專利名稱：同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及做功的發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是涉及同軸或雙向無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)在世界范圍內(nèi)都比較普遍，尤其是使用曲柄機(jī)制將往復(fù)式運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)器，如汽車。由于此類發(fā)動(dòng)機(jī)的往復(fù)式性質(zhì)造成能量在運(yùn)動(dòng)過程中損失，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率并引起一系列失衡效應(yīng)，導(dǎo)致組件發(fā)生磨損、產(chǎn)生不可避免的振動(dòng)以及噪音過大。在解決這些問題方面，有人做了不少嘗試，如轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、軌道發(fā)動(dòng)機(jī)、分置式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、凸輪發(fā)動(dòng)機(jī)、軸向式發(fā)動(dòng)機(jī)、桶式發(fā)動(dòng)機(jī)；所有這些代表性的發(fā)動(dòng)機(jī)中的曲柄軸已被某種機(jī)制所取代，這種機(jī)制能將往復(fù)式運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使許多由于曲柄軸固有的失衡特征所導(dǎo)致的問題在一定程度上得到了緩解。此類發(fā)動(dòng)機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)那些在驅(qū)動(dòng)軸末端包含葉片或轉(zhuǎn)子等此類組件的機(jī)器來推動(dòng)機(jī)器(如船、飛機(jī)、潛艇、直升機(jī)等)。特別是在軍事裝備里，同軸轉(zhuǎn)子被用于轉(zhuǎn)動(dòng)一對相反方向但卻被安裝在處于同一旋轉(zhuǎn)軸線上的單一軸上的轉(zhuǎn)子或螺旋槳，但是除了倒轉(zhuǎn)設(shè)備以外，因?yàn)槠滢D(zhuǎn)子或螺旋槳是在不同軸線上的不同軸上以相反方向旋轉(zhuǎn)的。兩種配置都需要某種變速箱將一個(gè)單一軸的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成兩個(gè)軸的反向旋轉(zhuǎn)或同軸旋轉(zhuǎn)。采用一個(gè)行星齒輪組或類似的變速箱將發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成軸的同軸或反向旋轉(zhuǎn)方案，以驅(qū)動(dòng)螺旋槳或轉(zhuǎn)子的同軸或反向旋轉(zhuǎn)。此類系統(tǒng)在輪船上較為常見。兩個(gè)螺旋槳或轉(zhuǎn)子是以一前一后的方式排列的，使功率從發(fā)動(dòng)機(jī)通過齒輪傳動(dòng)而轉(zhuǎn)移。如果使最大量的空氣或水均勻地通過螺旋槳或轉(zhuǎn)子會(huì)減少旋流，從而提高性能并減少能量損失。此類系統(tǒng)也可減少或消除現(xiàn)有單螺旋槳和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)所產(chǎn)生的扭矩。然而，這些發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)的傳輸系統(tǒng)通常價(jià)格昂貴、機(jī)械操作復(fù)雜、重量更大、維護(hù)成本更高、噪音大并且容易發(fā)生故障。例如，在同軸直升機(jī)中，變速箱和轉(zhuǎn)子輪轂結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，有許多連接處及彈簧片等部件，這些部件可能因?yàn)樾枰瑫r(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)反向的轉(zhuǎn)子盤的原因而發(fā)生故障。AU629, 238 (其內(nèi)容以引用的方式并入本文)建議可以通過提供一種無曲柄往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)來降低發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜性。這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī)可能至少包括一個(gè)氣缸、兩個(gè)相對放置并沿著每個(gè)氣缸的縱軸進(jìn)行相反方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞、活塞之間是一個(gè)共用的燃燒室、 一個(gè)與每個(gè)氣缸的縱軸相平行且有一定間隔的主軸、以及兩個(gè)供主軸旋轉(zhuǎn)的具有軸向間隔、環(huán)狀的且大體上呈正弦的軌槽，該軌槽與前述活塞相互連接，以使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)能夠帶動(dòng)主軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該發(fā)動(dòng)機(jī)還進(jìn)一步包括一個(gè)與共用燃燒室連通的小型燃料混合氣和點(diǎn)火室，意思就是說將燃料注入該燃料混合氣和點(diǎn)火室，在其中形成一個(gè)富燃料混合氣， 并在共用燃燒室與空氣形成貧燃料混合氣。