CN1164861C

CN1164861C - 直推型往复活塞式内燃机

Info

Publication number: CN1164861C
Application number: CNB021044295A
Authority: CN
Inventors: 孔维忠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2004-09-01
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: CN1373288A

Abstract

一种直推型往复活塞式内燃机，有机体及其支撑主轴的前、后轴承，装有冷却风扇的主轴，前端是空心。通燃油，偏心孔路过润滑油；由固定静止输送转换成随主轴转动的。扫气泵系、高压泵燃油系，润滑油系；而气缸是以其外两侧凸耳搭装在连结主轴的两个动力支架之间，气缸中心线和主轴的中心线是垂直交叉；活塞所联结的曲柄连杆机构的曲轴，是安装在动力行架的悬臂端的孔上，悬臂外侧的曲轴上，装有与机体腔内齿环啮合的行星齿轮，由此，将气缸、活塞所受燃气膨胀作用力转换成力矩施加在主轴上，以增大主轴输出功率。气缸的扫气口和排气口是靠活塞的往前运动来开启或关闭，省去了复杂的配气机构，提供富裕空气。

Description

直推型往复活塞式内燃机

技术领域

本发明涉及一种改进的内燃式发动机，具体地说是一种直推型往复活塞式内燃机，按国际专利分类是属于F02B 57/00。

背景技术

目前，在活塞式内燃机中，按活塞的运动方式分为旋转活塞式和往复活塞式内燃机。往复活塞式内燃机的气缸为圆筒形，活塞在气缸中作直线往复运动，即活塞在燃气推动下，通过曲轴的曲柄连杆机构，传送到驱动轴转换成输出功。中国国家知识产权局公开了一种“行星式发动机”(ZL94236513。5)专利，在装有前、后罩盖圆筒形机体的内轴心线上，装有可旋转的直线形主轴，在其中部段、安装隔板端面上装有端面齿环，与三个周向均布安装在曲轴上的卫星齿轮相啮合；曲柄活塞连杆机构呈行星配置式地配置在至少一个与主轴固连、与机体腔壁旋转配合的缸体上；气缸贯通缸体的外圆柱面；端面齿环在行星齿轮转动传力下，带动所固定连结的主轴旋转，由此完成输出扭矩。该项专利技术所采用的端面环状齿环，其内齿宽小于外圆齿宽，工作时的承力状态、磨损均匀度不太理想、气缸的安置结构，机体的水冷通道、构件配置工艺难度大，制造成本较高。

发明内容

本发明的目的是：在现有的气缸工作原理状态下，能够增大主轴上的输出功。直推型往复活塞式内燃机，是包含有着筒形机体，直线形的半空心主轴、气缸20、活塞19、曲轴的曲柄连杆机构、冷却系与扫、排气系、燃油供给系、润滑系、起动系，其特征是直推型往复活塞式内燃机的增大主轴8上的输出功方法，是利用气缸20内的燃气膨胀作用力，具有作用力与反作用力的双向性特点，作用于气缸20和活塞19上，将其转换为两项力矩后，再合成作用于主轴上，即：一是把气缸20固定安装在主轴8上的动力支架16上，气缸20的中心线相对于主轴8的中心线为垂直交叉，由此形成力臂，改变了气缸20作用于主轴8上的着力点位置，而构成力矩；当在其中一股膨胀作用力是作用于气缸20上时，该力通过力臂便转换成作用于主轴8的旋转力矩；另一股作用于活塞19上的膨胀力，除由曲柄连杆机构上的作用力换转到曲轴18上外，曲轴18又是安装在连结主轴的动力支架16上的、悬臂17上的曲轴孔中，同时曲轴18上又安装着行星齿轮式的作用力方向转换机构，使作用于活塞19上的膨胀力传到曲轴18上的力，在向主轴8施加作用时，是以力矩的形式促使主轴8的旋转，这样，力矩作用在主轴8上是气缸20和活塞19上的两项旋转力矩的叠加，因此能有效地利用气缸燃气膨胀的作用力，以增大主轴上的输出功，获取高效率的内燃机。

