CN101109323A - 旋转直轴四冲程活塞式发动机装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旋转直轴四冲程活塞式发动机装置，包括有气缸体、气缸盖、活塞，其特征在于：所述气缸体下部装有活塞连轴轴承座及直轴箱，该直轴箱内装有一个旋转直轴，该旋转直轴上至少设有四个源动凸轮机构和一个飞轮，所述源动凸轮机构与所述气缸体上的气缸一一对应设置；所述活塞下部设置有活塞连轴，该活塞连轴底端装有压轮机构，该压轮机构包括压轮座、主压轮和副压轮；所述活塞连轴轴承座内至少设有四个连轴轴承，所述活塞连轴安装在该连轴轴承内；所述活塞连轴之间铰接安装回位稳定平衡机构；所述压轮机构触压在源动凸轮机构的工作面上。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转直轴四冲程活塞式发动机装置，该发动机装置采用旋转直轴和凸轮机构取代传统的曲柄连杆机构，提高了发动机的效率和功率。
背景技术
传统的四冲程活塞式发动机装置都采用曲柄连杆机构作为动力输出机构，该机构的运动特性是一端做相对固定的直线运动，而另一端则是做有左右摆动和圆周运动轨迹的运动。圆周运动轨迹半径越大，曲柄连杆机构的外形尺寸也就越大，通常是运动轨迹半径的两倍以上，一般不会小于直径。曲轴和曲柄连杆机构是一个不可分割的共同体，是直线运动转变成圆周运动的传动机构的重要组成部分，曲轴是一个有着不同轴心的传动轴，这个不同轴心的轴间距，与驱动力及承载力的大小有着密不可分的关系，当承载力大，动力不变时，这一轴间距也就要求大，换句话说，当这一轴间距大，承载力不变时，所需驱动力就小，但同样又产生了另外一些问题，一是机件的体积和重量都要增大许多，二是由于轴间距的加大，运动轨迹就大，所以高速的实现就很困难，三是体积和重量的增加，使发动机自重所产生的动能消耗加大。所以一般要求在设计时尽可能的在适应工作需要的条件下缩小体积。因此，需要提出一种新型的旋转直轴四冲程活塞式发动机装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转直轴四冲程活塞式发动机装置，该发动机装置采用旋转直轴和凸轮机构取代传统的曲柄连杆机构，提高了发动机的效率和功率。
本发明的目的是由下述技术方案实现的：一种旋转直轴四冲程活塞式发动机装置，包括有气缸体、气缸盖、活塞，所述气缸体下部装有活塞连轴轴承座及直轴箱，该直轴箱内装有一个旋转直轴，该旋转直轴上至少设有四个源动凸轮机构和一个飞轮，所述源动凸轮机构与所述气缸体上的气缸一一对应设置；所述活塞下部设置有活塞连轴，该活塞连轴底端装有压轮机构，该压轮机构包括压轮座、主压轮和副压轮；所述活塞连轴轴承座内至少设有四个连轴轴承，所述活塞连轴安装在该连轴轴承内；所述活塞连轴之间铰接安装回位稳定平衡机构；所述压轮机构触压在源动凸轮机构的工作面上。
本发明与已有技术相比具有如下优点：
1、由于本发明的活塞在气缸内的行程比较短，在同等功率下，比曲柄连杆式发动机大大减少废气排量。
2、由于本发明的活塞和活塞连轴仅沿气缸进行往复运动，不产生左右摆动，有效地提高了运转的平稳性。
3、由于本发明的凸轮结构更容易实现大扭矩，同时扭矩相对恒定，可以大量节约燃料。
4、由于本发明的活塞在气缸内的行程比较短，为设计高速发动机提供了有利的条件。
5、由于本发明输出动力的轴是旋转直轴结构，源动凸轮机构又是独立零件，因此，制造成本低。
6、由于本发明的源动凸轮机构的下止点有一个平稳的过渡弧面，活塞在下止点有一个停留，可以使燃料彻底燃烧后排放，提高了发动机的环保性能。
7、由于本发明采用源动凸轮机构和回位稳定平衡机构，活塞环运动环境相当稳定，没有左右摆动力的破坏，因此，寿命大大提高。
附图说明
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1、为本发明的结构示意图
图2、为本发明的旋转直轴结构示意图
图3、为本发明的源动凸轮机构结构示意(图2的B-B剖视图)
