「十」字形發動機的製作方法

2023-06-23 13:02:51

專利名稱：「十」字形發動機的製作方法
技術領域：
機械領域這種發動機有四個氣缸，這四個氣缸在一個平面上成「十」字形對稱分部，以其中心為圓心每隔九十度一個氣缸，曲軸連杆組在中間，活塞成蘑菇形，四個連杆的運動平面在同一個平面分別與蘑菇形活塞的根部相連，曲軸有兩個與發動機機體相連的主軸承，一個(或稱一套)與兩個相對的連杆相連的軸承，(以下稱連杆瓦)，這個連杆瓦分成三個獨立性的連杆瓦，另外的兩個相對的連杆(以下稱副連杆)則用連杆梢與主連杆相連，曲軸通過加大平衡塊來達到運動中的平衡性。
圓柱形的氣缸兩頭都是密封的但兩底面都有氣門(這裡以外面的即離發動機中心遠的一頭為進氣門，裡面的為排氣門)，蘑菇形活塞的裙部有一個換氣門，其動力通過活塞杆傳給氣缸外的連杆，這裡以進氣門為參照分析活塞運動過程，當活從進氣門最近處離開進氣門時進氣門自動打開，活塞上的換氣門關閉，活塞與進氣門之間的空腔擴大開始吸氣，同時排氣門打開排氣，當活塞離開進氣門約為總距離的1/4時，排氣門關閉，當活塞運動到排氣門附近時噴油嘴噴油，活塞工作並向進氣門運動，這時進氣門關閉，當活塞運動到離進氣門還剩總距離的1/4左右時由於氣壓的改變換氣門自動打開，幾乎同一時間排氣門在外力的作用下打開，開始排氣，當活塞運動到進氣門附近時，進氣門與換氣門之間的空氣全部進入換氣門與排氣門之間且大部分停留在換氣門附近，換氣門關閉，活塞開始向排氣門運動，進氣門開始打開，吸入空氣，當活塞向排氣門運動大約為總距離的1/4左右時排氣門關閉，進入到下一個工作循環。
目的本專利設計，減輕了發動機的重量，提高了發動機的功率，減少運轉中的振動，並且結構簡單更加耐用。
內容這種發動機一般有四缸個氣缸，與普通四衝程發動機不同，它的四個氣缸在同一個平面上成「十」字形對稱分部(這裡不一定完全對稱)，曲軸連杆組在四個氣缸中間，四個連杆分別與各個氣缸外的活塞杆相連，這四個連杆的運動平面在一個平面上，曲軸有兩個與發動機機體相連的主軸承，一個與連杆相連的連杆軸承，這個連杆軸承分成三個獨立的軸承，兩邊的兩個與一個連杆(以下稱主連杆)相連，中間的一個與另一個相對的連杆(以下稱次連杆)相連，還有兩個相對的連杆則通過連杆梢與主連杆相連，其連接點可根據情況而定，曲軸通過平衡塊平衡旋轉中與連杆組之間的平衡性，由於曲軸在旋轉時其平衡波動約以90°為一個周期，而且在90°以內的平衡波動也不大，所以發動機有很好的平衡性，即振動極小，曲軸分成兩部分，連杆組套上曲軸的連杆瓦之後再將另一部分曲軸與之焊接好，成一個整體(亦可以其它方式將另一部份與之連接)。這樣可減輕連杆組的總質量，減少平衡的負面作用。
氣缸工作過程這裡活塞是蘑菇形的被封敝在氣缸內，通過活塞杆傳送動力做往復動動並與氣缸外的連杆相連，密封的氣缸外部(這裡指離發動機中心較遠的一個底面)有進氣門，內部(指離發動機較近的一個底面)有排氣門與活塞杆通過孔，活塞裙部有換氣門，這裡換氣門與排氣門之間的變化的腔稱為做功排氣腔，而另一個即換氣門與進氣門之間的變化的腔稱為進氣壓縮腔，當活塞從排氣門最近處向進氣門運動時活塞做功，三個氣門都關閉，在進氣壓縮腔的空氣受到壓縮，當活塞運動到離進氣門的距離約為總距離的1/4左右時，由於進氣壓縮腔的氣壓加大同時做功排氣腔的氣壓減小，便使換氣門自動打開，進氣壓縮腔的空氣進入到做功排氣腔，幾乎在同一時刻排氣門在外力(可用曲軸或連杆對其的壓力)作用下打開排氣，當活塞運動到離進氣門最近處時開始轉向排氣門方向運動，這時進氣壓縮腔的空氣全部進到做功排氣腔，這時排氣繼續進行，當活塞向排氣門運動時換氣門自動關閉，進氣門自動打開開始進氣，當活塞向排氣門運動約為總距離的1/4左右時排氣門關閉，做功排氣腔的空氣受到壓縮，當活塞向排氣門運動到非常接近排氣門時噴油嘴噴油，產生高溫高壓的燃氣推動活塞做功，進氣門關閉，進入下一個工作循環，這樣活塞在一個往復動動的過程中就有一個做功過程，所以在曲軸旋轉一周時每個氣缸都有一次做功即四次做功，並且每次做功都是對連杆產生的拉力，大大降低對連杆的受力要求，曲軸的受力不間斷且有兩個活塞做功對曲軸受力的重疊部分，所以動力輸出平穩，同時曲軸有較大的平衡塊，所以可不須飛輪，為了使得氣缸做功時排氣更乾淨，同時有更大的功率，可以在進氣管中以渦輪增壓到1.5個大氣壓以上，同時對排氣門的控制更嚴格，如限控制其排氣速度排氣時間段，來控制排氣，使其在排氣時做功排氣腔的最小氣壓保持在1.5個大氣壓或更高，讓做功排氣腔排氣乾淨且有更多的新鮮空氣。由於排氣是在曲軸旋轉一周，連杆往復運動一次就有一個排氣過程，所以在曲軸或連杆上設計對排氣門的壓縮機構，都能達到很好的效果，無須專門的複雜的配氣機構如凸輪軸搖臂等，同時噴油也是在每隔1/4轉就有一次，所以整個發動機除機油泵外可不用任何一個齒輪(機油泵亦可直接與曲軸相連而不用傳動齒輪)，總體結構十分簡單，大大降低運行中機械故障機率。
