CN1096850A

CN1096850A - 波形槽机构型活塞式内燃发动机

Info

Publication number: CN1096850A
Application number: CN 93120297
Authority: CN
Inventors: 陈公亮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-11-27
Filing date: 1993-11-27
Publication date: 1994-12-28

Abstract

本发明提出二种独创的波形槽机构用以代替曲轴连杆机构构造活塞式内燃机：I型和II型波形槽机构型内燃发动机。就对置式双缸机而言，其转速当每分钟工作循环数相同时只有曲轴连杆型内燃机的一半。理论上不存在不平衡离心力，而且活塞侧向压力，往复惯性力，气体变化压力，均获得平衡，且主轴轴承亦不承受上述各力，因而工作稳静。

这种特种活塞式内燃发动机，构造简单，制造容易，维修简便费用低，可广泛应用于工农业生产的各个方面，如作车、船、小型螺旋桨飞机、中小型及移动电站等的动力。

Description

众所周知，活塞式内燃发动机如汽油机和柴油机，均以曲轴连杆机构为主体，配合以其他辅助机构构成。但曲轴连杆型内燃机，活塞有侧向压力，曲轴上有不平衡离心力，而且结构复杂。

本发明是提供一种无曲轴连杆的活塞式内燃机的构成方法，是以二种独创的波形槽机构为主体配合其他辅助机构构成活塞式内燃发动机。辅助机构无实质的改变，故以下不作叙述。

用波形槽机构组成的内燃机，称之为波形槽机构型内燃发动机，以区别于曲轴连杆型内燃发动机。相对于传统的曲轴连杆型发动机，它属于特种活塞式发动机的范畴。

波形槽机构型内燃发动机，可由以下两种基本波形槽机构组成：

Ⅰ型-发动机活塞往复运动不作转动

参看图1。气缸1、活塞2、滚销3、主轴4及飞轮5、构成一个二冲程发动机的基本结构。此机构四冲程发动机也可以适用。

气缸上开有二个相对直槽，活塞有二个突起插入直槽，其二孔中装置二销。主轴上开有如图2的波形槽，二销伸入波形槽。

活塞在燃气的推动下下行，使二销下压波形槽的斜面，活塞不能转动于是迫使主轴及飞轮沿箭头方向旋转。主轴的轴承上受有轴向载荷。由于回转零件及飞轮的转动惯性，一次次完成发动机的工作循环。

Ⅱ型-发动机活塞往复运动兼作转动

参看图3。气缸1、活塞2、滚销3、主轴4和飞轮5，也组成了一个二冲程发动机的基本结构。四冲程发动机也可以。

气缸上有二孔，插入二销，活塞上开如图2的波形槽，活塞与主轴以花键连接，二销插入波形槽内。

燃气压力推动活塞下行，使波形槽下压二销，销的位置固定，迫使活塞转动。活塞于是一边下行一边转动。转动通过花键传给主轴及飞轮。主轴轴承上不受到轴向载荷。同样在转动惯性的作用下，工作循环周而复始。

以上两种结构，也可用于构成压缩机或其他活塞式机械。

图2的波形槽是一转二往复的波形槽，使用这种槽型，主轴一转活塞有四个冲程，对于二冲程内燃机，每转有二次动力冲程，对于四冲程内燃机，每转有一个动力冲程，因此与曲轴连杆型内燃机相比，若每分钟有相等的工作循环数，其转速降低一半。

此外，活塞上的侧向压力因二销相对而获得平衡，活塞的运动自由，而且回转另件无不平衡离心力。

波形槽型的工作曲线可以有多种位移规律供选择，如等加速等减速规律，简谐运动规律，修正等速规律，等等。图2是修正等速规律，由二园弧一切线构成。活塞上行与下行，可以采取对称或不对称的规律，图上是对称的形式。采取对称的形式，一转四个冲程时间相等。若采取上行陡削的曲线，下行平坦的曲线，对于四冲程发动机，则压缩加快，燃烧膨胀减慢，排气加快，吸气减慢，可能很有利;对于二冲程则压缩加快，燃烧膨胀减慢，排气及换气结果不变，也很有利。

工作曲线的最大升角与活塞冲程长度相关。由于开槽的园柱面（或内园柱面）随气缸直径大小已经确定，当最大升角大时允许的活塞冲程长，最大升角小则允许的冲程短，图2中S表示冲程长度，入表示升角，r₁及r₂表示两个园弧，通常可取r₁＝r₂＝1/3～1/2s，入值是变化的，入max可取45°～60°若D表示气缸直径，在修正等速规律的曲线时，Ⅰ型和Ⅱ型波形槽机构型发动机的活塞冲程长度S在0.5-0.8D范围内，Ⅱ型较Ⅰ型冲程长。

