CN2528939Y - 一冲程对爆内燃机 - Google Patents

Abstract

一种不同于现有四冲程或二冲程的内燃机，它进一步完善了专利号：ZL9438030.4“一冲程对爆自由活塞发动机”。其特征是：二个或二个以上对置的汽缸头，用上下齿条推动形似半边齿轮的活塞体中的上下齿条，都加装了弹性齿相互连锁构成连锁机构，另外设计了三种对称连杆曲轴机构，使对置活塞与曲轴连锁解决对置活塞往复运动变同向回转运动，和在主轴上安装了可调凸轮泵油机构及回转式压气机或废气涡轮增压扫气，它是一种转速高功率大重量轻的内燃机。

Description

一冲程对爆内燃机

技术领域

本实用新型涉及内燃机领域。

背景技术

就申请人所知，现有内燃机应用最多的，不外四冲程和二冲程及自由活塞燃气轮机组。四冲程内燃机每两转才产生一次工作冲程，机体笨重，造价高。再则膨胀冲程设计过长，则机组结构增重，得不偿失，设计短，机重虽减轻，但燃气末得到充分膨胀，大部分由排气带走，效率降低。而现有自由活塞燃气轮机组或自由活塞流体泵通过流体马达作动力不能直接推动主轴转动，结构复杂。专利号：ZL9438030.4“一冲程对爆自由活塞发动机”是97年11月由中国专利局授权的最新技术，但在实践中发现活塞体与主轴回转难以同步运行，活塞太自由，另外泵油机构也很难调节，因而达不到预期的目的。

发明内容

本实用新型要解决的问题是完善“一冲程对爆自由活塞发动机”。其特征是：二个或二个以上对置的汽缸头，用上下齿条推动形似半边齿轮的活塞体中的主轴作同向回转，其中上齿条的右端和下齿条的左端加装了弹性齿，使形似半边齿轮与上齿条脱离接触时，已与下齿条中的弹性齿挂勾，整个活塞体与主轴构成了连锁机构，解决了对置活塞往复运动变成了同向回转运动，使主轴对外作功。另外设计了三种对称连杆曲轴机构，使对置活塞与曲轴连锁起来，将对置活塞的往复运动变成定向同步回转运动。另外在主轴(包含弯地轴输出部分)上安装了可调动的凸轮，在凸轮的左右边，安装了高压油泵，解决了点火迟早问题，并设计了有上述连锁机构的多组成对对爆机组，有公共的主轴、飞轮和扫气装置与储气管。技术方案

一冲程对爆内燃机，包括供油装置、点火装置、扫气装置，两端装有两个相互对爆的汽缸头的管形汽缸，汽缸内设置一对相互对置的左右活塞，中间置主轴飞轮。它的特征是：主轴上设置有可调动的凸轮，凸轮两侧各安装一个高压油泵，并设置有变对置活塞往复运动为回转运动，同步运行的连锁机构。有益效果

