專利名稱:一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
本發(fā)明系機(jī)械工程中原動(dòng)機(jī)、特別是一沖程內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明。
隨著世界各國(guó)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)量的逐步增多，汽油，柴油的消耗量越來越大。地球上有限的石油資源越來越成為人們擔(dān)憂的問題，面臨燃油的日趨緊張，因而各國(guó)對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)提出了更高的要求，不僅要求高的升功率，低燃油消耗率，而且要求低污染，低噪音。內(nèi)燃機(jī)正在向增壓技術(shù)，電腦輔助設(shè)計(jì)，控制廢氣污染物和噪音方面發(fā)展。
內(nèi)燃機(jī)從誕生到現(xiàn)在經(jīng)歷了一百二十多年歷史，其中，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率達(dá)到了28%，壓燃式笛塞爾柴油機(jī)的有效熱效率達(dá)到了45%。
近年來，內(nèi)燃機(jī)又出現(xiàn)了幾種新的機(jī)型
1.絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)外開始研制和發(fā)展絕熱柴油機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)是將活塞、氣缸蓋、氣閥、氣缸套和排氣道等零件用耐高溫的陶瓷材料制成，以控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的熱交換。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)在接近絕熱狀態(tài)下工作。減少熱量損失，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和經(jīng)濟(jì)性的目的。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能用的仍然是曲軸連桿機(jī)構(gòu)。
2.斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)(或稱熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種帶回?zé)崞鞯耐馊紮C(jī)，采用閉式循環(huán)，工質(zhì)不更換，只要隨著加熱與放熱而改變氣缸容積，從而驅(qū)動(dòng)雙層活塞相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。它的旋轉(zhuǎn)輸出仍然是靠?jī)蓚€(gè)曲柄、連桿機(jī)構(gòu)。且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高，重量和尺寸不如內(nèi)燃機(jī)。
3.燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)也屬于內(nèi)燃機(jī)一類的動(dòng)力，是一種旋轉(zhuǎn)葉片式發(fā)動(dòng)機(jī)，熱效率可達(dá)60%，它沒有曲軸連桿機(jī)構(gòu)。燃?xì)廨啓C(jī)的燃油消耗率高，制動(dòng)困難。
4.旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)也稱轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞是三角形的，是一個(gè)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，它沒有曲軸連桿機(jī)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的園周速度不能太高;燃燒室形狀很難理想，低速時(shí)，扭矩低，燃油消耗率較高。
到了廿世紀(jì)，內(nèi)燃機(jī)的熱效率提高很慢。傳統(tǒng)的曲軸連桿內(nèi)燃機(jī)熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能是通過活塞，曲軸連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，曲軸連桿機(jī)構(gòu)成了這種發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵部件。1780年，曲軸裝置由詹姆士、比吉特取得專利權(quán)到今天，已經(jīng)有200多年歷史，曲軸裝置始終在內(nèi)燃機(jī)中占據(jù)著重要位置，它從下述幾方面限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能
1)限制了發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的提高。氣缸產(chǎn)生最大爆發(fā)壓力時(shí)，曲軸連桿機(jī)構(gòu)正處在上死點(diǎn)附近，而輸出的力矩最小，壓力通過活塞作用在連桿曲軸機(jī)構(gòu)上。對(duì)機(jī)構(gòu)起破壞作用，為了存受沖擊力，所以不得不加大機(jī)件尺寸。處于下死點(diǎn)附近時(shí)，壓力不但直接傳給機(jī)構(gòu)本身而且起止轉(zhuǎn)作用。
