同軸無曲柄式發動機的製作方法

2023-10-17 19:33:19

專利名稱：同軸無曲柄式發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及做功的發動機，尤其是涉及同軸或雙向無曲柄式發動機。
背景技術：
往復式發動機在世界範圍內都比較普遍，尤其是使用曲柄機制將往復式運動轉化成旋轉運動來驅動整個機器，如汽車。由於此類發動機的往復式性質造成能量在運動過程中損失，從而降低了發動機的效率並引起一系列失衡效應，導致組件發生磨損、產生不可避免的振動以及噪音過大。在解決這些問題方面，有人做了不少嘗試，如轉子發動機、軌道發動機、分置式循環發動機、凸輪發動機、軸向式發動機、桶式發動機；所有這些代表性的發動機中的曲柄軸已被某種機制所取代，這種機制能將往復式運動轉化成旋轉運動，從而使許多由於曲柄軸固有的失衡特徵所導致的問題在一定程度上得到了緩解。此類發動機能夠驅動那些在驅動軸末端包含葉片或轉子等此類組件的機器來推動機器(如船、飛機、潛艇、直升機等)。特別是在軍事裝備裡，同軸轉子被用於轉動一對相反方向但卻被安裝在處於同一旋轉軸線上的單一軸上的轉子或螺旋槳，但是除了倒轉設備以外，因為其轉子或螺旋槳是在不同軸線上的不同軸上以相反方向旋轉的。兩種配置都需要某種變速箱將一個單一軸的運轉轉化成兩個軸的反向旋轉或同軸旋轉。採用一個行星齒輪組或類似的變速箱將發動機驅動軸的旋轉轉化成軸的同軸或反向旋轉方案，以驅動螺旋槳或轉子的同軸或反向旋轉。此類系統在輪船上較為常見。兩個螺旋槳或轉子是以一前一後的方式排列的，使功率從發動機通過齒輪傳動而轉移。如果使最大量的空氣或水均勻地通過螺旋槳或轉子會減少旋流，從而提高性能並減少能量損失。此類系統也可減少或消除現有單螺旋槳和轉子系統所產生的扭矩。然而，這些發動機及相關的傳輸系統通常價格昂貴、機械操作複雜、重量更大、維護成本更高、噪音大並且容易發生故障。例如，在同軸直升機中，變速箱和轉子輪轂結構十分複雜，有許多連接處及彈簧片等部件，這些部件可能因為需要同時驅動兩個反向的轉子盤的原因而發生故障。AU629, 238 (其內容以引用的方式併入本文)建議可以通過提供一種無曲柄往復式發動機來降低發動機的複雜性。這樣一種發動機可能至少包括一個氣缸、兩個相對放置並沿著每個氣缸的縱軸進行相反方向的往復運動的活塞、活塞之間是一個共用的燃燒室、 一個與每個氣缸的縱軸相平行且有一定間隔的主軸、以及兩個供主軸旋轉的具有軸向間隔、環狀的且大體上呈正弦的軌槽，該軌槽與前述活塞相互連接，以使活塞的往復運動能夠帶動主軸產生旋轉運動。該發動機還進一步包括一個與共用燃燒室連通的小型燃料混合氣和點火室，意思就是說將燃料注入該燃料混合氣和點火室，在其中形成一個富燃料混合氣， 並在共用燃燒室與空氣形成貧燃料混合氣。在該燃料混合氣和點火室中配有一個點火裝置，用於點燃其中的富燃料混合氣。然而，基於上述建議的發動機，還是需要解決與兩個在同一軸線上以相反方向同心旋轉的軸有關的問題以及磨損和複雜性方面的問題。此外，還需要一個齒輪箱將前述單一軸發動機產生的功率和扭矩轉化成同軸功率。因此，需要一種能夠在不需要變速箱的情況下、以機器要求的每分鐘轉數(RPM) 將總功率和扭矩傳遞給同軸同心軸的發動機。

發明內容
發明目的本發明的目的在於基本上克服或者至少改善現有技術的一個或多個缺點，或至少提供一個有用的替代解決方案。發明總覽在本文開頭所介紹的同軸無曲柄式發動機包括至少一個確定一條縱向延伸軸的氣缸；一對以相反方向沿該氣缸縱軸進行往復運動的活塞，並且這兩個活塞之間有一個共用的燃燒室；第一根與上述氣缸的縱軸大致平行並且具有橫向間隔的軸；第二根與上述氣缸的縱軸大致平行並且具有橫向間隔的軸，這個第二根軸有一個縱向延伸的通孔，使第一根軸能夠從中延伸並旋轉，上述每個活塞都與一個軸向分布的凸輪相連接，第一個凸輪由第一根軸所支撐，而第二個凸輪由第二根軸所支撐，即在使用時，活塞的往復運動帶動其各自的軸以相反的方向旋轉，從而驅動發動機運轉。最好在軸附近包含多個氣缸。最好包含兩個氣缸和四個活塞，其中一個氣缸中的活塞以180°與另一個汽缸中的活塞異相地運行。最好包含三個氣缸和六個活塞，以一個三角形而分布並且與軸的間隔相等。