CN110500180A - 单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机，由气缸体、火花塞、活塞、储气盘管、主进气簧片筏、副扫气通道管、主扫气通道管、复位弹簧、副进气簧片筏活塞环复合组件、平动外圆柱端面凸轮、平动内圆柱端面凸轮、旋转内圆柱端面凸轮、旋转外圆柱端面凸轮、动力输出轴、滚针履带、内扫气口、外扫气口、凸轮箱组成。本发明的原理是：由旋转内圆柱端面凸轮、旋转外圆柱端面凸轮、动力输出轴组成的旋转凸轮组，也叫外转子；由活塞、平动外圆柱端面凸轮、平动内圆柱端面凸轮组成动力凸轮组；发动机运行后，动力活塞组推动外转子，通过凸轮组工作曲面的分离和啮合推动外转子旋转并输出功率。

Description

单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机

技术领域

本发明涉及一种内燃发动机，具体是一种单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴的二冲程发动机。

背景技术

传统的往复活活塞式内燃发动机，大都采用曲轴进行传动。曲轴是传统发动机的核心部件之一，其具有诸多难以克服的缺点，如设计和制造复杂，增大功率和提高作功功效受到限制，曲轴及活塞柄成为发动机主要摩擦来源。其通过曲柄连杆机构来实现活塞往复运动与曲轴旋转运动之间的相互转化，将指示功转化为机械能输出。

但由于曲轴结构复杂，曲柄连杆机构结构又比较松散，其间能量转化传递环节较多，所以传统的活塞式内燃机虽然技术已比较成熟，但仍然存在体积大、成本高、效率较低的缺点。

另外，发动机的输入端往往由于活塞销在活塞中窜动而刮伤气缸套，极大的影响了发动机的使用寿命。中国专利局2016年8月17日公开的《圆柱凸轮无曲轴发动机》发明专利申请（申请号：CN201610289473.7）虽然也是一种圆柱凸轮无曲轴发动机，但是该发明是多缸运行，体积偏大，连杆滚轮结构容易损坏。

本发明使用单缸无连轩滚轮更加稳定、便携。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种便携的单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机，为使本发明能够实施，本发明引用了《一种直流分层扫气二冲程发动机》的发明专利（申请号：CN201910441922.9）。

其技术方案是，一种单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机，由气缸体、火花塞、活塞、储气盘管、排气口、进气歧管、主进气簧片筏、副扫气通道管、主扫气通道管、复位弹簧、活塞环组件、副进气簧片活塞环复合组件、限位槽、限位滑键、平动外圆柱端面凸轮、平动内圆柱端面凸轮、旋转内圆柱端面凸轮、旋转外圆柱端面凸轮、滚针履带、锥度滚针、动力输出轴、滚针轴承组件、内扫气口、外扫气口、缓冲孔、凸轮箱组成。

所述平动外圆柱端面凸轮、平动内圆柱端面凸轮、旋转内圆柱端面凸轮、旋转外圆柱端面凸轮、滚针履带的工作曲面的实际轮廓曲线都为单波峰单波谷的余弦曲线或余弦加速度曲线等，其升程都与活塞行程相同。

所述旋转外圆柱端面凸轮工作曲面的余弦波峰波谷与旋转内圆柱端面凸轮工作曲面的余弦波峰波谷高度相同对称分布于旋转轴线两侧。

所述旋转内圆柱端面凸轮的实际轮廓线是旋转外圆柱凸轮实际轮廓线在旋转内圆柱表面的投影。

所述平动外圆柱端面凸轮工作曲面的余弦波峰波谷与平动内圆柱端面凸轮工作曲面的余弦波峰波谷高度相同对称分布于旋转轴线两侧，

所述平动内圆柱端面凸轮的实际轮廓线是平动外圆柱凸轮实际轮廓线在平动内圆柱表面的投影。

所述旋转外圆柱端面凸轮、旋转内圆柱端面凸轮与动力输出轴硬连结为一体，保持整体运动，组成旋转凸轮组，也叫外转子。

所述平动外圆柱端面凸轮、平动内圆柱端面凸轮与活塞硬连结为一体，保持整体运动，组成动力凸轮组。

所述平动内圆柱端面凸轮曲面与旋转内圆柱端面凸轮工作曲面完全相同，可完好啮合。

所述平动外圆柱端面凸轮曲面与旋转外圆柱端面凸轮工作曲面完全相同，可完好啮合。

同理，滚针履带的工作曲面也和凸轮组工作曲面完好啮合。

所述本发明的原理是：当发动机运行后，通过动力凸轮组工作曲面的与旋转凸轮组的工作曲面的分离和啮合来推动外转子旋转对外输出功率的；夹在中间的滚针履带只为降低工作曲面相对运动时的摩擦力。

