CN1107160C - 波道旋动式活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明为一种往复式活塞发动机，其特征是：以具有按正弦规律或非正弦规律起伏的波状轨道及配套部件取代了现有的曲轴连杆机构；利用波状轨道、销子、槽道间的相互作用使主轴在销子的驱动下只作旋转运动。这种发动机具有传动效率高、扭矩大、结构简单、运转平稳、造价低、体积小、重量轻及适用范围广等优点。

Description

波道旋动式活塞发动机

本发明属活塞式内燃机技术领域。

现有的往复式活塞发动机都是利用与活塞连接在一起的连杆驱动曲轴运转的，目前人们广泛使用的这种发动机有着加工简单、密封容易、造价低廉、附属部件技术较为完善等多种优势。近年来，虽有以运转平稳等突出优点的转子发动机投入实际使用，但由于其加工精度、造价等问题的存在，难以在市场中推广，当前往复式活塞发动机市场占有率的绝对优势仍无丝毫动摇。但是曲轴连杆式的活塞发动机，势必因其固定的结构形式而制约了发动机各种技术指标的提高。

本发明之目的是通过彻底改造曲轴连杆的结构，使发动机的性能得以提高、构造简化、成本降低、运转平稳；拓宽往复活塞发动机的设计思路。

波道旋动式活塞发动机无曲轴连杆机构，取而代之的是如下所述的结构：汽缸下部是由两个相对的圆周凸轮(在厚壁圆管的端面形成的凸轮机构，普通凸轮是在圆柱体的侧面凸起形成的机构)组成的波状轨道(以下简称轨道)，活塞下部有沿径向并与波状轨道波峰个数相对应的销子，销子能在轨道中灵活运动，轨道的波峰与波谷之间的距离就是活塞的行程。

与曲轴连杆式活塞发动机不同的是，该发动机在工作时，活塞一方面受到燃气的压力，另一方面受到轨道的作用力，迫使活塞既作往复运动，又作旋转运动，而活塞的旋转运动通过销子传递给主轴完成发动机的动力输出。曲轴连杆式活塞发动机活塞的起伏只能是按正弦规律，该发动机活塞的往复运动规律取决于轨道的起伏规律，它可以是按正弦规律的，也可以是按非正弦规律的；还可以使不同的行程驱动主轴所转角度不同，从而达到所需设计要求的目的。本发明中主轴的转速值为单位时间内活塞完成的冲程数除以2再除以波状轨道波峰的个数。曲轴连杆式活塞发动机的机匣的轴线为两条相互垂直的直线，而本发明中主轴的轴线与活塞和汽缸的轴线重合。

由于活塞的往复运动规律取决于轨道的起伏规律，因此人们可以权衡利弊设计成非正弦规律的轨道，从而彻底摆脱曲轴连杆机构机造成的活塞只能按正弦规律往复运动的束缚，大大拓宽了设计面。人们可以从燃气作功、部件的受力情况、良好的换气、各行程主轴转角的分配等多方面综合考虑，设计出更加合理的轨道来确定活塞的往复运动规律。

振动是往复式活塞发动机的大问题，曲轴连杆机构的活塞发动机要作到较好的平衡是比较困难的，机构复杂、重量大、造价高是主要问题。波道旋动式活塞发动机的平衡很容易实现，因为它只需平衡活塞的往复惯性力即可，能用简单的机构作到完全平衡。对置双缸(四缸、八缸)不用专门平衡机构就可以做到完全平衡，即无振动。

对于发动机活塞轴线处于竖直、汽缸盖在上的放置状况讲，波道旋动式活塞发动机在工作时，活塞与汽缸之间的摩擦力理论上为零，实际上也非常小。这是因为活塞只受到上下方向的压力和轨道与销子间的压力作用，且后者在侧向上又没有分量，这是曲轴连杆机构根本无法做到的。显然它能大大延长活塞与汽缸的使用寿命。

曲轴连杆式活塞发动机的机匣的轴线为两条相互垂直的直线，而本发明中主轴的轴线与活塞和汽缸的轴线重合，整个机体的轴线能成为一条直线，使整机结构简单、体积小、重量轻，外观趋于流线形。