在該燃料混合氣和點(diǎn)火室中配有一個(gè)點(diǎn)火裝置，用于點(diǎn)燃其中的富燃料混合氣。然而，基于上述建議的發(fā)動(dòng)機(jī)，還是需要解決與兩個(gè)在同一軸線上以相反方向同心旋轉(zhuǎn)的軸有關(guān)的問題以及磨損和復(fù)雜性方面的問題。此外，還需要一個(gè)齒輪箱將前述單一軸發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率和扭矩轉(zhuǎn)化成同軸功率。因此，需要一種能夠在不需要變速箱的情況下、以機(jī)器要求的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM) 將總功率和扭矩傳遞給同軸同心軸的發(fā)動(dòng)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于基本上克服或者至少改善現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)，或至少提供一個(gè)有用的替代解決方案。發(fā)明總覽在本文開頭所介紹的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)確定一條縱向延伸軸的氣缸；一對以相反方向沿該氣缸縱軸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，并且這兩個(gè)活塞之間有一個(gè)共用的燃燒室；第一根與上述氣缸的縱軸大致平行并且具有橫向間隔的軸；第二根與上述氣缸的縱軸大致平行并且具有橫向間隔的軸，這個(gè)第二根軸有一個(gè)縱向延伸的通孔，使第一根軸能夠從中延伸并旋轉(zhuǎn)，上述每個(gè)活塞都與一個(gè)軸向分布的凸輪相連接，第一個(gè)凸輪由第一根軸所支撐，而第二個(gè)凸輪由第二根軸所支撐，即在使用時(shí)，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)其各自的軸以相反的方向旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。最好在軸附近包含多個(gè)氣缸。最好包含兩個(gè)氣缸和四個(gè)活塞，其中一個(gè)氣缸中的活塞以180°與另一個(gè)汽缸中的活塞異相地運(yùn)行。最好包含三個(gè)氣缸和六個(gè)活塞，以一個(gè)三角形而分布并且與軸的間隔相等。最好包含四個(gè)或更多氣缸。凸輪最好互為鏡像。凸輪最好為單葉式、多葉式、斜盤式、搖盤式或正弦式凸輪。相反方向的氣缸中的活塞最好位于發(fā)動(dòng)機(jī)的同一側(cè)，因?yàn)樗鼈兣c同一個(gè)凸輪相連。最好能夠讓活塞反向驅(qū)動(dòng)凸輪，從而帶動(dòng)軸發(fā)生同軸反向旋轉(zhuǎn)。最好是第一根軸由第一個(gè)框架支持，而第二根軸由第二個(gè)框架支持。最好包含一個(gè)與上述第一根軸有效關(guān)聯(lián)的第一個(gè)齒輪。最好包含一個(gè)與上述第二根軸有效關(guān)聯(lián)的第二個(gè)齒輪。與上述軸連接的第一個(gè)和第二個(gè)齒輪最好以能夠確保兩根軸時(shí)間同步的方式連接。上述方式最好是一個(gè)能夠以與第一根和第二根軸大約呈90°的角度驅(qū)動(dòng)動(dòng)力輸出軸的齒輪。


下面將對本發(fā)明的首選實(shí)施方案僅以舉例的方式并參考所附圖紙進(jìn)行描述，其中圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式圖1顯示的是一個(gè)同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)1，其包括至少一個(gè)確定一條縱向延伸軸 XX的氣缸3 ；—對以相反方向沿該氣缸3縱軸XX進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞5，6，并且這兩個(gè)活塞5之間的空間7是一個(gè)共用的燃燒室7 ；第一根與上述氣缸3的縱軸XX大致平行并且具有橫向間隔的軸10 ；第二根與上述氣缸3的縱軸XX大致平行并且具有橫向間隔的軸12，這個(gè)第二根軸12有一個(gè)縱向延伸的通孔14，使第一根軸10能夠從中延伸并旋轉(zhuǎn)。第一根軸 10以與第二根軸12相反的方向旋轉(zhuǎn)?；钊?，6與兩個(gè)軸向分布的環(huán)狀凸輪16，17相連接。 第一個(gè)凸輪16由第一根軸10所支撐并與活塞5相連，而第二個(gè)凸輪17由第二根軸12所支撐并與活塞6相連。