CN87203213U - 压缩比可调式转子内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种动力机械装置。现在使用的内燃机是往复活塞式，这种内燃机存在着零件数量大，曲轴等部件加工困难，比功率难以提高等问题，本实用新型是在气缸内燃料燃烧推动活塞往复运动时，通过斜盘作用，转换成气缸的旋转运动，转子是一个有若干个沿圆周布置的气缸组成的气缸体，用平面滑阀配气。本实用新型具有体积小，惯性及震动性小，转速范围大。压缩比可调等特点。

Description

本实用新型涉及一种动力机械装置。

现在使用的内燃机，是往复活塞式，这种内燃机的历史悠久，制造使用经验比较丰富，但存在着零件数量大，曲轴等部件加工困难，整机体积大，比功率难以提高等问题。本实用新型是设计一种新型结构的转子内燃机，以弥补上述内燃机的不足。本实用新型的转子内燃机，在国内外发表的文章上均未见到。

本实用新型目的是提供一种轴向活塞压缩比可调的转子内燃机给使用者带来方便。

本实用新型的特征是配气盘安装在气缸盖与气缸体之间，气缸圆形分布在气缸体内，曲轴连杆机构由斜盘机构代替，配气盘按配气相位要求开有n＋1／2个配气孔，配气盘与气缸体的转速比为n／n＋1，斜盘的斜面通过滚动轴承安装在盘座上，将活塞的直线运动变为转动的斜盘与活塞尾部铰链连接的滑靴在气缸体的旋转过程中始终保持接触状态，斜盘与可调整其斜角以便改变压缩比的蜗轮蜗杆相连接，斜盘的旋转轴必须通过活塞的上止点，能使活塞与缸套在随气缸体公转的同时产生相对旋转运动的滑靴位于活塞的尾部并用圆柱销铰链连接，喷油泵安装在气缸盖的中心部分，两个气道半圆形的分布在气缸盖内，可以被配气盘依次接入两气道并作圆周运动的气缸体上至少分布三个气缸，气缸体外侧铸有不与转轴垂直的可起水泵叶片作用的连接筋，输出轴的前端支承在旋转的配气盘中心。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明，本实用新型的设计思想，是受轴向柱塞式液压马达的启发，在可以往复运动的活塞后安装一个斜盘，当活塞杆受力作用压向斜盘时，斜盘对它的反作用力并不沿其轴线，而是成一夹角，如果活塞又可围绕由此夹角两边所构成的平面之外的一轴线旋转，则在此反力作用下，就会产生旋转运动。也就是，相对呈往复运动的一对活塞和气缸，在斜面（斜盘）作用下，将相对的直线运动转换成为同时围绕轴心的转动。与液压马达进油，排油道相似布置，内燃机进、排气道分置上下止点连线的两侧，孔形也类似液压马达的配油盘。气缸安装在可绕固定中心旋转的缸体上，若干个缸与中心距离相等，成圆形分布。这种进、排气均由气缸顶部进行的布置，作为四冲程机是方便的。这种情况，气门换气是不适用的。所以在缸体与气道之间设计了一个配气滑阀。滑阀旋转与缸体同心，但转速不同。它应满足在特定的气缸转角位置，将其接入进气道或排气道，或者封闭气缸，以便活塞对缸内充量压缩或燃气燃烧作功，配气盘转速低于缸体转速。这对降低磨损、提高密封性有利，其速比应为n／（n＋1）（n为气缸数）。配气盘上配气孔数则应为（n＋1）／2。按内燃机点火间隔均匀的要求，气缸数为单数。即气缸依次经过上止点时，两个点火作功的气缸之间，隔一个不点火的处于进气阶段的气缸－间隔着依次点火。这时缸数只能是单数。按动平衡要求它又不能为单缸机。但气缸数多，则易造成进、排气中，各缸相互影响；也易使转动部分惯性过大。本设计选择了三缸机和五缸机。由于此机燃室是在空间旋转的，我们就遇到了燃料供应和点火两个问题。如用电火花点火的燃料燃烧方式，则火花塞电源引入就难以解决。用电刷引入高压点火电源是不可靠的。而固定火花塞则每次点火后，火花塞上点火间隙不能为新鲜充量清洗，造成点火困难。所以采用柴油为燃料，压燃点火是可行而方便的。并可将燃油喷射泵与内燃机溶为一体。采用斜盘带替曲轴、连杆将往复直线运动转换为转动，不但使机构简单，零件减少，更主要是可以很方便地实现内燃机压缩比调整。它只要改变斜盘倾角就可以。

