专利名称：一种内燃机的双峰双滚道凸盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机的配件，特别是涉及一种内燃机的双峰双滚道凸 盘，专用于具有四缸、四行程、往复活塞及双峰凸盘的内燃机。
背景技术：
自德国工程师狄塞尔发明曲柄连杆式内燃机, 一百多年以来,这种结构的 内燃机一直作为汽车、拖拉机及其他工程机械的配套动力。在长期的使用过
程中，曲柄连杆式内燃机的一些缺点和不足逐步被认识
1. 曲柄连杆式内燃机在工作过程中，当活塞通过连杆把力传递给曲柄时， 也产生了一个对缸壁的侧压力，造成了缸筒和活塞的偏磨，使内燃机的工作 状况变坏，縮短了整机的使用寿命。
2. 曲柄连杆式内燃机决定了其活塞的往复惯性力和连杆的摆动惯性力不 能完全平衡，在运转时产生振动。
3. 曲柄连杆式内燃机结构复杂,主要部件加工工艺难度大，精度要求高， 整机相对比重量较大，因而制造费用高。
4. 曲柄连杆式内燃机活塞运动规律，不适应内燃机爆发时可燃气体燃烧 规律和散热规律，因而热效率相对较低。
在内燃机的发展过程中，国内外也曾出现过一些新型内燃机，如三角转子 式内燃机，凸盘内燃机，摆盘内燃机，斯特林式内燃机，对顶活塞式内燃机等， 上述内燃机虽然先后问世，但存在种种缺点和不足, 一直没有得到实际应用， 其中(1) .三角转子式内燃机
该机结构简单，体积小重量轻，平衡性好，运转平稳，但这种内燃机致命弱 点是密封问题得不到解决，该机在工作时，三角活塞的密封条和汽缸的工作 面不能长期有效的密封，造成工作过程中的高压气体泄露，不能长期有效，可 靠的运转，因而没有得到应用。
(2) .凸盘，摆盘内燃机
这两种内燃机在《柴油机设计手册》中曾介绍过，但由于其结构及其他原 因，加工工艺复杂，不能在汽车上应用。
(3) .斯特林式内燃机
这种内燃机由于其配气系统体积过大，笨重，不能作为机动车辆的动力。
(4) .对顶活塞式内燃机
这种内燃机曾是国外新出现的一种内燃机，该机两活塞相对运动，故平衡 性好，但这种结构仅限于二冲程内燃机，且扫气过程复杂，体积过大，没有得 到应用和推广。
本发明人针对现有内燃机的缺点，曾研究出了一种具有四缸、四行程、往 复活塞及双峰凸盘的内燃机并已申请了中国发明专利，然而，现有技术中的 凸盘，摆盘内燃机的凸盘，因其结构及加工工艺复杂，不适合于在具有四缸、 四行程、往复活塞及双峰凸盘的内燃机上应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，针对具有四缸、四行 程、往复活塞及双峰凸盘的内燃机的特点，经过研究改进，给出了一种新型 的内燃机的双峰双滚道凸盘。采用本发明的具有四缸、四行程、往复活塞及双峰凸盘的内燃机，不仅具有曲柄连杆内燃机和三角转子式内燃机的优点， 还克服了其缺点和不足，而且在原理和结构上也有创造性的改进，解决了以 下问题
① 降低油耗，减少有害气体的排放，曲柄连杆内燃机的主燃油消耗，由 于其结构所制约不可能有新的突破，氧化亚氮等有害气体的排放无法得到有 效控制。而本发明则能很好地解决这些问题，通过凸盘型面曲线和压縮比的 变化有效地降低主燃油的消耗和有害气体的排放。
