专利名称：无连杆往复-旋转运动转换装置机体及其内燃机、压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及往复-旋转运动转换装置，具体是无连杆往复-旋转运动转换装置机 体；本发明同时涉及使用该机体的内燃机、压缩机。
背景技术：
内燃机是目前广泛使用的动力源，这种设备能够有效的将可燃物存储的化学能转 化为机械能，尤其是可以将汽油、柴油等蕴含的化学能有效的转换为机械能。现有通常技术下，内燃机运动机构基本采用曲柄连杆发动机，这种发动机由于需 要使用连杆作为往复运动和旋转运动的过渡件，增加了活塞运动轨道方向的尺寸，使其难 以获得更好的比重量或者比体积指标；并且，由于连杆作摆动，该运动为复杂运动，难以对 其进行惯性力平衡，造成该内燃机的噪音明显偏大；连杆的往复摆动还使活塞对运动导轨 侧壁的侧压力偏大，增加了活塞运动中受到的摩擦力。为了解决上述问题，中国专利文献CN85100358B公开了一种“曲柄圆滑块往复活 塞式内燃机”，中国专利文献CN1067741C公开了一种“曲柄双圆滑块往复活塞式内燃机”，中 国专利文献CN1144880A公开了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”。上述内燃机的共 同特点，是对通用技术下内燃机的曲柄连杆机构进行了彻底改进，采用具有偏心圆孔的圆 滑块代替连杆。所述偏心圆滑块呈圆柱形，并且开有平行于圆柱体轴线的偏心圆孔，该偏心 圆孔用于穿过曲轴的曲柄销。该内燃机的活塞包括两端的冠部(采用单作用活塞时，只有 一端为冠部，另一端为辅助导向部)和连接两冠部的导向部，其中导向部上开有圆孔，该圆 孔的内径面和上述圆滑块的外径面相配合，所述圆滑块即安置在活塞导向部上与其外周相 配合的圆孔中。当所述活塞受到气缸中燃烧气体的推动而在气缸中往复运动时，所述偏心 圆滑块绕其自身的圆心转动，并进而带动曲轴反向转动，从而将活塞的往复运动转化为曲 轴的旋转运动，再通过与曲轴连接的旋转部件向外传递功率。上述专利的思想也可以方便 的转用到压缩机或者抽真空机中，获得曲柄圆滑块压缩机或者曲柄圆滑块抽真空机。另外，本申请人在2009年10月16日提出的申请号为200910236026. 5的中国专 利申请中，提出了一种采用端轴_动轴机构的轴系与往复运动件配合构成的往复_旋转运 动相互转换机构。在该机构中，包括至少两个往复运动件、旋转运动件以及支撑该机构的机 架；所述旋转运动件为一轴系，包括位于两端的端轴和连接在两个端轴之间的动轴；所述 端轴可旋转的固定在机架上，并且两个端轴的旋转轴位于同一直线上；端轴上开设有动轴 颈容置孔，该动轴颈容置孔的轴线与端轴的旋转轴平行，并且距离该旋转轴的距离为e ；所 述动轴包括动轴颈、动轴销以及动轴臂；所述动轴颈为轴段，位于动轴左右两端，两端的动 轴颈的轴线位于同一条直线上；所述动轴销同样为轴段，共有两段或者两段以上，各个动轴 销的轴线均平行于所述动轴颈的轴线，并且动轴销轴线距离动轴颈轴线的距离也为e，相邻 的动轴销在空间上具有180度相位差；动轴颈和动轴销之间、以及相邻的动轴销之间，通过 动轴臂连接；与所述端轴组成所述旋转运动件时，动轴两端的动轴颈分别插入两端的端轴 的动轴颈容置孔，并与动轴颈容置孔可旋转的连接；每个动轴销至少对应设置一个往复运
3动件，一般是活塞，也可以是动平衡滑块，往复运动件上具有套在动轴销上的动轴销孔，动 轴销孔与动轴销可旋转连接；所述往复运动件置于机架的往复运动导轨中；相邻的往复运 动件的往复运动导轨在空间上具有90度相位差。采用曲柄圆滑块结构或者端轴-动轴装置的内燃机，其共同特点是不设置连杆， 在本发明中所提及的无连杆往复-旋转运动转换机构，具体就是指上述两种形式，当然，也 不排除随着技术发展产生的新形式。