2)排氣閥早開40°曲軸轉(zhuǎn)角。使熱量在作功沖程180°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)損失22%，為了減輕活塞曲軸連桿機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)附近的不利影響所以不得不提早40°曲軸轉(zhuǎn)角將高壓氣體排放掉，縮短了高壓氣體的作用時(shí)間。
3)作用在曲軸上力的矩是變化的。曲軸連桿機(jī)構(gòu)將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，作用在曲軸上力的矩由上死點(diǎn)的零增大到曲軸偏心距又減小到下死點(diǎn)的零。在180°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，力矩又損失41%。
4)曲軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，特別是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)用曲軸。機(jī)械強(qiáng)度和精度要求又高，加工困難，制造成本高。
5)活塞受旋轉(zhuǎn)力矩的交變作用，使氣缸壁在一個(gè)固定的對(duì)徑方向上磨損加劇，氣缸密封變壞，加大漏氣，使功率下降;燃?xì)鈴U氣漏入齒輪箱，增加大氣污染。
6)氣缸只能單端利用。由于連桿作周期擺動(dòng)，下部氣缸不能形成工作缸，工質(zhì)只能在活塞頂端氣缸內(nèi)燃燒膨脹。
7)曲軸行程受到嚴(yán)格限制。它受缸徑，機(jī)械強(qiáng)度，整機(jī)尺寸的約束。
8)發(fā)動(dòng)機(jī)的高度很高，由于氣缸軸線垂直于曲軸軸線，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的排列不管是氣缸軸線垂直于水平面，或者是“V”型放置。發(fā)動(dòng)機(jī)的高度都高。如果氣缸平行于水平面放置，發(fā)動(dòng)機(jī)又顯得太寬。
9)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)、將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采用曲軸連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，氣缸內(nèi)爆發(fā)壓力高，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不平衡的力和力矩，振動(dòng)大，噪音高。
10)發(fā)動(dòng)機(jī)的單位馬力的重量大，體積大。
本發(fā)明的一個(gè)目的是為了提高內(nèi)燃機(jī)的有效熱效率，降低單位馬力重量
縮小外型尺寸。通過這種新型發(fā)動(dòng)機(jī)，消耗較少的燃料為人類提供更大的動(dòng)力。
本發(fā)明的第二個(gè)目的，在氣缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)(CO，HC等)廢氣的燃燒處理，減少大氣污染。
本發(fā)明第三個(gè)目的，除了用石油產(chǎn)品作燃料外，將甲醇、乙醇、氫、煤氣、液態(tài)甲烷作為這種起動(dòng)輕便的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料。
本發(fā)明的第四個(gè)目的，將一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用于蒸氣機(jī)，以提高蒸氣機(jī)的熱效率，使熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的機(jī)器性能更加完善。
本發(fā)明的第五個(gè)目的，讓高效率的園柱曲面導(dǎo)槽機(jī)構(gòu)應(yīng)用于電能和磁能的機(jī)械轉(zhuǎn)換以及推廣應(yīng)用于其它變往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)為連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的地方。
本發(fā)明包括一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)，這種變往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)(或方法)，其功能又具有一定的重要性。參照附圖，下面將按順序?qū)Πl(fā)明作具體的介紹，其中
圖1是本發(fā)明“一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)”的簡(jiǎn)略式不完全側(cè)剖視圖;
圖2是園柱曲面導(dǎo)槽的示意圖;
圖3是園柱曲面導(dǎo)槽中心線(或輪廓線)展開后的平面圖;
圖4是外園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)使用的示意圖;
圖5是兩個(gè)外園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)合使用的示意圖。
一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，外面是機(jī)殼體1，殼體內(nèi)裝有
