專利名稱：全力做功內燃機的制作方法
國內外現(xiàn)行使用的汽車發(fā)動機一般都還是傳統(tǒng)的曲柄連桿往復活塞式內燃機。這種內燃機做功時是由燃氣的膨脹力推動活塞作直線運動，活塞的推動力是通過連桿使曲軸作園周運動，對外輸出扭矩。長期的實踐證明，這種結構給內燃機帶來許多弊病。最大的缺點是功率太低。設，推動活塞的最高壓力為P，其最高壓力一般出現(xiàn)在曲軸轉角10°-15°時，高速柴油機一般出現(xiàn)在6°-15°時，由計算可知，推動曲軸旋轉的切向分力為0.15P-0.3P，而沿曲軸中心線方向的分力為0.99P-0.95P，這說明只有一小部分壓力被用來做功，而極大部分壓力被曲軸抵消掉了，不僅動力浪費大而且加速了機件的磨損，甚至損壞機件，使曲軸產(chǎn)生變形。發(fā)明名稱為曲柄園滑塊往復活塞式內燃機，專利號為85100358號的發(fā)明者用一個偏心半徑等于曲軸半徑的園滑塊取代傳統(tǒng)的曲柄連桿式內燃機中的連桿，將活塞的往復直線運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動，克服了連桿造成的弊病，但沒有解決分力做功的問題。
本發(fā)明的目的是要使氣缸中的燃氣膨脹力能最大限度地被利用，也就是整個做功行程都是全力做功，克服傳統(tǒng)的曲柄連桿式內燃機幾乎所有的弊病，使其功率達到傳統(tǒng)的曲柄連桿式內燃機的六倍以上。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的如

圖1(整機結構原理示意圖)所示，本發(fā)明內燃機是由一個氣缸體1，一個飛輪11(兼做棘輪)裝配在氣缸體1的中央[圖2(配氣傳動示意圖)的A-A剖面的Ⅲ的中央]，以飛輪軸30為園心，在飛輪11的同一平面內沿氣缸體1半徑和氣缸的曲率半徑相吻合的同一園周上，以相同的園周方向均勻對稱地分布四個相同的氣缸6(氣缸套)，四個活塞及其活塞桿的曲率半徑和氣缸是一致的，其中氣缸(1)和氣缸(2)的活塞桿8-1和8-2不帶齒條;氣缸(3)和氣缸(4)的活塞桿8-3和8-4(兼做環(huán)形齒條，如放大圖
及其F-F剖面所示)分別與齒輪12-1和齒輪12-2相嚙合;氣缸(1)和氣缸(3)的活塞桿與一對以飛輪軸30為園心(支點)的杠桿力臂9-1的兩頭剛性連接。杠桿力臂9上剛性連接的棘爪主體10上裝有棘爪50與棘輪(飛輪11)相嚙合組成順時針傳遞動力的棘輪機構(也可以采用別的辦法傳遞動力)，由飛輪軸30對外輸出扭矩。氣缸(2)和氣缸(4)同上面的(1)和(3)兩個氣缸的情形一樣。四個氣缸的活塞連續(xù)往復運動是通過偏心輪20的順時針旋轉迫使齒條25作往復直線運動，帶動一組傳動變速齒輪31-1和31-2作擺動[圖2(配氣傳動示意圖)及圖4(B-B剖面展開圖所示]，實現(xiàn)四個行程的連續(xù)運動;配氣凸塊齒圈13在配氣齒輪14的帶動下作反時針旋轉實現(xiàn)四個氣缸的配氣職能。齒輪32和配氣齒輪14嚙合實現(xiàn)準時點火或噴油職能。油泵齒輪26在油泵動力齒輪27的帶動下輸出壓力油推動油馬達齒輪24帶動齒輪18旋轉，實現(xiàn)發(fā)動機持續(xù)不斷地工作。
本發(fā)明內燃機是這樣工作的如圖1(整機原理示意圖)和圖2(配氣傳動示意圖)所示。開始運行手搖起動齒輪33-2(裝有滾柱式超越離合器如圖1和圖7所示)起動時讓其與配氣齒輪14嚙合作順時針搖轉，配氣齒輪14作反時針旋轉一是帶動配氣凸塊齒圈13作反時針旋轉(內嚙合，如圖2的放大圖
