專利名稱：凸輪式活塞內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于活塞式內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的活塞式內(nèi)燃機(jī)，都是通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)將活塞的平動(dòng)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)動(dòng)。目前世界上先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，例如日本的豐田汽車發(fā)動(dòng)機(jī)(95馬力，油耗8公升／100公里)，均采用這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)存在體積較大、苯重、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)不平穩(wěn)，阻力損耗大的固有弊病，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高受到了一定限制。
本實(shí)用新型的目的是對(duì)其傳動(dòng)原理及機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，克服了曲柄連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)阻力損耗大、不平穩(wěn)缺點(diǎn)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)具有體積小，重量輕，比功率大，油耗少，尾氣污染少，運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，應(yīng)用范圍廣等顯著優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種凸輪式活塞內(nèi)燃機(jī)，包括缸體、活塞、活塞環(huán)、增壓器、進(jìn)排氣機(jī)構(gòu)、點(diǎn)火機(jī)構(gòu)、油潤(rùn)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(dòng)銷軸，缸體上開有條形孔以便于銷軸平動(dòng)，銷軸軸端附近，活塞軸向設(shè)有銷軸平動(dòng)導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌可單獨(dú)設(shè)置，或?yàn)楦左w本身，以使活塞銷軸作往復(fù)平動(dòng)。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(dòng)導(dǎo)向槽相配合，導(dǎo)槽上兩槽的兩個(gè)最遠(yuǎn)點(diǎn)與兩個(gè)最近點(diǎn)(相對(duì)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。可在立體凸輪軸上裝有飛輪、分電器時(shí)軌輪，和水、油或風(fēng)冷卻裝置的傳動(dòng)皮帶輪，以控制其他附加裝置的同步運(yùn)行(此點(diǎn)同常規(guī)技術(shù))，或采取其他的附加裝置同步運(yùn)行控制機(jī)構(gòu)。
上述的活塞銷軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以是單活塞點(diǎn)燃機(jī)構(gòu)，也可以是雙活塞雙燃機(jī)構(gòu)，不僅可實(shí)現(xiàn)四沖程運(yùn)動(dòng)，還可實(shí)現(xiàn)二沖程運(yùn)動(dòng)，這是曲柄連桿式內(nèi)燃機(jī)所無(wú)法達(dá)到的?；钊N軸驅(qū)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力。該內(nèi)燃機(jī)也可以是2套以上，中間通過(guò)立體凸輪軸或聯(lián)軸節(jié)等連接起來(lái)，稱為串聯(lián)式，以實(shí)現(xiàn)大馬力驅(qū)出。
上述的活塞銷軸驅(qū)動(dòng)機(jī)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(shí)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(dòng)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(jī)構(gòu)根據(jù)具體結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)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(gè)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?；?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(jìn)氣孔道可以設(shè)在氣缸上，與普通內(nèi)燃機(jī)類似。上述的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)，可以采用機(jī)械點(diǎn)火，如用時(shí)軌輪帶動(dòng)分電器，使火花塞點(diǎn)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(rùn)滑系統(tǒng)可以用軸上皮帶輪帶動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)，均可與普通內(nèi)燃機(jī)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，缸體端蓋與立體內(nèi)凸輪間有密封機(jī)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(dòng)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(shuō)明及壓燃作功角說(shuō)明同上述。其進(jìn)氣機(jī)構(gòu)設(shè)在缸體缸蓋上，同普通內(nèi)燃機(jī)類似。排氣機(jī)構(gòu)可據(jù)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為多種形式，道理也同普通內(nèi)燃機(jī)相類似。如實(shí)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(jìn)排氣孔，或燃燒室通道，在缸蓋上也設(shè)有進(jìn)排孔道及燃燒室的結(jié)構(gòu)，以保證按周期進(jìn)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(rùn)滑裝置可用普通油泵式的，也可用油浸式的，點(diǎn)火裝置可用電子式，如實(shí)施例示，也可用機(jī)械式，此時(shí)時(shí)軌輪可裝在內(nèi)凸輪上，這些設(shè)計(jì)原理均同普通內(nèi)燃機(jī)相類似。
本實(shí)用新型的效果是明顯的，具有體積小而緊湊、重量輕、比功率大的顯著特點(diǎn)，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(dòng)方式，因而可以提高功率，減少油耗，減少?gòu)U氣排放，提高了平穩(wěn)度，外觀緊湊整齊，設(shè)計(jì)范圍寬?？梢詫?shí)現(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(dòng)機(jī)所不能做到的。
以下舉三個(gè)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，它并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。


圖1上實(shí)施例1分立式二沖程內(nèi)燃機(jī)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(shí)左視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是實(shí)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(shí)施例3包含式二沖程凸輪為運(yùn)動(dòng)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(jiàn)
