專利名稱：一種多缸內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型的動力裝置，尤其是能大幅度減小振動的內(nèi)燃機。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有的大功率往復(fù)式內(nèi)燃機是由曲軸、連桿、活塞、氣缸等主要部件所組成的。這類內(nèi)燃機由于不可克服的結(jié)構(gòu)原因，振動較大；除此之外，它還能使與其相連接的機體產(chǎn)生較大的振動與噪聲，增大了其本身及與其相連接的機體部件的動載荷，降低了其疲勞壽命；并對人機環(huán)境造成較大的破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過把傳統(tǒng)往復(fù)式內(nèi)燃機的氣缸及配套的曲柄滑塊機構(gòu)進行合理的布置，減小或完全消除了內(nèi)燃機內(nèi)由運動部件的慣性動載荷所導(dǎo)致的振動，克服了往復(fù)式內(nèi)燃機振動較大的缺點。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所提供的技術(shù)方案的基本構(gòu)思是一種多缸內(nèi)燃機，包括氣缸、活塞、連桿及曲柄、曲軸在內(nèi)的曲柄滑塊機構(gòu)，把各氣缸在環(huán)形上布置，通過各運動單元或各氣缸的的動力輸出齒輪同時跟同一主動軸齒輪相嚙合，以共同驅(qū)動中間的主動軸轉(zhuǎn)動，輸出動力。
各運動單元或各氣缸的動力輸出齒輪是與同軸的曲軸或曲柄呈剛性連接；主動軸齒輪與主動軸也是剛性連接。
相鄰的且呈軸對稱布置的同一運動單元內(nèi)的二氣缸通過在各自的曲軸上各安裝一個嚙合齒輪，二嚙合齒輪齒數(shù)、模數(shù)、半徑大小分別相等且相互嚙合，以約束兩曲柄作等速反向轉(zhuǎn)動、二氣缸等速工作，形成聯(lián)合對稱式多缸內(nèi)燃機。
所有運動單元內(nèi)都有一個動力輸出齒輪，動力輸出齒輪跟其同軸的曲軸呈剛性連接，各動力輸出齒輪齒數(shù)、模數(shù)、半徑均相等，且均跟主動軸齒輪相嚙合。
在多缸內(nèi)燃機的每個曲軸上掛二個氣缸，形成V型，共同作功驅(qū)動同一動力輸出齒輪向主動軸齒輪輸出動力，驅(qū)動主動軸轉(zhuǎn)動。
或者，在多缸內(nèi)燃機的每個曲軸上掛三個氣缸，形成W型，共同作功驅(qū)動同一動力輸出齒輪向主動軸齒輪輸出動力，驅(qū)動主動軸轉(zhuǎn)動。
或者，把多缸內(nèi)燃機氣缸在環(huán)上倒置。
或者，各氣缸在圓環(huán)上均勻獨立布置，且每個氣缸的曲軸上均安裝有一個動力輸出齒輪，各動力輸出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、半徑大小分別相等，且在環(huán)向上同時與主動軸齒輪嚙合，形成獨立均布式多缸內(nèi)燃機。
或者，在多缸內(nèi)燃機的每個曲軸上掛二個氣缸，形成V型，共同作功驅(qū)動同一動力輸出齒輪向主動軸齒輪輸出動力，驅(qū)動主動軸轉(zhuǎn)動。
或者，在多缸內(nèi)燃機的每個曲軸上掛三個氣缸，形成W型，共同作功驅(qū)動同一動力輸出齒輪向主動軸齒輪輸出動力，驅(qū)動主動軸轉(zhuǎn)動。
或者，把獨立均布式多缸內(nèi)燃機的每個氣缸在環(huán)上倒置。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)途徑是通過把內(nèi)燃機的多個氣缸及配套的曲柄滑塊機構(gòu)在圓環(huán)上獨立均勻布置或聯(lián)合對稱布置，讓內(nèi)燃機內(nèi)運動部件的運動慣性力自行部分互相抵消或完全互相抵消，不但減小了內(nèi)燃機本身的振動，還使與其相連接的機體、部件的振動與噪聲大大減小，動載荷降低，疲勞壽命得以延長。


圖1是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式2缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式2缸機工作方式1示意圖；圖3是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式2缸機工作方式2示意圖；圖4是本實用新型的獨立式均布型2缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型的獨立式均布型2缸機工作方式1示意圖；圖6是本實用新型的獨立式均布型2缸機工作方式2示意圖；圖7是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式4缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖8是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式4缸機工作方式1示意圖；圖9是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式4缸機工作方式2示意圖；圖10是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式4缸機工作方式3示意圖；圖11是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式4缸機工作方式4示意圖；圖12是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式4缸機工作方式5示意圖；圖13是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式6缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖14是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式6缸機工作方式1示意圖；圖15是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式6缸機工作方式2示意圖；圖16是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式10缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖17是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式14缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖18是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式8缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖19是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式8缸機工作方式1示意圖；圖20是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式8缸機工作方式2示意圖；圖21是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式8缸機工作方式3示意圖；圖22是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式8缸機工作方式4示意圖；圖23是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式8缸機工作方式5示意圖；圖24是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式12缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖25是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式12缸機工作方式1示意圖；圖26是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式12缸機工作方式2示意圖；圖27是