专利名称：全力做功内燃机的制作方法
国内外现行使用的汽车发动机一般都还是传统的曲柄连杆往复活塞式内燃机。这种内燃机做功时是由燃气的膨胀力推动活塞作直线运动，活塞的推动力是通过连杆使曲轴作园周运动，对外输出扭矩。长期的实践证明，这种结构给内燃机带来许多弊病。最大的缺点是功率太低。设，推动活塞的最高压力为P，其最高压力一般出现在曲轴转角10°-15°时，高速柴油机一般出现在6°-15°时，由计算可知，推动曲轴旋转的切向分力为0.15P-0.3P，而沿曲轴中心线方向的分力为0.99P-0.95P，这说明只有一小部分压力被用来做功，而极大部分压力被曲轴抵消掉了，不仅动力浪费大而且加速了机件的磨损，甚至损坏机件，使曲轴产生变形。发明名称为曲柄园滑块往复活塞式内燃机，专利号为85100358号的发明者用一个偏心半径等于曲轴半径的园滑块取代传统的曲柄连杆式内燃机中的连杆，将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动，克服了连杆造成的弊病，但没有解决分力做功的问题。
本发明的目的是要使气缸中的燃气膨胀力能最大限度地被利用，也就是整个做功行程都是全力做功，克服传统的曲柄连杆式内燃机几乎所有的弊病，使其功率达到传统的曲柄连杆式内燃机的六倍以上。
本发明是这样实现的如
图1(整机结构原理示意图)所示，本发明内燃机是由一个气缸体1，一个飞轮11(兼做棘轮)装配在气缸体1的中央[图2(配气传动示意图)的A-A剖面的Ⅲ的中央]，以飞轮轴30为园心，在飞轮11的同一平面内沿气缸体1半径和气缸的曲率半径相吻合的同一园周上，以相同的园周方向均匀对称地分布四个相同的气缸6(气缸套)，四个活塞及其活塞杆的曲率半径和气缸是一致的，其中气缸(1)和气缸(2)的活塞杆8-1和8-2不带齿条;气缸(3)和气缸(4)的活塞杆8-3和8-4(兼做环形齿条，如放大图
及其F-F剖面所示)分别与齿轮12-1和齿轮12-2相啮合;气缸(1)和气缸(3)的活塞杆与一对以飞轮轴30为园心(支点)的杠杆力臂9-1的两头刚性连接。杠杆力臂9上刚性连接的棘爪主体10上装有棘爪50与棘轮(飞轮11)相啮合组成顺时针传递动力的棘轮机构(也可以采用别的办法传递动力)，由飞轮轴30对外输出扭矩。气缸(2)和气缸(4)同上面的(1)和(3)两个气缸的情形一样。四个气缸的活塞连续往复运动是通过偏心轮20的顺时针旋转迫使齿条25作往复直线运动，带动一组传动变速齿轮31-1和31-2作摆动[图2(配气传动示意图)及图4(B-B剖面展开图所示]，实现四个行程的连续运动;配气凸块齿圈13在配气齿轮14的带动下作反时针旋转实现四个气缸的配气职能。齿轮32和配气齿轮14啮合实现准时点火或喷油职能。油泵齿轮26在油泵动力齿轮27的带动下输出压力油推动油马达齿轮24带动齿轮18旋转，实现发动机持续不断地工作。
本发明内燃机是这样工作的如图1(整机原理示意图)和图2(配气传动示意图)所示。开始运行手摇起动齿轮33-2(装有滚柱式超越离合器如图1和图7所示)起动时让其与配气齿轮14啮合作顺时针摇转，配气齿轮14作反时针旋转一是带动配气凸块齿圈13作反时针旋转(内啮合，如图2的放大图
