專(zhuān)利名稱(chēng)：一種往復(fù)活塞直軸式內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，特別是一種往復(fù)活塞直軸式內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
往復(fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)，從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)一百多年了。目前世界上效率最高的內(nèi)燃機(jī)，是大功率增壓中速四沖程柴油機(jī)，其效率接近55％。除此之外，其它的很少能達(dá)到50％。普通柴油機(jī)的效率大約在30％～40％之間，而汽油機(jī)的效率普遍較低，一般只有22％～30％(《內(nèi)燃機(jī)原理》華中科技大學(xué)出版社，2001年6月第一版，P52頁(yè))。從這組數(shù)據(jù)來(lái)看，我們?nèi)祟?lèi)對(duì)石油資源的利用效率是不高的。當(dāng)今世界石油期貨價(jià)格每桶已上漲到近70美元，很多行業(yè)因?yàn)橛蛢r(jià)上漲，已經(jīng)感覺(jué)到難以承受，各國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)成本也因此不斷上升。為了節(jié)約能源，各國(guó)競(jìng)相開(kāi)發(fā)高效率動(dòng)力裝置，其中最先進(jìn)的是氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然它的熱效率已超過(guò)了60％，但走向普及，還有很漫長(zhǎng)的路要走。
提高傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的效率是個(gè)世界性的課題，人類(lèi)在提高內(nèi)燃機(jī)效率方面想了不少的辦法，如采用電噴、提高壓縮比、渦輪增壓、改善排汽、添加劑、電腦控制以及在新工藝新材料等等方面做文章。從目前對(duì)內(nèi)燃機(jī)的研發(fā)效果來(lái)看，不改變其連桿、曲軸的結(jié)構(gòu)方式，則效率很難再有大的提高，這一點(diǎn)我們可以從傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程的分析中，很清楚的看出來(lái)。無(wú)論是柴油機(jī)、汽油機(jī)或其它的往復(fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)的效率損失，我們可以很容易在其自身的示功P-φ?qǐng)D上找出來(lái)。我們以本田大鯊150型單缸四行程水冷式汽油機(jī)為例(該機(jī)參數(shù)為排量150ml，活塞行程5.7cm，連桿長(zhǎng)度9.6cm)，其數(shù)學(xué)模型如圖1所示，在該機(jī)的示功P-φ?qǐng)D(圖2)上，活塞在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所受到的壓力變化曲線(xiàn)是I，而其作功時(shí)的輸出扭矩是怎樣變化的呢？我們知道，在傳統(tǒng)往復(fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)物理模型的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式中，活塞的壓力作用在曲軸的切向力為Pt＝P×sin(a+β)/cosβ MPa (1)-------(《機(jī)械工程手冊(cè)》第74篇《內(nèi)燃機(jī)》1979年版P16頁(yè)，機(jī)械工業(yè)出版社)。而曲軸的輸出扭矩Mt＝Pt×R＝P×Rsin(a+β)/cosβ N·m (2)-------(同上)。根據(jù)式(2)，我們可以在圖2的P-φ?qǐng)D上，根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角的變化，描出該單缸往復(fù)活塞曲軸式汽油機(jī)作功時(shí)的輸出扭矩跟隨壓力變化的扭矩曲線(xiàn)II。從曲線(xiàn)II可以看出，在作功行程里，活塞在上止點(diǎn)時(shí)的輸出扭矩為零，隨著活塞離開(kāi)上止點(diǎn)，輸出扭矩才逐漸產(chǎn)生，只有當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角達(dá)到約30度時(shí)，輸出扭矩才能達(dá)到最大值，隨后又呈遞減趨勢(shì)，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角達(dá)到約60度以后，扭矩曲線(xiàn)II才逐漸逼近壓力曲線(xiàn)I。