所述两个滚针履带底面分别位于旋转外圆柱凸轮工作曲面与旋转内圆柱凸轮工作曲面上，其侧面用螺栓固定于旋转外圆柱凸轮的外圆面和旋转内圆柱凸轮的内圆面上，滚针履带底面与旋转圆柱凸轮端面曲面之间可垫入缓冲铜片，其正面为滚针面与动力凸轮组始终保持良好的接触。

所述锥度滚针带有一定的锥度，且无间隙的满装于滚针履带中，并能在滚针槽中自由滚动，移动。

所述平动圆柱端面凸轮的轮廓曲面削去两边形成凸起曲面，与滚针履带正面的滚针面接触良好，在运行过程中，平动圆柱端面凸轮的凸起曲面只与锥度滚针面相接触。

所述复位弹簧位于主、副扫气通道管顶部之间，通过主扫气通道管顶部给于动力凸轮组一定的压力，使平动圆柱端面凸轮的凸起曲面始终不脱离滚针履带正面的滚针面。

所述副进气簧片伐活塞环复合组件位于主扫气通道最顶端，其中间是副进气簧片伐，外圈为活塞环组件；它是在发明专利《一种直流分层扫气二冲程发动机》（申请号：CN201910441922.9)基础上的一种创新，其目的是把逼进气簧片筏从副扫气通道管端部移植到主扫气通道管端部，其作用是在不影响原发动机运行的基础上，增加了一点扫气量，并给复位弹簧留下安放空间，但多增加了一个内扫气口。

所述内扫气口被密封于活塞环组件与副进气簧片伐活塞环复合组件之间，其高度与外扫气口等同，能随主扫气通道管移动，当内扫气口与外扫气口对应时，扫气通路才能畅通，扫气才得以进行 ，当内扫气口与外扫气口错开时，扫气通路就被阻断；内扫气口的开口形式 ，可以是与外扫气口对应的相同的孔洞，也可以是别的形式，如图3所示。

所述缓冲孔位于平动圆柱凸轮的波峰处，如图g所示，当运转到上止点，旋转圆柱凸轮工作曲面波峰与平动圆柱凸轮工作曲面波峰相对时，波峰处压强最大，当压强最大时，缓冲孔会通过微微变形，增大接触面积，减小压强。

所述在活塞与推力轴承密封组件之间有一密封空间叫凸轮箱，和曲轴箱一样，起到泵气的作用，其容积随活塞运行而发生变化。

所述主进气簧片筏吸入的是浓燃油混合气，副进气簧片活塞环复合组件吸入的是空气或空气与水雾的混合气。

所述限位槽位于气缸体下半部的内表面上，其长度略大于或等于活塞行程，其数量大于两个。

所述限位滑键位于限位槽内，固定于平动外圆柱端面凸轮外表面，与限位槽相配合来阻止平动圆柱端面凸轮组转动，只能沿气缸轴线做往复运动。

本发明整体结构简单，利用端面凸轮组的啮合与分离，组成单波峰凸轮式外转子无曲轴发动机，虽然比双波峰凸轮式复杂，但单缸做功输出轴能旋转180度，与曲柄连杆结构输出效率相同。

附图说明

图1 是本发动机的上止点结构示意图

图2 是本发动机的上止点结构示意图

图3 是发动机主扫气通道管的结构示意图

图4 是圆柱凸轮运转原理图

附图中的标记：1、气缸体，2、火花塞，3、活塞，4、储气盘管，5、排气口，6进气歧管，7、主进气簧片筏，8、副扫气通道管，9、主扫气通道管，10、复位弹簧，11、活塞环组件，12、副进气簧片筏活塞环组合件，13、限位槽，14、限位滑键，15、平动外圆柱端面凸轮，16平动内圆柱端面凸轮，17、旋转内圆柱端面凸轮，18、旋转外圆柱端面凸轮，19、滚针履带，20、锥度滚针，21、动力输出轴，22、滚针轴承组件，23、推力轴承密封组件，24、内扫气口，25、外扫气口，26、缓冲孔，27、凸轮箱。

图4中 a、上止点内圆柱凸轮，b、上止点内外圆柱凸轮，c、上止点外圆柱凸轮，d、下止点内圆柱凸轮，e、下止点内外圆柱凸轮，f、下止点外圆柱凸轮，g、上止点波峰对波峰，h、下止点波峰对波谷。

