專利名稱：具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造的制作方法
具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，特別是有關(guān)于一種使凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周即可完成四個(gè)沖程且能調(diào)整進(jìn)氣/排氣沖程比例的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)(engine，又稱為引擎)是用以將燃油和空氣混合成可燃混合氣，然后進(jìn)入汽缸及利用火星塞點(diǎn)燃混合氣造成燃燒來(lái)推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，活塞并通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸 (crankshaft)，以利用曲軸驅(qū)動(dòng)外部機(jī)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)常應(yīng)用于汽車、機(jī)車等交通工具或發(fā)電機(jī)等各種工業(yè)用途，常見(jiàn)的內(nèi)燃機(jī)可概分為二沖程及四沖程兩種，其中現(xiàn)有四沖程內(nèi)燃機(jī)的每一工作循環(huán)周期均歷經(jīng)下列四個(gè)沖程(1)、進(jìn)氣沖程如圖IA所示，在此沖程中，首先使四沖程內(nèi)燃機(jī)的一進(jìn)氣閥門(mén)101 開(kāi)啟，同時(shí)使一排氣閥門(mén)102關(guān)閉，且所述汽缸100內(nèi)的一活塞103是由一上止點(diǎn)U逐漸往一下止點(diǎn)L移動(dòng)，使所述活塞103上方的容積增大，造成所述汽缸100內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度，以便將可燃混合氣導(dǎo)入一汽缸100內(nèi)。在所述活塞103行進(jìn)至下止點(diǎn)L后，所述活塞 103已通過(guò)一連桿104帶動(dòng)一曲軸箱105內(nèi)的一曲軸106轉(zhuǎn)動(dòng)半周(也就是180度)，此時(shí)將造成所述進(jìn)氣閥門(mén)101關(guān)閉，而結(jié)束進(jìn)氣沖程。(2)、壓縮沖程如圖IB所示，在進(jìn)氣沖程結(jié)束后，所述進(jìn)氣閥門(mén)101、排氣閥門(mén)102 同時(shí)關(guān)閉。所述曲軸106繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使所述活塞103由下止點(diǎn)L往上止點(diǎn)U移動(dòng)，造成所述活塞103上方的容積縮小，因而逐漸壓縮所述汽缸100中的混合氣，使其溫度、壓力升高。 當(dāng)所述曲軸106再轉(zhuǎn)動(dòng)半周且轉(zhuǎn)動(dòng)滿一周(也就是360度)及所述活塞103到達(dá)上止點(diǎn)U 時(shí)，壓縮沖程結(jié)束。(3)、動(dòng)力沖程如圖IC所示，當(dāng)壓縮沖程即將結(jié)束時(shí)，由一火星塞107通電產(chǎn)生火花，以點(diǎn)燃混合氣。由于混合氣迅速爆炸燃燒造成空氣膨脹，因此在極短時(shí)間內(nèi)壓力及溫度驟升。高溫、高壓的燃?xì)鈱⑼苿?dòng)所述活塞103迅速向下移動(dòng)，并通過(guò)所述連桿104使所述曲軸106旋轉(zhuǎn)而帶動(dòng)外部機(jī)構(gòu)。在動(dòng)力沖程中，所述活塞103由上止點(diǎn)U移至下止點(diǎn)L，所述曲軸106再轉(zhuǎn)動(dòng)半周且總共轉(zhuǎn)動(dòng)一周半(也就是540度)。隨著所述活塞103下移，所述活塞103上方的容積增大，燃?xì)鉁囟取毫⒅饾u降低。(4)、排氣沖程如圖ID所示，混合氣燃燒后產(chǎn)生廢氣，為了進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)周期，廢氣必需及時(shí)排出至所述汽缸100外。因此，在動(dòng)力沖程結(jié)束時(shí)，所述排氣閥門(mén)102將會(huì)開(kāi)啟，順著所述活塞103向上移動(dòng)，廢氣便通過(guò)所述排氣閥門(mén)102排出。當(dāng)所述活塞103 到達(dá)上止點(diǎn)U時(shí)，所述排氣閥門(mén)102將會(huì)關(guān)閉，此時(shí)所述曲軸106再轉(zhuǎn)動(dòng)半周且總共轉(zhuǎn)動(dòng)兩周(也就是720度)，因而完成一個(gè)工作循環(huán)周期。