对于上述直推型往复活塞式内燃机，在机体9外下底部装有“U”形润滑油池35，及回油孔38；其前端盖3之后依次装有空气过滤网4、前轴承7固定架、在其同圆周上非固定点处，是穿通机体9壁的润滑油管件6、内圆周上均布固定了六个扫气泵开关控制靠模板11；油量供给调速机构30；两个相同并有间隔的内齿环14，风扇叶片59，后隔热板23、后轴承25固定架、起动机及其部件。

上述主轴8是安装在前轴承7和后轴泵25上，其前头空心连结引进燃油的管接头1，其后联结旋转密封总成2，连带动空压机的皮带轮5；在前轴承7之后依次装有冷却风扇10、扫气泵12的安装座12A，润滑油改道管路13，高压油泵31的油泵座32；联结主轴8的两个固定架，是轴向对称有间距安装、上有带悬臂17的动力支架16，在其固定架同侧制有安装板27，悬臂17端带有安装曲轴孔。主轴8上还固定装有带风扇叶片59的隔烟板22，在后轴承25之后装有启动相关件及飞轮24；

上述的成套气缸20组件，其上冠装以气缸盖21组件，气缸盖21顶部安装有喷油器28，在缸体20外侧两边制有安装凸耳，置于相对主轴8为径向、两个带有悬臂17的动力支架16之间、并固定安装在安装板27上，气缸20中心线和主轴8的轴心直线是垂直交叉；作用于气缸顶体上的燃气膨胀力，即成为作用于主轴8上的力矩；而其中的活塞19通过其所联结的曲柄连杆机构连接曲轴18，曲轴18是配合安装在动力支架16的悬臂17端曲轴孔中，在两悬臂17端外侧曲轴18上，安装着和固定于机体9内齿环14相啮合的行星齿轮15，构成作用力转换为力矩机构。犹似火车轮(行星齿轮)相对铁轨(内齿环)状态，以其间作用与反作用力的形成，通过动力支架16悬臂17转载到作用于主轴8上的旋转力矩。成套气缸20组件和配合动力支架16的悬臂17安装结构，可以是二套组合呈180°位置关系，还可以是三套组互为120°的结构位置关系。

上述冷却系是采用前置冷却风扇10，随主轴8一起旋转，对圆筒形的机体9内腔形成了自然冷却风道；气缸体外的散热片有助于气缸20散热；装在随主轴8转动的隔烟板22上，设置了风扇叶片59，以加大排除废气流量。新鲜空气由固定在主轴8上的扫气泵12加压后，经气路33送入气缸体上的扫气口39，以活塞19头部的移动位置，完成关闭扫气口39、以及排气口40的打开。

上述的燃油供给系，是由主轴8上的皮带轮5带动空气压缩机60传动到发电机61，又转到驱动输油泵63，从油箱66吸出的油经管接头1、旋转密封总成2、主轴8空心段侧面油管34引出，然后到连结主轴8油泵座32上的高压油泵31，以调速机构30控制到高压油管29、然后进入气缸盖21上喷油器28至气缸20内的油量，而废气则从排气口经排气管通26排出。

主轴8上的皮带轮5所带动的发电机61，也在同时驱动润滑油泵62工作：从机体9底部“U”形油池35抽出润滑油，经管路到管件6，即进入前轴承7架环槽，变成由主轴8轴向转为径向引出到、能随主轴8而转动的输出管道13，引送到转动体的运动付中。多余点滴漏油又通过机体9下底回油孔38还回到“U”形润滑油箱35内。

上述启动系，是由一台安装在机体9外部的起动电机(直流电动机)64，其电枢轴上装有启动棘爪，通过磁力线圈通电启动棘轮移位与飞轮24上相对棘轮齿圈啮合。还可以在其传动链间增设惰轮，以齿轮啮合传动及超越离合器配作。对内燃机起动完成后，飞轮24和主轴8同步运转。即实施停止启动工作，在起动电机(直流电动机)64切断电源后，传动件复位，和飞轮24上的齿圈脱离啮合，内燃机进入正常运转工作。