② 同曲柄连杆内燃机相比，本发明大大地减少工作过程中活塞对缸筒的 侧压力，基本实现了缸筒和活塞这对摩擦付的正圆均匀摩损。
③ 曲柄连杆内燃机活塞的销座不但承受爆发时的压力和冲击力，而且热 负荷较大，容易产生变形，而本发明活塞无销座，同时活塞和活塞杆可实现 强制润滑和冷却，无销座变形。
④ 滚轮对凸盘，回位滚轮和摆杆都是滚动摩擦，同曲柄连杆内燃机的滑 动摩擦相比减少摩擦力，提高了可靠性。
⑤ 同曲柄连杆内燃机相比，本发明由凸盘滚子机构取代曲柄连杆机构， 凸盘取代曲轴功能，活塞上的滚轮直接驱动凸盘使往复直线运动转变为旋转 运动，中间没有连杆，这样也就没有曲轴瓦，连杆瓦等部件。
配气机构通过中心主轴直接驱动配气盘，配气盘旋转时通过镶在配气盘 上的凸环驱动挺柱座中的配气挺柱，挺柱直接驱动气门，完成进排气过程， 同曲柄连杆内燃机相比，本发明的配气结构高度简化。
由于结构的简化先进，体积重量减少，相同功率的本发明的制造费用仅 为同功率曲柄连杆内燃机制造费用的50%。◎曲柄连杆内燃机在运转过程中存在活塞上下运动的往复惯性力和连杆 的摆动惯性力，这两种力很难完全平衡，而本发明旋转件主轴，凸盘，皮带 轮本身就是平衡件，活塞回位摆杆都能实现对称平衡运动，所以本发明工作 起来无振动。
⑦本发明凸盘旋转360。，就爆发四次，相当于曲柄连杆内燃机8缸工 作，同曲柄连杆内燃机相比，升功率提高一倍，且动力输出的主轴设在中部 贯通整机，縮小了体积，使升功率，比功率，比重量大幅度提高。
本发明人给出的具有四缸、四行程、往复活塞及双峰凸盘的内燃机，包 括有凸盘滚子机构、配气机构、润滑系统、点火系统、燃料供给系统、起动 装置和机体缸盖，其中
凸盘滚子机构主要由主轴、凸盘、组合活塞、驱动滚轮、滚轮轴、回位 滚轮、回位滚轮销轴、回位摆杆、摆杆支撑轴、摆杆销轴构成，其中
主轴设在机体缸盖的中央，前后贯通,分为前主轴与后主轴，中间由联接 套连接，后主轴上装有凸盘，输出动力,后主轴前端装有伞形齿轮，与两个同 主轴轴线相垂直的相同的伞形齿轮相啮合，驱动机油泵和分电器，而与后主 轴相连的前主轴用来驱动缸盖前端的配气盘，皮带轮；
组合活塞分为顶部和杆部，顶部与活塞杆铸为一体，活塞顶部的外圆设 有环槽三道，内装气环两道、油环一道,活塞杆中部和下部分别设有回位销轴 孔和驱动销轴孔，两销轴孔呈45。夹角并与活塞杆垂直，圆柱轴孔内装有回 位销轴，轴的两端装有驱动滚轮,活塞杆为空心圆柱体，活塞杆下部钻有油道 孔，当活塞达上止点时与机体油道相通，润滑油便通过道孔进入活塞杆内，当 活塞下行时进入活塞杆内的润滑油在惯性的作用下到达活塞顶部对活塞进行冷却，同时一部分油经活塞顶部油环下的小孔到达环岸部，对缸筒和活塞 进行强制润滑，多余的油在油环的刮压下又通过油环下的小孔被挤压回到活 塞杆内，通过增减油环下油孔的数量和改变油孔直径可调整这部分油的压力 和流量，以保持这里的最佳润滑状态，不使润滑油上窜进入燃烧室。
配气机构主要由配气盘、挺柱座、挺柱、气缸盖、气门导管、进气门、 排气门构成，其中配气盘设置在前主轴的前部并随主轴一起旋转，配气盘上 镶有弧形凸块，挺柱座固定在气缸盖上，挺柱座内设有挺柱，气缸盖内设有