綜上所述，所述四沖程內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、動(dòng)力及排氣四個(gè)沖程，完成一個(gè)工作循環(huán)周期。在這段期間，所述活塞103在其上、下止點(diǎn)U、L間往復(fù)移動(dòng)二回，所述曲軸106 也相對(duì)的旋轉(zhuǎn)兩周。然而，上述現(xiàn)有四沖程內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)問(wèn)題在于在排氣階段中，上一循環(huán)周期完成后通常殘留一部分廢氣于所述汽缸100內(nèi)，這些廢氣將會(huì)影響下一循環(huán)周期在進(jìn)氣及動(dòng)力沖程的效率。然而，若所述活塞103在進(jìn)氣、壓縮、動(dòng)力及排氣四個(gè)沖程中的位移距離皆維持相同，則進(jìn)氣量及排氣量的比例將無(wú)法被調(diào)整，因而使得上述殘留廢氣問(wèn)題無(wú)法獲得解決。再者，由于所述曲軸106在進(jìn)氣及壓縮沖程時(shí)必需旋轉(zhuǎn)一周，但此時(shí)所述曲軸106并無(wú)法輸出有效動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)外部機(jī)構(gòu)，即所述曲軸106只有在動(dòng)力及排氣沖程才能輸出有效動(dòng)力。結(jié)果，由于所述曲軸106在旋轉(zhuǎn)第一周及第二周時(shí)具有加速不連續(xù)的情況， 且會(huì)使所述曲軸106的轉(zhuǎn)速過(guò)快，因而容易造成外部機(jī)構(gòu)零件受力突增、大幅增加零件磨耗及降低零件使用壽命的問(wèn)題，且不適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)合。為了解決此問(wèn)題，必需并排設(shè)置二組或以上的四沖程內(nèi)燃機(jī)組，來(lái)以相互彌補(bǔ)其動(dòng)力輸出的空窗期來(lái)增大動(dòng)力輸出，但此設(shè)置方式卻也將增大內(nèi)燃機(jī)的整個(gè)體積，而不利于降低內(nèi)燃機(jī)的占用空間。故，有必要提供一種四沖程內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一種具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其活塞通過(guò)連桿、 滾子搖臂及二滾子來(lái)推動(dòng)凸輪軸上的共軛凸輪組或被其拉動(dòng)，共軛凸輪組的二凸輪形狀及排列角度可依需求進(jìn)行更換，以改變進(jìn)氣/排氣沖程的比例以及壓縮/動(dòng)力沖程的比例，進(jìn)而有利于提升燃燒效率、提高廢氣排凈效率及增加動(dòng)力輸出馬力。本發(fā)明的次要目的在于提供一種具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其活塞通過(guò)連桿、 滾子搖臂及二滾子來(lái)推動(dòng)凸輪軸上的共軛凸輪組或被其拉動(dòng)，當(dāng)完成一工作循環(huán)周期的四個(gè)沖程時(shí)，凸輪軸僅需旋轉(zhuǎn)一周(即360度)，進(jìn)而有利于降低凸輪軸轉(zhuǎn)速變動(dòng)范圍、降低凸輪軸工作負(fù)載、減少零件磨損及縮減內(nèi)燃機(jī)體積。為達(dá)成本發(fā)明的前述目的，本發(fā)明提供一種具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其特征在于所述具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造包含一活塞，容置在一汽缸內(nèi)，并可相對(duì)所述汽缸的軸向進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；一連桿，具有一第一端及一第二端，所述第一端樞接于所述活塞，使所述連桿與所述活塞同步移動(dòng)；一滾子搖臂，具有一動(dòng)力來(lái)源端、一第一滾子接點(diǎn)、一第二滾子接點(diǎn)及一支點(diǎn)，其中所述連桿的第二端樞接于所述動(dòng)力來(lái)源端，以驅(qū)動(dòng)所述第一及第二滾子接點(diǎn)相對(duì)所述支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；一推力滾子，樞接于所述滾子搖臂的第一滾子接點(diǎn)； 一拉力滾子，樞接于所述滾子搖臂的第二滾子接點(diǎn)；以及，一共軛凸輪組(conjugate cam assembly),固定于一凸輪軸(camshaft, power shaft orcrankshaft)上，并具有相互結(jié)合的一推力凸輪及一拉力凸輪，其中所述推力凸輪及拉力凸輪具有不同的非正圓凸輪外廓， 所述推力凸輪的外廓與所述推力滾子相接觸，及所述拉力凸輪的外廓與所述拉力滾子相接觸。