CN109882287A - 转盘式内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种转盘式内燃机，由机架、气缸、活塞、连杆、转盘、摇臂及滑轮组件等部件组合而成；机架上安装有气缸和活塞，气缸的中心线与主轴中心线垂直并与主轴中心线保持适当距离，气缸内设置有进气室；转盘与主轴呈偏心设置，转盘上设置有内凹或外凸形环绕主轴的滑道，滑道由内滑轨和外滑轨组合而成，其轨迹线为特定曲线，活塞通过与其连接的滑轮组件在滑道内沿特定的曲线推动转盘转动；汽缸盖上安装有排气门，设置有排气道；排气门上安装有火花塞；活塞的顶部安装有进气门，设置有进气道和支杆式进气门控制***；有用于支撑连杆的摇臂式结构；本发明结构简单，运转平稳，扭矩大功率高，应用范围广泛。

Description

转盘式内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机，特别是涉及一种转盘式内燃机。

背景技术

在内燃机领域，目前普遍应用的是往复式曲柄连杆内燃机，这种内燃机自1876年德国发明家奥托发明以来，经过人们不断的革新改造，各项技术日趋成熟。其工作原理是利用汽缸与活塞形成的封闭空间内可燃气体燃烧产生的膨胀力，推动活塞在气缸内作往复直线运动，动能经曲柄连杆机构转变为旋转动能输出应用。这种内燃机的优点是密封润滑性能好，运行可靠。缺点是活塞的直线运动转换成为圆周运动时效率较低，活塞及其连接件往复运动惯性冲击力大、死点点火引发的震动大、连杆长度受限力臂短效率低和结构较为复杂等问题；这种内燃机的另一个不足是进排气不够通畅，其进排气装置零件众多且结构复杂，进排气门安装在气缸的封闭端，面积仅限于活塞直径的大小，在此狭小的空间内要安放进排气门和火花塞，使得进排气门的口径受到限制，进排气都非常急促，不能通畅吸入空气和完全排除燃烧后的残留气体，导致下次燃烧不完全，排放不达标。虽经采取安置多气门和提前开放进排气门等技术措施加以改进，效果依然不理想。

发明内容

本发明提供一种转盘式内燃机以解决上述问题。

使用在连杆上安装滑轮推动转盘转动的方式将活塞的直线运动转换为旋转运动，以解决往复曲柄连杆内燃机转换效率低、震动大和力臂短的技术问题；使用在活塞和缸盖上分别安装进气门、排气门和将火花塞安装在排气门以及在活塞上设置进气道的方式解决进排气不畅的技术问题；

现制定以下技术方案解决以上技术问题：

本发明的转盘式内燃机由机架、气缸、活塞、连杆、转盘、摇臂及滑轮组件等部件组合而成。

机架上安装有气缸和活塞，气缸可采用单缸或多缸，每个气缸的中心线与主轴的中心线垂直并与主轴中心线保持适当距离，适当距离最小为30毫米，最大为5800毫米；气缸上端的气缸盖上安装有排气门，气缸中部安装有密封镶套，设置有进气室；活塞的上端安装有进气门，活塞的内部设置有进气道。

转盘安装在主轴上，转盘中心与主轴中心呈偏心状态，偏心距可以在10～2000毫米范围内根据需要选择，转盘的数量可以在1～50内设定；转盘上设置有内凹或外凸形环绕主轴中心的滑道，转盘旋转时，滑道距主轴中心的距离时而接近时而远离，其差值的大小为活塞行程的大小；滑道由内滑轨和外滑轨组合而成，其轨迹线为特定曲线，特定曲线可以设定为圆周线、椭圆线、波浪线或时而接近时而远离主轴中心的其他曲线；滑道内安装有由内滑轮、外滑轮组合而成的滑轮组件，滑轮组件与连杆和摇臂的一端连接在一起，活塞往复运动时，通过连杆与其连接的内外滑轮推动转盘围绕主轴中心旋转。