在上述附件中的空气压缩机60、电动机61、驱动的润滑油泵62、燃油泵63，其功用与普通内燃机驱动附件相同，且都安装在机体9的外部上。

本发明最大特点之一，是将气缸安装设置离主轴有一距离，并且气缸中心力作用线，和直线形主轴的轴心线是垂直交叉，因此所获取对主轴的作用力矩是增大了的旋转力矩。而其之二，是气缸中的活塞在燃气膨胀作用力下，通过曲柄连杆机构、转至装在动力支架悬臂孔上的曲轴、到其曲轴上的行星齿轮；当该作用力和固定在机体内的、内齿环啮合有蹬踏作动则得到反作用力，该力乘以悬臂长对主轴成对的传递，构成直推旋转力矩。这样就增大了对主轴的旋转力矩作用，也就是提高了主轴的输出功，获取得高效率的内燃机。特点之三，将燃油、润滑油装置、管件从静止不动输送、转换成随主轴的旋转，而相对位置不变的工作状态。采用前置冷却风扇，促进气冷动力构件的冷却；类似普通空压机的扫气泵，当在主轴转一圈，因随机体内的六个控制模板作用，工作有六次，是两个二行程内燃机的两倍，为气缸内燃气工作提供了充足富裕的空气；在隔烟板与隔热板之间，留有较大的空间以减小排气压力，降低排气噪音；同时在隔烟板上设制有风扇叶片，在随主轴转动时加大排气力度。扫气口与排气口开在气缸体的下止点附近的位置，只需靠活塞的往复运动，就可以进行开启或关闭，省去了复杂的配气机构。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步描述。

现仅以一对二行程内燃机作为代表。

图1是本发明的俯视、剖视结构示意图。

图2是本发明关连主轴构件示意图。

图3是图1的A-A剖视面示意图。

图4是旋转密封总成2及相关结构剖视图。

图5是图1的B-B剖视与动力支架相关构件配合结构图。

图6是图1的C-C剖视局部示意图。

图7是图6的R向结构示意图。

图8是图7的G-G剖面结构图。

图9是气缸上部结构图和管道示意图。

图10是图9的K向视图。

图11是图1的D-D剖视扫气泵布位剖视图。

图12是图11的N-N剖视图。

图13是图11的M-M剖视图。

图14是高压油泵布位图。

图15是高压油泵和油量控制调速机构图。

图16是图12上H-H剖面图。

图17是图12上I-I剖面图。

图18是图12上J-J剖面图。

图19是图1的E-E剖视隔烟板与排气道的剖视图。

图20是由主轴上的皮带轮5引出的传动链所携带的空压机、发电机、及其润滑油泵、输送燃油泵，以及启动直流电机的布位示意图。

图中：1.管接头 2.旋转密封总成 3.前端盖 4.空气过滤网 5.皮带轮 6.润滑油管件 7.前轴承 8.主轴 9.机体 10.冷却风扇11.靠模板 12.扫气泵 12A.安装座 13.滑油管 14.内齿环 15.行星齿轮 16.动力支架 17.悬臂 18.曲轴 19.活塞 20.气缸 21.气缸盖 22.隔烟板 23.隔热板 24.飞轮 25.后轴承 26.排气管 27.安装板 28.喷油器 29.高压油管 30.调速机构 31.高压油泵 32.油泵座 33.气路 34.油管 35.油箱 36.进气口 37.回油管 38.回油孔 39.扫气口 40.气缸排气口 41.阀片 42.阀座 43.管接头44.出油阀盖 45.阀芯 46.阀座 47.泵体 48.卡箍 49.尾座 50.球冠体 51.手把 52.滚轮 53.泵端盖 54.调速重块 55.柱塞 56.柱塞套 57.排气道 58.排气口 59.风扇叶片 60.空气压缩机 61.发电机 62.润滑油泵 63.燃油泵 64.起动电机 65.棘轮 66.油箱。