從曲線(xiàn)II和O-X軸包圍的面積來(lái)看，該機(jī)作功時(shí)，其活塞推力轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)曲軸的扭矩是很不充分的，尤其是當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角在0至40度之間時(shí)。可以說(shuō)，曲線(xiàn)I與曲線(xiàn)II之間和O-Y軸包圍的面積(圖中橫虛線(xiàn)所示)，就是該機(jī)結(jié)構(gòu)上的原因而造成的功率損失。不僅如此，由于活塞在爆發(fā)行程的推力不能很有效地轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)曲軸的扭矩，反而會(huì)對(duì)曲軸、連桿、軸承等零部件造成沖擊，尤其是當(dāng)爆震出現(xiàn)時(shí)，對(duì)內(nèi)燃機(jī)危害很大。因此，它迫使我們?cè)谠O(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)時(shí)，要充分考慮機(jī)械零件的強(qiáng)度和壽命，增大零件尺寸。依此類(lèi)推，我們也可以在其它類(lèi)型的往復(fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)上找到同樣的答案，所以說(shuō)，造成傳統(tǒng)往復(fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)效率低下的主要原因，是活塞在作功時(shí)不能有效地將活塞的推力轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)曲軸的扭矩。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服往復(fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)在作功行程不能有效地將活塞的推力轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)曲軸的扭矩的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種往復(fù)活塞直軸式內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)不但能有效地將活塞在作功行程的推力轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵雠ぞ兀岣吖β瘦敵?，而且改善了?nèi)燃機(jī)的綜合性能。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的方案是一種往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，它由汽缸、活塞、連桿、飛輪軸、機(jī)體等組成。其特征是往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的飛輪軸是直軸，在飛輪軸的飛輪上設(shè)置有滑道，連桿大頭絞接在杠桿上，杠桿上安裝有插入到飛輪滑道內(nèi)的短軸，杠桿固定在單向超越離合器上，單向超越離合器通過(guò)變速裝置與飛輪軸相連。
上述方案是在往復(fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上，讓連桿大頭與曲軸分離后，絞接在安裝有短軸的杠桿上，并且把飛輪軸由曲軸改為直軸，活塞在作功行程的推力通過(guò)連桿和杠桿，變成了對(duì)單向超越離合器的扭矩，單向超越離合器在得到扭矩后，又通過(guò)變速裝置傳遞給飛輪軸，維持內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。至于活塞在各個(gè)行程的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則通過(guò)飛輪軸上飛輪的滑道來(lái)控制杠桿上的短軸予以實(shí)現(xiàn)。
