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弧擺凸輪活塞內燃機.pdf

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凸輪 活塞 內燃機
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摘要
申請專利號:

CN201510262627.9

申請日:

2015.05.15

公開號:

CN104895671A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移 IPC(主分類):F02B 75/40登記生效日:20190114變更事項:專利權人變更前權利人:張汝林變更后權利人:江蘇潤通動力機械有限公司變更事項:地址變更前權利人:212300 江蘇省丹陽市新世紀花園東區102-1號變更后權利人:212322 江蘇省丹陽市云陽街道南三環路丹陽高新技術創新園變更事項:共同專利權人變更前權利人:潘國保|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F02B 75/40申請日:20150515|||公開
IPC分類號: F02B75/40; F02F1/22; F02F1/42 主分類號: F02B75/40
申請人: 張汝林; 潘國保
發明人: 張汝林; 潘國保
地址: 212300江蘇省丹陽市新世紀花園東區102-1號
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510262627.9

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2019.02.01|||2018.01.16|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

弧擺凸輪活塞式內燃機,由二個左右對稱的氣缸單元組、主軸(19)、弧擺雙曲線凸輪(3)、雙頭自由浮動活塞(4)組成,其特征在于:所述的主軸(19)的中部設有弧擺曲線凸輪(3),雙頭自由浮動活塞(4)中間凹槽騎浮在弧擺曲線凸輪(3)的脊梁(3-1)中,并平行于主軸(19),弧擺曲線凸輪(3)旋轉過程由表面脊梁(3-1)擺動推動雙頭自由浮動活塞(4)沿著左右側的缸筒(5-1)作直線運動,通過氣缸體(5)左、右側的進排氣門(17)完成吸氣、壓縮、作功、排氣四沖程循環。本發明,結構簡單緊湊、成本制造低,低轉速大扭距。適度溫控、小震動、低噪音、節能環保。

權利要求書

權利要求書
1.  弧擺凸輪活塞式內燃機,由二個左右對稱的氣缸單元組、主軸(19)、弧擺雙曲線凸輪(3)、雙頭自由浮動活塞(4)組成,所述的氣缸單元組由氣缸體(5)、氣缸蓋(6)、氣缸蓋罩(7)、配氣分配盤(14)、進排氣門(17)、液壓挺筒(18)組成,主軸(19)設在氣缸體(5)的中心,有滾柱軸承做支撐,二端通過軸承和鎖緊螺帽(10)固定在缸體上,其特征在于:所述的主軸(19)的中部設有弧擺雙曲線凸輪(3),雙頭自由浮動活塞(4)中間凹槽騎浮在弧擺曲線凸輪(3)的脊梁(3-1)中,并平行于主軸(19),弧擺曲線凸輪(3)旋轉過程由表面脊梁(3-1)旋轉擺動推動雙頭自由浮動活塞(4)沿著左側的缸筒(5-1)作直線運動,通過氣缸體(5)左側的進排氣門(17)完成吸氣、壓縮、作功、排氣四沖程循環,把化學能轉換為機械能;雙頭自由浮動活塞(4)再由弧擺曲線凸輪(3)旋轉向右移動,迫使脊梁(3-1)的曲弧高點往低點旋轉,推動右側的進排氣門(17)完成吸氣、壓縮、作功、排氣四沖程循環。

2.  根據權利要求1所述的弧擺凸輪活塞式內燃機,其特征在于:所述的氣缸體(5)的二端圍繞弧擺曲線凸輪(3)中心均勻分布等距離六或四缸筒(5-1),按照點火或者壓燃工作順序完成,依次循環;自由雙向活塞(4)的運動通過2個推力滾柱軸承(16)推動主軸(19)上的弧擺曲線凸輪(3),帶動主軸(19)旋轉。