上图1中的剖视图都是逆时针转90°的部视图。

具体实施方式：

参看图1、2、3、一种直推型往复活塞式内燃机，具有圆筒形的机体9，直线形、前段是空心的主轴8，它是以下列方式加大主轴输出功率的：两个相同对称的带有悬臂17的动力支架16，是通过其上的固定架以齿键连结主轴8，并且两者之间有一定距离；在其间是将气缸20两侧的凸耳，安装在动力支架16固定架的安装板27上。气缸20的中心线与主轴中心线是垂直交叉，距离为S。由主轴8的轴心到悬臂17顶端处的孔中心长L，孔中装有曲轴18，即其内侧是气缸20的活塞19、所关联曲轴18的曲柄连杆机构，而外侧曲轴18上装有分度圆为半径R的行星齿轮15，是分别和固定在机体9内圆面上的内齿环14相啮合，可视作曲轴18为一着力点，和垂直于L的力作用图解有一夹角α，随着曲轴18转动而变化。因此，在气缸20内受到燃气膨胀力作用时，缸体则以P₁乘以S作主轴8的旋转力距，即M₁＝P₁S；而活塞19则转换成P₂cosα×L＝M₂，所以作用在主轴8上实际旋转力矩是M₀＝M₁+M₂，

主轴8前段空心，参看图4，是通连燃油的引进件管接头1、旋转密封总成2、穿装机体9、前端盖3、空气过滤网4之后，主轴8上装有拖动空压机60，及至发电机61、燃油泵63、润滑泵62的皮带轮5。穿过机体9引进的润滑油管件6，经支撑主轴8的前轴承7、轴套环槽、借主轴8偏轴线孔引出，输送至润滑油管13。其后装有冷却风扇10，带安装座12A的扫气泵12，及其启闭所依据机体9内壁上的靠模板11，高压油泵31的油泵座32，固定在机体9内圆面上的内齿环14；在动力支架16的固定架上，有安装气缸20(参看图5)凸耳的安装板27；其活塞19所联结的曲柄连杆机构，及至安装在动力支架16悬臂17上端的曲轴18，两悬臂17外侧的曲轴18上，装有行星齿轮15(见图1、2、6所示)；在动力支架16之后，是带风扇叶片59的隔烟板22、隔热板23、主轴8的后轴承25、以及飞轮24。

参看图7、8、9、10，由活塞19顶部与气缸盖21的涡流室构成燃烧室，高压油泵31向喷油器28供给高压燃油，喷油器28向燃烧室喷出雾化的燃油，致使其在高温压缩空气里自燃，形成燃气膨胀推动力。在气缸盖21顶部装有喷油器28，气缸20的下止点(图9下至a线)设有扫气口39(图9上至b线)和排气口40，空气由扫气泵12(参看图11、12、13、14)进气口36进入加压后，经进气管路33送入扫气口39，当活塞19顶部在上止点C线时，活塞19头部封住了扫气口39；当作功行程活塞19头部下行至扫气口39(图d线至b线)时，由于气缸20里气体压力大于扫气压力，则进气阀片41与进气阀座42贴合使扫气口39关闭，使废气不倒流；当活塞19头部行至b线以下时，排气口40打开，气缸20里气压下降，扫气压力大于缸内气压，进气片41打开，新鲜空气进入气缸20吹走废气。活塞19上行，当头部运动到b线至d线之前，仍有新鲜空气向气缸20内流动，直到行至d点以上为止，由此延长进气时间使之充分进入。采用两个对称于主轴8的扫气泵12，分别向两个二行程内燃机供气，其结构似普通空压机，且以固定于机体9内上的靠模板11，作为控制扫气泵12中的弹簧使活塞杆往复运动，进行吸、送气工作。

