CN1093222C - 内燃机 - Google Patents

Abstract

一种内燃机，其是在一外壳中串接组装多组旋转单元，而在各组旋转单元中分别设置环状排列的汽缸，各汽缸的中心线与旋转单元的直径采取接近垂直的角度设置，汽缸中的活塞分别以连杆带动一同步齿轮转动，在外壳中央轴向设置一固定轴，在该固定轴上对应旋转单元处设置有管制齿轮，该管制齿轮与各个汽缸的同步齿轮相啮合，另在外壳周围适当位置设有火花塞及进、排气口，在汽缸作动时会推动旋转单元在外壳中旋转，而能够由端部的旋转单元将旋转动力输出。

Description

内燃机

本发明涉及一种内燃机，尤其是有关一种多汽缸的内燃机，其可将多个汽缸同时设置在一旋转单元的周围，同时可将多个旋转单元相串接组装，而能够形成一个多汽缸操作的内燃机。

内燃机(Internal-Combustion Engine)在现代化的生活中可以说是一种相当重要的动力来源，其可将燃料燃烧时所产生的能量转换成机械能输出，而可达到作功的目的，而内燃机的主要部份则是汽缸(cylinder)，如何能够将汽缸作适当的安排，以利于提高能量的转换效率，一直是全世界顶尖工程师最瞩目的课题，现今最大的汽缸直径达1500mm以上，其主要是供大吨位的轮船驱动使用，该类汽缸为了提供较大的动力所采用的大容积，往往必须伴随着特殊的散热装置、供油装置、供气装置......等，此即使得内燃机整体的生产成本及维护成本大幅提升，虽然其具有提供大动力的实用性，但在实际使用上并不经济。

近年来由于汽车工业的发达，使得汽车用的内燃机(引擎)在技术上有明显的进步，尤其是各大汽车厂均在其专精的领域中不断的钻研，使得各种型式的内燃机不断被发展完成，当然相关技术亦使得内燃机领域的层次发展更见辉煌。

但现有的内燃机结构配置上均采用固定式汽缸，通过活塞推动连杆带动曲轴转动，以便将动力传出作功，此类设计受限在装配空间上的安排，使得整体所能够达到的变化极为有限，即令是采用V型排列或星形排列的方式来设置汽缸，其所能够达成的效率仍未见显著提高，此显然有加以改进的必要。

本发明人鉴於现有的内燃机在结构配置上未能有大幅度的突破，乃长时间投入研发，先前发展出的台湾第86117085号「多缸内燃机」已获得专利，同时亦已取得美国的专利权，该设计确实为一突破性的设计，但本发明人为将该发明推展至实用性的程度，乃更进一步发展出了具产业上利用价值的内燃机。

本发明的主要目的在于：提供一种内燃机，其主要是在一外壳中串接组装多组旋转单元，而在各组旋转单元中分别设置环状排列的汽缸，在汽缸作动时会推动旋转单元在外壳中旋转，而能够由旋转单元将旋转动力输出。

本实用新型的技术方案在于提供一种内燃机，其中，主要是在一外壳中串接组装多组旋转单元，而在各组旋转单元中分别设置环状排列的汽缸，各汽缸的中心线与旋转单元的直径以接近垂直的角度设置，各汽缸中的活塞分别以连杆带动一同步齿轮转动，在外壳中央轴向设置一固定轴，在该固定轴上对应旋转单元处设置有管制齿轮，该管制齿轮与各个汽缸的同步齿轮相啮合，另在外壳周围适当位置设有火花塞及进、排气口，在汽缸作动时会推动旋转单元在外壳中旋转，而能够由端部的旋转单元将旋转动力输出。

