一种旋缸发动机 【技术领域】
本发明涉及一种发动机.，尤其涉及一种旋转缸体式发动机。
背景技术
现有内燃发动机的类型有曲柄连杆气门配气式内燃机、曲柄连杆气口扫气式内燃机、三角活塞转子式内燃机。上述类型内燃机缺点分别是：曲柄连杆气门配气式发动机体积大，机构复杂，热效率提高困难；曲柄连杆气口扫气式发动机混合气损失大，燃烧不充分，热效率低；三角活塞转子式发动机活塞缸筒的形体复杂，不易加工，密封不易解决，工作寿命短。本申请人的中国实用新型专利《一种发动机》(专利号为ZL94212275.5，授权公告日为1995年10月18日)公开了一种旋转缸体式发动机，但该发动机进、排气管在旋转配气时气口密封不严密，缸筒体内圆上的气口小，密封件复杂；该发动机将动配合装在偏心轴的偏心孔内，而且内齿圈必须采用虚约束机构，因此，该发动机偏心轴机构具有结构复杂，体积较大的缺点。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是：提供一种气口密封严密、可靠，偏心轴机构取消内齿圈虚约束机构，并且结构简单、紧凑，工作可靠的旋转缸体式发动机。
本发明提供一种旋缸发动机，包括圆机壳2、配气机构、点火机构、活塞往复动力输出机构，其特征在于：所述活塞往复动力输出机构由缸体4、两组活塞摆线机构、中心主轴6、偏心轴机构、活塞加程齿轮机构组成，活塞加程齿轮机构位于活塞支架中心销孔14-3内，配气机构采用旋塞阀式配气机构，中心主轴6与缸体4一体位于圆机壳2内。
所述两组活塞摆线机构位于同一平面，每组活塞摆线机构由活塞8、活塞支架14-2及活塞摆杆15-1组成，活塞摆杆15-1的两端对称固定活塞支架14-2，每个活塞支架14-2两端面对称安装有活塞8，活塞摆杆中心设有套装在中心主轴6上的轴瓦15-2，安装有活塞8的活塞支架14-2装在缸体4内并能沿着缸体4中心弧线往复运动。
所述偏心轴机构由2个偏心轴9-1、2个偏心轮9-2、1个小通轴9-3组成，小通轴9-3的2个轴头分别固定在2个偏心轴9-1内端面的对应偏心孔内，2个偏心轮9-2的内偏心孔9-5动配合地套装在小通轴9-3上，2个偏心轮9-2外圆动配合地安装在活塞支架中心销孔14-3内的两侧。
所述活塞加程齿轮机构由内齿圈13-1和小齿轮13-2组成，内齿圈13-1按设定的齿标点固定在活塞支架中心销孔14-3内，小齿轮13-2按设定的齿标点固定在小通轴9-3的中间轴径上，小齿轮13-2上设定的齿标点与内齿圈13-1上设定的齿标点对应啮合，小齿轮13-2与内齿圈13-1的齿数比为1∶2。
所述活塞包括活塞主体8-3、活塞环槽8-2、活塞工作面8-4和火花塞半圆孔8-5，活塞工作面8-4为圆环状倾斜凹面体，火花塞半圆孔8-5位于活塞工作面8-4的顶端。
所述缸体4是由4个扇柱形缸筒体5和中心主轴6外圆周围成的1个圆管状旋转缸体，每个扇柱形缸筒体5上、下二侧面分别设有进气口和排气口。
所述点火机构由4个火花塞16-1、8个导火板16-2、高压线、分电器组成，在圆机壳2外圆周上等间距设有8个高压线孔，4个火花塞16-1等间距分布在缸体4外圆周上，火花塞与圆机壳2上的高压线孔16-7相对应，在圆机壳2外圆周上每个高压线孔16-7对应安装一个导火板16-2，导火板16-2通过导火板绝缘体16-6与圆机壳2绝缘，由分电器引出的8根高压线分别与8个导火板16-2相连接，导火板16-2与火花塞16-1的间隙为2～5毫米。