本实用新型的总体结构（见图1、2）。

气缸O型布置于内燃机旋转轴心圆周。分布圆（气缸中心位置）直径与缸径比D／d    2n／π。在结构允许下，此值小些可减小发动机尺寸。但活塞冲程亦会减小。活塞的往复运动与该轴线平行。活塞杆尾部装有滑靴，通过滑靴与斜盘接触，斜盘倾角可在16°～24.5°间调整，以满足内燃机不同运转状态下，对其压缩比的要求（ε＝16～23）。缸体与斜盘之间装一鼓轮。其作用是使斜盘对活塞杆的反作用力所造成的颠覆力矩被抵消，而不影响活塞与缸套的配合。

本机配气机构采用平面滑阀配气。尽管它不同于传统的气门配气机构，但并不陌生。二次大战前。柏林阿德斯勒斯霍夫航空实验所（DVL）已发展并完善了这种配气机构。目前兰西亚（Lancia）公司基于某种思想，把它用于V₄发动机上。这是一种结构简单紧凑，没有惯性力及震动危害的有效机构。它使得此机构部分零件数大为减少，零件的热负荷也大大降低。同时由于进排气流通口径接近于气缸直径，使充气系数提高，内燃机的动力性能也提高了。

本实用新型的气缸套与缸体的结构（见图1、2）。

缸套头部制成直径不同的阶梯状。作用是在保证通气口径情况下，使缸内燃料燃烧产生的压力将缸套压向配气盘。这有利于提高密封的可靠性。

阶梯孔中间由圆锥面过度。这样燃料燃烧产生的膨胀气体通过过渡面时不会产生涡流现象（膨胀前锋不会骤然变化）。

气缸头部装有两道燃气密封环。第一道环工作条件较差、高温高压、冷却不好。其波形弹簧采用记忆合金制造，如有失效，第二道环可以补偿。汽缸套装入缸体后，应略高出缸体端面0.03～0.07毫米。并在机械运转时保持不超出此最大值。缸套轴向定位台肩在缸套头部。装配方向是从前部（缸体装入，并保证与配气盘有一定的压紧力，而不可相对转动。其材料用灰铸铁。缸体按气缸数铸出外侧开口的环状腔体（参见图2）。缸套装入后。其内壁有3～4mm间隙。冷却水通过中空的缸体，沿缸套外壁流过，靠缸体旋转产生的离心力，从环腔外侧开口流出。各腔体外有胁相连接，这些胁并非垂直于旋转轴，而有一定倾角（15°左右）。其作用不仅起支承，而且是象水轮扇叶一样，驱动缸体外壁冷却水加速流动。它的倾斜方向应在缸体旋转时，可将水压向缸套头部方向。在内燃机壳体上的出水口亦在靠近缸头区域附近。空心的输出轴与缸体紧配合，并用双键联接。冷却水通过此轴导入缸体。输出轴前端以配气盘中心支承。它们的相对转速较低。轴承磨损量很小，寿命长。此轴的另一支点若在斜盘以外设立，则轴承间隔大，轴的钢度低。为解决这一问题，利用斜盘中心孔与输出轴空隙较大一侧，从壳体上伸入一半臂支承座，可大大缩短支承距离（见图1）。

本实用新型的斜盘与压缩比调整（见图1）。

斜盘由盘座，滚动轴承，盘面及压盘组成。在活塞杆尾部铰链连接滑靴装置，它应在旋转状态下可靠地依靠在盘面上，这在进气冲程中是十分必要的（尤其是在没有进气增压的情况下）。用圆柱销铰链连接滑靴后，活塞的运动就更为复杂。就转动而言，在随缸体旋转（公转）同时，活塞相对气缸体有一反向相对旋转，这两个转速是相同的，这种相对转动增强缸内燃气涡流有利，是我们所追求的，但活塞与缸套磨擦产生的扭矩会使靴面脱离盘面。压盘就是为防止脱盘而设立的。盘面安装在一个滚动轴承上，滑靴可以带动它一起旋转从而使盘面与活塞杆的，磨擦反力及磨损大大减少。斜盘为调整压缩比变化其倾角时，转动中心应垂直于内燃机转轴并通过上止点，以保证活塞在其上止点的位置不变。调整机构同蜗轮副。它有承载及自锁能力。而蜗轮是靠与其相联的齿轮、齿条驱动，改变内燃机压缩比，只要拉动与齿条相联的操纵手柄即可实现，并可在机械运转状态下实施。使发动机在各种环境下都能以最佳工作状态运转。如果配以类似于调速器的自动调整装置，则可实现压缩比自动调解。

