专利名称：活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机、汽油机、天然气机，尤其是指活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构。
二背景技术：
在现有技术中，较为成熟的活塞往复运动式内燃机和转子式内燃机普遍使用，其 现有发动机存在着先天性缺陷1、现有活塞直线运动式内燃机的活塞是上下直线往复式运 动，活塞的做功行程小，膨胀气体所产生的能量没有充分(做功)利用就被排出，造成浪费。 同时活塞上下直线往复运动式内燃机的连杆和曲柄没有将膨胀气体产生的推力在传递给 活塞后，使该推力准确完整的传递出去，浪费了能量。对于内燃机来说活塞上下直线运动式 内燃机压縮混合气体时造成能量无谓消耗。再有活塞上下直线往复运动式内燃机在将燃料 的化学能转换成机械能的过程中，因压縮气体而无谓的浪费着能量。2、现有转子式内燃机 做功是靠燃烧室容积相对大、力量相对强的一端战胜燃烧室容积相对小、力量相对弱的一 端而产生的定向合外力来推动转子做定向旋转运动，或者说输出功=大端功-小端功，这 种消耗部分功来推动转子旋转运动结构造成做功能量的浪费。 在国家知识产权局网上2008年11月12日公开了一种"使用由成对的往复活塞驱 动的起伏的滑道的旋转式发动机"，结构是它具有两套往复运动的活塞，所述活塞的往复输 出与起伏的滑道相连，该滑道将往复运动转化成旋转运动，该汽油机的机壳具有中空的中 心，没有轴穿过中心延伸。响应于活塞的往复运动提供双重旋转输出，其中一个旋转输出通 过位于机壳的顶端的旋转输出气缸体提供，另一个旋转输出通过位于机壳底端的旋转输出 气缸体提供。其不足之处是结构复杂，压縮混合气体消耗能量，做功效率较低等。
三
发明内容
本发明和设计是将内燃机的活塞放在一个平面圆周内做功的，目的是研制一种活 塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构。突破以前活塞上下直线往复运动式内燃机传统的设计 思路，通过活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构的总体发明思路和设计来改变和解决现有 技术存在的问题，活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构的总体发明思路和设计包括1、活 塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构整体结构的圆形圆周运动发明思路和设计；2、活塞圆周 运动式内燃机中的凸轮机构燃烧室——C型缸筒的环形发明思路和设计；3、活塞圆周运动 式内燃机中的凸轮机构的对应式活塞绕圆周运动动作的发明思路和设计；4、活塞圆周运动 式内燃机中的凸轮机构的中心轴的发明思路和设计；5、活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机 构的活动气封块的发明思路和设计。 本发明采用的技术方案如下所述的活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构，其特 征是凸轮机构是由定时齿轮轴组件和凸轮轴组件组成，其中定时齿轮轴组件是由定时齿 轮轴上固定有定时齿轮和锥型定时齿轮组成。凸轮轴组件是由凸轮轴上固定控制活动气封 块的凹轮、锥型定时齿轮及控制进气、点火的凸轮。
3