活塞的顶部安装有进气门，活塞中心设置有通孔作为进气门的导管，引导进气门在活塞内上下滑动实现进气门的开启或关闭，沿进气门导管中心周围设置若干条孔洞作为进气道，当进气门开启时，进气道与气缸相通；进气道下部斜向活塞的外径，与进气室相通。

汽缸盖上安装有排气门和气门导管，设置有排气道，通过排气门的开启或关闭，实现排出废气或压缩做功；火花塞安装在沿排气门中心开设的通孔中央，高压线从通孔中穿过，一端与火花塞连接，一端与点火线圈连接。

转盘式内燃机运转时，与连杆和摇臂连接在一起的滑轮沿滑轨的轨迹线滑动，如图2所示：转盘旋转时，滑轨距主轴中心的距离随着转盘的转动时而接近时而远离，当活塞处在上止点时，滑轨距主轴中心的距离最近，随着转盘的转动活塞向下止点运行，此时吸入空气，活塞运行到下止点时，完成吸气开始压缩行程，随着转盘的转动，活塞运行到上止点时完成压缩开始爆发做功行程，再旋转至下止点时转盘继续转动重新回到上止点，完成排气行程。主轴每转动两周，一个气缸完成一次吸、压、爆、排的全部行程。图2-A为活塞处于上止点时的示意图，图2-B为活塞处于下止点时的示意图。从图中可知，活塞从上止点向下做的垂直运动相对转盘是逆时针方向，此时转盘唯有顺时针旋转才能使滑轨逐渐远离主轴中心，使活塞有下行的空间，因此，当活塞做垂直向下的直线运动时，转盘做与之方向相反的旋转运动；滑轮沿滑轨的轨迹线滑动还可以采用外推的方式，如图2-C、图2-D所示。

与目前普遍使用的往复式曲柄连杆内燃机相比，本发明具有以下鲜明特点：

1.运转平稳震动小。由于采用转盘转动的方式将活塞的直线运动转换为转动的圆周运动，运转平稳震动小，可大幅降低内燃机怠速的转数，做到节能减排。

2.扭矩增大功率提高。与往复式曲柄连杆内燃机不宜大幅加长连杆的长度相比，转盘式内燃机的转盘直径大小不受限制，转盘直径可根据需要在100毫米～12000毫米范围内自由设定；在不增加活塞行程的情况下，更大的转盘直径可获得更长的力臂，增加更大的转动扭矩，从而大幅度的提高单机功率。

3.采用了在缸盖设置排气门，在活塞设置进气门的设计，和现有技术相比，有明显的进步：一是进排气通畅，本发明设计的进排气门截面积远大于往复式曲柄连杆内燃机气门的截面积，使进气和排气都变得非常顺畅，特别有利于提高发动机转速，进一步提升功率；二是由于将进气门设置在活塞的上部，气缸内气流稳定有序，减少了汽缸内废气的残留量，下次燃烧更完全，排放更清洁，减轻了对环境的污染。

使用本发明制作的转盘式内燃机，可应用于公路、铁路或水路运输做为动力源，在其他领域也可广泛应用，具有巨大的经济效益。

附图说明

图1为转盘式内燃机的主要结构图；

图2为转盘式内燃机的工作原理图，其中：①为主轴，②为滑轨的轨迹，③为活塞，④为气缸，⑤为滑轮；

图3为密封镶套的局部视图；

图4为A-A的剖面图；

图5为实施例1结构图；

图6为排气门结构图；

图7为摇臂结构图；

图8为配气结构图A；

图9为配气结构图B；

图10为外凸形滑道结构图。

图中标记：

1.气门弹簧，2.排气门，3.进气门，4.气缸，5.活塞，6.第一密封镶套，7.连杆滑轮销轴，8.进气门支杆，9.进气室，10.内滑轨，11.连杆销轴，12.连杆，13.滑轮，14.机架，15.润滑油池，16.气缸盖，17.排气道，18.火花塞，19.第二密封镶套，20.外滑轨，21.转盘，22.主轴，23.进气道，24.密封内镶套，25.密封外镶套，26.密封环1，27.密封环2，28.密封环3，29.外凸形滑道内滑轨，30.外凸形滑道外滑轨，31.外凸形滑道转盘，32.外凸形滑道转盘中心线，33.主轴中心线，34.排气门弹簧挡块，35.排气门密封镶套，36.排气门导管，37.摇臂，38.摇臂座，39.连杆滑套，40.摇臂销轴，41.进气门支杆座，42.进气门顶块滑轨，43.进气门顶块，44.进气门凸轮，45.进气门凸轮轴。