所述旋塞阀式配气机构由四齿阀体拨轮11-4、两齿拨轮11-6、四齿中间拨轮11-5、阀芯11-1、滑片11-2、弹簧11-3、阀芯座11-9、阀杆座11-10、固定在大正时齿轮12-1内侧端上8个等间距分布的拨齿11-7组成，阀芯11-1由阀芯主体11-12和阀杆11-13组成，阀芯主体11-12为圆锥状并且中间设有贯通的通气口11-14，阀芯主体11-12的小锥头端部设有阀杆11-13，阀杆11-13末端与四齿阀体拨轮11-4一端面轴心固定，阀芯主体11-12装在相适配的阀芯座11-9内，阀杆11-13外套有压紧的弹簧11-3，弹簧11-3-端与位于阀杆座11-10上的滑片11-2接触，另一端与四齿阀体拨轮11-4内端面接触，齿轮轴11-11两端分别固定两齿拨轮11-6端面轴心与四齿中间拨轮11-5端面轴心，四齿阀体拨轮11-4与两齿拨轮11-6间歇啮合，四齿中间拨轮11-5与拨齿11-7间歇啮合。
本实用新型所具有的技术效果是：本实用新型采用旋塞阀式配气机构，具有密封严密和工作可靠的优点，增大了进、排气口面积，提高了进、排气量，进气、压缩、爆发、排气四个冲程配气准时迅速。本实用新型采用活塞加程齿轮机构，取消了内齿圈13-1的虚约束机构，使整体结构更加简单紧凑，机构工作更加合理可靠。活塞加程齿轮机构使活塞8的往复弧线行程加倍，提高了旋缸发动机的热效率。本实用新型由2个偏心轴9-1和1个小通轴9-3组成一个整体，保证了2个偏心轴9-1旋转做功时的同步性。本实用新型采用旋转导火式点火方式，实现火花塞16-1的动态点火正时，结构简单，使用可靠。当活塞支架14-2运行到中点时，小齿轮13-2继续驱动内齿圈13-1，内齿圈13-1连同活塞支架14-2一体越过中点，实现活塞架由上止点到中点，再到下止点的往复摆线运动。本实用新型活塞组件有活塞摆杆15-1和轴瓦15-2做支撑，除了活塞环与缸简体内面有摩擦外，活塞8与缸简体内面无接触，始终保持设定的间隙，活塞8往复摆线运动中不需活塞裙部导向，极大地简化了活塞的整体结构，消除了活塞与缸筒摩擦所产生的热量，降低了发动机的功率自耗，降低了活塞对材质的要求。由于活塞摆杆15-1两侧对称装有活塞支架14-2，当活塞支架14-2在缸筒体5里高速旋转时，活塞摆杆15-1两侧的活塞支架14-2产生的离心力相互抵消，实现活塞8旋转作功时的动平衡。本发明还具有体积小，重量轻，机构简单紧凑，油耗低，热效率高，低排低噪的特点。
【附图说明】
图1为本发明的的轴面结构示意图。
图2为本发明的径面结构示意图。
图3为本发明发动机的活塞、活塞支架、活塞摆杆的结构示意图。
图4a～4d为本发明的发动机的偏心轴机构及活塞加程齿轮机构的工作原理图。
图5a为本发明的旋塞阀阀芯结构示意图。
图5b为图5a中A-A向剖视图。
图6a为本发明中心主轴主视图。
图6b为图6a中B-B向剖视图。
图6C为本发明中心主轴俯视图。
图6d为图6c中C-C向剖视图。
图7a为本发明活塞支架中心销孔主视图。
图7b为图7a b中D-D向剖视图。
图7c为本发明偏心轮主视图。
图7d为图7c中E-E向剖视图。
图8a为本发明活塞主视图。
图8b为图8a中F-F向剖视图。
图8C为本发明活塞俯视图。
图9a～9d为本发明旋塞阀配气机构工作原理示意图。
图10a～10h为本发明工作原理示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例进行详细说明：