有益效果1、內(nèi)燃機(jī)的效率提高。在往復(fù)活塞直軸式內(nèi)燃機(jī)的作功行程里，由于連桿大頭絞接在杠桿上，當(dāng)活塞離開(kāi)汽缸上止點(diǎn)以后，連桿大頭就進(jìn)入到自由向下的懸空狀態(tài)，這時(shí)活塞的推力僅僅只能通過(guò)連桿和杠桿變?yōu)閷?duì)單向超越離合器的扭矩，只有在作功行程末期，連桿大頭才通過(guò)杠桿、短軸和緩沖裝置接觸到飛輪，它最大限度地利用了活塞在作功行程的推力，使內(nèi)燃機(jī)的輸出扭矩增大。我們?cè)倩仡^來(lái)看圖2，在圖2中，我們假定P-φ?qǐng)D上的曲線(xiàn)I，就是改進(jìn)后的本田大鯊150型單缸往復(fù)活塞水冷式汽油機(jī)的輸出扭矩曲線(xiàn)，從P-φ?qǐng)D可以看出，在活塞作功區(qū)間，曲線(xiàn)I和O-X軸包圍的面積，比改進(jìn)前的曲軸式汽油機(jī)輸出扭矩曲線(xiàn)II和O-X軸包圍的面積多出約30％，而且曲線(xiàn)I的峰值是曲線(xiàn)II的峰值的兩倍。因?yàn)樗型鶑?fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)原理是一樣的，所以，它們的效率在改進(jìn)后都能得以提高。
2、內(nèi)燃機(jī)缸體與活塞的磨損降低。與往復(fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)相比，由于往復(fù)活塞直軸式內(nèi)燃機(jī)的連桿大頭與飛輪軸分離，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，連桿大頭沿活塞的對(duì)稱(chēng)中心線(xiàn)左右周期擺動(dòng)的距離大幅減小，因此，活塞在汽缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，對(duì)汽缸壁的側(cè)向推力也相應(yīng)減小，這既減少了摩擦阻力，同時(shí)降低了磨損，相應(yīng)地也延長(zhǎng)了活塞和汽缸的使用壽命。
3、內(nèi)燃機(jī)的升功率增加。
4、內(nèi)燃機(jī)熱負(fù)荷降低。由于燃燒介質(zhì)在往復(fù)活塞直軸式內(nèi)燃機(jī)汽缸內(nèi)膨脹過(guò)程中的輸出功率增加，根據(jù)能量守恒定律，其放熱必然是減少的。
5、內(nèi)燃機(jī)的怠速降低。對(duì)任何一種原有規(guī)格的內(nèi)燃機(jī)而言，根據(jù)本發(fā)明的原理改進(jìn)后，內(nèi)燃機(jī)的輸出扭矩是增加的，而維持某特定一種內(nèi)燃機(jī)怠速運(yùn)行所需的功率N是一定的，那么，根據(jù)功率公式N＝M×ω W(3)在式(3)中，由于扭矩M的增加，必然使內(nèi)燃機(jī)的怠速ω下降。所以，對(duì)任何一種原有規(guī)格的曲軸式內(nèi)燃機(jī)而言，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，內(nèi)燃機(jī)的怠速是降低的。
6、省去了制造往復(fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)曲軸的復(fù)雜工序。


圖1是曲軸式內(nèi)燃機(jī)數(shù)學(xué)模型圖；圖2是曲軸式汽油機(jī)示功P-φ?qǐng)D；圖3是直軸式內(nèi)燃機(jī)改進(jìn)部分基本結(jié)構(gòu)初圖；圖4是直軸式內(nèi)燃機(jī)短軸運(yùn)動(dòng)軌跡初圖；圖5是直軸式內(nèi)燃機(jī)短軸上止點(diǎn)定位圖；圖6是直軸式內(nèi)燃機(jī)短軸下止點(diǎn)定位圖；圖7是圖6飛輪滑道軌跡偏移圖；圖8是圖7飛輪滑道軌跡修定圖；圖9是圖8飛輪滑道軌跡加工圖；圖10是圖9飛輪滑道軌跡補(bǔ)充加工圖；圖11是直軸式內(nèi)燃機(jī)飛輪滑道軌跡正式圖；
圖12是直軸式內(nèi)燃機(jī)飛輪滑道緩沖裝置位置圖；圖13是圖12飛輪滑道緩沖裝置局部結(jié)構(gòu)圖；圖14是直軸式內(nèi)燃機(jī)改進(jìn)部分立體示意圖；圖15是直軸式內(nèi)燃機(jī)工作原理說(shuō)明組圖；圖中 1.齒輪A，2.齒輪B，3.齒輪C，4.單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸，5.單向超越離合器外環(huán)，6.杠桿，7.短軸，8.飛輪軸，9.飛輪，9′.鏡像飛輪，10.緩沖裝置，11.活塞。