对于一般的工作机械，曲轴连杆式发动机的曲轴转速较高，扭矩较小，为了增大扭矩，在动力轴(曲轴)与工作机械之间需要有一个减速机构。波道旋动式活塞发动机主轴的转速要慢得多，扭矩要大得多。以波状轨道有三个波峰的发动机为例，活塞需完成六个冲程主轴才转一周，即6÷2÷3＝1，这相当于曲轴连杆式发动机安装一个3∶1的减速装置；这样人们就可以按照工作机的要求设计波峰的个数，以满足工作机的功率和转速的要求，从而省去减速机构，提高动力传输效率。再如，用有两个波峰的轨道机构制造成四冲程的发动机，则活塞完成四个冲程轴转一周，那么就可以把一凸轮盘直接固定在主轴上用来驱动进、排气门的开与闭，从而省去原有四冲程发动机驱动凸轮的减速机构。

波道旋动式活塞发动机虽然简化掉曲轴、连杆，但是并没有因此而增大机器的复杂程度，更没有降低发动机的性能，相反，本发明是在保持原有发动机的全部优点的基础上有如上进步的。因此，波道旋动式活塞发动机具有结构简单、重量轻、扭力大、无振动、造价低等多方面的优点。

下面以具有两个波峰的发动机为例，说明本发明的实现方案。

轨道由上波道筒和下波道筒组成，上、下波道面对应点的切线距离为轨道的宽度，这个宽度略大于销子的直径，以保证销子既能在轨道中灵活运动，又无过大的跳动。上波道筒本身就是汽缸，附图中，图1所示为汽缸和上波道，汽缸内表面的上部及整个汽缸外部的结构与现有的完全相同，只是汽缸的下端面为二分之一波道；图4为下波道筒，它的上端面为二分之一波道，它与上波道共轴线，上、下波道筒共同组成完整的波状轨道。

活塞的外部结构如图2所示，活塞上部结构与现有的活塞基本相同，裙部可以做得很短，活塞下面是顶柱，销子固定在顶柱的下端。

图3所示的主轴上部是一厚壁圆管，沿圆管纵向开有槽道，槽道的宽度略大于销子的直径；销子在主轴的槽道中能灵活的上下运动，主轴在销子的驱动下只作旋转运动。

当汽缸内的混合气燃烧时，活塞的上端面受燃气的压力，下端的销子受轨道的作用力，使活塞在向下运动的过程中，必须以其轴线为轴向某一方向转动，这个扭转力矩通过销子驱动主轴，从而把混合气燃烧产生的热能通过这样的装置转化为人们所需的旋转动能。

Claims (3)

1、一种波道旋动式活塞发动机，利用具有起伏的环形波状轨道、销子和槽道间的作用，取代以往的曲轴连杆机构；波道旋动式活塞发动机与曲轴连杆式活塞发动机的共有技术特征是：活塞都是圆柱形的，活塞的直径比汽缸的内径略小，活塞在汽缸内灵活地作往复运动的同时，还应保证良好的密封；通过汽缸内高压燃气的膨胀推动活塞，完成能的转化过程；波道旋动式活塞发动机与现有的曲轴连杆式活塞发动机相比其特征是：利用波状轨道、销子、主轴及槽道将活塞的往复直线运动转化为旋转运动，而不是利用曲轴连杆作这样的传动；波状轨道由两个相对的圆周凸轮组成，凸轮表面就是波道面，上、下波道面对应点的切线距离为轨道的宽度，这个宽度略大于销子的直径，安装在活塞下部的销子两端处在轨道中，销子的轴线总是与波道面平行的，销子的外圆面与波道面为相切关系，也是传动机构的摩擦面；主轴上有与轴线平行的纵向槽道，这个槽道的宽度比销子的直径略大，使销子既可以在槽道内灵活地上下滑动，又不会有框动；发动机在工作时，销子受轨道的束缚，又受活塞、主轴等元件的共同作用下做往复运动、同时也作旋转运动，销子的旋转运动推动主轴输出动力；轨道上波峰与波谷之间的距离就是活塞的行程。

2、如权利要求1所述的发动机，波状轨道的波峰数可以是两个，也可以是两个以上；波状轨道的侧面展开图可以是按正弦规律的，也可以是按非正弦规律的。

3、如权利要求1所述的发动机，波道旋动式活塞发动机活塞的轴线与主轴的轴线可以重合。

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