如图1、图2和图3所示，本发明一种旋缸发动机，包括配气机构、点火机构、活塞往复动力输出机构、圆机壳2、两个大正时齿轮12-1、下机架1和上机架3，上机架3和下机架1分别固定于圆机壳2上、下两端，下机架1和上机架3中心设有2个圆孔，所述活塞往复动力输出机构由缸体4、两组活塞摆线机构、偏心轴机构、中心主轴6、活塞加程齿轮机构组成，中心主轴6穿过下机架1圆孔和上机架3中心圆孔并与缸体4一体装在圆机壳2内，两个大正时齿轮12-1分别固定在下机架1和上机架3的同心内端面上，圆形缸体4通过中心主轴6和轴承7装在机体的下机架1和上机架3的中心孔内。活塞加程齿轮机构位于活塞摆线机构中的活塞支架中心销孔14-3内，偏心轴机构中的偏心轴9-1的外端面装有小正时齿轮12-2，小正时齿轮12-2与大正时齿轮12-1啮合，齿数比为1∶4。所述两组活塞摆线机构位于同一平面，摆杆15-1为直线连杆状，中心轴瓦15-2套装在中心主轴6上，两头连接缸筒体5内的活塞支架14-2，活塞支架14-2地两端面为活塞8的装配面，活塞8工作时不摆头，始终沿着缸筒体5中心弧线作往复摆线运动，活塞8与缸筒体5内工作面的配合间隙均匀，活塞8不需裙部导向，缸筒体5内工作面及活塞环磨损小，不失圆。所述偏心轴机构9由2个偏心轴9-1、2个偏心轮9-2、1个小通轴9-3组成，小通轴9-3的2个轴头分别固定在2个偏心轴9-1内端面的对应偏心孔内，2个偏心轮9-2的内偏心孔9-5动配合地套装在小通轴9-3上，2个偏心轮9-2外圆动配合地安装在活塞支架中心销孔14-3内的两侧。所述活塞加程齿轮机构由内齿圈13-1和小齿轮13-2组成，内齿圈13-1按设定的齿标点固定在活塞支架中心销孔14-3内，小齿轮13-2按设定的齿标点固定在小通轴9-3的中间轴径上，小齿轮13-2上设定的齿标点与内齿圈13-1上设定的齿标点对应啮合，小齿轮13-2与内齿圈13-1的齿数比为1∶2。所述缸体4是由4个扇柱形缸筒体5和中心主轴6外圆周围成的1个圆管状旋转缸体，每个扇柱形缸筒体5上、下二侧面分别设有进气口和排气口。所述点火机构由4个火花塞16-1、8个导火板16-2、高压线、分电器组成，在圆机壳2外圆周上等间距设有8个高压线孔，火花塞16-1装在缸筒5的外圆弧线中点的螺孔内，火花塞16-1与圆机壳2上的高压线孔相对应，每个高压线孔对应安装一个导火板16-2，导火板16-2通过导火板绝缘体16-6与圆机壳2绝缘。高压电火花按设定的点火顺序和点火时间由8缸分电器控制，由分电器引出的8根高压线分别连接8个导火板16-2，给4个缸筒5上的4只火花塞16-1供电，缸体4旋转一周，各缸筒5的火花塞16-1点2次火，4个缸筒5共点8次火。由电瓶提供给8缸分电器作为电源。导火板16-2与火花塞16-1的间隙为2～5毫米。
图4a～4d为本发明的发动机偏心轴机构及活塞加程齿轮机构的工作原理图。如图4a所示，固定在偏心轴9-1上的小通轴9-3位于偏心轴中心垂直线9-6的最右端，与小通轴9-3固定的小齿轮13-2由于有偏心轮9-2上的内偏心孔9-5的约束，小齿轮13-2始终与固定在活塞支架14-2上的内齿圈13-1啮合，这时活塞支架14-2位于最右端；当活塞支架14-2在右侧燃料室燃烧产生爆发力的作用下，右侧活塞8推动活塞支架14-2向左摆动，活塞支架14-2上的内齿圈13-1带动小齿轮13-2运动，这时小齿轮13-2带动小通轴9-3以偏心轴9-1轴心为中心顺时针旋转。