前述的内燃机，其中，汽缸中的活塞连接的连杆末端以偏心方式连接有一同步齿轮，该同步齿轮中心处以一短轴枢设结合在旋转单元上。

前述的内燃机，其中，在各旋转单元中设置有四个汽缸，同时在外壳上设置有二组相应的火花塞、进气口及排气口。

前述的内燃机，其中，外壳上相应於各组旋转单元的火花塞及进、排气口的位置以间隔一角度的方式设置。

前述的内燃机，其中，外壳中的各旋转单元分别旋转一角度设置，而将外壳上的火花塞及进、排气口的位置以成排设置。

本发明的特点在于：以崭新的设计理念发展出了突破性的内燃机结构，其可以旋转单元作为飞轮来储存能量，又能够以动力轴直接输出动力，无需仰仗现有的曲轴，其在动能输出上更为直接，又其汽缸在位置安排上亦不受空间上的限制，而能够发挥更为优异性能。

以下结合附图进一步说明本实用新型的具体结构特征及目的。

图1：是本发明的旋转单元较佳实施例剖面示意图。

图2：是本发明图1中的旋转单元转动45°时的剖面示意图。

图3：是本发明的活塞、同步齿轮与管制齿轮的元件分解示意图。

图4：是本发明的组合剖面示意图。

图5：是本发明的较佳实施例的部份剖面立体图。

图6：是本发明的旋转单元1的两种汽缸能量输出状况图。

图7：是本发明的旋转单元1的总能量输出状况图。

图8：是本发明的旋转单元2的两种汽缸能量输出状况图。

图9：是本发明的旋转单元2的总能量输出状况图。

图10：是本发明的旋转单元3的两种汽缸能量输出状况图。

图11：是本发明的旋转单元3的总能量输出状况图。

图12：是本发明的旋转单元4的两种汽缸能量输出状况图。

图13：是本发明的旋转单元4的总能量输出状况图。

图14：是本发明的旋转单元1+旋转单元2的总能量输出状况图。

图15：是本发明的旋转单元3+旋转单元4的总能量输出状况图。

图16：是本发明的旋转单元1+旋转单元2+旋转单元3+旋转单元4的总能量输出状况图。

请参阅图1所示，其是为本发明的旋转单元20较佳实施例剖面示意图，其中可以见到本发明是在一外壳10中组装有旋转单元20，在旋转单元20内侧以固定轴30设置有管制齿轮32，其中：外壳10的适当位置设置有火花塞12、进气口14及排气口16；在旋转单元20中设置有环状排列的汽缸22，各汽缸22的中心线与旋转单元20的直径采取接近垂直的角度设置，在各汽缸22中设置有与传统汽缸相同的活塞220及连杆222，在连杆222末端则设有一同步齿轮224，该同步齿轮224以一短轴226枢设在旋转单元20上；固定轴30配合键34将管制齿轮32固定设置在旋转单元20的中央，同时令前述的同步齿轮224与该管制齿轮32相啮合。

在图1中所示的实施例中的旋转单元20中设置有四个汽缸22，且其中的活塞220均位于推抵至汽缸22最内端的极限位置，在图中位于上、下方的两呈水平位置的汽缸22外端恰对正外壳10上的火花塞12的位置，亦即在此位置火花塞22会对该二汽缸22进行点火，而另两汽缸22则位于排气行程的末端位置，在此位置活塞220是将汽缸22内的废气由排气口16排出。

配合图2的剖面示意图观之，其是为本发明图1中的旋转单元20顺时钟方向转动45度(45°)时的状态，亦即当火花塞12将图1中位于上、下呈水平状态的两汽缸22点火而将其内部的燃料引爆后，即令活塞220被推向同步齿轮224，并通过活塞220移动时所作的功令旋转单元20作顺时钟方向旋转，亦即图1中位于上、下呈水平位置的两汽缸22在旋转至图2中右上、左下位置时，恰完成了四行程中的爆炸行程，而另两汽缸22在图1至图2的位移中，则在通过进气口14的过程中完成了进气行程。

