专利名称：往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机。
背景技术：
发动机是把燃烧燃料的热能转换成为机械功的机器，由热能向机械能转换的过程中需要运动机构来实现，在广泛应用的曲柄连杆机构中，其往复惯性力在二气缸发动机上无法对外实现完全平衡。往复惯性力和往复惯性力产生的力矩会引起机座的震动，加速了与发动机相连接的仪器和设备的损坏，特别在车用发动机上往复惯性力引发的震动影响汽车地盘的使用寿命和车内乘坐的舒适性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在二气缸发动机上实现往复惯性力的对外完全平衡，偶倍数多缸发动机用二气缸发动机叠加组合成无往复惯性力发动机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案结合
如下利用螺旋传动原理实现可逆的回转运动变为直线运动。其结构特征在于单个零件螺旋凸轮体8结构形状的对称性；两个相同结构形状的运动零件和非运动零件在结构布置上也同样具有对称性。
具体方案是无往复惯性力发动机，由功率产生部分、功率输出和附件部分组成，功率产生部分的气缸为偶数气缸，螺旋凸轮体8安装在发动机体7的轴承座10上，在发动机体7的两端顺序安装有花键孔板4、气缸体3、气缸盖2、气门罩盖1，与活塞15相连的轴22采用T型结构，横向轴的两端分别装有滚轮23，并且滚轮23又被安装在螺旋凸轮体8的活塞凸轮槽13内，单个零件螺旋凸轮体8结构形状及所有两个相同结构形状的运动零件和非运动零件在结构布置上具有对称性。
所说的螺旋凸轮体8在X、Y、Z空间直角坐标系中，受轴承座10内轴承瓦9的限制，即不能沿着X轴、Y轴、Z轴三个方向移动，也不能绕X轴、Z轴两个方向的转动，只允许绕Y轴一个方向的转动。
所说的X轴和Z轴构成的平面的上方和下方，螺旋凸轮体8上有三对相同名字的螺旋凸轮曲线12、13、14，每一对曲线之间的结构形状完全相同，并且形状和位置对称于该平面。
所说的在X轴和Z轴构成的平面的上方和下方，两个相同名字的零件在结构形状和使用的材料完全相同，安装位置对称于该平面。
所说的在X轴和Z轴构成的平面的上方和下方，两个相同名字作往复运动零件的运动方向完全相反。
所说的在X轴和Z轴构成的平面的上方和下方，两个相同名字作旋转运动零件的转动方向完全相反。
所说的在X轴和Z轴构成的平面的上方和下方，处在对称该平面位置的两个相同名字作复合运动的零件，其往复运动方向完全相反，转动方向也完全相反。
所说的花键T型轴22的竖向轴可以采用空心或实心，可以一根或多根，横向轴的两端的滚轮23也可以为滑轮。竖向轴的外部为花键结构。
所说的偶数气缸为由二气缸发动机叠加组合成为偶数的多缸机，或由偶数的多缸发动机拆解成为二气缸发动机，或在使用过程中随时进行叠加和拆解。
所说的叠加后的二气缸发动机的结构形状完全相同，但结构尺寸大小可以等于或者成比例的小于原来的二气缸机。
所说的偶数气缸为六个以上时，其组合方式为每二个对称气缸轴线的连线呈直线排列，或者呈非直线排列。
本发明的有益效果是可以解决目前偶数气缸发动机中存在的往复惯性力不能完全平衡问题，为了在实现热能向机械能转换中，提供一种对外完全没有往复惯性力，其中也包括配气机构的往复惯性力和摇臂的旋转惯性转矩完全平衡的新型偶数气缸发动机。
图-1三组对称螺旋凸轮曲线槽的布置示意图。
图-2无往复惯性力发动机螺旋凸轮机构中的往复和旋转运动件。
图-3(a)无往复惯性力发动机结构原理图的主视图。
图-3(b)是图-3(a)的侧视图。
图-3(c)是图-3(a)的俯视图。
图-4无往复惯性力发动机主要零件安装示意图。
图-5(a)两个无往复惯性力发动机叠加的结构原理二视图。
图-5(b)是图-5(a)的俯视图。
