專利名稱：凸輪式活塞內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于活塞式內(nèi)燃機技術(shù)領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的活塞式內(nèi)燃機，都是通過曲柄連桿機構(gòu)將活塞的平動變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)動。目前世界上先進的發(fā)動機，例如日本的豐田汽車發(fā)動機(95馬力，油耗8公斤/100公里)，均采用這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機。這種發(fā)動機存在體積較大、苯重、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動不平穩(wěn)，阻力損耗大的固有弊病，使發(fā)動機性能的提高受到了一定限制。
本發(fā)明的目的是對其傳動原理及機構(gòu)進行了改進，克服了曲柄連桿傳動機構(gòu)阻力損耗大、不平穩(wěn)缺點，從而使發(fā)動機具有體積小，重量輕，比功率大，油耗少，尾氣污染少，運動較平穩(wěn)，應(yīng)用范圍廣等顯著優(yōu)點。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種凸輪式活塞內(nèi)燃機，包括缸體、活塞、活塞環(huán)、增壓器、進排氣機構(gòu)、點火機構(gòu)、油潤滑裝置和冷卻裝置，其特征在于在活塞上在與其軸線垂直的方向上設(shè)有傳動銷軸，缸體上開有條形孔以便于銷軸平動，銷軸軸端附近，活塞軸向設(shè)有銷軸平動導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌可單獨設(shè)置，或為缸體本身，以使活塞銷軸作往復(fù)平動。銷軸軸端裝有軸承。缸體的側(cè)面，活塞軸向設(shè)有立體凸輪及其座體，銷軸軸端軸承與立體凸輪園柱面上的斜向驅(qū)動導(dǎo)向槽相配合，導(dǎo)槽上兩槽的兩個最遠點與兩個最近點(相對于凸輪軸某端面而言)的中心連線與凸輪軸線間的夾角α為30°-60°，最好為40°-50°，導(dǎo)槽展開圖上的壓燃作功角β為50°-150°，最好為60°-90°，導(dǎo)槽(或受力線)展開圖曲線最好為正弦曲線?？稍诹Ⅲw凸輪軸上裝有飛輪、分電器時軌輪，和水、油或風(fēng)冷卻裝置的傳動皮帶輪，以控制其他附加裝置的同步運行(此點同常規(guī)技術(shù))，或采取其他的附加裝置同步運行控制機構(gòu)。
上述的活塞銷軸驅(qū)動機構(gòu)，可以是單活塞點燃機構(gòu)，也可以是雙活塞雙燃機構(gòu)，不僅可實現(xiàn)四沖程運動，還可實現(xiàn)二沖程運動，這是曲柄連桿式內(nèi)燃機所無法達到的?；钊N軸驅(qū)動機構(gòu)可以是一套，也可以是二套以上，裝于立體凸輪園周位置，各銷軸軸端軸承均與立體凸輪的導(dǎo)向槽相配合，稱為并聯(lián)式，從而成倍增大了發(fā)動機的動力。該內(nèi)燃機也可以是2套以上，中間通過立體凸輪軸或聯(lián)軸節(jié)等連接起來，稱為串聯(lián)式，以實現(xiàn)大馬力驅(qū)出。
上述的活塞銷軸驅(qū)動機構(gòu)與立體凸輪可以是分立式的(如上述)，也可以是包含式的，即立體凸輪(此時為立體內(nèi)凸輪)包圍在缸體的外面。包含式又可分為兩種，一種是氣缸活塞旋轉(zhuǎn)式，立體內(nèi)凸輪為靜止式，另一種是氣缸為靜止式，而立體內(nèi)凸輪為旋轉(zhuǎn)式。第一種缸體兩端均固定在軸盤上，軸盤放在軸承座上，立體內(nèi)凸輪固定在架體上，軸盤外側(cè)是密封端蓋，密封端蓋和立體內(nèi)凸輪相固定，活塞上的銷軸軸端軸承與立體內(nèi)凸輪內(nèi)園柱面上的驅(qū)動導(dǎo)向槽相配合，導(dǎo)向槽的角度α，以及壓燃作功角及導(dǎo)向槽的展開圖均如上所述。