1)由于主轴每一回转有两次作功冲程，为现有四冲程内燃机的四倍，故转

速大大提高，重量大大减轻，生产成本与同功率内燃机相比也成倍地降低，

外形尺寸大大地缩小，应用范围相应增加。

外形尺寸大大地缩小，应用范围相应增加。

2)便于将汽缸加长以增加膨胀冲程，提高其热效率和功率，造价却差不多。

3)齿条式推动主轴上形似半边的齿轮作回转运动，扭力不变，机械效率提

高，活塞也不产生偏磨，使用寿命长。

4)便于采用卧式安装在车辆上，降低其机身高度，增大汽车和拖拉机前部

空间，便于增加座位。

5)可设计成超轻型大功率机，安装在直升飞机、民用航空上，也可取代现

有舰船、火车上的笨重柴油机，并可增大其功率。

6)可利用各生产内燃机现有厂及原有产品市场，对零部件和生产线加以改

造，设计成新机型的生产线，快速上马，增加市场竞争力。

7)如果普遍推广这种机型，改造现有车辆舰船火车上的内燃机，不仅可为

国家创造巨大财富，也可为国家节省大量金属钢材。

附图说明

图1双缸对爆一冲程内燃机剖示示意图。

图2双缸对爆一冲程内燃机俯视图。

图3多缸对爆(四缸、六缸、八缸......)一冲程内燃机机组排列图。

图4上下齿条往复式连锁机构[1]型。

图5上下齿条往复式连锁机构[2]型

图6对称连杆曲轴机构(1)型。

图7对称连杆曲轴机构(2)型。

图8对称连杆曲轴机构(3)型。

图9反顺棘轮上下齿条偏置换向机构。

图10主轴上直接安装凸轮来调节泵油时间的装置。

图11冲程可按需要增长示意。

具体实施方式实施举例1：

如图1所示，是双缸对爆内燃机的一种机型剖视示意图，图2为其外形俯视图，其各部名称如下：汽缸1、左活塞2、上齿条3、上齿条弹性齿4、主轴5、右活塞6、轴承7、飞轮8、输出轴法兰9、下齿条10、下齿条弹性齿11、预燃室12、汽缸盖13、左扫气活塞14、右扫气活塞15、形似半边齿轮16、左隔板17、左进空气笛簧阀18、扫气逆止阀19、扫气储存室20、左扫气孔21、左排气孔22、连杆23、右隔板24、右进空气笛簧阀25、右排气孔26、右扫气孔27。

其各零部件的静动态结构及相互位置关系如下：预燃室12固定在两端汽缸盖13上，两端汽缸盖13与汽缸1固接。左隔板17固接在汽缸1左端，右隔板24固接在汽缸1右端，隔板中心有小孔，两端连杆在隔板中央连接左右活塞2，6及扫气活塞14，15和整个活塞体作往复运动。活塞体系往复运动部件，包括左活塞1、连杆23、左扫气活塞14、上下齿条3，10、右扫气活塞15，右活塞6。上下齿条3，10与左右扫气活塞固接，主轴5中心线与汽缸1中心线垂直，其上有形似半边齿轮16与其固接，上齿条3右端安装有弹性齿4，下齿条10左端安装有弹性齿11，扫气储存室20系固接在汽缸1下边，主轴安装在汽缸1中央两侧的轴承7上。(见图2所示)。主轴上安装了飞轮8及输出轴法兰9与其固接，左隔板17上安装了左进空气笛簧阀18、右隔板24上安装了右进空气笛簧阀25。

整个工作进程如下：

如图1所示，左边活塞2已达到死点，压缩左边汽缸内早已进入的扫气(空气)喷油点火，迫使缸内活塞体(包括左右活塞及齿条连杆等)向右行，上齿条3推动半边齿轮16及主轴5顺时钟旋转，同时左活塞将其后边进入之空气压入扫气储存室20内，右活塞则压缩其早已进入之扫气至预燃室12内，当到达到右死点前油泵泵油点火，整个活塞体又向左运动，这时齿条3在形似半边齿轮之无齿部份上边不相接触，活塞体上下边齿条10推动形似半边齿轮之有齿部份回转，故主轴始终向同一方向旋转，对外作功。当右活塞向右运动时，其后边产生负压，右进空气笛簧阀25开启，进入新鲜空气，当右活塞向左运动时，首先右排气孔26打开，燃气由排气孔排出，接着其对边扫气孔27又打开，扫气由储存室20进入右边汽缸，冲走剩存之废气，同时右活塞将其后进入之新鲜空气通过逆止阀19压入储存室20内，如此左右爆炸，迫使主轴向同一方向旋转，构成了双缸轮流对爆作功，主轴每一回转，产生两次作功冲程，比一般四冲程内燃机主轴旋转两转才产生一个工作冲程多四倍，其压缩冲程系依靠对边爆炸产生之工作冲程完成的，就每端汽缸来说，只产生一次爆炸膨胀排气，进入新鲜扫气，不完成本端压缩冲程，故称一冲程对爆内燃机。这种内燃机总是两个汽缸头都在同一中心线上，一左一右共一根主轴一个机座，成对出现，如关闭一端喷油装置，则只有一端爆炸，压缩冲程就只能依靠飞轮储存的能量来进行，这时就构成了两冲程内燃机，故这种机体也可临时改作二冲程内燃机用，但功率低一倍，故只是权宜之计。它与一般两冲程不同之处，是两个汽缸头共一根主轴和一个机座，压缩冲程靠对边汽缸爆炸作功来完成。实施举例2：

