無連杆往復-旋轉運動轉換裝置機體及其內燃機、壓縮機的製作方法

2023-06-01 17:20:41

專利名稱：無連杆往復-旋轉運動轉換裝置機體及其內燃機、壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及往復-旋轉運動轉換裝置，具體是無連杆往復-旋轉運動轉換裝置機 體；本發明同時涉及使用該機體的內燃機、壓縮機。
背景技術：
內燃機是目前廣泛使用的動力源，這種設備能夠有效的將可燃物存儲的化學能轉 化為機械能，尤其是可以將汽油、柴油等蘊含的化學能有效的轉換為機械能。現有通常技術下，內燃機運動機構基本採用曲柄連杆發動機，這種發動機由於需 要使用連杆作為往復運動和旋轉運動的過渡件，增加了活塞運動軌道方向的尺寸，使其難 以獲得更好的比重量或者比體積指標；並且，由於連杆作擺動，該運動為複雜運動，難以對 其進行慣性力平衡，造成該內燃機的噪音明顯偏大；連杆的往復擺動還使活塞對運動導軌 側壁的側壓力偏大，增加了活塞運動中受到的摩擦力。為了解決上述問題，中國專利文獻CN85100358B公開了一種「曲柄圓滑塊往復活 塞式內燃機」，中國專利文獻CN1067741C公開了一種「曲柄雙圓滑塊往復活塞式內燃機」，中 國專利文獻CN1144880A公開了一種「曲柄多圓滑塊往復活塞式內燃機」。上述內燃機的共 同特點，是對通用技術下內燃機的曲柄連杆機構進行了徹底改進，採用具有偏心圓孔的圓 滑塊代替連杆。所述偏心圓滑塊呈圓柱形，並且開有平行於圓柱體軸線的偏心圓孔，該偏心 圓孔用於穿過曲軸的曲柄銷。該內燃機的活塞包括兩端的冠部(採用單作用活塞時，只有 一端為冠部，另一端為輔助導向部)和連接兩冠部的導向部，其中導向部上開有圓孔，該圓 孔的內徑面和上述圓滑塊的外徑面相配合，所述圓滑塊即安置在活塞導向部上與其外周相 配合的圓孔中。當所述活塞受到氣缸中燃燒氣體的推動而在氣缸中往復運動時，所述偏心 圓滑塊繞其自身的圓心轉動，並進而帶動曲軸反向轉動，從而將活塞的往復運動轉化為曲 軸的旋轉運動，再通過與曲軸連接的旋轉部件向外傳遞功率。上述專利的思想也可以方便 的轉用到壓縮機或者抽真空機中，獲得曲柄圓滑塊壓縮機或者曲柄圓滑塊抽真空機。另外，本申請人在2009年10月16日提出的申請號為200910236026. 5的中國專 利申請中，提出了一種採用端軸_動軸機構的軸系與往復運動件配合構成的往復_旋轉運 動相互轉換機構。在該機構中，包括至少兩個往復運動件、旋轉運動件以及支撐該機構的機 架；所述旋轉運動件為一軸系，包括位於兩端的端軸和連接在兩個端軸之間的動軸；所述 端軸可旋轉的固定在機架上，並且兩個端軸的旋轉軸位於同一直線上；端軸上開設有動軸 頸容置孔，該動軸頸容置孔的軸線與端軸的旋轉軸平行，並且距離該旋轉軸的距離為e ；所 述動軸包括動軸頸、動軸銷以及動軸臂；所述動軸頸為軸段，位於動軸左右兩端，兩端的動 軸頸的軸線位於同一條直線上；所述動軸銷同樣為軸段，共有兩段或者兩段以上，各個動軸 銷的軸線均平行於所述動軸頸的軸線，並且動軸銷軸線距離動軸頸軸線的距離也為e，相鄰 的動軸銷在空間上具有180度相位差；動軸頸和動軸銷之間、以及相鄰的動軸銷之間，通過 動軸臂連接；與所述端軸組成所述旋轉運動件時，動軸兩端的動軸頸分別插入兩端的端軸 的動軸頸容置孔，並與動軸頸容置孔可旋轉的連接；每個動軸銷至少對應設置一個往復運
3動件，一般是活塞，也可以是動平衡滑塊，往復運動件上具有套在動軸銷上的動軸銷孔，動 軸銷孔與動軸銷可旋轉連接；所述往復運動件置於機架的往復運動導軌中；相鄰的往復運 動件的往復運動導軌在空間上具有90度相位差。採用曲柄圓滑塊結構或者端軸-動軸裝置的內燃機，其共同特點是不設置連杆， 在本發明中所提及的無連杆往復-旋轉運動轉換機構，具體就是指上述兩種形式，當然，也 不排除隨著技術發展產生的新形式。在上述無連杆的旋轉-往復運動轉換裝置中，活塞的結構產生了很大的變化，活 塞不僅僅是承擔可燃混合氣的爆發壓力的部件，還同時需要起到與曲軸連接的作用，容納 活塞運動的氣缸的長度也相應較長，分為高溫段和低溫段，所述高溫段與曲柄連杆機構發 動機的氣缸對應的氣缸段；所述低溫段則是無連杆發動機特有的部分，為活塞的運動提供 導向作用。對於氣缸的高溫段，一般需要為其設置冷卻水套，該冷卻水套圍繞氣缸高溫段的 外周設置，用於通過冷卻水，為燃燒室降溫。在設置有缸套的機體中，往往採用缸套和高溫 段的水套凹槽配合的方式形成冷卻水套。在採用這種形式的冷卻水套時，缸套的絕大部分 側壁面上，只在上部和底部存在側向的支撐，而其中間的大部分側壁面均處於懸空狀態。由 於缸套中容置活塞，活塞在高速的往復運動中會產生對側壁的側壓力；尤其是在往復運動 發生換向過程中，往復運動元件會在運行軌道中由貼合一側倒向另外一側，對軌道側壁產 生「拍擊」作用，由於缸套的側壁在中部懸空，使該部位特別容易由於拍擊產生變形，久之造 成活塞的往復運動導軌被破壞，並造成燃燒室空間發生變形。對活塞的往復運動和燃燒室 的燃燒效果等都會產生影響，並可能縮短整機的使用壽命。

發明內容
本發明提供無連杆往復_旋轉運動轉換裝置機體，該機體能夠較好的解決缸套側 壁懸空造成的問題。本發明同時提供使用上述機體的內燃機和壓縮機。本發明提供的無連杆往復-旋轉運動轉換裝置使用的機體，該機體與氣缸套配合 處的內壁設置環狀凹入的水套凹槽，該水套凹槽和放置在氣缸中的缸套外徑面配合形成環 形水套；其特徵在於，在所述水套凹槽的槽底設置有至少一個凸臺，在缸套裝入後，所述凸 臺的頂面能夠抵靠缸套的外徑面；並且該凸臺不會將環形水套腔體隔斷；所述凸臺稱為缸 套支撐凸臺。優選的，所述缸套支撐凸臺以垂直該機體的主軸孔軸線的方向延伸。優選的，所述缸套支撐凸臺延伸的位置範圍在氣缸缸口的缸套支撐肩和水套凹槽 下部的封水圈之間的中部位置。優選的，所述缸套支撐凸臺為多個，並且在周向上勻部。優選的，所述缸套支撐凸臺的頂面採用與所述缸套外徑面吻合的弧形。優選的，至少一個所述缸套支撐凸臺設置在與曲柄銷軸線垂直的周向位置。本發明同時提供一種內燃機，採用曲柄圓滑塊機構或者端軸-動軸機構，其體採 用上述一項技術方案所述的機體。本發明同時提供一種壓縮機，採用曲柄圓滑塊機構或者端軸-動軸機構，其機體 採用上述任意一項技術方案所述的機體。
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本發明提供的無連杆往復-旋轉運動轉換裝置機體，在氣缸高溫段的水套凹槽的 槽底設置有至少一個缸套支撐凸臺，該缸套支撐凸臺在缸套裝入後，其頂面能夠抵靠缸套 的外徑面，支撐缸套側壁面。設置上述缸套支撐凸臺後，缸套側壁不再完全懸空，而是獲得 了一定支撐；在優選的實施方式中，針對缸套特別容易收到活塞往復運動影響的部位設置 所述缸套支撐凸臺的布置位置，能夠對缸套提供更良好的支撐，有效避免缸套的變形，明顯 延長缸套的使用壽命。


圖1是本發明實施例提供的無連杆往復-旋轉運動轉換裝置使用的機體的立體圖 之一；圖2是本發明實施例提供的無連杆往復-旋轉運動轉換裝置使用的機體的立體圖 之二；圖3是本發明實施例提供的無連杆往復-旋轉運動轉換裝置使用的機體的立體圖
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具體實施例方式請參看圖1-圖3，上述圖均為本發明實施例提供的內燃機機體的立體圖，其角度 略有不同，以反映本發明所關注的機體氣缸高溫段結構為準。該機體尚未安裝缸套。該實 施例中的內燃機機體為用於採用曲柄圓滑塊機構或者端軸_動軸機構的內燃機機體，實際 上，該實施例中提出的技術方案同樣可以用於曲柄連杆內燃機中。如圖所示，該機體為H型四缸機機體，即包括第一氣缸1、第二氣缸2以及跑道3。 其中第一氣缸1、第二氣缸2的軸線相互平行，所述跑道3的軸線垂直於上述第一氣缸1和 第二氣缸2的軸線並且位於兩者中間。所述第一氣缸1和第二氣缸2均為安裝雙作用活塞的氣缸，因此，其兩端均具有高 溫段，即內壁作為燃燒室壁的氣缸段。