具体实施方式

结合附图1-4，对本发明作进一步的描述

本发明由由气缸体1、火花塞2、活塞3、储气盘管4、排气口5、进气歧管6、主进气簧片筏7、副扫气通道管8、主扫气通道管9、复位弹簧10、活塞环组件11、副进气簧片活塞环复合组件12、限位槽13、限位滑键14、平动外圆柱端面凸轮15、平动内圆柱端面凸轮16、旋转内圆柱端面凸轮17、旋转外圆柱端面凸轮18、滚针履带19、锥度滚针20、动力输出轴21、滚针轴承组件22、推力轴承密封组件3、内扫气口24、外扫气口25、缓冲孔26、凸轮箱27组成。

本发明提供了一种单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴的二冲程发动机，发动机工作时，活塞3运行到上止点时，如图1所示，此时，凸轮箱27吸气完成，主进气簧片筏7与副进气簧片活塞环复合组件12同时关闭 ；动力凸轮组与旋转凸轮组工作曲面，如图b,图g所示，为波峰对应波峰。

接着火花塞2点火做功，活塞3下行，推动动力凸轮组挤压旋转凸轮组，此时位于动力凸轮组波峰处的缓冲孔25，通过轻微变形，增大接触面积，降低压强。

活塞3继续下行，动力凸轮组通过啮合推动旋转凸轮组在启动惯性方向上转动。当活塞3经过排气口5时，开始排气，活塞3继续下行，进入排气尾声，当主扫气通道管9带动内扫气口24与外扫气口25对应时，扫气开始，当扫气完成时，活塞3也到达了下止点，动力凸轮组也与旋转凸轮组完好啮合如图e、图h。

接着在旋转凸轮组的旋转惯性下，反推动动力凸轮组向气缸顶部运行，随着活塞3的继续运行，接着主扫气通道管9带动内扫气口24错开外扫气口25，此时扫气通路阻断，扫气结束。

接着活塞3继续运行，关闭排气口，开始压缩行程，同时凸轮箱27进入负压，主进气簧片筏7与副进气簧片伐活塞环复合组件12分别打开进气，两种进气会在活塞3内空间相遇。

当活塞3到达上止点时，凸轮箱27吸气完成，主进气簧片筏7与副进气簧片伐活塞环复合组件12关闭，同时燃烧室压缩完成。

然后火花塞点火做功，如此，周尔复始，连续运行。

Claims (9)