排氣機構(gòu)根據(jù)具體結(jié)構(gòu)可以設(shè)計成多種形式，例如可以是在軸盤上設(shè)有排氣孔道和燃燒室通孔，在密封端蓋上設(shè)有排氣孔道及燃燒室，也可以在端蓋和軸盤之間加一個油封蓋，和端蓋相固定，油封蓋上設(shè)有排氣孔道及燃燒室等。或?qū)⑴艢馊紵Y(jié)構(gòu)設(shè)在軸上，如旋塞閥那樣的結(jié)構(gòu)也可，形式可以多種。進氣孔道可以設(shè)在氣缸上，與普通內(nèi)燃機類似。上述的點火機構(gòu)，可以采用機械點火，如用時軌輪帶動分電器，使火花塞點火，或用電子打火，如壓電陶瓷打火。飛輪可裝在軸上。冷印及潤滑系統(tǒng)可以用軸上皮帶輪帶動泵實現(xiàn)，均可與普通內(nèi)燃機類似。
第二種，缸體固定在架體上，立體內(nèi)凸輪包在缸體的外面，其間有軸承配合，可相對轉(zhuǎn)動，缸體端蓋與立體內(nèi)凸輪間有密封機構(gòu)，如密封圈、墊，保證油密封，缸體上有條形孔，設(shè)有銷軸平動導(dǎo)軌，活塞銷軸軸端軸承與立體內(nèi)凸輪上的導(dǎo)向槽相配合，導(dǎo)向槽有關(guān)說明及壓燃作功角說明同上述。其進氣機構(gòu)設(shè)在缸體缸蓋上，同普通內(nèi)燃機類似。排氣機構(gòu)可據(jù)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計為多種形式，道理也同普通內(nèi)燃機相類似。如實施例所示的一種，或者，在缸蓋和缸體間加一密封板，和內(nèi)凸輪固定，密封板上設(shè)有進排氣孔，或燃燒室通道，在缸蓋上也設(shè)有進排孔道及燃燒室的結(jié)構(gòu)，以保證按周期進排氣即可。飛輪可裝在內(nèi)凸輪外，內(nèi)凸輪本身也可代替飛輪，油潤滑裝置可用普通油泵式的，也可用油浸式的，點火裝置可用電子式，如實施例示，也可用機械式，此時時軌輪可裝在內(nèi)凸輪上，這些設(shè)計原理均同普通內(nèi)燃機相類似。
本發(fā)明的效果是明顯的，具有體積小而緊湊、重量輕、比功率大的顯著特點，而且省油，由于這種特殊結(jié)構(gòu)改變了以往曲柄連桿結(jié)構(gòu)阻力太大的傳動方式，因而可以提高功率，減少油耗，減少廢氣排放，提高了平穩(wěn)度，外觀緊湊整齊，設(shè)計范圍寬?？梢詫崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)速，大功率，只要改變活塞行程及凸輪直徑即可，這也是以往的曲柄連桿式發(fā)動機所不能做到的。
以下舉三個實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)說明，它并不作為對本發(fā)明的限定。


圖1上實施例1分立式二沖程內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是當(dāng)為四沖程結(jié)構(gòu)時左視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是實施例2包含式二沖程凸輪為靜止式結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是實施例3包含式二沖程凸輪為運動式結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是α角示意圖。
圖7是導(dǎo)向槽展開圖β角示意圖。
參見圖1、圖2。圖中1為平動導(dǎo)軌(下軌板)，2為帶冷卻水套的缸體，3為(一種排氣裝置)搖壁，4為排氣門，5為排氣門室蓋，6為排氣門開閉拉桿，連于活塞銷軸12上，7為缸蓋，8為拉桿防塵套管，9為活塞，10為缸體上的進氣道，和增壓器相連，11為蓋板，13為軸承擋圈，14為軌道軸承(裝在銷軸上)，15為銷軸固定螺母，16為平動導(dǎo)軌(上軌板)，17為活塞環(huán)，18為火花塞，19為飛輪殼，20為飛輪，21為油封圈，22為軸承，23為立體凸輪座架箱體，24為立體凸輪，25為導(dǎo)向槽，26為銷軸軸端軸承，27為潤滑油泵，28為分電器時軌輪，29為冷卻系統(tǒng)皮帶輪，30為尺帶，3為排進氣門搖臂，31為尺輪(帶凸輪的)，32為進氣門搖臂，33為分電器(和火花塞18相連)34為化油器，35為排氣管。