最好包含四個或更多氣缸。凸輪最好互為鏡像。凸輪最好為單葉式、多葉式、斜盤式、搖盤式或正弦式凸輪。相反方向的氣缸中的活塞最好位於發動機的同一側，因為它們與同一個凸輪相連。最好能夠讓活塞反向驅動凸輪，從而帶動軸發生同軸反向旋轉。最好是第一根軸由第一個框架支持，而第二根軸由第二個框架支持。最好包含一個與上述第一根軸有效關聯的第一個齒輪。最好包含一個與上述第二根軸有效關聯的第二個齒輪。與上述軸連接的第一個和第二個齒輪最好以能夠確保兩根軸時間同步的方式連接。上述方式最好是一個能夠以與第一根和第二根軸大約呈90°的角度驅動動力輸出軸的齒輪。


下面將對本發明的首選實施方案僅以舉例的方式並參考所附圖紙進行描述，其中圖1是本發明一個實施方案的橫截面側視圖。
具體實施例方式圖1顯示的是一個同軸無曲柄式發動機1，其包括至少一個確定一條縱向延伸軸 XX的氣缸3 ；—對以相反方向沿該氣缸3縱軸XX進行往復運動的活塞5，6，並且這兩個活塞5之間的空間7是一個共用的燃燒室7 ；第一根與上述氣缸3的縱軸XX大致平行並且具有橫向間隔的軸10 ；第二根與上述氣缸3的縱軸XX大致平行並且具有橫向間隔的軸12，這個第二根軸12有一個縱向延伸的通孔14，使第一根軸10能夠從中延伸並旋轉。第一根軸 10以與第二根軸12相反的方向旋轉。活塞5，6與兩個軸向分布的環狀凸輪16，17相連接。 第一個凸輪16由第一根軸10所支撐並與活塞5相連，而第二個凸輪17由第二根軸12所支撐並與活塞6相連。在使用時，活塞5，6的往復運動帶動其各自的軸10，12以相反的方向旋轉，從而驅動發動機1運轉。圖1中顯示的發動機基本運行是一個典型的內燃機。但是，發動機1包括兩個氣缸3，分別位於第一根軸10和第二根軸12兩側，而這兩根軸的安裝方式能夠使它們圍繞軸承20，21中的水平軸XX以相反的方向旋轉。在這裡，術語「軸向的」和「放射狀的」是以第一根軸和第二根軸10，12的縱軸YY為參考標準。固定在第一根軸10和第二根軸12上與之一起旋轉的是一對具有相似圓柱形外表面、間隔排列的輪子22。每個輪子22支撐著凸輪 16，17，而凸輪16，17從各自的輪子22的圓柱表面呈向外放射狀延伸。凸輪16，17位於軸向方向，為波狀外形，使其能夠以輪子22圓柱表面周圍的環狀路徑運轉。在首選形式中，凸輪16，17可以為單葉或多葉、斜盤、搖盤、正弦凸輪或其他能夠將往復式運動轉換成旋轉運動從而驅動軸10，12運轉的形狀。兩個凸輪16，17是相同的，兩者互為鏡像。每個氣缸3及其往復運動的活塞5，6的結構相同。但是，參考圖1，上部氣缸3的活塞5，6與下部氣缸3的活塞5，6呈180°的角度異相運轉。對面的活塞5，6適用於沿氣缸3的縱軸XX以相反方向往復運動。與每個活塞5，6剛性連接或起到關鍵性連接作用的是一個連杆25，適用於在一個、兩個或多個驅動軸承觀及一個尾軸承四的協助下與凸輪 16，17協同運轉。發動機兩端由油底殼30封閉。可採用任意數量的軸承。如圖1所示，連杆25的末端呈分叉狀，可在每個連杆臂上安裝一個、兩個或多個驅動軸承觀。外側的分叉臂延伸到凸輪16以外，用於安裝尾軸承四。活塞5，6之間定義了一個共用燃燒室7。與每個氣缸相鄰安裝有一個燃料混合氣和點火室40 (富燃料室)，帶有一個注孔42與燃燒室7相通。在點火室40上安裝有一個火花塞45，用於點燃其中的燃料。一個燃料噴射器46用於控制注入燃料混合氣和點火室40 內的燃料量。發動機內的燃燒過程與現有發動機的大致相同，並且也可根據需要採用壓縮點火法。發動機1還可能包括齒輪50等。齒輪50為錐形齒輪或準雙曲面齒輪，與徑直位於齒輪50頂部的一個普通的直齒錐齒輪或準雙曲面齒輪(未顯示)以及鎖定了同軸軸10， 12旋轉的第一根和第二根軸10，12連接在一起。該齒輪(未顯示)還可以與同軸軸10，12 呈90°的角度為一個輔助軸提供動力輸出。可以根據需求在發動機1的周圍重複此種軸的安排方式。齒輪的設計可能會因對轉速、齒輪減速的程度以及其所驅動的輔助設備的扭轉負載的要求而有所不同，如推式螺旋槳，並且根據該齒輪系統的時間選擇，偏航控制在某些應用中可進行改善。 雖然已參考具體例子對本發明進行說明，但本領域的技術人員應該理解本發明還可能以許多其他的形式體現。
權利要求
