專利名稱：全力做功內(nèi)燃機(jī)的制作方法
國內(nèi)外現(xiàn)行使用的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一般都還是傳統(tǒng)的曲柄連桿往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。這種內(nèi)燃機(jī)做功時(shí)是由燃?xì)獾呐蛎浟ν苿?dòng)活塞作直線運(yùn)動(dòng)，活塞的推動(dòng)力是通過連桿使曲軸作園周運(yùn)動(dòng)，對外輸出扭矩。長期的實(shí)踐證明，這種結(jié)構(gòu)給內(nèi)燃機(jī)帶來許多弊病。最大的缺點(diǎn)是功率太低。設(shè)，推動(dòng)活塞的最高壓力為P，其最高壓力一般出現(xiàn)在曲軸轉(zhuǎn)角10°-15°時(shí)，高速柴油機(jī)一般出現(xiàn)在6°-15°時(shí)，由計(jì)算可知，推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)的切向分力為0.15P-0.3P，而沿曲軸中心線方向的分力為0.99P-0.95P，這說明只有一小部分壓力被用來做功，而極大部分壓力被曲軸抵消掉了，不僅動(dòng)力浪費(fèi)大而且加速了機(jī)件的磨損，甚至損壞機(jī)件，使曲軸產(chǎn)生變形。發(fā)明名稱為曲柄園滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，專利號(hào)為85100358號(hào)的發(fā)明者用一個(gè)偏心半徑等于曲軸半徑的園滑塊取代傳統(tǒng)的曲柄連桿式內(nèi)燃機(jī)中的連桿，將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，克服了連桿造成的弊病，但沒有解決分力做功的問題。
本發(fā)明的目的是要使氣缸中的燃?xì)馀蛎浟δ茏畲笙薅鹊乇焕?，也就是整個(gè)做功行程都是全力做功，克服傳統(tǒng)的曲柄連桿式內(nèi)燃機(jī)幾乎所有的弊病，使其功率達(dá)到傳統(tǒng)的曲柄連桿式內(nèi)燃機(jī)的六倍以上。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的如

圖1(整機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意圖)所示，本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)是由一個(gè)氣缸體1，一個(gè)飛輪11(兼做棘輪)裝配在氣缸體1的中央[圖2(配氣傳動(dòng)示意圖)的A-A剖面的Ⅲ的中央]，以飛輪軸30為園心，在飛輪11的同一平面內(nèi)沿氣缸體1半徑和氣缸的曲率半徑相吻合的同一園周上，以相同的園周方向均勻?qū)ΨQ地分布四個(gè)相同的氣缸6(氣缸套)，四個(gè)活塞及其活塞桿的曲率半徑和氣缸是一致的，其中氣缸(1)和氣缸(2)的活塞桿8-1和8-2不帶齒條;氣缸(3)和氣缸(4)的活塞桿8-3和8-4(兼做環(huán)形齒條，如放大圖
及其F-F剖面所示)分別與齒輪12-1和齒輪12-2相嚙合;氣缸(1)和氣缸(3)的活塞桿與一對以飛輪軸30為園心(支點(diǎn))的杠桿力臂9-1的兩頭剛性連接。杠桿力臂9上剛性連接的棘爪主體10上裝有棘爪50與棘輪(飛輪11)相嚙合組成順時(shí)針傳遞動(dòng)力的棘輪機(jī)構(gòu)(也可以采用別的辦法傳遞動(dòng)力)，由飛輪軸30對外輸出扭矩。氣缸(2)和氣缸(4)同上面的(1)和(3)兩個(gè)氣缸的情形一樣。四個(gè)氣缸的活塞連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)是通過偏心輪20的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)迫使齒條25作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)一組傳動(dòng)變速齒輪31-1和31-2作擺動(dòng)[圖2(配氣傳動(dòng)示意圖)及圖4(B-B剖面展開圖所示]，實(shí)現(xiàn)四個(gè)行程的連續(xù)運(yùn)動(dòng);配氣凸塊齒圈13在配氣齒輪14的帶動(dòng)下作反時(shí)針旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)四個(gè)氣缸的配氣職能。齒輪32和配氣齒輪14嚙合實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火或噴油職能。油泵齒輪26在油泵動(dòng)力齒輪27的帶動(dòng)下輸出壓力油推動(dòng)油馬達(dá)齒輪24帶動(dòng)齒輪18旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)不斷地工作。