如图4b所示，固定在偏心轴9-1上的小通轴9-3位于偏心轴中心垂直线9-6的最下端，这时活塞支架14-2位于摆动中间位置，活塞支架14-2继续向左摆动，活塞支架14-2上的内齿圈13-1带动小齿轮13-2继续运动，这时小齿轮13-2带动小通轴9-3以偏心轴9-1轴心为中心继续顺时针旋转。如图4c所示，固定在偏心轴9-1上的小通轴9-3位于偏心轴中心垂直线9-6的最左端，这时活塞支架14-2位于摆动最左端，活塞支架14-2停止向左摆动并在活塞左侧燃料室燃烧产生爆发力的作用下开始向右摆动，活塞支架14-2上的内齿圈13-1带动小齿轮13-2继续运动，这时小齿轮13-2带动小通轴9-3以偏心轴9-1轴心为中心继续顺时针旋转。如图4d所示，固定在偏心轴9-1上的小通轴9-3位于偏心轴中心垂直线9-6的最上端，这时活塞支架14-2位于摆动中间位置，活塞支架14-2继续向右摆动，活塞支架14-2上的内齿圈13-1带动小齿轮13-2继续运动，这时小齿轮13-2带动小通轴9-3以偏心轴9-1轴心为中心继续顺时针旋转。这样就将活塞支架14-2的摆线运动通过偏心轴机构和活塞加程齿轮机构转化为偏心轴9-1的旋转运动。在固定的大正时齿轮12-1的作用下，通过偏心轴9-1外侧小正时齿轮12-2的旋转，转化为中心主轴6连同缸体4一起旋转将动力输出。也就是说，活塞(8)往复摆线作功时，内齿圈13-1推动小通轴9-3，小通轴9-3又带动偏心轴9-1及小正时齿轮12-2按设定方向旋转，在大正时齿轮12-1的作用下，将活塞8的往复动力转换为小正时齿轮12-2的旋转动力，通过中心主轴(6)将动力输出.
如图7a和图7b所示，在中心销孔中间位置固定有内齿圈13-1，内齿圈13-1两侧用来安装偏心轮。
如图7c和图7d所示，偏心轮9-2设有一偏心孔9-5，该偏心孔9-5用来穿过小通轴9-3，用来限制小齿轮13-2始终与内齿圈13-1相啮合，偏心轮9-2外圆动配合地安装在活塞支架中心销孔14-3内的两侧。
如图1、图5a和图5b所示，为提高旋缸发动机的热效率，简化配气机构，改善缸筒体5进、排气孔的密封性能，本发明采用旋塞阀配气机构，阀芯11-1分别装在四个扇柱形缸筒体5的进、排气阀锥形孔内，阀芯11-1的锥形圆面上设有径向通气口11-14，阀杆11-13穿过阀杆导管11-16、滑片11-2、弹簧11-3，四齿阀体拨轮11-4压紧弹簧11-3并按设定角度固定在阀杆11-13的端部。四齿中间拨轮11-5按设定角度对准拨齿11-7，两齿拨轮11-6按设定角度对准四齿阀体拨轮11-4，齿轮轴11-11装在四齿中间拨轮11-5和两齿拨轮11-6之间的轴孔内，拨齿11-7设在前、后大正时齿轮12-1内端面设定角度位置上。拨齿11-7每拨动1次四齿中间拨轮11-5，两齿拨轮11-6拨动四齿阀体拨轮11-4，阀芯11-1旋转90°，或打开或关闭缸筒体5上的进、排气口。当发动机进气时，缸筒体5上的进气口打开，混合气由中心主轴6的中心气道进入，经缸筒体5上的气道11-15、阀芯11-1、缸筒体5的气口进入缸筒体5内的燃烧室。当发动机压缩爆发时，缸筒体5上的进、排气口关闭。当发动机排气时，缸筒体5上的排气口打开，缸筒体5内的废气经缸筒体5的气口、阀芯11-1、排气管排入装在圆机壳2上的环形排气管11-8。旋塞阀式配气机构使配气准时迅速，气口密封可靠。前、后大齿轮12-1的内端面上各设8个拨齿11-7，每45°等间距分布。由于阀芯11-1与缸筒体5上的进、排气口实现瞬间静态密封，机构简单，密封性能可靠。