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式12缸機工作方式3示意圖；圖28是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式12缸機工作方式4示意圖；圖29是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式12缸機工作方式5示意圖；圖30是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式12缸機工作方式6示意圖；圖31是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式16缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖32是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式16缸機工作方式1示意圖；圖33是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式16缸機工作方式2示意圖；圖34是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式16缸機工作方式3示意圖；圖35是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式16缸機工作方式4示意圖；
圖36是本實用新型的帶橢輪的聯(lián)合軸對稱式16缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖37是本實用新型的獨立均布式3缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖38是本實用新型的獨立均布式3缸機工作方式1示意圖；圖39是本實用新型的獨立均布式3缸機工作方式2示意圖；圖40是本實用新型的獨立均布式4缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖41是本實用新型的獨立均布式4缸機工作方式1示意圖；圖42是本實用新型的獨立均布式4缸機工作方式2示意圖；圖43是本實用新型的獨立均布式5缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖44是本實用新型的獨立均布式6缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖45是本實用新型的倒置聯(lián)合軸對稱式6缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖46是本實用新型的倒置聯(lián)合軸對稱式8缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖47是本實用新型的倒置獨立均布式6缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖48是本實用新型的倒置獨立均布式8缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖49是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式V型12缸機機械原理與機構(gòu)示意圖圖50是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式V型12缸機工作方式1示意圖；圖51是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式V型12缸機工作方式2示意圖；圖52是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式V型12缸機工作方式3示意圖；圖53是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式V型16缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖54是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式V型16缸機工作方式1示意圖；圖55是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式V型16缸機工作方式2示意圖；圖56是本實用新型的聯(lián)合軸對稱式V型16缸機工作方式3示意圖；圖57是本實用新型的獨立均布式V型8缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖58是本實用新型的獨立均布式V型8缸機工作方式1示意圖；圖59是本實用新型的獨立均布式V型8缸機工作方式2示意圖；圖60是本實用新型的獨立均布式V型8缸機工作方式3示意圖；圖61是本實用新型的獨立均布式V型8缸機工作方式4示意圖；圖62是本實用新型的獨立均布式V型8缸機工作方式5示意圖；圖63是本實用新型的獨立均布式V型12缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖64是本實用新型的獨立均布式V型12缸機工作方式1示意圖；圖65是本實用新型的獨立均布式V型14缸機工作方式2示意圖；圖66是本實用新型的獨立均布式V型12缸機工作方式3示意圖；圖67是本實用新型的獨立均布式V型12缸機工作方式4示意圖；圖68是本實用新型的獨立均布式V型12缸機工作方式5示意圖；圖69是本實用新型的聯(lián)合對稱式W型12缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖70是本實用新型的聯(lián)合對稱式W型12缸機工作方式1示意圖；圖71是本實用新型的聯(lián)合對稱式W型12缸機工作方式2示意圖；圖72是本實用新型的聯(lián)合對稱式W型12缸機工作方式3示意圖；圖73是本實用新型的聯(lián)合對稱式W型12缸機工作方式4示意圖；圖74是本實用新型的聯(lián)合對稱式W型12缸機工作方式5示意圖；圖75是本實用新型的聯(lián)合對稱式W型18缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖76是本實用新型的獨立均布式W型12缸機機械原理與機構(gòu)示意圖；圖77是本實用新型的聯(lián)合對稱式4缸機的動力輔助系統(tǒng)動力傳動機械原理示意圖；
圖78是本實用新型的聯(lián)合對稱式倒置型4缸機的動力輔助系統(tǒng)動力傳動機械原理示意圖。
所有圖中陰影均表示剛性連接；剖面線均表示內(nèi)燃機機體；所有圖形僅為示意圖；凸輪軌跡也僅示意軌跡曲線，不為真正的軌跡曲線；字母ω及旁邊的箭頭表示轉(zhuǎn)速及方向；字母α及旁邊的箭頭表示曲柄轉(zhuǎn)角大小及方向，對于沒有偏心的氣缸，它表示氣缸中心線在轉(zhuǎn)速方向上到曲柄的夾角，對于有偏心的氣缸，它表示曲軸中心到氣缸底部的的垂線在轉(zhuǎn)速方向上與曲柄的夾角；各工作方式示意圖橫坐標表示曲柄相位角大小，豎坐標表示及圖中箭頭上方數(shù)字表示對應(yīng)氣缸。
圖中各序號的構(gòu)件標記分別為1.氣缸1，2.氣缸2，3.氣缸3，4氣缸4，5.氣缸6，6.氣缸6，7.氣缸7，8氣缸8，9.氣缸9，10.氣缸10，11.氣缸11，12氣缸12，13.氣缸13，14.氣缸14，15.氣缸15，16氣缸16，17.活塞1，18.活塞2，19.活塞3，20.活塞4，21.連桿1，22.連桿2，23.連桿3，24.連桿4，25.曲柄1，26.曲柄2，27.曲柄3，28.曲柄4，29.嚙合齒輪1，30.嚙合齒輪2，31.嚙合齒輪3，32.嚙合齒輪4，33.動力輸出齒輪1，34.動力輸出齒輪2，35.動力輸出齒輪3，36.動力輸出齒輪4，37.主動軸齒輪，38.主動軸，39.橢輪1，40.橢輪2，41.橢輪3，42.橢輪4，43.橢輪5，44.橢輪6，45.動力輔助主傳動齒輪，46.凸輪齒輪1，47.凸輪齒輪2，48.凸輪齒輪3，49.凸輪齒輪4，50.凸輪1，51.凸輪2，52.凸輪3，53.凸輪4，54.氣缸體。
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步具體說明。