本实用新型的配气机构（见图3）。

配气盘用齿轮驱动旋转。与缸体的转速比根据气缸数确定。五缸机为5：6，三缸机为3：4，配气孔数，五缸机3个；三缸机2个。配气盘的冷却较困难。其内部水冷使结构复杂化。靠其它部件热传导冷却，应尽量降低其厚度；除靠近中心部位安装喷油器的结构需要外，厚度愈低，内外温差愈小，冷却愈好。在配气孔表面及靠近缸体一侧涂陶瓷涂层，是提高配气盘可靠性，保证其特性的必要手段，而滑阀配气，平稳，无冲击也保证了这项技术的应用。配气盘孔应与进气道、排气道联合设计，它包括配气孔分布角（气缸被接入配气孔，至完全脱离配气孔过程中所经过的配气孔通道部分对应的圆心角）。进气道分布角，起始、终止相位角，排气道分布角，起止相位角。配气孔从气缸排气位置接入，至充气结束脱离气缸，设计排气相位是，始点在下止点前30°，终点在上止点后15°，为减轻配气盘的热负荷，在配气孔接入气缸开始排气时，要求配气孔与排气道已有一定开口度，它所对应的圆角应3°～4°或更大些。进气过程则从上止点前20°左右开始至下至点后20°终止。并在下止点前40    开始进行定向充气，以增强充量的蜗流状态。根据上述设计要求，我们就可以确定进、排气道相对上下止点的分布位置及配气孔分布角和形状。配气孔脱离气缸孔后，配气盘上无孔道部分就将气缸封闭，使其进行压缩和燃烧作功过程，喷油器安装在配气盘两个配气孔之间，随配气盘旋转。这就要求其结构紧凑、可靠。能否小型化是决定是否采用的关键。如果喷油器径向放置，则有足够的空间。但受热影响较大，并且内燃机转速也影响到它的性能。对喷油器供油可以是一台独立的喷油泵。也可以将转子分配式喷油泵设计在内燃机内部。这样作可使整机结构紧凑。图1给出的设计属于后者，喷油器数量为（n＋1）／2，即五缸机3个、三缸机2个喷油器，每个喷油器由各自的柱塞供油，每转一周动作一次。喷油泵柱塞为阶梯形，伸出量固定。所以喷油泵端面凸轮仅制出凸起部分既可。最大喷油量是可调的，而喷油提前角则用与凸轮联接的螺纹付调整。方便而无需打开泵体。喷油量用泵内一起节流作用的阀杆，控制进入柱塞前端燃油量来实现。这个阀杆是各柱塞共用的，可保证各缸供油相等。在输出轴前端，安装一叶片与喷油泵进油器对应。它起到向喷油泵柱塞供油的输油泵作用。

本实用新型具有结构紧凑，体积小，惯性力及震动性小，转速范围大，压缩比可调等特点。

附图1为本实用新型总体结构图。

图中1为配气盘，2为气缸盖，3为气缸体，4为气缸，5为斜盘斜面，6为滚动轴承，7为盘座，8为滑靴，9为蜗轮蜗杆，10为圆柱销，11为喷油泵，12、13为气道，14为连接筋，15为输出轴。16为压盘，17为鼓轮。

