專利名稱：直軸式發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于活塞式內(nèi)燃機(jī)的，具體地說(shuō)，這是一種沒(méi)有曲軸連桿機(jī)構(gòu)直軸式發(fā)動(dòng)機(jī)。
內(nèi)燃機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在已有120多年的歷史，作為動(dòng)力機(jī)械已被人們廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)要求高的升功率和熱效率，而且能燃用劣質(zhì)燃料，污染低，易起動(dòng)單位馬力小重量等。
活塞式內(nèi)燃機(jī)大部分采用曲軸連桿機(jī)構(gòu)，把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，只有小部分不采用曲軸連桿機(jī)構(gòu)。
采用連桿機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，曲軸連桿成了發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，它從下述幾個(gè)方面限制了發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
1.限制了發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的提高，燃?xì)猱a(chǎn)生最大爆發(fā)壓力時(shí)曲軸連桿機(jī)構(gòu)正處在上死點(diǎn)附近，而輸出力矩最小。此時(shí)，最大爆發(fā)壓力對(duì)機(jī)構(gòu)起破壞作用。
2.曲軸連桿機(jī)構(gòu)復(fù)雜，體積大，特別是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)用曲軸。機(jī)械強(qiáng)度和精度要求高，加工困難曲軸的制造成本占整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)制造成本的25%左右。
3.曲軸連桿機(jī)構(gòu)及曲軸箱體積大，質(zhì)量大使發(fā)動(dòng)機(jī)單位馬力重量增加，而且發(fā)動(dòng)重心高。
4.活塞受旋轉(zhuǎn)力矩的交變作用，使氣缸內(nèi)壁在一個(gè)固定的對(duì)徑方向上磨損加劇，氣缸密封變壞，加大漏氣使功率有所降低。
5.氣缸只能單端利用，由于連桿作周期擺動(dòng)，下部氣缸不能形成工作缸，燃?xì)庵荒茉陧敹藲飧變?nèi)膨脹作功，發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率不夠大，氣缸利用率低。
6.因?yàn)榍S連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，活塞長(zhǎng)度較長(zhǎng)(超過(guò)8厘米)，使發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸利用率下降。
7.曲軸行程受到嚴(yán)格限制，它受缸徑，機(jī)械強(qiáng)度整機(jī)尺寸的約束，而且改變活塞行程而使發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)更加復(fù)雜。
沒(méi)有曲軸連桿機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)，如旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然不使用曲軸連桿機(jī)構(gòu)，但也有如下缺點(diǎn)旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分周圍速度不能太高，燃燒室形狀很難理想，低速時(shí)扭矩低，燃油消耗率高，升功率還不夠大，制造工藝復(fù)雜。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種單位馬力重量小，外型尺寸小，易起動(dòng)，機(jī)械效果，熱效率較高的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是將發(fā)動(dòng)機(jī)整體應(yīng)用于蒸汽機(jī)使熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的性能更加完善。
附

圖1是本發(fā)明所述發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)略不完全側(cè)視圖。
附圖2是本發(fā)明的所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)壁圓柱曲面導(dǎo)槽作用示意圖。
附圖3是導(dǎo)槽活體伸縮示意圖。
附圖4是活塞外圈滑塊示意圖。
附圖5是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸進(jìn)氣示意圖。
本發(fā)明所述發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)基本構(gòu)思是氣缸兩端封閉，氣缸中部有直軸，氣缸內(nèi)活塞在直軸上左右滑動(dòng)形成兩工作缸、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)壁上有交替存在的間斷圓柱曲面導(dǎo)槽，(或直線導(dǎo)槽)直軸上有直線導(dǎo)槽或交替存在的間斷圓柱曲面導(dǎo)槽，活塞外圈上滑塊在氣缸內(nèi)壁導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)，活塞內(nèi)圈上滑塊在直軸上導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)，變活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)為直軸的連續(xù)同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而輸出動(dòng)力。
