专利名称：盘式活塞内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机，特别是一种活塞式内燃机。
背景技术：
内燃机是一种能量转换装置，将汽油、柴油、天然气等物质的化学能通过在汽缸中燃烧转化为热能，热能通过膨胀转化为机械能，对外做功。活塞式内燃机将化学能在汽缸中转化为热能后，热能膨胀，带动活塞运动，从而将热能转化为机械能，再通过曲柄连杆机构将能量转化为曲轴转动的转矩，对外做功。曲柄连杆机构是盘式活塞内燃机的主要工作机构，由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组组成。机体组是发动机的骨架。活塞连杆组是活塞的往复运动与曲轴转动的联动组件，在做功冲程中将活塞往复运动的能量转化成曲轴转动的转矩。曲轴飞轮组包括曲轴和飞轮，曲轴对外输出做功，飞轮作为惯性机构，在做功冲程后依靠惯性通过连杆带动活塞往复运动，为其他3个冲程做准备。现有往复式活塞内燃机内燃机多为四冲程内燃机，四冲程内燃机的一个工作循环包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在做功冲程中活塞连杆组将活塞往复运动的能量转化成曲轴及飞轮转动的转矩。在其他3个冲程，活塞依靠飞轮的转动惯性作往复运动。目前，往复式活塞内燃机使用曲柄连杆连杆机构传递功率，存在因力矩改变而引起的功率损耗及汽缸磨损的问题
1、在做功冲程起始时刻，活塞位于上止点，活塞连杆与曲轴在同一竖直平面内，活塞连杆对曲轴的作用力矩为0，此时燃料爆炸产生的作用力最大，但作用力方向与作用点线速度方向垂直，没有起到推动曲轴转动的作用，功率损耗较大。2、当活塞从上止点运行到活塞下止点的这一过程中。在上止点时，由于采用曲轴连杆结构，没有把活塞上的压力转化为曲轴扭力，而是直接向下压曲轴，由于采用轴瓦结构，相当于增加了曲轴对轴瓦的压力，曲轴与轴瓦之间的滑动摩擦力增加，这就增加了曲轴运行时的阻力，使内燃机效率下降。随着曲轴的转动，还会有偏缸的现象，活塞连杆与重力方向的夹角增大，作用活塞上的沿重力方向的压力会沿着水平方向和活塞连杆方向分解， 产生一个水平方向的分力使活塞压向缸壁，增加活塞与缸壁间的摩擦阻力，造成内燃机效率下降，这也是造成汽缸磨损加快的主要原因。3、曲轴转动的稳定性较差，由于四冲程往复活塞内燃机的四个冲程中有三个冲程是不输出功率的，这就使得一个汽缸多对应的曲柄每旋转两周的过程中只有半周的时间是在做功，导致内燃机的功率、扭矩输出非常的不均勻，尽管现在采用多缸的结构来减小这个，但仍然不能完全消除。
发明内容
本发明要解决的技术问题提供一种新的内燃机结构，以解决现有往复式活塞内燃机因使用曲柄连杆机构传递功率所带来的功率损耗、汽缸磨损及功率输出不稳定的问题。本发明技术方案
一种盘式活塞内燃机，包括汽缸、活塞、活塞连杆、主轴、进气门和排气门，其特征在于 汽缸为环形柱状汽缸，底部有两个以上的凸块，汽缸中设有活塞，活塞为环形活塞，底部与凸块配合，活塞通过活塞连杆连接的轴套，轴套装在主轴上，主轴上设有气门控制机构；汽缸上设有进气门和排气门。汽缸上方设有汽缸顶盖，汽缸顶盖为环形柱状，汽缸及汽缸顶盖的侧壁上下配合形成内外两道导向槽，导向槽的起伏与凸块的起伏相同。活塞连杆为T字形，其下端连接活塞，水平两端通过轴承安装在汽缸侧壁的两道导向槽中。凸块共有4个，凸块的上表面为扇形的平面，左表面为上升的螺旋面，右表面为下降的螺旋面，右表面的下侧开设有燃烧室。排气门和进气门设在燃烧室底部。气门控制机构为双圆环形，外环上有进气门控制道，内环上有排气门控制道。主轴沿其轴线方向安装4个平键，每个平键的长度大于活塞的轴向厚度，轴套内开设有十字形键槽，键槽内壁上安装有小钢珠，与平键配合。汽缸侧面缸壁的最低高度是活塞轴向厚度的两倍。同一根根主轴上可配置两个以上汽缸，每两个汽缸共用一个气门控制机构。本发明的有益效果