3.  根據權利要求1所述的弧擺凸輪活塞式內燃機,其特征在于:所述的氣缸體(5)二端與缸筒(5-1)連接處分別設有配氣分配盤(14),與主軸(19)同步旋轉,配氣分配盤(14)上分配有六個或四個氣缸作功的進排氣門機構,進排氣門機構控制進排氣門(17)的開閉,主軸(17)旋轉一周,12個氣缸中6個氣缸點火一次、8個氣缸中4個氣缸點火一次。

4.  根據權利要求1所述的弧擺凸輪活塞式內燃機,其特征在于:所述的弧擺曲線凸輪(3)的曲面上面設有作為機油飛濺潑、潤滑活塞表面的工藝孔(3-2),弧擺曲線凸輪(3)二側的脊梁曲面(3-1)是工作面,雙頭自由浮動活塞(4)沿著缸筒(3-1)在氣缸體(5)內左右移動,推動弧擺凸輪旋轉,周而復始工作。

5.  根據權利要求1所述的弧擺凸輪活塞式內燃機,其特征在于:所述的氣缸蓋(6)的上部還設有空氣濾清器(1)、進氣歧管(2)、節氣門總成(20)和 電子噴油嘴(13),火花塞(9),氣缸體(5)的下部設有排氣歧管(15),渦輪增壓器(8)設在排氣歧管(15)的管路上,氣缸體(5)的兩側設有缸套(12)、進排氣門(17)和配氣相位盤(14)。