帶輸出齒輪2和曲面導(dǎo)槽3的轉(zhuǎn)動(dòng)部件4，輸出軸，曲面導(dǎo)槽和轉(zhuǎn)體軸蓋5固定在園柱軸套上成一體，構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)部件。轉(zhuǎn)動(dòng)部件的左端與殼體用徑向軸承6和止推軸承7配合。轉(zhuǎn)動(dòng)部件內(nèi)的園柱曲面導(dǎo)槽采用單件組裝，將加工好的兩件形狀一樣的端面軸套凸輪8拉開一定距離后固定在轉(zhuǎn)動(dòng)部件4的內(nèi)園柱面上，形成一個(gè)連續(xù)的園柱曲面導(dǎo)槽，導(dǎo)槽的形狀如圖2所示。展開后，軸套凸輪的輪廓線是兩個(gè)周期的曲線，如圖3所示。軸套凸輪徑向截線輪廓線是平行于直徑中心線的。帶孔的轉(zhuǎn)體軸蓋5固定在轉(zhuǎn)動(dòng)部件的右端，使轉(zhuǎn)體內(nèi)成為一個(gè)完整的腔室。連桿的形狀成“干”字型。由帶“T”型的連桿軸9和滑塊10組成，延伸的軸與活塞11連結(jié)在一起作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，相互不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和位移?！癟”型頭部導(dǎo)入導(dǎo)槽的軸頸13加滾針軸承，以減小軸頭在導(dǎo)槽中運(yùn)動(dòng)傳遞扭矩時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力。
連桿穿過轉(zhuǎn)體軸蓋5，止推軸承14，徑向軸承15進(jìn)入力偶矩滑塊腔17。安裝軸承15的腔隔蓋16與機(jī)殼1固定在一起。轉(zhuǎn)體軸蓋5的軸頸通過軸承15與腔隔蓋16配合。力偶矩滑塊腔17是一個(gè)封閉腔與機(jī)殼1′固定，它有兩個(gè)供往復(fù)滑動(dòng)用的平行平面。固定在連桿上的滑塊與腔配合良好，滑塊在腔內(nèi)滑動(dòng)而不能轉(zhuǎn)動(dòng)。連桿帶動(dòng)滑塊在腔內(nèi)往復(fù)滑動(dòng)成為“干”字型連桿平恒力偶矩的支承端，“T”型頭部在園柱曲面導(dǎo)槽內(nèi)移動(dòng)產(chǎn)生力偶矩的轉(zhuǎn)動(dòng)端。
滑塊后部的連桿軸接著穿過與機(jī)殼固定的腔室隔蓋12(或叫氣缸蓋)上的軸承進(jìn)入第一級(jí)氣缸22與活塞11連接，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)形
成左右氣缸。氣缸兩端的腔隔蓋12、28上設(shè)火花塞23(柴油機(jī)裝噴油器)掃氣孔24和排氣孔25設(shè)置在氣缸中間，分別對(duì)左右氣缸換氣。
活塞由多個(gè)另件組成，與連桿連接承受氣體壓力?；钊袃?nèi)腔，一方面減輕重量。另一方面供潤(rùn)滑冷卻循環(huán)?；钊h(huán)采用四環(huán)，左右最外邊的兩環(huán)作氣環(huán)，中間兩環(huán)作油環(huán)。
對(duì)于燃?xì)庥秒娀鸹c(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī)，在力偶矩腔左右兩邊設(shè)置有兩個(gè)進(jìn)氣孔18和兩個(gè)出氣孔19，進(jìn)出氣孔上裝有反向的簧片閥;力偶矩滑塊腔外設(shè)置有進(jìn)氣道20和掃氣道21。進(jìn)氣道與化油器相接掃氣道通向第一級(jí)氣缸22，氣缸外面的掃氣道與力偶矩腔的掃氣道相通。排氣道26通向第二級(jí)缸27。活塞處于左右止點(diǎn)附近時(shí)才開始排氣和掃氣。
連桿軸繼續(xù)延伸穿過與機(jī)殼固定的腔隔蓋28上的軸承進(jìn)入第二級(jí)氣缸與第二活塞29連接。第二級(jí)氣缸與第一級(jí)氣缸基本相同，進(jìn)氣道與第一級(jí)氣缸的排氣道相通，排氣道30接排氣管或接消音器。第一級(jí)氣缸作工作缸，第二級(jí)氣缸作廢氣燃燒缸。氣缸外面是水套31。
第二級(jí)氣缸后面設(shè)儲(chǔ)油室32，把它置于冷卻室33之內(nèi)。
一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸采用水冷，單機(jī)亦可以采用風(fēng)冷。燃?xì)庥秒娀鸹c(diǎn)火，對(duì)柴油機(jī)采用壓燃式著火。燃?xì)庠谧笥覂啥藲飧字腥紵蛎?，產(chǎn)生的爆發(fā)壓力驅(qū)動(dòng)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)滑塊在力偶矩腔內(nèi)滑動(dòng)和連桿頭部在園柱曲面導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)，由齒
輪輸出力偶矩。
一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)按換氣(進(jìn)氣和排氣)，壓縮，燃燒膨脹的次序工作，采用氣口橫流式換氣。
往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑塊把經(jīng)氣化后的燃料混合氣由進(jìn)氣道(圖1)左右簧片閥吸入力偶矩左右腔、左腔吸入，右腔壓出;右腔吸入，左腔壓出。力偶矩滑塊將腔內(nèi)的新鮮混合氣經(jīng)對(duì)徑上的另外兩片簧片閥壓入掃氣道，由于活塞離開左右止點(diǎn)后將掃氣口封閉，新鮮混合氣在掃氣道中成壓縮狀態(tài)暫存?；钊拿恳粵_程掃氣道中都提前準(zhǔn)備好了新鮮壓縮混合氣。