如图6a～6d所示，中心主轴6为中间细，两边粗的阶梯轴，中间较细轴用来安装活塞摆杆轴瓦15-2，在中心主轴6上面中空管圆周等角度设有4个进气孔6-1，在中心主轴6下面中空管圆周等角度设有4个冷风孔6-2，进气孔6-1用来为发动机输送燃料和空气混合气，下面中空管4个冷风孔6-2用来为发动机输送冷风，即本发明旋缸发动机冷却系统为强制风冷，冷风由中心主轴的中心风道进入，经冷风孔6-2进入缸筒体(5)，冷却缸筒体(5)后经圆环形的排风管11-5排出，实现缸筒体风冷冷却。
如图8a、图8b和图8C所示，所述活塞包括活塞主体8-3、活塞环槽8-2、活塞工作面8-4和火花塞半圆孔8-5，活塞工作面8-4为圆环状倾斜凹面体，火花塞半圆孔8-5位于活塞工作面8-4的顶端。由于本发明活塞与缸筒无接触，始终保持设定的间隙，因此，取消活塞裙部设计。
图9a～9d所示旋塞阀配气机构的工作原理示意图，活塞8左侧配气机构为排气机构，活塞8右侧配气机构为进气机构。
图9a为燃烧室处于进气状态，排气阀芯主体11-12关闭，进气阀芯主体11-12打开；
图9b为燃烧室处于压缩状态，排气阀芯主体11-12关闭，进气阀芯主体11-12关闭；
图9a为燃烧室处于爆发状态，排气阀芯主体11-12关闭，进气阀芯主体11-12关闭；
图9a为燃烧室处于排气状态，排气阀芯主体11-12打开，进气阀芯主体11-12关闭；
图10a～10h为本发明4个燃烧室工作原理示意图：
图10a表示当第1缸燃烧室100进气口和排气口都关闭，混合气开始燃烧爆发；第2缸燃烧室200进气口和排气口都关闭，混合气开始压缩；第3缸燃烧室300进气口开，排气口关闭，混合气开始被吸入燃烧室；第4缸燃烧室400进气口关，排气口开，燃烧后的废气开始被排出燃烧室。
图10b表示第1缸燃烧室100进气口关和排气口开，燃烧后的废气开始被排出燃烧室；第2缸燃烧室200进气口和排气口都关，混合气开始燃烧爆发；第3缸燃烧室300进气口和排气口都关，混合气开始压缩；第4缸燃烧室400进气口开，排气口关，混合气开始被吸入燃烧室。
图10c表示第1缸燃烧室100进气口开，排气口关，混合气开始被吸入燃烧室；第2缸燃烧室200进气口关和排气口开，燃烧后的废气开始被排出燃烧室；第3缸燃烧室300进气口和排气口都关，混合气开始燃烧爆发；第4缸燃烧室400进气口和排气口都关，混合气开始压缩。
图10d表示第1缸燃烧室100进气口和排气口都关，混合气开始压缩；第2缸燃烧室200进气口开，排气口关，混合气开始被吸入燃烧室；第3缸燃烧室300进气口关和排气口开，燃烧后的废气开始被排出燃烧室；第4缸燃烧室400进气口和排气口都关，混合气开始燃烧爆发。
图10e表示第1缸燃烧室100进气口和排气口都关，混合气开始燃烧爆发；第2缸燃烧室200进气口和排气口都关，混合气开始压缩；第3缸燃烧室300进气口开，排气口关，混合气开始被吸入燃烧室；第4缸燃烧室400进气口关和排气口开，燃烧后的废气开始被排出燃烧室。
图10f表示第1缸燃烧室100进气口关和排气口开，燃烧后的废气开始被排出燃烧室；第2缸燃烧室200进气口和排气口都关，混合气开始燃烧爆发；第3缸燃烧室300进气口和排气口都关，混合气开始压缩；第4缸燃烧室400进气口开，排气口关，混合气开始被吸入燃烧室。