說明書

說明書弧擺凸輪活塞內燃機
技術領域
本發明屬于內燃機技術領域,它適用于航空輕型飛機、重型運輸機、農業機械、工程機械、發電機組、船舶動力、軍用裝甲、全地形越野車輛、雪地車輛、冷藏集裝箱等用途的內燃機。
背景技術
目前一般活塞式內燃機(除少量轉子內燃機)全部采用100多年前就已經出現的經典的“曲軸——連桿”機構,將活塞的往復運動通過連桿傳輸帶動曲軸,變為軸的旋轉運動,這種內燃機技術早已非常成熟了,在汽車、船舶、鐵路、飛機和其他工業中得到了廣泛應用,100多年來活塞式內燃機的設計改革沒有太大的變化,例如美國,大批生產的400馬力一下航空活塞式內燃機與上世紀40年代的設計基本相同。曲軸一連桿機構帶來了一系列問題至今無法克服,如體積大,缸體大,(曲軸箱)、重量大、震動大、噪音大,燃油利用率低。輸出扭矩脈動大等。一臺水冷內燃機零部件最少在4500個以上,最多達5000個左右,不可避免帶來原材料的消耗、加工設備的投入和龐大的配套體系。
發明內容
針對以上問題,本發明的目的在于提供一種全新的弧擺凸輪活塞式內燃機,它是采用弧擺曲線凸輪替代曲軸,使活塞直線運動變為旋轉運動,在弧擺凸輪表面布置曲線弧形脊梁,利用自由雙向活塞中間凹槽騎浮在脊梁中,平行于主軸,弧擺曲線凸輪旋轉過程,由表面脊梁擺動推動自由雙向活塞沿著缸筒導向作直線運動,完成吸氣、壓縮、作功、排氣四沖程循環,把化學能轉換為機械能再傳輸與弧擺曲線凸輪,迫使脊梁曲弧高點往低點旋轉。自由雙向活塞在兩端氣缸內沿軸向往復運動,完成四沖程的進氣、壓縮、作功和排氣的工作。
本發明的技術方案是通過以下方式實現的:弧擺凸輪活塞式內燃機,由二個左右對稱的氣缸單元組、主軸、弧擺雙曲線凸輪、雙頭自由浮動活塞組成,所述的氣缸單元組由氣缸體、氣缸蓋、氣缸蓋罩、配氣分配盤、進排氣門、液壓挺筒組成,主軸設在氣缸體的中心,有滾柱軸承做支撐,二端通過軸承和鎖緊螺帽固定在缸體上,其特征在于:所述的主軸的中部設有弧擺雙曲線凸輪,雙頭自由浮 動活塞中間凹槽騎浮在弧擺曲線凸輪的脊梁中,并平行于主軸,弧擺曲線凸輪旋轉過程由表面脊梁旋轉擺動推動雙頭自由浮動活塞沿著左側的缸筒作直線運動,通過氣缸體左側的進排氣門完成吸氣、壓縮、作功、排氣四沖程循環,把化學能轉換為機械能;雙頭自由浮動活塞再由弧擺曲線凸輪旋轉向右移動,迫使脊梁的曲弧高點往低點旋轉,推動右側的進排氣門完成吸氣、壓縮、作功、排氣四沖程循環。
所述的氣缸體的二端圍繞弧擺曲線凸輪中心均勻分布等距離六或四缸筒,按照點火或者壓燃工作順序完成,依次循環;自由雙向活塞的運動通過2個推力滾柱軸承推動主軸上的弧擺曲線凸輪,帶動主軸旋轉。
所述的氣缸體二端與缸筒連接處分別設有配氣分配盤,與主軸同步旋轉,配氣分配盤上分配有六個或四個氣缸作功的控制進排氣門機構,進排氣門機構控制進排氣門的開閉,主軸旋轉一周,12個氣缸中6個氣缸點火一次、8個氣缸中4個氣缸點火一次。
所述的弧擺曲線凸輪的曲面上面設有作為機油飛濺潑、潤滑活塞表面的工藝孔,弧擺曲線凸輪二側的脊梁曲面是工作面,雙頭自由浮動活塞沿著缸筒在氣缸體內左右移動,推動弧擺凸輪旋轉,周而復始工作。
所述的氣缸蓋的上部還設有空氣濾清器、進氣歧管、節氣門總成和電子噴油嘴,火花塞,氣缸體的下部設有排氣歧管,渦輪增壓器設在排氣歧管的管路上,氣缸體的兩側設有缸套、進排氣門和配氣相位盤。