再由相对的角度作另一部份行程的说明，当旋转单元20由图2中再顺时钟旋转45度时，该旋转单元20即如同由图2中所示的位置旋转至图1中所示的位置，此时在图2中所示完成爆炸行程的汽缸22即会在活塞220由最内侧向外移的位移中进行排气行程，在其前半段位移中是令汽缸22中的废气被压缩，而在汽缸22外端通过排气口16时，即将废气迅速排出，以完成其排气行程；又在图2中完成进气行程的汽缸22在由图2所示位置旋转至图1中示位置时，其活塞220由最内侧向外移，而在其位移行程中进行了压缩行程，在抵达图1所示位置时，其活塞220已抵达压缩行程的终点，亦即该汽缸22恰对正在外壳10上的火花塞12，而可由火花塞12进行点火以进行下一个爆炸行程。

由上述的说明可知，在图1、图2中所示的实施例中，因为在旋转单元20中设置有四个汽缸22，同时在外壳10上设置有二组火花塞12、进气口14及排气口16，故而每一汽缸22在旋转单元20旋转180度当中，即完成了“进、压、爆、排”四个行程，也就是说在旋转单元20每旋转90度，即有两个汽缸提供动力，即可让旋转单元20不断地旋转作功。

再由图3所示，其是为本发明的活塞220、同步齿轮224与管制齿轮32的元件分解示意图，其中可以见到本发明的活塞220及连杆222与传统的结构雷同，在活塞220上套设有活塞环，由在该等设计均非本发明的重点所在，且已为熟悉此项技艺的人士所熟知，故不多加赘述；另在此图中可以见到在连杆222末端以偏心方式连接有一同步齿轮224，该同步齿轮224中心处以一短轴226枢设结合在旋转单元20上(如图1、图2所示)；另该同步齿轮224一侧表面上设有一平衡缺槽228，其可让同步齿轮224两侧的质量不等，如此在旋转运作中即可提供活塞220一份平衡作用。

请配合图4的本发明组合剖面示意图，其中可以更进一步地看出本发明的实际结构配置状态，其中可以看出旋转单元20是采用串接的方式设置在外壳10中，该旋转单元20的串接数量可依需要作安排，在图中可以见到在外壳10中央轴向设置一固定轴30，在该固定轴30上配合键34固定设置有管制齿轮32，该管制齿轮32与各汽缸22的同步齿轮224相啮合，当汽缸22作动而推动旋转单元20在外壳10中旋转时，同步齿轮224即会绕着管制齿轮32作旋转，如此即可确保每一汽缸22在外壳10中以精确的行程作运转。

再配合图5的本发明较佳实施例的部份剖面立体图，此是为本发明一实施态样的示意图，其中可以见到在外壳10中串接组装有多个连结成一体的旋转单元20，该等旋转单元20的结构均如图1、图2中所示，相对在每一设置有四个汽缸22的旋转单元20的外壳10外侧分别设有二个火花塞12及二组进、排气口14、16，但为有利于动力的顺畅提供，可将火花塞12及进、排气口14、16的位置作交错排列，在图中所示实施例中的四组旋转单元20相对应的外壳10上的每组火花塞12及进、排气口14、16的位置间隔45度设置，此仅是为便于说明的较佳实施形态；如果将外壳10中的各旋转单元20分别旋转45度设置，而将外壳上的火花塞12及进、排气口14、16的位置采用成排设置，亦可达成相同的功效。

又如果串接组合的旋转单元20数量更多时，其外壳10上的火花塞12及进、排气口14、16的位置，或是在外壳10中组装的旋转单元20安装时的旋转位移角度亦可采用不同的间隔角度，以获得最佳的操作效果。

又在图5中所示实施例中各组旋转单元20火花塞12及进、排气口14、16位置的排列顺序是呈1-2-3-4的方式，其亦可如同现有汽车引擎的直列式汽缸一样采取1-3-2-4、1-4-2-3或其他不同的顺序排列，当串接组装的旋转单元20数量较多时，亦可将各旋转单元20间的角度作不同的安排，让动力输出更为均匀，内燃机的运转更平顺，又本发明在运转时可由位于两端的旋转单元20衔接动力轴24将旋转动力输出。