以附图3为例，是多个汽缸组合，并另设公共扫气缸的一种一冲程对爆内燃机。这种设计，适用于汽车拖拉机船用动力及内燃机发电机组等。它的特点如下：

由多个相对爆炸之管形汽缸组合推动一根主轴，并另设有公共扫气缸用以扫气。此外，扫气阀安装于两端汽缸盖上，采用直流扫气，如系大型汽缸，则可用多个环形扫气阀，由于系另设有公共扫气室，故用过量空气进行扫气，以达到尽量排除缸内废气的目的。

图3为31、32、33、34四对管型汽缸，共八个汽缸头，使用一个公共扫气缸29之示意图。扫气缸29由于缸内扫气压力不大，故可用耐磨硬塑料管或塘瓷管或薄金属管制成，每行程之扫气足够应付多个汽缸同时爆炸所需要的扫气，这样既可达到燃气可获得充足的氧气供给，扫气缸材料也可多种多样。公共扫气泵由于所需扫气压力不大，也可采用相应的回转式压气机和利用废气涡轮增压，以减小所占空间和提高热效率，回转式压气机可装于主轴之前端，如图3、40，也可用三角皮带或链条带动。图中有扫气管36，公共气缸左端之扫气阀37，进空气阀28，其网形外罩为空气过滤器。左右两边有公共储气管35、30、飞轮8，主轴传力法兰9、设在管形汽缸端部之直流扫气阀38、39。公共扫气缸之截面结构，也像A-A剖面，用半边齿轮和齿条带动左右活塞作往复运动，只是两端有进空气阀28和扫气逆止阀37，采用笛簧阀结构。

由图3之A-A截面及B-B截面可以看出，各个汽缸之结构相同。有管形汽缸1、左端活塞2、齿条3、主轴5、右活塞6、预燃室12、形似半边齿轮16、排气孔22、26、扫气阀38、39。A-A剖面及B-B剖面不同的地方是活塞在管形汽缸中的安装位置。A-A系左活塞在左死点开始向右的爆炸膨胀行程，B-B系右活塞在右死点时爆炸开始向左的膨胀行程。例如附图3中有两对汽缸31、33安装位置如A-A剖面。有两对汽缸32、34安装位置如B-B剖面。这样每对汽缸结构相同，但由于安装的位置不同，相邻两对的爆炸膨胀行程方向系相反进行，这样就可平衡机组的运行，减小机脚的震动，使运行趋于平稳。汽缸越多功率越大，越需要这样组合。此外，这种组合形式尚可组合成十缸、十二缸等，如需增大功率，只需增多缸数，加长加粗主轴，即可作为大功率机组。同理，这种形式也可作为小功率的两个汽缸对爆直流式扫气机组。再就是这种多缸结构，可设计成一个整体铸造机座，两半边轴承体结构，汽缸头成对分装在机座两边。图4为上下齿条往复式连锁机构

当左边汽缸爆炸膨胀，使后边活塞到达右死点时，上齿条3推动形似半边齿轮16快要脱离接触前，为保证下齿条的向左移动与主轴回转运动保持一致，故在齿条10的左端设置了弹性齿11(其下有间隙)，半边齿轮首先与弹性齿11挂上，再才脱离上齿条3。同样当活塞体向左运动到达左死点前，半边齿轮又与上齿条3右端安装的弹性齿4挂上。有了这个机构，才可保证齿条的直线运动与半边齿轮的回转速度同步，在此，我们称之为连锁机构。图中41为固定螺栓，如果空间许可也可采用图5[2]型结构，它的作用同上，只是用垂直齿42来代替弹性齿11，其下有压缩弹簧43。图6为对称连杆曲轴机构[1]型的一种实施例

在研究中发现如功率不大，汽缸太小，不便于安装齿条传动机构，也可采用图6的对称连杆曲轴机构。其特征是左边连杆45结构与一般内燃机相同，其左端与图1中的左活塞2或左扫气活塞14绞连，右边连杆则插入左连杆压盖母接头中，用小轴心46与压盖母接头绞连，其右端则与图1中的右活塞6或右扫气活塞15绞连，用弯地轴44代替了图1中的主轴5，也取消了形似半边齿轮16和上下齿条3与10组成的传动机构。图7为对称连杆曲轴机构[2]型