1.一种单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机，其特征在于：由气缸体（1）、火花塞（2）、活塞(3)、储气盘管（4）、排气口（5）、进气歧管（6）、主进气簧片筏（7）、副扫气通道管（8）、主扫气通道管（9）、复位弹簧（10）、活塞环组件（11）、副进气簧片活塞环复合组件（12）、限位槽（13）、限位滑键（14）、平动外圆柱端面凸轮（15）、平动内圆柱端面凸轮（16）、旋转内圆柱端面凸轮（17）、旋转外圆柱端面凸轮（18）、滚针履带（19）、锥度滚针（20）、动力输出轴（21）、滚针轴承组件（22）、推力轴承密封组件（23）、内扫气口（24）、外扫气口（25）、缓冲孔（26）、凸轮箱（27）组成；所述平动外圆柱端面凸轮（15）、平动内圆柱端面凸轮（16）、旋转内圆柱端面凸轮（17）、旋转外圆柱端面凸轮（18）、滚针履带（19）的工作曲面的实际轮廓曲线都为单波峰单波谷的余弦曲线或余弦加速度曲线等，其升程都与活塞行程相同；所述旋转外圆柱端面凸轮（18）工作曲面的余弦波峰波谷与旋转内圆柱端面凸轮（17）工作曲面的余弦波峰波谷高度相同对称分布于旋转轴线两侧 ，所述旋转内圆柱端面凸轮（17）的实际轮廓线是旋转外圆柱凸轮（18）实际轮廓线在旋转内圆柱表面的投影；所述平动外圆柱端面凸轮（15）工作曲面的余弦波峰波谷与平动内圆柱端面凸轮（16）工作曲面的余弦波峰波谷高度相同对称分布于旋转轴线两侧 ，所述平动内圆柱端面凸轮（16）的实际轮廓线是平动外圆柱凸轮（15）实际轮廓线在平动内圆柱表面的投影；所述旋转外圆柱端面凸轮（18）、旋转内圆柱端面凸轮（17）、滚针履带（19）与动力输出轴（21）硬连结为一体，保持整体运动，组成旋转凸轮组，也叫外转子；所述平动外圆柱端面凸轮（15）、平动内圆柱端面凸轮（16）与活塞（3）硬连结为一体，保持整体运动，组成动力凸轮组；所述平动内圆柱端面凸轮（16）工作曲面与旋转内圆柱端面凸轮（17）工作曲面完全相同，可完好啮合；所述平动外圆柱端面凸轮（15）工作曲面与旋转外圆柱端面凸轮（18）工作曲面完全相同，可完好啮合；同理，滚针履带（19）工作曲面也和凸轮组曲面完好啮合；所述本发明的原理是：当发动机运行后，通过动力凸轮组工作曲面的与旋转凸轮组的工作曲面的分离和啮合来推动外转子旋转对外输出功率的，夹在中间的滚针履带只为降低工作曲面相对运动时的摩擦力；所述两个滚针履带（19）底面分别位于旋转外圆柱凸轮（18）端曲面与旋转内圆柱凸轮（17）端曲面上，其侧面用螺栓固定于旋转外圆柱凸轮（18）的外圆面和旋转内圆柱凸轮（17）的内圆面上，滚针履带（19）底面与旋转圆柱凸轮端面曲面之间可垫入缓冲铜片，其正面为滚针面与动力凸轮组始终保持良好的接触； 所述锥度滚针（20）带有一定的锥度，且无间隙的满装于滚针履带（19）中，并能在滚针槽中自由滚动，移动；所述平动圆柱端面凸轮的工作曲面削去两边形成凸起曲面，与滚针履带（19）正面的滚针面良好接触；在运行过程中，平动圆柱端面凸轮的凸起曲面只与锥度滚针（20）面相接触；所述复位弹簧（10）位于主扫气通道管（9）与副扫气通道管（8)的顶部之间，通过主扫气通道管（9）顶部给于动力凸轮组一定的压力，使平动圆柱端面凸轮的凸起曲面始终不脱离滚针履带（19）的滚针面；所述副进气簧片伐活塞环复合组件（12）位于主扫气通道管（9）最顶端，其中间是副进气簧片伐，外圈为活塞环组件；它是在发明专利《一种直流分层扫气二冲程发动机》（申请号：CN201910441922.9)基础上的一种创新，其目的是把逼进气簧片筏从副扫气通道管（8）端部移植到主扫气通道管（9)端部，其作用是在不影响原发动机运行的基础上，增加了一点扫气量，并给复位弹簧（10）留下安放空间，但增加了一个内扫气口；所述内扫气口（24）被密封于活塞环组件（11）与副进气簧片伐活塞环复合组件（12）之间，其高度与外扫气口（25）相同，能随主扫气通道管（9）移动，当内扫气口（24）与外扫气口（25）相对应时，扫气通路才能畅通，扫气才得以进行 ，当内扫气口（24）与外扫气口（25）错开时，扫气通路就被阻断；内扫气口（24） 的开口形式，可以是与外扫气口（25）相对应的相同的孔洞，也可以是别的形式；所述缓冲孔（26）位于平动圆柱凸轮的波峰处，当运转到上止点，旋转圆柱凸轮工作曲面的波峰与平动圆柱凸轮工作曲面的波峰相对时，两波峰接触点压强最大，当压强最大时，缓冲孔（26）会微微变形，增大接触面积，降低压强；所述在活塞（3）与推力轴承密封组件（23）之间有一密封空间叫凸轮箱（27），和曲轴箱一样，起到泵气的作用，其容积随活塞（3）运行而发生变化；所述主进气簧片筏（7）吸入的是浓燃油混合气，副进气簧片活塞环复合组件（12）吸入的是空气或空气与水雾的混合气；所述限位槽（13）位于气缸体下半部的内表面上，其长度略大于或等于活塞行程，其数量大于两个；所述限位滑键（14）位于限位槽（13）内，固定于平动外圆柱端面凸轮（15）外表面，与限位槽（13）相配合来阻止平动圆柱端面凸轮组转动，只能沿气缸轴线做往复运动。