图4、为本发明的回位稳定平衡机构示意图(图1的A-A剖视图)
图5、为本发明的平衡联杆结构示意图
图6、为本发明的平衡联杆俯视图
图7、为本发明的活塞连轴轴承座示意图
图8、为本发明的平衡联杆支座示意图(图7的F-F剖视图)
图9、为本发明的回位稳定平衡机构侧视图(图4的D-D剖视图)
图10、为本发明的装置进气过程示意图
图11、为本发明的装置压缩过程示意图
图12、为本发明的装置燃烧过程示意图
图13、为本发明的装置排气过程示意图
图14、为另一种结构的平衡联杆示意图
具体实施方式
参见图1至图4，(图1是图4的C-C剖视图)本发明的活塞式发动机装置，包括有气缸体1、气缸盖(图中没有示出)、活塞3，所述气缸体下部装有活塞连轴轴承座5及直轴箱6，该直轴箱内装有一个旋转直轴7，该旋转直轴上至少设有四个源动凸轮机构8和一个飞轮(图中没有示出)，所述源动凸轮机构与所述气缸体上的气缸2一一对应设置；所述活塞下部设置有活塞连轴4，该活塞连轴底端装有压轮机构9，该压轮机构包括压轮座、主压轮和副压轮；所述活塞连轴轴承座内至少设有四个连轴轴承，所述活塞连轴安装在该连轴轴承内；所述活塞连轴之间铰接安装回位稳定平衡机构20；所述压轮机构触压在源动凸轮机构的工作面上。
在本发明中，所述气缸体、气缸盖、配气机构、点火系统与传统的四冲程活塞式发动机结构基本相同，气缸体上直列四个气缸或者六个气缸，气缸体上设有冷却水道和气缸套。本实施例采用直列四个气缸。所述气缸盖包括气门，凸轮轴机构及其安装座，进、排气管，火花塞安装孔。本发明与已有技术的不同点是气缸体下部装有活塞连轴轴承座及直轴箱，该直轴箱中安装动力传输的旋转直轴。与传统结构相同的部分，不进行详细描述。
参见图7、图8，活塞连轴轴承座上设置四个连轴轴承502，该轴承周围设有多个油、气通道503，该活塞连轴轴承座两侧设置两个平衡联杆支座501。
参见图10，本实施例中的压轮机构包括压轮座901、主压轮902、副压轮903。压轮座顶部设有与活塞连轴装配的轴座，下部设有轮仓904和轮轴孔，主压轮和副压轮通过轮轴安装在轮仓内，轮轴固定在轮轴孔内，主压轮和副压轮可以轮轴为中心自由转动。
参见图2、图3，旋转直轴是将活塞运动作功对外输出的构件，旋转直轴上装有源动凸轮机构和飞轮，源动凸轮机构8与旋转直轴7可以采用一体结构，也可以采用装配结构，本实施例中，源动凸轮机构采用分立的零件结构，源动凸轮机构通过花键槽与旋转直轴上的花键装配固定。对于四缸发动机，旋转直轴采用24齿花键。
参见图2、图3，源动凸轮机构是将活塞产生的直线源动力转化成旋转扭矩的构件，所述源动凸轮机构由凸轮801、花键槽806、平衡配重805构成。所述凸轮是径向式凸轮，该凸轮外形呈轴对称结构，该凸轮的旋转中心位于所述对称轴上，沿对称轴的远旋转中心部是凸轮顶部，沿对称轴的近旋转中心部是凸轮底部，凸轮顶部设有上止点弧面段802，凸轮底部设有下止点弧面段803，在上止点弧面段和下止点弧面段之间设置变曲率弧面段804，该变曲率弧面段采用阿基米德螺线曲率或者渐开线曲率，所述两种曲面段连接处圆滑过渡。上止点弧面段和下止点弧面段都是等曲率弧面段。所述花键槽的中心与凸轮的旋转中心重合设置。花键槽与旋转直轴上的花键对应设置，采用24个键槽。
在本实施例中，所述上止点弧面段为0.27～0.45弧度，所述下止点弧面段为0.49～0.56弧度。变曲率弧面段采用阿基米德螺线的第三、四象限内曲线。
设置上止点弧面段802和下止点弧面段803的目的是使活塞在气缸中运行在上止点和下止点位置时，进入一段平稳缓冲段，使活塞有一个短暂的停留，保证燃油在气缸中充分燃烧和废气充分排放；采用阿基米德螺线或渐开线的变曲率弧面段可以使活塞推动旋转直轴做等速转动。
参见图2，在本实施例中，四个源动凸轮机构之间有固定的相位安装关系和运动关系，从左至右，第一个源动凸轮机构与第四个源动凸轮机构相位相同，第二个源动凸轮机构与第三个源动凸轮机构相位相同，第一个源动凸轮机构与第二个源动凸轮机构相位相差180°。