所示);二是带动齿轮32转动(喷油泵、输油泵或汽油泵、分电器的动力齿轮);三是带动齿轮18作顺时针旋转(18和20都是固装在偏心轮轴19上)通过滚针轴承21(2个)和滚针轴承23(4个)的作用下[如图5(C-C展开旋转)所示]迫使齿条主体22开始作往复直线运动，齿条25带动齿轮28作摆动(开始时是作反时针旋转)通过变速齿轮31-1和传动齿轮31-2带动与其啮合的活塞杆齿条8-3绕飞轮轴30作反时针旋转，使气缸(1)和气缸(3)的活塞由外向里运动，因使活塞杆齿条8-4旋转的传动齿轮少一个，所以两对杆杠力臂9-1和9-2绕飞轮轴30作剪刀型运动。如图1(整机结构原理示意图)所示设气缸(1)是做功终点，气缸(2)是压缩终点，气缸(3)是吸气终点，气缸(4)是排气终点。四个气缸控制进排气阀门开闭的位置(图1和图2标上度数是为了便于说明)气缸(1)在54°的地方，气缸(2)在144°，气缸(3)在234°，气缸(4)在324°。四个气缸的活塞开始作第一行程由图2(配气传动示意图)所示54°-36°之间是排气凸块，气缸(1)的排气阀打开作排气行程;144°-126°之间没有进排气凸块，气缸(2)的进排气阀都是关闭的，进行做功行程;234°-216°之间没有进排气凸块，气缸(3)的进排气阀也都是关闭的，进行压缩行程;324°-306°之间是进气凸块，气缸(4)的进气阀打开作吸气行程。第二个行程气缸(1)因36°-18°之间为吸气凸块作吸气行程;气缸(2)因126°-108°之间为排气凸块是排气行程;气缸(3)因216°-198°之间没有进排气凸块是做功行程;气缸(4)因306°-288°之间没有进排气凸块是压缩行程。第三行程、第四行程依次类推。四个缸的做功顺序是(1)(2)(3)(4)。
油泵动力齿轮27(固定在飞轮轴30上)带动油泵齿轮26，输出的压力油通过减压阀一路用于各润滑部位;另一路进入油马达(油马达齿轮24)带动齿轮18旋转，这样，内燃机就可以连续可靠地工作。
油泵输出的压力油经过配置的单向阀、溢流阀、蓄压器、减压阀等液压元件进入油马达。蓄压器所蓄存的液压能除可调节系统中的油压外，还可以作为内燃机的起动的动力。停车时关闭蓄压器阀门，起动时打开阀门，蓄压器的压力油便流入系统中推动油马达转动，使内燃机得以起动。在正常情况下是用蓄压器起动，手摇起动是备用机构。
本发明内燃机由于四个环形气缸对称、均匀分布在以飞轮轴30为园心的同一园周上，活塞7和活塞杆8及杠杆力臂9之间是刚性连接，活塞在气缸中始终是以飞轮轴30为园心作往复园周运动，活塞端面通过飞轮轴30，气缸中的最高压力可以出现在活塞刚换向后，根据前面所设最高压力为P，那末推动活塞作园周运动的力为P，即推动杠杆力臂9作园周运动的力为P(在气缸容积、燃油量相同的条件下)P与0.15P之比为6.66倍，并且整个做功行程都是全力做功。这就是本发明内燃机的功率是传统的曲柄连杆式内燃机功率的六倍以上的理论根据。此外，本发明内燃机还有以下优点1、本发明内燃机的运行、配气是严密的、协调的，工作可靠。偏心轮20作顺时针每转半周，配气凸块齿圈13反时针转过一个行程位置，四个气缸都同时完成一个行程，即一个缸吸气，一个压缩;一个做功，一个排气。配气凸块齿圈13是以飞轮轴30为园心由6个滚针轴承定心。如图1和图4及另件号29的放大图所示。6对锥形滚针承轴16，如图6(图2的D-D剖面)所示，其锥度应与配气凸块齿圈13吻合。由于齿轮32(汽油泵、分电器或喷油泵、输油泵动力齿轮)和配气齿轮14啮合，所以柴油机能准时喷油，汽油机能准时点火。
2、油泵和油马达之间可由溢流阀、蓄压器、减压阀调定系统中的油压，这样，系统中的压力、气缸的点火或喷油时刻等许多参数都可优化，选择最佳值。汽油机的压缩比在设计时就可以选定最佳值。
