CN1325780C - 直筒轴内轨式内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直筒轴内轨式内燃机。随着人类的进步内燃机用量越来越多，燃料消耗量越来越大，因此节约能源已是人类的当务之急，本发明提供一种全新概念的直筒轴内轨式内燃机，利用气缸内的压缩气体做功使活塞杆推动直筒轴转动和膨胀转动环腔体设计使燃气充分燃烧，完成了内燃机的四个冲程，又使力直接作用于直筒轴上使其转动，为充分达到燃料燃烧做功加大了直筒轴凹槽的做功段的轨迹曲线长度和时间，达到了节能的目的。此设计可用于蒸汽机、水泵、压缩机等方面。

Description

直筒轴内轨式内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机，特别涉及一种直简轴内轨式内燃机。

背景技术

目前世界上内燃机采用的都是曲轴连杆式，其工作原理是通过燃料在气缸中燃烧膨胀推动活塞上下往复运动完成做功、排气、吸气、压缩四个冲程，同时活塞杆带动飞轮运动使曲轴转动，活塞在各冲程中行程距相等，各冲程间转角也相等(为180°)，这一点限制了其做功能力的发挥，随着人类的进步消耗在内燃机的燃料越来越多，节约能源已是当务之急。

发明内容

本发明提供一种全新概念的直筒轴内轨式内燃机，它是在曲轴连杆式内燃机四冲程工作原理的基础上，对原来的一些内在结构及做功方式进行全新的改进，其依据的工作原理是1.有一个端面为曲面的圆柱体，通过一个上下垂直运动的直杆给曲面施加一个外力时，可推动圆柱体绕其轴心线转动，当外力撤销时，圆柱体依惯力转动，而直杆可在其曲面上随曲面线作上下往复运动；2.是在一个相对于一个固定的柱体可旋转的环腔上固定一动舌片，在柱体上固定一定舌片而形成一密闭腔体，当向此腔体内通入压缩气体，气体的膨胀力可使可旋转的环腔相对固定的柱体旋转起来。本发明基于以上两种现象的结合利用曲轴连杆式内燃机的汽缸活塞运动加大做功冲程的转角和时间使燃料更充分燃烧，并变曲轴为直筒轴的设计，直接把力作用于转轴上降低能耗达到了节能效果。

所采用的技术方案是：一种直筒轴内轨式内燃机其特征在于：包括有中轴、套装在中轴上的缸座、直筒轴、缸座盖、气门控制盘、在缸座里安装的气缸、活塞、活塞杆、固定在缸座盖上的进气管、排气管、进气门、排气门以及由内舌片外舌片外环体组成的膨胀环，缸座为与外界的相连固定体，直筒轴套装在缸座外，并一同安装在中轴上，使直筒轴固定在中轴上并相对于缸座转动，汽缸固定在缸座内，并使气缸内的固死于活塞上的活塞杆的拐头部分插入在直筒轴内壁上的曲线轨迹的凹槽里，在缸座的外柱面上连通膨胀转动环与气缸的连通孔口边固定一内舌片，在缸座的外柱面上部还安有进气引导管、排气引出管，其中进气引导管通过缸座和缸座盖的通孔与进气管相通，排气引出管通过缸座的内通孔与膨胀转动环的腔体相通同时又与缸座盖上的排气管相通；外环体套置于缸座的外柱面上，使膨胀转动环的外环体开口侧的下端面紧固在直筒轴上，外环体腔内凸起状外舌片里的弹片在其下面压簧的张力作用下顶紧在缸座外柱面上；环状进气管和环状排气管径向由内向外排列固定在缸座盖的上端面，在进气管、缸座盖上固定有进气门，进气门开时使气缸与进气管相通，在排气管和缸座盖上固定有排气门，排气门开时使气缸与排气管相通，缸座盖穿过中轴排气引出管，其下端面固定在缸座的上端面上；气门控制盘固定在中轴上，并使进气门的顶杆和排气门的顶杆顶压在气门控制盘下端面和缸座盖下端面之间，中轴及气门控制盘、膨胀转动环直筒轴同步相对于外界固定的缸座缸座盖转动。