其工作過程是，當(dāng)活塞9在上止點時，火花塞18點燃混合氣體爆發(fā)作功，推動活塞下行，至下止點約45°-60°時，排氣門4打開，排氣，下行下止點前約5°-30°時，進氣孔打開，進行掃氣，下行至下止點約10-20°時，排氣門關(guān)閉，此時來自增壓器的混合氣以一定的壓力進入氣缸，增壓過程一直進行到活塞從下止點上行關(guān)閉進氣孔為止?；钊^續(xù)上行為壓縮過程，行至上止點前約6-12°時，活火塞18點火，進行下次工作循環(huán)。當(dāng)左活塞在上止點時，右活塞則在下止點進行掃氣增壓過程，活塞上行約5-30°關(guān)閉進氣孔，將混合氣壓縮，壓至上止點前約6-12°時，火花塞點燃，燃燒室內(nèi)的混合氣爆發(fā)作功，推動活塞下行至下止點約45-60°，排氣門打開，進行排氣，下行至下止點前約10-20°時，進氣門打開，進行掃氣，下行至下止點前約10-18時，排氣門關(guān)閉，此時來自增壓器的混合氣進入氣缸掃氣。增壓過程一直進行到活塞從下止點上行關(guān)閉進氣孔為止。這樣周而復(fù)始地進行，將活塞銷軸12的平動通過立體凸輪24及其上面的導(dǎo)向槽25轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。導(dǎo)槽α可為30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°等，β可為50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°等。圖2中分電器時軌輪28通過尺帶30和尺輪31控制分電器33和活花塞18點火，通過尺輪(凸輪)31通過排氣門搖臂3和進氣門搖臂32，控制進排氣門工作。
圖3中，為2套活塞銷軸驅(qū)動機構(gòu)，分布于立體凸輪園周上，36為起動機，37為油底，38為進氣管，39為分電器齒輪傳動軸，40為化油器。
參見圖4，41為增壓器，42為進氣道，43為增壓器皮帶輪，44為端蓋，45為密封板，46為燃燒室，47為軸盤，48為排氣道，49為立體凸輪。缸體2和軸盤47固定，軸盤上設(shè)在排氣孔，密封板45上有燃燒室孔和排氣孔，密封板45和端蓋44以及立體凸輪49固定。當(dāng)活塞銷軸12作平動同時，由于凸輪49導(dǎo)軌槽25作用，使缸體2和活塞9同時作旋轉(zhuǎn)運動，帶動端軸和飛輪20旋轉(zhuǎn)，輸出動力，分電器時軌輪28、冷卻系統(tǒng)皮帶輪30，同時帶動和控制其他附屬裝置工作。
參見圖5，50為軸承，51為內(nèi)凸輪，49端面設(shè)有端面凸輪，以控制支桿52，使搖臂3旋轉(zhuǎn)，控制排氣閥4工作，53為油密封圈，54為缸蓋，56為固定在旋轉(zhuǎn)的內(nèi)凸輪上的磁鐵塊，以控制電子打火器55的點火工作。以上標(biāo)號相同，另件名稱亦相同。
以下是實施例1一個樣機與曲柄連桿式傳統(tǒng)內(nèi)燃機的技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)對照表
權(quán)利要求
1.一種凸輪式活塞內(nèi)燃機，包括缸體2、活塞9、活塞環(huán)17、增壓器41，進排氣機構(gòu)、點火機構(gòu)、油潤滑裝置和冷卻裝置，其特征在于在活塞9上在與其軸線垂直的方向上設(shè)有傳動銷軸12，缸體上開有條形孔，銷軸軸端附近，活塞軸向設(shè)有銷軸平動導(dǎo)軌1、16，銷軸軸端裝有軸承26，缸體2側(cè)面，活塞軸向設(shè)有立體凸輪24及其座體23，銷軸軸端軸承26與立體凸輪園柱面上的驅(qū)動導(dǎo)向槽25相配合，導(dǎo)槽上兩個最遠點與兩個最近點的中心連線與凸輪軸線間的夾角α為30°-60°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸輪式活塞內(nèi)燃機，其特征是導(dǎo)槽α為40°-50°，導(dǎo)槽展開圖上的壓燃作功角β為50°-150°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的凸輪式活塞內(nèi)燃機，其特征是導(dǎo)槽展開圖曲線為正弦曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的凸輪式活塞內(nèi)燃機，其特征在于具有同氣缸雙活塞雙燃機構(gòu)，這種機構(gòu)有2套以上，裝于立體凸輪的園周上，各銷軸軸端軸承均與立體凸輪上的導(dǎo)向槽相配合，這種內(nèi)燃機2套以上，通過立體凸輪軸或聯(lián)軸節(jié)相串連。