图中1-气门罩盖 2-气缸盖 3-气缸体 4-花键孔板 5-螺旋凸轮盖螺钉 6-螺旋凸轮盖 7-发动机体 8-螺旋凸轮体 9-轴承 10-轴承座 11-起动机 12-排气门凸轮槽 13-活塞凸轮槽 14-进气门凸轮槽 15-活塞 16-活塞螺钉 17-喷油器 18-进气道 19-气门弹簧20-排气道 21-气缸盖螺钉 22-花键T型轴 23-滚轮 24-功率输出轴 25-齿轮箱 26-油底壳 27-冷却水出口 28-分电器齿轮 29-发电机齿轮 30-正时齿轮 31-水泵齿轮 32-输出轴齿轮 33-机油泵齿轮 34-轴承盖 35-轴承盖螺钉 36-摇臂 37-进气门 38-进气门推杆 39-进气凸轮滑块 40-进气凸轮滑块座 41-排气门推杆 42-排气凸轮滑块座 43-排气凸轮滑块 44-螺旋凸轮体齿轮 45-气缸体冷却水套 46-气缸盖冷却水套 47-火花塞48-冷却水进 49-新发动机体 50-中间齿轮 51-中间齿轮支架 52-发动机齿轮箱支撑座53-两个机体支撑座
具体实施例方式
下面结合附图所示实施例对本发明进一步说明。
例1参阅图-1本发明的无往复惯性力发动机螺旋凸轮曲线槽的结构形状和布置示意图。该图为螺旋凸轮体8绕Y轴线的360°展开图，图中有三对螺旋凸轮曲线槽12、13、14，它们每对之间的形状相同、相位相同并且完全对称于X轴。它们分别是进气凸轮曲线槽14、排气凸轮曲线槽12和活塞凸轮曲线槽13。在每对曲线槽内分别安装着进气凸轮滑块39、排气凸轮滑块43和滚轮23。
在X轴方向的XJ和XP，分别为进气凸轮滑块39和排气凸轮滑块43相对于滚轮23在0°时的初相位角，滚轮23在0°位置叫压缩上止点TDC。
当螺旋凸轮体8绕Y轴转动时，分别将进气凸轮滑块39和排气凸轮滑块43和滚轮23变换成为沿Y轴方向的往复直线运动。
在X轴线上下方的两个进气凸轮滑块39、两个排气凸轮滑块43和两对滚轮23之间的运动时间同步，并且运动方向完全相反。
参阅图-2无往复惯性力发动机螺旋凸轮机构中的往复和旋转运动件。活塞15被活塞螺钉16连接到花键T型轴22的竖向轴上。T型轴22的横向轴两端分别装着一个滚轮23。当螺旋凸轮体8和螺旋凸轮盖6固定在一起转动时，在Z轴线上面和下面处在对称位置的滚轮23做往复运动的同时也进行绕各自T型轴22上横向轴的转动，其两个滚轮23之间往复运动方向相反，旋转动方向也相反，花键T型轴22和活塞15做往复运动。由于进排气门的工作方式完全相同，以进气门37为例说明配气机构的运动方式。进气门37打开是经过摇臂36、进气门推杆38和进气凸轮滑块39由螺旋凸轮体8转动控制，其中进气门37、气门弹簧19、气门推杆38做往复运动，摇臂36做来回的绕轴转动。由于其各个相同名字零件的结构形状和使用的材料完全相同，零件布置上下完全对称Z轴，运动时间同步并且运动方向完全相反，Z轴线上方的每个零件产生的往复惯性力和旋转惯性力矩时时刻刻和Z轴线下方的每个相同零件之间所产生的往复惯性力和旋转惯性力矩完全抵消。
参阅图-3(a，b，c)无往复惯性力发动机的结构原理三视图。从侧视图可以看出总体结构可分为两个部分。一个部分为上下对称的功率产生部分，另一个部分为功率输出和主要附件部分。
功率产生部分的结构原理如下螺旋凸轮体8被安装在发动机体7的轴承座10上。用螺旋凸轮盖螺钉5把两个螺旋凸轮盖6分别安装在螺旋凸轮体8的两端。在发动机体7的两端顺序安装有花键孔板4、气缸体3、气缸盖2、气门罩盖1。花键孔板4的功用是防止花键T型轴22绕Y轴转动，只允许花键T型轴22做上下往复运动。在作功行程中，两个活塞分别推动两个花键T型轴22向中间移动，花键T型轴22上的滚轮23拨动螺旋凸轮体8旋转，旋转的反作用转矩经过花键T型轴22传给花键孔板4。进气凸轮滑块39和排气凸轮滑块43分别用进气凸轮滑块座40和排气凸轮滑块座42支撑。