實(shí)施方式本發(fā)明的制作過(guò)程如圖3所示，變速裝置由齒輪A1、齒輪B2、齒輪C3構(gòu)成(這里選擇的轉(zhuǎn)速關(guān)系為齒輪C3的轉(zhuǎn)速是齒輪A1的轉(zhuǎn)速的三倍)。齒輪A1與單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4相連，在單向超越離合器外環(huán)5上固定杠桿6，在杠桿6上設(shè)置有的短軸7，在連接齒輪C3的飛輪軸8上固定有飛輪9[注齒輪A1和單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4為一體，齒輪C3、飛輪軸8和飛輪9為一體]。為了首先確定飛輪9上的滑道的形狀，我們進(jìn)行以下操作當(dāng)短軸7的軸心在飛輪9的邊沿位置時(shí)，往下推動(dòng)杠桿6，使單向超越離合器外環(huán)5與單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4在閉合狀態(tài)，這時(shí)，單向超越離合器外環(huán)5的扭矩傳遞給單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4，單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4通過(guò)齒輪A1、齒輪B2、齒輪C3帶動(dòng)飛輪軸8及飛輪9沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，當(dāng)下壓杠桿6使飛輪9旋轉(zhuǎn)一周后，這時(shí)可以在旋轉(zhuǎn)的飛輪9上得到一個(gè)杠桿6上的短軸7的運(yùn)動(dòng)軌跡的垂直投影，如圖4填充部分所示。在這里，我們還要把圖4所示的軌跡進(jìn)行定位和修正。我們首先把短軸7的軸心靠近飛輪9邊沿的G點(diǎn)確定為起點(diǎn)，我們稱(chēng)它為短軸7的上止點(diǎn)，用符號(hào)“G”表示，如圖5所示。當(dāng)往下壓杠桿6使短軸7的軸心旋轉(zhuǎn)至E點(diǎn)時(shí)刻，我們把E點(diǎn)確定為短軸7的下止點(diǎn)，用符號(hào)“E”表示，如圖6所示，此時(shí)單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4的軸心線(xiàn)、短軸7的軸心線(xiàn)和飛輪軸8的軸心線(xiàn)在同一平面上。接下來(lái)，我們要人為地阻止短軸7從E點(diǎn)繼續(xù)下行，因此，要對(duì)圖6飛輪9上E點(diǎn)以下的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行修改，于是我們?cè)诙梯S7停留在下止點(diǎn)E時(shí)，從與短軸7接觸的軌跡兩側(cè)往下逐漸圓滑地對(duì)原軌跡進(jìn)行偏移，并延續(xù)到短軸7停留在上止點(diǎn)G時(shí)的軌跡起點(diǎn)，如圖7飛輪9上軌跡下側(cè)的虛線(xiàn)所示，這樣，短軸7從E點(diǎn)繼續(xù)下行的條件被破壞，因?yàn)槲覀円?guī)定短軸7必須始終在軌跡內(nèi)移動(dòng)或停留，不能跳出，所以E點(diǎn)成為了短軸7一個(gè)真正意義上的下止點(diǎn)。此時(shí)如果讓飛輪9往順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，則飛輪9上E點(diǎn)以下修改后的虛線(xiàn)軌跡，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)把短軸7往上推的趨勢(shì)，按照此趨勢(shì)，單向超越離合器外環(huán)5與單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4將被打開(kāi)，杠桿6以及短軸7也將在虛線(xiàn)軌跡的作用下向上運(yùn)動(dòng)，修改后的軌跡如圖8飛輪9上的軌跡所示。