具體實施方式
本實用新型通過把傳統(tǒng)往復(fù)式內(nèi)燃機的多個氣缸對稱布置或均勻布置，使內(nèi)燃機內(nèi)的所有運動部件的慣性力互相抵消，以減小或完全消除內(nèi)燃機內(nèi)運動部件所引起的慣性力合力以達到減小振動的目的。本實用新型按沖程可分為二沖程與四沖程機型，按氣缸布置方式劃分，可分為聯(lián)合軸對稱式與獨立均布式。根據(jù)同一原理其結(jié)構(gòu)可進行各種變化，如可把聯(lián)合軸對稱式與獨立均布式的氣缸倒置，形成聯(lián)合軸對稱式倒置型機與獨立均布式倒置型機；還可以在倒置型機各機型的每個曲軸上掛二個或三個氣缸，形成聯(lián)合軸對稱式V型、聯(lián)合軸對稱式W型機與獨立均布式V型機、獨立均布式W型機。下面以本實用新型的各種四沖程機型為例逐一介紹。
(1)聯(lián)合軸對稱式2缸機如圖1本實用新型的聯(lián)合軸對稱式2缸機的機械原理圖所示，本實用新型中內(nèi)燃機氣缸1(1)、活塞1(17)、連桿1(21)、曲柄1(25)組成一曲柄滑塊機構(gòu)，氣缸2(2)、活塞2(18)、連桿2(22)、曲柄2(26)組成另一曲柄滑塊機構(gòu)，二曲柄滑塊機構(gòu)呈軸對稱布置；且曲柄1(25)與嚙合齒輪1(29)、動力輸出齒輪1(33)呈剛性連接或通過其它保證保證二者不能發(fā)生相對運動的方式連接，如花健連接的；曲柄2(26)與嚙合齒輪2(30)也是呈剛性連接或通過其它保證二者不能發(fā)生相對運動的方式連接，如花健連接的；嚙合齒輪1(29)與嚙合齒輪2(30)的齒數(shù)、模數(shù)、半徑大小分別相等，且相互嚙合，組成一嚙合齒輪對；動力輸出齒輪1(33)與主動軸齒輪(37)相嚙合，且主動軸齒輪(37)是跟主動軸(38)也是呈剛性連接或通過其它保證二者不能發(fā)生相對運動的方式連接，如花健連接的。
由圖1可見，如果兩曲柄滑塊機構(gòu)初始狀態(tài)相同，則結(jié)構(gòu)完全對稱，且跟兩曲柄(25、26)呈剛性連接的兩嚙合齒輪(29、30)的相互嚙合約束，曲柄1(25)與曲柄2(26)作等速反向的轉(zhuǎn)動，從而約束兩曲柄滑塊機構(gòu)中對應(yīng)的運動部件作等速反向的運動，保證兩氣缸(1，2)工作同步。
由上分析可知兩氣缸(1，2)同步工作，帶動跟兩曲柄(25，26)呈剛性連接的兩嚙合齒輪(29，30)作等速反向的轉(zhuǎn)動，為了保證兩反向轉(zhuǎn)動的嚙合齒輪(29、30)的動力同向輸出，在二曲柄上或曲軸上安裝一個動力輸出齒輪1(33)，動力輸出齒輪1(33)是跟同軸的曲柄1(25)或曲軸呈剛性連接，或通過其它保證二者不能發(fā)生相對運動的方式連接，如花健連接的；動力輸出齒輪1(33)與主動軸齒輪(37)相嚙合，這樣，轉(zhuǎn)速相反的兩嚙合齒輪(29，30)的動力就同時傳輸?shù)搅送恢鲃虞S齒輪上(37)，帶動主動軸(38)轉(zhuǎn)動，向外輸出動力。實現(xiàn)了運動、動力與能量輸出的統(tǒng)一。
在受力方面，運動部件作用在氣缸體上的運動慣性力有二活塞(及活塞銷)、連桿的往復(fù)慣性力、連桿與曲柄(及曲拐)的離心慣性力與切向慣性力、動力輔助系統(tǒng)中如凸輪、氣門等運動部件的慣性力，及燃氣沖擊力。在這些力中，活塞(及活塞銷)的往復(fù)慣性力、連桿與曲柄(及曲拐)的離心慣性力與切向慣性力容易引起氣缸體及與其連接的機體與部件的振動，并引起噪聲；動力輔助系統(tǒng)中凸輪、氣門等質(zhì)量較小的運動部件慣性力由于運動可能不同步、不對稱也會引起氣缸體較小的振動，但由于質(zhì)量較小影響不大；燃氣沖擊力不是自由力，盡管它會引起氣缸的彈性振動，但不會引起整機的振動，也不會引起氣缸體及與其相連接的機體及部件的振動；主動軸在徑向上、切向上均受到動力輸出齒輪的作用，切向力產(chǎn)生力矩使主動軸轉(zhuǎn)動，向外輸出動力，主動軸在徑向力與切向上的受力可能使主動軸產(chǎn)生彎曲振動。
該類型二缸機的工作方式有如圖2、圖3所示的二種。如果二氣缸按如圖2所示的工作方式2作功，即兩氣缸工作完全同步，二氣缸所對應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)動相位角α相同，兩氣缸中包括動力輔助系統(tǒng)中凸輪、氣門等運動部件在內(nèi)的所有相對應(yīng)運動部件運動位置與狀態(tài)完全軸對稱，運動部件的慣性力合力在X方向上的分量及慣性力引起的力矩互相抵消，氣缸體只會在Y方向上承受直接傳遞或通過主動軸支承傳遞過來的慣性動載荷，并在Y方向上產(chǎn)生振動；主動軸無論在徑向上還是在切向上均有受力且不對稱，其徑向受力容易產(chǎn)生軸的彎曲振動；且由于一周期內(nèi)只有一個作功沖程，每個作功沖程同時有二個氣缸作功，輸出的扭矩波動性大，動力傳動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)。
如果二氣缸按圖3所示工作方式2作功，這時一周期內(nèi)有二個作功沖程，每作功沖程有一個氣缸作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性會大有提高；由于二氣缸所對應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)動相位角α相差360度，其對應(yīng)所屬的主要運動部件(曲柄滑塊機構(gòu)中如活塞、連桿、曲拐及所屬配件等質(zhì)量較大的部件)的運動位置與狀態(tài)也完全對稱，對應(yīng)的慣性力對Y軸也完全對稱，慣性力合力在X方向上的分量及慣性力矩互相抵消，在Y方向上分量會使氣缸體在Y方向上產(chǎn)生振動；這時動力輔助系統(tǒng)運動部件由于工作不同步，運動位置與狀態(tài)不對稱也會引起氣缸體在X方向上與Y方向上的較小振動，但由于質(zhì)量較小并且其本身的已通過平衡處理，故影響不大；主動軸受力跟圖2所示的工作方式1相差無幾，也容易產(chǎn)生彎曲振動。
由圖1、圖2、圖3可見，二氣缸是互相約束且互相聯(lián)合工作的，二活塞的往復(fù)滑動通過二曲柄滑塊機構(gòu)變?yōu)槎Ш淆X輪的同步反向轉(zhuǎn)動，在聯(lián)合軸對稱式2缸機中，由于結(jié)構(gòu)對稱，二個活塞方向相反的往復(fù)同步滑動通過二曲柄滑塊機構(gòu)、一嚙合齒輪對及一個動力輸出齒輪統(tǒng)一地傳遞到了主動軸齒輪上，聯(lián)合實現(xiàn)了一個最基本的動力單元的輸出，對應(yīng)的缸內(nèi)所有運動部件構(gòu)成一個最基本的運動單元，這也就是說一個聯(lián)合軸對稱式2缸機的二活塞通過一對嚙合齒輪、一對曲柄滑塊機構(gòu)以及配套的運動部件組成一個呈軸對稱的氣缸組，構(gòu)成一個最基本的運動單元。
由上分析，聯(lián)合軸對稱式2缸機的主要優(yōu)點是能通過對二氣缸工作方式的設(shè)置，能完全消除慣性力矩及慣性力在跟對稱軸垂直方向上的分量(即圖1中的X方向上的分量)。其缺點是不能消除跟對稱軸方向上的慣性力分量(即如圖1中的Y方向上的分量)，會在對稱軸方向(如圖1所示的Y方向)上產(chǎn)生振動。
(2)獨立均布式二缸機所謂獨立式，就是在每個氣缸所屬的曲柄上各安裝一個動力輸出齒輪，各動力輸出齒輪與跟其同軸的曲柄是呈剛性連接或通過其它保證二者不能發(fā)生相對運動的方式連接，如花健連接的；每個氣缸單獨通過自己的動力輸出齒輪同時與主動軸齒輪嚙合，共同向主動由齒輪輸出動力；各曲柄的轉(zhuǎn)速相同，但方向也相同。
如圖4所示，本實用新型獨立均布式二缸機把傳統(tǒng)式的二個氣缸呈中心對稱地均勻布置在一個圓環(huán)上，曲柄1(25)上有一個跟其呈剛性連接或通過其它保證二者不能發(fā)生相對運動的方式連接的動力輸出齒輪(33)，曲柄2(26)上有一個跟其呈剛性連接或通過其它保證二者不能發(fā)生相對運動的方式連接的動力輸出齒輪(34)，且呈中心對稱的二動力輸出齒輪(33、34)同時跟主動軸齒輪(37)相嚙合。由此可見，二氣缸(1、2)不象聯(lián)合軸對稱式2缸機那樣聯(lián)合工作，而是獨立工作的，且都通過跟各自的動力輸出齒輪與主動軸齒輪(37)相嚙合而互相約束；另外，由于二氣缸(1、2)是獨立地同時與主動軸齒輪(37)相嚙合，二曲柄(25、26)與動力輸出齒輪(33、34)轉(zhuǎn)速相同，方向也相同。其對應(yīng)的能減小振動的工作方式有圖5、圖6所示的二種，由于呈中心對稱的二氣缸所屬的曲柄相位角α相同或相差360度，其所屬的曲柄滑塊機構(gòu)的運動位置與運動狀態(tài)也呈中心對稱。