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述共軛凸輪組及凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周等于所述活塞的動(dòng)力、排氣、進(jìn)氣及壓縮四個(gè)沖程。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述進(jìn)氣/排氣沖程的比例等于所述推力凸輪及拉力凸輪對(duì)應(yīng)所述進(jìn)氣/排氣沖程的外廓形狀的比例。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述壓縮/動(dòng)力沖程的比例等于所述推力凸輪及拉力凸輪對(duì)應(yīng)所述壓縮/動(dòng)力沖程的外廓形狀的比例。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述活塞的動(dòng)力、排氣、進(jìn)氣及壓縮四個(gè)沖程依序?qū)?yīng)于所述汽缸內(nèi)的一第一高點(diǎn)、一第一低點(diǎn)、一第二高點(diǎn)、一第二低點(diǎn)及所述第一高點(diǎn)所定義的四個(gè)位移量區(qū)間，其中所述第一高點(diǎn)高于或等于所述第二高點(diǎn)，所述第一低點(diǎn)低于或等于所述第二低點(diǎn)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述進(jìn)氣/排氣沖程的比例等于所述活塞在所述第二高點(diǎn)至第二低點(diǎn)的位移量與所述第一低點(diǎn)至第二高點(diǎn)的位移量的比例。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述壓縮/動(dòng)力沖程的比例等于所述活塞在所述第二低點(diǎn)至第一高點(diǎn)的位移量與所述第一高點(diǎn)至第一低點(diǎn)的位移量的比例。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述滾子搖臂的支點(diǎn)利用一樞接元件樞接于一凸輪軸箱的內(nèi)壁的一固定基座上。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述滾子搖臂的支點(diǎn)樞接于一固定桿上。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述動(dòng)力來(lái)源端及支點(diǎn)的連線與所述第一滾子接點(diǎn)及支點(diǎn)的連線之間夾有一夾角小于90度。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述動(dòng)力來(lái)源端及支點(diǎn)的連線與所述第二滾子接點(diǎn)及支點(diǎn)的連線之間夾有一夾角大于90度。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述推力滾子的尺寸大于所述拉力滾子的尺寸，且所述推力凸輪的尺寸大于所述拉力凸輪的尺寸。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述推力凸輪的長(zhǎng)度方向與所述拉力凸輪的長(zhǎng)度方向之間夾有一夾角小于90度。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述拉力凸輪的外廓大致位于所述推力凸輪的外廓的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述拉力凸輪的外廓的一部分突出至所述推力凸輪的外廓的范圍外。

圖1A、1B、1C及ID是現(xiàn)有四沖程內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造的進(jìn)氣、壓縮、動(dòng)力及排氣四個(gè)沖程的
示意圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造的組合示意圖。圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造的簡(jiǎn)要示意圖。圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造的動(dòng)力、排氣、進(jìn)氣及壓縮四個(gè)沖程的示意圖以及凸輪軸角度與活塞運(yùn)動(dòng)位置的曲線圖。圖5A及5B是本發(fā)明第二實(shí)施例具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造的簡(jiǎn)要示意圖以及凸輪軸角度與活塞運(yùn)動(dòng)位置的曲線圖。圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造的分解示意圖。
