺桿托輪完成排氣。對移活塞式大扭矩發動機屬活塞式內燃機。但它有別于現行的裙型發動機，其特征是大扭矩發動機舍去了典柄連桿結構，利用導軌控制活塞等往復運動組件，按設定的規則在汽缸內運動，達到優化燃燒過程的目的，并使其本身單位馬力重量大為減輕。主推桿擺動小，中心距短，受力狀態好，可設計得較小、較輕。采用擺桿和擺桿托輪排氣，使整個發動機的線性尺寸得到壓縮。采用帶斜角的換氣孔進行換氣，使配氣機構得到簡化。采用對移活塞工作方式，使機體重量進一步減輕，使缸套的受熱均勻性得到改善。綜上所述，本發明的獨立權利要求為對移活塞式大扭矩發動機的結構特征。對移活塞式大扭矩發動機的從屬權利要求為1、對移活塞式大扭矩發動機的工作原理。
2.對移活塞式大扭矩發動機的換氣方式。
全文摘要
對移活塞式大扭矩發動機，屬內燃機技術領域。該發動機具有類似二行程發動機的結構，對移活塞式發動機的工作方式和四行程發動機的工作循環。輸出軸每旋轉半圈完成一個工作循環，從而提高了活塞運動頻率，降低了輸出軸轉速；提高了輸出扭矩，簡化了機器結構，降低了單位馬力自重。可望獲得單位馬力自重在0.4kg/馬力，輸出軸轉速較低的一種新型大扭矩輸出的發動機。以達到為小型飛行器或其它類型機械提供動力之目的。
文檔編號F02B59/00GK1165912SQ96108358
公開日1997年11月26日 申請日期1996年7月11日 優先權日1996年7月11日
發明者王榮 申請人:王榮