當(dāng)按圖5所示的工作方式工作時，二氣缸工作完全同步，二個運動單元內(nèi)的運動部件的慣性力均完全呈中心對稱且大小相等，所以這些運動部件的慣性力合力為零，從而傳遞到氣缸體上的慣性動載荷也近似為零，大大減小了內(nèi)燃機的振動；但由于慣性力不同線，其所引起的干擾力矩不為零，會引起跟其相連接的機體的振動與噪聲；在一周期內(nèi)有一個作功沖程，每一作功沖程同時有二個氣缸在作功，輸出扭矩波動性大，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性不好；主動軸齒輪(37)由于受到呈中心對稱的動力輸出齒輪1(33)、動力輸出齒輪2(34)的共同作用，約束充分，主動軸(38)受力呈中心對稱而沒有受到集中力作用，因而由于集中動載荷導(dǎo)致的彎曲振動得到消除。
當(dāng)按圖6所示的工作方式工作時，二氣缸工作方式不相同，這時在一周期內(nèi)有二個作功沖程，每一作功沖程同時有一個氣缸在作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性較圖5所示的工作方式要好，由于二氣缸內(nèi)曲柄相位角α相差360度，二氣缸內(nèi)的主要運動部件(曲柄滑塊機構(gòu)中如連桿、活曲拐及所屬配件等質(zhì)量較大的部件)的慣性力均完全呈中心對稱即大小相等，方向相反，所以這些主要部件的慣性力無論在主動軸切向上與主動軸徑向上的慣性力合力都為零，從而傳遞到氣缸體上的慣性動載荷也近似為零，也減小了內(nèi)燃機的振動；但也由于慣性力不同線，慣性力所引起的干擾力矩不為零，會引起跟其相連接的機體的振動；動力輸出齒輪1(33)、動力輸出齒輪2(34)的動力輸出不對稱，主動軸齒輪(37)受力不呈中心對稱，主動軸受到集中力作用，因而會發(fā)生彎曲振動。
由上所述，本實用新型的獨立均布式二缸機的二氣缸如果工作完全同步，則主動軸沒有受到集中動載荷的作用，不會產(chǎn)生彎曲振動，這是本型機的一個主要優(yōu)點，基缺點是不能消除慣性力引起的慣性力矩，但是由于每個曲柄滑塊機構(gòu)自身已經(jīng)過平衡，且如果動力傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量較大，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性較好、轉(zhuǎn)速較低的情況下，慣性力引起的慣性力矩較小，對機體的振動影響不大。
綜上所述，獨立均布式2缸機、聯(lián)合軸對稱式2缸機各有優(yōu)缺點，且其優(yōu)缺點是互補的。如果把以聯(lián)合軸對稱式2缸機為基本動力單元呈中心對稱地布置或在周向上均勻布置，就能綜合二者的優(yōu)點，克服二者的缺點。本實用新型的所有機型都是在這二種基本機型的基礎(chǔ)上演變而來的，這正是盡管這二種基本型機受力都不好，但還要對其進行詳細說明的原因。
如圖7所示的聯(lián)合軸對稱式4缸機，當(dāng)以圖8所示的工作方式工作，即四氣缸工作完全同步時，四個氣缸內(nèi)的運動部件的慣性力矩及慣性動載荷在水平方向上的分量在同一個運動單元內(nèi)能抵消，運動部件垂直方向上的慣性動載荷在二單元間互相抵消；主動軸受力情況也較好，沒有受到集中動載荷的作用，不會產(chǎn)生彎曲振動。另外，如果還想使動力輸出平穩(wěn)，最好還要把呈中心對稱的二氣缸的工作設(shè)置成完全同步，呈軸對稱的同一單元內(nèi)的二氣缸相位差設(shè)置成360度，這樣才能抵消慣性力矩與慣性力還能使主動軸受力均勻?qū)ΨQ，且動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性還較好。如聯(lián)合軸對稱式4缸機以圖10所示工作方式工作時其動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性要比圖8所示的工作方式更好，且主動軸受力也對稱，主要運動部件的慣性力與慣性力矩也互相抵消。
為了進一步動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性，最好使用多組以聯(lián)合軸對稱式2缸機為基本動力單元所組成的氣缸組，并在一周期內(nèi)使各組在發(fā)火順序上均勻錯開，如圖20所示的聯(lián)合軸對稱式8缸機、圖26所示的聯(lián)合軸對稱式12缸機，圖33所示的聯(lián)合軸對稱式16缸機，本類型實用新型的所有機型的工作方式都基于這些原理設(shè)置的。下面逐一對本實用新型的所有機型的結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)及其受力進行分析說明。
(3)聯(lián)合軸對稱式4缸機如圖7所示，本實用新型聯(lián)合軸對稱式4缸機是把兩個運動單元即2個聯(lián)合軸對稱式2缸機中心對稱地均勻布置在一個圓環(huán)上，其對應(yīng)的能減小振動的工作方式有圖8、圖9、圖10、圖11、圖12所示的幾種。
當(dāng)四缸機如圖8所示的工作方式時，二個運動單元的四個氣缸工作方式完全同步，即同時發(fā)火作功，這時主動軸(38)受力呈中心對稱，沒有受到集中動載荷的作用，機內(nèi)包括動力輔助系統(tǒng)在內(nèi)的所有運動部件的慣性力合力與慣性矩合力矩都為零，這樣氣缸體所受的慣性動載荷為零，真正實現(xiàn)了氣缸體的零慣性受力，從而完全消除了氣缸體及與其連接機體與部件由于慣性動載荷所引起的振動，并能減小噪聲，但是這時由于一周期內(nèi)只有一個作功沖程，且一作功沖程同時有四個氣缸作功，輸出扭矩波動性大，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性不好。
當(dāng)四缸機以圖9所示的工作方式工作時，同一單元內(nèi)的二氣缸工作方式完全相同，即屬于第一運動單元的氣缸1與氣缸2工作方式完全相同，屬于第二運動單元的氣缸3與氣缸4工作方式完全相同，且二運動單元的曲柄相位角相差360度，氣缸內(nèi)主要運動部件的慣性力及慣性力矩互相抵消，但氣缸體由于動力輔助系統(tǒng)的不對稱會引起較小的振動，這可通過自身的平衡來解決；由于每個周期內(nèi)有二個作功沖程，發(fā)火間隔時間為1/2周期，每個沖程同時有二個氣缸在作功，這時后續(xù)的動力傳動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性會大有提高；主動軸(38)由于二運動單元的輸出動力不對稱會引起主動軸的彎曲振動。
當(dāng)四缸機如圖10所示的工作方式時，呈中心對稱的二氣缸工作完全同步，即氣缸1與氣缸3工作方式完全相同，氣缸2與氣缸4工作方式完全相同，呈軸對稱的同單元內(nèi)的二氣缸曲柄相位角α相差360度，機內(nèi)的主要運動部件的慣性力及慣性力矩互相抵消；每個周期內(nèi)有二個作功沖程，每個沖程同進有二個氣缸在作功，這時后續(xù)的動力傳動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性會大有提高，且主動軸(38)由于二運動單元的輸出動力對稱不會發(fā)生彎曲振動，減振效果比較理想。
為了提高動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性，可以把四個氣缸設(shè)置成如圖11、圖12所示工作方式，當(dāng)以圖11所示的工作方式4工作時，四個氣缸發(fā)火相位角α相差90度，一個周期內(nèi)有四個作功沖程，每一時刻有一個沖程在作功，其動力傳動系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性會大大提高；同一單元內(nèi)的二氣缸曲柄相位角相差360度，二氣缸內(nèi)所屬的主要運動部件的慣性力在X方向上的分量與慣性力矩互相抵消；但由于呈中心對稱的二運動單元的氣缸曲柄相位角相差不是零度或360度，二運動單元內(nèi)的主要運動部件的慣性力在Y方向上的分量不能在組間得到抵消會引起內(nèi)燃機的振動，主動軸也因為二動力單元輸出的動力不對稱而受到彎曲振動。