具体实施方式

【实施例1】

如图1、图5所示，转盘式内燃机由机架14、气缸4、活塞5、连杆12、转盘21、摇臂37及滑轮组件等部件组合而成，本实施例共设置四个气缸，图5中箭头①、箭头②、箭头③和箭头④分别指向第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸。每个气缸4的中心线与主轴22的中心线垂直并与主轴22中心线保持适当距离，本实施例中各气缸4中心线与主轴22中心线的垂直距离为45毫米。

转盘21上设置有环绕主轴22中心的滑道，由内滑轨10和外滑轨20组合而成。如图5、图10所示，滑道可采用内凹形或外凸形，本实施例为内凹形；滑道的轨迹线为特定曲线，可以设置为圆周线、椭圆线、波浪线或时而接近时而远离主轴22中心的其他曲线，本实施例设置为圆周线。

活塞5采用铝合金制造，如图1、图4所示：顶部安装有进气门3，活塞5中心设置有通孔作为进气门3的导管，引导进气门3在活塞5内上下滑动实现进气门3的开启或关闭，沿进气门导管中心周围呈放射状设置六条通道作为进气道23，当进气门3开启时，进气道23与气缸4相通；进气道23下部斜向活塞5的外径，与进气室9相通。

气缸4采用铸铁制造，如图1所示：在其中部和下部分别安装有第一密封镶套6和第二密封镶套19，以第一密封镶套6为界，气缸分为做功和进气两个腔室，其中做功腔室缸体直径与活塞5直径的公称尺寸相同，进气腔室缸体直径的公称尺寸大于活塞5直径的公称尺寸，形成一个单独的空腔储备空气，用于内燃机吸气时使用。

如图6所示：气缸盖16上安装有排气门2和气门导管，设置有排气道17，通过排气门2的开启或关闭，实现排出废气或压缩做功；火花塞18安装在沿排气门2中心开设的通孔中央，高压线从通孔中穿过，一端与火花塞18连接，另一端与点火线圈连接。

进气门3开启或关闭的控制***由进气门支杆8、进气门支杆座41、进气门顶块滑轨42、进气门顶块43、进气门凸轮44和进气门凸轮轴45组成，如图8所示，当进气门支杆8呈倾斜状态时，进气门3处于关闭状态，进气门3开启或关闭由进气门凸轮44顶起进气门顶块43或收回进气门顶块43来完成，图8为进气门3关闭状态示意图，图9为进气门3开启状态示意图。

如图7所示：摇臂式结构用于对连杆12的支撑，与连杆12一起控制滑轮13沿滑轨实现稳定可靠的滑动。

气缸4与活塞5的密封采用紧缩式密封装置，如图3所示，紧缩式密封装置由上滑套、下滑套和密封环组合而成。

上滑套、下滑套的形状为中间带孔洞的圆柱形，形状类似于平垫但厚度不同，孔洞的内径与活塞5的外径为公称尺寸相同的动配合，活塞5往复运动时其外径表面在孔洞的内径中滑动，与气缸4并不接触，上滑套、下滑套的外径大于密封环的外径，本实施例中上滑套、下滑套的外径相互嵌入组合成密封镶套，上滑套为密封内镶套24、下滑套为密封外镶套25。

密封环26～28的形状与目前普遍使用的活塞环形状类似，不同之处在于：目前普遍使用的活塞环为扩张式环，自然状态下，活塞环的外径尺寸大于气缸的公称尺寸，活塞环经压缩后装入气缸，依靠向外扩张的弹性力使活塞环的外径紧贴在气缸的内壁上，实现对气缸的密封，本实施例使用的密封环26～28为紧缩式环，自然状态下，密封环26～28的内径尺寸小于活塞5的公称尺寸，密封环26～28经扩张后装入活塞5，依靠向内的紧缩力使密封环26～28的内径紧贴在活塞5的外径上，实现对活塞5和气缸4之间的密封。