下一步的工作，是用數(shù)控加工設(shè)備，在飛輪9上按圖8所示飛輪9上的軌跡銑出有一定深度尺寸的滑道，于是得到滑道外曲面abca和內(nèi)曲面a′b′c′a′，如圖9飛輪9上的填充部分所示，為了說(shuō)明方便，我們把兩個(gè)曲面上的a點(diǎn)、a′點(diǎn)分別設(shè)在當(dāng)短軸7在上止點(diǎn)G時(shí)與外曲面、內(nèi)曲面的接觸點(diǎn)，同時(shí)把兩個(gè)曲面上的b點(diǎn)、b′點(diǎn)分別設(shè)在當(dāng)短軸7在下止點(diǎn)E時(shí)與外曲面、內(nèi)曲面的接觸點(diǎn)，而c點(diǎn)、c′點(diǎn)是任意分別放在下部外曲面、內(nèi)曲面上的點(diǎn)。在這里，我們?yōu)榱吮ＷC短軸7在受外力作用從上止點(diǎn)G開(kāi)始往下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在內(nèi)曲面b′點(diǎn)以前不接觸到內(nèi)曲面的a′b′段的任何點(diǎn)，使短軸7在滑道內(nèi)呈現(xiàn)懸空狀態(tài)，我們還要在保留a′點(diǎn)、b′點(diǎn)的條件下，修正內(nèi)曲面a′b′段，如圖10飛輪9上的填充部分所示，我們同樣用數(shù)控加工按相同深度尺寸，把飛輪9上填充部分銑掉，于是得到一個(gè)新的a′b′段的內(nèi)曲面，最后在飛輪9上得到了我們所需要的完整的滑道形狀，如圖11填充部分所示。接下來(lái)，我們把杠桿6上的短軸7取下來(lái)，并且在圓心位置保持不變的條件下，把杠桿6上安裝短軸7的內(nèi)孔規(guī)則放大，然后加裝好軸承，再在軸承內(nèi)安裝好短軸7，并將短軸7的下端的一段插入到加工好了的滑道內(nèi)，這時(shí)，我們直接用手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)飛輪9，短軸7能夠在滑道的作用下于G點(diǎn)和E點(diǎn)之間上下運(yùn)動(dòng)。
我們知道，當(dāng)杠桿6上的短軸7受力從上止點(diǎn)G開(kāi)始往下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于短軸7攜帶著自身的以及杠桿6等的質(zhì)量以及動(dòng)能，而且短軸7的運(yùn)動(dòng)方向與飛輪9滑道曲面b′c′a′的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此，短軸7下行至內(nèi)曲面的b′點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)生機(jī)械碰撞，并且產(chǎn)生噪音，這對(duì)內(nèi)燃機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)是不利的。為了降低機(jī)械碰撞帶來(lái)的危害，我們可以在飛輪9的滑道內(nèi)設(shè)置緩沖裝置10，如圖12所示，其原理是當(dāng)短軸7在下行途中還沒(méi)有與飛輪9滑道內(nèi)曲面b′點(diǎn)接觸前，先與滑道內(nèi)的緩沖裝置10的Q點(diǎn)接觸，然后短軸7貼著緩沖裝置10繼續(xù)下行，平緩過(guò)渡到滑道內(nèi)曲面b′點(diǎn)停止，然后掉頭向上運(yùn)行。緩沖裝置10的局部放大圖如圖13所示，它是在飛輪滑道的反面加工后安裝的。
最后，通過(guò)數(shù)控加工設(shè)備的鏡像功能，按上述步驟再制作出與飛輪9完全對(duì)稱(chēng)的第二只飛輪9′，我們稱(chēng)它為鏡像飛輪9′，并把它對(duì)稱(chēng)安裝好，并且使短軸7的另一端插入到鏡像飛輪9′的滑道內(nèi)，這時(shí)，我們同樣直接用手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)飛輪9或者鏡像飛輪9′，短軸7能夠在滑道的作用下于G點(diǎn)和E點(diǎn)之間上下靈活運(yùn)動(dòng)。接下來(lái)，我們?cè)诟軛U6上鉸接安裝好連桿和活塞11，如圖14所示，涉及本發(fā)明的改進(jìn)工作就完成了。只要我們?cè)侔惭b好其它必要的系統(tǒng)和零部件，一臺(tái)單缸往復(fù)活塞直軸式內(nèi)燃機(jī)就組裝完成了。
工作原理我們先以四沖程內(nèi)燃機(jī)為例來(lái)描述其運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程如圖15中組圖所示，內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)機(jī)使飛輪9順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，短軸7在飛輪9滑道的作用下通過(guò)杠桿6帶動(dòng)連桿和活塞11上下運(yùn)動(dòng)。