本发明的有益效果：由于采用了直筒轴上曲线凹槽和膨胀转动环的设计。1、加大了做功冲程的时间和转角，在每360°的转角内，做功转角可大至90°-125°。2、变连杆曲轴为直筒轴的设计，使活塞在气缸中的磨损减小，传动能耗降低。3、从原来活塞连杆的往复运动转化为曲轴的圆周运动改为直接作用于圆周上做功产生圆周转动，降低能量损耗。4、可灵活的调整各冲程中活塞运行的行程距和各冲程间发生的夹角。5、使燃料气体燃烧膨胀的空间延伸至气缸外的膨胀转动环内，使燃料燃烧更充分，达到了节能效果。

此设计还可更进一步的具体的按汽油机和柴油机来设计，也可将膨胀转动环设计应用在蒸汽机或水泵、压缩机等方面。

附图说明

图1是本发明的结构主视图

图2是本发明的结构C-C剖面图

图3是本发明的直筒轴凹槽轨迹曲线展开图

图4是本发明的膨胀转动环结构B——B剖面图

图5是本发明的缸座结构示意图

图中：1.中轴，2.缸座，3.直筒轴，4.缸座盖，5.气门控制盘，6.膨胀转动环，7.气缸，8.活塞，9.活塞杆，10.进气管，11.排气管，12.进气门，13.排气门，14.内舌片，15.外舌片，16.凹槽，17.连通孔，18.进气引导管，19.排气引出管，20外环体，21.压簧，22.内通孔，23.直槽，24.进气孔，25.进气凸起，26.排气凸起，27.弹片。

具体实施方式

本发明以三缸四冲程直筒轴内轨式内燃机为例，四个冲程使中轴转动的夹角为360°，其中做功冲程120°，压缩冲程90°吸气和排气冲程各为75°，各冲程中活塞行程距为：做功和排气冲程中活塞行程距多于排气和压缩冲程中活塞行程距一个活塞厚度。

如图1、图3所示，直筒轴3内壁上的凹槽16的轨迹曲线是：在做功冲程燃料的膨胀力使活塞杆9向下垂直运动，并由活塞杆9的拐头将力传递给凹槽16使直筒轴3转动，当活塞8到达气缸7的连通孔17内舌片14又未打开处时，直筒轴3转角为37°，凹槽16轨迹为从最高点向下弯曲状的合成曲线，设此曲线最低点为0点，当活塞8继续向下运动，气缸2上的连通孔17上的内舌片14被打开，压缩气体进入膨胀转动环6的外舌片15和气缸7上的内舌片14组成的密封腔体中，推动膨胀转动环6及固定在一起的直筒轴3又转动83°，活塞杆9向下运动到最低点并在凹槽16内水平移动，凹槽16轨迹为从0点继续向下圆滑弯曲并折弯后成直线，气缸7和膨胀转动环6内的气体通过排气门13和缸座2上的内通孔22排出；固定在一起的膨胀转动环6和直筒轴3依靠其转动惯力合力继续转动240°，其中75°为排气冲程凹槽16给活塞杆9一个向上力，使活塞杆9从最低点向上垂直运动到最高点，凹槽16轨迹为向上弯曲至与初始点相同高度的合成圆滑曲线；然后75°为吸气冲程凹槽16给活塞杆9一个向下的力使活塞8从最高点向下垂直运动到气缸7的连通孔17上方内舌片14刚未打开处，凹槽16轨迹为向下弯曲至0点线的合成圆滑曲线，最后90°为压缩冲程凹槽16给活塞杆9一个向上的力，使活塞8向上至最高点，凹槽16轨迹为0点线向上弯曲至最高点合成圆滑曲线并使凹槽16的轨迹曲线首尾相接。