1.一個同軸無曲柄式發動機包括至少一個確定一條縱向延伸軸的氣缸；一對以相反方向沿該氣缸縱軸進行往復運動的活塞，並且這兩個活塞之間有一個共用的燃燒室；第一根與上述氣缸的縱軸大致平行並且具有橫向間隔的軸；第二根與上述氣缸的縱軸大致平行並且具有橫向間隔的軸，這個第二根軸有一個縱向延伸的通孔，使第一根軸能夠從中延伸並旋轉，上述每個活塞都與一個軸向分布的凸輪相連接，第一個凸輪由第一根軸所支撐，而第二個凸輪由第二根軸所支撐，即在使用時，活塞的往復運動帶動其各自的軸以相反的方向旋轉，從而驅動發動機運轉。
2.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，所述同軸無曲柄式發動機還進一步包括多個位於軸附近的氣缸。
3.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，所述同軸無曲柄式發動機還進一步包括兩個氣缸和四個活塞，其中一個氣缸中的活塞以180°與另一個汽缸中的活塞異相地運行。
4.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，所述同軸無曲柄式發動機還進一步包括三個氣缸和六個活塞，以一個三角形而分布並且與軸的間隔相等。
5.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，所述同軸無曲柄式發動機還進一步包括四個或更多氣缸。
6.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，其中凸輪互為鏡像。
7.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，其中凸輪為單葉式、多葉式、斜盤式、 搖盤式或正弦式凸輪。
8.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，其中相反方向的氣缸中的活塞位於發動機的同一側，因為它們與同一個凸輪相連。
9.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，其中活塞反向驅動凸輪，從而帶動軸發生同軸反向旋轉。
10.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，其中第一根軸由第一個框架支持，而第二根軸由第二個框架支持。
11.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，所述同軸無曲柄式發動機還進一步包括一個與上述第一根軸有效關聯的第一個齒輪。
12.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，所述同軸無曲柄式發動機還進一步包括一個與上述第二根軸有效關聯的第二個齒輪。
13.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，其中與上述軸連接的第一個和第二個齒輪以能夠確保兩根軸時間同步的方式連接。
14.根據權利要求1所述的同軸無曲柄式發動機，其中上述方式是一個能夠以與第一根和第二根軸大約呈90°的角度驅動動力輸出軸的齒輪。
全文摘要
一臺同軸無曲柄式發動機(1)至少包含一個具有一條縱向延伸軸(XX)的氣缸(3)；一對以相反方向沿該氣缸縱軸進行往復運動的活塞(5，6)；活塞之間的空間(7)是一個共用的燃燒室(70)；第一根軸(10)與氣缸的縱軸大致平行且與之有橫向間隔；第二根軸(12)與氣缸的縱軸大致平行且與之有橫向間隔；第二根軸(12)有一個縱向延伸的通孔(14)，使第一根軸能夠從中延伸並旋轉；每個活塞都與一個軸向分布的凸輪(16，17)相連接；第一個凸輪由第一根軸所支撐，而第二個凸輪由第二根軸所支撐。在使用時，活塞的往復運動帶動其各自的軸以相反的方向旋轉，從而驅動發動機運轉。
文檔編號F01B3/04GK102395757SQ201080017158
公開日2012年3月28日 申請日期2010年3月19日 優先權日2009年4月16日
發明者達林·鮑威爾 申請人:達林·鮑威爾