我們首先假設(shè)短軸7在上止點(diǎn)G處，同時(shí)活塞11也在汽缸的上止點(diǎn)，見(jiàn)圖(e)，這時(shí)短軸7受旋轉(zhuǎn)的飛輪9滑道外曲面ab段側(cè)壓力，使短軸7通過(guò)杠桿6帶動(dòng)連桿和活塞11下行，見(jiàn)圖(f)，以此來(lái)達(dá)到幫助汽缸進(jìn)氣的目的，當(dāng)短軸7經(jīng)過(guò)緩沖裝置10到達(dá)滑道內(nèi)曲面的b′點(diǎn)后停止下行，活塞11也到達(dá)汽缸下止點(diǎn)，活塞停止下行，見(jiàn)圖(g)，進(jìn)氣結(jié)束。隨后滑道的內(nèi)曲面b′c′a′向上推動(dòng)短軸7使杠桿6上的連桿和活塞11上行，見(jiàn)圖(h)，這時(shí)單向超越離合器外環(huán)5與單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4分開(kāi)，進(jìn)入壓縮行程，見(jiàn)圖(i)，當(dāng)短軸7沿滑道的內(nèi)曲面b′c′a′到達(dá)上止點(diǎn)G點(diǎn)時(shí)，活塞11也進(jìn)入到汽缸的上止點(diǎn)，見(jiàn)圖(j)，即將進(jìn)入作功行程。在作功行程，見(jiàn)圖(k)，短軸7脫離了滑道內(nèi)曲面a′點(diǎn)的約束進(jìn)入到ab段，而且處于懸空狀態(tài)，見(jiàn)圖(l)，活塞11向下的推力通過(guò)連桿和杠桿6，促使單向超越離合器外環(huán)5與單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4閉合，于是活塞11的推力就通過(guò)連桿、杠桿6和單向超越離合器外環(huán)5，變?yōu)榱藢?duì)單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4的扭矩，受扭矩作用的單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4又通過(guò)齒輪A1、齒輪B2、齒輪C3帶動(dòng)飛輪軸8及飛輪9旋轉(zhuǎn)，直到短軸7再次經(jīng)過(guò)緩沖裝置10接觸滑道內(nèi)曲面b′點(diǎn)，活塞11也到達(dá)汽缸下止點(diǎn)，見(jiàn)圖(m)，作功結(jié)束；最后飛輪9滑道內(nèi)曲面b′c′a′又推動(dòng)短軸7帶動(dòng)連桿和活塞11上行，見(jiàn)圖(n)，單向超越離合器外環(huán)5與單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4分開(kāi)，活塞11進(jìn)入排氣行程，見(jiàn)圖(o)，當(dāng)活塞11到達(dá)汽缸上止點(diǎn)后，見(jiàn)圖(p)，排氣完成。由于四沖程內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)啟動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的飛輪9滑道使短軸7控制連桿和活塞11進(jìn)入下一循環(huán)。
兩沖程內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程也如圖15中組圖所示，啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)機(jī)使飛輪9順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，我們還是首先假設(shè)短軸7在上止點(diǎn)G處，同時(shí)活塞11也在汽缸的上止點(diǎn)，見(jiàn)圖(e)，這時(shí)短軸7受旋轉(zhuǎn)的飛輪9滑道外曲面ab段側(cè)壓力，使短軸7通過(guò)杠桿6帶動(dòng)連桿和活塞11下行，見(jiàn)圖(f)，當(dāng)活塞11下行至汽缸進(jìn)氣口時(shí)，由于活塞下腔的壓力作用，飛輪箱的混合汽被擠入汽缸進(jìn)氣口，汽缸開(kāi)始進(jìn)氣，當(dāng)短軸7經(jīng)過(guò)緩沖裝置10到達(dá)滑道內(nèi)曲面的b′點(diǎn)后停止下行，活塞11也到達(dá)汽缸下止點(diǎn)，見(jiàn)圖(g)，停止下行，進(jìn)氣繼續(xù)。