在使用時(shí)，活塞5，6的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)其各自的軸10，12以相反的方向旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)。圖1中顯示的發(fā)動(dòng)機(jī)基本運(yùn)行是一個(gè)典型的內(nèi)燃機(jī)。但是，發(fā)動(dòng)機(jī)1包括兩個(gè)氣缸3，分別位于第一根軸10和第二根軸12兩側(cè)，而這兩根軸的安裝方式能夠使它們圍繞軸承20，21中的水平軸XX以相反的方向旋轉(zhuǎn)。在這里，術(shù)語“軸向的”和“放射狀的”是以第一根軸和第二根軸10，12的縱軸YY為參考標(biāo)準(zhǔn)。固定在第一根軸10和第二根軸12上與之一起旋轉(zhuǎn)的是一對具有相似圓柱形外表面、間隔排列的輪子22。每個(gè)輪子22支撐著凸輪 16，17，而凸輪16，17從各自的輪子22的圓柱表面呈向外放射狀延伸。凸輪16，17位于軸向方向，為波狀外形，使其能夠以輪子22圓柱表面周圍的環(huán)狀路徑運(yùn)轉(zhuǎn)。在首選形式中，凸輪16，17可以為單葉或多葉、斜盤、搖盤、正弦凸輪或其他能夠?qū)⑼鶑?fù)式運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)從而驅(qū)動(dòng)軸10，12運(yùn)轉(zhuǎn)的形狀。兩個(gè)凸輪16，17是相同的，兩者互為鏡像。每個(gè)氣缸3及其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞5，6的結(jié)構(gòu)相同。但是，參考圖1，上部氣缸3的活塞5，6與下部氣缸3的活塞5，6呈180°的角度異相運(yùn)轉(zhuǎn)。對面的活塞5，6適用于沿氣缸3的縱軸XX以相反方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。與每個(gè)活塞5，6剛性連接或起到關(guān)鍵性連接作用的是一個(gè)連桿25，適用于在一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸承觀及一個(gè)尾軸承四的協(xié)助下與凸輪 16，17協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)兩端由油底殼30封閉?？刹捎萌我鈹?shù)量的軸承。如圖1所示，連桿25的末端呈分叉狀，可在每個(gè)連桿臂上安裝一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸承觀。外側(cè)的分叉臂延伸到凸輪16以外，用于安裝尾軸承四。活塞5，6之間定義了一個(gè)共用燃燒室7。與每個(gè)氣缸相鄰安裝有一個(gè)燃料混合氣和點(diǎn)火室40 (富燃料室)，帶有一個(gè)注孔42與燃燒室7相通。在點(diǎn)火室40上安裝有一個(gè)火花塞45，用于點(diǎn)燃其中的燃料。一個(gè)燃料噴射器46用于控制注入燃料混合氣和點(diǎn)火室40 內(nèi)的燃料量。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒過程與現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的大致相同，并且也可根據(jù)需要采用壓縮點(diǎn)火法。發(fā)動(dòng)機(jī)1還可能包括齒輪50等。齒輪50為錐形齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪，與徑直位于齒輪50頂部的一個(gè)普通的直齒錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪(未顯示)以及鎖定了同軸軸10， 12旋轉(zhuǎn)的第一根和第二根軸10，12連接在一起。該齒輪(未顯示)還可以與同軸軸10，12 呈90°的角度為一個(gè)輔助軸提供動(dòng)力輸出?？梢愿鶕?jù)需求在發(fā)動(dòng)機(jī)1的周圍重復(fù)此種軸的安排方式。齒輪的設(shè)計(jì)可能會(huì)因?qū)D(zhuǎn)速、齒輪減速的程度以及其所驅(qū)動(dòng)的輔助設(shè)備的扭轉(zhuǎn)負(fù)載的要求而有所不同，如推式螺旋槳，并且根據(jù)該齒輪系統(tǒng)的時(shí)間選擇，偏航控制在某些應(yīng)用中可進(jìn)行改善。 雖然已參考具體例子對本發(fā)明進(jìn)行說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解本發(fā)明還可能以許多其他的形式體現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一個(gè)同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)確定一條縱向延伸軸的氣缸；一對以相反方向沿該氣缸縱軸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，并且這兩個(gè)活塞之間有一個(gè)共用的燃燒室；第一根與上述氣缸的縱軸大致平行并且具有橫向間隔的軸；第二根與上述氣缸的縱軸大致平行并且具有橫向間隔的軸，這個(gè)第二根軸有一個(gè)縱向延伸的通孔，