CN101705862A - 弧形缸内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机，它包括汽缸体(1)、活塞(2)、动力臂(3)和动力轴(4)，动力臂(3)的一端与活塞杆(21)的尾端固定连接、另一端转动安装在动力轴(4)上，它还包括调节曲轴(5)和传动连杆(6)，传动连杆(6)的一端铰接在动力臂(3)上、另一端铰接在调节曲轴(5)上。它具有结构简单合理，做功效率高，能量损失小的优点，其活塞一直沿切线方向推动动力轴作功且汽缸的长度不受曲轴半径限制，克服了直缸内燃机的缺点，具有很强的可行性，它采用独立的调节曲轴来驱动气门的同步开闭状态并靠惯性驱动活塞做往复运动，继承了传统直缸内燃机的优点，其效率比直缸内燃机有较大的提高，对节能减排和环境保护也具有积极的作用。

Description

弧形缸内燃机

技术领域

本发明涉及内燃机。

背景技术

汽油发动机和柴油发动机统称为内燃机，常用内燃机均为直缸结构，活塞在汽缸内直线往复运动带动曲轴做圆周运动输出动力，由于活塞只在做功冲程中活塞杆垂直于曲轴直径的一点对曲轴的推动力最大、力臂最长，做功力矩最大，其它位置活塞对曲轴的作用力只是活塞推力的分力甚至为零，力臂也更小甚至为零，其动力利用率低、损耗大；由于动力输出不均，内燃机机体会产生的较大震动，噪音也很高。另外直缸内燃机的汽缸体长度受曲轴运动半径所限，不可能做得很长，汽缸体容积大小受限，这也导致在汽缸内做功的高温高压燃气在压力还较大时就被当做废气排出，这也造成了很大的能量损失，降低了效率。于是有人设想制做一种可以高效利用活塞所产生的推力、汽缸的长度不受曲轴半径限制以便有效提高燃气做功效率、降低能量损失的弧形缸内燃机，其汽缸为弧形结构，活塞在汽缸内沿弧形曲线往复运动做功，活塞一直沿切线方向推动动力轴作功且汽缸的容积不受曲轴半径限制，克服了直缸内燃机的上述缺点。但现有弧形缸内燃机由于存在或结构不够合理，不能真正达到提高效率的目的，甚至无法具体实施，或结构过于复杂，工艺性要求太高，现有技术无法加工制作，或方案过于简单，无法真正实施的缺点，无法得到推广和实践应用，使该项技术无法得到有效发挥。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单合理、做功效率高、能量损失小的弧形缸内燃机。

本发明的技术解决方案是：它包括缸腔中心线为弧线形的汽缸体、在缸腔内做弧线形往复运动的活塞、动力臂和动力轴，动力臂的一端与活塞杆的尾端固定连接、另一端通过单向棘轮式机构转动安装在动力轴上带动动力轴单向转动，它还包括调节曲轴和传动连杆，传动连杆的一端铰接在动力臂上的偏离轴心位置、另一端铰接在调节曲轴上偏离轴心位置带动调节曲轴转动，调节曲轴通过传动装置与汽缸体的凸轮轴相连带动凸轮轴转动。

本发明的技术效果是：它具有结构简单合理，做功效率高，能量损失小的优点，其活塞一直沿切线方向推动动力轴作功且汽缸的长度不受曲轴半径限制，克服了直缸内燃机的缺点，具有很强的可行性，它采用独立的调节曲轴来驱动气门的同步开闭状态并靠惯性驱动活塞做往复运动，继承了传统直缸内燃机的优点，其效率比直缸内燃机有较大的提高，对节能减排和环境保护也具有积极的作用。

附图说明

图1为本发明实施例一吸气冲程结构图；

图2为本发明实施例一压缩冲程结构图；

图3为本发明实施例一做功冲程结构图；

图4为本发明实施例一排气冲程结构图；

图5为本发明实施例一剖视结构图；

图6为本发明实施例一单向棘轮式机构剖视图；

图7为本发明实施例二剖视结构图；

图8、图9、图10、图11、图12、图13为直缸内燃机做功冲程动力分析图。

具体实施方式

实施例一，如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，它包括缸腔11中心线为弧线形的汽缸体1、在缸腔11内做弧线形往复运动的活塞2、动力臂3和动力轴4，动力臂3的一端与活塞杆21的尾端固定连接、另一端通过单向棘轮式机构转动安装在动力轴4上带动动力轴4单向转动，它还包括调节曲轴5和传动连杆6，传动连杆6的一端铰接在动力臂3上的偏离轴心位置、另一端铰接在调节曲轴5上偏离轴心位置带动调节曲轴5转动，调节曲轴5通过传动装置与汽缸体1的凸轮轴12相连带动凸轮轴12转动。