Claims (10)

1.一种转盘式内燃机，包括机架(14)、气缸(4)、活塞(5)、连杆(12)、转盘(21)、摇臂(37)及滑轮组件等部件，气缸(4)固定在机架(14)上，活塞(5)安装在汽缸(4)内作直线往复运动，其特征在于：气缸(4)中心线与主轴(22)中心线垂直并与主轴(22)中心线保持适当距离，气缸分为做功和进气两个腔室；转盘(21)安装在主轴(22)上，转盘(21)中心与主轴(22)中心呈偏心状态，转盘(21)上设置有环绕主轴(22)的滑道，滑道由内滑轨(10)和外滑轨(20)组合而成，其轨迹线为特定曲线；活塞(5)通过与其连接的滑轮组件沿滑道特定的曲线推动转盘(21)转动，当活塞(5)做垂直向下的直线运动时，转盘(21)做方向相反的旋转，将活塞(5)的直线运动转换为旋转运动，活塞(5)的顶部安装有进气门(3)，沿进气门(3)导管中心周围设置有进气道(23)；汽缸盖(16)上安装有排气门(2)，设置有排气道(17)；排气门(2)上安装有火花塞(18)；设置有支撑连杆的摇臂式结构和支杆式进气门控制***。

2.根据权利要求1所述的转盘式内燃机，其特征在于：所述气缸(4)的中心线与主轴(22)的中心线垂直并与主轴(22)中心线保持适当距离，适当距离最小为30毫米，最大为5800毫米。

3.根据权利要求1所述的转盘式内燃机，其特征在于：转盘(21)中心与主轴(22)中心呈偏心状态，偏心距的范围是10毫米～2000毫米，转盘(21)的直径范围是100毫米～12000毫米，转盘(21)数量是1个～50个。

4.根据权利要求1所述的转盘式内燃机，其特征在于：所述滑道与转盘(21)为同心设置，滑道为内凹形或外凸形，由内滑轨(10)和外滑轨(20)组合而成，内滑轨(10)和外滑轨(20)的轨迹线为时而接近时而远离主轴(22)中心的特定曲线，特定曲线包括圆周线、椭圆线、波浪线或时而接近时而远离主轴中心的其他曲线。

5.根据权利要求1所述的转盘式内燃机，其特征在于：气缸(4)分为做功和进气两个腔室，其进气腔室缸体直径的公称尺寸大于活塞(5)直径的公称尺寸，形成进气室(9)用于内燃机吸气时使用。

6.根据权利要求1所述的转盘式内燃机，其特征在于：活塞(5)的顶部安装有进气门(3)，活塞(5)中心设置有进气门导管，沿进气门导管中心周围呈放射状设置有进气道(23)，当进气门(3)开启时，进气道(23)与气缸(4)相通；进气道(23)下部斜向活塞(5)的外径，与进气室(9)相通。

7.根据权利要求1所述的转盘式内燃机，其特征在于：汽缸盖(16)上安装有排气门(2)和气门导管，设置有排气道(17)，排气门(2)上安装有火花塞(18)。

8.根据权利要求7所述的转盘式内燃机，其特征在于：火花塞(18)安装在沿排气门(2)中心开设的通孔中央，高压线从通孔中穿过，一端与火花塞(18)连接，一端与点火线圈连接。

9.根据权利要求1所述的转盘式内燃机，其特征在于：由进气门支杆(8)、进气门支杆座(41)、进气门顶块滑轨(42)、进气门顶块(43)、进气门凸轮(44)和进气门凸轮轴(45)组成支杆式进气门(3)开启或关闭的控制***。

10.根据权利要求1所述的转盘式内燃机，其特征在于：摇臂式结构用于对连杆(12)的支撑，与连杆(12)一起控制滑轮(13)沿滑轨实现稳定可靠的滑动。