图10g表示第1缸燃烧室100进气口开，排气口关，混合气开始被吸入燃烧室。第2缸燃烧室200进气口关和排气口开，燃烧后的废气开始被排出燃烧室；第3缸燃烧室300进气口和排气口都关，混合气开始燃烧爆发；第4缸燃烧室400进气口和排气口都关，混合气开始压缩.。
图10h表示第1缸燃烧室100进气口和排气口都关，混合气开始压缩；第2缸燃烧室200进气口开，排气口关，混合气开始被吸入燃烧室。第3缸燃烧室300进气口关和排气口开，燃烧后的废气开始被排出燃烧室；第4缸燃烧室400进气口和排气口都关，混合气开始燃烧爆发。
由图10a～10h可以看出，当第1缸燃烧室100由0°转到45°时，偏心轴9-1和小齿轮13-2转180°，偏心轮9-2转-180°；当第1缸燃烧室转到90°时，偏心轴9-1和小齿轮13-2转360°，偏心轮9-2转-360°；当第1缸燃烧室转到135°时，偏心轴9-1和小齿轮13-2转540°，偏心轮9-2转-540°；当第1缸燃烧室转到180°时，偏心轴9-1和小齿轮13-2转720°，偏心轮9-2转-720°；当第1缸燃烧室转到360°时，偏心轴9-1和小齿轮13-2转1440°，偏心轮9-2转-1440°。
图10a～10h分别为缸体4相对于圆机壳2旋转360°时，每间隔45°的角度四个燃烧室所处的工作状态，由此可以看出：每个燃烧室旋转一圈，即在360°内爆发2次，每个火花塞点火2次，4个燃烧室共做功8次。从图10a～10h可以看出，缸体4是顺时针旋转，点火顺序是逆时针点火，4个燃烧室工作顺序是1缸→2缸→3缸→4缸→1缸→2缸→3缸→4缸。
本发明工作时，导火板16-2在圆机壳2上的安装角度为：第1燃烧室：315°、第2燃烧室：270°、第3燃烧室：225°、第4燃烧室：180°、第1燃烧室：135°、第2燃烧室：90°、第3燃烧室：45°、第4燃烧室：0°。
本发明工作时，进气拨齿11-7在大正时齿轮12-1的安装角度为：第1燃烧室：225°、第2燃烧室：180°、第3燃烧室：135°、第4燃烧室：90°、第1燃烧室：45°、第2燃烧室：0°、第3燃烧室：315°、第4燃烧室：270°。
本发明工作时，排气拨齿11-7在大正时齿轮12-1的安装角度为：第1燃烧室：0°、第2燃烧室：315°、第3燃烧室：270°、第4燃烧室：225°、第1燃烧室：180°、第2燃烧室：135°、第3燃烧室：90°、第4燃烧室：45°。
本发明大正时齿轮12-1按啮合标记，装在下机架1和上机架3的内端面上，小正时齿轮12-2按啮合标记装在偏心轴9-1的轴头上，并与大正时齿轮12-1啮合，齿数比为1∶4。缸体缸体4旋转一周，每个燃烧室内的2只相对运动的活塞8，往复行程4次，作2次功。
该机构的小齿轮13-2按啮合标记套装在小通轴9-3上，内齿圈13-1按啮合标记装在活塞支架中心销孔14-3内，小齿轮13-2与内齿圈13-1啮合，轴距为e，齿数比为1∶2，活塞的往复弧线行程叠加为4e。
本发明旋缸发动机工作时，缸体4内的8只活塞8在高压燃气的作用下，成对地按旋塞阀式配气机构设定的进、压、爆、排的工作程序，在缸体4内作相对或相背往复摆线运动，同时带动4组偏心轴机构、4组加程齿轮机构、2组活塞摆线机构、4组正时齿轮机构和缸体4旋转，缸体4连同中心主轴6在圆机壳2内旋转，动力由中心主轴(6)输出。
本发明机油润滑系统采用压力击溅式润滑，机油箱的润滑油由机油泵泵入主轴油道，经各机构油道进入各机构润滑后，回到机油箱完成润滑循环。