當(dāng)以圖12所示的工作方式5工作時，其動力傳動系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性與圖11所示的工作方式一樣；但由于呈中心對稱的二氣缸的曲柄相位角α相差360度，其所屬的主要運動部件的慣性力呈中心對稱，二氣缸所屬的主要運動部件的慣性力在互相抵消；由于呈軸對稱的同一運動單元內(nèi)的主要運動部件的運動不對稱，慣性力矩也不能互相抵消，周期性的干擾力矩會引起與機體及與其相連接的部件的振動；主動軸也因為二動力單元輸出的動力不對稱而受到彎曲振動。
(4)聯(lián)合軸對稱式奇數(shù)組缸機如圖13所示，本實用新型聯(lián)合軸對稱式6缸機是把3個聯(lián)合軸對稱式2缸機均勻地布置在一個圓環(huán)上，有三個運動單元，主動軸齒輪(37)周圍有3個動力輸出齒輪(33、34、35)與其同時嚙合。其對應(yīng)的能減小振動的工作方式有如圖14、圖15所示的二種。
當(dāng)以圖14所示的工作方式工作時，此時同一單元內(nèi)氣缸所屬的主要運動部件的慣性力矩在單元內(nèi)互相抵消，主要運動部件的慣性力在三個呈120夾角的三個單元間得到抵消；三個動力輸出齒輪的輸出相同，主動軸齒輪在周向上三個受力點受力相同，主動軸在徑向上沒有受到集中載荷力，不會引起主動軸的彎曲振動，減振效果比較理想；一周期內(nèi)有二個作功沖程，每作功沖程有三個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性較差。
當(dāng)以圖15所示的工作方式工作時，一周期內(nèi)有6個作功沖程，每作功沖程有一個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性會大大提高；同一單元內(nèi)二氣缸相位相差360度，其所屬的主要運動部件的慣性力矩及慣性力在單元內(nèi)二氣缸對稱軸垂向上的分量互相抵消；但是慣性力在單元內(nèi)二氣缸對稱軸向上的分量難以抵消，從而會引起內(nèi)燃機的振動；另外主動軸齒輪受力不對稱，主動軸會產(chǎn)生彎曲振動。
同理，聯(lián)合軸對稱式奇數(shù)組缸機，即其氣缸數(shù)是2的奇數(shù)倍時，如圖16所示的10缸機，還有圖17所示的14缸機，除氣缸數(shù)不同外，其受力與作功原理與聯(lián)合軸對稱式6缸機差別不大，由于其減振效果與動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性很難同時滿足，就不再一一介紹。
(5)聯(lián)合軸對稱式8缸機如圖18所示，本實用新型聯(lián)合軸對稱式8缸機是把4個聯(lián)合軸對稱式2缸機呈十字型均勻地布置在一個圓環(huán)上，氣缸分布既呈中心對稱且呈軸對稱，主動軸(38)周圍有4個呈中心對稱分布的動力輸出齒輪(33、34、35、36)同時與主動軸齒輪(37)嚙合，主動軸齒輪受力情況比聯(lián)合軸對稱式4缸機要好。聯(lián)合軸對稱式8缸機的工作方式與受力跟聯(lián)合軸對稱式4缸機基本相似，但要比同工作方式的聯(lián)合軸對稱式4缸機要好，其能減振的工作方式有如圖19、圖20、圖21、圖22、圖23所示的幾種。
當(dāng)以圖19所示的工作方式工作時，內(nèi)燃機內(nèi)所有運動部件的慣性力矩與慣性力合力都為零，慣性力不會引起內(nèi)燃機的振動；主動軸齒輪受力對稱，不會產(chǎn)生彎曲振動；但這時由于一周期內(nèi)有二個作功沖程，每作功沖程有四個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性不好。
當(dāng)以圖20所示的工作方式工作時，由于呈中心對稱的二單元曲柄相位角α相差360度，其所屬的主要運動部件的慣性力矩及慣性力互相抵消，內(nèi)燃機內(nèi)的主要運動部件的慣性力矩與慣性力合力都為零，慣性力不會引起內(nèi)燃機的振動；但這時由于一周期內(nèi)有四個作功沖程，每作功沖程有二個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性會比圖25所示的工作方式要好很多；但是由于呈中心對稱的二運動單元的動力輸出不對稱，主動軸齒輪受力不對稱，會產(chǎn)生彎曲振動。
當(dāng)以圖21所示的工作方式工作時，由于呈軸對稱的同一單元內(nèi)的二氣缸曲柄相位角α相差360度，呈中心對稱的二氣缸曲柄相位角α相同，其工作完全同步，其所屬的主要運動部件的慣性力矩及慣性力互相抵消，內(nèi)燃機內(nèi)的主要運動部件的慣性力矩與慣性力合力都為零，慣性力不會引起內(nèi)燃機的振動；但這時由于一周期內(nèi)也有四個作功沖程，每作功沖程有二個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性跟圖25所示的工作方式一樣；但是由于呈中心對稱的二運動單元的動力輸出對稱，主動軸齒輪受力對稱，主動軸受力狀態(tài)要比圖25所示的工作方式要好得多，不會產(chǎn)生彎曲振動。由此可見，這種工作方式比較理想。
當(dāng)以圖22所示的工作方式工作時，由于呈軸對稱的同一單元內(nèi)的二氣缸曲柄相位角α相差360度，其所屬的主要運動部件的慣性力矩及慣性力在同一單元二缸對稱軸垂向上的分量互相抵消，但由于跟呈中心對稱的運動單元內(nèi)對應(yīng)的運動部件的運動不對稱，其慣性力在對稱軸向上的分量不能在單元間互相抵消而會引起內(nèi)燃機的振動；主動軸受力不對稱，會產(chǎn)生彎曲振動，但這時由于一周期內(nèi)均布有八個作功沖程，每作功沖程有一個氣缸作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性比圖21所示的工作方式相比要好得多。
當(dāng)以圖23所示的工作方式工作時，由于呈中心對稱的二氣缸曲柄相位角α相差360度，其所屬的主要運動部件的慣性力互相抵消，但慣性力引起的慣性力矩在各單元間很難得到抵消而會引起跟內(nèi)燃機相連接的機體及部件的振動；主動軸受力仍不對稱，會產(chǎn)生彎曲振動，但這時由于一周期內(nèi)均布有八個作功沖程，每作功沖程有一個氣缸作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性跟圖27所示的工作方式相似。
(6)聯(lián)合軸對稱式12缸機如圖24所示，本實用新型聯(lián)合軸對稱式12缸機是把3個聯(lián)合軸對稱式4缸機呈均勻地布置在圓環(huán)上，氣缸分布既呈中心對稱且呈軸對稱，主動軸(37)周圍有6個對稱分布的動力輸出齒輪同時與主動軸齒輪嚙合，主動軸齒輪受力情況比聯(lián)合軸對稱式8缸機要好。聯(lián)合軸對稱式12缸機的工作方式與受力跟聯(lián)合軸對稱式6缸機基本相似，但要比同工作方式的聯(lián)合軸對稱式6缸機要好，其能減振的工作方式有如圖25、圖26、圖27、圖28、圖29、圖30所示的幾種。
當(dāng)以圖25所示的工作方式工作時，三個呈中心對稱的六單元各成一大組，組內(nèi)四個氣缸工作完全同步，三大組相位差相差240度，其所屬的主要運動部件的慣性力矩及慣性力在本大組內(nèi)互相抵消，內(nèi)燃機內(nèi)的主要運動部件的慣性力矩與慣性力合力都為零，慣性力不會引起內(nèi)燃機的振動；由于每大組內(nèi)的三個動力輸出齒輪動力輸出相同，主動軸齒輪受力對稱，主動軸不會發(fā)生彎曲振動。但這時由于一周期內(nèi)有三個作功沖程，每作功沖程有四個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性較差。
當(dāng)以圖26所示的工作方式工作時，12個氣缸按三角形分布分成四大組，同組內(nèi)氣缸工作完全同步，如第一組的氣缸1(1)、氣缸5(5)、氣缸9(9)工作方式完全相同，呈軸對稱的二氣缸相位差相差360度，如第二組的氣缸2(2)、氣缸6(6)氣缸10(10)跟第一組的三個氣缸分別軸對稱，曲柄相位角分別相差360度，這二組所屬的主要運動部件的慣性力矩及慣性力互相抵消，同理，第三組(3、7、11)與第四組(4、8、12)所屬的主要運動部件的慣性力矩及慣性力也互相抵消，內(nèi)燃機內(nèi)的主要運動部件的慣性力矩與慣性力合力都為零，慣性力不會引起內(nèi)燃機的振動；但這時由于一周期內(nèi)有四個作功沖程，每作功沖程有三個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性會比圖25所示的工作方式要好；且由于呈三角對稱布置的的三運動單元的動力輸出也呈三角對稱，主動軸齒輪受力對稱，主動軸不會產(chǎn)生彎曲振動。