本發明,在缸體上圍繞中心弧擺曲線凸輪均勻分布等距離六缸筒或者四缸筒,按照各工作順序(點火或者壓燃)循環作功,該產品完成作功后排氣。間隔時間較現有技術縮短了一半,一個是720°作功一次,一個是360°作功一次,(徹底改變了傳統內燃機配氣相位采用正時齒輪鏈條,凸軸結合,鏈條固定架;漲緊器等等復雜機構。二比一傳動方式。)把有效動能即時傳輸給主軸輸出扭矩,降低空轉內耗動能,輸出扭矩比曲軸傳統內燃機增加了一倍動力。周而復始完成工作循環作功。至于主要支撐件、缸體為可分開式組合件,為滿足不同領域使用需要,外觀設計兩種,一種對稱長方圓角,中間圓鼓形,一種腰鼓形。摒棄了傳統內燃機體積龐大笨重、零部件眾多、結構復雜、裝配繁瑣的缺點,整機是一個革命性的突破和創新。
附圖說明
圖1是本發明的結構剖視圖。
圖2是弧擺曲線凸輪的主視圖。
圖3是圖2的側視圖。
圖4是圖2的俯視圖。
圖5是圖4的A-A剖視圖。
圖6是配氣分配盤結構示意圖。
圖7是氣缸體端面示意圖。
圖中:1空氣濾清器,2進氣歧管,3弧擺曲線凸輪,4雙頭自由浮動活塞,5氣缸體,6氣缸蓋,7氣缸蓋罩,8渦輪增壓器,9火花塞,10鎖緊螺帽,11啟動飛輪,12缸套,13電子噴油嘴,14配氣分配盤,15排氣歧管,16推力滾柱軸承,17進排氣門,18液壓廷筒,19主軸,20節氣門總成。
具體實施方式
由圖1知,弧擺凸輪活塞式內燃機,由二個左右對稱的氣缸單元組、主軸19、弧擺曲線凸輪3、雙頭自由浮動活塞4組成,所述的氣缸單元組由氣缸體5、氣缸蓋6、氣缸蓋罩7、配氣分配盤14、進排氣門17、液壓廷筒18組成,主軸19設在氣缸體5的中心,二端通過鎖緊螺帽10固定在啟動飛輪11上,所述的主軸19的中部設有弧擺曲線凸輪3,雙頭自由浮動活塞4中間凹槽騎浮在弧擺曲線凸輪3的脊梁3-1中,并平行于主軸19,弧擺曲線凸輪3旋轉過程由表面脊梁3-1擺動推動雙頭自由浮動活塞4沿著左側的缸筒5-1作直線運動,通過氣缸體5左側的進排氣門17完成吸氣、壓縮、作功、排氣四沖程循環,把化學能轉換為機械能;雙頭自由浮動活塞4再由弧擺曲線凸輪3旋轉向右移動,迫使脊梁3-1的曲弧高點往低點旋轉,推動右側的進排氣門17完成吸氣、壓縮、作功、排氣四沖程循環。
由圖2、圖3、圖4知,是弧擺曲線凸輪的示意圖。所述的弧擺曲線凸輪3的曲面上設有多個工藝孔,二側的脊梁3-1是工作面,雙頭自由浮動活塞4沿著脊梁3-1在氣缸體5內左右移動。本發明主要采用弧擺曲線凸輪3替代曲軸使活塞直線運動帶動主軸變為旋轉運動,在弧擺曲線凸輪3表面布置曲線弧形脊梁3-1,利用雙頭自由浮動活塞4中間凹槽騎浮在脊梁3-1中,平行于主軸19,弧 擺曲線凸輪3旋轉過程由表面脊梁3-1擺動推動自由活塞沿著缸筒導向作直線運動,完成吸氣、壓縮、作功、排氣四沖程循環,把化學能轉換為機械能再傳輸與弧擺曲線凸輪,迫使脊梁曲弧高點往低點旋轉,因弧擺曲線凸輪3是軸承支撐自由體而通過中心軸向外輸出扭力(也稱動力)。控制進排氣門機構采用一件滿足所有六缸作功。在氣缸體5兩端與主軸19組合形成同步旋轉,利用端面安裝微型軸承,分配好角度,按工作順序完成開閉目的。所述的氣缸體5的二端圍繞弧擺曲線凸輪3中心均勻分布等距離六或四缸筒5-1,按照點火或者壓燃工作順序完成先作功后排氣,依次循環。
由圖5知,是弧擺曲線凸輪的A-A剖視圖。所述的弧擺曲線凸輪3的曲面上設有多個工藝孔,二側的脊梁3-1是工作面,雙頭自由浮動活塞4沿著脊梁3-1在氣缸體5內左右移動。弧擺曲線凸輪的截面還設計成特殊幾何形狀(曲弧接觸面)。使活塞滾子運動過程中不發生咬緊又不產生空隙,保證順暢運動。極其可靠的自由調整結構。
圖6是配氣分配盤結構示意圖。所述的配氣分配盤14設在氣缸體5的二端,配氣分配盤14用于分配有六缸作功的時間的進排氣門機構。在接觸面有特殊設計,可以提前設定開閉角度10、之20度之間調節,保證進氣充盈,排氣干凈。(統稱點火提前角或排氣提前角)。