所示);二是帶動齒輪32轉動(噴油泵、輸油泵或汽油泵、分電器的動力齒輪);三是帶動齒輪18作順時針旋轉(18和20都是固裝在偏心輪軸19上)通過滾針軸承21(2個)和滾針軸承23(4個)的作用下[如圖5(C-C展開旋轉)所示]迫使齒條主體22開始作往復直線運動，齒條25帶動齒輪28作擺動(開始時是作反時針旋轉)通過變速齒輪31-1和傳動齒輪31-2帶動與其嚙合的活塞桿齒條8-3繞飛輪軸30作反時針旋轉，使氣缸(1)和氣缸(3)的活塞由外向里運動，因使活塞桿齒條8-4旋轉的傳動齒輪少一個，所以兩對桿杠力臂9-1和9-2繞飛輪軸30作剪刀型運動。如圖1(整機結構原理示意圖)所示設氣缸(1)是做功終點，氣缸(2)是壓縮終點，氣缸(3)是吸氣終點，氣缸(4)是排氣終點。四個氣缸控制進排氣閥門開閉的位置(圖1和圖2標上度數(shù)是為了便于說明)氣缸(1)在54°的地方，氣缸(2)在144°，氣缸(3)在234°，氣缸(4)在324°。四個氣缸的活塞開始作第一行程由圖2(配氣傳動示意圖)所示54°-36°之間是排氣凸塊，氣缸(1)的排氣閥打開作排氣行程;144°-126°之間沒有進排氣凸塊，氣缸(2)的進排氣閥都是關閉的，進行做功行程;234°-216°之間沒有進排氣凸塊，氣缸(3)的進排氣閥也都是關閉的，進行壓縮行程;324°-306°之間是進氣凸塊，氣缸(4)的進氣閥打開作吸氣行程。第二個行程氣缸(1)因36°-18°之間為吸氣凸塊作吸氣行程;氣缸(2)因126°-108°之間為排氣凸塊是排氣行程;氣缸(3)因216°-198°之間沒有進排氣凸塊是做功行程;氣缸(4)因306°-288°之間沒有進排氣凸塊是壓縮行程。第三行程、第四行程依次類推。四個缸的做功順序是(1)(2)(3)(4)。
油泵動力齒輪27(固定在飛輪軸30上)帶動油泵齒輪26，輸出的壓力油通過減壓閥一路用于各潤滑部位;另一路進入油馬達(油馬達齒輪24)帶動齒輪18旋轉，這樣，內燃機就可以連續(xù)可靠地工作。
油泵輸出的壓力油經(jīng)過配置的單向閥、溢流閥、蓄壓器、減壓閥等液壓元件進入油馬達。蓄壓器所蓄存的液壓能除可調節(jié)系統(tǒng)中的油壓外，還可以作為內燃機的起動的動力。停車時關閉蓄壓器閥門，起動時打開閥門，蓄壓器的壓力油便流入系統(tǒng)中推動油馬達轉動，使內燃機得以起動。在正常情況下是用蓄壓器起動，手搖起動是備用機構。
本發(fā)明內燃機由于四個環(huán)形氣缸對稱、均勻分布在以飛輪軸30為園心的同一園周上，活塞7和活塞桿8及杠桿力臂9之間是剛性連接，活塞在氣缸中始終是以飛輪軸30為園心作往復園周運動，活塞端面通過飛輪軸30，氣缸中的最高壓力可以出現(xiàn)在活塞剛換向后，根據(jù)前面所設最高壓力為P，那末推動活塞作園周運動的力為P，即推動杠桿力臂9作園周運動的力為P(在氣缸容積、燃油量相同的條件下)P與0.15P之比為6.66倍，并且整個做功行程都是全力做功。這就是本發(fā)明內燃機的功率是傳統(tǒng)的曲柄連桿式內燃機功率的六倍以上的理論根據(jù)。此外，本發(fā)明內燃機還有以下優(yōu)點1、本發(fā)明內燃機的運行、配氣是嚴密的、協(xié)調的，工作可靠。偏心輪20作順時針每轉半周，配氣凸塊齒圈13反時針轉過一個行程位置，四個氣缸都同時完成一個行程，即一個缸吸氣，一個壓縮;一個做功，一個排氣。配氣凸塊齒圈13是以飛輪軸30為園心由6個滾針軸承定心。如圖1和圖4及另件號29的放大圖所示。6對錐形滾針承軸16，如圖6(圖2的D-D剖面)所示，其錐度應與配氣凸塊齒圈13吻合。由于齒輪32(汽油泵、分電器或噴油泵、輸油泵動力齒輪)和配氣齒輪14嚙合，所以柴油機能準時噴油，汽油機能準時點火。
2、油泵和油馬達之間可由溢流閥、蓄壓器、減壓閥調定系統(tǒng)中的油壓，這樣，系統(tǒng)中的壓力、氣缸的點火或噴油時刻等許多參數(shù)都可優(yōu)化，選擇最佳值。汽油機的壓縮比在設計時就可以選定最佳值。