本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)是這樣工作的如圖1(整機(jī)原理示意圖)和圖2(配氣傳動(dòng)示意圖)所示。開始運(yùn)行手搖起動(dòng)齒輪33-2(裝有滾柱式超越離合器如圖1和圖7所示)起動(dòng)時(shí)讓其與配氣齒輪14嚙合作順時(shí)針搖轉(zhuǎn)，配氣齒輪14作反時(shí)針旋轉(zhuǎn)一是帶動(dòng)配氣凸塊齒圈13作反時(shí)針旋轉(zhuǎn)(內(nèi)嚙合，如圖2的放大圖
所示);二是帶動(dòng)齒輪32轉(zhuǎn)動(dòng)(噴油泵、輸油泵或汽油泵、分電器的動(dòng)力齒輪);三是帶動(dòng)齒輪18作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(18和20都是固裝在偏心輪軸19上)通過滾針軸承21(2個(gè))和滾針軸承23(4個(gè))的作用下[如圖5(C-C展開旋轉(zhuǎn))所示]迫使齒條主體22開始作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，齒條25帶動(dòng)齒輪28作擺動(dòng)(開始時(shí)是作反時(shí)針旋轉(zhuǎn))通過變速齒輪31-1和傳動(dòng)齒輪31-2帶動(dòng)與其嚙合的活塞桿齒條8-3繞飛輪軸30作反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使氣缸(1)和氣缸(3)的活塞由外向里運(yùn)動(dòng)，因使活塞桿齒條8-4旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)齒輪少一個(gè)，所以兩對桿杠力臂9-1和9-2繞飛輪軸30作剪刀型運(yùn)動(dòng)。如圖1(整機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意圖)所示設(shè)氣缸(1)是做功終點(diǎn)，氣缸(2)是壓縮終點(diǎn)，氣缸(3)是吸氣終點(diǎn)，氣缸(4)是排氣終點(diǎn)。四個(gè)氣缸控制進(jìn)排氣閥門開閉的位置(圖1和圖2標(biāo)上度數(shù)是為了便于說明)氣缸(1)在54°的地方，氣缸(2)在144°，氣缸(3)在234°，氣缸(4)在324°。四個(gè)氣缸的活塞開始作第一行程由圖2(配氣傳動(dòng)示意圖)所示54°-36°之間是排氣凸塊，氣缸(1)的排氣閥打開作排氣行程;144°-126°之間沒有進(jìn)排氣凸塊，氣缸(2)的進(jìn)排氣閥都是關(guān)閉的，進(jìn)行做功行程;234°-216°之間沒有進(jìn)排氣凸塊，氣缸(3)的進(jìn)排氣閥也都是關(guān)閉的，進(jìn)行壓縮行程;324°-306°之間是進(jìn)氣凸塊，氣缸(4)的進(jìn)氣閥打開作吸氣行程。第二個(gè)行程氣缸(1)因36°-18°之間為吸氣凸塊作吸氣行程;氣缸(2)因126°-108°之間為排氣凸塊是排氣行程;氣缸(3)因216°-198°之間沒有進(jìn)排氣凸塊是做功行程;氣缸(4)因306°-288°之間沒有進(jìn)排氣凸塊是壓縮行程。第三行程、第四行程依次類推。四個(gè)缸的做功順序是(1)(2)(3)(4)。
油泵動(dòng)力齒輪27(固定在飛輪軸30上)帶動(dòng)油泵齒輪26，輸出的壓力油通過減壓閥一路用于各潤滑部位;另一路進(jìn)入油馬達(dá)(油馬達(dá)齒輪24)帶動(dòng)齒輪18旋轉(zhuǎn)，這樣，內(nèi)燃機(jī)就可以連續(xù)可靠地工作。
油泵輸出的壓力油經(jīng)過配置的單向閥、溢流閥、蓄壓器、減壓閥等液壓元件進(jìn)入油馬達(dá)。蓄壓器所蓄存的液壓能除可調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的油壓外，還可以作為內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)的動(dòng)力。停車時(shí)關(guān)閉蓄壓器閥門，起動(dòng)時(shí)打開閥門，蓄壓器的壓力油便流入系統(tǒng)中推動(dòng)油馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，使內(nèi)燃機(jī)得以起動(dòng)。在正常情況下是用蓄壓器起動(dòng)，手搖起動(dòng)是備用機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)由于四個(gè)環(huán)形氣缸對稱、均勻分布在以飛輪軸30為園心的同一園周上，活塞7和活塞桿8及杠桿力臂9之間是剛性連接，活塞在氣缸中始終是以飛輪軸30為園心作往復(fù)園周運(yùn)動(dòng)，活塞端面通過飛輪軸30，氣缸中的最高壓力可以出現(xiàn)在活塞剛換向后，根據(jù)前面所設(shè)最高壓力為P，那末推動(dòng)活塞作園周運(yùn)動(dòng)的力為P，即推動(dòng)杠桿力臂9作園周運(yùn)動(dòng)的力為P(在氣缸容積、燃油量相同的條件下)P與0.15P之比為6.66倍，并且整個(gè)做功行程都是全力做功。這就是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的功率是傳統(tǒng)的曲柄連桿式內(nèi)燃機(jī)功率的六倍以上的理論根據(jù)。此外，本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)還有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行、配氣是嚴(yán)密的、協(xié)調(diào)的，工作可靠。偏心輪20作順時(shí)針每轉(zhuǎn)半周，配氣凸塊齒圈13反時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)行程位置，四個(gè)氣缸都同時(shí)完成一個(gè)行程，即一個(gè)缸吸氣，一個(gè)壓縮;一個(gè)做功，一個(gè)排氣。配氣凸塊齒圈13是以飛輪軸30為園心由6個(gè)滾針軸承定心。如圖1和圖4及另件號(hào)29的放大圖所示。6對錐形滾針承軸16，如圖6(圖2的D-D剖面)所示，其錐度應(yīng)與配氣凸塊齒圈13吻合。由于齒輪32(汽油泵、分電器或噴油泵、輸油泵動(dòng)力齒輪)和配氣齒輪14嚙合，所以柴油機(jī)能準(zhǔn)時(shí)噴油，汽油機(jī)能準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火。
2、油泵和油馬達(dá)之間可由溢流閥、蓄壓器、減壓閥調(diào)定系統(tǒng)中的油壓，這樣，系統(tǒng)中的壓力、氣缸的點(diǎn)火或噴油時(shí)刻等許多參數(shù)都可優(yōu)化，選擇最佳值。汽油機(jī)的壓縮比在設(shè)計(jì)時(shí)就可以選定最佳值。
3、本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)四個(gè)缸活塞的運(yùn)行速度是相同的，做功的燃?xì)鈮毫υ隗E然升到最高值后逐漸下降，開始時(shí)高于系統(tǒng)中的油壓，一定時(shí)間后低于系統(tǒng)中的油壓，由油壓推動(dòng)完成另一個(gè)缸的壓縮行程，在接近終點(diǎn)時(shí)燃?xì)忾_始燃燒膨脹克服慣性力換向進(jìn)入做功行程。由于運(yùn)動(dòng)成剪刀型，活塞、活塞桿和杠桿力臂的質(zhì)量慣性力大小相等、方向相反、互相抵消。另外，偏心輪20造成的慣性力可以平衡消除，齒條主體往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的慣性力也可以平衡消除，如果不進(jìn)行平衡消除，由于齒條主體往復(fù)行程很短，質(zhì)量小，其振動(dòng)很小。
4、由于活塞、活塞桿和杠桿力臂之間為剛性連接，在離心力作用下也不會(huì)對氣缸壁產(chǎn)生側(cè)壓力，只要是通過以飛輪軸為園心開的活塞環(huán)槽其截面是園形的，活塞環(huán)與氣缸壁的接觸始終是園形的，所以氣缸的密封性很好，不存在傳統(tǒng)的曲柄連桿式內(nèi)燃機(jī)由于連桿造成的側(cè)壓力、漏氣等弊病。
5、潤滑條件要比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)好得多，機(jī)件壽命長，磨擦損失小，氣缸(氣缸套)的潤滑可采取噴射的辦法。如圖1的G-G剖面圖所示，能使氣缸潤滑充分、均勻、適當(dāng)。刮油環(huán)刮下的油可自行流回油底殼(圖上未畫出)，因氣缸(2)口朝上可采用吸附的辦法或裝上吸油性好的材料，定期更換。