當(dāng)活塞處于接近右止點(diǎn)時(shí)，火花塞點(diǎn)燃右缸被壓縮的新鮮混合氣，活塞在燃燒膨脹的氣體的壓力作用下，從右止點(diǎn)向左止點(diǎn)移動(dòng)(完成右缸作功，左缸壓縮和右缸的換氣過程)，活塞向左移動(dòng)關(guān)閉氣缸上的排氣孔、掃氣孔后，左缸的新鮮混合氣被壓縮。同時(shí)力偶矩右腔吸入新鮮混合氣，左腔將新鮮混合氣壓入掃氣道暫存，待到活塞行至接近左止點(diǎn)時(shí)，排氣口開始排氣，廢氣由排氣孔25，排氣道26進(jìn)入第二級(jí)二次燃燒右缸。接著活塞打開掃氣孔，新鮮混合氣即充入右氣缸，在掃氣流的作用下，廢氣繼續(xù)排出并進(jìn)入二次燃煤右缸，當(dāng)活塞到達(dá)左止點(diǎn)后，火花塞點(diǎn)燒左缸的壓縮混合氣，活塞在左缸燃燒膨脹的氣體的壓力作用下，再向右止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，于是開始了一個(gè)新的工作循環(huán)。如此周而復(fù)始，使發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)地輸出功率?；钊鶑?fù)運(yùn)動(dòng)四次(或四個(gè)沖程)，完成四個(gè)工作循環(huán)，作功四次，輸出齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周。
二次燃燒的左右氣缸與一次燃燒的左右氣缸是同步工作的，廢氣燃燒后經(jīng)排氣道排入大氣或者經(jīng)消音器消音后再排入大氣。
一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)與二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的氣口橫流式換氣方式基本相同，不單獨(dú)占進(jìn)氣和排氣沖程，但是掃氣泵和工作過程有顯著的區(qū)別，由于園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，使連桿軸不作擺動(dòng)而作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所構(gòu)成的力偶矩左右腔可供使用，使力偶矩滑塊腔具有兩種功能一方面力偶矩滑塊腔作為力偶矩輸出機(jī)構(gòu)的支承力偶;另一方面對(duì)左右氣缸泵氣。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)是用曲軸箱和工作活塞的底面作為掃氣泵的。這是一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)與二沖程機(jī)的第一個(gè)顯著區(qū)別。
由于左右氣缸的形成，左缸(或右缸)的燃燒膨脹沖程同時(shí)又是右缸(或左缸)的壓縮沖程;右缸(或左缸)的燃燒膨脹沖程同時(shí)又是左缸(或右缸)的壓縮沖程，換氣過程不單獨(dú)占沖程?；钊耐炊甲鞴?。也就是說它實(shí)現(xiàn)了將二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮、燃燒膨脹兩沖程重疊為一個(gè)沖程，這是一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)與二沖程機(jī)的第二個(gè)顯著區(qū)別。
傳統(tǒng)的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每?jī)赊D(zhuǎn)完成(吸氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣)一個(gè)工作循環(huán)。傳統(tǒng)的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每一轉(zhuǎn)完成一個(gè)工作循環(huán)，一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)輸出齒輪每一轉(zhuǎn)完成四個(gè)工作循環(huán)，這是一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的第三個(gè)顯著區(qū)別。
一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)第二級(jí)燃燒氣缸的設(shè)置，使廢氣再一次燃燒，燃燒產(chǎn)生的動(dòng)能疊加在連桿軸上，降低了廢氣污染，同時(shí)使能量得到回收利用。這是一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的第四個(gè)顯著區(qū)別。
一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑與冷卻，現(xiàn)代高速內(nèi)燃機(jī)都采用復(fù)合式潤(rùn)滑系，高速重負(fù)荷的摩擦表面用機(jī)油泵強(qiáng)制供油，即為壓力潤(rùn)滑，以保證潤(rùn)滑可靠;負(fù)荷輕，滑動(dòng)速度低或潤(rùn)滑條件較有利則采用激濺供油以簡(jiǎn)化潤(rùn)滑系結(jié)構(gòu)。個(gè)別零件如水泵、發(fā)電機(jī)等軸承定期加注潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑。專門的機(jī)油泵使發(fā)動(dòng)機(jī)體積增大，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)為了減化機(jī)構(gòu)，一般沒有專門的潤(rùn)滑系統(tǒng)，常用的摻入潤(rùn)滑是往汽油里摻入4-6%的機(jī)油，在汽化器中霧化后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)部位進(jìn)行潤(rùn)滑。