如图1图、4所示，膨胀转动环6是一个内侧开口的外环体20，其内腔截面为一矩形，在内腔底壁上有一个圆滑的凸起状外舌片15，其凸起高度与内腔深度相同，宽度与内腔宽度相同，在外舌片15的顶部位置有一半通孔，内放置两个压簧21和一个弹片27。

如图1、图5所示缸座2是一个直径不等的两个圆柱体组成，在大直径圆柱体上有三个等距等径的圆孔以固定气缸7，在孔的底面至以下的小直径圆柱体的外柱面上有一个直槽23，活塞杆9只能在其内上下垂直滑动，在缸座2固定气缸7的的外侧面，上有一个连通气缸7和膨胀转动环6内腔的连通孔17，孔口边固定一个内舌片14，使其能沿柱面做0-90°转动，当弹片27滑动在内舌片14上时使内舌片14正盖住连通孔17并压紧在缸座2的外柱面上，当弹片27通过了内舌片14时，内舌片14可张开弹压在膨胀转动环6的腔壁上，在缸座2内还有三个L形内通孔22，其上孔口在缸座2的上端面与缸座盖4上的排气管11相通，下孔口在缸座2固定膨胀转动环6以后相对其腔体的外柱面上，其中有一内通孔22还有一中孔口在缸座2柱面的上部，以连接排气引出管19，在缸座2轴心有一个圆孔与中轴1相配合。

如图1、图2所示，将三个气缸7固定在已装有三个内舌片14的缸座2的上端面的三个孔内，使气缸7内活塞杆9拐头插靠在缸座2下侧面对应的三个直槽23里，将直筒轴3套装在缸座2外，活塞杆9的拐头插入在直筒轴3内壁的凹槽16里，然后使活塞杆9固定在活塞8上，当直筒轴3转动时，活塞杆9的拐头可沿直筒轴3内壁的梯形凹槽16的曲线轨迹作相对移动，而带动活塞8上下往复运动；将套在一起的缸座2、直筒轴3套装在中轴1上使直筒轴3与中轴1为紧配合，与外界固定在一起的缸座2与中轴1为滑动配合；缸座2的L形内通孔22在柱面上部的孔口与排气引出管19相连，L形进气孔24的下端口与进气引导管18相连。使膨胀转动环6的外环体20开口腔体对着缸座2，其上端面紧靠在缸座2的外圆柱面成动配合，其下端面用螺钉固定在直筒轴3上，使膨胀转动环6的外环体20腔体内的外舌片15里的弹片27在压簧21的弹力作用下，压紧在缸座2的外圆柱面上。

如图1所示将截面为半圆的环状的进气管10、排气管11径向由内向外排列焊接在缸座盖4的上端面，穿过进气管10和排气管11的顶端至缸座盖4下端面相对于三个气缸7的位置固定一个进气门12、一个排气门13，并将缸座盖4穿过中轴1并固定在缸座2的上端面上。气门控制盘上有直径分别与进气门12、排气门13直径位置相同的两个凸起，一个是进气凸起25一个是排气凸起26，进气凸起25的弧度为75°并从此角度紧接排气凸起其弧度为75°，气门控制盘5有凸起的端面面向缸座盖4固定在中轴1上，由于气门控制盘5的转动，使进气门凸起25和排气门凸起26交换压迫进气门13和排气门14的开启与关闭。

安装后的初始位置为：其中一个气缸7中的活塞8在气缸2内的最高点，此气缸7的连通孔17外的内舌片14打开压靠在膨胀转动环6的内腔壁上，弹片27顶压在距此气缸7的连通孔17的中心位置延后37°处，同时此气缸7上的进气门12、排气门13为关闭状态。

Claims (3)