这是两个半边接头连杆同安装在一根弯地轴上的结构，两边连杆仍在同一中心线上，其它亦如图6说明。图8为对称连杆曲轴机构[3]型

系公母结构。左边连杆接头为母型，右边连杆接头为公型，右边插入母接头内，同装于弯地轴上，其它亦如图6说明。图9系反顺棘轮上下齿条偏置换向结构

图中为上齿条3与顺转棘轮51接触，下齿条10与反转棘轮52齿合，当活塞向右行时，上齿条3推动棘轮51，使主轴顺时钟方向旋转，活塞向左行时，顺转棘轮51滑行，一如自行车的“飞”一样。而下边反转棘轮则方向相反，活塞向右行时，棘轮52滑行，活塞左行时，齿条10驱动下边棘轮顺时钟方向旋转，故主轴始终在一个方向转动。图10，48、50为两只高压油泵，固定在机座靠主轴的两侧

凸轮49则安装在主轴上随主轴旋转。较正凸轮碰撞高压油泵的时间，即可控制左右汽缸爆炸着火迟早，左右两边油泵与左右两端汽缸喷油器相连，主轴每一回转，给左右两端汽缸各泵油一次。图11为齿条式往复机构的冲程，可按需要增长的示意图

冲程长度是形似半边齿轮节元直径与π之乘积的二分之一，为了获得较长的膨胀冲程，以增大马力和效率，也可如附图11所示，采用双锯弓型齿条组成一对活塞体，如图中之上下齿条3与10，这样就可以采用较大的形似半边齿轮使冲程增长。

Claims (9)

1、一冲程对爆内燃机，包括供油装置、点火装置、扫气装置，两端装有两个相互对爆的汽缸头的管形汽缸[1]，汽缸内设置一对相对对置的左右活塞[2]、[6]，中间置主轴[5]、飞轮[8]，本实用新型的特征是：主轴[5]上设置有可调动的凸轮[49]，凸轮两侧各安装一个高压油泵[48]、[50]，并设置有变对置活塞往复运动为回转运动，同步运行的连锁机构。

2、根据权利要求1所述的一冲程对爆内燃机，其特征是：左右活塞[2]、[6]上有连杆[23]连接左右扫气活塞[14]、[15]，有左右隔板[17]、[24]固接在汽缸内，连杆连接左右活塞及扫气活塞在隔板中心往复运动。

3、根据权利要求1.2所述的一冲程对爆内燃机，其特征是：连锁机构包含有安装在左右扫气活塞[14]、[15]或活塞[2]、[6]上相对的齿条[3]、[10]，齿条齿合形似半边的齿轮[16]，齿轮[16]与主轴[5]固接，上齿条[3]右端安装弹性齿[4]，下齿条[10]左端安装弹性齿[11]，用螺栓[41]固定，或将垂直齿[42]，压缩弹簧[43]安装在上下齿条[3]、[10]上，代替弹性齿。

4、根权利要求1.2所述的一冲程对爆内燃机，其特征是：连锁机构包含对称连杆曲轴机构，对称连杆一端与曲轴相连，另一端与左右活塞或扫气活塞相连。

5、根据权利要求4所述的一冲程对爆内燃机，其特征是：对称连杆曲轴机构左端与左活塞[2]或左扫气活塞[14]绞连，右边连杆插入左连杆压盖中央母接头中，用小轴心[46]与压盖母接头绞连，其右端则与右活塞[6]或右扫气活塞[15]绞连。

6、根据权利要求4所述的一冲程对爆内燃机，其特征是：对称连杆曲轴机构的两个半边接头连杆同装于弯地轴[44]上。

7、根据权利要求4所述的一冲程对爆内燃机，其特征是：对称连杆曲轴机构，左边连杆与弯地轴连接的接头为母型，右边连杆接头与弯地轴连接的为公型，右边连杆插入母接头中，同装于弯地轴上。

8、根据权利要求1所述的一冲程对爆内燃机，其特征是：由多个管形汽缸[1]组合在一起，扫气装置具有公共扫气缸[29]，公共储气管[35]、[30]，直流扫气阀[38]、[39]，公共主轴[5]，公共飞轮[8]。

9、根据权利要求1所述的一冲程对爆内燃机，其特征是：扫气装置也采用回转式压气机[40]或废气涡轮增压扫气。

Images