附图2为本实用新型气缸套与缸体结构图。

附图3为本实用新型配气机构示意图。

附图1为说明书摘要附图。

实施例：

以气缸直径100mm3气缸机为例。气缸套头部通孔直径80mm。套壁厚应尽可能小，它用过盈配合压入分布有3个气缸位置孔的气缸体中。缸套头部的外壁有台肩作轴向定位，尾部有胶圈作防水密封。缸套装入缸体后，端面应高出0.03～0.07mm，使其自身总是保持与配气盘接触，起主要隔气作用。活塞头长度（高度）约是缸径的0.9～1.1倍。由于不受侧压作用及其杆部有鼓轮支持，长度可以尽可能减小。活塞杆与活塞头为一体结构。这样设计可使头部结构对称，各向的热变形一致。杆径40～50mm。两部分的过渡处向活塞头内凹入，使冷却油可直接喷入活塞内表面进行冷却，由于转子是由若干气缸组成，各缸零件重应尽可能降低使转子转动惯性不致过大，并有良好的动平衡性。活塞是气缸内的“大件”，应采用轻金属制造。如铝合金压铸，并保证各活塞相互一致性。与滑靴的连接销直径14mm。斜盘各件主要用耐磨、减磨铸铁制造（如中硅钒钛低应力耐磨铸铁）。为使输出轴（直径50mm左右）及其支承从斜盘中心通过，斜盘滚动轴承内径在150～170mm。采用双半外圈单列向心推力球轴承。它可承受双向轴载荷。允许的转速亦较高，为保证斜盘稳定性，除两个铰链支承其摆动轴外，压缩比调整采用双蜗杆齿条并连机构，以增加一个支点，图1也给出用调整柄直接旋动蜗杆的结构形式。配气机构性能是决定内燃机性能的关键。由于通气（配气）孔径大，充、排气系数高、所以“提前角“和”延迟角”可小些。图3给出的分布形式是，排气提前角30°，延迟角15°。进气提前角及延迟角各为20°并在充气的最后40°气缸转角内进行定向充气。配气盘是用灰铸铁制造的，主要是考虑热变形及减磨特性。配气孔面积约为气缸断面面积的1.3～1.5倍，所以这种配气机构有良好的配气性能，配气盘外圆装有齿圈，通过转速控制连杆与气缸体上的齿圈连接，两者转速比为3／4。连杆主要是传递运动保证运动关系，而不是动力。其直径12mm，碳钢制造，气缸体的动平衡是很重要的。要求其重量轻，质量分布趋于旋转中心。为消除不平衡因素，可在气缸体后端面打孔（盲孔）。气缸体用铸铁或铝合金铸造。整机外形尺寸：外观直径在400以下（可按2 (π＋π)/(π) d估算。内燃机长度约为7d。其排气量在2.15～1.35升之间，n为气缸数，d为气缸直径）。

Claims (7)

1、压缩比可调式转子内燃机，由气缸体，气缸盖，配气盘，斜盘机构组成。其特征在于配气盘1安装在气缸盖2与气缸体3之间，气缸4圆形分布在气缸体内。将活塞直线运动变为缸体转动的斜盘机构带有承受双侧轴向力的滚动轴承6及斜盘盘面5，并用弹簧卡圈固定在斜盘座7上。此座与蜗杆9相连接，斜盘摆动的旋转轴通过活塞上止点，活塞尾部铰链连接一紧靠于斜盘盘面并产生相对滑动的滑靴8，防止滑靴脱离盘面的压盘16与斜盘同步旋转。

2、按照权利要求1所述的压缩比可调式转子内燃机，其特征在于配气盘按配气相位要求开有（n＋1）／2个配气孔，配气盘与气缸体的转速比n／（n＋1），式中n为气缸数。

3、按照权利要求1所述的压缩比可调式转子内燃机，其特征在于使活塞与缸套在随气缸体公转的同时产生相对旋转运动的滑靴8位于活塞杆尾部并用圆柱销10铰链连接。

4、按照权利要求1所述的压缩比可调式转子内燃机，其特征在于喷油泵11安装在气缸盖的中心部分，两个气道12、13半圆形分布在气缸盖内，可以被配气盘依次接入两气道并作旋转运动的气缸体上至少分布三个气缸。

5、按照权利要求1所述的压缩比可调式转子内燃机，其特征在于气缸体外侧铸有不与转轴垂直的可起水泵叶片作用的连接筋14。

6、按照权利要求1所述的压缩比可调式转子内燃机，其特征在于输出轴15的前端支承在旋转的配气盘中心。

7、按照权利要求1所述的压缩比可调式转子内燃机，其特征在于气缸体与斜盘之间装有可抵消斜盘对活塞杆的反作用力造成的颠覆力矩的鼓轮17。

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