本发明采用的技术方案还包括 所述的活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构，其特征是两个沿轴向对称的同样 结构的凸轮机构，分别均匀的固定在机体外壳的圆周上，机体外壳上面和下面周圆上分别 固定定时齿轮轴、上凸轮轴和定时齿轮轴、下凸轮轴。以一个凸轮机构说明定时齿轮轴上 固定凸轮轴的定时齿轮啮合定时皮带，定时齿轮轴另一端固定的锥型定时齿轮啮合下凸轮 轴上的锥型定时齿轮，下凸轮轴上固定控制活动气封块的凹轮及控制进气、点火的凸轮，活 动气封块下端凸起或者滚轮与凹轮表面连续接触，可上下快速移动的活动气封块上端密封 装配插入缸筒外套内活动气封块入口处。 本发明优点和效果首先本发明和设计建立了一种新的思路，改变了两种旧的 观念——即建立了活塞圆周运动的内燃机工作思路，改变了过去活塞上下往复运动和压縮 做功的观念。 提高内燃机的燃料利用效率是大家的共同追求，要实现此目标，这就要求我们必 须建立新的发明和设计思路，改变过去旧的观念。近年来，汽车界或内燃机界的一些人们 认为"汽车发动机的压縮比越大，混合气体燃烧产生的爆发力就越强，发动机的动力就越 大"。我认为这种说法是不科学的说法。应该说混合气体中含有效燃料的成分(浓度)越 大燃烧越完全，混合气体燃烧时所产生的爆发力就越强，发动机的动力就越大"。而与压縮 比无关。拿汽油机为例汽油机工作中压縮混合气体的行为，是该品种机器结构上固有的 无法回避的结构性行为。这个行为是一个费力耗功的过程，是减小了发动机动力的首要因 素。此说，汽油机工作过程中压縮混合气体产生爆发力的说法是不科学的说法，更是违背能 量守恒定律的说法，汽油机的爆发力全部来自于燃料，绝不是压縮。 其次，本发明和设计就是要建立活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构的思路和理 论。将内燃机的活塞放在一个圆周内来考虑，改变现有技术较成熟的活塞上下往复运动式 内燃机和转子式内燃机的工作思路，彻底克服现有发动机技术存在的问题，解决活塞上下 垂直往复运动式内燃机的几个先天性缺陷第一解决了活塞上下垂直运动式内燃机工作过 程中压縮混合气体，造成费力费功，消耗大量能量的第一大缺陷。第二个解决了活塞上下垂 直运动式内燃机的第二大先天性的缺陷燃烧室深度浅，活塞下行做功的距离太短，使混合 气体燃烧膨胀后一是没有充分做功就被排出，二是所做的功没有足额充分的利用，而浪费 了大量的能量。第三个解决了活塞上下垂直运动式内燃机的第三大缺陷活塞向下作做功 运动时，因连杆方向位置的不断变化，力的作用线也在不断的变化(由大变小)，没有准确 的完全的传递动力，使燃烧气体膨胀所做的功没有足额充分利用，而浪费了大量的能量。第 四个解决了活塞上下垂直运动式内燃机的第四大缺陷因连杆与曲轴的运动位置关系，曲 轴的曲柄也无法在最大的扭力矩位置有效的传递动力，使燃烧气体膨胀所做的功没有足额 充分利用，而浪费了大量的能量。 另外使现有活塞直线运动式内燃机的活塞从直线运动变为活塞的曲线圆周运动， 增大了活塞的做功行程，减小了膨胀气体的能量浪费，消除了活塞上下直线运动式内燃机 的连杆和曲柄的能量浪费，消除了活塞上下直线运动式内燃机压縮混合气体时对于内燃机 能量无谓消耗。同时也克服了现有转子式内燃机做功——是靠燃烧室容积相对大、力量相 对强的一端战胜燃烧室容积相对小、力量相对弱的一端而产生的定向合外力推动转子做定 向旋转运动而做功的能量浪费(输出功=大端功_小端功)。