使第一根軸能夠從中延伸并旋轉(zhuǎn)，上述每個(gè)活塞都與一個(gè)軸向分布的凸輪相連接，第一個(gè)凸輪由第一根軸所支撐，而第二個(gè)凸輪由第二根軸所支撐，即在使用時(shí)，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)其各自的軸以相反的方向旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，所述同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)還進(jìn)一步包括多個(gè)位于軸附近的氣缸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，所述同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)還進(jìn)一步包括兩個(gè)氣缸和四個(gè)活塞，其中一個(gè)氣缸中的活塞以180°與另一個(gè)汽缸中的活塞異相地運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，所述同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)還進(jìn)一步包括三個(gè)氣缸和六個(gè)活塞，以一個(gè)三角形而分布并且與軸的間隔相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，所述同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)還進(jìn)一步包括四個(gè)或更多氣缸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中凸輪互為鏡像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中凸輪為單葉式、多葉式、斜盤式、 搖盤式或正弦式凸輪。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中相反方向的氣缸中的活塞位于發(fā)動(dòng)機(jī)的同一側(cè)，因?yàn)樗鼈兣c同一個(gè)凸輪相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中活塞反向驅(qū)動(dòng)凸輪，從而帶動(dòng)軸發(fā)生同軸反向旋轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中第一根軸由第一個(gè)框架支持，而第二根軸由第二個(gè)框架支持。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，所述同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)還進(jìn)一步包括一個(gè)與上述第一根軸有效關(guān)聯(lián)的第一個(gè)齒輪。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，所述同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)還進(jìn)一步包括一個(gè)與上述第二根軸有效關(guān)聯(lián)的第二個(gè)齒輪。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中與上述軸連接的第一個(gè)和第二個(gè)齒輪以能夠確保兩根軸時(shí)間同步的方式連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中上述方式是一個(gè)能夠以與第一根和第二根軸大約呈90°的角度驅(qū)動(dòng)動(dòng)力輸出軸的齒輪。
全文摘要
一臺(tái)同軸無曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)(1)至少包含一個(gè)具有一條縱向延伸軸(XX)的氣缸(3)；一對以相反方向沿該氣缸縱軸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞(5，6)；活塞之間的空間(7)是一個(gè)共用的燃燒室(70)；第一根軸(10)與氣缸的縱軸大致平行且與之有橫向間隔；第二根軸(12)與氣缸的縱軸大致平行且與之有橫向間隔；第二根軸(12)有一個(gè)縱向延伸的通孔(14)，使第一根軸能夠從中延伸并旋轉(zhuǎn)；每個(gè)活塞都與一個(gè)軸向分布的凸輪(16，17)相連接；第一個(gè)凸輪由第一根軸所支撐，而第二個(gè)凸輪由第二根軸所支撐。在使用時(shí)，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)其各自的軸以相反的方向旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)F01B3/04GK102395757SQ201080017158
公開日2012年3月28日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者達(dá)林·鮑威爾 申請人:達(dá)林·鮑威爾