活塞式內燃機的製作方法

2023-05-02 08:15:01

專利名稱：活塞式內燃機的製作方法
專利說明 本發明涉及一種按進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣四過程進行循環地活塞式內燃機。
往復活塞式內燃機和三角活塞旋轉式內燃機均是按進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣四過程進行循環的活塞式內燃機。往復活塞式內燃機因為曲柄連杆機構空間尺寸大，因此這種型式的內燃機體積大，重量重，而且轉速的提高還受到往復運動構件的限制;三角活塞旋轉式內燃機體積小，重量輕，轉速高，但是這種型式內燃機的汽缸和活塞具有特殊型面，不僅配合精度高，加工製造比較困難，而且三角活塞尖角同氣缸壁接觸運動在高溫高速的條件下，處於臨界摩擦或幹摩擦的狀態，活塞磨損嚴重，壽命很短。
在CN-GG87206450(公告在實用新型專利公報第3卷第58期)中公開了一種擺動活塞式發動機的技術方案，這是一種冷源發動機，尚不具備內燃機的功能。
本發明的任務旨在克服公知的活塞式內燃機的缺點，提供一種新結構、新型式的活塞式內燃機。
解決本發明的要點是將具有內腔、加強壁、裙部導口和加強壁導口的活塞安裝在設有中心圓柱、厚隔板和薄隔板的氣缸體內，活塞的形狀可設計成I型或

型，裙部導口同厚隔板、加強壁導口同薄隔板動配合，使活塞能沿厚隔板和薄隔板往復運動，活塞中心孔同曲柄軸的軸頸動配合，使活塞中心能繞安裝在中心圓柱內的主軸旋轉，活塞在運動過程中，其外圓表面和內腔表面分別同氣缸體的缸腔表面和中心圓柱表面保持相切，因此，在幾何尺寸上要滿足如下要求活塞內腔半徑等於中心圓柱半徑同曲柄半徑之和，氣缸體的缸腔半徑等於活塞半徑同曲柄半徑之和，這樣，即在活塞同氣缸體之間形成容積在不斷變化的外氣室，在活塞同中心圓柱之間也形成容積在不斷變化的內氣室。外氣室和內氣室分別設有同進氣系統和排氣系統(或排氣系統和進氣系統)相通的通道，通道的啟閉受活塞控制，設計中，外氣室作空氣壓縮室時，內氣室則作燃燒膨脹室，內氣室作空氣壓縮室時，外氣室則作燃燒膨脹室。置於厚隔板內的燃燒室溝通外氣室和內氣室，燃燒室的進口同空氣壓縮室相通，並設有單向閥，燃燒室的出口同燃燒膨脹室相通，並設有受主軸凸輪機構控制的定時啟閉閥。
下面結合附圖對本發明的內容作進一步的詳細描述。



圖1本發明結構示意圖之一(內氣室為空氣壓縮室); 圖2本發明結構示意圖之二(外氣室為空氣壓縮室); 圖3活塞正剖視圖; 圖4活塞側視圖; 圖5曲軸結構正視圖; 圖6曲軸結構側剖視圖; 圖7本發明結構正剖視簡圖; 圖8本發明結構側剖視簡圖(活塞同圖7非同一狀態); 圖9本發明工作原理圖。
圖示1、氣缸體;2、中心圓柱;3、厚隔板;4、薄隔板;5、活塞;6、內腔;7、加強壁;8、裙部導口;9、加強壁導口;10、曲柄;11、曲柄軸;12、外氣室;13、內氣室;14、彈簧;15、16、17、18、通道;19、燃燒室;20、單向閥;21、定時啟閉閥;22、副進氣口;23、副進氣通道;24、主軸凸輪;25、飛輪;26、噴油孔;27、主軸;28、挺杆。
這種活塞式內燃機同公知的活塞式內燃機一樣具有進氣系統、排氣系統、供油系統、潤滑系統、冷卻系統、點火系統(對汽油機而言)和調速系統。區別在於氣缸體(1)內設有中心圓柱(2)、厚隔板(3)和薄隔板(4)，形成環形但被厚隔板(3)和薄隔板(4)隔斷的缸腔;主軸(27)、曲柄(10)和曲柄軸(11)形成曲軸狀，且主軸(27)通過軸承安裝在中心圓柱(2)的內孔中;活塞(5)具有內腔(6)、加強壁(7)、裙部導口(8)和加強壁導口(9)(如圖4所示)，置於氣缸體(1)的缸腔中，裙部導口(8)同厚隔板(3)、加強壁導口(9)同薄隔板(4)、活塞(5)中心孔同曲柄軸(11)軸頸動配合，且活塞內腔半徑等於中心圓柱半徑同曲柄半徑之和，缸腔半徑等於活塞半徑同曲柄半徑之和，這樣，活塞(5)在擺轉過程中，其外圓表面和內腔表面分別同缸腔表面和中心圓柱表面始終保持相切，並在活塞(5)同氣缸體(1)、活塞(5)同中心圓柱(2)之間分別形成容積在不斷變化的外氣室(12)和內氣室(13)。