摻油潤(rùn)滑的缺點(diǎn)是容易在燃燒室和活塞頂形成較多的積炭，使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障。這種潤(rùn)滑方式的汽油和機(jī)油的比例，是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大負(fù)荷時(shí)所需要的潤(rùn)滑油量來確定的。實(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)需要的潤(rùn)滑油是隨負(fù)荷變化的。采用這種方式潤(rùn)滑的二沖程機(jī)大部份運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間是過量潤(rùn)滑，過量未充分燃燒的潤(rùn)滑油呈白煙從排氣管排出，不但造成環(huán)境污染，而且大量浪費(fèi)潤(rùn)滑油、再一個(gè)缺點(diǎn)是汽油中摻入的是少量機(jī)油，汽油本身具有洗滴作用，因而潤(rùn)滑不充分。
一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑系通過供油泵的綜合設(shè)計(jì)使發(fā)動(dòng)機(jī)充分發(fā)揮功能。能量得到充分利用。它吸收了復(fù)合潤(rùn)滑系中壓力潤(rùn)滑可靠和摻油潤(rùn)滑中沒有專門的機(jī)油泵的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了它們的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了沒有專門的機(jī)油泵的壓力潤(rùn)滑和對(duì)活塞、連桿軸的冷卻功能。
它的潤(rùn)滑冷卻的結(jié)構(gòu)原理是從圖1中可見到部分，將曲面導(dǎo)槽內(nèi)腔作成壓力油泵，油泵原理與柴油機(jī)柱塞式噴油泵相似。連桿“T”型頭部設(shè)有左右兩個(gè)壓油柱塞，柱塞上有軸向孔和徑向孔，連桿軸心
設(shè)油道，柱塞的軸向孔與連桿油道之間是油閥，柱塞的園柱表面有斜槽(圖中未畫出)，在園柱曲面導(dǎo)槽轉(zhuǎn)體內(nèi)腔兩端設(shè)有柱塞套，在柱塞套上開有兩園孔與低壓油腔相通?！案伞弊中瓦B桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)到止點(diǎn)附近時(shí)才泵油，同時(shí)對(duì)活塞連桿機(jī)構(gòu)的慣性起部分緩沖作用。高壓油經(jīng)閥門，連桿軸心，通過油孔潤(rùn)滑力偶矩滑塊，流入活塞內(nèi)腔對(duì)活塞冷卻通過活塞上的油孔對(duì)氣缸壁潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油經(jīng)過活塞后再經(jīng)軸心流入儲(chǔ)油室，潤(rùn)滑油在儲(chǔ)油室得到冷卻后在力作用下經(jīng)油管進(jìn)入各個(gè)軸承，最后流入輸出力偶矩外腔。經(jīng)油孔回到輸出力偶矩內(nèi)腔，完成一周循環(huán)。不斷的油循環(huán)對(duì)滑塊、活塞、軸承，連桿軸進(jìn)行潤(rùn)滑，同時(shí)對(duì)連桿軸和活塞進(jìn)行冷卻。
這樣，這種泵油循環(huán)系統(tǒng)完成了三種功能一是循環(huán)潤(rùn)滑，二是循環(huán)冷卻，三是實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)慣性的油壓減振。
一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的組合和氣缸布置。由于一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞連桿軸的運(yùn)動(dòng)方向平行于力偶矩輸出軸，在車輛中成水平放置，使發(fā)動(dòng)機(jī)的高度大大降低，為降低車輛重心和改善車身的流線型，擴(kuò)大司機(jī)的視野提供了條件。為了獲得大的動(dòng)力，可以將幾個(gè)單機(jī)組合在一起。排列組合可以是橫(徑)向排列或縱(軸)向排列。橫向排列時(shí)最好成園周布置，這樣可以使單個(gè)力偶矩輸出齒輪與動(dòng)力齒輪直接嚙合。
多缸發(fā)動(dòng)采取整體鑄造，在加工和裝配方面都比較復(fù)雜。
發(fā)明同已有的技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)
1.將往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變成連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的力偶矩使運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力得
到平恒，輸出扭矩大。
2.園柱曲面導(dǎo)槽的直徑和曲面升角可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)。改變行程和扭矩方便。
3.園柱曲面導(dǎo)槽輪廓曲線周期數(shù)按照21+x選擇，根據(jù)需要決定轉(zhuǎn)速和每轉(zhuǎn)作功次數(shù)。
4.連桿軸作直線運(yùn)動(dòng)而不擺動(dòng)，可以延伸，所構(gòu)成的各個(gè)腔室可供使用。
5.活塞往反都作功，當(dāng)導(dǎo)槽曲線周期數(shù)取x1+0時(shí)，輸出軸一轉(zhuǎn)有四次作功沖程。
6.第二級(jí)氣缸的設(shè)置對(duì)廢氣進(jìn)行處理，減少污染物。