隨后滑道的內(nèi)曲面b′c′a′向上推動(dòng)短軸7使連桿和活塞11上行，見(jiàn)圖(h)，這時(shí)單向超越離合器外環(huán)5與單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4分開(kāi)，當(dāng)活塞11上行封閉了汽缸進(jìn)氣口后，進(jìn)氣結(jié)束，當(dāng)活塞11繼續(xù)上行且封閉了汽缸排氣口后，進(jìn)入壓縮行程，見(jiàn)圖(i)，活塞11繼續(xù)上行，當(dāng)短軸7沿滑道的內(nèi)曲面b′c′a′到達(dá)上止點(diǎn)G點(diǎn)時(shí)，活塞11也進(jìn)入到汽缸的上止點(diǎn)，見(jiàn)圖(j)，壓縮行程結(jié)束，與此同時(shí)，由于活塞11上行時(shí)活塞下腔的負(fù)壓作用，進(jìn)氣裝置的混合汽被吸入到飛輪箱。接下來(lái)，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)入作功行程，見(jiàn)圖(k)，在作功行程，短軸7脫離了滑道內(nèi)曲面a′點(diǎn)的約束進(jìn)入到ab段，而且處于懸空狀態(tài)，見(jiàn)圖(l)，活塞11向下的推力通過(guò)連桿和杠桿6，促使單向超越離合器外環(huán)5與單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4閉合，于是活塞11的推力就通過(guò)連桿、杠桿6和單向超越離合器外環(huán)5，變?yōu)榱藢?duì)單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4的扭矩，受扭矩作用的單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4又通過(guò)齒輪A1、齒輪B2、齒輪C3帶動(dòng)飛輪軸8及飛輪9旋轉(zhuǎn)，當(dāng)活塞11下行至汽缸排氣口時(shí)，作功結(jié)束，排氣開(kāi)始，再當(dāng)活塞11下行至汽缸進(jìn)氣口時(shí)，由于活塞11下行時(shí)活塞下腔的壓力作用，飛輪箱的混合汽被擠入汽缸進(jìn)氣口，汽缸開(kāi)始進(jìn)氣，當(dāng)短軸7再次經(jīng)過(guò)緩沖裝置10接觸滑道內(nèi)曲面b′點(diǎn)，停止下行，活塞11到達(dá)汽缸下止點(diǎn)，見(jiàn)圖(m)，這時(shí)進(jìn)氣仍在繼續(xù)；隨后，飛輪9滑道內(nèi)曲面b′c′a′又推動(dòng)短軸7通過(guò)杠桿6帶動(dòng)連桿和活塞11上行，見(jiàn)圖(n)，單向超越離合器外環(huán)5與單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4分開(kāi)，當(dāng)活塞11上行封閉了汽缸進(jìn)氣口后，進(jìn)氣結(jié)束，接著，當(dāng)活塞11上行封閉了汽缸排氣口后，進(jìn)入壓縮行程，見(jiàn)圖(o)，飛輪9滑道內(nèi)曲面b′c′a′繼續(xù)推動(dòng)短軸7帶動(dòng)連桿和活塞11上行，當(dāng)活塞11到達(dá)汽缸上止點(diǎn)后，壓縮完成，見(jiàn)圖(p)，又進(jìn)入作功行程。由于兩沖程內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)啟動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的飛輪9滑道使短軸7控制連桿和活塞11進(jìn)入下一循環(huán)。
從上面對(duì)兩沖程內(nèi)燃機(jī)和四沖程內(nèi)燃機(jī)工作原理的敘述可以看出，本發(fā)明的目的只有一個(gè)讓往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的活塞在作功行程的推力，盡可能大的轉(zhuǎn)換成輸出扭矩，它不受往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)燃燒介質(zhì)的種類(lèi)、沖程數(shù)量、點(diǎn)火方式的限制，僅僅只是在往復(fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上，讓連桿大頭與曲軸脫離后，通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)方案，把活塞在作功行程的推力，轉(zhuǎn)換成扭矩后又回送到飛輪軸8上，克服了傳統(tǒng)往復(fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)的不足，改善動(dòng)力的傳遞，提高效率，增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)的綜合性能。