為了改善相切線上的密封狀態，曲柄軸(11)同主軸(27)可設計成彈性聯接，曲柄軸(11)能在置於曲柄(10)內的彈簧(14)作用下沿曲柄(10)作徑向位移，或者在液壓機構的作用下沿曲柄(10)作徑向位移，這樣，活塞(5)同氣缸體(1)及中心圓柱(2)之間既可保持緊密的接觸，又不致因活塞付的磨損而使相切線上的密封狀態破壞。外氣室(12)和內氣室(13)分別設有同進氣系統和排氣系統(或排氣系統和進氣系統)相通的通道，外氣室(12)既可作空氣壓縮室，也可作燃燒膨脹室，其通道(15或16)均設在氣缸體(1)的周邊上，內氣室(13)不論作燃燒膨脹室或空氣壓縮室，其通道(17或18)均設在氣缸體(1)的端面上，且通道(15或16、17或18)的開啟和關閉受擺動的活塞(5)控制。外氣室(12)和內氣室(13)通過渦流燃燒室(19)溝通，渦流燃燒室(19)設在厚隔板(3)內，其進口設有單向閥(20)，同作為空氣壓縮室的內氣室(13)或外氣室(12)相通，其出口設有定時啟閉閥(21)，同作為燃燒膨脹室的外氣室(12)或內氣室(13)相通;定時啟閉閥(21)的啟閉受主軸凸輪機構控制，該機構由主軸凸輪(24)和挺杆(28)構成，為了使渦流燃燒室(19)中未充分燃燒的混合氣在進入燃燒膨脹室後能得到充分燃燒，定時啟閉閥(21)可設計成還具有副進氣口(22)和副進氣通道(23)的三通啟閉閥，當渦流燃燒室的出口關閉時，副進氣口(22)和副進氣通道(23)連通，新鮮空氣經副進氣口(22)和副進氣通道(23)進入燃燒膨脹室，當渦流燃燒室的出口開啟時，副進氣口(22)和副進氣通道(23)隔斷，從而使混合氣不致從副進氣口(22)外洩，並全部進入燃燒膨脹室。此外，各構件之間存在相對運動的部位均應考慮密封，並在主軸(27)的輸出端設置飛輪(25)。這種活塞式內燃機的供油系統可通過進氣系統向空氣壓縮室輸入新鮮空氣和燃油的混合氣(汽油機的傳統方式)，也可在渦流燃燒室(19)的進口處設噴油孔(26)，利用空氣壓縮室向渦流燃燒室(19)供氣時的高速氣流將從噴油孔(26)噴出的燃油直接帶入渦流燃燒室(19)。對於柴油機，噴油嘴則安裝在渦流燃燒室(19)內。
為了加深對本發明內容的理解，有必要敘述一下這種活塞式內燃機的工作過程。下面參照圖9，以內氣室作空氣壓縮室的汽油內燃機為例。
1.進氣過程。曲柄軸(11)從315°位置開始繞主軸(27)旋轉360°，內氣室(13)完成一次進氣過程。
2.壓縮過程。曲柄軸(11)在315°位置時，單向閥(20)在渦流燃燒室(19)燃燒膨脹的混合氣壓力作用下處於關閉狀態，擺轉的活塞(5)開始對上一進氣過程吸入內氣室(13)的新鮮空氣實施壓縮，當曲柄軸(11)繞主軸(27)旋轉至90°位置時，外氣室(12)開始排氣，渦流燃燒室(19)內的壓力驟降，單向閥(20)即在內氣室(13)壓縮空氣的作用下開啟，稍後，定時啟閉閥(21)使渦流燃燒室(19)的出口關閉，副進氣口(22)則同副進氣通道(23)相通，並開始向外氣室(12)輸入新鮮空氣，與此同時，供油系統開始工作，從噴油孔(26)噴出的汽油被空氣壓縮室向渦流燃燒室(19)流動的高速氣流帶入渦流燃燒室(19)，並迅速混合霧化成可燃混合氣。壓縮過程進行至點火系統開始工作，混合氣燃燒，單向閥(20)關閉時停止。
3.燃燒膨脹過程。混合氣的燃燒首先在密閉的渦流燃燒室(19)內進行，定時啟閉閥(21)使渦流燃燒室出口開啟，副進氣口(22)關閉後，渦流燃燒室(19)內的燃氣進入外氣室(12)繼續充分燃燒膨脹，並推動活塞(5)擺轉，又通過曲柄(10)使主軸(27)旋轉，此時飛輪(24)則積蓄能量，燃燒膨脹過程進行至曲柄軸(11)旋轉至90°位置，排氣行程開始時停止。