功率输出和主要附件部分的结构原理如下螺旋凸轮体8上的齿轮44把功率传给齿轮箱25内的输出轴齿轮32，齿轮44和输出轴齿轮32齿数相等，输出轴齿轮32和正时齿轮30都固定在功率输出轴24上，既输出轴齿轮32、功率输出轴24、正时齿轮30的转速和螺旋凸轮体8的转速相同，但方向相反。正时齿轮30同时驱动着分电器齿28、发电机齿轮29和水泵齿轮31，但是分电器齿轮28必须和正时齿轮30的齿数相等，这样正时齿轮30和螺旋凸轮体8转速相同，才能保证点火正时同步。起动机11安装在齿轮箱25上端，起动机11通过输出轴齿轮32转动螺旋凸轮体8起动发动机。机油泵齿轮33在发动机体7内部，直接由螺旋凸轮体8上的齿轮44驱动。油底壳26安装在发动机体7上。
无往复惯性力发动机主要零件安装示意图，如图-4所示。以发动机体7为核心，先安装里面的零件后安装外面的零件。其安装顺序是①在X轴方向先把一个轴承瓦9放入轴承座10上，然后把螺旋凸轮体8放入轴承瓦9里，再把另一个轴承瓦9放入轴承盖34上，最后用轴承盖螺钉35把它们都固定在轴承座10上。②螺旋凸轮体8安装后，应该在Y轴方向顺序安装，先把两个滚轮23分别安装到花键T型轴22的横向轴两端，然后把两个滚轮23放入螺旋凸轮体8的活塞凸轮槽内，再后用螺旋凸轮盖螺钉5将螺旋凸轮盖6固定到螺旋凸轮体8上。③把花键孔板4套入到花键T型轴22的竖向花键轴上。④气缸体3放到花键孔板4上面。⑤活塞15放入气缸体3中，并用活塞螺钉16把活塞15和花键T型轴22的竖向轴端相连接。⑥用气缸盖螺钉21把气缸盖2、气缸体3和花键孔板4都固定到发动机体7上。⑦Y轴方向零件都安装以后，再把X轴方向的机油泵总成和油底壳26安装到发动机体7上。
例2参阅图-5(a，b)本发明的无往复惯性力发动机的偶数多缸机可以方便叠加组合，见两个无往复惯性力发动机叠加的结构原理二视图。后叠加的二气缸发动机只包括功率产生部分，不含齿轮箱和主要附件部分。只需改变原发动机体7的结构把它与新发动机体49相连接，并增加一个中间齿轮50连接两个螺旋凸轮体齿轮44用来传递功率，中间齿轮支架51固定在新发动机体49上。但在叠加过程中，对汽油机而言二根高压线的分电器要改成四根高压线的分电器，对柴油机而言二个缸的高压泵要改成四个缸的高压泵。一旦使用过程中不需要四缸发动机时，只用二气缸发动机就能满足功率要求时，又可以把新发动机体49连同中间齿轮支架51一起拆除，四气缸发动机又可改变成为二气缸发动机。二气缸和四气缸发动机的安装底座都用三个支撑点，一个是发动机齿轮箱支撑座52，另外两个是在发动机体上对称X轴线的两个机体支撑座53。
后叠加的二气缸发动机的结构形状完全相同，但结构尺寸可以等于或者小于原来的二气缸机，既根据使用功率的大小要求，成倍或者部分的增加功率，特别是在使用过程中可以较方便的随时叠加或者拆解，满足使用功率范围要求。
六个气缸以上无往复惯性力发动机的偶数多缸机的组合方式为气缸轴线的连线也可以像图-5那样，把两个无往复惯性力发动机的气缸轴线的连线呈直线排列，也可以呈非直线排列。
权利要求
1.一种往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机，由功率产生部分、功率输出和附件部分组成，其特征在于功率产生部分的气缸为偶数气缸，螺旋凸轮体(8)安装在发动机体(7)的轴承座(10)上，在发动机体(7)的两端顺序安装有花键孔板(4)、气缸体(3)、气缸盖(2)、气门罩盖(1)，与活塞(15)相连的轴(22)采用T型结构，横向轴的两端分别装有滚轮(23)，并且滚轮(23)又被安装在螺旋凸轮体(8)的活塞凸轮槽(13)内，单个零件螺旋凸轮体(8)结构形状及所有两个相同结构形状的运动零件和非运动零件在结构布置上具有对称性。
2.根据权利要求1所述的往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机，其特征在于所说的螺旋凸轮体(8)在X、Y、Z空间直角坐标系中，受轴承座(10)内轴承瓦(9)的限制，即不能沿着X轴、Y轴、Z轴三个方向移动，也不能绕X轴、Z轴两个方向的转动，只允许绕Y轴一个方向的转动。