气门导管,气门导管内设有可滑动的气门杆，气门杆的下端与气门相接，气门 杆的上端与挺柱的下端之间有一间隙，当配气盘同主轴一起旋转，配气盘上
的凸块转到某一特定角度时会压迫挺柱座内的挺柱回縮，挺柱的回縮力大 于套在气门杆上的气门弹簧的弹力，挺柱下端将驱动气门杆的上端回縮并打
开气门；当配气盘转到另一特定角度时,配气盘上的凸块会脱离挺柱座内的 挺柱，在套在气门杆上的气门弹簧的弹力作用下，挺柱与气门杆复位，气门关 闭，此时，挺柱与配气盘、气门杆的上端均保持一定的间隙，从而实现进气和 排气。
本发明给出的技术方案是这种内燃机的双峰双滚道凸盘由两个峰点和
两个谷点及内、外滚道组成，其中凸盘的内、外滚道同轴，凸盘的两峰点、
两谷点把封闭的滚道工作面分为四个区间，每个区间为90° ，相邻两区间的 工作曲面应符合如下条件
h升二l一h降l ，a升二l—a降l 式中h^为凸盘任意角活塞升程
-h降为凸盘h升间隔90。角处活塞的升程a f为h ^所在角度活塞的加速度 -a降为a升间隔90。角处活塞的加速度。 与现有技术相比，本发明的有益效果是 (1)通过试验，可以得到一条活塞运动曲线最接近燃油燃烧曲线的凸 盘工作曲线，最大限度地减少热能散发，最大限度地减少爆发时的高温高压 气体在上止点的滞留时间，使其迅速转变为动能,因此采用本发明的具有四 缸、四行程、往复活塞及双峰凸盘的内燃机的热效高，有害气体排放低。
(2) 由于采用本发明的具有四缸、四行程、往复活塞及双峰凸盘的内燃 机的四个组合活塞呈正方形排列，结构对称，质量相同，在运行中对角线方 向的两对活塞及其附件在活塞由上止点到下止点上下运动时其加速度大小 相等方向相反，因此其运动完全平衡，其它部件，主轴，凸盘是对称的几何体， 在运转时除产生一定倾复力矩(可加平衡装置平衡掉)外处于平衡状态。
(3) 采用本发明的具有四缸、四行程、往复活塞及双峰凸盘的内燃机的 配气机构通过配气盘上的弧形凸块直接驱动配气座上的挺柱，挺柱驱动气门， 无挺杆摇臂运动,使配气更加可靠。
图1为采用本发明的具有四缸、四行程、往复活塞及双峰凸盘的内燃机 的45°角的剖面图2为具有四缸、四行程、往复活塞及双峰凸盘的内燃机的工作原理展
图3为图1的A--A视图； 图4为图1的B--B视图；图5为本发明给出的双峰双滚道凸盘(图1的凸盘)的主视图； 图6为图5的(:--C视图。
具体实施例方式
现结合本发明给出的图1 图6,对本发明的技术方案做进一步的阐述。 附图中的标记是l.后主轴，2.后壳体，3.推力轴承，4.凸盘，5.滚 轮，6.滚轮轴，7.机体，8.组合活塞，9.回位滚轮，IO.回位摆杆，ll.摆 杆支撑轴，12.伞形齿轮，13.排气门，14.进气门，15.气缸盖，16.挺 柱，17.挺柱座，18.配气盘，19.前主轴，20.皮带轮，21.缸套，22.分电 器座，23.机油泵座，24.油底壳，25.峰点，26.谷点，27.内滚道，28.外 滚道，29.气门杆，字母a， 、 b，代表相邻的两个气缸。
如图1所示，为采用本发明的内燃机45°角的剖面图，该图展现了对角
的两缸的工作过程，这两缸在双峰凸盘顶升下， 一缸处于排气上止点， 一缸处 于压縮上止点，同时通过活塞杆上一对回位滚轮9推动回位摆杆IO，把另两 缸推向下止点。