3、本發(fā)明內燃機四個缸活塞的運行速度是相同的，做功的燃氣壓力在驟然升到最高值后逐漸下降，開始時高于系統(tǒng)中的油壓，一定時間后低于系統(tǒng)中的油壓，由油壓推動完成另一個缸的壓縮行程，在接近終點時燃氣開始燃燒膨脹克服慣性力換向進入做功行程。由于運動成剪刀型，活塞、活塞桿和杠桿力臂的質量慣性力大小相等、方向相反、互相抵消。另外，偏心輪20造成的慣性力可以平衡消除，齒條主體往復直線運動的慣性力也可以平衡消除，如果不進行平衡消除，由于齒條主體往復行程很短，質量小，其振動很小。
4、由于活塞、活塞桿和杠桿力臂之間為剛性連接，在離心力作用下也不會對氣缸壁產(chǎn)生側壓力，只要是通過以飛輪軸為園心開的活塞環(huán)槽其截面是園形的，活塞環(huán)與氣缸壁的接觸始終是園形的，所以氣缸的密封性很好，不存在傳統(tǒng)的曲柄連桿式內燃機由于連桿造成的側壓力、漏氣等弊病。
5、潤滑條件要比傳統(tǒng)內燃機好得多，機件壽命長，磨擦損失小，氣缸(氣缸套)的潤滑可采取噴射的辦法。如圖1的G-G剖面圖所示，能使氣缸潤滑充分、均勻、適當。刮油環(huán)刮下的油可自行流回油底殼(圖上未畫出)，因氣缸(2)口朝上可采用吸附的辦法或裝上吸油性好的材料，定期更換。
6、氣缸均勻對稱地分布在同一園周上散熱性好，便于冷卻。
7、本發(fā)明內燃機便于借鑒傳統(tǒng)內燃機長期積累的經(jīng)驗，給試制帶來很多有利條件。
8、本發(fā)明內燃機結構緊湊，比體積小，加工方便，但環(huán)形氣缸在現(xiàn)有設備條件下加工較困難，但根據(jù)其運行特點，設想將活塞換成能自轉的刀具或砂輪進行鏜削或磨削的專用設備氣缸的加工就不難，這樣的設備是可以做得出來的。
9、本發(fā)明內燃機可以做成八個氣缸或更多氣缸的內燃機用于要求功率很大的地方，也可以采取加大缸徑或增加氣缸長度等辦法增加功率。棘輪機構可以傳遞很大的動力，因為棘齒較長。每一對杠桿力臂固裝兩個棘爪主體，每個棘爪主體裝有多個棘爪，每個棘爪和棘輪齒嚙合間隙都不同。如圖1中的放大圖
所示的b和b′兩個面，只要在結構上采取措施，每次嚙合總會有的棘爪和棘齒兩個面(b和b′)很接近，活塞換向時速度由零開始做加速運動，所以b和b′兩個面在活塞一換向時就貼在一起。不會發(fā)生碰撞。a和a′兩個面的接觸由于先接觸橡膠墊片51所以不會發(fā)生響聲。
10、本發(fā)明內燃機用途廣泛;汽車、輪船、發(fā)電等許多領域?？墒褂闷汀⒉裼?、天然氣、工業(yè)煤氣等多種燃料。是個切實可行的方案。
另件序號1-氣缸體 2-彈簧 3-排氣閥 4-進氣閥 5-氣缸蓋 6-氣缸(1)、(2)、(3)、(4))7-活塞 8-12活塞桿 8-34活塞桿(環(huán)形齒條) 9-12杠桿力臂 10-棘爪主體 11-飛輪(棘輪)12-12齒輪 13-配氣凸塊齒圈 14-配氣齒輪 15-配氣凸塊(排氣) 16-錐形滾針軸承 17-配氣凸塊(進氣) 18-齒輪 19-偏心輪軸 20-偏心輪 21-滾針軸承 22-齒條主體 23-滾針軸承 24-油馬達齒輪 25-齒條 26-油泵齒輪 27-油泵動力齒輪 28-齒輪 29-滾針軸承 30-飛輪軸 31-1傳動變速齒輪 31-2傳動齒輪 32-(汽油泵、分電器或噴油泵、輸油泵)齒輪 33-1十字空心軸 33-2手搖起動齒輪(超越離合器) 34-鍵 35-潤滑油管 36-軸承 37-變速齒輪 38-變速齒輪付軸 39-變速箱 40-離合器 41-付軸齒輪 42-活動支點鉸連 43-搖臂 44-氣門 45-進排氣歧管 46-1進氣管 46-2排氣管 47-大油孔(接油管) 48-噴油孔 49-彈簧片 50-棘爪 51-橡膠墊片補正表
權利要求
