專利名稱：單凸輪擺桿連動往復活塞式發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及凸輪活塞式發(fā)動機。
傳統(tǒng)的往復活塞式發(fā)動機采用曲軸連桿機構，為了克服這種機構的運動學的不合理性，美國BCDS公司的衛(wèi)特、威廉馬丁在84年發(fā)明了“緊湊型內(nèi)燃機(雙凸輪內(nèi)燃機)。九一年德國本茨公司成功地安裝在其生產(chǎn)的轎車上。它在保留了往復園柱活塞密封性好的優(yōu)點，去掉了曲軸連桿機構，使發(fā)動機更緊湊。但它用了內(nèi)外二只凸輪、二組滾輪副來代替曲軸連桿的功能。又因結構關系，活塞不能制成通常的裙部結構，所以每只活塞要增加兩組導向，結構就顯得復雜。本人在89年設計的往復連動活塞式發(fā)動機，只用了一只外凸輪，活塞同樣能制造通常的裙部結構，整機結構簡單了，但由于每組連動機構的兩活塞同時作向心或離心運動，在發(fā)動機未開始工作時，無向心力作用，所以要加設起動裝置才能起動;另外，兩活塞連動時，有一個沖程，一只活塞處于排氣始位置時，另一只活塞處于壓縮始位置，這時活塞離心運動，由于此時沒有向心約束力，活塞上的滾輪要脫離凸輪的曲面，產(chǎn)生碰擊現(xiàn)象，高速運動時更為嚴重。為了克服這缺點，采取排氣遲后的措施不經(jīng)濟、不合理，只能采取進氣增壓的辦法，這樣設計小功率發(fā)動機就不合適。
本發(fā)明的目的在于提供比同功率的傳統(tǒng)曲軸連桿發(fā)動機體積小三分之一以上，重量輕、效率高、扭矩大、制動性能好、起動方便，用單凸輪、擺桿連動活塞的結構取代“雙凸輪發(fā)動機”的復雜的內(nèi)凸輪和活塞結構，並優(yōu)于本人發(fā)明的“往復連動活塞式發(fā)動機”的單凸輪擺桿連動往復活塞式發(fā)動機。
本發(fā)明的發(fā)動機包括一組或一組以上的擺桿連動機構，一個安裝在主軸上的凸輪，和安裝在活塞裙部下端的滾輪副。每組擺桿連動機構由一個擺桿，兩只活塞，兩根連接桿、兩根滾輪銷、兩根擺桿銷組成。擺桿繞著同主軸軸線重合，並同兩活塞在其運動的兩汽缸軸線的角平分線重合的平面內(nèi)的某一點擺動，兩端有與擺桿支點對稱的擺桿銷孔。兩汽缸的夾角同凸輪的最高點和最低點與中心連線的夾角相等，並相交于凸輪的軸心線。兩根連接桿的兩頭設有軸線平行、軸矩相等的連接桿銷孔。一個連接桿銷孔由滾輪銷同活塞的滾輪銷孔連接，另一個由擺桿銷用擺桿銷孔連接。擺桿擺動時，兩活塞產(chǎn)生一上一下連動，一只活塞在最高點位置時，另一只活塞在最低點位置。凸輪的園周曲面加工成等于或大于兩等分的無突變點的光滑曲面，凸輪曲面而且是凸輪繞主軸旋轉(zhuǎn)時，組成滾輪副的兩滾輪，在其隨各自活塞一上一下移動時，始終與之相切的運動軌跡。隨著數(shù)控技術在機加工中應用，可加工成最理想的凸輪線。滾輪副有滾輪、滾針、滾輪銷組成。滾輪和滾針安裝在活塞裙部的長方孔內(nèi)，由滾輪銷同活塞滾輪銷孔連接。滾輪園周表面緊貼凸輪曲面，成線接觸，之間為滾輪摩察。凸輪旋轉(zhuǎn)，曲面推動滾輪，使其中一只活塞向上移動，帶動連接桿，擺桿產(chǎn)生擺動，使另一只活塞向下移動;反之活塞作功移動，帶動凸輪作旋轉(zhuǎn)運動。所以它可制成同樣結構型式的油馬達或壓縮機。制成油馬達時，排油可不加背壓，提高了油馬達的效率。