當(dāng)以圖27所示的工作方式工作時，由于呈軸對稱的同一運動單元內(nèi)的二氣缸工作完全同步，其所屬的主要運動部件的慣性力矩在同一單元內(nèi)互相抵消，且由于呈中心對稱的二運動單元曲柄相位角α相差360度而主要運動部件的運動位置與狀態(tài)均對稱，主要運動部件的慣性力在單元間得到抵消，從而不會引起內(nèi)燃機的振動；但由于動力輸出不對稱，主動軸齒輪受力不對稱，主動軸會受到集中動載荷作用產(chǎn)生彎曲振動；但這時由于一周期內(nèi)有六個作功沖程，每作功沖程有二個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性會比圖26所示的工作方式要好很多。
當(dāng)以圖28所示的工作方式工作時，由于呈中心對稱的二氣缸工作方式完全相同，呈軸對稱的同一運動單元內(nèi)的二氣缸相位差相差360度，其所屬的主要運動部件的慣性力矩及慣性力互相抵消，內(nèi)燃機內(nèi)的主要運動部件的慣性力矩與慣性力合力都為零；但這時由于一周期內(nèi)有六個作功沖程，每作功沖程有二個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性會也比圖26所示的工作方式要好很多；且由于呈中心對稱的二運動單元的動力輸出對稱，主動軸齒輪受力對稱，不會產(chǎn)生彎曲振動，減振效果較為理想。
當(dāng)以圖29、30所示的工作方式工作時，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性會得到大大提高，但是內(nèi)燃機內(nèi)的運動部件的慣性力矩及慣性力很難同時得到平衡，主動軸受力也不好。
(7)聯(lián)合軸對稱式16缸機如圖31所示，本實用新型聯(lián)合軸對稱式16缸機是把4個聯(lián)合軸對稱式4缸機均勻地布置在一個圓環(huán)上，16個氣缸呈中心對稱且軸對稱。其結(jié)構(gòu)、工作方式與受力跟聯(lián)合軸對稱式8缸機基本相似，但要比同狀態(tài)的8缸機要好得多。其能減小振動且動力輸出較平穩(wěn)的工作方式有圖32、圖33、圖34、圖35所示的幾種。
當(dāng)以圖32所示的工作方式工作時，由于呈中心對稱的二運動單元內(nèi)的氣缸工作完全同步，其所屬的主要運動部件的慣性力矩及慣性力互相抵消，內(nèi)燃機內(nèi)的主要運動部件的慣性力矩與慣性力合力都為零，慣性力不會引起內(nèi)燃機的振動；由于呈中心對稱的二運動單元的動力輸出對稱，主動軸齒輪受力對稱，主動軸不會產(chǎn)生彎曲振動；但這時由于一周期內(nèi)有四個作功沖程，每作功沖程有四個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性較差。
當(dāng)以圖33所示的工作方式工作時，16個氣缸按工作方式分成8組，同一運動單元為一組，同組內(nèi)二氣缸工作完全同步，且呈中心對稱的二運動單元的氣缸曲柄相位角α相差360度，其所屬的主要運動部件的慣性力矩及慣性力互相抵消，內(nèi)燃機內(nèi)的主要運動部件的慣性力矩與慣性力合力都為零，慣性力基本不會引起內(nèi)燃機的振動；由于一周期內(nèi)有八個作功沖程，每作功沖程有二個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性會比圖32所示的工作方式要好很多；但由于呈中心對稱的二運動單元的動力輸出不對稱，主動軸齒輪受力不對稱，主動軸會產(chǎn)生彎曲振動。
當(dāng)以圖34所示的工作方式工作時，由于呈中心對稱的二氣缸工作方式完全相同，呈軸對稱的同一運動單元內(nèi)的二氣缸曲柄相位角α相差360度，其所屬的主要運動部件的慣性力矩及慣性力互相抵消，內(nèi)燃機內(nèi)的主要運動部件的慣性力矩與慣性力合力都為零，慣性力不會引起內(nèi)燃機的振動；但這時由于一周期內(nèi)有八個作功沖程，每作功沖程有二個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性會比圖32所示的工作方式要好很多；且由于呈中心對稱的二運動單元的動力輸出對稱，主動軸齒輪受力對稱，主動軸不會產(chǎn)生彎曲振動，減振效果較為理想。
當(dāng)以圖35所示的工作方式工作時，由于呈中心對稱的二氣缸曲柄相位角α相差360度，其所屬的主要運動部件的慣性力互相抵消，但慣性力矩不能得到平衡，會引起機體與其連接部件的振動；主動軸齒輪受力不對稱，主動軸會發(fā)生彎曲振動；但這時由于一周期內(nèi)有16個作功沖程，每作功沖程有一個氣缸作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性會比圖34所示的工作方式要好很多。
由此可見，隨著氣缸組數(shù)目的增加，其氣缸體、運動部件的受力結(jié)構(gòu)與效果以及動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性會逐漸提高。同時，從圖中可見，隨著氣缸數(shù)目的增加，內(nèi)燃機的尺寸也在增大，從而主動軸齒輪尺寸也得增大，這時可以在主動軸齒輪與動力輸出齒輪中間增加橢輪來減小尺寸，如圖36所示帶橢輪的聯(lián)合軸對稱式16缸機。
(8)獨立分布式各機型如圖37所示的獨立均布式三缸機，氣缸1與氣缸2、氣缸3在環(huán)上呈三角形對稱均布，各氣缸都有一個跟其曲柄(或曲軸)呈剛性連接或通過其它保證二者不能有相對運動的方式連接，如花健連接的動力輸出齒輪(33、34、35)，且都跟主動軸齒輪(37)嚙合。各曲柄及跟各自曲柄呈剛性連接的動力輸出齒輪轉(zhuǎn)速相同，方向也相同。其工作方式可如圖38、圖39所示二種。
還有如圖40所示的獨立均布式四缸機，其對應(yīng)的工作方式有如圖41、圖42所示的二種，在圖42所示的工作方式下，通過中心對稱的布置，能平衡活塞等往復(fù)滑動件的慣性力，各運動部件的慣性力在徑向上的分量也能得到平衡。還有圖43所示的獨立均布式5缸機，圖44所示的獨立均布式6缸機以及更多的缸數(shù)機型。
由于獨立均布式的跟曲柄呈剛性連接或通過其它保證二者不能有相對運動的方式連接的各動力輸出齒輪是單獨跟主動軸齒輪相嚙合的，其轉(zhuǎn)速相同，方向也相同，從而其運動部件的慣性力矩及慣性力很難同時都得到平衡，其工作特性較本實用新型的聯(lián)合對稱式各機型差，在此不一一詳說。
但是還要強調(diào)的是由于各氣缸內(nèi)運動部件(如曲軸)本身已通過加平衡塊已經(jīng)平衡，再組合成成上述的各獨立均布式各機型，則減振效果跟傳統(tǒng)的星形發(fā)動機相比，也還是較理想的。
(9)各種倒置聯(lián)合軸對稱式缸機如果內(nèi)燃機氣缸的直徑與曲柄長度相比較小，可把上述的各氣缸倒置，如圖45所示的倒置聯(lián)合軸對稱式6缸機，圖46所示的倒置聯(lián)合軸對稱式8缸機，圖47所示的倒置獨立均布式6缸機，圖48所示的倒置獨立均布式8缸機。這時，各動力輸出齒輪與主動軸齒輪(37)內(nèi)嚙合，如圖45所示的倒置聯(lián)合軸對稱式6缸機中動力輸出齒輪1(33)、動力輸出齒輪2(34)、動力輸出齒輪3(35)同時與主動軸齒輪(37)內(nèi)嚙合。各種倒置式機型與同型號的非倒置式機型相比，除動力輔助系統(tǒng)的凸輪軸設(shè)置在氣缸頂部的中心位置，其布置顯得更緊湊些外，其功能、受力基本相似。
(10)聯(lián)合軸對稱式V型12缸機為了提高空間利用率，可以在上述的各型機中的每個氣缸的曲軸上掛兩個氣缸，形成各種V形機即在各種非倒置的多缸內(nèi)燃機的每個曲軸上掛二個氣缸，形成V型，共同作功驅(qū)動同一動力輸出齒輪向主動軸齒輪輸出動力，驅(qū)動主動軸轉(zhuǎn)動。
如圖49所示的聯(lián)合軸對稱式V型12缸機、圖53所示的聯(lián)合軸對稱式V型16缸機、圖57所示的獨立均布式V型8缸機、圖63所示的獨立均布式V型12缸機。該類型機與前述的同缸數(shù)的機型相比，除由于同一單元內(nèi)呈V型連接的相鄰二氣缸的曲柄相位角α相差不能為零或360度，二缸內(nèi)運動部件不能同步運動外，其結(jié)構(gòu)更緊湊，空間利用率大。