本发明和设计实现了 有效减少现有内燃机将燃料的化学能转化为机械能过程中 机器自身的能量消耗，提高了燃油利用效率。活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构的十大 优势 1、因内燃机机结构的革命性改变，活塞沿圆周转动不再做无谓的压縮气体时的能 量消耗，提高了内燃机效率。2、活塞的圆周转动延长了膨胀气体的做功距离，增大了活塞的 做功行程，更有效的减少燃油消耗，节约了能源的用量，提高了内燃机的燃料利用效率。3、 圆周转动的活塞始终处在花盘的切线方向，使膨胀推力始终在最大的力矩作用线上，使内 燃机的动力更强劲。4、圆形花盘传递扭力准确、可靠、直接。5、系统结构清晰，工艺简单，震 动摆动小，噪音小；6、没有压縮过程，因此该内燃机启动阻力小，惯性大；7、活塞圆周运动 式汽油机的中心轴每旋转半周，就有两个上下相对应的活塞在上点和下点同时共做功，它 们在上下两点分别受到膨胀气体的推力，像离子加速器那样——连续不断加速。必将产生 输出扭矩大，动力强劲的效果；8、活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构，当需要更大的动力 时。便于沿中心轴串联组装；9、有效的克服了传统活塞上下往复运动式内燃机的四大先天 性缺陷；10、活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构因其省力省功和连续不断加力的效果，且 没有无用功消耗，必将节约汽油能源消耗，成倍的提高汽油机的燃油效率。
活塞旋转运动式内燃机的特点 1、活塞的圆周转动延长了膨胀气体的做功距离，增大了活塞的做功行程，混合气 体燃烧更充分；2、活塞的圆周转动使活塞始终处在花盘的切线方向，使膨胀气体的推力始 终处在最大的力矩作用线上；3、圆形花盘传递扭力准确、可靠、直接；4、系统结构清晰，制 造生成工艺简单，核心零部件少，震动摆动小，噪音小；5、启动阻力小，运动惯性大；6、活塞 圆周运动式内燃机中的凸轮机构的中心轴每旋转半周，就有两个上下相对应的活塞在上点 和下点同时共做功，它们在上下两点分别受到膨胀气体的推力，像离子加速器那样——连 续不断加速，输出扭矩大，动力强劲的效果；7、活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构便于沿 中心轴串联组装；8活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构配气、点火系统结构结构简单；9、 活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构符合热力学、机械力学和能量守恒定律；10、活塞圆周 运动式内燃机中的凸轮机构因其省力省功和连续不断加速的效果，且没有无用功消耗，必 将是节约能源消耗，成倍提高内燃机的燃油效率机器。
四
本发明图l是缸体机构剖视结构示意图；图2是整体立体结构示意图；图3是凸轮
机构立体结构示意图；图4是缸筒平面结构示意图；图5是图4中A-A剖视图，图6是图4 中B-B剖视图，图7是花盘活塞平面结构示意图；图8是图7中C-C剖视图；图9是图7中 D-D剖视图；图IO是活塞缸筒机构工作原理示意图，也是活塞旋转圆周运动式内然机剖面 示意图。 上述图中标号说明l-C型圆环状缸筒，2-圆形花盘，3-圆柱型活塞，4-活塞缸筒 机构，5-缸筒外套，6-内燃机外壳，7-轴承，8-弹簧垫，9-固定螺栓，10-定时齿轮，11-定时 齿轮键及槽，12-垫，13-压紧螺栓，14-中心轴，15-配气机构，16-冷却系统管道，17-定时 皮带，18-定时齿轮，19-锥型定时齿轮，20-控制活动气封块的凹轮，21-控制进气、点火的 凸轮，22-活动气封块，23-定时齿轮轴，24-定时点火器，25-下凸轮轴，26-进气门，27-上
5凸轮轴，28-点火器孔，29-进气孔，30-活动气封块入口 ， 31-排气孔。 五具体实施例方式