6、氣缸均勻?qū)ΨQ地分布在同一園周上散熱性好，便于冷卻。
7、本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)便于借鑒傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)長期積累的經(jīng)驗(yàn)，給試制帶來很多有利條件。
8、本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，比體積小，加工方便，但環(huán)形氣缸在現(xiàn)有設(shè)備條件下加工較困難，但根據(jù)其運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)想將活塞換成能自轉(zhuǎn)的刀具或砂輪進(jìn)行鏜削或磨削的專用設(shè)備氣缸的加工就不難，這樣的設(shè)備是可以做得出來的。
9、本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)可以做成八個(gè)氣缸或更多氣缸的內(nèi)燃機(jī)用于要求功率很大的地方，也可以采取加大缸徑或增加氣缸長度等辦法增加功率。棘輪機(jī)構(gòu)可以傳遞很大的動(dòng)力，因?yàn)榧X較長。每一對杠桿力臂固裝兩個(gè)棘爪主體，每個(gè)棘爪主體裝有多個(gè)棘爪，每個(gè)棘爪和棘輪齒嚙合間隙都不同。如圖1中的放大圖
所示的b和b′兩個(gè)面，只要在結(jié)構(gòu)上采取措施，每次嚙合總會(huì)有的棘爪和棘齒兩個(gè)面(b和b′)很接近，活塞換向時(shí)速度由零開始做加速運(yùn)動(dòng)，所以b和b′兩個(gè)面在活塞一換向時(shí)就貼在一起。不會(huì)發(fā)生碰撞。a和a′兩個(gè)面的接觸由于先接觸橡膠墊片51所以不會(huì)發(fā)生響聲。
10、本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)用途廣泛;汽車、輪船、發(fā)電等許多領(lǐng)域?？墒褂闷?、柴油、天然氣、工業(yè)煤氣等多種燃料。是個(gè)切實(shí)可行的方案。
另件序號(hào)1-氣缸體 2-彈簧 3-排氣閥 4-進(jìn)氣閥 5-氣缸蓋 6-氣缸(1)、(2)、(3)、(4))7-活塞 8-12活塞桿 8-34活塞桿(環(huán)形齒條) 9-12杠桿力臂 10-棘爪主體 11-飛輪(棘輪)12-12齒輪 13-配氣凸塊齒圈 14-配氣齒輪 15-配氣凸塊(排氣) 16-錐形滾針軸承 17-配氣凸塊(進(jìn)氣) 18-齒輪 19-偏心輪軸 20-偏心輪 21-滾針軸承 22-齒條主體 23-滾針軸承 24-油馬達(dá)齒輪 25-齒條 26-油泵齒輪 27-油泵動(dòng)力齒輪 28-齒輪 29-滾針軸承 30-飛輪軸 31-1傳動(dòng)變速齒輪 31-2傳動(dòng)齒輪 32-(汽油泵、分電器或噴油泵、輸油泵)齒輪 33-1十字空心軸 33-2手搖起動(dòng)齒輪(超越離合器) 34-鍵 35-潤滑油管 36-軸承 37-變速齒輪 38-變速齒輪付軸 39-變速箱 40-離合器 41-付軸齒輪 42-活動(dòng)支點(diǎn)鉸連 43-搖臂 44-氣門 45-進(jìn)排氣歧管 46-1進(jìn)氣管 46-2排氣管 47-大油孔(接油管) 48-噴油孔 49-彈簧片 50-棘爪 51-橡膠墊片補(bǔ)正表
權(quán)利要求
1.本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)是由氣缸體1，氣缸(氣缸套)6，活塞7，活塞桿8，杠桿力臂9，飛輪11，棘輪機(jī)構(gòu)，配氣塊齒圈13和搖臂43，氣門44，進(jìn)排氣管等組成的配氣機(jī)構(gòu)，一組傳動(dòng)變速齒輪及用于潤滑和內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)、持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的液壓系統(tǒng)，點(diǎn)火或噴油動(dòng)力齒輪32，手搖起動(dòng)機(jī)構(gòu)33等組成。其特征是(1)、氣缸6(氣缸套)，數(shù)量為偶數(shù)，氣缸的形狀是環(huán)形的，其曲率半徑相同，通過其園心的橫截面是園形的，所有的氣缸都是以飛輪軸30為園心，在飛輪11的同一平面內(nèi)，與氣缸的曲率半徑相吻合的同一園周上以相同的園周方向均勻?qū)ΨQ地分布在氣缸體1內(nèi)。