连续旋转式内燃发动机

一、技术领域  机械‑‑内燃机 

现有的内燃机主要有普通的四冲程内燃发动机、汪克尔旋转活塞式内燃发动机、易理偶式内燃发动机(尚在研发)。 

本发明与现有的各种内燃式发动机比较，具有原理和结构简单、能量输出连续、振动极小、密封性好、输出力矩大、维护容易、效率很高等特点。 

例如：已有的普通四冲程发动机结构复杂、需要飞轮与曲轴连杆机构输出能量；能量输出时间只占整个周期的四分之一；振动较大(虽然现在采用多缸技术可以减小振动，但相应地使结构复杂、体积增大)；修理维护困难(特别是多缸发动机的维护更难)。而本发明无需飞轮与曲轴连杆机构，结构较简单；能够连续输出能量；振动极小；很容易进行拆卸、更换等维护操作。 

又如：已有的汪克尔旋转活塞式内燃机解决密封性问题是难点，维护也难，而且其输出力矩较小、效率较低，活塞的离心运动产生的振动较大。 

已有的易理偶式发动机(正在研发中)，其本质还是往复式运动，而且其能量输出的耦合机构复杂，密封性不佳也是问题。(因而至今也未能拿出实用的产品出来。) 

总之，本发明与已有的内燃机相比较，具有原理和结构简单、能量输出连续、振动极小、密封性好、输出力矩大、维护容易、无需复杂的耦合机构而可以直接输出很大的转动力矩、效率很高等等特点。 

三、发明内容：本人通过对已有的作往复式运动的内燃机(普通四冲程内燃机和易理偶式内燃机)和旋转式内燃机(汪克尔内燃机)的运行原理进行了大量的分析研究，出它们工作的异同，总结了它们各自的工作特点，并对它们的工作过程进行了扬弃，提出了多种改进的方案，并最终提出了“连续旋转式内燃发动机”的发明构想。 

本发明在以下三个方面进行了大胆的改进： 

1、整个转子及输出轴在非离心的前提下(汪克尔发动机中存在离心运动)作连续的旋转运动。这种构造废弃了普通四冲程内燃机的飞轮和曲轴连杆机构，使整机结构更加紧凑合理，避免了离心运动导致的振动，减少了不必要的能量浪费，提高了机械效率。 

2、本发明扬弃了四冲程内燃机的优缺点，将四冲程内燃机的压缩冲程取消(采用专用的压缩机来得到高压气体)，从而为转子的连续旋转提供了空间和时间上的必要条件，使转子的连续旋转真正的成为了可能。 

3、采用了闸阀结构对气缸进行M等分，再采用了对称N活塞的方式，实现了各分缸可以顺次连续做功的功能，达到了使转子平稳而且连续地转动的目的。 

另外，对本发明的密封性能进行如下分析： 

由于活塞经过闸阀时，活塞(闸阀)后面的分缸处于做功冲程末，即将排气，而活塞(闸阀)前面分缸的吸气冲程尚未开始，因此，此时无需考虑闸阀与活塞间的气密性问题。 

在做功冲程中，缸体和活塞间的气密性可以通过在活塞上安装密封环而得到解决。在定子缸体上，采用仅在输出轴处开口的几乎全密封的结构及机油润滑，可以解决缸体和转子圆环间的气密性问题。 

为了解决在做功冲程中，转子圆环与闸阀间的气密性问题，设置了一个“闸阀扣”装置，将闸阀紧扣在转子圆环上，而闸阀上也安装密封环，这样就解决了转子圆环与闸阀间的气密性问题。 

对于本发明的电气系统、油路系统、润滑系统、冷却系统等方面，完全可以参照普通四冲程内燃机的方式来设计，并没有特殊的要求，此处不再赘述。 

对于N活塞M分缸的说明：(对称的N活塞和M分缸) 

最简单的是1活塞1分缸(1闸阀)的结构。对性能要求不高且功率较小的发动机可以采用这种结构。(但如果压缩气体的压强不够大，则必须加装飞轮才能连续工作。) 

1活塞2分缸的结构与1活塞1分缸的结构类似，但更有利于冷却。 

N活塞N分缸结构的发动机，各分缸的工作状态完全同步。 

N活塞N+1分缸结构的发动机，能够实现各分缸顺次连续工作，使转子的转动趋于平稳。 

kN活塞k(N+1)分缸结构的发动机，除了能够实现顺次连续工作外，由于每一个时刻工作的k个分缸是关于中心轴对称的，因而能输出力偶矩，这就大大减小了摩擦，从而使转子的转动非常平稳。 