在上述无连杆的旋转-往复运动转换装置中，活塞的结构产生了很大的变化，活 塞不仅仅是承担可燃混合气的爆发压力的部件，还同时需要起到与曲轴连接的作用，容纳 活塞运动的气缸的长度也相应较长，分为高温段和低温段，所述高温段与曲柄连杆机构发 动机的气缸对应的气缸段；所述低温段则是无连杆发动机特有的部分，为活塞的运动提供 导向作用。对于气缸的高温段，一般需要为其设置冷却水套，该冷却水套围绕气缸高温段的 外周设置，用于通过冷却水，为燃烧室降温。在设置有缸套的机体中，往往采用缸套和高温 段的水套凹槽配合的方式形成冷却水套。在采用这种形式的冷却水套时，缸套的绝大部分 侧壁面上，只在上部和底部存在侧向的支撑，而其中间的大部分侧壁面均处于悬空状态。由 于缸套中容置活塞，活塞在高速的往复运动中会产生对侧壁的侧压力；尤其是在往复运动 发生换向过程中，往复运动元件会在运行轨道中由贴合一侧倒向另外一侧，对轨道侧壁产 生“拍击”作用，由于缸套的侧壁在中部悬空，使该部位特别容易由于拍击产生变形，久之造 成活塞的往复运动导轨被破坏，并造成燃烧室空间发生变形。对活塞的往复运动和燃烧室 的燃烧效果等都会产生影响，并可能缩短整机的使用寿命。
发明内容
本发明提供无连杆往复_旋转运动转换装置机体，该机体能够较好的解决缸套侧 壁悬空造成的问题。本发明同时提供使用上述机体的内燃机和压缩机。本发明提供的无连杆往复-旋转运动转换装置使用的机体，该机体与气缸套配合 处的内壁设置环状凹入的水套凹槽，该水套凹槽和放置在气缸中的缸套外径面配合形成环 形水套；其特征在于，在所述水套凹槽的槽底设置有至少一个凸台，在缸套装入后，所述凸 台的顶面能够抵靠缸套的外径面；并且该凸台不会将环形水套腔体隔断；所述凸台称为缸 套支撑凸台。优选的，所述缸套支撑凸台以垂直该机体的主轴孔轴线的方向延伸。优选的，所述缸套支撑凸台延伸的位置范围在气缸缸口的缸套支撑肩和水套凹槽 下部的封水圈之间的中部位置。优选的，所述缸套支撑凸台为多个，并且在周向上勻部。优选的，所述缸套支撑凸台的顶面采用与所述缸套外径面吻合的弧形。优选的，至少一个所述缸套支撑凸台设置在与曲柄销轴线垂直的周向位置。本发明同时提供一种内燃机，采用曲柄圆滑块机构或者端轴-动轴机构，其体采 用上述一项技术方案所述的机体。本发明同时提供一种压缩机，采用曲柄圆滑块机构或者端轴-动轴机构，其机体 采用上述任意一项技术方案所述的机体。
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本发明提供的无连杆往复-旋转运动转换装置机体，在气缸高温段的水套凹槽的 槽底设置有至少一个缸套支撑凸台，该缸套支撑凸台在缸套装入后，其顶面能够抵靠缸套 的外径面，支撑缸套侧壁面。设置上述缸套支撑凸台后，缸套侧壁不再完全悬空，而是获得 了一定支撑；在优选的实施方式中，针对缸套特别容易收到活塞往复运动影响的部位设置 所述缸套支撑凸台的布置位置，能够对缸套提供更良好的支撑，有效避免缸套的变形，明显 延长缸套的使用寿命。
图1是本发明实施例提供的无连杆往复-旋转运动转换装置使用的机体的立体图 之一；图2是本发明实施例提供的无连杆往复-旋转运动转换装置使用的机体的立体图 之二；图3是本发明实施例提供的无连杆往复-旋转运动转换装置使用的机体的立体图
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具体实施例方式请参看图1-图3，上述图均为本发明实施例提供的内燃机机体的立体图，其角度 略有不同，以反映本发明所关注的机体气缸高温段结构为准。该机体尚未安装缸套。该实 施例中的内燃机机体为用于采用曲柄圆滑块机构或者端轴_动轴机构的内燃机机体，实际 上，该实施例中提出的技术方案同样可以用于曲柄连杆内燃机中。如图所示，该机体为H型四缸机机体，即包括第一气缸1、第二气缸2以及跑道3。 其中第一气缸1、第二气缸2的轴线相互平行，所述跑道3的轴线垂直于上述第一气缸1和 第二气缸2的轴线并且位于两者中间。所述第一气缸1和第二气缸2均为安装双作用活塞的气缸，因此，其两端均具有高 温段，即内壁作为燃烧室壁的气缸段。