动力轴4的轴心位于弧形缸活塞运动的圆心点上。

汽缸体1的缸腔11、活塞2和活塞杆21的横截面为圆形、中心线为弧线形，活塞2和活塞杆21做弧线形运动。活塞2的周壁上设有若干道密封圈槽22、密封圈槽22内分别安装有密封圈23。

单向棘轮式机构包括固定在动力轴4上动力臂3两侧的动力盘41，两动力盘41的相对面上分别设有若干个动力臂单向卡榫42。各动力臂单向卡榫42分别位于动力盘4上的卡榫槽43内并铰接在动力盘4上，各动力臂单向卡榫42与动力盘41之间分别设有压簧44。

传动连杆6的一端铰接在动力臂3上动力臂3的轴心与动力臂3另一端之间。

调节曲轴5的轴心位于传动连杆6与动力臂3铰接点运动的始端和末端的连线上。

汽缸体1的进气门13和出气门14上分别设有滑动安装在汽缸体1上并套有复位压簧15的气门杆16，气门杆16的尾端面压在凸轮轴12上凸轮17的外周壁上。汽缸体1上安装有火花塞或喷油嘴18。

传动装置由同轴固定在调节曲轴5上的小皮带轮51、同轴固定在凸轮轴12上的大皮带轮19和连于小皮带轮51和大皮带轮19之间的传动带20构成。小皮带轮51和大皮带轮19的半径比为1∶2。传动装置还可以由固定在调节曲轴5上的小齿轮和与小齿轮相啮合固定在凸轮轴12上的大齿轮构成。小齿轮与大齿轮的齿数比为1∶2。

动力轴4、调节曲轴5和凸轮轴12分别转动安装在内燃机壳体上。

实施例二，如图7所示，与实施例一的不同点是动力臂3上设有与动力臂3方向相反的调节曲轴动力臂31，传动连杆6的一端与调节曲轴动力臂31的自由端相铰接、另一端转动铰接在调节曲轴3上偏离轴心位置带动调节曲轴3转动。调节曲轴5的轴心位于传动连杆6与调节曲轴动力臂31铰接点运动的始端和末端的连线上。此结构内燃机的体积会相对缩小，但在动力臂3上增设的调节曲轴动力臂31会使结构相对复杂，靠惯性驱动活塞2做往复运动的能力会降低。

下面对弧形缸内燃机和直缸内燃机的动力利用率分析如下：

在如图8、图9、图10、图11、图12、图13所示的做功冲程中，直缸内燃机活塞的推力为F1，推动曲轴运动的力为相切于做功点曲轴半径的F，在图8的A点处，力F为0，在图9的B点处，力F为F1的分力，在图10的C点处，F等于F1，在图11的D点处，力F为F1的分力，在图12的E点处，力F为0，可见在整个做功冲程中，F/F1的比值约为图13中正弦曲线中阴影部分的面积比矩形ABC0面积的比值，这个比值略大于50％，也就是说有40％多的力被抵消了，而弧形缸内燃机活塞所产生的推力则除了克服磨擦力100％均用于推动动力轴转动，浪费很少，再加上弧形缸汽缸体可以做得相对更长一些，能量的利用率也可得到进一步提高，可见，弧形缸内燃机的能源利用率较直缸内燃机可提高40％以上。

本发明的优点为：

1、将传统的直缸改进为弧形缸，活塞2作弧形曲线往复运动，直接将汽缸中的内能转变为圆周运动机械能，克服了直缸由直线运动通过曲轴转变为圆周运动过程中的能量损耗，理论计算结果显示节能可超过40％，其传动效率更高，动力损失更小；