本發(fā)明所述發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示(以二沖程為例)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸兩端封閉。氣缸內(nèi)有活塞(1)，活塞把發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸分為兩工作缸(2)(3)。兩工作缸殼體上有噴油嘴，活塞外圈上有滑塊(4)、內(nèi)圈上有滑塊(5)，空心直軸(6)軸線與氣缸軸線重合，位于氣缸中部?？招闹陛S上有進(jìn)氣孔(7)和直線導(dǎo)槽(8)，活塞內(nèi)圈滑塊(5)在直軸上直線導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)。空心直軸中有輸氣管道(13)，輸氣管道上有進(jìn)氣孔(14)，輸氣管道(13)相對(duì)氣缸體不轉(zhuǎn)動(dòng)。
發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體上有排氣孔(9)和導(dǎo)槽活體(10)，導(dǎo)槽活體與導(dǎo)槽活體伸縮體(11)成一體。伸縮體(11)帶動(dòng)導(dǎo)槽活體沿氣缸外園周切線的垂直方向進(jìn)行移動(dòng)。進(jìn)使導(dǎo)槽活體與氣缸內(nèi)壁平，出形成氣缸內(nèi)壁上的間斷園柱曲面導(dǎo)槽(12)，活塞外圈滑塊(4)在氣缸內(nèi)壁上的間斷園柱曲面導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)。
活塞在空心直軸上左右移動(dòng)，因活塞內(nèi)圈滑塊在空心直軸上直線導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)，而使活塞相對(duì)于空心直軸不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。活塞外圈滑塊在氣缸內(nèi)壁上交替出現(xiàn)的間斷園柱曲面導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛钊倪B續(xù)同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞帶動(dòng)直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出動(dòng)力。
氣缸內(nèi)壁交替出現(xiàn)的間斷園柱曲面導(dǎo)槽如圖2所示(缸體展開)，當(dāng)活塞外圈滑塊欲從導(dǎo)槽活體(2)經(jīng)過(guò)時(shí)。伸縮體(1)使導(dǎo)槽活體(2)縮進(jìn));形成導(dǎo)槽?；瑝K沿導(dǎo)槽滑動(dòng)，此時(shí)，導(dǎo)槽活體(3)與氣缸內(nèi)壁平，防止活塞左右兩工作缸發(fā)生串氣。當(dāng)活塞外圈滑塊欲經(jīng)過(guò)導(dǎo)槽活體(3)時(shí)，伸縮體(4)(6)使導(dǎo)槽活體(3)縮進(jìn)，形成導(dǎo)槽，導(dǎo)槽滑塊繼續(xù)沿所出現(xiàn)的導(dǎo)槽滑動(dòng)。同時(shí)，導(dǎo)槽活體(2)伸出與氣缸內(nèi)壁平，(7)為排氣門。
導(dǎo)槽伸縮體帶動(dòng)導(dǎo)槽活體工作如圖3所示，擺動(dòng)體(1)由直軸通過(guò)常規(guī)方法帶動(dòng)，順時(shí)針，逆時(shí)針?lè)较騺?lái)回?cái)[動(dòng)或同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，擺動(dòng)體(1)內(nèi)壁上有凸起(2)，凹進(jìn)(3)。擺動(dòng)體來(lái)回?cái)[動(dòng)或同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，凹進(jìn)，凸起交替經(jīng)過(guò)導(dǎo)槽伸縮體(4)使導(dǎo)槽伸縮體帶動(dòng)導(dǎo)槽活體縮進(jìn)或伸出，縮進(jìn)，形成導(dǎo)槽(5)伸出，使導(dǎo)槽活體與氣缸內(nèi)壁平。伸縮體縮進(jìn)由彈簧帶動(dòng)，活塞(6)外圈上滑塊(7)在導(dǎo)槽(5)內(nèi)滑動(dòng)，活塞內(nèi)圈上滑塊(5)在直軸上直線導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)。
滑塊結(jié)構(gòu)如圖4所示，活塞外圈上有滑塊軸(1)(2)軸上有轉(zhuǎn)動(dòng)體(3)(4)，這樣，滑塊摩擦為滾動(dòng)摩擦，減小摩擦阻力，滑塊左右有氣體密封圈，以防活塞左右兩工作缸互相串氣。
空心直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而輸氣管道相對(duì)氣缸體不轉(zhuǎn)動(dòng)，空心直軸轉(zhuǎn)動(dòng)到一定角度時(shí)，空心直軸上進(jìn)氣孔與輸氣管道上進(jìn)氣孔重合完成進(jìn)氣，空心直軸上進(jìn)氣孔最好如圖5所示。輸氣管道上有進(jìn)氣孔(1)，空心直軸上進(jìn)氣孔(2)(3)，呈V形排列。這樣使氣缸內(nèi)換氣效果更好。