参看图l，缸体机构是由壳体上的中心轴14上固定活塞缸筒机构4和定时齿轮10 组成，其中活塞缸筒机构4是由带有圆柱型活塞3的圆形花盘2和C型圆环状缸筒1组成， 壳体是由缸筒外套5和内燃机外壳6连接组成。在壳体中通过轴承7、弹簧垫8和固定螺栓 9连接定位中心轴14，中心轴14中部固定带有圆柱型活塞3的圆形花盘2，圆柱型活塞3固 定在圆形花盘2外周均匀分布，至少两个以上。该中心轴14既是活塞旋转式内燃机的活塞 做旋转圆周运动的中心，也是该内燃机的动力输出轴。缸体机构下方是配气机构15，属于成 熟技术，这里不再赘述。活塞旋转运动式内燃机核心部分的结构1、"C型、圆筒状、环形缸 筒1"(以下简称缸筒)是该型内燃机的主体。2、"实心、环状圆柱型、沿圆周相上下对称的 两个活塞3"(以下简称活塞)与"动力传动中心花盘2"刚性连接，在保证适当的配合间隙 的情况下位于在缸筒1内。3、活动气密封块22、进气门26、定时点火器24受中心轴14和 凸轮轴的配比转速控制，实现开启、关闭、点火动作。4、点火后，活塞3在缸筒1内受膨胀气 体的推动下作定向旋转圆周运动，完成做功。5、动力经活塞3传递给中心花盘2 ;传递给中 心轴14，完成动力输出。 参看图2，从立体图来看，缸筒外套5和内燃机外壳6连接组成壳体，内燃机外壳 6中心部位伸出的中心轴14上固定两个定时齿轮IO，两个定时齿轮10分别用定时皮带17 连接上下同样结构的凸轮机构。两个凸轮机构分别均匀固定在壳体外圆周上，壳体外上面 和下面圆周上分别固定定时齿轮轴23、上凸轮轴27和定时齿轮轴23、下凸轮轴25。凸轮机 构是由定时齿轮轴23组件和凸轮轴组件组成，其中定时齿轮轴23组件是由定时齿轮轴23 上固定定时齿轮18和锥型定时齿轮19组成，凸轮轴组件是由下凸轮轴25上固定控制活动 气封块的凹轮20、锥型定时齿轮19及控制进气、点火的凸轮21共同组成。以下面的凸轮机 构为例说明，同时参看图3，定时齿轮轴23上固定定时齿轮18啮合定时皮带17，定时齿轮 轴23另一端锥型定时齿轮19啮合下凸轮轴25上的锥型定时齿轮19，带动下凸轮轴25同 步转动，下凸轮轴25上还固定控制活动气封块22的凹轮20及控制进气、点火的凸轮21，活 动气封块22下端凸起或者滚轮与凹轮20表面连续接触，可上下移动的活动气封块22上端 密封装配插入缸筒外套5内。配气机构15也位于壳体外，图中的配气机构15是其一侧。
参看图4至图6， C型圆环状缸筒1就是一个圆环形缸筒，缸筒内完全密闭。
参看图7至图9，带有圆柱型活塞3的圆形花盘2通过键固定在中心轴14上，圆形 花盘2外周上固定不少于两个对称均布的圆柱型活塞3，可转动的圆柱型活塞3位于C型圆 环状缸筒l内运行，圆柱型活塞3在朝向运动方向(箭头方向)的一端面呈凸面，另一端面 呈凹面，以便更好的在C型圆环状缸筒1内高速安全稳定运行。 参看图10，活塞缸筒机构4工作原理是这样，同时参看图1和图2，当启动动力使 中心轴14转动时，进气门26打开，燃气气体进入C型圆环状缸筒1内后，进气门26关闭。 圆柱型活塞3绕圆周在C型圆环状缸筒1内继续前行，吸入混合气体，进气门26关闭，混合 气体经过点火器孔28后被点燃，混合气体膨胀推动圆柱型活塞3绕圆周在C型圆环状缸筒 1内加速前行_做功。圆柱型活塞3将产生动力通过中心花盘2使中心轴14加速转动。圆 柱型活塞3经过常开排气孔31后自动排气，同时活动气封块22下落让圆柱型活塞3顺利通过，圆柱型活塞3 —旦通过活动气封块22立即升起，恢复原位，至此内燃机完成一个完整 的进气_点火_做功_排气过程。带有圆柱型活塞3的圆形花盘2连续做圆周运动，连续 圆周做功。由于活塞缸筒机构4是在一个圆周上均匀分布，工作起来平衡稳定运转。