2. 根据权利要求1中的单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机，其特征在于：平动外圆柱端面凸轮（15）、平动内圆柱端面凸轮（16）、旋转内圆柱端面凸轮（17）、旋转外圆柱端面凸轮（18）、滚针履带（19）的工作曲面的实际轮廓曲线都为单波峰单波谷的余弦曲线或余弦加速度曲线等，其升程都与活塞行程相同；旋转外圆柱端面凸轮（18）工作曲面的余弦波峰波谷与旋转内圆柱端面凸轮（17）工作曲面的余弦波峰波谷高度相同对称分布于旋转轴线两侧 ，旋转内圆柱端面凸轮（17）的实际轮廓线是旋转外圆柱凸轮（18）实际轮廓线在旋转内圆柱表面的投影；平动外圆柱端面凸轮（15）工作曲面的余弦波峰波谷与平动内圆柱端面凸轮（16）工作曲面的余弦波峰波谷高度相同对称分布于旋转轴线两侧 ，平动内圆柱端面凸轮（16）的实际轮廓线是平动外圆柱凸轮（15）实际轮廓线在平动内圆柱表面的投影；旋转外圆柱端面凸轮（18）、旋转内圆柱端面凸轮（17）、滚针履带（19）与动力输出轴（21）硬连结为一体，保持整体运动，组成旋转凸轮组，也叫外转子；平动外圆柱端面凸轮（15）、平动内圆柱端面凸轮（16）与活塞（3）硬连结为一体，保持整体运动，组成动力凸轮组；平动内圆柱端面凸轮（16）工作曲面与旋转内圆柱端面凸轮（17）工作曲面完全相同，可完好啮合；平动外圆柱端面凸轮（15）工作曲面与旋转外圆柱端面凸轮（18）工作曲面完全相同，可完好啮合；同理，滚针履带（19）工作曲面也和凸轮组曲面完好啮合；所述本发明的原理是：当发动机运行后，通过动力凸轮组工作曲面的与旋转凸轮组的工作曲面的分离和啮合来推动外转子旋转对外输出功率的，夹在中间的滚针履带只为降低工作曲面相对运动时的摩擦力。

3.根据权利要求1中的单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机，其特征在于：两个滚针履带（19）底面分别位于旋转外圆柱凸轮（18）端曲面与旋转内圆柱凸轮（17）端曲面上，其侧面用螺栓固定于旋转外圆柱凸轮（18）的外圆面和旋转内圆柱凸轮（17）的内圆面上，滚针履带（19）底面与旋转圆柱凸轮端面曲面之间可垫入缓冲铜片，其正面为滚针面与动力凸轮组始终保持良好的接触； 锥度滚针（20）带有一定的锥度，且无间隙的满装于滚针履带（19）中，并能在滚针槽中自由滚动，移动。

4.根据权利要求1中的单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机，其特征在于：副进气簧片伐活塞环复合组件（12）位于主扫气通道管（9）最顶端，其中间是副进气簧片伐，外圈为活塞环组件；它是在发明专利《一种直流分层扫气二冲程发动机》（申请号：CN201910441922.9)基础上的一种创新，其目的是把逼进气簧片筏从副扫气通道管（8）端部移植到主扫气通道管（9)端部，其作用是在不影响原发动机运行的基础上，增加了一点扫气量，但增多加了一个内扫气口；内扫气口（24）被密封于活塞环组件（11）与副进气簧片伐活塞环复合组件（12）之间，其高度与外扫气口（25）相同，能随主扫气通道管（9）移动，当内扫气口（24）与外扫气口（25）相对应时，扫气通路才能畅通，扫气才得以进行 ，当内扫气口（24）与外扫气口（25）错开时，扫气通路就被阻断；内扫气口（24） 的开口形式，可以是与外扫气口（25）相对应的相同的孔洞，也可以是别的形式。

5.根据权利要求1中的单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机，其特征在于：在活塞（3）与推力轴承密封组件（23）之间有一密封空间叫凸轮箱（27），和曲轴箱一样，起到泵气的作用，其容积随活塞（3）运行而发生变化。

6.根据权利要求1中的单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机，其特征在于：缓冲孔（26）位于平动圆柱凸轮的波峰处，当运转到上止点，旋转圆柱凸轮工作曲面的波峰与平动圆柱凸轮工作曲面的波峰相对时，两波峰接触点压强最大，当压强最大时，缓冲孔（26）会微微变形，增大接触面积，降低压强。

7.根据权利要求1中的单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机，其特征在于：复位弹簧（10）位于主副扫气通道管顶部之间，通过主扫气通道管（9）顶部给于动力凸轮组一定的压力，使平动圆柱端面凸轮的凸起曲面始终不脱离滚针履带（19）的滚针面。

8.根据权利要求1中的单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机，其特征在于：平动圆柱端面凸轮的工作曲面削去两边形成凸起曲面，与滚针履带（19）正面的滚针面良好接触；在运行过程中，平动圆柱端面凸轮的凸起曲面只与锥度滚针（20）面相接触。

9.根据权利要求1中的单缸圆柱凸轮式外转子无曲轴二冲程发动机，其特征在于：限位槽（13）位于气缸体下半部的内表面上，其长度略大于或等于活塞行程，其数量大于两个；限位滑键（14）位于限位槽（13）内，固定于平动外圆柱端面凸轮（15）外表面，与限位槽（13）相配合来阻止平动圆柱端面凸轮组转动，只能沿气缸轴线做往复运动。