采用本发明的具有四缸、四行程、往复活塞及双峰凸盘的内燃机,包括 有凸盘滚子机构、配气机构、润滑系统、点火系统、燃料供给系统、起动装 置和机体缸盖，其中的润滑系统、点火系统、燃料供给系统、起动装置属于 现有技术。
凸盘滚子机构为采用本发明的内燃机已申请专利的主要发明点，包括有 设在机体7中央的主轴，该主轴分为前主轴19与后主轴1，中间由联接套连 接，后主轴1上装有凸盘4，后主轴1前端装有伞形齿轮，与两个同主轴轴线 相垂直的相同的伞形齿轮12相啮合,驱动机油泵和分电器，而与后主轴1相 连的前主轴19用来驱动机体缸盖前端的配气盘18，皮带轮20;凸盘滚子机构中还有组合活塞8，驱动滚轮5，滚轮轴6，回位滚轮9，回位滚轮销轴，回 位摆杆10，摆杆支撑轴11，摆杆销轴等部件，其中组合活塞8分为顶部和杆 部，顶部由铝合金铸造，与空心钢制活塞杆铸为一体，活塞顶部外圆车有环槽 三道，内装气环两道，油环一道，圆柱形活塞杆中部和下部分别设有回位销轴 孔和驱动销轴孔，两销轴孔呈45°夹角并与活塞杆垂直。圆柱轴孔内装有回 位销轴，轴的两端装有回位滚轮9，活塞杆为空心圆柱体，由优质合金钢，热 处理后铸入活塞顶部。下钻有油道孔，当活塞达上止点时与机体油道相通， 润滑油便通过道孔进入活塞杆内，当活塞下行时进入活塞杆内的润滑油在惯 性的作用下到达活塞顶部对活塞进行冷却，同时一部分油经活塞顶部油环下 的小孔到达环岸部，对缸筒和活塞进行强制润滑，多余的油在油环的刮压下 又通过油环下的小孔被挤压回到活塞杆内，通过增减油环下油孔的数量和改 变油孔直径可调整这部分油的压力和流量，以保持这里的最佳润滑状态，不 使润滑油上窜进入燃烧室。
配气机构为采用本发明的内燃机已申请专利的又一发明点，主要由配 气盘18、挺柱座17、挺柱16、气缸盖15、气门导管、进气门14、排气门 13构成，其中配气盘18设置在前主轴19的前部并与主轴一起旋转，配气盘 18上镶有两条弧形凸块,挺柱座17固定在气缸盖15上，挺柱座17内设有挺 柱16，气缸盖15内设有气门导管，气门导管内设有可滑动的气门杆29，气门 杆29的下端与气门相接，气门杆29的上端与挺柱16的下端之间有一间隙， 当配气盘18同主轴一起旋转，配气盘18上的凸块转到某一特定角度时会压 迫挺柱座17内的挺柱16回縮，挺柱16的回縮力大于套在气门杆29上的气 门弹簧的弹力，挺柱16下端将驱动气门杆29的上端回縮并打开气门；当配气盘18转到另一特定角度时，配气盘18上的凸块会脱离挺柱座17内的挺柱 16,在套在气门杆29上的气门弹簧的弹力作用下，挺柱16与气门杆29复位， 气门关闭，此时,挺柱16与配气盘18、气门杆29的上端均保持一定的间隙， 从而实现进气和排气。
图2为采用本发明的内燃机的工作原理图，凸盘4以主轴为中心旋转360
°即可完成吸气、压縮、爆发、排气四行程循环。图中的标记a表示吸气，b 表示压縮，c表示爆发，d表示排气。 图3为图1的A—A视图，
图4为图1的B—B视图，两对回位摆杆IO分别压在活塞杆下端的滚轮， 带动活塞沿着双峰凸盘的曲面运动，两对回位摆杆10同相临两缸活塞联动， 摆杆支撑轴11支撑。