現(xiàn)以圖49所示的聯(lián)合軸對稱式V型12缸機、圖53所示的獨立均布式V型16缸機、圖63所示的獨立均布式V型12缸機為例對振動平衡性加以說明。
如圖49所示的聯(lián)合軸對稱式V型12缸機，是由聯(lián)合軸對稱式6缸機的基礎(chǔ)上演變而來的，即在其每個曲柄上再掛一氣缸，形成V型。其作功方式可如圖50、圖51、圖52所示的幾種。
當(dāng)以圖50、圖51所示的方式工作時，12個氣缸共分成四個呈三角形的大組，這時1、5、9氣缸工作完全同步，形成一正三角形分布的第一組，慣性力在組內(nèi)互相抵消，同樣2、6、10氣缸工作也完全同步，形成一正三角形分布的第二組，其慣性力在組內(nèi)也互相抵消，且由于1、5、9氣缸與2、6、10呈軸對稱布置，對應(yīng)氣缸所屬的曲柄相位角α相差360度，運動位置與運動完全對稱，其主要運動部件的慣性力矩在這二組間互相抵消；同樣4、8、12、氣缸與3、7、11氣缸其運動部件的慣性力也互相抵消。主動軸齒輪受力也對稱，不會發(fā)生彎曲振動；一周期內(nèi)有四個作功沖程，每個沖程有三個氣缸同時作功，其動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性從總體上來說還是較差的。
當(dāng)按圖52所示的方式工作時，周期內(nèi)有六個作功沖程，每沖程有二個氣缸同時作功，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性要比上述幾種都要好；以1、2為第一組的氣缸與第二組(7、8)氣缸由于曲柄相位角α相同，主要運動部件的慣性力引起的干擾力矩均能在單元內(nèi)互相抵消，但由于跟1、2與7、8不是呈中心對稱，主要運動部件的慣性力在對稱軸向上分量不能在單元間得到抵消，從而會引起內(nèi)燃機體的振動，動力輸出也不對稱，主動軸齒輪受力不對稱，主動軸會發(fā)生彎曲振動。
(11)聯(lián)合軸對稱式V型16缸機如圖53所示，16氣缸是由四個聯(lián)合軸對稱式四缸機組成的，16個氣缸呈中心對稱且呈軸對稱分布。其能減振且動力輸出較平穩(wěn)的工作方式可如圖54至圖56所示的3種狀況。下面分別對其運動位置與狀態(tài)與受力作出分析。
當(dāng)其按如圖54所示方式工作時，一周期內(nèi)有八個作功沖程，每個作功沖程同時有二個氣缸作功，呈軸對稱的二氣缸工作方式完全相同，呈中心對稱的二氣缸曲柄相位角α相差360度，這樣呈軸對稱或呈中心對稱的氣缸所屬的主要運動部件其運動位置與狀態(tài)相同，氣缸內(nèi)主要的運動部件的慣性力及其引起的慣性力矩互相抵消，不會引起內(nèi)燃機的振動；但是由于呈中心對稱的二氣缸工作狀態(tài)不對稱，動力輸出不對稱，主動軸容易受到彎曲振動；由于相鄰發(fā)火氣缸組所屬的氣缸呈V形排列，其發(fā)火時間同樣很難在一周期內(nèi)均勻排列，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性不怎么理想。
當(dāng)其按如圖55所示方式工作時，一周期內(nèi)也有八個作功沖程，每個作功沖程同時有二個氣缸作功，呈中心對稱的二氣缸工作方式完全相同，呈軸對稱的二氣缸曲柄相位角α相差360度，這樣呈軸對稱或呈中心對稱的氣缸其運動位置與狀態(tài)完全相同，氣缸內(nèi)主要的運動部件的慣性力及其引起的慣性力矩互相抵消，不會引起內(nèi)燃機的振動；這時由于呈中心對稱的二氣缸工作狀態(tài)對稱，動力輸出對稱，主動軸不會發(fā)生彎曲振動；其動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性跟圖65所示的工作方式相同，但同樣由于相鄰發(fā)火氣缸組所屬的氣缸呈V形排列，其發(fā)火時間同樣很難在一周期內(nèi)均勻排列，動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性依然不怎么理想。
為了使動力傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動更加平穩(wěn)，可采用圖56所示的工作方式，把16個氣缸的發(fā)火相位角在一周期內(nèi)均分，這樣一周期內(nèi)有十六個作功沖程，每個作功沖程有一個氣缸作功，其動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性大大提高。這時，呈中心對稱的二氣缸曲柄相位角α相差360度，運動位置與狀態(tài)完全相同，但呈軸對稱的二氣缸的曲柄相位角α相差不是360度，慣性力矩不為零，容易引起機體振動與噪聲，且由于動力輸出不對稱，主動軸易發(fā)生彎曲振動。
(12)獨立均布式V型機；獨立均布式V型機的各機型是在獨立均布式各機型的基礎(chǔ)上把每個曲柄上掛二個氣缸演變過來的，如圖57所示的獨立均布式V型8缸機，其對應(yīng)的能減振的工作方式有如圖58、圖59、圖60、圖61、圖62所示的幾種，圖63所示的獨立均布式V型12缸機，其對應(yīng)的能減振的工作方式有如圖64、圖65、圖66、圖67、圖68所示的幾種。
這類內(nèi)燃機的共有特征是通過合理布置，運動部件的慣性力合力可以為零，主動軸受力對稱，不會產(chǎn)生彎曲振動；其動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性隨著一周期內(nèi)作功沖程數(shù)的增加而逐步改善；但由于運動方向相同，其慣性力矩的合力矩很難得到平衡，也會產(chǎn)生振動與噪聲，但如果轉(zhuǎn)速較小，主動軸齒輪與各嚙合齒輪的轉(zhuǎn)動慣量較大，在動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性較好的情況下，產(chǎn)生慣性力矩的合力矩較小，影響不大，在一般場合應(yīng)該能滿足要求。
(13)各種W型機當(dāng)然，上述各基本機型除可能通過組合形成各V型外，還可以形成各種W型機，即在各種非倒置的多缸內(nèi)燃機的每個曲軸上掛三個氣缸，形成W型，共同作功驅(qū)動同一動力輸出齒輪向主動軸齒輪輸出動力，驅(qū)動主動軸轉(zhuǎn)動。
如圖69所示的在圖4所示的聯(lián)合對稱式W型12缸機是在聯(lián)合對稱式4缸機基礎(chǔ)上演變過來的，其對應(yīng)能減振的工作方式可如圖70至圖74所示的幾種；還有圖75所示的聯(lián)合對稱式W型18缸機以及圖76所示的獨立均布式W型12缸機。其受力與減振性能不再一一詳述。
上述是以本實用新型的四沖程各機型為例進行說明的，本實用新型的二沖程各機型結(jié)構(gòu)與四沖程各機型基本相同，只是在減小振動的工作方式要比四沖程機要少，動力輔助系統(tǒng)的與主動軸的傳動比為1∶1(四沖程為1∶2)。并且，本實用新型的各種機型的結(jié)構(gòu)及工作方式除上述所述的各種外，還可以根據(jù)需求，進行多種變化。
綜上所述，本實用新型是把傳統(tǒng)往復(fù)式各種內(nèi)燃機的氣缸進行各種合理的布置從而部分抵消或完全抵消運動部件慣性力及力矩的，它繼承了傳統(tǒng)往復(fù)式內(nèi)燃機的各種優(yōu)點，而又克服了其振動較大的缺點。