配合表1，即图5所示实施例的运转时序列表中可以看出，每一旋转单元20中包含有四个相间隔90度设置的汽缸22，同时在二火花塞12及进、排气口14、16的配合下，该四汽缸22呈现两种不同的运转模式，如图1中所示的二汽缸22为爆炸行程的启始点，而另二汽缸22则为进气行程的启始点，今即以图1中所示位置作为图5中旋转单元1的0°位置，故而在表1旋转单元1的0～45度位置标示“爆炸/进气”，旋转单元2、3、4中所含汽缸22的行程受到火花塞12及进、排气口14、16的位置差异，分别间隔一个行程，故在上述运转时序列表中分别作清晰的标示；在该运转时序列表中所示可知，在0～45度时，旋转单元2、4中各有二汽缸22在进行压缩行程而需要消耗能量，而旋转单元1、3恰各有二汽缸22进行爆炸行程，而能够适时的提供能量，在360度的完整运行中均可维持如此的运作状况，故而本发明的内燃机无需设置一质量相当大的飞轮来储存能量以供汽缸压缩行程时运用，故而能够适当的降低内燃机整体的重量，且该内燃机的运转也更为顺畅。

                    表1：图5中所示实施例的运转时序列表

	旋转单元1	旋转单元2	旋转单元3	旋转单元4
					0～45°	爆炸/进气	压缩/排气	进气/爆炸	排气/压缩
45～90°	排气/压缩	爆炸/进气	压缩/排气	进气/爆炸
					90～135°	进气/爆炸	排气/压缩	爆炸/进气	压缩/排气
135～180°	压缩/排气	进气/爆炸	排气/压缩	爆炸/进气
					180～225°	爆炸/进气	压缩/排气	进气/爆炸	排气/压缩
225～270°	排气/压缩	爆炸/进气	压缩/排气	进气/爆炸
					270～315°	进气/爆炸	排气/压缩	爆炸/进气	压缩/排气
315～380°	压缩/排气	进气/爆炸	排气/压缩	爆炸/进气

为便在了解实际能量输出的状况，请参阅图6-16所示的本发明各旋转单元的能量输出显示表，其中分别显示出了图5中所示实施例中四个旋转单元20中二种行程的汽缸22分别的能量输出状况，如图6、8、10和12所示，各旋转单元20的总能量输出状况，如图7、9、11和13所示，旋转单元1+旋转单元2的能量输出状况，如图14所示，旋转单元3+旋转单元4的能量输出状况，如图15所示，以及旋转单元1+旋转单元2+旋转单元3+旋转单元4的总能量输出状况，如图16所示，其即是为本内燃机的能量输出状况，虽然在表1中显示的能量输出状况仅是为一理论值的简单表示方式，但已足以说明本发明的内燃机能够在运转的全时段中犹如交流电动机的动力产生般持续地提供动力，较现有的内燃机更具产业上的利用价值。

Claims (5)

1.一种内燃机，其特征在于：主要是在一外壳中串接组装多组旋转单元，而在各组旋转单元中分别设置环状排列的汽缸，各汽缸的中心线与旋转单元的直径以接近垂直的角度设置，各汽缸中的活塞分别以连杆带动一同步齿轮转动，在外壳中央轴向设置一固定轴，在该固定轴上对应旋转单元处设置有管制齿轮，该管制齿轮与各个汽缸的同步齿轮相啮合，另在外壳周围适当位置设有火花塞及进、排气口。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：汽缸中的活塞连接的连杆末端以偏心方式连接有一同步齿轮，该同步齿轮中心处以一短轴枢设结合在旋转单元上。

3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：在各旋转单元中设置有四个汽缸，同时在外壳上设置有相应的二组火花塞、进气口及排气口。

4.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：外壳上相应於各旋转单元的火花塞及进、排气口的位置以间隔一角度的方式设置。

5.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：外壳中的各旋转单元分别旋转一角度设置，而将外壳上的火花塞及进、排气口的位置以成排设置。

Images