入max＞60°时起动费力。

一转一往复的波形槽也可以组成Ⅰ型和Ⅱ型发动机，因只有一个滚销，活塞上便有侧向压力。一转多于二往复的波形槽可以获得侧向压力的平衡，但因其允许的活塞冲程较短或过短，难以满足发动机的要求。不过，若将活塞和气缸作成阶台筒柱形或者将波形槽置于飞轮内，则有可能组成每转六冲程，八冲程等的发动机，其转速相应为曲轴连杆型的1/3、1/4等，其类型仍属于上述Ⅰ型或Ⅱ型波形槽机构型发动机。以后的叙述中波形槽型内燃机除非指明一般是指一转二往复的波形槽机构型的Ⅰ型和Ⅱ型发动机。

波形槽机构型的发动机，活塞均需高强度钢材制成并需淬硬。活塞组的往复质量一般不致过多超过曲轴连杆的发动机中铝合金活塞组及连杆往复质量之和，由于转速低，因而活塞往复惯性力可以低于现有曲轴连杆型的发动机。

滚动的销，均需加滚针或滚针轴承。销及滚针需作为易耗损件，经常更换，因而气缸体上要设窗孔，便于经常检查更换。

花键部分，宜加滚珠，为此可在活塞内花键的二端加特制的挡圈，以防滚珠从滚道中掉出。气缸直槽可加U形衬片。

旋转的活塞使活塞环工作情况严峻，尤其二冲程发动机气缸开有几个孔口，易使环口损坏，为此使用钢质均压环。单向使用的发动机可用斜口环并用防转销保持各环环口错开，可逆转的发动机可将两只钢片环以销钉连接或铆焊等方法串联成一类似螺旋状的串联钢片环，环口作较大园弧即可。也可用一根矩形截面的钢丝制成，两圈串联处为≥90°的两个折角。呈迸紧或不迸紧均可。装入环槽不加防转销，任其转或不转，这种环实际上没有漏气的环口间隙。至于油环则用组合式钢片油环，环口两端作较大的园弧即当能满足要求。

波形槽机构型内燃发动机，不能象曲轴连杆型内燃发动机那样制成种种多缸发动机。图4表示可能有的几种形式，a为单缸式，可为Ⅰ型或Ⅱ型。b为对冲活塞式双缸机，在这种形式中活塞侧向压力，往复惯性力，燃气压力全部平衡，且无不平衡离心力。若为Ⅰ型对冲式双缸，主轴轴承受有轴向力，若为Ⅱ型则无轴向载荷。

c为对置式双缸机，这种形式的是波形槽机构型发动机最佳实施方案，不仅转速低至同工作循环数的曲轴连杆型发动机的一半，而且活塞侧向压力，往复惯性力，燃气压力，主轴承轴向力，均全部平衡，又无不平衡离心力，因而可望运转相当稳定平衡，机械效率高，且结构简单，制造容易，维修简便费用低，很有开发生产的价值。

d为多台对置式双缸机沿圆周排列，以一定的速比驱动园心部位的工作轴。

波形槽机构型内燃发动机，加大功率主要是以对置式双缸机为基础加大缸径相应增大活塞冲程的长度，从而增加气缸工作的容积。对于汽油发动机，由于压缩比一般为9，最高燃气压力也只在30-50公斤/厘米²，一般一道一转二往复的波形槽当可满足机构中各零件强度要求。至于柴油发动机，由于压缩比高至20，压力高至60-90公斤/厘米²，可用二道一转二往复的波形槽，如能将压缩比降至15，则更为有利。

这种新型的内燃机，可用于一般工农业生产中，例如车、船、中小型及移动电站、小型螺旋浆飞机等，若制成大功率柴油机发电机组，一台台按用电负载变化开停，颇为方便。

Claims

1、Ⅰ型和Ⅱ型波形槽机构型活塞式内燃发动机，其特征是以独创的Ⅰ型和Ⅱ型波形槽机构代替曲轴连杆机构构造活塞式发动机，波形槽是一转二次往复的工作曲线。

2、根据权利要求1所述的Ⅰ型和Ⅱ型波形槽机构，其特征是活塞带有或不带有波形槽，传动轴带有或不带有波形槽，或在其他另件上带有波形槽，均在同一轴心线上，波形槽可以是一转一次往复、二次往复、三次往复、四次往复或更多之工作曲线。

3、根据权利要求1所述的内燃发动机的串联钢片活塞环，其特征是断开便成为二个钢片环。