3、本发明内燃机四个缸活塞的运行速度是相同的，做功的燃气压力在骤然升到最高值后逐渐下降，开始时高于系统中的油压，一定时间后低于系统中的油压，由油压推动完成另一个缸的压缩行程，在接近终点时燃气开始燃烧膨胀克服惯性力换向进入做功行程。由于运动成剪刀型，活塞、活塞杆和杠杆力臂的质量惯性力大小相等、方向相反、互相抵消。另外，偏心轮20造成的惯性力可以平衡消除，齿条主体往复直线运动的惯性力也可以平衡消除，如果不进行平衡消除，由于齿条主体往复行程很短，质量小，其振动很小。
4、由于活塞、活塞杆和杠杆力臂之间为刚性连接，在离心力作用下也不会对气缸壁产生侧压力，只要是通过以飞轮轴为园心开的活塞环槽其截面是园形的，活塞环与气缸壁的接触始终是园形的，所以气缸的密封性很好，不存在传统的曲柄连杆式内燃机由于连杆造成的侧压力、漏气等弊病。
5、润滑条件要比传统内燃机好得多，机件寿命长，磨擦损失小，气缸(气缸套)的润滑可采取喷射的办法。如图1的G-G剖面图所示，能使气缸润滑充分、均匀、适当。刮油环刮下的油可自行流回油底壳(图上未画出)，因气缸(2)口朝上可采用吸附的办法或装上吸油性好的材料，定期更换。
6、气缸均匀对称地分布在同一园周上散热性好，便于冷却。
7、本发明内燃机便于借鉴传统内燃机长期积累的经验，给试制带来很多有利条件。
8、本发明内燃机结构紧凑，比体积小，加工方便，但环形气缸在现有设备条件下加工较困难，但根据其运行特点，设想将活塞换成能自转的刀具或砂轮进行镗削或磨削的专用设备气缸的加工就不难，这样的设备是可以做得出来的。
9、本发明内燃机可以做成八个气缸或更多气缸的内燃机用于要求功率很大的地方，也可以采取加大缸径或增加气缸长度等办法增加功率。棘轮机构可以传递很大的动力，因为棘齿较长。每一对杠杆力臂固装两个棘爪主体，每个棘爪主体装有多个棘爪，每个棘爪和棘轮齿啮合间隙都不同。如图1中的放大图
所示的b和b′两个面，只要在结构上采取措施，每次啮合总会有的棘爪和棘齿两个面(b和b′)很接近，活塞换向时速度由零开始做加速运动，所以b和b′两个面在活塞一换向时就贴在一起。不会发生碰撞。a和a′两个面的接触由于先接触橡胶垫片51所以不会发生响声。
10、本发明内燃机用途广泛;汽车、轮船、发电等许多领域。可使用汽油、柴油、天然气、工业煤气等多种燃料。是个切实可行的方案。
另件序号1-气缸体 2-弹簧 3-排气阀 4-进气阀 5-气缸盖 6-气缸(1)、(2)、(3)、(4))7-活塞 8-12活塞杆 8-34活塞杆(环形齿条) 9-12杠杆力臂 10-棘爪主体 11-飞轮(棘轮)12-12齿轮 13-配气凸块齿圈 14-配气齿轮 15-配气凸块(排气) 16-锥形滚针轴承 17-配气凸块(进气) 18-齿轮 19-偏心轮轴 20-偏心轮 21-滚针轴承 22-齿条主体 23-滚针轴承 24-油马达齿轮 25-齿条 26-油泵齿轮 27-油泵动力齿轮 28-齿轮 29-滚针轴承 30-飞轮轴 31-1传动变速齿轮 31-2传动齿轮 32-(汽油泵、分电器或喷油泵、输油泵)齿轮 33-1十字空心轴 33-2手摇起动齿轮(超越离合器) 34-键 35-润滑油管 36-轴承 37-变速齿轮 38-变速齿轮付轴 39-变速箱 40-离合器 41-付轴齿轮 42-活动支点铰连 43-摇臂 44-气门 45-进排气歧管 46-1进气管 46-2排气管 47-大油孔(接油管) 48-喷油孔 49-弹簧片 50-棘爪 51-橡胶垫片补正表
权利要求