3.根据权利要求1或2所述的往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机，其特征在于所说的X轴和Z轴构成的平面的上方和下方，螺旋凸轮体(8)上有三对相同名字的螺旋凸轮曲线(12、13、14)，每一对曲线之间的结构形状完全相同，并且形状和位置对称于该平面。
4.根据权利要求1所述的往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机，其特征在于所说的在X轴和Z轴构成的平面的上方和下方，两个相同名字的零件在结构形状和使用的材料完全相同，安装位置对称于该平面。
5.根据权利要求1所述的往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机，其特征在于所说的在X轴和Z轴构成的平面的上方和下方，两个相同名字作往复运动零件的运动方向完全相反。
6.根据权利要求1所述的往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机，其特征在于所说的在X轴和Z轴构成的平面的上方和下方，两个相同名字作旋转运动零件的转动方向完全相反。
7.根据权利要求1所述的往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机，其特征在于所说的在X轴和Z轴构成的平面的上方和下方，处在对称该平面位置的两个相同名字作复合运动的零件，其往复运动方向完全相反，转动方向也完全相反.
8.根据权利要求1所述的往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机，其特征在于所说的花键T型轴(22)的竖向轴可以采用空心或实心，可以一根或多根，横向轴的两端的滚轮(23)也可以为滑轮。
9.根据权利要求1所述的往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机，其特征在于所说的偶数气缸为由二气缸发动机叠加组合成为偶数的多缸机，或由偶数的多缸发动机拆解成为二气缸发动机，或在使用过程中随时进行叠加和拆解。
10.根据权利要求1或9所述的往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机，其特征在于所说的叠加后的二气缸发动机的结构形状完全相同，但结构尺寸大小可以等于或者成比例的小于原来的二气缸机。
11.根据权利要求1所述的往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机，其特征在于所说的偶数气缸为六个以上时，其组合方式为每二个对称气缸轴线的连线呈直线排列，或者呈非直线排列。
全文摘要
本发明涉及一种往复惯性力对外完全平衡的偶数气缸发动机。主要解决在二气缸发动机上实现往复惯性力的对外完全平衡，偶倍数多缸发动机可用二气缸发动机叠加组合问题。技术方案是它由功率产生部分、功率输出和附件部分组成，功率产生部分的气缸为偶数气缸，螺旋凸轮体安装在发动机体的轴承座上，在发动机体的两端顺序安装有花键孔板、气缸体、气缸盖、气门罩盖，与活塞相连的轴采用T型结构，竖向轴的内部为空心或非空心，外部为花键结构，横向轴的两端分别装有滚轮或者滑块，并且滚轮又被安装在螺旋凸轮体的活塞凸轮槽内，单个零件螺旋凸轮体结构形状及所有两个相同结构形状的运动零件和非运动零件在结构布置上具有对称性。
文档编号F02B75/18GK1793625SQ20051011912
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月28日 优先权日2005年12月28日
发明者方显忠 申请人:吉林大学