圖中示出第一氣缸1 一端的第一高溫段1-1。圖中還 可看到第一氣缸1另一端的第二高溫段1-2 ；以及第二氣缸2的第三高溫段2-1和其另一 端的第四高溫段2-2。由於各個高溫段的結構相同，以下僅以第一高溫段1-1為例說明其內 部結構。如圖所示，所述第一高溫段1-1的內壁設置環狀凹入的水套凹槽1-3，該水套凹槽 1-3的腔體和第三高溫段2-1的水套凹槽的腔體相互連通。該水套凹槽1-3所在位置就是 機體與氣缸套配合處的氣缸內壁位置。圖中示出在水套凹槽1-3的靠近另一個氣缸的中間部位設置有中間隔條1-3-3， 同樣，在靠近機體外側的部位設置外側隔條1-3-4。圖3還示出位於水套凹槽1-3的下側 壁面的第一水道口 1-3-5和第二水道口 1-3-6，兩者分別作為進水口和出水口，具體哪一個 為進水口哪一個為出水口，則根據水流方向確定，在實際設計中，可以根據需要選擇水流方 向。在氣缸頂面則設置有若干連通孔1-3-7。在所述第一氣缸1的埠，設置有用於支撐缸套的缸套支撐肩1-4，該缸套支撐肩 1-4和缸套頂部的支撐肩配合，對缸套進行支撐。在所述水套凹槽1-3下部設置有封水圈 1-5，該封水圈1-5在缸套裝入後，能夠與缸套外壁配合，對冷卻水進行密封。
缸套裝入後，其外徑面和水套凹槽1-3形成密閉的空腔，成為環形水套，但是，缸 套的外徑面同時和所述中間隔條1-3-3、外側隔條1-3-4貼合，使該環形水套被分割為上半 腔體1-3-1和下半腔體1-3-2，兩者互相不能直接連通。另一方面，上半腔體1-3-1和所述 第三高溫段2-1相應的上半腔體連通，所述下半腔體1-3-2和所述第三高溫段2-1的相應 的下半腔體連通。所述第一水道口 1-3-5位於上半腔體1-3-1 ；所述第二水道口 1-3-6位 於下半腔體1-3-2。假設第一水道口 1-3-5為冷卻水進口，第二水道口 1-3-6為冷卻水出口。缸蓋(圖 未示)已經安裝在氣缸頂面，則該環形水套的工作原理描述如下。冷卻水在水泵提供的水壓的作用下，通過第一水道口 1-3-5流入上半腔體1-3-1， 並經過位於上半腔體1-3-1 —側的氣缸頂面的連通孔1-3-7流入缸蓋的腔體，在缸蓋的腔 體中循環一圈以後，通過與下半腔體1-3-2連通的氣缸頂面的連通孔1-3-7流入下半腔體 1-3-2，並從所述第二水道口 1-3-6流出，完成一個完整的冷卻水循環，實現對燃燒室的充 分冷卻。以上是該機體的高溫段的冷卻水路的說明，本發明的關鍵點在於設置了缸蓋支撐 凸臺1-6。如圖所示，在所述水套凹槽1-3的槽底設置有凸臺，該凸臺稱為缸套支撐凸臺 1-6。該缸套支撐凸臺1-6凸起的高度，使其能夠在缸套裝入後，頂面能夠抵靠缸套的外徑 面；所述缸套支撐凸臺1-6的以垂直該機體的主軸孔4軸線的方向延伸，並且該缸套支撐凸 臺1-6在軸向上延伸的範圍只佔據了所述水套凹槽1-3軸向長度的一段，其軸向的兩端均 不會抵靠水套凹槽1-3的側壁；這樣，該缸套支撐凸臺1-6的存在就不會造成冷卻水流動被 阻斷。但是，該缸套支撐凸臺1-6的設置對冷卻水在環形水套中的流動還是會產生影響，因 此，需要平衡其對缸套的支撐效果和對冷卻水流動的阻礙作用，選擇合適的尺寸。由於該缸 套支撐凸臺1-6的延伸長度受到上述限制，其所在的位置需要儘可能對避免缸套變形起到 最大作用。具體而言，在軸向位置上，該缸套支撐凸臺1-6延伸的位置範圍在氣缸缸口的缸 套支撐肩1-4和水套凹槽1-3下部的封水圈1-5之間的中部位置；在周向上，在與曲柄銷軸 線垂直的周向位置設置缸套支撐凸臺1-6。圖中可以看出，所述缸套支撐凸臺1-6在與曲 軸銷軸線垂直的周向位置上對稱設置有兩處。活塞往復運動中，在上述位置會出現最大的 側壓力，在此提供支撐能夠在缸套支撐凸臺1-6所佔空間最小的情況下取得最好的支撐效^ ο同樣為了獲得較佳的支撐效果，所述缸套支撐凸臺1-6的頂面採用與缸套吻合的 弧形，使其能夠與缸套的外壁面以面配合的方式配合，為缸套提供妥貼的支撐。