1.本發(fā)明內燃機是由氣缸體1，氣缸(氣缸套)6，活塞7，活塞桿8，杠桿力臂9，飛輪11，棘輪機構，配氣塊齒圈13和搖臂43，氣門44，進排氣管等組成的配氣機構，一組傳動變速齒輪及用于潤滑和內燃機起動、持續(xù)運轉的液壓系統(tǒng)，點火或噴油動力齒輪32，手搖起動機構33等組成。其特征是(1)、氣缸6(氣缸套)，數(shù)量為偶數(shù)，氣缸的形狀是環(huán)形的，其曲率半徑相同，通過其園心的橫截面是園形的，所有的氣缸都是以飛輪軸30為園心，在飛輪11的同一平面內，與氣缸的曲率半徑相吻合的同一園周上以相同的園周方向均勻對稱地分布在氣缸體1內。(2)、活塞7和活塞桿8的曲率半徑與氣缸是一致的，并且活塞7和活塞桿8及杠桿力臂9之間剛性連接，以飛輪軸30為園心，沿氣缸6(氣缸套)的中心園周往復運動。(3)、杠桿力臂9上剛性連接裝有棘爪50的棘爪主體10和兼做棘輪的飛輪11相嚙合組成棘輪機構傳遞動力，由飛輪軸30對外輸出扭矩。(4)、在飛輪軸30上固裝一個齒輪27帶動油泵齒輪26輸出壓力油推動油馬達齒輪24帶動固裝在偏心輪軸19上的齒輪18旋轉一是帶動配氣凸塊齒圈13旋轉；二是偏心輪20推動齒條主體22作往復直線運動，帶動一組傳動變速輪作擺動通過杠桿力臂9使活塞7作持續(xù)往復園周運動。(5)、通過與配氣齒輪14嚙合的齒輪32實現(xiàn)準時點火或噴油的燃料供給系統(tǒng)。(6)、一個開有滾柱槽的齒輪33-2裝在一個十字空心軸33-1上，在滾柱槽內裝有滾柱組成一個滾柱式超越離合器并能在需要用手搖動時才與配氣齒輪14相嚙合的手搖起動機構作備用起動機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的內燃機，其特征是活塞7與活塞桿8剛性連接處里面鉆有油道47，其園周方向鉆有噴油孔48，壓力油通過噴油孔48噴射在氣缸壁四周上，活塞桿8的下面是槽形的，里面裝有油管，在活塞桿8中有的活塞桿兼做環(huán)形齒條。
3.根據(jù)權利要求1所述的內燃機，其特征是每根杠桿力臂9中間以飛輪軸30為支點，在和棘輪對應的兩端固裝裝有棘爪50的棘爪主體10，每個棘爪主體裝有多個棘爪并和棘輪齒的嚙合間隙都不同，棘爪只能順時針傳遞動力，棘爪上面裝有彈簧片。下端頭部與棘爪主體接觸部位裝有耐油橡膠墊片。
4.根據(jù)權利要求1所述的內燃機，其特征是配氣凸塊齒圈13一側是齒圈，另一側是進排氣凸塊，配氣凸塊齒圈13是以飛輪軸30為園心，在它的外園周的氣缸體上均勻地裝有適當個數(shù)的滾針軸承定心，用適當數(shù)量的錐形滾針軸承承受配氣凸塊齒圈前后方向的負荷。
5.根據(jù)權利要求1所述的內燃機，其特征是在液壓系統(tǒng)中裝有蓄壓器用于起動和平衡系統(tǒng)中的油壓。
6.根據(jù)權利要求1所述的內燃機，其特征是齒條主體22裝有兩個滾針軸承21和偏心輪20相接觸，在氣缸體上至少裝有四個滾針軸承迫使齒條主體22作往復直線運動。
全文摘要
一種四行程活塞作圓周往復運動的環(huán)形氣缸內燃機，一個飛輪裝在氣缸體的中央，在飛輪的同一平面內，以飛輪軸為圓心，在同一圓周上均勻對稱地分布四個曲率半徑和所在的圓周相吻合的環(huán)形氣缸，用同一對杠桿力臂以飛輪軸為支點將對稱的兩個氣缸的活塞剛性連接，做功時兩對杠桿力臂作剪刀型運動。杠桿力臂和飛輪組成的棘輪機構順時針傳遞動力，由飛輪軸輸出扭矩。其最大優(yōu)點是整個做功行程都是全力做功，功率是傳統(tǒng)內燃機的六倍以上。
文檔編號F02B75/26GK1044697SQ89100679
公開日1990年8月15日 申請日期1989年2月1日 優(yōu)先權日1989年2月1日
發(fā)明者黃成生 申請人:黃成生