1、本发明做功冲程中，燃气推动活塞沿着凸块的侧面螺旋上升，其运动可分解为轴向的直线运动和圆周面内的旋转运动。活塞通过活塞连杆带动主轴一起转动，这样就将旋转的能量传递给主轴，不存在使用用曲柄连杆机构所存在的上止点的功率损耗。2、活塞与气缸中凸块的配合面位螺旋面，这样在运动时可以在大部分时间内保持面接触，密封效果比较好。3、磨损主要集中在汽缸侧壁及汽缸顶盖侧壁的边缘，因为两者上下配合所形成的缝隙作为活塞连杆的导向槽，汽缸内部的磨损很小。4、一个汽缸中活塞每旋转一周要完成间隔很短的两次做功冲程，功率及扭矩的输
出稳定。5、主轴为直轴，转动的稳定性很好，相对于现有的曲轴也更容易加工。6、特别设计的环状气门控制机构，比现有的凸轮轴结构更加巧妙，结构更简单，还可每两个汽缸共用一个气门控制机构。7、采用多缸结构时，每两个汽缸间的轴向振动可相互抵消，降低了整体的振动。8、体积小，重量轻，由于没有曲柄连杆机构，大大减小了发动机的高度，便于降低车辆的重心。
图1为本发明正向结构示意图； 图2为本发明A向结构示意图； 图3为本发明气门控制机构的示意图； 图4为本发明汽缸内部及活塞的形状示意图；图5为本发明实施例2的结构示意图。
具体实施例方式
实施例1
见图1，本实施例为单缸的内燃机。其结构汽缸1为环形柱状汽缸，底部有4个凸块 2，汽缸1中设有活塞3，活塞3为环形活塞，底部形状与凸块2形状相配合，活塞连杆4为T 字形，其下端连接活塞3，水平两端通过轴承15搭在过汽缸1的内外两侧缸壁上，靠里的一端连接在轴套5上，轴套5为圆形，中间开设有十字形的滑槽，滑槽内安装有多个小钢珠，轴套5套在主轴6上，主轴6在其轴线方向安装有4个平键7，与滑槽内安装的钢珠形成轴向的动配合，汽缸1上方设有汽缸顶盖8，汽缸1和汽缸顶盖8的内外两个侧壁壁的边缘状与凸块2的形状相吻合，并上下配合形成内外两道道宽度与轴承15直径相同的缝隙，作为活塞连杆3的导向槽。汽缸1的内外两侧的缸壁的最低处的高度是活塞3轴向厚度的两倍。 汽缸1的下方是气门控制机构12，其为双圆环形，外环为进气门控制道14，内环为排气门控制道13。如图2，凸块2的上表面为扇形的平面，左表面为上升的螺旋面，右表面为下降的螺旋面，右表面的下侧开设有燃烧室11，燃烧室11的底部设有排气门10和进气门9。工作原理活塞3在汽缸1中位置沿着凸块2变化时，活塞3与汽缸1之间所形成的空腔的体积会随之变化，根据这个变化的体积适时的进气、排气，就可以达到现有内燃机四个冲程的效果。，活塞3在汽缸1中的运动可分解为轴向的直线运动和周向的旋转运动， 轴套5和主轴6间在轴线方向是动配合，周向为静配合，这样就通过活塞连杆4和把活塞3 旋转的能量传递给主轴6，轴向的直线运动不传递给主轴6。本实施例的工作循环过程(为便于描述，如图2，4个凸块2把汽缸1分隔成a、b、 c、d四个工作腔)
如图1，起始时刻，活塞3第一次处于最低点，气门控制机构12转动到图3的位置，进气门控制道14将a，c两个工作腔中的进气门10打开，排气门9关闭，b、d两个工作腔的两个气门均关闭，工作腔b、d开始做功冲程，活塞向右旋转，同时工作腔a、c开始吸气冲程，直到活塞3沿着凸块2的上升沿上升到最高点，b、d中做功冲程结束，a、c中吸气冲程结束。活塞3第一次到达最高点后，排气门控制道13将工作腔b、d中的排气门9打开， 进气门控制道14脱离工作腔a、c中的进气门10，活塞3沿着凸块2的下降沿下降，b、d中开始排气冲程，a、c中开始压缩冲程，直至活塞3运动到最低点，排气冲程和压缩冲程结束。活塞3第二次到达最低点后，排气门控制道13脱离b、d中的排气门9，进气门控制道14打开b、d中的进气门10，b、d中开始吸气冲程，a、c中开始做功冲程，活塞3沿凸块2的上升沿上升，直至活塞3到达最高点，吸气冲程和做功冲程结束。活塞3第二次到达最高点后，进气门控制道14脱离b、d中的进气门10，排气门控制道13打开a、c中的排气门9，活塞3沿着凸块2的下降沿下降，b、d中进行压缩冲程，a、 c中进行排气冲程，直至活塞回到初始位置，压缩冲程和排气冲程结束。开始下一个工作循环。实施例2