7.力偶矩腔兼作掃氣泵和油壓泵，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。
8.起動(dòng)輕便，升功率大，燃料消耗率低。
9.單位馬力重量輕，高度低。
一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的其它型式。一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用前述氣口橫流式換氣方式，制成一級(jí)氣缸時(shí)，會(huì)有一部份新鮮混合氣在掃氣時(shí)由排氣孔短路排入大氣，增加污染，燃油消耗率提高。這種一級(jí)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小。制成多級(jí)氣缸時(shí)，它受到“干”字型連桿強(qiáng)度的限制。
一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)除了應(yīng)用氣口橫流式換氣方式以外，還可以采用回流式換氣，直流式換氣和氣閥換氣。
一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)采用氣閥換氣，進(jìn)氣和排氣單獨(dú)占有沖程。這種結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，作成多級(jí)氣缸。采用燃?xì)庋h(huán)時(shí)，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。
前述一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中已闡明了兩個(gè)周期曲線的內(nèi)園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)，下面接著介紹園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)具有的其它結(jié)構(gòu)和用途。
園柱曲面導(dǎo)槽的中心線(或輪廓線)是兩個(gè)周期曲線(圖3)時(shí)，實(shí)用于小的園柱體，對(duì)于大園柱體。曲面導(dǎo)槽的輪廓曲線的周期數(shù)可以是2、4、8、16……即按21+x指數(shù)選擇。
園柱曲面導(dǎo)槽可以制造在內(nèi)園柱面上，也可以制造在外園柱面上做在外園柱面上時(shí)，采用整體成型或單件組裝。
外園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)有以下幾種型式，如圖4所示，外園柱曲面導(dǎo)槽轉(zhuǎn)體與1與連桿2處在一條軸線上，“干”字型連桿頭部作如圖所示的改進(jìn)，成“
”型，延長(zhǎng)連桿滑動(dòng)支承平面3，受一級(jí)氣缸4的驅(qū)動(dòng)。
外園柱曲面導(dǎo)槽轉(zhuǎn)體1兩個(gè)聯(lián)合使用時(shí)，兩轉(zhuǎn)體與連桿的三條軸線相互平行(圖5)。支承力偶矩滑塊和力偶矩腔3作在“+”字型連桿2中部，成“
”型，同時(shí)承受兩個(gè)活塞的驅(qū)動(dòng)力。這種結(jié)構(gòu)用于蒸氣機(jī)比較理想。
如圖1和圖4所示的園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)的支承力偶矩和輸出力偶矩可以互換，讓園柱曲導(dǎo)槽轉(zhuǎn)體與機(jī)殼固定，力偶矩滑塊和滑塊腔相對(duì)機(jī)殼轉(zhuǎn)動(dòng)，通過改變結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)。園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)根據(jù)連桿強(qiáng)度，可以承受一個(gè)活塞的驅(qū)動(dòng)，也可以同時(shí)承受幾個(gè)活塞的驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)活塞的力有以下幾種燃?xì)猱a(chǎn)生的爆發(fā)壓力，蒸氣壓力，電磁力，園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)可以廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)、蒸氣
機(jī)。
應(yīng)用與展望一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可以做成各種大小功率的原動(dòng)機(jī)，廣泛屬于
1.陸地上各種運(yùn)輸車輛(汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)車等)，發(fā)電站，農(nóng)業(yè)機(jī)械，林業(yè)機(jī)械，礦山、石油、建筑及工程機(jī)械等。水上運(yùn)輸可作內(nèi)河及海上船舶的主機(jī)和輔機(jī)，為小型游船游艇提供動(dòng)力，為摩托車提供動(dòng)力。在航空方面，可以為一些中小型飛機(jī)提供動(dòng)力。
2.由于它的單位馬力的重量比現(xiàn)代的內(nèi)燃機(jī)小，功率大，高度低，使它在國(guó)防中的地位十分重要。可以廣泛運(yùn)用于部隊(duì)運(yùn)輸，火炮牽引，各種戰(zhàn)斗車輛(坦克、裝甲車，步兵戰(zhàn)車、自行火炮，導(dǎo)彈發(fā)射車，雷達(dá)車等。)，各種水面艦艇及水下潛艇，發(fā)電，工程機(jī)械與施工等方面。
3.由于起動(dòng)方便，可用氫、煤氣、甲醇、乙醇、液態(tài)甲烷等作燃料創(chuàng)造了有利條件。
