CN1075774A - 无曲轴连杆发动机和压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不用曲轴和连杆作传动机构 的新型发动机和压缩机。该机至少由一个带有封闭 曲线槽的主轴和数个与活塞连接在一起的拨指组 成。拨指在活塞推动下，沿与主轴中心线平行的直线 往复运动。拨指在主轴的曲线槽中滑动，产生使主轴 旋转的力矩驱动主轴旋转。反之。主轴旋转可通过 拨指带动活塞往复运动。装在主轴上的凸轮盘直接 控制进、排气门的动作。该机具有比功率大、振动小、 结构简单等特点。

Description

本发明是一种新型发动机和压缩机。

现在广泛应用的发动机和压缩机，都是通过曲轴连杆传动机构，实现往复直线运动与旋转运动的相互转换。由于曲轴连杆传动机构具有偏心载荷，它在工作时不可避免地要产生振动。为了平衡离心惯性力、往复惯性力、缸内气体压力及它们产生的干扰力矩，需在曲轴上设置平衡块。在轴系中增设平衡轴及扭振消减装置等。这使整机结构和工艺复杂、体积和重量较大。德国工程师汪克尔发明的旋转活塞发动机，与曲轴连杆传动的发动机相比，振动较小、比功率较大，但其制造工艺较复杂。因缸体和活塞间的密封未过关，汪克尔发动机至今尚未广泛应用。我国工程师张玉顺发明的‘发动机和压缩机的无连杆传动装置’（中国专利号85200243），其传动装置的特点是：活塞通过‘园滑块’推动曲轴旋转。这种传动机构仍具有偏心载荷。

本发明的目的是提供一种新型发动机和压缩机。其特点是比功率大、振动小、结构简单、制造容易。

发明是这样实现的：它用一套槽轮传动机构，取代了现有发动机和压缩机的曲轴连杆传动机构。该套槽轮传动机构，至少由一个带有封闭曲线槽的主轴和数个与活塞连接在一起的拨指组成。主轴上的封闭曲线槽的中心曲线，具有固定的周期和幅值。其周期与活塞往复一次的周期相同，或者是它的整数倍。其幅值等于活塞的冲程。该曲线可以是椭园线、正弦曲线或其它曲线。该曲线首尾相连，形成封闭曲线。拨指是园柱形的，其直径略小于主轴上曲线槽的宽度。拨指插在主轴上的曲线槽中。拨指可在拨指座的套筒中转动，套筒也可在拨指座中转动。套筒中装有弹簧，使拨指压紧在主轴的曲线槽中。拨指座与两个相互对置的活塞连接在一起。拨指座在运动时受两条导向槽的约束。活塞和导向槽的中心线均与主轴中心线平行。在发动机中，拨指座由活塞带动，沿与主轴中心线平行的直线往复运动。拨指在主轴的曲线槽中滑动，产生使主轴旋转的力矩驱动主轴旋转。在压缩机中，主轴旋转，通过拨指带动活塞往复运动，实现抽气和压缩。在主轴的两端各装有一个凸轮盘。当主轴旋转时，该凸轮盘使各气缸的进气门和排气门按一定的程序开启的和关闭。在发动机中，分电器可直接装在主轴的一端。该分电器的触点数等于气缸总数的一半。分电器的每一个触点都与一组气缸的一个火花塞相连接，同时也与另一组气缸中与前者相差某一相位的一个火花塞相连接。主轴每转一周，两组气缸的每一个火花塞都发火一次。其点火顺序是沿主轴旋转方向依次点火。两组气缸的进、排气总管均可做成蜗壳形状。空气滤清器、汽化器、起动装置、润滑和冷却系统等均与现有发动机的相同或类似。

下面结合附图说明依据本发明提出的实施例的具体结构和工作情况。

图1.是无曲轴连杆发动机或压缩机的纵向剖视图。

图2.是图1.在A处的横向剖视图。

图3.是图1.在B处的横向剖视图。（对于压缩机，图中将没有火花塞（24））

图4.是分电器与两组气缸的火花塞接线的示意图。

图1.所示的装置中，主轴①上带有封闭曲线槽②。该曲线槽的中心曲线是在主轴园柱面上的一条首尾相接的空间曲线。该曲线展开在平面内，是一条具有两个周期长的正弦曲线。该曲线两个相邻拐点间的幅值等于活塞⑥的冲程。两个对置的活塞通过活塞杆⑦及带螺纹的销钉⑧，与拨指座⑨连接在一起形成一个整体。这个整体的活塞组件在两个同心的气缸中往复运动，其导程大于3倍冲程。这使活塞环（13）与气缸套（14）之间受力和磨损较匀。拨指③可在套筒⑤中转动，其露出端插在主轴的曲线槽中，其顶端呈钝园锥状，或装一钢珠。弹簧（11）由顶丝⑩固定在套筒中。该弹簧将拨指压靠在曲线槽中。套筒可在拨指座⑨中转动，并与导向槽（22）接触。拨指座与导向槽（12）接触。导向槽（12）、（22）的中心线与主轴中心线平行。缸体④是园桶形的。主轴安在缸体的中心。两组气缸（每组8个气缸）均匀而对称地分布在与主轴同心的园周上。在导向槽两端的缸体上，装有用软金属或其他材料做成的缓冲垫（23）。当拨指处于主轴上曲线槽的拐点时，拨指座刚好与缓冲垫相接触。