图中示出第一气缸1 一端的第一高温段1-1。图中还 可看到第一气缸1另一端的第二高温段1-2 ；以及第二气缸2的第三高温段2-1和其另一 端的第四高温段2-2。由于各个高温段的结构相同，以下仅以第一高温段1-1为例说明其内 部结构。如图所示，所述第一高温段1-1的内壁设置环状凹入的水套凹槽1-3，该水套凹槽 1-3的腔体和第三高温段2-1的水套凹槽的腔体相互连通。该水套凹槽1-3所在位置就是 机体与气缸套配合处的气缸内壁位置。图中示出在水套凹槽1-3的靠近另一个气缸的中间部位设置有中间隔条1-3-3， 同样，在靠近机体外侧的部位设置外侧隔条1-3-4。图3还示出位于水套凹槽1-3的下侧 壁面的第一水道口 1-3-5和第二水道口 1-3-6，两者分别作为进水口和出水口，具体哪一个 为进水口哪一个为出水口，则根据水流方向确定，在实际设计中，可以根据需要选择水流方 向。在气缸顶面则设置有若干连通孔1-3-7。在所述第一气缸1的端口，设置有用于支撑缸套的缸套支撑肩1-4，该缸套支撑肩 1-4和缸套顶部的支撑肩配合，对缸套进行支撑。在所述水套凹槽1-3下部设置有封水圈 1-5，该封水圈1-5在缸套装入后，能够与缸套外壁配合，对冷却水进行密封。
缸套装入后，其外径面和水套凹槽1-3形成密闭的空腔，成为环形水套，但是，缸 套的外径面同时和所述中间隔条1-3-3、外侧隔条1-3-4贴合，使该环形水套被分割为上半 腔体1-3-1和下半腔体1-3-2，两者互相不能直接连通。另一方面，上半腔体1-3-1和所述 第三高温段2-1相应的上半腔体连通，所述下半腔体1-3-2和所述第三高温段2-1的相应 的下半腔体连通。所述第一水道口 1-3-5位于上半腔体1-3-1 ；所述第二水道口 1-3-6位 于下半腔体1-3-2。假设第一水道口 1-3-5为冷却水进口，第二水道口 1-3-6为冷却水出口。缸盖(图 未示)已经安装在气缸顶面，则该环形水套的工作原理描述如下。冷却水在水泵提供的水压的作用下，通过第一水道口 1-3-5流入上半腔体1-3-1， 并经过位于上半腔体1-3-1 —侧的气缸顶面的连通孔1-3-7流入缸盖的腔体，在缸盖的腔 体中循环一圈以后，通过与下半腔体1-3-2连通的气缸顶面的连通孔1-3-7流入下半腔体 1-3-2，并从所述第二水道口 1-3-6流出，完成一个完整的冷却水循环，实现对燃烧室的充 分冷却。以上是该机体的高温段的冷却水路的说明，本发明的关键点在于设置了缸盖支撑 凸台1-6。如图所示，在所述水套凹槽1-3的槽底设置有凸台，该凸台称为缸套支撑凸台 1-6。该缸套支撑凸台1-6凸起的高度，使其能够在缸套装入后，顶面能够抵靠缸套的外径 面；所述缸套支撑凸台1-6的以垂直该机体的主轴孔4轴线的方向延伸，并且该缸套支撑凸 台1-6在轴向上延伸的范围只占据了所述水套凹槽1-3轴向长度的一段，其轴向的两端均 不会抵靠水套凹槽1-3的侧壁；这样，该缸套支撑凸台1-6的存在就不会造成冷却水流动被 阻断。但是，该缸套支撑凸台1-6的设置对冷却水在环形水套中的流动还是会产生影响，因 此，需要平衡其对缸套的支撑效果和对冷却水流动的阻碍作用，选择合适的尺寸。由于该缸 套支撑凸台1-6的延伸长度受到上述限制，其所在的位置需要尽可能对避免缸套变形起到 最大作用。具体而言，在轴向位置上，该缸套支撑凸台1-6延伸的位置范围在气缸缸口的缸 套支撑肩1-4和水套凹槽1-3下部的封水圈1-5之间的中部位置；在周向上，在与曲柄销轴 线垂直的周向位置设置缸套支撑凸台1-6。图中可以看出，所述缸套支撑凸台1-6在与曲 轴销轴线垂直的周向位置上对称设置有两处。活塞往复运动中，在上述位置会出现最大的 侧压力，在此提供支撑能够在缸套支撑凸台1-6所占空间最小的情况下取得最好的支撑效^ ο同样为了获得较佳的支撑效果，所述缸套支撑凸台1-6的顶面采用与缸套吻合的 弧形，使其能够与缸套的外壁面以面配合的方式配合，为缸套提供妥贴的支撑。