1.一种直筒轴内轨式内燃机，其特征在于：包括有中轴(1)、套装在中轴(1)上的缸座(2)、直筒轴(3)、缸座盖(4)、气门控制盘(5)、在缸座〔2〕里安装的气缸(7)、活塞(8)、活塞杆(9)、固定在缸座盖(4)上的进气管(10)、排气管(11)、进气门(12)、排气门(13)以及由内舌片(14)外舌片(15)外环体(20)组成的膨胀环(6)，缸座(2)为与外界的相连固定体，直筒轴(3)套装在缸座(2)外，并一同安装在中轴(1)上，使直筒轴(3)固定在中轴(1)上并相对于缸座(2)转动，汽缸(7)固定在缸座(2)内，并使气缸(7)内的固死于活塞(8)上的活塞杆(9)的拐头部分插入在直筒轴(3)内壁上的曲线轨迹的凹槽(16)里，在缸座(2)的外柱面上连通膨胀转动环(6)与气缸(7)的连通孔(17)口边固定一内舌片(14)，在缸座(2)的外柱面上部还安有进气引导管(18)、排气引出管(19)，其中进气引导管(18)通过缸座(2)和缸座盖(4)的通孔与进气管(10)相通，排气引出管(19)通过缸座(2)的内通孔(22)与膨胀转动环(6)的腔体相通同时又与缸座盖(4)上的排气管(11)相通；外环体(20)套置于缸座(2)的外柱面上，使膨胀转动环(6)的外环体(20)开口侧的下端面紧固在直筒轴(3)上，外环体(20)腔内凸起状外舌片(15)里的弹片(27)在其下面压簧(21)的张力作用下顶紧在缸座(2)外柱面上；环状进气管(10)和环状排气管(11)径向由内向外排列固定在缸座盖(4)的上端面，在进气管(10)、缸座盖(4)上固定有进气门(12)，进气门开时使气缸(7)与进气管(10)相通，在排气管(11)和缸座盖(4)上固定有排气门(13)，排气门开时使气缸(7)与排气管(11)相通，缸座盖(4)穿过中轴(1)排气引出管(19)，其下端面固定在缸座(2)的上端面上；气门控制盘(5)固定在中轴(1)上，并使进气门(12)的顶杆和排气门(13)的顶杆顶压在气门控制盘(5)下端面和缸座盖(4)下端面之间，中轴(1)及气门控制盘(5)、膨胀转动环(6)直筒轴(3)同步相对于外界固定的缸座(2)缸座盖(4)转动。

2.如权利要求1所述的直筒轴内轨式内燃机，其特征在于：直筒轴(3)内壁上的凹槽(16)轨迹曲线为当气缸(7)完成做功、排气、吸气、压缩四个冲程，直筒轴(3)转动一周，直筒轴(3)内壁上的凹槽(16)轨迹是一条首尾相接近似波浪状曲线，在做功冲程转动角为90°～125°，凹槽(16)轨迹先为弯曲下滑曲线，直到活塞(8)通过连通孔(17)至最低点后为平直线，接着是排气冲程转动角度在70°～75°夹角内，凹槽(16)轨迹为弯曲向上曲线，当活塞(8)至最高点时止，然后是吸气冲程转动夹角在70°～75°夹角内，凹槽(16)轨迹为弯曲向下曲线，直到活塞(8)至气缸(7)的连通孔(17)排气前，最后是压缩冲程，转动夹角在85°～90°夹角内，凹槽(16)轨迹为弯曲向上曲线，至到活塞(8)至最高点上，形成一首尾相接的曲线。

3.如权利要求1所述的直筒轴内轨式内燃机，其特征在于：膨胀转动环(6)是由一侧面开口的外环体(20)和一个固定在缸座(2)上的内舌片(14)等组成，在外环体(20)的内腔底部有一凸起状外舌片(15)，其高度与外环体(20)的内腔深度相同，宽度与内腔宽度相同，在外舌片(15)的顶部有一矩形半通孔内放置压簧(21)和弹片(27)。

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