4.園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用于蒸氣機(jī)，提高現(xiàn)有蒸氣機(jī)的熱效率，在石油資源緊缺的情況下，用豐富的煤炭資源作燃料和利用地?zé)岚l(fā)電。
5.園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)可以應(yīng)用在自行車和輪椅上，用手足推動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.用園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成螺旋漿游船，用手足推動(dòng)驅(qū)動(dòng)螺旋漿旋轉(zhuǎn)。
7.利用海浪發(fā)電，活塞做成大的片狀型，承受和傳遞海水漲落產(chǎn)生
的往復(fù)力，通過連桿，園柱曲面導(dǎo)槽旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
8.園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)適用于把往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變成連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械工程領(lǐng)域。
9.園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)適用于電能和磁能的機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)。
園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)，正如曲軸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)一樣，這種將往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變成連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的方法，其功能具有更多的優(yōu)越性，它的應(yīng)用范圍將超過曲軸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)。
補(bǔ)正 85102435
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說明書 3 4 力矩又損失41% 力矩又損失41-51%
10 7 在力作用下 在壓力作用下
11 倒4 槽流式 橫流式
12 9 轉(zhuǎn)體與1與連桿2 轉(zhuǎn)體1與連桿2
12 倒5 曲導(dǎo)槽 曲面導(dǎo)槽
權(quán)利要求
1、原動(dòng)機(jī)，特別是往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，主體部份由機(jī)殼，曲軸連桿機(jī)構(gòu)，活塞，氣缸和裝有火花塞或噴油器的氣缸蓋組成，本發(fā)明的特征是發(fā)動(dòng)機(jī)的主體部份由機(jī)殼(1)和腔隔蓋(12、16)中的園柱曲面導(dǎo)槽轉(zhuǎn)體(4)-(2，3，5，6，7，8，14，15)，力偶矩連桿(9，10，13)，與機(jī)殼(1)連結(jié)的力偶矩滑塊腔(17)三者組成的園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)和活塞(11)，氣缸(22)，腔隔蓋(28)組成，活塞(11)和力偶矩連桿(9，10，13)作同軸往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，形成左右燃燒氣缸，設(shè)在氣缸中間的換氣口(24)和(25)分別對(duì)左右氣缸換氣，左右腔隔蓋(12，28)上設(shè)有火花塞或噴油器。
2、機(jī)械工程中，用于變往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)為連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)(或方法)采用韌性金屬材料制成的曲軸曲柄連桿機(jī)構(gòu)，本發(fā)明的特征是園柱曲面導(dǎo)槽，力偶矩連桿和力偶矩滑塊腔三者組成園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)，曲面導(dǎo)槽在園柱面上制成，其中心線(或輪廓線)展開后是21+x個(gè)周期的曲線，力偶矩滑塊腔具有軸向滑動(dòng)平面，傳遞力偶矩的連桿一端導(dǎo)入曲面導(dǎo)槽中，另一端的滑塊導(dǎo)入力偶矩滑塊腔。連桿軸可以左右延伸。園柱曲面導(dǎo)槽和力偶矩腔置于機(jī)殼中，一端與機(jī)殼連接作支承端，另一端帶齒輪或輸出軸，并用軸承與機(jī)殼配合作旋轉(zhuǎn)輸出端。
3、變往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)為連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)輸出的是不平恒的力矩，使產(chǎn)品的功能受到限制，使用途受到限制，本發(fā)明的特征在于園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)輸出放大的力偶矩，廣泛適用于內(nèi)燃機(jī)，外燃機(jī)，蒸氣機(jī)，自行車，輪椅，螺旋漿游船，海浪發(fā)電設(shè)備，磁電的機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)，和適用于把往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變成連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械工程領(lǐng)域。