这样，所述 缸套支撑凸台1-6和缸套外壁面能够以面接触配合，缸套支撑凸台1-6能够为所述缸套提 供较大的支撑面积，避免局部压强过大造成缸套损坏。另外，如果需要设置多个所述缸套支撑凸台1-6时，可以选择在周向上均勻布置， 以实现对缸套的周向上的合理支撑，避免缸套不规则的变形。在本实施例中，考虑到中间隔 条1-3-3、外侧隔条1-3-4对缸套同样起到支撑作用，本实施例只在最薄弱的位置，即以上 所述的在与曲轴销轴线垂直的周向位置，对称设置两处缸套支撑凸台1-6。以上只介绍了在第一燃烧段1-1中设置缸套支撑凸台1-6的情景，在其它各个高 温段设置缸套支撑凸台的方式同上。
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使用上述缸套支撑凸台以后，可以明显减小缸套变形，延长缸套的使用寿命。上述机体用于采用曲柄圆滑块机构或者端轴-动轴机构的内燃机机体，即获得了 本发明内燃机的实施例。上述机体用于采用曲柄圆滑块机构或者端轴_动轴机构的压缩机，即获得了本发 明压缩机的实施例。用于压缩机时，本发明所述的高温段是指压缩机机体的气缸和内燃机 机体气缸的高温段相应的位置。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰 也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种无连杆往复 旋转运动转换装置使用的机体，该机体与气缸套配合处的气缸内壁设置环状凹入的水套凹槽，该水套凹槽和放置在气缸中的缸套外径面配合形成环形水套；其特征在于，在所述水套凹槽的槽底设置有至少一个凸台，在缸套装入后，所述凸台的顶面能够抵靠缸套的外径面；并且该凸台不会将环形水套腔体隔断；所述凸台称为缸套支撑凸台。
2.根据权利要求1所述的无连杆往复-旋转运动转换装置使用的机体，其特征在于，所 述缸套支撑凸台以垂直该机体的主轴孔轴线的方向延伸。
3.根据权利要求1所述的无连杆往复-旋转运动转换装置使用的机体，其特征在于，所 述缸套支撑凸台延伸的位置范围在气缸缸口的缸套支撑肩和水套凹槽下部的封水圈之间 的中部位置。
4.根据权利要求1所述的无连杆往复-旋转运动转换装置使用的机体，其特征在于，所 述缸套支撑凸台为多个，并且在周向上勻部。
5.根据权利要求1所述的无连杆往复-旋转运动转换装置使用的机体，其特征在于，所 述缸套支撑凸台的顶面采用与所述缸套外径面吻合的弧形。
6.根据权利要求1所述的无连杆往复-旋转运动转换装置使用的机体，其特征在于，至 少一个所述缸套支撑凸台设置在与曲柄销轴线垂直的周向位置。
7.一种内燃机，采用曲柄圆滑块机构或者端轴-动轴机构，其特征在于，其机体采用权 利要求1至权利要求6任意一项所述的机体。
8.—种压缩机，采用曲柄圆滑块机构或者端轴-动轴机构，其特征在于，其机体采用权 利要求1至权利要求6任意一项所述的机体。
全文摘要
本发明提供一种无连杆往复-旋转运动转换装置使用的机体，该机体与气缸套配合处的气缸内壁设置环状凹入的水套凹槽，该水套凹槽和放置在气缸中的缸套外径面配合形成环形水套；在所述水套凹槽的槽底设置有至少一个凸台，在缸套装入后，所述凸台的顶面能够抵靠缸套的外径面；并且该凸台不会将环形水套腔体隔断；所述凸台称为缸套支撑凸台。本发明同时提供使用上述机体的内燃机以及压缩机。本发明提供的无连杆往复-旋转运动转换装置机体，在气缸高温段的水套凹槽的槽底设置有至少一个缸套支撑凸台，该缸套支撑凸台能够抵靠缸套的外径面，支撑缸套侧壁面，明显延长缸套的使用寿命。
文档编号F02F1/14GK101963108SQ20101051261
公开日2011年2月2日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者黎明, 黎正中 申请人:北京中清能发动机技术有限公司