参看图15-18，高压油泵31和调速机构30的配合，形成完美的供油***，首先从油箱66经输油泵63，将油压力提高1～2kg/cm，经油路进入管接头1(主轴8空心端)内、至旋转密封总成2后，从主轴8的侧面油管34引出、到高压油泵31上的管接头43，进入泵腔内增压后再从阀座46的阀芯45、通过带出油阀盖44口，由高压油管29送入气缸20顶上的喷油器28。控制油量的工作状态是：当高压油泵31的滚轮52不与调速机构30的球冠体50接触时，泵柱塞55在弹簧作用下，柱塞尾座49的M面与调速重块54的N面贴合，柱塞55顶部处于行程的零点(图15中的f线)，柱塞套56的顶部制有缺口形成进油口与油泵管接头43的油孔相通，至柱塞套56顶部的进油口流入柱塞55头部空间。当主轴8旋转使一泵滚轮52和球冠体50接触时，柱塞55开始向行程的终点(图15中的g线)移动，到进油口末端则进油口被封闭，燃油的压力增加便推开阀芯45出油口，重向高压油管29油路至喷油器28供油。滚轮52与调速机构30的球冠体50的接触与否的力度位置，是以手把51作上下调节顶杆、压行球冠体50完成。在调速机构的重块54头部外圆铣有斜槽花键，在高压油泵泵体47内相应的位置也铣有斜槽花键，两者之间是动配合；调速重块54头部是圆柱铣扁，与内方孔两端铣圆弧的尾座49相配合。(见图16)在怠速时，重块54在弹簧作用下静止不动，当在转速超过额定转速之前的限定值时，重块54会在离心力的作用下，压缩弹簧向高压油泵体端盖53逼近，而重块54头部制有斜槽花键与泵体47配合，因泵体47不动，重块54就会偏转一个角度，带动柱塞55也偏转一个角度，柱塞55头部的斜槽就与柱塞套56的进油口接通，使高压燃油流入进油口管接头43，减少了高压油泵31的出油量，以此控制了内燃机的最高转速。

参看图19，当活塞下行到下止点(图9a线)完成作功行程，排气孔40被完全打开，废气经排气管26排到隔烟板22后方，再经排气道57排出机体9的外部。隔烟板22上有风扇叶片59，是随主轴8一起转动，转动叶片产生的风力，便将废气经机体9的排气口58到排气管57，又排出机体9外，使废气不能在隔烟板22前方扰动，影响散热和废气的排放畅通性。

其冷却采用前置冷却风扇10，随主轴8旋转进行风冷。

机体9下外底设制一“U”形润滑油池35，主轴8上的皮带轮5，就是拖动空压泵60(参看图20所示)转换成皮带传动带动发电机61后、又带动润滑油泵62、和输燃油泵63。润滑泵62从“U”形润滑油池35吸出油后，经管件6到前轴承7套环槽后，改道从主轴8一侧引出，经油路13送到各运动副中。燃油泵63则将燃油从燃油箱66吸送到前段带空心的主轴8前端管接头1，经旋转密封总成2、主轴空心段后从其一侧输出油管34到高压泵31中，其后连气缸20重复进行上述工作。

Claims

1、一种直推型往复活塞式内燃机的增大主轴上的输出功方法，具有往复活塞气缸工作特性，其特征在于直推型往复活塞式内燃机，是利用气缸(20)内的燃气膨胀作用力，具有作用力与反作用力的双向性特点，将其作用于气缸(20)和活塞(19)上的力，转换成为两项力矩后，再合成作用于主轴(8)上；即：一是把气缸(20)固定安装在主轴(8)上的动力支架(16)上，气缸(20)的中心线相对于主轴(8)的中心线为垂直交叉，由此形成力臂，改变了气缸(20)作用于所在主轴(8)的着力点位置，当其中一股膨胀作用力是作用于气缸(20)上时，该力通过力臂便转换成作用于主轴(8)的旋转力矩；另一股作用于活塞(19)上的膨胀力，除由曲柄连杆机构上的作用力矩转换到曲轴(18)上外，曲轴(18)又是安装在连结主轴(8)的动力支架上(16)的、悬臂(17)上的曲轴孔中，同时曲轴(18)上又安装着行星齿轮式作用力方向的转换机构，使作用于活塞(19)上的膨胀力传到曲轴(18)上的力，在向主轴(8)施加作用时，是以力矩的形式促使主轴(8)的旋转，这样，力矩作用在主轴上，是气缸和活塞的两项旋转力矩的叠加，以增大主轴上的输出功。