4、按照權(quán)利要求
2的園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)，其特征是曲面導(dǎo)槽制在內(nèi)園柱面上。
5、按照權(quán)利要求
2的園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)，其特征是曲面導(dǎo)槽制在外園柱面上，圖4中的(1)及與之相適應(yīng)的力偶矩連桿頭部(2)及延長(zhǎng)的滑塊滑動(dòng)平面(3)。
6、按照權(quán)利要求
2，5的園柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)，其特征是兩件園柱曲面導(dǎo)槽聯(lián)合使用，此種機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)端與固定端不能互換，園柱曲面導(dǎo)槽用軸承與機(jī)殼配合，圖5中的(1)。與之相適應(yīng)的力偶矩滑塊腔(3)與機(jī)殼連接，力偶矩連桿(2)左右延伸與活塞(4)(5)連接。
7、按照權(quán)利要求
1的內(nèi)燃機(jī)，其特征是一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)庥没鸹ㄈ?23)點(diǎn)火，力偶矩滑塊腔(17)兼作掃氣泵，其腔內(nèi)左右兩邊設(shè)有兩個(gè)進(jìn)氣孔(18)和兩個(gè)出氣孔(19)，進(jìn)出氣孔上裝有反向的簧片閥，其腔外設(shè)有進(jìn)氣道(20)和掃氣道(21)，進(jìn)氣道與化油器相接，掃氣道通向氣缸(22)。
8、按照權(quán)利要求
1、7的一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是制成兩級(jí)氣缸第二級(jí)氣缸(27)與第一級(jí)氣缸(22)基本相同，氣缸(27)的進(jìn)氣道與氣缸(22)的排氣道相通，排氣道(30)通大氣或經(jīng)消音器通大氣，燃?xì)夂蛷U氣分別在兩級(jí)氣缸中循環(huán)，在氣缸中實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣的燃燒處理。
9、按照權(quán)利要求
1，7，8的一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)思，其特征是制成多級(jí)氣缸。
10、按照權(quán)利要求
1，7，8，9的一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是園柱曲面導(dǎo)槽內(nèi)腔兼作潤(rùn)滑冷卻泵，泵的結(jié)構(gòu)原理與柴油機(jī)柱塞式噴油泵相似，潤(rùn)滑冷卻循環(huán)經(jīng)連桿，滑塊、活塞、冷卻室、軸承、園柱曲面導(dǎo)槽外腔回到其內(nèi)腔，不斷的循環(huán)一方面對(duì)上述部位進(jìn)行潤(rùn)滑，一方面對(duì)活塞，連桿軸冷卻。
11、按照權(quán)利要求
1，7，8，9，10的一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是園柱曲面導(dǎo)槽的中心線(或輪廓線)的周期數(shù)按照公式21+x選取，優(yōu)先選用x＝0的曲線。
12、按照權(quán)利要求
1，7，8，9，10，11的一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，單機(jī)的橫(徑)向排列或縱(軸)向排列組合成多機(jī)時(shí)，采取單機(jī)組合或氣缸的整體成型。
專利摘要
一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)不用傳統(tǒng)的曲軸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)限制了發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能的提高。它采用了一種特殊的圓柱曲面導(dǎo)槽連桿機(jī)構(gòu)，克服了曲軸、曲柄連桿機(jī)構(gòu)輸出力矩小和連桿擺動(dòng)的缺點(diǎn)，向外輸出大的力偶矩，連桿軸和活塞作同軸直線運(yùn)動(dòng)，使活塞兩端氣缸可供使用，采用氣口橫流式換氣實(shí)現(xiàn)了活塞每一沖程都做功。連桿和氣缸延伸可以制成多級(jí)氣缸，可用于廢氣燃燒。 一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)高度低，單位馬力重量輕，單機(jī)可以按不同方式組合成各種規(guī)格的發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)用十分廣泛。
文檔編號(hào)F01B9/04GK85102435SQ85102435
公開日1986年7月30日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者吳志友 申請(qǐng)人:吳志友導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan