CN1096851A

CN1096851A - 凸轮式活塞内燃机

Info

Publication number: CN1096851A
Application number: CN 94100421
Authority: CN
Inventors: 武守仁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1994-12-28
Also published as: WO1995020722A1; AU1573995A

Abstract

本发明提供了一种凸轮式活塞内燃机，它主要由缸体、活塞、活塞环、增压器、进排气机构、点火机构、活塞传动销轴、平动导轨、立体凸轮所组成，借助销轴和立体凸轮将活塞平动转变为转动，代替了传统的曲柄连杆传动机构。其设计原理新颖、独特，结构紧凑、可靠，体积小，重量轻，比功率大，油耗低、排放污染少，工作平稳，使用寿命长。是一种广泛用于汽车、火车、飞机、飞船、舰船、摩托车、自行车等的节能轻型内燃机。

Description

本发明属于活塞式内燃机技术领域。

传统的活塞式内燃机，都是通过曲柄连杆机构将活塞的平动变为曲轴的转动。目前世界上先进的发动机，例如日本的丰田汽车发动机（95马力，油耗8公斤/100公里），均采用这种结构的内燃机。这种发动机存在体积较大、苯重、结构复杂，传动不平稳，阻力损耗大的固有弊病，使发动机性能的提高受到了一定限制。

本发明的目的是对其传动原理及机构进行了改进，克服了曲柄连杆传动机构阻力损耗大、不平稳缺点，从而使发动机具有体积小，重量轻，比功率大，油耗少，尾气污染少，运动较平稳，应用范围广等显著优点。

本发明是这样实现的：一种凸轮式活塞内燃机，包括缸体、活塞、活塞环、增压器、进排气机构、点火机构、油润滑装置和冷却装置，其特征在于在活塞上在与其轴线垂直的方向上设有传动销轴，缸体上开有条形孔以便于销轴平动，销轴轴端附近，活塞轴向设有销轴平动导轨，该导轨可单独设置，或为缸体本身，以使活塞销轴作往复平动。销轴轴端装有轴承。缸体的侧面，活塞轴向设有立体凸轮及其座体，销轴轴端轴承与立体凸轮园柱面上的斜向驱动导向槽相配合，导槽上两槽的两个最远点与两个最近点（相对于凸轮轴某端面而言）的中心连线与凸轮轴线间的夹角α为30°-60°，最好为40°-50°，导槽展开图上的压燃作功角β为50°-150°，最好为60°-90°，导槽（或受力线）展开图曲线最好为正弦曲线。可在立体凸轮轴上装有飞轮、分电器时轨轮，和水、油或风冷却装置的传动皮带轮，以控制其他附加装置的同步运行（此点同常规技术），或采取其他的附加装置同步运行控制机构。

上述的活塞销轴驱动机构，可以是单活塞点燃机构，也可以是双活塞双燃机构，不仅可实现四冲程运动，还可实现二冲程运动，这是曲柄连杆式内燃机所无法达到的。活塞销轴驱动机构可以是一套，也可以是二套以上，装于立体凸轮园周位置，各销轴轴端轴承均与立体凸轮的导向槽相配合，称为并联式，从而成倍增大了发动机的动力。该内燃机也可以是2套以上，中间通过立体凸轮轴或联轴节等连接起来，称为串联式，以实现大马力驱出。

上述的活塞销轴驱动机构与立体凸轮可以是分立式的（如上述），也可以是包含式的，即立体凸轮（此时为立体内凸轮）包围在缸体的外面。包含式又可分为两种，一种是气缸活塞旋转式，立体内凸轮为静止式，另一种是气缸为静止式，而立体内凸轮为旋转式。第一种：缸体两端均固定在轴盘上，轴盘放在轴承座上，立体内凸轮固定在架体上，轴盘外侧是密封端盖，密封端盖和立体内凸轮相固定，活塞上的销轴轴端轴承与立体内凸轮内园柱面上的驱动导向槽相配合，导向槽的角度α，以及压燃作功角及导向槽的展开图均如上所述。排气机构根据具体结构可以设计成多种形式，例如可以是：在轴盘上设有排气孔道和燃烧室通孔，在密封端盖上设有排气孔道及燃烧室，也可以在端盖和轴盘之间加一个油封盖，和端盖相固定，油封盖上设有排气孔道及燃烧室等。或将排气燃烧结构设在轴上，如旋塞阀那样的结构也可，形式可以多种。进气孔道可以设在气缸上，与普通内燃机类似。上述的点火机构，可以采用机械点火，如用时轨轮带动分电器，使火花塞点火，或用电子打火，如压电陶瓷打火。飞轮可装在轴上。冷印及润滑系统可以用轴上皮带轮带动泵实现，均可与普通内燃机类似。

第二种，缸体固定在架体上，立体内凸轮包在缸体的外面，其间有轴承配合，可相对转动，缸体端盖与立体内凸轮间有密封机构，如密封圈、垫，保证油密封，缸体上有条形孔，设有销轴平动导轨，活塞销轴轴端轴承与立体内凸轮上的导向槽相配合，导向槽有关说明及压燃作功角说明同上述。其进气机构设在缸体缸盖上，同普通内燃机类似。排气机构可据具体结构设计为多种形式，道理也同普通内燃机相类似。如实施例所示的一种，或者，在缸盖和缸体间加一密封板，和内凸轮固定，密封板上设有进排气孔，或燃烧室通道，在缸盖上也设有进排孔道及燃烧室的结构，以保证按周期进排气即可。飞轮可装在内凸轮外，内凸轮本身也可代替飞轮，油润滑装置可用普通油泵式的，也可用油浸式的，点火装置可用电子式，如实施例示，也可用机械式，此时时轨轮可装在内凸轮上，这些设计原理均同普通内燃机相类似。

本发明的效果是明显的，具有体积小而紧凑、重量轻、比功率大的显著特点，而且省油，由于这种特殊结构改变了以往曲柄连杆结构阻力太大的传动方式，因而可以提高功率，减少油耗，减少废气排放，提高了平稳度，外观紧凑整齐，设计范围宽。可以实现高转速，大功率，只要改变活塞行程及凸轮直径即可，这也是以往的曲柄连杆式发动机所不能做到的。

以下举三个实施例并结合附图对本发明进行详细说明，它并不作为对本发明的限定。

图1上实施例1分立式二冲程内燃机结构示意图。

图2是图1的左视结构示意图。

图3是当为四冲程结构时左视结构示意图。

图4是实施例2包含式二冲程凸轮为静止式结构示意图。

图5是实施例3包含式二冲程凸轮为运动式结构示意图。

图6是α角示意图。

图7是导向槽展开图β角示意图。

参见图1、图2。图中1为平动导轨（下轨板），2为带冷却水套的缸体，3为（一种排气装置）摇壁，4为排气门，5为排气门室盖，6为排气门开闭拉杆，连于活塞销轴12上，7为缸盖，8为拉杆防尘套管，9为活塞，10为缸体上的进气道，和增压器相连，11为盖板，13为轴承挡圈，14为轨道轴承（装在销轴上），15为销轴固定螺母，16为平动导轨（上轨板），17为活塞环，18为火花塞，19为飞轮壳，20为飞轮，21为油封圈，22为轴承，23为立体凸轮座架箱体，24为立体凸轮，25为导向槽，26为销轴轴端轴承，27为润滑油泵，28为分电器时轨轮，29为冷却系统皮带轮，30为尺带，3为排进气门摇臂，31为尺轮（带凸轮的），32为进气门摇臂，33为分电器（和火花塞18相连）34为化油器，35为排气管。

其工作过程是，当活塞9在上止点时，火花塞18点燃混合气体爆发作功，推动活塞下行，至下止点约45°-60°时，排气门4打开，排气，下行下止点前约5°-30°时，进气孔打开，进行扫气，下行至下止点约10-20°时，排气门关闭，此时来自增压器的混合气以一定的压力进入气缸，增压过程一直进行到活塞从下止点上行关闭进气孔为止。活塞继续上行为压缩过程，行至上止点前约6-12°时，活火塞18点火，进行下次工作循环。当左活塞在上止点时，右活塞则在下止点进行扫气增压过程，活塞上行约5-30°关闭进气孔，将混合气压缩，压至上止点前约6-12°时，火花塞点燃，燃烧室内的混合气爆发作功，推动活塞下行至下止点约45-60°，排气门打开，进行排气，下行至下止点前约10-20°时，进气门打开，进行扫气，下行至下止点前约10-18时，排气门关闭，此时来自增压器的混合气进入气缸扫气。增压过程一直进行到活塞从下止点上行关闭进气孔为止。这样周而复始地进行，将活塞销轴12的平动通过立体凸轮24及其上面的导向槽25转变为旋转运动。导槽α可为30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°等，β可为50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°等。图2中分电器时轨轮28通过尺带30和尺轮31控制分电器33和活花塞18点火，通过尺轮（凸轮）31通过排气门摇臂3和进气门摇臂32，控制进排气门工作。