具體實(shí)施方式為讓本發(fā)明上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下請(qǐng)參照?qǐng)D2及3所示，本發(fā)明第一實(shí)施例的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造是屬于一種四沖程內(nèi)燃機(jī)，其主要應(yīng)用于汽車、機(jī)車等交通工具或發(fā)電機(jī)等各種工業(yè)用途，但并不限于此。本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造主要是包含一活塞1、一汽缸2、一連桿3、一滾子搖臂4、一推力滾子5、一拉力滾子6、一共軛凸輪組7及一凸輪軸8，上述構(gòu)件基本上皆是由金屬、合金或陶瓷所制成，例如鋁、鋁合金、不銹鋼或氧化鋁陶瓷材料等，但并不限于此。本發(fā)明于下文提及的上、下、左、右、內(nèi)、外、縱向、橫向等方位用語(yǔ)是以圖面所示內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造的方位為參考基準(zhǔn)，上述方位用語(yǔ)其僅是用來(lái)輔助說(shuō)明相關(guān)構(gòu)件的組裝關(guān)系，并非用來(lái)限制本發(fā)明，于此合先敘明。請(qǐng)參照?qǐng)D2及3所示，本發(fā)明第一實(shí)施例的活塞1、汽缸2及連桿3是屬于現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)造，其中所述活塞1是一金屬圓柱狀體，所述汽缸2是一中空金屬殼，及所述連桿 3是一長(zhǎng)條狀金屬桿體。所述活塞1是容置在所述汽缸2內(nèi)，并可相對(duì)所述汽缸2的軸向 (即縱向)進(jìn)行往復(fù)縱向直線運(yùn)動(dòng)。所述連桿3具有一第一端31及一第二端32，所述第一端31伸入所述汽缸2內(nèi)并利用銷或栓樞接于所述活塞1，使所述連桿3能與所述活塞1同步進(jìn)行往復(fù)縱向移動(dòng)，其中所述連桿3的第二端32可相對(duì)所述第一端31小角度的進(jìn)行樞轉(zhuǎn)。請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2及3所示，本發(fā)明第一實(shí)施例的滾子搖臂4是一類似閃電形狀或N形的多段彎折金屬板體，但并不限于此形狀，其亦可能是菱形、平行四邊形或三叉狀的金屬板體。所述滾子搖臂4具有一動(dòng)力來(lái)源端41、一第一滾子接點(diǎn)42、一第二滾子接點(diǎn)43及一支點(diǎn)44，其分別位于所述滾子搖臂4的四個(gè)角隅位置。如圖3的簡(jiǎn)要示意圖所示，所述動(dòng)力來(lái)源端41及支點(diǎn)44的假想連線與所述第一滾子接點(diǎn)42及支點(diǎn)44的假想連線之間夾有一夾角小于90度，同時(shí)所述動(dòng)力來(lái)源端41及支點(diǎn)44的假想連線與所述第二滾子接點(diǎn)43及支點(diǎn)44的假想連線之間夾有另一夾角大于90度。再者，所述支點(diǎn)44利用一樞接元件40 (例如銷或栓)樞接于一凸輪軸箱9的內(nèi)壁的一固定基座91上。所述連桿3的第二端32是利用銷或栓樞接于所述動(dòng)力來(lái)源端41，所述連桿3可通過(guò)所述動(dòng)力來(lái)源端41傳遞動(dòng)力驅(qū)動(dòng)所述第一及第二滾子接點(diǎn)42、43相對(duì)所述支點(diǎn)44同時(shí)順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，所述推力滾子5及拉力滾子6是二短圓柱或短圓桶狀體，所述推力滾子5是利用銷或栓樞接于所述滾子搖臂4的第一滾子接點(diǎn)42 ；同時(shí)，所述拉力滾子6利用銷或栓樞接于所述滾子搖臂4 的第二滾子接點(diǎn)43，且所述推力滾子5的尺寸優(yōu)選設(shè)計(jì)成大于所述拉力滾子6的尺寸。請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2及3所示，本發(fā)明第一實(shí)施例的共軛凸輪組7是固定結(jié)合于所述凸輪軸8上，并能帶動(dòng)所述凸輪軸8同步轉(zhuǎn)動(dòng)。所述共軛凸輪組7具有一推力凸輪71及一拉力凸輪72，其中所述推力凸輪71及拉力凸輪72利用至少二固定元件73彼此固定結(jié)合成一體，所述固定元件73可選自定位螺絲，但亦可能直接利用焊接結(jié)合所述推力凸輪71及拉力凸輪72而省略使用所述固定元件73。所述推力凸輪71及拉力凸輪72具有彼此不同的非正圓凸輪外廓(即外周面)，且所述推力凸輪71的尺寸優(yōu)選設(shè)計(jì)成大于所述拉力凸輪72 的尺寸，以對(duì)應(yīng)于所述推力滾子5及拉力滾子6的相對(duì)尺寸。