通用摆动活塞内燃机.pdf

本发明涉及一种通用摆动活塞内燃机。
    现有的往复式活塞内燃机是活塞作直线往复运动，经曲柄连杆机构换向而成扭矩输出。其特点是每个活塞相互独立，中间经过曲轴连杆连动。这种结构不仅复杂，体积大，而且有以下缺点：1.压缩比普遍偏低，进一步提高压缩比时，曲轴连杆机构零件所受载荷随之加大，加剧零件磨损，降低机械效率。2.活塞运动中受到连杆的侧向压力，加剧活塞与气缸壁间的磨损，使活塞与气缸间的机械损失占总机械损失的45%～65%。3.每个活塞需要一套曲柄连杆，结构复杂。

    本发明的目的是提供一种扭矩大、效率高、结构简单的通用摆动活塞内燃机。

    本发明的目的是通过以下机构实现的：以四缸四冲程内燃机为例，它是由四个环扇形气缸、四个活塞、两个活塞连杆和一个输出杆组成，每个活塞连杆两端与活塞底部相连;输出杆两端与活塞连杆中心相连，活塞连杆长度比活塞行程的两部大。活塞可在气缸内摆动，带动输出杆绕其中心摆动。当其中一缸做功时，必然引起另外三缸的压缩、吸气和排气，接着被压缩的另一缸做功同样引起其它三缸的压缩、吸气和排气，推动输出杆反向摆动。如此反复，输出杆绕其中心连续摆动，输出杆与一套曲轴连杆相连，以限制活塞行程。

    本发明与直线往复式活塞内燃机相比具有以下优点：1.可以有效地提高压缩比，在本发明中，活塞固定在一个输出杆两端绕输出轴摆动，一个活塞做功必然推动其它活塞运动，只要惯性足够，便可提高压缩比。2.提高热效率。当压缩比提高时，气缸内混合气压缩终了时的温度和压力也随之提高，改善了燃烧条件，减少了不完全燃烧和传热损失。同时由于燃烧产物膨胀充分，燃料燃烧产生的热能得到充分的利用。如果汽车制造工业部门能把发动机的压缩比提高到8.5～9.0以上，可节约汽油30%。3.减小活塞与气缸的磨损。本发明中活塞绕定轴摆动，扭矩大，活塞与气缸壁间无作用力，因此磨损小。4.本发明只需一套曲轴连杆，减少了由此引起的机械损失。结构紧凑。

    下面结合附图，以四缸四冲程内燃机为例，对本发明作进一步的详细描述。

    图1是四缸四冲程内燃机的一种具体结构径向剖面图。

    图2是由输出轴（7）输出扭矩时的换向齿轮机构工作原理图。

    图3是四缸四冲程内燃机的工作过程示意图。

    图4、图5是四缸四冲程内燃机的另两种具体结构径向剖面图。

    图6是图4的A-A剖面图。

    参照图1，四个环扇形气缸（1），四个活塞（2）和两个活塞连杆（3）的中心线在同一圆弧上，连杆（3）地弧长略大于活塞（2）行程的两倍。连杆（3）的两端与活塞（2）的底部相连，其弧长中点与输出杆（4）的两端相连。这样，活塞（2）可在气缸（1）内连续摆动，从而带动输出杆（4）绕自身中点连续摆动。气缸（1）外端面处有气缸盖（5）。其上有进、排气门和火花塞（或喷油嘴）（图上没画出），内端面处有防尘盖（6），其上有一孔，连杆（3）可穿过此孔摆动。输出杆（4）中点与输出轴（7）相连，输出杆（4）（也可以是输出轴（7））通过轴销（8）与连杆（9）、曲轴（10）相连，以限制活塞（2）的行程。扭矩可以经曲轴（10）输出，也可以经齿轮机构换向从输出轴（7）输出。换向齿轮机构工作原理如图2b所示，输出轮（11）固定在输出轴（7）上，轴（12）上有不完全齿轮（13）、完全齿轮（14）;轴（15）上有不完全齿轮（16）、完全齿轮（17），不完全齿轮（13）、（16）可交替与轮（11）啮合，其传动关系如图2a所示。设轮（11）摆角为A，半径为R，轮（13）、（16）转角为B，半径为r，则传动关系为：R·A＝r·B，其中B＝360/m，m为偶数。不完全齿轮（13）、（16）在B角范围内有齿，相邻B角范围内无齿，有齿与无齿相间均布。在图2a中m＝4，这样，轮（11）左摆时，可驱动轮（13）（或轮（16）），右摆时，驱动轮（16）（或轮（13）），轮（14）、轮（17）相互啮合，则轴（12）、（15）连续旋转。图3为四缸四冲程内燃机的做功过程示意图。图中Ⅰ表示做功，Ⅱ表示压缩，Ⅲ表示进气，Ⅳ表示排气。从图上可看出四个气缸依次做功，输出杆（4）连续摆动。本发明在结构上也可以有其它类似形式。图4图5为另两种具体结构的径向剖面图。图4中只有两个环扇形气缸（1），其内被两个活塞（2）分隔成四个燃烧室。活塞（2）内侧面直接与输出杆（4）相连，同时在气缸（1）内侧面有一外接槽，槽内配有密封圈（18），其结构如图6所示，密封圈（18）与输出杆（4）相连，在发动机工作时，密封圈（18）沿外接槽摆动，而始终与活塞（2）相对静止。在两气缸盖（5）之间，有对密封圈起润滑作用与防尘作用的防护槽（19）。外接槽和密封圈（18）之间可采用弹性密封方法。图5中有四个气缸（1）、四个活塞（2）、四个活塞连杆（3）以及两个输出杆（4），每个活塞（2）经一个活塞连杆（3）与输出杆（4）一端相连，其它结构与图1所示相同。

    在活塞（2）摆动过程中，存在一个切向惯性力，对它的平衡可采用单轴平衡法或双轴平衡法。