当N＞M时，N活塞M分缸结构的发动机没有多大的实际意义。 

关于无极变速的说明：通过控制各分缸的气路和油路，可以非常容易实现无级变速的目的。 

本发明适用于军舰、轮船、直升飞机、螺旋桨飞机、坦克、装甲车、汽车等等各种以内燃机作动力的机器。 

在附图1、2中，以三活塞四分缸为例，分别绘制了内转子连续旋转式内燃发动机(以下简称内转子发动机)和外转子连续旋转式内燃发动机(以下简称外转子发动机)的原理图。它们的本质是一样的。 

附图1是内转子发动机的原理图。在图中，定子气缸是一个仅在输出轴处开口的高密封性的固定部件，其内腔主要是一个轮胎形的环形气缸，该气缸被四个闸阀等分成四个完全对称的分缸。 

定子与其内部的环形转子是紧密接触的，由润滑系统保证两者间的润滑良好和气密性良好。 

在定子部分，有以下附属结构。 

1、闸阀。 

闸阀的作用是使各个分缸相互分开，使各分缸能够彼此独立的工作。 

在活塞未到达闸阀时，闸阀在弹簧和“闸阀扣”的作用下，与环形转子紧密接触(由润滑系统提供润滑)，由于闸阀上安装了密封圈，故其前方分缸密封良好，该分缸可以进行吸气和做功。 

当活塞到达闸阀时，首先由转子上面的凹槽将闸阀扣开启，然后由活塞前方固定的“闸阀开启斜面”将闸阀开启，活塞可以通过闸阀。当活塞通过闸阀后，在弹簧的作用下，闸阀关闭，而转子上的凹槽转过去后，又会使闸阀扣将闸阀紧扣在转子上相对转动，从而保证了气密性。 

2、进气门、进气阀、火花塞与喷油嘴。 

进气门是高压气体进入各分缸的通道，进气阀则是该通道的一个阀门。 

对汽油机而言，当活塞刚进入某一分缸时，活塞上的“闸阀开启斜面”使进气阀开启，高压混合气体从进气门进入气缸。此时该分缸处于吸气状态，相当于四冲程汽油机的吸气冲程。当活塞离开进气阀时，进气阀在弹簧的作用下自动关闭，此时由电气系统控制火花塞点火，缸内高压混合气体燃烧爆炸，推动活塞沿顺时针方向运动做功。 

对于柴油机，在能够保证进气温度的条件下，可以采用与普通四冲程柴油机相同的喷油嘴结构。但若进气温度不能保证，则可以采用与上述汽油机类似的进气及点火方法，或者采用让喷油嘴和火花塞同时工作的方法来保证柴油机正常工作。 

3、其它附属结构，包括电气系统、油路系统、润滑系统、冷却系统等方面。 

以上是对定子及其主要附属结构的说明。 

在转子部分，主要有三个对称分布的固定在转子圆环上的活塞，各活塞前方固定有一个“闸阀开启斜面”。活塞上安装了密封圈，用以保证活塞与气缸间的气密性。 

整个转子部分就是通过气缸中气体燃烧爆炸后对活塞做功而转动起来的。 

在转子的中心处，是固定在转子上的输出轴，它是将能量输出的机构。(定子只在该输出轴处开口，其余部分均为密封的。) 

以上是对附图1所示的“内转子连续旋转式内燃机”的说明。 

对附图2所示的“外转子连续旋转式内燃机”，其原理可以参照上述“内转子连续旋转式内燃机”的说明进行理解，这里不再赘述。 

只要按照上述原理进行设计实施，一般的内燃机厂即能进行生产，并无特殊的要求。以下提几个可以参考的实施方式： 

在附图1中，由于各分缸是对称的，因而在设计制造时可以单独设计制造一个分缸，然后将四个这样的分缸简单地连接固定成为一个环形气缸。而且，只要在排气门附近设计连接固定接头，则无需考虑气密性问题。这将为我们的安装和维修带来方便。 

同样的，在设计制造转子活塞时，也可以由三个完全一样的“转子活塞单元”和一个输出轴连接固定成一个转动部分的整体。当然，只要“转子活塞单元”是在“闸阀开启斜面”附近设计连接固定接头，也是无需考虑气密性问题的。而且，为了安装和维修方便，三个“转子活塞单元”之间是可以不必固定的，只需将它们与输出轴固定即可。 

在附图2中，也可以参照上述方式进行设计实施。只是，如果并不需要安装四个输出轴的话，则没有必要将每个分缸都留出一个输出轴孔。 

当然，为了使我们的发动机运转良好，给它配一个好的涡轮压缩机，的确是个非常合适而明智的选择。图1a为闸阀扣示意图。闸阀扣的作用是在活塞离开闸阀后将闸阀紧扣在转子上，在润滑系统的润滑下，使转子与闸阀作气密性良好的相对转动。