由圖7知,是氣缸體端面示意圖。所述的氣缸體5的二端圍繞弧擺曲線凸輪3中心均勻分布等距離六或四缸筒5-1,按照點火或者壓燃工作順序完成先吸氣,壓縮,作功后排氣,依次循環。(根據需求可以多缸設計)。最大馬力可以達近萬匹功率。最小十馬力起始。
本發明,潤滑系統不配油底殼作為儲油件,而是儲存于氣缸體5的油道中,每只缸與缸之間設有機油通道孔,弧擺曲線凸輪3與氣缸體5之間的空間都是儲油容量室,充分滿足潤滑需要。另設有機油泵直接供給需要潤滑部件(也可配置電子機油泵供油)。內置與外掛均可。
本發明采用弧擺曲線凸輪3作為主軸載體,代替了加工復雜、體積笨重、輔助配件眾多、裝配繁瑣、精度要求極高的曲軸主軸。徹底消失了100多年以來采用的連桿作為傳輸動能的結構件。利用活塞往復運動的特性把化學能通過巧妙的設計轉換為機械能而輸出扭距。
本發明所用傳動支撐點(部分)摒棄了傳統內燃機無法實現的傳動支撐(軸瓦型)。采用了滾柱式軸承,解決了潤滑、負荷、加工、裝配要求、工作環境、輔助部件眾多等復雜結構。最簡單、可靠、承載力強、不產生高溫(低溫工作)使用壽命長,對工作環境要求低,易裝配組合、結構緊湊、極少部件就能完善工況要求,連一個螺釘都不需要,整臺產品不用一片軸瓦。
配氣相位部分除采用傳統內燃機進排氣門組合、液壓挺筒8部件外,全部剔除了正時齒輪組合、凸輪軸、時規鏈、導板和漲緊輪等上百個零部件,一個組合部件就可完成配氣相位工作要求。
本發明剔除了傳統內燃機儲油裝置(油箱),體積大、又脆弱,潤滑油道和儲存均分布在機體各通道內,保證了潤滑所需又能在各種傾斜角度上正常使用。(甚至可以垂直工作,類似于日本魚鷹運輸機,它采用的是渦軸內燃機)。
點火系統或者壓燃系統在該產品上充分發揮高效工況。傳統內燃機(以六缸機為例)主軸轉一圈只有三次點火或壓燃,該型可以各缸點火或者壓燃爆燃,因為傳統內燃機要完成四沖程循環間隔時間太長,這是由曲軸的結構決定的,720度才能爆燃,各缸間隔角度和點火或者壓燃順序位差大,所以有效釋放動能受限,輸出扭矩就小,只能提高轉速來彌補扭矩的不足,這樣帶來了一些不良反應,主要表現為高溫、震動、噪音、能耗、排放污染等,為了克服這些不良不得不配套很多措施來加以控制,這樣高昂的制造成本與使用成本自然而然居高不下了。因此該產品充分工作循環所具備的必要條件,可以說是革命性的,采用極為簡單的機械幾何形狀部件,克服了順序作功位差大,提高了有效動能充分釋放,每轉動一圈保證了各缸均能點火或者壓燃作功,各缸之間由于該產品傳動系統的特殊結構所起的優秀特性,自然降低了轉速,達到輸出大扭矩,統稱為(低轉速大扭矩),舉一反三帶來了結構簡單、緊湊、適度溫控、小震動、低噪音、節能耗、更環保,無論制造成本和使用成本均顯著降低和提高。比傳統內燃機提高一倍的輸出功率(同等對比)。實際參數以測試為準。總成零部件累計不到1100個,傳統內燃機4500個左右。充分體現低成本制造、使用經濟性極佳的設計目標。
本發明,雙頭自由浮動活塞4的運動通過2個推力滾柱軸承16推動主軸19上的弧擺曲線凸輪3,帶動主軸19旋轉,所有相對運動表面均采用滾子軸承,減少阻力,增加了耐久性,可靠性,在每個氣缸單元的外端有鏈接在主軸 上的裝置,(配氣正時盤)控制氣門的開閉,主軸旋轉一周,12個氣缸其中6個點火一次,而相應普通6缸(傳統)只能點火3次,(主軸旋轉一周),所以本發明內燃機工作要平穩的多,同時其動力要澎湃的多,輸出扭矩要比傳統內燃機翻番達100%,最為顯著地是該款內燃機是低轉速、大輸出、低排放,配套目前先進的電子電噴技術,更能夠提高其中性能,達到更高的效率。

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