图5为本发明给出的双峰双滚道凸盘(图1的凸盘4)的主视图，图6为 图5的C"C视图，凸盘4由两个峰点和两个谷点，及内、外滚道组成，即双 峰、双滚道凸盘，凸盘4的内、外滚道同轴，铸成一体。凸盘4的两峰点、 两谷点把封闭的滚道工作面分为四个区间，每个区间为90。，相邻两区间的 工作曲面，应符合如下条件
h升二l一h降l ， a升二l一a降l
式中
h升为凸盘任意角活塞升程-"为凸盘"间隔90。角处活塞的升程 a升为h升所在角度活塞的加速度-a降为a升间隔90。角处活塞的加速度。
采用本发明的内燃机的工作过程是把活塞的往复直线运动转变为旋转运动并实现吸气，压縮，爆发，排气连续工作，以输出动力，详情如下
当凸盘4顺时针旋转时，b'缸活塞右移，杆上的回位滚轮9驱动回位摆 杆10，推动a'缸活塞沿凸盘4的工作曲线左移至下止点,此时a'缸进气门 14打开、排气门13关闭，凸盘4旋转90度，完成了吸气；由凸盘4的工作 曲线决定a'缸与V缸在活塞到达上、下止点之前,单位凸盘转角活塞的左 移距离和右移距离处处相等，而加速度大小相等,方向相反，每行程凸盘4旋 转90° 。 a，缸活塞到达下止点后在凸盘4的驱动下由左向右移动，此时进、
排气门关闭，吸进的可燃气体被压縮。当a'缸活塞到达上止点前可燃气体 被点燃，在惯性的作用下a'缸活塞越过上止点爆发,爆发后的高温高压气体 产生的力作用于活塞顶部，通过活塞杆传递到滚轮，滚轮又将该力作用到凸 盘4的曲面上，由此而产生的旋转力通过和凸盘4相连的后主轴1输出。爆 发后a'缸活塞到达下止点，排气门13打开，凸盘4驱动a'缸活塞右移， 活塞到达上止点进行排气。
四个活塞8的往复直线运动是在凸盘4工作曲面和相邻两活塞杆上的回 位滚轮9驱动回位摆杆10的联动完成的，两对回位摆杆10由摆杆支撑轴 ll支撑。
权利要求
1.一种内燃机的双峰双滚道凸盘，其特征在于由两个峰点和两个谷点及内、外滚道组成，其中凸盘的内、外滚道同轴，凸盘的两峰点、两谷点把封闭的滚道工作面分为四个区间，每个区间为90°，相邻两区间的工作曲面应符合如下条件h升＝|-h降|，a升＝|-a降|式中h升为凸盘任意角活塞升程，-h降为凸盘h升间隔90°角处活塞的升程，a升为h升所在角度活塞的加速度，-a降为a升间隔90°角处活塞的加速度。
全文摘要
一种内燃机的双峰双滚道凸盘，专用于具有四缸、四行程、往复活塞及双峰凸盘的内燃机，其特点是由两个峰点和两个谷点及内、外滚道组成，其中凸盘的内、外滚道同轴，铸成一体，凸盘的两峰点、两谷点把封闭的滚道工作面分为四个区间，每个区间为90°。本发明的凸盘取代曲轴功能，并在活塞上的滚轮直接驱动下，使往复直线运动转变为旋转运动，节省了连杆、曲轴瓦、连杆瓦等部件，本发明的凸盘旋转360°，就爆发四次，相当于曲柄连杆内燃机8缸工作，同曲柄连杆内燃机相比，采用本发明的内燃机的升功率提高一倍，并实现吸气，压缩，爆发，排气的连续工作。
文档编号F02B75/00GK101408131SQ200710157398
公开日2009年4月15日 申请日期2007年10月11日 优先权日2007年10月11日
发明者刘英津 申请人:沈阳金鹰凸盘发动机研究所