1.本发明内燃机是由气缸体1，气缸(气缸套)6，活塞7，活塞杆8，杠杆力臂9，飞轮11，棘轮机构，配气块齿圈13和摇臂43，气门44，进排气管等组成的配气机构，一组传动变速齿轮及用于润滑和内燃机起动、持续运转的液压系统，点火或喷油动力齿轮32，手摇起动机构33等组成。其特征是(1)、气缸6(气缸套)，数量为偶数，气缸的形状是环形的，其曲率半径相同，通过其园心的横截面是园形的，所有的气缸都是以飞轮轴30为园心，在飞轮11的同一平面内，与气缸的曲率半径相吻合的同一园周上以相同的园周方向均匀对称地分布在气缸体1内。(2)、活塞7和活塞杆8的曲率半径与气缸是一致的，并且活塞7和活塞杆8及杠杆力臂9之间刚性连接，以飞轮轴30为园心，沿气缸6(气缸套)的中心园周往复运动。(3)、杠杆力臂9上刚性连接装有棘爪50的棘爪主体10和兼做棘轮的飞轮11相啮合组成棘轮机构传递动力，由飞轮轴30对外输出扭矩。(4)、在飞轮轴30上固装一个齿轮27带动油泵齿轮26输出压力油推动油马达齿轮24带动固装在偏心轮轴19上的齿轮18旋转一是带动配气凸块齿圈13旋转；二是偏心轮20推动齿条主体22作往复直线运动，带动一组传动变速轮作摆动通过杠杆力臂9使活塞7作持续往复园周运动。(5)、通过与配气齿轮14啮合的齿轮32实现准时点火或喷油的燃料供给系统。(6)、一个开有滚柱槽的齿轮33-2装在一个十字空心轴33-1上，在滚柱槽内装有滚柱组成一个滚柱式超越离合器并能在需要用手摇动时才与配气齿轮14相啮合的手摇起动机构作备用起动机构。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征是活塞7与活塞杆8刚性连接处里面钻有油道47，其园周方向钻有喷油孔48，压力油通过喷油孔48喷射在气缸壁四周上，活塞杆8的下面是槽形的，里面装有油管，在活塞杆8中有的活塞杆兼做环形齿条。
3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征是每根杠杆力臂9中间以飞轮轴30为支点，在和棘轮对应的两端固装装有棘爪50的棘爪主体10，每个棘爪主体装有多个棘爪并和棘轮齿的啮合间隙都不同，棘爪只能顺时针传递动力，棘爪上面装有弹簧片。下端头部与棘爪主体接触部位装有耐油橡胶垫片。
4.根据权利要求1所述的内燃机，其特征是配气凸块齿圈13一侧是齿圈，另一侧是进排气凸块，配气凸块齿圈13是以飞轮轴30为园心，在它的外园周的气缸体上均匀地装有适当个数的滚针轴承定心，用适当数量的锥形滚针轴承承受配气凸块齿圈前后方向的负荷。
5.根据权利要求1所述的内燃机，其特征是在液压系统中装有蓄压器用于起动和平衡系统中的油压。
6.根据权利要求1所述的内燃机，其特征是齿条主体22装有两个滚针轴承21和偏心轮20相接触，在气缸体上至少装有四个滚针轴承迫使齿条主体22作往复直线运动。
全文摘要
一种四行程活塞作圆周往复运动的环形气缸内燃机，一个飞轮装在气缸体的中央，在飞轮的同一平面内，以飞轮轴为圆心，在同一圆周上均匀对称地分布四个曲率半径和所在的圆周相吻合的环形气缸，用同一对杠杆力臂以飞轮轴为支点将对称的两个气缸的活塞刚性连接，做功时两对杠杆力臂作剪刀型运动。杠杆力臂和飞轮组成的棘轮机构顺时针传递动力，由飞轮轴输出扭矩。其最大优点是整个做功行程都是全力做功，功率是传统内燃机的六倍以上。
文档编号F02B75/26GK1044697SQ89100679
公开日1990年8月15日 申请日期1989年2月1日 优先权日1989年2月1日
发明者黄成生 申请人:黄成生