工作時(shí)，活塞左邊工作缸內(nèi)燃?xì)庾龉Γ够钊蛴疫\(yùn)動(dòng)，同時(shí)壓縮右工作缸內(nèi)工質(zhì)，因?yàn)闅飧變?nèi)壁上間斷園柱曲面導(dǎo)槽作用，使活塞相對(duì)氣缸體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，也使空心直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出動(dòng)力，接近右止點(diǎn)時(shí)，排氣門打開排出廢氣，同時(shí)，空心直軸上進(jìn)氣孔和輸氣管道上進(jìn)氣孔重合，進(jìn)氣，從而完成氣缸內(nèi)換氣。此時(shí)，活塞外圈滑塊剛經(jīng)過(guò)的導(dǎo)槽活體伸出與氣缸內(nèi)壁平，另一相鄰導(dǎo)槽活體縮進(jìn)，形成新的導(dǎo)槽。使滑塊繼續(xù)滑動(dòng)，同時(shí)，活塞右邊工作缸內(nèi)燃?xì)庾龉Γ苿?dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)，壓縮左工作缸內(nèi)工質(zhì)，活塞外圈上的導(dǎo)槽滑塊繼續(xù)在形成的導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)，使活塞帶動(dòng)空心直軸繼續(xù)同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣周而復(fù)始，輸出動(dòng)力。
活塞與空心直軸，氣缸直接接觸，活塞通過(guò)空心直軸、氣缸散熱，空心直軸內(nèi)和氣缸外可采用水冷或風(fēng)冷散熱?；钊蠈?dǎo)槽滑塊由活塞工作負(fù)荷和間斷園柱曲面導(dǎo)槽數(shù)決定，氣缸內(nèi)壁上間斷園柱曲面導(dǎo)槽周期數(shù)與活塞外圈滑塊數(shù)相等，活塞內(nèi)圈滑塊數(shù)與空心直軸上直線導(dǎo)槽數(shù)相等。
因?yàn)榛钊鄬?duì)氣缸體發(fā)生往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而可采用普通方法潤(rùn)滑，活塞上有氣環(huán)和油環(huán)。
一工作缸內(nèi)最好有兩噴油嘴或兩火花塞，相對(duì)直軸對(duì)稱分布在氣缸兩端。這樣使燃料燃燒更加充分完全，燃燒室形狀不限。
本發(fā)明所述發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有曲軸連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)上與現(xiàn)有技術(shù)有如下不同
1.氣缸內(nèi)壁上因?yàn)閷?dǎo)槽活體伸出縮進(jìn)，使氣缸內(nèi)壁交替出現(xiàn)間斷園柱曲面導(dǎo)槽。
2.活塞在空心直軸上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，空心直軸上有直線導(dǎo)槽。
3.活塞上有導(dǎo)槽滑塊在氣缸內(nèi)壁上交替出現(xiàn)的間斷園柱曲面導(dǎo)槽和空心直軸上直線導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)。使活塞、空心直軸相對(duì)氣缸體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.空心直軸中有輸氣管道，空心直軸和輸氣管道上有進(jìn)氣孔，空心直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩進(jìn)氣孔重合或分開。重合時(shí)進(jìn)氣，空心直軸上進(jìn)氣孔呈V形。
5.空心直軸內(nèi)有冷卻液通道，使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻效果更好。
本發(fā)明所述發(fā)動(dòng)機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)1.發(fā)動(dòng)機(jī)取消了曲軸連桿機(jī)構(gòu)，使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)重量大大減輕。
2.使發(fā)動(dòng)機(jī)升功率大大增加，因?yàn)闅飧變啥朔忾]，一氣缸被活塞分為兩工作缸。往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件少，質(zhì)量小，使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率加大，又進(jìn)一步增加了發(fā)動(dòng)機(jī)升功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率增加。
3.因?yàn)榛钊龅妮^薄，使發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸利用率增加。
4.發(fā)動(dòng)機(jī)活塞沖程不受發(fā)動(dòng)機(jī)缸徑限制，因而沖程較長(zhǎng)。
5.發(fā)動(dòng)機(jī)易起動(dòng)，一工作缸通入壓縮空氣，直接壓縮另一工作缸內(nèi)工質(zhì)。
6.因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)重量輕，易起動(dòng)，使柴油機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大。
