[发明专利]转子凸轮发动机的无连杆气缸组件

说明书

本发明涉及一种无连杆的、直接装设滚轮的话塞以及在缸壁设有门形开口的气缸组件，该组部件是转子凸轮发动机进入实用化的重要改进之一。

转子凸轮发动机是最有可能取代现有传统的活塞——曲轴式发动机的一种新型发动机。但是，由于工作时，由二、三、四个或更多的气缸组成转动气缸体以及活塞、连杆和滚轮系统再加上控制活塞——连杆组件沿直线运行的约束机构等作为一个质量及半径很大的转动整体有着巨大的转动惯量，使得发动机的响应性变得很差。

《汽车之友》1994年第6期上《形形色色的新型发动机》一文中介绍的转子凸轮发动机是由十字型分布的四缸组成的气缸转子，其中燃烧室分布在转轴附近，装在活塞上的连杆的另一端上的滚子与呈椭园形的发动机外罩的内壁保持接触，这样通过气缸体的转动控制活塞的运动，进行发动机的工作循环过程。

本发明的目的是提供一种将转子凸轮发动机的滚轮直接安装在活塞上，从而省去连杆机构，并通过在活塞及气缸壁上同时开口的办法使气缸及活塞“跨骑”在椭园轨道上进行工作的方式，由于省去了连杆，因此不仅减少了发动机的横向尺寸与重量，并且由于不需再单独设立活塞运动的导向机构，同时也减少了转动惯量，相应提高了发动机的响应性。

为达到上述目的，本发明采用了如下设计方案：首先将园柱形活塞的高度与直径之比加大，特别是活塞的受侧向推力集中的两侧裙部区域，使总高度与直径之比增大到1.4∶1左右的比例。并相应增加气缸筒的长度，使处于下止点的活塞裙部伸出缸筒的长度只占整个活塞高度的15％左右。其次在气缸筒(包括气缸套)的下部以及活塞裙部垂直于活塞销平面两侧上并沿与气缸中心线平行的方向，对称于气缸中心线开设宽度约占活塞直径30％左右的贯通式直槽或称为门形开口，开口部位的两侧形成对称的、分开的两片式裙部及气缸下部。气缸筒上的开口长度或称高度最大不得露出油环，同时与活塞上的开口长度(或高度)一样，两者开口的最高点在任何时刻均不得碰及轨道道面。实际上应留有1厘米左右的安全距离。其三，在原来装设连杆的活塞销位置上安装一个厚度与活塞裙部开口宽度相当或略窄的、直径相当于活塞外径90％左右的金属滚轮，轮轴在活塞上的高度位置不同于原来活塞销的位置，一般需重新选择，使得滚轮不仅处于活塞空腔的中间位置附近(避免侧向推力过于集中在活塞的局部区域上)同时当活塞运行于轨道的任何位置时气缸筒上开口的最高点均不与轨道面发生接触或碰撞。适当的选择滚轮的安装位置还可以最大限度地减小安装在发动机罩内壁上呈凸出形的椭园轨道的几何尺寸和发动机的尺寸与重量。最后，由于气缸是“跨骑”在椭园轨道上工作的，因此不同于有连杆的转子凸轮发动机，本发明中发动机的外罩特别是内壁在垂直于发动机的主轴的平面上近似呈园形即外罩椭园形的长、短轴近似相等。同样椭园轨道的工作面为椭园形、长、短半轴之差就是活塞的行程距离：而椭园轨道的外径线近似呈园形或长短半轴相近的椭园形。除上述诸项要求外为避免停机时，由于重力作用将处在轴高度以上的活塞滑离椭园轨道时出现的活塞绕其中心线出现的转动，造成滚轮平面与轨道平面的偏转事故，在活塞两侧销孔的下部设有两个截面为半园形或三角形的凸出柱体，其宽度约为活塞直径的十五分之一左右，长度约占活塞高度的15％左右，与凸出物对应在气缸内壁的下半部相应的位置开有相同几何形状、相同横向尺寸的凹槽、直到缸套的下边缘，凹槽的长度与气缸下部的开口长度相近。为便于对滚轮与轴之间的润滑，在凹槽内开有指向活塞销轴中央油孔的喷油微孔，喷油微孔与在气缸壁上的润滑油管相连。

上述无连杆气缸组件，使转子凸轮发动机的气缸、活塞终始“跨骑”在椭园轨道上运转。安装于活塞空腔中央位置上的滚轮，使轨道对活塞的巨大侧向推力较均匀地分散在较长的活塞侧面上，尽管由于活塞裙部的开口，特别是气缸套下部较长的开口，使得开口两侧单位面积承受的推力增大，但加长的活塞将抵消这种缺陷的影响。

本发明的转子凸轮发动机的无连杆气缸组件的优点在于：(1)减少了零件的数量，从而减少重量、几何尺寸与制造成本等；(2)零件数量的减少不仅使发动机更易于制造，也减少了故障发生率；(3)减少发动机的尺寸与知重从而减少了转动惯量，提高了响应性，使转子凸轮发动机的实用化成为可能。

下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述：

图1是装有本发明的无连杆气缸组件的转子凸轮发动机及相配的椭园轨道在垂直于主轴平面的结构视图。

图2是装设滚轮的活塞的半剖视图；

图3是气缸(套)的半剖视图(图中活塞已安装到位，并绘出了在椭园轨道长轴方向轨道横断面)。