详细说明如下C型圆环状缸筒1的内腔就是旋转内燃机或者汽油机的缸筒，中心 圆形花盘2上的两个圆柱型凸块就是旋转的圆柱型活塞3，中心圆形花盘2厚度5-8mm与 圆柱型活塞3共同组成一个沿箭头方向旋转的整体，绕着中心轴14做圆周运动。图中目前 的位置为第一位置，缸筒1左右两侧的开口分别为点火器孔28、进气孔29、活动气封块入口 30和排气孔31。工作过程是①当活塞3沿顺时针方向做圆周运动接近活动气封块22时， 活动气封块22在凹轮20的作用下，退出缸筒1让过活塞3通过。②当活塞3经过活动气 封块22后，活动气封块22进入缸筒1封闭缸筒1，此时在活动气封块22和活塞3之间空间 形成燃烧室。③活塞3继续前行，进气门26打开，由于活动气封块22关闭了缸筒1 一端， 继续前行的活塞3在缸筒1的剩余空间形成负压，迅速吸入混合气体，完成进气过程。 此 时，凸轮21关闭进气门26。混合气体在下一位置点被定时点火器24火花塞点燃。⑤被点 燃的混合气体迅速膨胀，推动活塞3沿箭头方向做圆周运动——做功。⑥当活塞3继续前 行至再下一个位置点活动气封块22的前端时，膨胀气体在活塞3经过排气孔31后，废气释 放溢出，排气孔31始终处于常开状态。这就是活塞旋转式汽油机的一个完整的工作过程。 缸筒1内相对应的两个活塞3，在绕园做旋转运动的一周内，分别做了两次功，内燃机完成 了两个进气、燃烧、膨胀、排气的过程。
权利要求
活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构其特征是凸轮机构是由定时齿轮轴(23)组件和凸轮轴组件组成，其中定时齿轮轴(23)组件是由定时齿轮轴(23)上固定有定时齿轮(18)和锥型定时齿轮(19)组成，凸轮轴组件是由凸轮轴上固定控制活动气封块的凹轮(20)、锥型定时齿轮(19)及控制进气、点火的凸轮(21)。
2. 根据权利要求1所述的活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构，其特征是两个沿轴 向对称的同样结构的凸轮机构，分别均匀的固定在机体外壳的圆周上，机体外壳上面和下 面周圆上分别固定定时齿轮轴(23)、上凸轮轴(27)和定时齿轮轴(23)、下凸轮轴(25)，以 一个凸轮机构说明定时齿轮轴(23)上固定凸轮轴的定时齿轮(18)啮合定时皮带(17)， 定时齿轮轴(23)另一端固定的锥型定时齿轮(19)啮合下凸轮轴(25)上的锥型定时齿 轮(19)，下凸轮轴(25)上固定控制活动气封块(22)的凹轮(20)及控制进气、点火的凸轮(21) ，活动气封块(22)下端凸起或者滚轮与凹轮(20)表面连续接触，可上下快速移动的活 动气封块(22)上端密封装配插入缸筒外套(5)内活动气封块入口 (30)处。
全文摘要
本发明涉及内燃机、汽油机、天然气机，尤其是指活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构。在现有技术中，活塞直线运动式内燃机缺陷活塞的做功行程小，能量造成浪费；现有转子式内燃机以消耗部分功来推动转子旋转运动结构造成做功能量的浪费。本发明目的是研制一种活塞圆周运动式内燃机中的凸轮机构。结构是由定时齿轮轴组件和凸轮轴组件组成，其中定时齿轮轴组件是由定时齿轮轴上固定有定时齿轮和锥型定时齿轮组成。壳体是由缸筒外套和内燃机外壳连接组成。用途是使现有活塞直线运动式内燃机的活塞从直线运动变为活塞的曲线圆周运动，增大做功行程，提高做功效率，消除能量浪费，彻底改变和解决现有技术存在的问题。
文档编号F02B53/12GK101787926SQ20091002101
公开日2010年7月28日 申请日期2009年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者丁杰, 丁超然 申请人:丁杰