本專利設計減輕了發動機的重量，大大提高了發動機的輸出功率，運行平穩，振動小，結構簡單，同時其各部分受力比較平衡，許多受力相互抵消或部分抵消，設計更加合理，所以對材料的強度要求更低，設計製造更容易，使用受命也會大大提高。
圖面說明(1)曲軸主軸承 (2)曲軸配重塊 (3)曲軸兩部分的連接梢 (4)曲軸與連杆的連接軸承 (5)曲軸配重塊 (6)曲軸主軸承 (7)主連杆與副連杆的連接梢 (8)次連杆 (9)主連杆 (10)氣缸上的排氣門 (11)氣缸 (12)氣缸底上的活塞杆通過孔 (13)蘑菇狀活塞裙部的換氣門 (14)蘑菇狀活塞的活塞杆 (15)副連杆與活塞杆的連接孔 (16)副連杆 (17)曲尺形的活塞連接梢 (18)蘑菇狀活塞的活塞裙 (19)氣缸 (20)氣缸進氣門 (21)氣缸實現這一設計，由於它與普通四衝程發動機有極大區別，所以需要重新考慮它的各相數據，這四個氣缸須連成一個整體，這樣能提高結構強度及更好降低發動機的振動，四個氣缸的外底面(離發動機中心遠的底面)與氣缸成一個整體，活塞從內底面按裝進去，再將內底面按裝上去，若活塞杆採用(17)曲尺形的整體結構，那麼氣缸內底面則要分成兩半按裝，連杆(15)可直接從上面套進曲尺形的活塞梢(17)，副連杆(16)的另一頭在放進主連杆(9)的兩個軸瓦中間後再將連接梢(7)裝上將其套成一個整體並可相對搖動的結構(其連接位置可根據需要選定)，最後將次連杆瓦(8)放在主連杆(9)的中間一起套進曲軸(4)處，再將曲軸(2)的孔套進(3)處並焊接或用螺絲擰緊，這裡的噴油嘴結構與普通四衝程發動機的相同所以沒有畫出來加以說明，排氣門的排氣可用曲軸在旋轉時對它的壓力或直接用連杆(16)、(8)、(9)亦可用活塞梢(17)對排氣門的壓力來達到(由於這樣的排氣結構簡單且運行穩定所以沒畫出來加以細敘)，另外這種結構的發動機有很多種類的受力會相互抵消或部分抵消，達到很好的平衡性，所以它可達到很高的轉速，可考慮將氣缸的中心線偏離發動機的中心(即(1)、(6)的中心)的設計，為了提高氣缸的排氣效率及提高其功率可在進氣門(20)外加以渦輪或其它方式加壓同時對排氣門(10)的排氣時間與排氣速度加以控制使排氣時做功排氣腔的最低氣壓在1.5個大氣壓左右或更高。在這裡為了減少連杆組在運動中的整體離心力可用輕金屬如鈦代替鐵，在這裡為了減小連杆對活塞杆的斜向壓力，可在活塞杆往復運動的軌跡上設計一軌道來分解連杆對活塞杆的斜向壓力，同時可化解曲軸對活塞作用產生的旋轉力，這樣，氣缸幾乎只有氣體對其產生的壓力而沒有其它很強的作用力，因而可考慮使用陶瓷材料。
權利要求
本設計使用了蘑菇形的活塞及將活塞封於氣缸內的氣缸，構成兩個變化的空腔，分別擔任不同的工作過程，使活塞在一個往復運動中就完成一個工作循環，通過活塞杆將動力傳給氣缸外的連杆，幾個連杆的運動平面在一個平面上與活塞相連，曲軸有兩個與發動機機體相連的主軸承，一個與連杆相連的軸承，各氣缸的中心軸線在一個平面上以發動機中心為圓心均勻分部。
權利要求
1、活塞成蘑菇形在相對密封的氣缸內運動，通過活塞杆與氣缸外的連杆相連，活塞裙部的兩面分別與氣缸構成兩個變化的空腔，分別擔任不同的工作過程，一個擔任進氣及壓縮工作，另一個擔任部分壓縮及做功、排氣工作。通過活塞裙部的換氣門進行兩個腔的氣體交換。
2.各氣缸的中心軸線在一個平面上，以發動機中心為圓心均勻分部，曲軸只有兩個與發動機機體相連的主軸承，及一個與各連杆相連的軸承。
全文摘要
所屬技術領域機械領域本設計採用了蘑菇形的活塞及將活塞封於氣缸內的氣缸，使活塞在氣缸中構成兩個可變化的氣缸空間，分別擔任不同的工作程序，通過活塞裙部的氣門交換氣體，從而使得活塞在一個往復運動中完成一次工作循環，通過活塞杆將動力傳到氣缸外的連杆，其各連杆在一個平面上共同受力於一個(或一組)連杆軸承，與各氣缸中心軸線所在的平面基本吻合，氣缸基本上以發動機中心為圓心成「十」字形均勻分部於一個平面上。這種發動機可用於所有需要動力的地方。
文檔編號F02B75/32GK1453465SQ0211606
公開日2003年11月5日 申請日期2002年4月25日 優先權日2002年4月25日
發明者張春海 申請人:張春海