2、一种实施权利要求1的方法的直推型往复活塞式内燃机，是包含有着筒形机体，直线形的半空心主轴、气缸(20)、活塞(19)、曲轴的曲柄连杆机构、冷却系与扫、排气系、燃油供给系、润滑系、起动系，其特征在于：

A、在机体(9)外下底部装有“U”形润滑油池(35)，及回油孔(38)；其前端盖(3)之后依次装有空气过滤网(4)、前轴承(7)固定架、在其同圆周上非固定点处，是穿通机体(9)壁的润滑油管件(6)、内圆周上均布固定了六个扫气泵开关控制靠模板(11)；油量供给调速机构(30)；两个相同并有间隔的内齿环(14)，风扇叶片(59)，后隔热板(23)、后轴承(25)固定架、起动机及其部件；

B、主轴(8)是安装在前轴承(7)和后轴泵(25)上，其前头空心连结引进燃油的管接头(1)，其后联结旋转密封总成(2)，连带动空压机的皮带轮(5)；在前轴承(7)之后依次装有冷却风扇(10)、扫气泵(12)的安装座(12A)，润滑油改道管路(13)，高压油泵(31)的油泵座(32)；联结主轴(8)的两个固定架上，是轴向对称有间距安装，上有带悬臂(17)的动力支架(16)，在其固定架同侧制有安装板(27)，悬臂(17)端带有安装曲轴孔，主轴(8)上还固定装有带风扇叶片(59)的隔烟板(22)，在后轴承(25)之后装有启动相关件及飞轮(24)；

C、成套气缸(20)组件，其上冠装以气缸盖(21)组件，气缸盖(21)顶部安装有喷油器(28)，在缸体(20)外侧两边制有安装凸耳，置于相对主轴(8)为径向、两个带有悬臂(17)的动力支架(16)之间、并固定安装在安装板(27)上，气缸(20)中心线和主轴(8)的轴心直线是垂直交叉；作用于气缸顶体上的燃气膨胀力，即成为作用于主轴(8)上的力矩；而其中的活塞(19)通过其所联结的曲柄连杆机构连接曲轴(18)，曲轴(18)是配合安装在动力支架(16)的悬臂(17)端曲轴孔中；在两悬臂(17)端外侧曲轴(18)上，安装着和固定于机体(9)内齿环(14)相啮合的行星齿轮(15)，构成作用力转换为力矩机构；

D、冷却系是采用前置冷却风扇(10)，随主轴(8)一起旋转，对圆筒形的机体(9)内腔形成了自然冷却风道；气缸体外的散热片有助于气缸(20)散热；装在随主轴(8)转动的隔烟板(22)上、设置了风扇叶片(59)，以加大排除废气流量，新鲜空气由固定在主轴(8)上的扫气泵(12)加压后，经气路(33)送入气缸体上的扫气口(39)，以活塞(19)头部的移动位置，完成关闭扫气口(39)、以及排气口(40)的打开，

E、燃油供给系，是由主轴(8)上的皮带轮(5)带动空气压缩机(60)传动到发电机(61)，又转到驱动输油泵(63)，从油箱(66)吸出的油经管接头(1)、旋转密封总成(2)、主轴(8)空心段侧面油管(34)引出，然后到连结主轴(8)油泵座(32)上的高压油泵(31)，以调速机构(30)控制到高压油管(29)，然后达到进入气缸盖(21)上喷油器(28)至气缸(20)内的油量，而废气则从排气口经排气管(26)排出。

3、根据权利要求2的直推型往复活塞式内燃机，其特征在于成套气缸(20)组件和配合悬臂(17)的安装结构，可以是二套组合呈180°位置关系，还可以是三套组合为120°的结构位置关系。