图1和图3所示的缸盖（17）是园饼形的，中心有一个孔，可使主轴穿过。在缸盖上与气缸对应的位置，开设有燃烧室坑（19）。其中装设有排气门（15）和气门座（16）、进气门（20）和气门座（21）及火花塞（24）。在主轴两端各装有一个凸轮盘（18）。在凸轮盘上有两组环状凸轮，分别与进气门杆和排气门杆端部的钢珠相接触。当主轴旋转时，凸轮盘依次开启和关闭各气缸的进气门和排气门。两组气缸的进、排气总管均可做成蜗壳形状。在压缩机中，缸盖上不开设燃烧室坑，只在适当位置上装进、排气阀。

在发动机中，分电器（25）可直接装在主轴的一端。分电器有8个触点。每个触点都与一组气缸的一个火花塞相连接，同时也与另一组气缸中与前者相差 (π)/2 相位的一个火花塞相连接。断电器（26）与分电器同轴。主轴每转一周，断电器触点断开8次。

分电器、断电器、点火线圈（27）、蓄电池（28）、点火开关（29）、火花塞等均与现有发动机相同。活塞环、缸套、气门、气门座等另部件均可采用现有发动机的标准件或通用件。缸体和活塞等另部件所用材料，均与现有发动机相同或类似。

图1.装置的工作程序是：

对于发动机，启动时启动电机带动主轴转动-主轴上的曲线槽带动拨指及拨指座往复运动，活塞也随之往复运动-与此同时，主轴也带动凸轮盘和分电器的分电头及断电器的凸轮转动，使进排气门按程序动作，火花塞接顺序点火-发动机启动运行，启动电机停止工作。发动机正常运行时，主轴每转 (π)/4 弧度，两组气缸中各有一个气缸处于爆发状态，主轴每转一周，全部气缸均完成一次四冲程循环。怠速运行、停机等工作程序与现有发动机相同。

在压缩机中，电机带动主轴旋转，主轴上的曲线槽通过拨指及拨指座带动活塞往复运动。主轴每转一周，每个气缸均完成2个抽气-压缩工作循环。

对于发动机，主轴曲线槽段的直径应大致等于活塞冲程的1.5倍。

对于压缩机，主轴曲线槽段的直径应大于活塞冲程的1.5倍。

图1装置的主要优点是：

1.该机没有偏心载荷，活塞行程与主轴平行，主轴不受径向力，它在工作时几乎没有振动。

2.该机两组气缸相对设置，在工作时一组中每一个气缸的工作状态都与另一组中相应气缸的工作状态相同，活塞通过拨指作用在主轴上的轴向力相互抵消，主轴几乎不受轴向力。

3.该机气缸数多，主轴转动无死点。每一组活塞都在相互对置的两个气缸中往复运动，它们相互起到缓冲作用，使活塞运行平衡，主轴输出扭矩均匀、稳定。

4.活塞导程大于3倍冲程，活塞运行时不易摆动。活塞环和气缸套磨损均匀，气缸密封可靠，密封件使用寿命长。

5.凸轮盘和分电器直接装在主轴上，使传动机构大为简化。该机结构紧凑，比功率大。

6.缸体和主轴结构简单、加工容易、不需专用设备。空气滤清器、汽化器、分电器、断电器、点火开关、火花塞、活塞环、缸套、气门、气门座、起动装置、润滑和冷却系统等另部件，可采用现有发动机的标准件或通用件。易损件（例如拨指）更换容易。该机制造和维修成本低。

该机作为发动机，适合作直升飞机、轻型飞机、赛车、赛艇、游艇、高级轿车、各种机动车及小型发电机的动力。

图1.装置的特点和优点，同样适合于汽油发动机、柴油机、煤气机和压缩机。

Claims (3)

1、本发明是一种新型发动机和压缩机。现有发动机和压缩机都是通过曲轴连杆传动机构，实现往复直线运动与旋转运动的相互转换。本发明的特征是用一套槽轮传动机构取代上述的曲轴连杆传动机构。该套槽轮传动机构，至少由一个带有封闭曲线槽的主轴，和数个与活塞连接在一起的拨指组成。主轴上的封闭曲线槽的中心曲线，具有固定的周期和幅值。其周期与活塞往复一次的周期相同，或者是它的整数倍。其幅值等于活塞的冲程。该曲线可以是椭园线、正弦曲线或其他曲线。该曲线首尾相连，形成封闭曲线。拨指是园柱形的，插在主轴的曲线槽中。拨指可在拨指座的套筒中转动，套筒也可在拨指座中转动。拨指座与两个相互对置的活塞连接在一起。拨指座在运动时受两条导向槽的约束。活塞和导向槽的中心线均与主轴中心线平行。在发动机中，拨指座由活塞带动，沿与主轴中心线平行的直线往复运动。拨指在主轴的曲线槽中滑动，产生使主轴旋转的力矩驱动主轴旋转。在压缩机中，主轴旋转，通过拨指带动活塞往复运动，实现抽气和压缩。

2、权利要求1.所述的装置，其特征是在主轴的两端各装有一个凸轮盘。当主轴旋转时，该凸轮盘使各气缸的进、排气门按一定的程序开启和关闭。进、排气总管均可做成蜗壳形状。

3、权利要求1.所述的装置，其特征是：在发动机中，分电器可直接装在主轴的一端。该分电器的触点数等于气缸总数的一半。分电器的每一个触点都与一组气缸的一个火花塞相连接，同时也与另一组气缸中与前者相差某一相位的一个火花塞相连接。主轴每转一周，两组气缸的每一个火花塞都发火一次。其点火顺序是沿主轴旋转方向依次点火。

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