4.排氣過程。曲柄軸(11)從90°位置開始繞主軸(27)旋轉360°，外氣室(12)完成一次排氣過程。
綜上所述，本發明具有如下特點 1.這種活塞式內燃機無連杆、曲柄軸直接同活塞鉸接，主軸又安裝在中心圓柱內，受力狀況較簡單，軸徑設計比往復式內燃機可小得多，因此，整機結構緊湊，各種指標，如比功率、比體積、比重量均優於往復式內燃機。此外，這種活塞式內燃機的不平衡，主要是由於活塞的擺轉引起的，性質較單純，通過曲軸配重和飛輪配重即可達到旋轉平衡，這樣，內燃機轉速就能夠大幅度地提高，從而提高輸出功率。
2.這種活塞式內燃機活塞和氣缸體缸腔的型面均為圓柱形，加工製造比較方便;活塞擺轉時，活塞同中心圓柱及缸腔壁的接觸運動是滾動和滑動的結合，且滾動比例大於滑動，因此，摩擦阻力較小，摩擦損失也少，活塞的潤滑問題比較容易解決;此外，活塞同中心圓柱及氣缸壁是兩個直徑接近的圓弧面之間的接觸，可以避免如三角活塞式內燃機的活塞付那樣的嚴重磨損問題。
3.這種活塞式內燃機不需要進、排氣門，因此，無氣門機構，這樣，既簡化了結構，又無氣門噪音，並降低了進、排氣阻力;由於進氣過程貫穿每一循環的始終、空氣吸入量和吸氣時間均大大優於公知的活塞式內燃機，使燃油的燃燒更加充分，既提高了經濟性，又降低了排汙量;由於排氣過程也貫穿每一循環的始終，使得廢氣能排淨，排氣噪音也降低。
4.這種活塞式內燃機有兩個獨立的氣室，當空氣壓縮室向燃燒室供氣時，可利用其高速氣流實現直接噴油和加強燃料的霧化程度，提高燃燒效率。
權利要求
1、一種活塞式內燃機，其特徵是具有內腔(6)、加強壁(7)、裙部導口(8)和加強壁導口(9)的活塞(5)安裝在設有中心圓柱(2)、厚隔板(3)和薄隔板(4)的汽缸體(1)內，形成內氣室(13)和外氣室(12)，裙部導口(8)同厚隔板(3)、加強壁導口(9)同薄隔板(4)動配合，使活塞(5)能沿厚隔板(3)和薄隔板(4)往復運動，活塞(5)中心孔同曲柄軸(11)的軸頸動配合，使活塞中心能繞安裝在中心圓柱(2)內的主軸(27)旋轉，活塞內腔半徑等於中心圓柱半徑同曲柄半徑之和，汽缸體(1)的缸腔半徑等於活塞半徑同曲柄半徑之和，置於厚隔板(3)內的燃燒室(19)溝通外氣室(12)和內氣室(13)，燃燒室(19)的進口設有單向閥(20)，燃燒室(19)的出口設有受主軸凸輪機構控制的定時啟閉閥(21)，外氣室(12)和內氣室(13)分別設有同進氣系統和排氣系統(或排氣系統和進氣系統)相通的通道(15或16、17或18)，通道(15或16、17或18)的啟閉受活塞(5)控制。
2、根據權利要求1所述的活塞式內燃機，其特徵是所述的定時啟閉閥(21)具有副進氣口(22)和副進氣通道(23)，成為定時啟閉三通閥。
3、根據權利要求1、2所述的活塞式內燃機，其特徵是曲柄軸(11)能在置於曲柄(10)內的彈簧(14)的作用下沿曲柄(10)作徑向位移，或在液壓機構的作用下沿曲柄(10)作徑向位移。
4、根據權利要求1、2所述的活塞式內燃機，其特徵是在燃燒室(19)的進口處設有噴油孔(26)。
5、根據權利要求3所述的活塞式內燃機，其特徵是在燃燒室(19)的進口處設有噴油孔(26)。
全文摘要
一種新結構、新型式的活塞式內燃機，其特徵是在設有中心圓柱和厚、薄隔板的氣缸體內裝有一個擺轉的活塞，形成內、外氣室，並由厚隔板內的燃燒室溝通，進氣壓縮和膨脹排氣過程分別在二個氣室進行。這種擺轉活塞式內燃機結構緊湊，製造容易，能夠輸出高轉速和大功率，此外，由於活塞同中心圓柱及氣缸壁接觸運動的特殊性，活塞副的摩擦損失和零件磨損較少；進、排氣的連續，還可提高燃燒的經濟性，降低排汙量和排氣噪音。
文檔編號A01M13/00GK1038137SQ8810382
公開日1989年12月20日 申請日期1988年5月26日 優先權日1988年5月26日
發明者金剛裕 申請人:金剛裕