另外，如圖3的虛線所示，所述推力凸輪71的最大長(zhǎng)度方向與所述拉力凸輪72的最大長(zhǎng)度方向之間優(yōu)選夾有一夾角小于90度，且所述拉力凸輪72的外廓大致上位于所述推力凸輪71的外廓的范圍內(nèi)，上述所指位于范圍內(nèi)的定義亦包含二者的外廓互為相切的接觸情況。在本發(fā)明中，通過(guò)將所述滾子搖臂4沖壓成非平面狀，或通過(guò)使所述推力滾子5的柱體直徑大于所述拉力滾子6的柱體直徑，可以順利使所述推力滾子5及拉力滾子6分別以線段接觸所述推力凸輪71及拉力凸輪72的外廓。再者，所述推力滾子5及動(dòng)力來(lái)源端41之間的距離優(yōu)選設(shè)計(jì)成小于所述拉力滾子6及動(dòng)力來(lái)源端41之間的距離，如此可使所述推力凸輪71的外廓與所述推力滾子5能相接觸并在動(dòng)力、排氣及壓縮沖程期間可相互推動(dòng)，同時(shí)使所述拉力凸輪72的外廓與所述拉力滾子6能相接觸并在進(jìn)氣沖程期間可受所述拉力滾子6拉動(dòng)。請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D3及4所示，本發(fā)明第一實(shí)施例的共軛凸輪組7及凸輪軸8轉(zhuǎn)動(dòng)一周 (360度)等于所述活塞1能完成進(jìn)氣、壓縮、動(dòng)力及排氣四個(gè)沖程，其中如圖4的實(shí)曲線及虛曲線所示，所述活塞1的動(dòng)力、排氣、進(jìn)氣及壓縮四個(gè)沖程依序?qū)?yīng)于所述汽缸2內(nèi)的一第一高點(diǎn)仏、一第一低點(diǎn)L1、一第二高點(diǎn)隊(duì)、一第二低點(diǎn)L2及所述第一高點(diǎn)U1所定義出的四個(gè)位移量區(qū)間，其中所述第一高點(diǎn)U1可設(shè)計(jì)成高于或等于所述第二高點(diǎn)U2,同時(shí)所述第一低點(diǎn)L1則可選擇設(shè)計(jì)成低于或等于所述第二低點(diǎn)L2,本實(shí)施例中為所述第一高點(diǎn)U1高于所述第二高點(diǎn)U20再者，所述進(jìn)氣/排氣沖程的比例等于所述推力凸輪71 (及拉力凸輪72) 對(duì)應(yīng)所述進(jìn)氣/排氣沖程的外廓形狀的比例，亦即所述活塞1在所述第二高點(diǎn)U2至第二低點(diǎn)L2的位移量與所述第一低點(diǎn)L1至第二高點(diǎn)U2的位移量的比例。再者，所述壓縮/動(dòng)力沖程的比例等于所述推力凸輪71 (及拉力凸輪7 對(duì)應(yīng)所述壓縮/動(dòng)力沖程的外廓形狀的比例，亦即所述活塞1在所述第二低點(diǎn)L2至第一高點(diǎn)U1的位移量與所述第一高點(diǎn)U1至第一低點(diǎn)L1的位移量的比例。通過(guò)所述推力凸輪71 (及拉力凸輪7 對(duì)應(yīng)四個(gè)沖程的外廓的形狀及沖程長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，將可控制所述活塞1向上或向下移動(dòng)的位移量大小。上述推力凸輪71及拉力凸輪72的外廓形狀及排列角度皆可依內(nèi)燃機(jī)使用需求加以改變?cè)O(shè)計(jì)，以調(diào)整四個(gè)沖程之間的位移量比例，因此本發(fā)明并不加以限制其外廓形狀及排列角度。更詳細(xì)來(lái)說(shuō)，如圖4所示，當(dāng)本發(fā)明第一實(shí)施例具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在所述活塞1進(jìn)行動(dòng)力沖程期間，所述汽缸2內(nèi)的可燃混合氣受火星塞(未繪示)點(diǎn)火引發(fā)燃燒爆炸，造成所述汽缸2內(nèi)的空氣膨脹，使所述活塞1是由所述汽缸2內(nèi)的一第一高點(diǎn)U1往一第一低點(diǎn)L1移動(dòng)，并產(chǎn)生向下動(dòng)力通過(guò)所述連桿3推動(dòng)所述滾子搖臂4，所述滾子搖臂4再通過(guò)所述推力滾子5推動(dòng)所述共軛凸輪組7的推力凸輪71，所述推力滾子5可將推力轉(zhuǎn)換成所述共軛凸輪組7的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，造成所述共軛凸輪組7帶動(dòng)所述凸輪軸8同步順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如此所述凸輪軸8即可用以驅(qū)動(dòng)外部機(jī)構(gòu)(未繪示)，例如引擎的V型皮帶變速器或扭力轉(zhuǎn)換器等。上述動(dòng)力沖程原理可參照?qǐng)DIC所示，且在上述動(dòng)力傳遞過(guò)程中， 所述共軛凸輪組7在轉(zhuǎn)速下具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，故可避免停滯在死點(diǎn)位置(即第一高點(diǎn)U1或第一低點(diǎn)L1)。