5.一種凸輪式活塞內(nèi)燃機，包括缸體2、活塞9、活塞環(huán)17、增壓器41、點火機構(gòu)、進排氣機構(gòu)、油潤滑裝置和冷卻裝置，其特征在于在活塞9上在與其軸線垂直的方向上設(shè)有傳動銷軸12，缸體上開有條形孔，設(shè)有銷軸平動導(dǎo)軌1，銷軸軸端裝有軸承，缸體兩端均固定在軸盤47上，軸盤47放在軸承座上，立體內(nèi)凸輪49包圍在缸體的外面，固定在架體上，軸盤47外側(cè)設(shè)密封端蓋44，端蓋44和立體內(nèi)凸輪49相固定，銷軸軸端軸承26與立體內(nèi)凸輪49內(nèi)園柱面上的驅(qū)動導(dǎo)向槽25相配合，導(dǎo)槽上兩個最遠點與兩個最近點的中心連線與凸輪軸線間的夾角α為30°-60°。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凸輪式活塞內(nèi)燃機，其特征是導(dǎo)槽α為40°-50°，導(dǎo)槽展開圖上的壓燃作功角β為50°-150°。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的凸輪式活塞內(nèi)燃機，其特征是導(dǎo)槽展開圖曲線為正弦曲線。
8.一種凸輪式活塞內(nèi)燃機，包括缸體2、活塞9、活塞環(huán)17、增壓器41，點火機構(gòu)、進排氣裝置、油潤滑冷卻裝置，其特征在于活塞9上在與其軸線垂直的方向上設(shè)有傳動銷軸12，缸體2固定在架體上，缸體端蓋54與凸輪49間有密封圈53，缸體2上開有條形孔，設(shè)有銷軸平動導(dǎo)軌1，銷軸軸端裝有軸承26，立體內(nèi)凸輪49包在缸體2的外面，中間有軸承50配合，銷軸軸端軸承26與立體凸輪49園柱面上的驅(qū)動導(dǎo)向槽25相配合，導(dǎo)槽上兩個最遠點與兩個最近點的中心連線與凸輪軸線間的夾角α為30°-60°。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的凸輪式活塞內(nèi)燃機，其特征是導(dǎo)槽α為40°-50°，導(dǎo)槽展開圖上的壓燃作功角β為50°-150°。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的凸輪式活塞內(nèi)燃機，其特征是導(dǎo)槽展開圖曲線為正弦曲線。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種凸輪式活塞內(nèi)燃機，它主要由缸體、活塞、活塞環(huán)、增壓器、進排氣機構(gòu)、點火機構(gòu)、活塞傳動銷軸、平動導(dǎo)軌、立體凸輪所組成，借助銷軸和立體凸輪將活塞平動轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動，代替了傳統(tǒng)的曲柄連桿傳動機構(gòu)。其設(shè)計原理新穎、獨特，結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，體積小，重量輕，比功率大，油耗低、排放污染少，工作平穩(wěn)，使用壽命長。是一種廣泛用于汽車、火車、飛機、飛船、艦船、摩托車、自行車等的節(jié)能輕型內(nèi)燃機。
文檔編號F02B75/26GK1096851SQ9410042
公開日1994年12月28日 申請日期1994年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月28日
發(fā)明者武守仁 申請人:武守仁