圖1、圖2。圖中1為平動(dòng)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(jìn)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(dòng)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(rùn)滑油泵，28為分電器時(shí)軌輪，29為冷卻系統(tǒng)皮帶輪，30為尺帶，3為排氣門搖臂，31為尺輪(帶凸輪的)，32為進(jìn)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(guò)程是，當(dāng)活塞9在上止點(diǎn)時(shí)，火花塞18點(diǎn)燃混合氣體爆發(fā)作功，推動(dòng)活塞下行，至下止點(diǎn)約45°－60°時(shí)，排氣門4打開，排氣，下行下止點(diǎn)前約5°－30°時(shí)，進(jìn)氣孔打開，進(jìn)行掃氣，下行至下止點(diǎn)約10－20°時(shí)，排氣門關(guān)閉，此時(shí)來(lái)自增壓器的混合氣以一定的壓力進(jìn)入氣缸，增壓過(guò)程一直進(jìn)行到活塞從下止點(diǎn)上行關(guān)閉進(jìn)氣孔為止。活塞繼續(xù)上行為壓縮過(guò)程，行至上止點(diǎn)前約6－12°時(shí)，活火塞18點(diǎn)火，進(jìn)行下次工作循環(huán)。當(dāng)左活塞在上止點(diǎn)時(shí)，右活塞則在下止點(diǎn)進(jìn)行掃氣增壓過(guò)程，活塞上行約5－30°關(guān)閉進(jìn)氣孔，將混合氣壓縮，壓至上止點(diǎn)前約6－12°時(shí)，火花塞點(diǎn)燃，燃燒室內(nèi)的混合氣爆發(fā)作功，推動(dòng)活塞下行至下止點(diǎn)約45－60°，排氣門打開，進(jìn)行排氣，下行至下止點(diǎn)前約10－20°時(shí)，進(jìn)氣門打開，進(jìn)行掃氣，下行至下止點(diǎn)前約10－18時(shí)，排氣門關(guān)閉，此時(shí)來(lái)自增壓器的混合氣進(jìn)入氣缸掃氣。增壓過(guò)程一直進(jìn)行到活塞從下止點(diǎn)上行關(guān)閉進(jìn)氣孔為止。這樣周而復(fù)始地進(jìn)行，將活塞銷軸12的平動(dòng)通過(guò)立體凸輪24及其上面的導(dǎo)向槽25轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(shí)軌輪28通過(guò)尺帶30和尺輪31控制分電器33和活花塞18點(diǎn)火，通過(guò)尺輪(凸輪)31通過(guò)排氣門搖臂3和進(jìn)氣門搖臂32，控制進(jìn)排氣門工作。
圖3中，為2套活塞銷軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，分布于立體凸輪園周上，36為起動(dòng)機(jī)，37為油底，38為進(jìn)氣管，39為分電器齒輪傳動(dòng)軸，40為化油器。
參見(jiàn)圖4，41為增壓器，42為進(jìn)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(dòng)同時(shí)，由于凸輪49導(dǎo)軌槽25作用，使缸體2和活塞9同時(shí)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)端軸和飛輪20旋轉(zhuǎn)，輸出動(dòng)力，分電器時(shí)軌輪28、冷卻系統(tǒng)皮帶輪30，同時(shí)帶動(dòng)和控制其他附屬裝置工作。
參見(jiàn)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(diǎn)火工作。以上標(biāo)號(hào)相同，另件名稱亦相同。
以下是實(shí)施例1一個(gè)樣機(jī)與曲柄連桿式傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)對(duì)照表
主要技術(shù)參數(shù)比較
權(quán)利要求1.一種凸輪式活塞內(nèi)燃機(jī)，包括缸體(2)、活塞(9)、活塞環(huán)(1)(7)、增壓器(41)，進(jìn)排氣機(jī)構(gòu)、點(diǎn)火機(jī)構(gòu)、油潤(rùn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)導(dǎo)向槽(25)相配合，導(dǎo)槽上兩個(gè)最遠(yuǎn)點(diǎn)與兩個(gè)最近點(diǎn)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(jī)，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(jī)，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(jī)，其特征在于具有同氣缸雙活塞雙燃機(jī)構(gòu)，這種機(jī)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(jī)2套以上，通過(guò)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(jī)，包括缸體(2)、活塞(9)、活塞環(huán)(17)、增壓器(41)、點(diǎn)火機(jī)構(gòu)、進(jìn)排氣機(jī)構(gòu)、油潤(rùn)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(dòng)銷軸(12)，缸體上開有條形孔，設(shè)有銷軸平動(dòng)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(dòng)導(dǎo)向槽(25)相配合，導(dǎo)槽上兩個(gè)最遠(yuǎn)點(diǎn)與兩個(gè)最近點(diǎn)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(jī)，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(jī)，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(jī)，包括缸體(2)、活塞(9)、活塞環(huán)(1)(7)、增壓器(41)，點(diǎn)火機(jī)構(gòu)、進(jìn)排氣裝置、油潤(rùn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)導(dǎo)向槽(25)相配合，導(dǎo)槽上兩個(gè)最遠(yuǎn)點(diǎn)與兩個(gè)最近點(diǎn)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(jī)，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(jī)，其特征是導(dǎo)槽展開圖曲線為正弦曲線。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種凸輪式活塞內(nèi)燃機(jī)，它主要由缸體、活塞、活塞環(huán)、增壓器、進(jìn)排氣機(jī)構(gòu)、點(diǎn)火機(jī)構(gòu)、活塞傳動(dòng)銷軸、平動(dòng)導(dǎo)軌、立體凸輪所組成，借助銷軸和立體凸輪將活塞平動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)，代替了傳統(tǒng)的曲柄連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其設(shè)計(jì)原理新穎、獨(dú)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(zhǎng)，是一種廣泛用于汽車、火車、飛機(jī)、飛船、艦船、摩托車、自行車等的節(jié)能輕型內(nèi)燃機(jī)。
文檔編號(hào)F02B75/32GK2190166SQ9420304
公開日1995年2月22日 申請(qǐng)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(qǐng)人:武守仁