在本發(fā)明中，通過(guò)飛輪9滑道對(duì)短軸7控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)連桿、活塞11的控制。在飛輪9順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的條件下，當(dāng)短軸7在滑道ab段時(shí)，活塞11總是向下運(yùn)行的，所不同的是，在進(jìn)氣行程，是滑道外曲面ab段的側(cè)壓力使其下行，而在作功行程，是汽缸的爆發(fā)壓力使其下行；當(dāng)短軸7在滑道bca段，由于滑道內(nèi)曲面b′c′a′的作用，活塞11總是向上運(yùn)行的。
在往復(fù)活塞直軸式內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，無(wú)論在哪個(gè)行程，單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4始終通過(guò)變速裝置(齒輪A1、齒輪B2、齒輪C3)與飛輪軸8同向不同速旋轉(zhuǎn)；單向超越離合器外環(huán)5與單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4在內(nèi)燃機(jī)的作功行程是閉合的，其作用就是把活塞11的推力，通過(guò)連桿、杠桿6和單向超越離合器外環(huán)5變?yōu)閷?duì)單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4的扭矩，而活塞11在上行的過(guò)程中，單向超越離合器外環(huán)5與單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4才是分開(kāi)的。單向超越離合器內(nèi)環(huán)軸4在得到由于活塞11的推力而產(chǎn)生的扭矩后，其中的一部分通過(guò)變速裝置(齒輪A1、齒輪B2、齒輪C3)傳遞給飛輪軸8，維持內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，多余部分則作為動(dòng)力輸出到負(fù)載。當(dāng)然，用飛輪軸8作為動(dòng)力的輸出端也是可行的，只是變速裝置承載加大。
權(quán)利要求
1.一種往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，它由汽缸、活塞、連桿、飛輪軸、機(jī)體等組成。其特征是往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的飛輪軸(8)是直軸，在飛輪軸(8)的飛輪(9)上設(shè)置有滑道，連桿大頭絞接在杠桿(6)上，杠桿(6)上安裝有插入到飛輪(9)滑道內(nèi)的短軸(7)，杠桿(6)固定在單向超越離合器上，單向超越離合器通過(guò)變速裝置與飛輪軸(8)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于飛輪軸(8)的飛輪(9)上設(shè)置有滑道，連桿大頭絞接在杠桿(6)上，杠桿(6)上安裝有插入到飛輪(9)滑道內(nèi)的短軸(7)，杠桿(6)固定在單向超越離合器上，單向超越離合器通過(guò)變速裝置與飛輪軸(8)相連。
全文摘要
一種往復(fù)活塞直軸式內(nèi)燃機(jī)，它是在傳統(tǒng)往復(fù)活塞曲軸式內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上，讓連桿大頭與曲軸分離后，鉸接在帶有短軸(7)的杠桿(6)上，并且把曲軸式的飛輪軸改為直軸式的飛輪軸(8)；活塞(11)作功階段的推力通過(guò)連桿、杠桿(6)有效地變?yōu)榱藢?duì)單向超越離合器外環(huán)(5)的扭矩，單向超越離合器內(nèi)軸(4)得到的扭矩，通過(guò)變速裝置傳遞給飛輪軸(8)，維持系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。活塞(11)的上升與下降，則依靠飛輪(9)上的滑道來(lái)控制杠桿(6)上的短軸(7)予以實(shí)現(xiàn)。它的優(yōu)點(diǎn)是1.使內(nèi)燃機(jī)的輸出扭矩提高。2.內(nèi)燃機(jī)缸體與活塞的磨損降低。3.內(nèi)燃機(jī)熱負(fù)荷降低。4.內(nèi)燃機(jī)的怠速降低。
文檔編號(hào)F02B61/06GK1740534SQ20051001943
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月14日
發(fā)明者張擁政 申請(qǐng)人:張擁政