本發(fā)明的發(fā)動機，同一主軸上可錯位安裝二個或二個以上凸輪，汽缸成園周多排結構，使發(fā)動機的運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。凸輪加工成兩等分和六等分曲面時，擺桿繞其軸線擺動，擺桿上設四個擺桿銷孔，由四根連接桿連接垂直方向布置的四只活塞，四只活塞產(chǎn)生連動。凸輪的兩側各裝一個擺桿，制成捌只活塞對其作功。由于這種結構，一個擺桿可使四個活塞產(chǎn)生連動，所以每個沖程都有其中一只活塞對凸輪作功，這樣始終有一只活塞上的滾輪緊貼凸輪曲面，因此凸輪的曲面只要在滾輪最高點和最低點時保證相切。就不會產(chǎn)生撞擊震動現(xiàn)象。
現(xiàn)結合附圖詳細說明本發(fā)明附

圖1是三等分的凸輪，60°布缸的發(fā)動機示意圖。
圖2是表示活塞裙部結構的剖視圖。
圖3是汽缸套的正視圖。
圖4是汽缸套的左剖視圖。
圖5是二等分凸輪四活塞擺桿連動結構示意圖。
根據(jù)圖1，該機除了有傳統(tǒng)往復式發(fā)動機的燃油供給系統(tǒng)12，進排氣系統(tǒng)13，潤滑系統(tǒng)15，冷卻系統(tǒng)14組成外，還有機體8，特制的汽缸套2(詳見圖3圖4)和在其內(nèi)往復運動的活塞1′，1″，圖2中活塞裙部的末端設有長方孔1和2，並設有滾輪銷孔3，在圖2活塞長方孔2內(nèi)安裝的滾輪3、滾針4及安裝在活塞滾輪銷孔內(nèi)的滾輪銷5組成的滾輪副。凸輪6固定聯(lián)接在主軸7上。一個擺桿10，兩根連接桿9，兩根滾輪銷5，兩個活塞1′、1″，兩根擺銷11組成擺桿連動機構。連接桿的兩頭開有連接桿銷孔17，一頭安裝在活塞長方孔18內(nèi)，由滾輪銷同活塞的滾輪銷孔連接，另一頭用擺桿銷同擺桿銷孔16連接。圖1中的擺桿10繞主軸線擺動，擺動支點正好在主軸線上是一個特例。
凸輪的作用相當于部分曲軸的曲頸的作用，活塞作功，推動凸輪旋轉(zhuǎn)，反之，凸輪靠慣性轉(zhuǎn)動，推動活塞完成壓縮或排氣行程，但不能像曲頸一樣帶動活塞完成進氣行程，同樣也不能起到前面所述的雙凸輪發(fā)動機的內(nèi)凸輪所起的作活塞進氣作用。
滾輪副的作用，相當于曲軸連桿機構中的連桿的部分作用，活塞作功，通過滾輪的表面緊貼推動凸輪的降程段曲面，產(chǎn)生一個力偶，使主軸旋轉(zhuǎn)，同樣，在凸輪升程段曲面緊貼推動滾輪的表面，使活塞完成壓縮或排氣行程。
擺桿連動機構，其功能是使兩活塞產(chǎn)生一上一下的連動，並使?jié)L輪不會脫離凸輪的曲面，可見活塞的進氣也要藉此來完成。
圖3、圖4表示汽缸套的下部開有長方口1，凸輪的曲面部分在此通過，活塞行止下死點時，還是有著導向好的優(yōu)點。
下面結合圖1中的分度，簡述該機完成一個工作循環(huán)，活塞及凸輪的工作情況圖示活塞1′處于壓縮終點，活塞1″處在進氣終點，假設活塞繞凸輪旋轉(zhuǎn)。
(一)、活塞1′從60°-120°向心運動，完成作功行程，活塞1″-從0°-60°在凸輪的推動下，離心運動，完成壓縮行程。
活塞1″由于壓氣空氣的制約，滾輪不會脫離曲輪曲面，此時，擺桿連動機構被動工作，不用起約束作用。凸輪逆時針轉(zhuǎn)了60°。
(二)、活塞1″從60°-120°完成作功行程，活塞1′在凸輪的推動下，從120°-180°完成排氣行程?；钊?″作功到下死點時，由于擺桿和連接桿的約束，活塞1′在排氣行程終了不會脫離上死點。凸輪又逆時針轉(zhuǎn)了60°。
(三)、在慣性力的作用下，凸輪又逆時針轉(zhuǎn)過60°，推動滾輪，帶動活塞1″從120°-180°完成排氣行程，活塞1″上的連接桿帶動擺桿擺動，活塞1′上的連接桿使活塞1′從180°-240°向心運動完成進氣行程。同樣活塞1′行止凸輪最低點，活塞1″在擺桿和連接桿的制約下，不會脫離凸輪的最高點。在此過程中，擺桿連動機構起到了“進氣”和“制約”兩個作用。