如圖77、圖78所示，本實用新型內(nèi)燃機的點火、配氣與噴油等動動力輔助系統(tǒng)的機構(gòu)或其觸發(fā)機構(gòu)可同樣用凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)。在各種非倒置的機型中，可采用如圖77所示定軸輪系結(jié)構(gòu)，如圖77所示在聯(lián)合對稱式4缸機中動力輸出齒輪1與動力輸出齒輪2的齒數(shù)為z1，主動軸齒輪齒數(shù)為z2，凸輪軸齒輪z7，中間各橢輪齒數(shù)如圖77所示分別為z3、z4、z5、z6，其中z5與z6內(nèi)嚙合，從各動力齒輪到凸輪軸齒輪的傳動比為1∶2(四沖程機為1∶2，二沖程為1∶1)，從而帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動，以驅(qū)動動力輔助系統(tǒng)如點火、配氣、噴油機構(gòu)動作或其觸發(fā)機構(gòu)的觸發(fā)。在各種倒置型機中可采用如圖78所示的輪系機構(gòu)來驅(qū)動動力輔助系統(tǒng)的機構(gòu)運動在圖78所示聯(lián)合對稱式倒置型4缸機中，由于氣缸蓋朝向主動軸軸心，可在主動軸端面安裝一個動力輔助系統(tǒng)傳動齒輪(45)直接與各凸輪齒輪或通過在中間設(shè)置橢輪相嚙合，或通過中間橢輪傳動，且保證傳動比為1∶2(四沖程機為1∶2，二沖程為1∶1)，這樣對每周期凸輪軸轉(zhuǎn)動一圈，同步驅(qū)動動力輔助系統(tǒng)如點火、配氣、噴油機構(gòu)動作或其觸發(fā)機構(gòu)的觸發(fā)。由此可見，倒置式各機型的動力輔助系統(tǒng)的傳動機構(gòu)要比非倒置式各機型緊湊。每一氣缸的點火電路可以獨立布置，但最好按工作方式氣缸組來布置，即同一組工作方式相同的四缸共用一路電路，這樣，只要電路出現(xiàn)問題，該組四個氣缸全不能工作，這樣就能保證缸體所受的合力始終為零或近似為零；內(nèi)燃機的起動由電機帶動主軸從而通過帶動曲柄滑塊機構(gòu)來實現(xiàn)連桿臂與活塞的弧向往復(fù)運動，從而實現(xiàn)壓縮氣體起動。由此可知，該類型機除動力輔助系統(tǒng)的傳動結(jié)構(gòu)略有不同外，其原理跟傳統(tǒng)的往復(fù)式內(nèi)燃機基本相同。
本實用新型的有益效果在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機設(shè)計中，都是通過平衡運動部件的一次及二次慣性力及慣性力矩來進行的，對于更高次慣性力及力矩的平衡顯得無能為力，但是通過上述分析，本實用新型的各機型，在繼承傳統(tǒng)設(shè)計優(yōu)點的基礎(chǔ)上，再對結(jié)構(gòu)與工作方式采用合理的布置與設(shè)置，大大減小或完全抵消運動部件的各次慣性力及慣性力矩，從而提高了內(nèi)燃機的整體抗振、抗噪性能，這是本實用新型最突出的優(yōu)點。另外，本實用新型還有以下一些優(yōu)點化傳統(tǒng)的內(nèi)燃機立體設(shè)計為平面設(shè)計，結(jié)構(gòu)完全對稱，制造、安裝、拆卸、維修簡單方便，總體布置簡單，并使設(shè)計問題大大簡化，設(shè)計簡單、方便；缸體及與其相連接的機體與部件所承受的動載荷小，引起的振動與噪聲小，人機環(huán)境能得到較大改善；各種非V型、非W型機每缸可用一個獨立的曲柄，曲軸受力簡單，曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計與平衡設(shè)計均簡便；當(dāng)然，也可在受力與平衡滿足要求的基礎(chǔ)上多缸共用一個曲柄，如各種V型機、W型機，這樣結(jié)構(gòu)更緊湊。
主動軸齒輪約束充分、受力可完全對稱，在徑向上受力很小或沒有受力，只受到力矩作用，在理論上大大減小或完全消除了軸的彎曲振動；由于動力輸出齒輪、主動軸齒輪、各曲柄及嚙合齒輪、動力輔助系統(tǒng)的傳動機構(gòu)中的各齒輪的的轉(zhuǎn)動慣量較大，動力傳動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，并可省略內(nèi)燃機的飛輪；由于各氣缸在環(huán)上分布，整個機體呈一個圓盤形，散熱面積較大且對稱，所以缸體受熱對稱、均勻，缸體熱應(yīng)力??；散熱介質(zhì)流程短，散熱效果好；各氣缸聯(lián)合工作，功率大，并且可以擴展，如可在同一主動軸上軸向再安裝一盤或多盤或多組氣缸，并可通過在主動軸齒輪與動力輸出齒輪之間設(shè)置離合裝置來實現(xiàn)一盤與多盤、或多組缸的同時使用，以實現(xiàn)軸向擴展，滿足備用與使用功率的大變化需求；由于本實用新型的是通過擴大內(nèi)燃機的橫截面積，從而縮短長度，化氣缸空間布置為平面布置的途徑來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)改進的，面積大，高度小，裝在機器上能顯著降低機身高度，能適用于多種大功率的動力需求，尤其是能適用于各種艦艇、戰(zhàn)機、裝甲車輛等有大功率、低振、低噪、隱身要求的軍事動力需求。
權(quán)利要求1.一種多缸內(nèi)燃機，包括氣缸、活塞、連桿及曲柄、曲軸在內(nèi)的曲柄滑塊機構(gòu)，其特征是把各氣缸在環(huán)形上布置，通過各運動單元或各氣缸的的動力輸出齒輪同時跟同一主動軸齒輪相嚙合，以共同驅(qū)動中間的主動軸轉(zhuǎn)動，輸出動力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多缸內(nèi)燃機，其特征是各運動單元或各氣缸的動力輸出齒輪是與同軸的曲軸或曲柄呈剛性連接；主動軸齒輪與主動軸也是剛性連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多缸內(nèi)燃機，其特征是相鄰的且呈軸對稱布置的同一運動單元內(nèi)的二氣缸通過在各自的曲軸上各安裝一個嚙合齒輪，二嚙合齒輪齒數(shù)、模數(shù)、半徑大小分別相等且相互嚙合，以約束兩曲柄作等速反向轉(zhuǎn)動、二氣缸等速工作，形成聯(lián)合對稱式多缸內(nèi)燃機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多缸內(nèi)燃機，其特征是所述所有運動單元內(nèi)都有一個動力輸出齒輪，動力輸出齒輪跟其同軸的曲軸呈剛性連接，各動力輸出齒輪齒數(shù)、模數(shù)、半徑均相等，且均跟主動軸齒輪相嚙合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多缸內(nèi)燃機，其特征是在多缸內(nèi)燃機的每個曲軸上掛二個氣缸，形成V型，共同作功驅(qū)動同一動力輸出齒輪向主動軸齒輪輸出動力，驅(qū)動主動軸轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多缸內(nèi)燃機，其特征是在多缸內(nèi)燃機的每個曲軸上掛三個氣缸，形成W型，共同作功驅(qū)動同一動力輸出齒輪向主動軸齒輪輸出動力，驅(qū)動主動軸轉(zhuǎn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多缸內(nèi)燃機，其特征是把多缸內(nèi)燃機氣缸在環(huán)上倒置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多缸內(nèi)燃機，其特征是各氣缸在圓環(huán)上均勻獨立布置，且每個氣缸的曲軸上均安裝有一個動力輸出齒輪，各動力輸出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、半徑大小分別相等，且在環(huán)向上同時與主動軸齒輪嚙合，形成獨立均布式多缸內(nèi)燃機。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多缸內(nèi)燃機，其特征是在多缸內(nèi)燃機的每個曲軸上掛二個氣缸，形成V型，共同作功驅(qū)動同一動力輸出齒輪向主動軸齒輪輸出動力，驅(qū)動主動軸轉(zhuǎn)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多缸內(nèi)燃機，其特征是在多缸內(nèi)燃機的每個曲軸上掛三個氣缸，形成W型，共同作功驅(qū)動同一動力輸出齒輪向主動軸齒輪輸出動力，驅(qū)動主動軸轉(zhuǎn)動。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多缸內(nèi)燃機，其特征是把獨立均布式多缸內(nèi)燃機的每個氣缸在環(huán)上倒置。
專利摘要本實用新型公開了一種多缸內(nèi)燃機，包括氣缸、活塞、連桿及曲柄、曲軸在內(nèi)的曲柄滑塊機構(gòu)，把各氣缸在環(huán)形上布置，通過各運動單元或各氣缸的的動力輸出齒輪同時跟同一主動軸齒輪相嚙合，以共同驅(qū)動中間的主動軸轉(zhuǎn)動，輸出動力。本實用新型結(jié)構(gòu)完全對稱，克服了傳統(tǒng)的往復(fù)式內(nèi)燃機的振動、噪聲較大的缺點。
文檔編號F02B75/18GK2773324SQ20042000313
公開日2006年4月19日 申請日期2004年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月13日
發(fā)明者汪國勝 申請人:汪國勝