這樣，所述 缸套支撐凸臺1-6和缸套外壁面能夠以面接觸配合，缸套支撐凸臺1-6能夠為所述缸套提 供較大的支撐面積，避免局部壓強過大造成缸套損壞。另外，如果需要設置多個所述缸套支撐凸臺1-6時，可以選擇在周向上均勻布置， 以實現對缸套的周向上的合理支撐，避免缸套不規則的變形。在本實施例中，考慮到中間隔 條1-3-3、外側隔條1-3-4對缸套同樣起到支撐作用，本實施例只在最薄弱的位置，即以上 所述的在與曲軸銷軸線垂直的周向位置，對稱設置兩處缸套支撐凸臺1-6。以上只介紹了在第一燃燒段1-1中設置缸套支撐凸臺1-6的情景，在其它各個高 溫段設置缸套支撐凸臺的方式同上。
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使用上述缸套支撐凸臺以後，可以明顯減小缸套變形，延長缸套的使用壽命。上述機體用於採用曲柄圓滑塊機構或者端軸-動軸機構的內燃機機體，即獲得了 本發明內燃機的實施例。上述機體用於採用曲柄圓滑塊機構或者端軸_動軸機構的壓縮機，即獲得了本發 明壓縮機的實施例。用於壓縮機時，本發明所述的高溫段是指壓縮機機體的氣缸和內燃機 機體氣缸的高溫段相應的位置。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明基本原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾 也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
一種無連杆往復 旋轉運動轉換裝置使用的機體，該機體與氣缸套配合處的氣缸內壁設置環狀凹入的水套凹槽，該水套凹槽和放置在氣缸中的缸套外徑面配合形成環形水套；其特徵在於，在所述水套凹槽的槽底設置有至少一個凸臺，在缸套裝入後，所述凸臺的頂面能夠抵靠缸套的外徑面；並且該凸臺不會將環形水套腔體隔斷；所述凸臺稱為缸套支撐凸臺。
2.根據權利要求1所述的無連杆往復-旋轉運動轉換裝置使用的機體，其特徵在於，所 述缸套支撐凸臺以垂直該機體的主軸孔軸線的方向延伸。
3.根據權利要求1所述的無連杆往復-旋轉運動轉換裝置使用的機體，其特徵在於，所 述缸套支撐凸臺延伸的位置範圍在氣缸缸口的缸套支撐肩和水套凹槽下部的封水圈之間 的中部位置。
4.根據權利要求1所述的無連杆往復-旋轉運動轉換裝置使用的機體，其特徵在於，所 述缸套支撐凸臺為多個，並且在周向上勻部。
5.根據權利要求1所述的無連杆往復-旋轉運動轉換裝置使用的機體，其特徵在於，所 述缸套支撐凸臺的頂面採用與所述缸套外徑面吻合的弧形。
6.根據權利要求1所述的無連杆往復-旋轉運動轉換裝置使用的機體，其特徵在於，至 少一個所述缸套支撐凸臺設置在與曲柄銷軸線垂直的周向位置。
7.一種內燃機，採用曲柄圓滑塊機構或者端軸-動軸機構，其特徵在於，其機體採用權 利要求1至權利要求6任意一項所述的機體。
8.—種壓縮機，採用曲柄圓滑塊機構或者端軸-動軸機構，其特徵在於，其機體採用權 利要求1至權利要求6任意一項所述的機體。
全文摘要
本發明提供一種無連杆往復-旋轉運動轉換裝置使用的機體，該機體與氣缸套配合處的氣缸內壁設置環狀凹入的水套凹槽，該水套凹槽和放置在氣缸中的缸套外徑面配合形成環形水套；在所述水套凹槽的槽底設置有至少一個凸臺，在缸套裝入後，所述凸臺的頂面能夠抵靠缸套的外徑面；並且該凸臺不會將環形水套腔體隔斷；所述凸臺稱為缸套支撐凸臺。本發明同時提供使用上述機體的內燃機以及壓縮機。本發明提供的無連杆往復-旋轉運動轉換裝置機體，在氣缸高溫段的水套凹槽的槽底設置有至少一個缸套支撐凸臺，該缸套支撐凸臺能夠抵靠缸套的外徑面，支撐缸套側壁面，明顯延長缸套的使用壽命。
文檔編號F02F1/14GK101963108SQ20101051261
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月12日 優先權日2010年10月12日
發明者黎明, 黎正中 申請人:北京中清能發動機技術有限公司