依內(nèi)燃機(jī)使用需求，所述共軛凸輪組7亦可能設(shè)計(jì)成帶動(dòng)所述凸輪軸8選擇同步順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。再者，如圖4所示，在所述活塞1進(jìn)行排氣沖程期間，所述共軛凸輪組7的推力凸輪71因轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而推動(dòng)所述推力滾子5，并帶動(dòng)所述滾子搖臂4，再通過(guò)所述連桿3帶動(dòng)所述活塞1由所述汽缸2內(nèi)的第一低點(diǎn)L1往一第二高點(diǎn)U2向上移動(dòng)，以將所述汽缸2內(nèi)的廢氣排出。所述第二高點(diǎn)U2設(shè)計(jì)成低于或等于所述第一高點(diǎn)U1,以便使排氣沖程明顯長(zhǎng)于后續(xù)進(jìn)氣沖程，而有利于提高廢氣排凈效率。上述排氣沖程原理可參照?qǐng)DID所示。接著，如圖4所示，在所述活塞1進(jìn)行進(jìn)氣沖程期間，所述共軛凸輪組7的拉力凸輪72因轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而推動(dòng)所述拉力滾子6，并帶動(dòng)所述滾子搖臂4，再通過(guò)所述連桿3帶動(dòng)所述活塞1由所述汽缸2內(nèi)的第二高點(diǎn)U2往一第二低點(diǎn)L2向下移動(dòng)，以增加所述汽缸2內(nèi)的容積，而引入可燃混合氣。所述第二低點(diǎn)L2是可依實(shí)際內(nèi)燃機(jī)需求來(lái)設(shè)計(jì)成高于或等于所述第一低點(diǎn)L1,以便在確保有引入足夠混合氣的前題下，縮減進(jìn)氣沖程的長(zhǎng)度。上述進(jìn)氣沖程原理可參照?qǐng)DIA所示。
隨后，如圖4所示，在所述活塞1進(jìn)行壓縮沖程期間，所述共軛凸輪組7的推力凸輪71因轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而推動(dòng)所述推力滾子5，并帶動(dòng)所述滾子搖臂4，再通過(guò)所述連桿3帶動(dòng)所述活塞1由所述汽缸2內(nèi)的第二低點(diǎn)L2往第一高點(diǎn)U1向上移動(dòng)，以壓縮所述汽缸2內(nèi)的混合氣，以便準(zhǔn)備進(jìn)行后續(xù)動(dòng)力沖程的燃燒爆炸動(dòng)作。上述排氣沖程原理可參照?qǐng)DIB所示。 所述活塞1及所述共軛凸輪組7可再次往復(fù)循環(huán)上述四個(gè)沖程，而達(dá)到使內(nèi)燃機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。當(dāng)所述活塞1完成進(jìn)氣、壓縮、動(dòng)力及排氣四個(gè)沖程，所述共軛凸輪組7及凸輪軸8 僅轉(zhuǎn)動(dòng)一周(即360度)，因此有利于降低所述凸輪軸8在每一工作循環(huán)周期所需轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，以減少所述凸輪軸8轉(zhuǎn)速范圍，并可降低所述凸輪軸8工作負(fù)載。再者，由于所述凸輪軸 8旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)具有加速度不連續(xù)的情況，因此不容易造成外部機(jī)構(gòu)零件受力突增，故可大幅降低零件磨耗及提高零件使用壽命，且適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)合。同時(shí)，本發(fā)明的四沖程內(nèi)燃機(jī)也可單獨(dú)使用，不需并排設(shè)置二組或以上的四沖程內(nèi)燃機(jī)，故亦有利于縮減內(nèi)燃機(jī)體積。另外，當(dāng)改變所述推力凸輪71及拉力凸輪72的外廓形狀及初始排列角度時(shí)，即可調(diào)整所述第一高點(diǎn)U1、第二高點(diǎn)U2、第一低點(diǎn)L1、第二低點(diǎn)L2的位置比例及對(duì)應(yīng)調(diào)整所述凸輪軸8于各旋轉(zhuǎn)角度下的所述活塞1運(yùn)動(dòng)位置，也就是改變所述進(jìn)氣/排氣沖程的比例及所述壓縮/ 動(dòng)力沖程的比例，以及對(duì)應(yīng)改變所述凸輪軸8于各旋轉(zhuǎn)角度下的所述活塞1上方容積(如圖4的原始曲線與變更后曲線所示)。通過(guò)提高所述活塞1在所述汽缸2內(nèi)的動(dòng)力/排氣沖程的位移量，使其相對(duì)大于進(jìn)氣/壓縮沖程的位移量，以及增加所述活塞1于所述第二低點(diǎn)L2時(shí)所對(duì)應(yīng)的所述凸輪軸8旋轉(zhuǎn)角度(即在進(jìn)氣至壓縮階段對(duì)應(yīng)所述凸輪軸8的角度范圍變寬)，如此將可提升燃燒效率、提高廢氣排凈效率及增加動(dòng)力輸出馬力。