参见图1，在本实施例中，凸轮的旋转中心与旋转直轴的旋转中心重合，凸轮的旋转中心位于气缸中心线一侧，旋转中心与气缸中心线的距离是气缸直径的四分之一。压轮机构中的副压轮轴心与凸轮的旋转中心位于同一垂直线上。
参见图4，在直列四缸发动机中，四个气缸中的活塞都是依一定的顺序各自完成四个冲程中的一个冲程，旋转直轴每旋转180°就再次实现一次点火。由于压轮机构和凸轮是非连接性的滚动配合，某一活塞的进气冲程运动需要由另一活塞通过回位稳定平衡机构提供动力，带动该活塞来完成进气冲程。
参见图4、图5、图6、图9，为了保证活塞正常工作和运动的平稳，所述活塞连轴之间通过回位稳定平衡机构20连接；第一气缸的活塞连轴与第三气缸的活塞连轴之间铰接一个回位稳定平衡机构；第二气缸的活塞连轴与第四气缸的活塞连轴之间铰接一个回位稳定平衡机构；该回位稳定平衡机构由拨叉24、平衡联杆23、联杆轴承25构成，平衡联杆的两端各设置一个拨叉。拨叉与活塞连轴上的销轴22铰接，平衡联杆通过联杆轴承铰装在平衡轴21上，平衡轴固定在活塞连轴轴承座两侧的平衡联杆支座501上。
参见图14，该图显示了另一种结构的平衡联杆，该平衡联杆由联杆轴承26、对称导向杆28、滑套29、轴承套27构成。轴承套与销轴22铰装，联杆轴承与平衡轴铰装。
参见图10至图13，该图显示了本发明的四冲程工作顺序和工作状态，当源动凸轮机构旋转到165°位置时，气缸处于进气供油结束，进入压缩状态；当源动凸轮机构旋转到193°位置时，气缸处于压缩完成，进入点火状态；当源动凸轮机构旋转到375°位置时，气缸处于燃烧结束状态；当源动凸轮机构旋转到527°位置时，气缸排气结束。本发明的直列四气缸的工作顺序与已有技术完全相同，在此不作描述。
在本发明的一个实施例中，发动机采用直列四缸八气阀结构，气缸的直径为86毫米，气缸的中心间距为94毫米，活塞高度为38毫米，活塞最大行程为54毫米，主、副压轮直径都为40毫米，主压轮和副压轮间距为42毫米。旋转直轴的中心位于气缸中心线一侧，旋转直轴的中心与气缸中心线的距离是21毫米。源动凸轮机构中的凸轮采用轴对称结构，该凸轮的旋转中心位于所述对称轴上，凸轮顶部距离旋转中心为84毫米，凸轮底部距离旋转中心为30毫米，凸轮顶部的上止点弧面段的曲率半径为54毫米，弧面段为0.28弧度，凸轮底部的下止点弧面段的曲率半径为30毫米，弧面段为0.5弧度，凸轮两侧的变曲率弧面段采用阿基米德螺线的第三、四象限内曲线段，所述两种曲面段连接处圆滑过渡。阿基米德螺线曲率半径的与角度的函数关系式是P＝0.23A毫米，其中A为角度。发动机的电气系统、点火系统、供油系统、冷却系统、配气系统、排气系统、正时系统与已有技术相同，不作描述。
Claims (5)
1.一种旋转直轴四冲程活塞式发动机装置，包括有气缸体、气缸盖、活塞，其特征在于：所述气缸体下部装有活塞连轴轴承座及直轴箱，该直轴箱内装有一个旋转直轴，该旋转直轴上至少设有四个源动凸轮机构和一个飞轮，所述源动凸轮机构与所述气缸体上的气缸一一对应设置；所述活塞下部设置有活塞连轴，该活塞连轴底端装有压轮机构，该压轮机构包括压轮座、主压轮和副压轮；所述活塞连轴轴承座内至少设有四个连轴轴承，所述活塞连轴安装在该连轴轴承内；所述活塞连轴之间铰接安装回位稳定平衡机构；所述压轮机构触压在源动凸轮机构的工作面上。
2.根据权利要求1所述的活塞式发动机装置，其特征在于：所述源动凸轮机构工作面上设有上止点弧面段、下止点弧面段；在上止点弧面段和下止点弧面段之间设置变曲率弧面段。
3.根据权利要求2所述的活塞式发动机装置，其特征在于：所述变曲率弧面段采用阿基米德螺线曲率。
4.根据权利要求2所述的活塞式发动机装置，其特征在于：所述变曲率弧面段采用渐开线曲率。
5.根据权利要求2所述的活塞式发动机装置，其特征在于：所述上止点弧面段为0.27～0.45弧度，所述下止点弧面段为0.49～0.56弧度。
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