2、将直缸内燃机的曲轴功能一分为二，直缸内燃机的曲轴具有双重功能，既是动力输出轴，又是调节活塞与汽门的同步运动的调节轴，弧形缸内燃机设有动力轴4和调节曲轴5，动力轴4只负责高效输出动力，活塞2与汽门杆16的同步运动由调节曲轴5负责调节，继承了传统直缸内燃机的优点；

3、弧形缸的汽缸体长度不受曲轴半径的限制，可以做得相对较长，使燃气的膨胀率得到更充分的利用，能量利用率更高，更有利于节约能源和保护环境；在当前能源日益短缺的状况下具有很高的经济效益和社会效益；

4、弧形缸较直缸的动力输出更为均匀，在做功冲程中的每一点活塞均对动力轴4施加动力，动力输出连续性更强，克服了直缸在做功冲程中只有一点动力最大，其它点动力均小于该点甚至为零的缺陷，动力利用率更高，所产生的震动更小、噪音更低，可单缸、双缸、四缸、八缸或更多缸运行，动力输出更均匀也更为稳定，可满足各种动力输出需要。

由上可见，弧形缸内燃机较直缸内燃机具有很多显著优点，其可行性也很强，是一种高效、节能且经济的新型动力源，具有广阔的应用和推广前景。

Claims (10)

1.弧形缸内燃机，它包括缸腔(11)中心线为弧线形的汽缸体(1)、在缸腔(11)内做弧线形往复运动的活塞(2)、动力臂(3)和动力轴(4)，其特征在于：动力臂(3)的一端与活塞杆(21)的尾端固定连接、另一端通过单向棘轮式机构转动安装在动力轴(4)上带动动力轴(4)单向转动，它还包括调节曲轴(5)和传动连杆(6)，传动连杆(6)的一端铰接在动力臂(3)上的偏离轴心位置、另一端铰接在调节曲轴(5)上偏离轴心位置带动调节曲轴(5)转动，调节曲轴(5)通过传动装置与汽缸体(1)的凸轮轴(12)相连带动凸轮轴(12)转动。

2.如权利要求1所述的弧形缸内燃机，其特征在于所述汽缸体(1)的缸腔(11)、活塞(2)和活塞杆(21)的横截面为圆形、中心线为弧线形。

3.如权利要求1所述的弧形缸内燃机，其特征在于所述活塞(2)的周壁上设有若干道密封圈槽(22)、密封圈槽(22)内分别安装有密封圈(23)。

4.如权利要求1所述的弧形缸内燃机，其特征在于所述单向棘轮式机构包括固定在动力轴(4)上动力臂(3)两侧的动力盘(41)，两动力盘(41)的相对面上分别设有若干个动力臂单向卡榫(42)。

5.如权利要求4所述的弧形缸内燃机，其特征在于所述各动力臂单向卡榫(42)分别位于动力盘(4)上的卡榫槽(43)内并铰接在动力盘(4)上，各动力臂单向卡榫(42)与动力盘(41)之间分别设有压簧(44)。

6.如权利要求1所述的弧形缸内燃机，其特征在于所述传动连杆(6)的一端铰接在动力臂(3)上动力臂(3)的轴心与动力臂(3)另一端之间。

7.如权利要求1所述的弧形缸内燃机，其特征在于所述汽缸体(1)的进气门(13)和出气门(14)上分别设有滑动安装在汽缸体(1)上并套有复位压簧(15)的气门杆(16)，气门杆(16)的尾端面压在凸轮轴(12)上凸轮(17)的外周壁上，汽缸体(1)上安装有火花塞或喷油嘴(18)。

8.如权利要求1所述的弧形缸内燃机，其特征在于所述传动装置由同轴固定在调节曲轴(5)上的小皮带轮(51)、同轴固定在凸轮轴(12)上的大皮带轮(19)和连于小皮带轮(51)和大皮带轮(19)之间的传动带(20)构成。

9.如权利要求1所述的弧形缸内燃机，其特征在于所述传动装置由固定在调节曲轴(5)上的小齿轮和与小齿轮相啮合固定在凸轮轴(12)上的大齿轮构成。

10.如权利要求1所述的弧形缸内燃机，其特征在于所述动力臂(3)上设有与动力臂(3)方向相反的调节曲轴动力臂(31)，传动连杆(6)的一端与调节曲轴动力臂(31)的自由端相铰接、另一端转动铰接在调节曲轴(3)上偏离轴心位置带动调节曲轴(3)转动。

Images