(四)、同樣在慣性力的作用下，凸輪又逆時針轉(zhuǎn)過60°，推動活塞1′從240°-300°離心移動，完成壓縮行程。擺桿的擺動，通過連接桿帶動活塞1″從180°-240°完成進氣行程。在此過程中，擺桿連動機構只起了“進氣”一個功能。
這樣，兩活塞都完成了四個工作循環(huán)，凸輪逆時針轉(zhuǎn)過了240°。
本發(fā)明的單凸輪擺桿連動往復活塞式發(fā)動機與往復連動活塞式發(fā)動機比較有如下優(yōu)點1.本發(fā)明的發(fā)動機結構簡單、合理，加工和裝配方便;往復連動活塞式發(fā)動機的兩連動活塞之間，都需置一個滑道，所以加工裝配都較困難。
2.本發(fā)明的發(fā)動機，起動時同傳統(tǒng)的曲軸連桿發(fā)動機一樣方便，不需要像往復連動活塞式發(fā)動機那樣設置壓縮空氣和彈簧等起動附加裝置。
3.本發(fā)明的發(fā)動機的滾輪始終緊貼凸輪曲面，所以工作平穩(wěn)、功率損耗小;而往復連動活塞式發(fā)動機為了避免滾輪產(chǎn)生脫離凸輪曲面現(xiàn)象，必須采取增壓進氣，這樣設計小功率的發(fā)動機就不適宜。
本發(fā)明適合制造各種功率的內(nèi)燃發(fā)動機。
權利要求
1.一種由一組或一組以上擺桿連動機構，安裝在主軸上的凸輪和安裝在兩活塞裙部下端的滾輪副組成的單凸輪擺桿連動往復活塞式發(fā)動機。其特征在于(1.)擺桿連動機構由一個擺桿、兩只活塞、兩根連接桿、兩根滾輪銷、兩根擺桿銷組成。擺桿的中間是擺動支點，兩端有對稱支點的擺桿銷孔。擺桿繞著同主軸軸線重合，並同兩活塞在其內(nèi)運動的汽缸的兩軸線夾角的角平分線重合的平面內(nèi)的某一點擺動。兩等長的連接桿的兩端有連接桿銷孔，一端由擺桿銷同擺桿銷孔連接，另一端由滾輪銷同活塞裙部的滾輪銷孔連接。兩活塞各自在軸線交點通過主軸軸線的汽缸內(nèi)一上一下地滑動，一只活塞在最高點，另一只活塞在最低點。兩缸軸線夾角同凸輪的最高點和最低點同軸心的夾角相等。(2.)凸輪是二等分或兩等分以上的園周等分的無突變點的曲面，並且是凸輪繞主軸轉(zhuǎn)動時，兩活塞在擺桿連動作用一上一下運動時，組成滾輪副的兩滾輪與凸輪園周曲面始終相切的運動軌跡。(3.)滾輪副由滾輪、滾針、滾輪銷組成。滾輪和滾針安裝在活塞裙部的長方孔內(nèi)，由滾輪銷同活塞的滾輪銷孔連接，滾輪表面緊貼凸輪的園周曲面。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于主軸上安裝二個和二個以上凸輪，汽缸制成多排結構，凸輪同主軸成錯位聯(lián)接。
3.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于凸輪制成二等分或六等分時，一個擺桿上有四個擺桿銷孔，用四根連接桿連接垂直方向布置的四只活塞，四只活塞產(chǎn)生連動。擺桿的擺動點在主軸的軸心線上。
全文摘要
單凸輪擺桿連動往復活塞式發(fā)動機，利用擺桿連動機構的兩活塞交叉上下滑動，使安裝在活塞裙部的滾輪始終緊貼外凸輪曲面，完成外凸輪不能起到的活塞進氣和約束活塞脫離上死點的功能，從而達到曲軸連桿一樣的完成四個沖程的功能，把活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹鬏S的旋轉(zhuǎn)運動。該機有效地減少了整機的高度和體積，具有結構簡單緊湊，輸出扭矩大等優(yōu)點，可替代雙凸輪發(fā)動機，適作各種場合的動力。
文檔編號F01B9/06GK1084938SQ9210858
公開日1994年4月6日 申請日期1992年9月29日 優(yōu)先權日1992年9月29日
發(fā)明者陳非常, 奚志庚, 陳磊 申請人:陳非常, 奚志庚