發(fā)動(dòng)機(jī)的其它形式本發(fā)明所述發(fā)動(dòng)機(jī)制成氣缸內(nèi)壁上有直線導(dǎo)槽，空心直軸上有交替出現(xiàn)的間斷園柱曲面導(dǎo)槽。此種形式，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸制成方形氣缸或星形氣缸，氣缸內(nèi)壁上無(wú)直線導(dǎo)槽。本發(fā)明所述發(fā)動(dòng)機(jī)可采用常規(guī)方法進(jìn)排氣。在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體上有進(jìn)，排氣門，完成發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣。發(fā)動(dòng)機(jī)可根據(jù)直軸強(qiáng)度制成多級(jí)氣缸，直軸剛性連接，星形氣缸如圖6所示，(1)為活塞，(2)為發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸。
發(fā)動(dòng)機(jī)可制成汽油機(jī)或柴油機(jī)，也可采用四沖程形式，還可制成蒸氣機(jī)或泵。
發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體可先制成對(duì)稱的兩部分，把導(dǎo)槽活體裝上，再把兩部分氣缸扣在活塞上用螺絲結(jié)合，即制成整體氣缸。
權(quán)利要求
1.一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)或泵。其特征是采用普通圓形氣缸或方形氣缸。星形氣缸。氣缸兩端封閉。氣缸中間有直軸。直軸上有交替出現(xiàn)的間斷園柱曲面導(dǎo)槽。普通園形氣缸內(nèi)壁上有直線導(dǎo)槽或交替出現(xiàn)的間斷園柱曲面導(dǎo)槽。方形、星形氣缸內(nèi)壁上無(wú)導(dǎo)槽，活塞在直軸上左右移動(dòng)?；钊麅?nèi)圈外圈上有導(dǎo)槽滑塊，在導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)，導(dǎo)槽滑塊數(shù)量由活塞工作負(fù)荷決定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述發(fā)動(dòng)機(jī)或泵。其特征是交替出現(xiàn)的間斷園柱曲面導(dǎo)槽采用如下形式實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)體內(nèi)壁上有凹進(jìn)，凸起，擺動(dòng)體來(lái)回?cái)[動(dòng)或同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其內(nèi)壁上的凸起，凹進(jìn)交替使導(dǎo)槽活體上伸縮體帶動(dòng)導(dǎo)槽活體縮進(jìn)或伸出，從而使空心直軸或氣缸內(nèi)壁上交替出現(xiàn)間斷園柱曲面導(dǎo)槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述發(fā)動(dòng)機(jī)或泵，其特征是滑塊由滑塊軸和轉(zhuǎn)動(dòng)體構(gòu)成，兩轉(zhuǎn)動(dòng)體在兩滑塊軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，在導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)滑塊前后有氣體密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是直軸上有進(jìn)氣孔。呈V形。空心直軸中有輸氣管道。輸氣管道上有進(jìn)氣孔，輸氣管道相對(duì)氣缸體不轉(zhuǎn)動(dòng)，空心直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輸氣管道上進(jìn)氣孔空心直軸上進(jìn)氣孔隨空心直軸轉(zhuǎn)動(dòng)重合或分開。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是直軸內(nèi)有冷卻液通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是每一工作缸有兩噴油嘴或兩火花塞，相對(duì)直軸對(duì)稱分布在氣缸端蓋上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是制成多級(jí)氣缸。
全文摘要
一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，它沒(méi)有曲軸連桿機(jī)構(gòu)，而氣缸中間有一直軸，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸閉端封閉，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)特殊機(jī)構(gòu)使直軸轉(zhuǎn)動(dòng)輸出動(dòng)力，這種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)重量輕，單位馬力重量小，什功率大，機(jī)械效率較高，可制成二、四沖程柴油機(jī)或汽油機(jī)充當(dāng)原動(dòng)機(jī)也可制成活塞式蒸汽機(jī)或泵。
文檔編號(hào)F02B75/32GK1030459SQ87104838
公開日1989年1月18日 申請(qǐng)日期1987年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月9日
發(fā)明者郭質(zhì)鋼 申請(qǐng)人:郭質(zhì)鋼