(2)、活塞7和活塞桿8的曲率半徑與氣缸是一致的，并且活塞7和活塞桿8及杠桿力臂9之間剛性連接，以飛輪軸30為園心，沿氣缸6(氣缸套)的中心園周往復(fù)運(yùn)動(dòng)。(3)、杠桿力臂9上剛性連接裝有棘爪50的棘爪主體10和兼做棘輪的飛輪11相嚙合組成棘輪機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力，由飛輪軸30對外輸出扭矩。(4)、在飛輪軸30上固裝一個(gè)齒輪27帶動(dòng)油泵齒輪26輸出壓力油推動(dòng)油馬達(dá)齒輪24帶動(dòng)固裝在偏心輪軸19上的齒輪18旋轉(zhuǎn)一是帶動(dòng)配氣凸塊齒圈13旋轉(zhuǎn)；二是偏心輪20推動(dòng)齒條主體22作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)一組傳動(dòng)變速輪作擺動(dòng)通過杠桿力臂9使活塞7作持續(xù)往復(fù)園周運(yùn)動(dòng)。(5)、通過與配氣齒輪14嚙合的齒輪32實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火或噴油的燃料供給系統(tǒng)。(6)、一個(gè)開有滾柱槽的齒輪33-2裝在一個(gè)十字空心軸33-1上，在滾柱槽內(nèi)裝有滾柱組成一個(gè)滾柱式超越離合器并能在需要用手搖動(dòng)時(shí)才與配氣齒輪14相嚙合的手搖起動(dòng)機(jī)構(gòu)作備用起動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是活塞7與活塞桿8剛性連接處里面鉆有油道47，其園周方向鉆有噴油孔48，壓力油通過噴油孔48噴射在氣缸壁四周上，活塞桿8的下面是槽形的，里面裝有油管，在活塞桿8中有的活塞桿兼做環(huán)形齒條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是每根杠桿力臂9中間以飛輪軸30為支點(diǎn)，在和棘輪對應(yīng)的兩端固裝裝有棘爪50的棘爪主體10，每個(gè)棘爪主體裝有多個(gè)棘爪并和棘輪齒的嚙合間隙都不同，棘爪只能順時(shí)針傳遞動(dòng)力，棘爪上面裝有彈簧片。下端頭部與棘爪主體接觸部位裝有耐油橡膠墊片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是配氣凸塊齒圈13一側(cè)是齒圈，另一側(cè)是進(jìn)排氣凸塊，配氣凸塊齒圈13是以飛輪軸30為園心，在它的外園周的氣缸體上均勻地裝有適當(dāng)個(gè)數(shù)的滾針軸承定心，用適當(dāng)數(shù)量的錐形滾針軸承承受配氣凸塊齒圈前后方向的負(fù)荷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是在液壓系統(tǒng)中裝有蓄壓器用于起動(dòng)和平衡系統(tǒng)中的油壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是齒條主體22裝有兩個(gè)滾針軸承21和偏心輪20相接觸，在氣缸體上至少裝有四個(gè)滾針軸承迫使齒條主體22作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
一種四行程活塞作圓周往復(fù)運(yùn)動(dòng)的環(huán)形氣缸內(nèi)燃機(jī)，一個(gè)飛輪裝在氣缸體的中央，在飛輪的同一平面內(nèi)，以飛輪軸為圓心，在同一圓周上均勻?qū)ΨQ地分布四個(gè)曲率半徑和所在的圓周相吻合的環(huán)形氣缸，用同一對杠桿力臂以飛輪軸為支點(diǎn)將對稱的兩個(gè)氣缸的活塞剛性連接，做功時(shí)兩對杠桿力臂作剪刀型運(yùn)動(dòng)。杠桿力臂和飛輪組成的棘輪機(jī)構(gòu)順時(shí)針傳遞動(dòng)力，由飛輪軸輸出扭矩。其最大優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)做功行程都是全力做功，功率是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的六倍以上。
文檔編號(hào)F02B75/26GK1044697SQ89100679
公開日1990年8月15日 申請日期1989年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月1日
發(fā)明者黃成生 申請人:黃成生