請(qǐng)參照?qǐng)D5A及5B所示，本發(fā)明第二實(shí)施例的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造是相似于本發(fā)明第一實(shí)施例并沿用相同圖號(hào)，但兩者間差異的特征在于所述第一實(shí)施例的拉力凸輪6的外廓大致位于所述推力凸輪5的外廓的范圍內(nèi)，或僅些微突出至所述推力凸輪5 的外廓的范圍外；而所述第二實(shí)施例的拉力凸輪6的外廓的一部分(例如二端或一端)則明顯突出至所述推力凸輪5的外廓的范圍外，同時(shí)所述推力凸輪71及拉力凸輪72的外廓形狀可以調(diào)整，且所述推力凸輪71的長(zhǎng)度方向與所述拉力凸輪72的長(zhǎng)度方向之間的夾角亦可選擇變大或變小，如此即可改變所述第一高點(diǎn)U1、第二高點(diǎn)U2、第一低點(diǎn)L1、第二低點(diǎn)L2 的位置比例，也就是改變所述進(jìn)氣/排氣沖程的比例及所述壓縮/動(dòng)力沖程的比例。例如， 調(diào)整后，使所述第一低點(diǎn)L1的位置等于所述第二低點(diǎn)L2的位置，以適度增加所述活塞1在進(jìn)氣沖程的位移量，進(jìn)而適度增加所述汽缸2內(nèi)可引入可燃混合氣的容積。請(qǐng)參照?qǐng)D6所示，本發(fā)明第三實(shí)施例的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造是相似于本發(fā)明第一實(shí)施例并沿用相同圖號(hào)，但兩者間差異的特征在于所述第一實(shí)施例的滾子搖臂4 的支點(diǎn)44利用所述樞接元件40(例如銷或栓)樞接于所述凸輪軸箱9的內(nèi)壁的固定基座 91上，此時(shí)所述內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造可以單組獨(dú)立設(shè)置。然而，所述第三實(shí)施例的滾子搖臂4的支點(diǎn)44則是樞接于一固定桿40’上，此時(shí)所述內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造可以多組并排設(shè)置，也就是由同一固定桿40’及同一凸輪軸8來(lái)分別串接多組內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造的滾子搖臂4及共軛凸輪組7。藉此，將可提高所述凸輪軸8的動(dòng)力輸出馬力總量。如上所述，相較于現(xiàn)有四沖程內(nèi)燃機(jī)的所述活塞103在四個(gè)沖程中的位移距離皆為相同及所述曲軸106也需旋轉(zhuǎn)兩周才能完成四個(gè)沖程，因而導(dǎo)致無(wú)法調(diào)整沖程比例及殘留廢氣等缺點(diǎn)，圖2至6的本發(fā)明的活塞1通過(guò)所述連桿3、滾子搖臂4及二滾子5、6來(lái)推動(dòng)所述凸輪軸8上的共軛凸輪組7或被其拉動(dòng)，且所述共軛凸輪組7的二凸輪71、72形狀及排列角度可依需求改變?cè)O(shè)計(jì)進(jìn)行更換，以改變進(jìn)氣/排氣沖程的比例以及壓縮/動(dòng)力沖程的比例，因此確實(shí)有利于提升燃燒效率、提高廢氣排凈效率及增加動(dòng)力輸出馬力。再者， 當(dāng)完成一工作循環(huán)周期的四個(gè)沖程時(shí)，所述凸輪軸8僅需旋轉(zhuǎn)一周(即360度)，因此亦有利于減少所述凸輪軸8轉(zhuǎn)速的變動(dòng)范圍、降低所述凸輪軸8工作負(fù)載、減少零件磨損及縮減內(nèi)燃機(jī)體積。 本發(fā)明已由上述相關(guān)實(shí)施例加以描述，然而上述實(shí)施例僅為實(shí)施本發(fā)明的范例。 必需指出的是，已公開(kāi)的實(shí)施例并未限制本發(fā)明的范圍。相反地，包含于權(quán)利要求書(shū)的精神及范圍的修改及均等設(shè)置均包括于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其特征在于所述具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造包含一活塞，容置在一汽缸內(nèi)，所述活塞相對(duì)所述汽缸的軸向進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；一連桿，具有一第一端及一第二端，所述第一端樞接于所述活塞，使所述連桿與所述活塞同步移動(dòng)；一滾子搖臂，具有一動(dòng)力來(lái)源端、一第一滾子接點(diǎn)、一第二滾子接點(diǎn)及一支點(diǎn)，其中所述連桿的第二端樞接于所述動(dòng)力來(lái)源端，以驅(qū)動(dòng)所述第一及第二滾子接點(diǎn)相對(duì)所述支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；一推力滾子，樞接于所述滾子搖臂的第一滾子接點(diǎn)；一拉力滾子，樞接于所述滾子搖臂的第二滾子接點(diǎn)；及一共軛凸輪組，固定于一凸輪軸上，并具有相互結(jié)合的一推力凸輪及一拉力凸輪，其中所述推力凸輪及拉力凸輪具有不同的非正圓凸輪外廓，所述推力凸輪的外廓與所述推力滾子相接觸，及所述拉力凸輪的外廓與所述拉力滾子相接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其特征在于所述共軛凸輪組及凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周等于所述活塞的動(dòng)力、排氣、進(jìn)氣及壓縮四個(gè)沖程。