图3中，为2套活塞销轴驱动机构，分布于立体凸轮园周上，36为起动机，37为油底，38为进气管，39为分电器齿轮传动轴，40为化油器。

参见图4，41为增压器，42为进气道，43为增压器皮带轮，44为端盖，45为密封板，46为燃烧室，47为轴盘，48为排气道，49为立体凸轮。缸体2和轴盘47固定，轴盘上设在排气孔，密封板45上有燃烧室孔和排气孔，密封板45和端盖44以及立体凸轮49固定。当活塞销轴12作平动同时，由于凸轮49导轨槽25作用，使缸体2和活塞9同时作旋转运动，带动端轴和飞轮20旋转，输出动力，分电器时轨轮28、冷却系统皮带轮30，同时带动和控制其他附属装置工作。

参见图5，50为轴承，51为内凸轮，49端面设有端面凸轮，以控制支杆52，使摇臂3旋转，控制排气阀4工作，53为油密封圈，54为缸盖，56为固定在旋转的内凸轮上的磁铁块，以控制电子打火器55的点火工作。以上标号相同，另件名称亦相同。

以下是实施例1一个样机与曲柄连杆式传统内燃机的技术经济参数对照表：

Claims

1、一种凸轮式活塞内燃机，包括缸体2、活塞9、活塞环17、增压器41，进排气机构、点火机构、油润滑装置和冷却装置，其特征在于在活塞9上在与其轴线垂直的方向上设有传动销轴12，缸体上开有条形孔，销轴轴端附近，活塞轴向设有销轴平动导轨1、16，销轴轴端装有轴承26，缸体2侧面，活塞轴向设有立体凸轮24及其座体23，销轴轴端轴承26与立体凸轮园柱面上的驱动导向槽25相配合，导槽上两个最远点与两个最近点的中心连线与凸轮轴线间的夹角α为30°-60°。

2、根据权利要求1所述的凸轮式活塞内燃机，其特征是导槽α为40°-50°，导槽展开图上的压燃作功角β为50°-150°。

3、根据权利要求2所述的凸轮式活塞内燃机，其特征是导槽展开图曲线为正弦曲线。

4、根据权利要求1、2或3所述的凸轮式活塞内燃机，其特征在于具有同气缸双活塞双燃机构，这种机构有2套以上，装于立体凸轮的园周上，各销轴轴端轴承均与立体凸轮上的导向槽相配合，这种内燃机2套以上，通过立体凸轮轴或联轴节相串连。

5、一种凸轮式活塞内燃机，包括缸体2、活塞9、活塞环17、增压器41、点火机构、进排气机构、油润滑装置和冷却装置，其特征在于在活塞9上在与其轴线垂直的方向上设有传动销轴12，缸体上开有条形孔，设有销轴平动导轨1，销轴轴端装有轴承，缸体两端均固定在轴盘47上，轴盘47放在轴承座上，立体内凸轮49包围在缸体的外面，固定在架体上，轴盘47外侧设密封端盖44，端盖44和立体内凸轮49相固定，销轴轴端轴承26与立体内凸轮49内园柱面上的驱动导向槽25相配合，导槽上两个最远点与两个最近点的中心连线与凸轮轴线间的夹角α为30°-60°。

6、根据权利要求5所述的凸轮式活塞内燃机，其特征是导槽α为40°-50°，导槽展开图上的压燃作功角β为50°-150°。

7、根据权利要求6所述的凸轮式活塞内燃机，其特征是导槽展开图曲线为正弦曲线。

8、一种凸轮式活塞内燃机，包括缸体2、活塞9、活塞环17、增压器41，点火机构、进排气装置、油润滑冷却装置，其特征在于活塞9上在与其轴线垂直的方向上设有传动销轴12，缸体2固定在架体上，缸体端盖54与凸轮49间有密封圈53，缸体2上开有条形孔，设有销轴平动导轨1，销轴轴端装有轴承26，立体内凸轮49包在缸体2的外面，中间有轴承50配合，销轴轴端轴承26与立体凸轮49园柱面上的驱动导向槽25相配合，导槽上两个最远点与两个最近点的中心连线与凸轮轴线间的夹角α为30°-60°。

9、根据权利要求8所述的凸轮式活塞内燃机，其特征是导槽α为40°-50°，导槽展开图上的压燃作功角β为50°-150°。

10、根据权利要求9所述的凸轮式活塞内燃机，其特征是导槽展开图曲线为正弦曲线。