本实施例有两个汽缸1，结构如图5所示，两个汽缸1共用一个气门控制机构1并以其为对称面对称排布，其他零件配置和实施例1 一样，每个汽缸组的工作过程也和实施例1 一样。这种双缸的结构除了可以提供更大的动力以外，还可以相互抵消轴向的振动。
实施例3
本实施例有两个汽缸1，与实施例2的区别在于，两个气缸1不是完全对称，相互错开 30°，这样的结构可以弥补单缸结构所存在的做功真空期，使得力矩输出更稳定。
权利要求
1.一种盘式活塞内燃机，包括汽缸(1)、活塞(3)、活塞连杆(4)、主轴(6)、进气门(9) 和排气门(10)，其特征在于汽缸(1)为环形柱状汽缸，底部有两个以上的凸块(2)，汽缸 (1)中设有活塞(3)，活塞(3)为环形活塞，底部与凸块(2)配合，活塞(3)通过活塞连杆(4) 连接的轴套(5)，轴套(5)装在主轴(6)上，主轴(6)上设有气门控制机构(12);汽缸(1)上设有进气门(9)和排气门(10)，汽缸(1)上方设有汽缸顶盖(8)，汽缸顶盖(8)为环形柱状， 汽缸(1)及汽缸顶盖(8)的侧壁上下配合形成内外两道导向槽，导向槽的起伏与凸块(2)的起伏相同。
2.根据权利要求1所述盘式活塞内燃机，其特征在于活塞连杆(4)为T字形，其下端连接活塞(3)，水平两端通过轴承(15)安装在汽缸(1)侧壁的两道导向槽中。
3.根据权利要求1所述盘式活塞内燃机，其特征在于凸块(2)共有4个，凸块(2)的上表面为扇形的平面，左表面为上升的螺旋面，右表面为下降的螺旋面，右表面的下侧开设有燃烧室(11)。
4.根据权利要求3所述的盘式活塞内燃机，其特征在于排气门(9)和进气门(10)设在燃烧室(11)底部。
5.根据权利要求1所述盘式活塞内燃机，其特征在于气门控制机构(12)为双圆环形， 外环上有进气门控制道(14)，内环上有排气门控制道(13)。
6.根据权利要求1所述的盘式活塞内燃机，其特征在于主轴(6)沿其轴线方向安装4 个平键(7)，每个平键(7)的长度大于活塞(3)的轴向厚度，轴套(5)内开设有十字形键槽， 键槽内壁上安装有小钢珠，与平键(7)配合。
7.根据权利要求1所述的盘式活塞内燃机，其特征在于汽缸(1)侧面缸壁的最低高度是活塞(3)轴向厚度的两倍。
8.根据权利要求1所述的盘式活塞内燃机，其特征在于同一根根主轴(6)上可配置两个以上汽缸(1)，每两个汽缸(1)共用一个气门控制机构(7 )。
全文摘要
本发明公布了一种盘式活塞内燃机，汽缸(1)为环形柱状汽缸，底部有两个以上的凸块(2)，汽缸(1)中设有活塞(3)，活塞(3)为环形活塞，底部与凸块(2)配合，活塞(3)通过活塞连杆(4)连接的轴套(5)，轴套(5)装在主轴(6)上，主轴(6)上设有气门控制机构(12)；汽缸(1)上设有进气门(9)和排气门(10)。汽缸(1)上方设有汽缸顶盖(8)，汽缸顶盖(8)为环形柱状，汽缸(1)及汽缸顶盖(8)的侧壁上下配合形成内外两道导向槽。解决了现有往复式活塞内燃机因使用曲柄连杆机构传递功率所带来的功率损耗、汽缸磨损及功率输出不稳定的问题。结构简单体积小。
文档编号F01L1/26GK102322348SQ201110301980
公开日2012年1月18日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年10月9日
发明者郭革委 申请人:郭革委