3.如權(quán)利要求2所述的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其特征在于所述進(jìn)氣/排氣沖程的比例等于所述推力凸輪及拉力凸輪對(duì)應(yīng)所述進(jìn)氣沖程及排氣沖程的外廓形狀的比例； 所述壓縮/動(dòng)力沖程的比例等于所述推力凸輪及拉力凸輪對(duì)應(yīng)所述壓縮沖程及動(dòng)力沖程的外廓形狀的比例。
4.如權(quán)利要求2所述的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其特征在于所述活塞的動(dòng)力、排氣、進(jìn)氣及壓縮四個(gè)沖程依序?qū)?yīng)于所述汽缸內(nèi)的一第一高點(diǎn)、一第一低點(diǎn)、一第二高點(diǎn)、 一第二低點(diǎn)及所述第一高點(diǎn)所定義的四個(gè)位移量區(qū)間，其中所述第一高點(diǎn)高于或等于所述第二高點(diǎn)，所述第一低點(diǎn)低于或等于所述第二低點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其特征在于所述進(jìn)氣/排氣沖程的比例等于所述活塞在所述第二高點(diǎn)至第二低點(diǎn)的位移量與所述第一低點(diǎn)至第二高點(diǎn)的位移量的比例；所述壓縮/動(dòng)力沖程的比例等于所述活塞在所述第二低點(diǎn)至第一高點(diǎn)的位移量與所述第一高點(diǎn)至第一低點(diǎn)的位移量的比例。
6.如權(quán)利要求1所述的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其特征在于所述滾子搖臂的支點(diǎn)利用一樞接元件樞接于一凸輪軸箱的內(nèi)壁的一固定基座上；或者，所述滾子搖臂的支點(diǎn)樞接于一固定桿上。
7.如權(quán)利要求1所述的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其特征在于所述動(dòng)力來(lái)源端及支點(diǎn)的連線與所述第一滾子接點(diǎn)及支點(diǎn)的連線之間夾有一夾角小于90度；所述動(dòng)力來(lái)源端及支點(diǎn)的連線與所述第二滾子接點(diǎn)及支點(diǎn)的連線之間夾有一夾角大于90度。
8.如權(quán)利要求1所述的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其特征在于所述推力滾子的尺寸大于所述拉力滾子的尺寸，且所述推力凸輪的尺寸大于所述拉力凸輪的尺寸。
9.如權(quán)利要求1所述的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其特征在于所述推力凸輪的長(zhǎng)度方向與所述拉力凸輪的長(zhǎng)度方向之間夾有一夾角小于90度。
10.如權(quán)利要求1所述的具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其特征在于所述拉力凸輪的外廓位于所述推力凸輪的外廓的范圍內(nèi)；或者，所述拉力凸輪的外廓的一部分突出至所述推力凸輪的外廓的范圍外。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種具共軛凸輪組的內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造，其具有一活塞可通過(guò)一連桿、一滾子搖臂及二滾子來(lái)推動(dòng)一凸輪軸上的一共軛凸輪組或被其拉動(dòng)，所述共軛凸輪組的二凸輪的形狀及排列角度可依需求改變?cè)O(shè)計(jì)，以改變進(jìn)氣/排氣沖程的比例以及壓縮/動(dòng)力沖程的比例，因而有利于提升燃燒效率及提高廢氣排凈效率。當(dāng)所述凸輪軸完成一工作循環(huán)周期的四個(gè)沖程時(shí)，所述凸輪軸僅需旋轉(zhuǎn)一周，故亦有利于降低所述凸輪軸的轉(zhuǎn)速。
文檔編號(hào)F02B75/32GK102242672SQ20101018352
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者成庭皓, 蔡得民, 陳馨寶 申請(qǐng)人:中山大學(xué)