專利名稱：一種曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，具體是一種采用曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)分為四沖程內(nèi)燃機(jī)和二沖程內(nèi)燃機(jī)。四沖程內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用范圍比較廣泛， 其一個(gè)完整的工作過程包括進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程，在四個(gè)行程中，只有作功行程 點(diǎn)火作功，即四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸回轉(zhuǎn)兩周點(diǎn)火作功一次；與四沖程內(nèi)燃機(jī)不同，二沖程內(nèi)燃 機(jī)僅僅包括第一和第二兩個(gè)行程，曲軸每旋轉(zhuǎn)一周點(diǎn)火一次，即經(jīng)過同樣的工作周期，二沖 程內(nèi)燃機(jī)作功行程是四沖程內(nèi)燃機(jī)的兩倍。上述特點(diǎn)加上二沖程內(nèi)燃機(jī)不需要設(shè)置控制進(jìn) 氣和排氣的閥門，使二沖程內(nèi)燃機(jī)能夠獲得原大于四沖程內(nèi)燃機(jī)的比重量。但是，二沖程內(nèi)燃機(jī)的缺陷也很明顯。由于沒有專門的排氣、進(jìn)氣行程，二沖程內(nèi) 燃機(jī)的可燃混合氣中存在大量上一工作周期遺留的廢氣，嚴(yán)重影響了燃燒效率，造成二沖 程內(nèi)燃機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)型過低，影響了其使用范圍。要提高二沖程內(nèi)燃機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，必須使可燃混合氣中留存的廢氣盡可能少， 為此，需要提高其掃氣效率；為此采取的主要技術(shù)手段是采用壓縮空氣對氣缸進(jìn)行掃氣，這 就需要增加壓縮空氣的裝置，使整個(gè)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜化。目前通用的內(nèi)燃機(jī)為采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)作為往復(fù)_旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)。由于曲柄 連桿機(jī)構(gòu)中連桿的存在，給該機(jī)構(gòu)引入了不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器的運(yùn)動(dòng)過程復(fù)雜化，無法實(shí) 現(xiàn)機(jī)構(gòu)整體的完全平衡；連桿還增加了機(jī)構(gòu)的行程缸徑比，使整個(gè)機(jī)構(gòu)尺寸龐大、笨重。為了解決上述問題，中國專利文獻(xiàn)CN85100358A公開了一種“曲柄圓滑塊往復(fù) 活塞式內(nèi)燃機(jī)”，中國專利文獻(xiàn)CN85100359A公開“一種曲柄圓滑塊往復(fù)活塞式壓縮機(jī)”， 中國專利文獻(xiàn)CN1144879A公開了一種“曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)”，中國專利文獻(xiàn) CN1144880A公開了一種“曲柄多圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)”。上述內(nèi)燃機(jī)的共同特點(diǎn)是對通 用技術(shù)下內(nèi)燃機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了徹底改進(jìn)，采用具有偏心圓孔的圓滑塊代替連桿。 所述偏心圓滑塊呈圓柱形，并且開有平行于圓柱體軸線的偏心圓孔，該偏心圓孔用于穿過 曲軸的曲柄銷。該內(nèi)燃機(jī)的活塞包括兩端的冠部和連接兩冠部的導(dǎo)向部，其中導(dǎo)向部上開 有圓孔，該圓孔的內(nèi)徑面和上述圓滑塊的外徑面相配合，所述圓滑塊即安置在活塞導(dǎo)向部 上與其外周相配合的圓孔中。當(dāng)所述活塞受到氣缸中燃燒氣體的推動(dòng)而在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng) 時(shí)，所述圓滑塊繞其自身的圓心轉(zhuǎn)動(dòng)，并進(jìn)而帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為 曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過與曲軸連接的旋轉(zhuǎn)部件向外傳遞功率。在上述中國專利文獻(xiàn)CN1144879A公開的“曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)”，以 及中國專利文獻(xiàn)CN1144880A公開的“曲柄多圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)”中，設(shè)置了與活塞 具有垂直軌道的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)平衡滑塊。該動(dòng)平衡滑塊的設(shè)置，能夠?qū)⒒钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)慣 性力轉(zhuǎn)化為由曲軸中心指向曲柄銷的離心力，并且可以解決曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)的活點(diǎn)問題， 進(jìn)一步增強(qiáng)了曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢。當(dāng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)采用上述曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)時(shí)，同樣需要提高掃氣效率。是否可能利用曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)獲得提高二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣效率的最佳解決方案，成為一個(gè)有 待解決的技術(shù)問題。另外一個(gè)問題是，當(dāng)采用具有具有動(dòng)平衡滑塊的曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)時(shí)，需要機(jī)體為 動(dòng)平衡滑塊提供往復(fù)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌，在許多情況下，增加的往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌會(huì)造成機(jī)體加工困 難，以及削弱機(jī)體的強(qiáng)度或者剛度，使其難以實(shí)施。尤其在采用二沖程單缸機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì) 者的主要考慮就是這種結(jié)構(gòu)形式比較簡單輕巧，如果采用動(dòng)平衡滑塊對其進(jìn)行動(dòng)平衡，需 要增加一套往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及相應(yīng)的在機(jī)體設(shè)置往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌道，則這種二沖程單缸機(jī)結(jié) 構(gòu)就非常復(fù)雜，也喪失了單缸機(jī)簡單輕巧的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，提供一種曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其利用了 曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在增加零件較少的情況下，提高了二沖程內(nèi)燃機(jī)的掃氣效率。本發(fā)明進(jìn)一步解決的技術(shù)問題在于，在不增加往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌道的情況下，使該內(nèi)燃 機(jī)獲得具有動(dòng)平衡滑塊的曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)的往復(fù)慣性力轉(zhuǎn)化效果，使單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)保 持其簡單輕巧的優(yōu)勢。本發(fā)明提供的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)的曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)包括 曲軸、圓滑塊、對應(yīng)上述圓滑塊的活塞；所述活塞為兩端均設(shè)置工作頭的雙作用活塞，該活 塞安裝在氣缸中，其中一端的第一工作頭作為內(nèi)燃機(jī)活塞頭，其頂面與氣缸內(nèi)壁和安裝于 氣缸一端的缸蓋共同圍成工作缸；活塞另一端的第二工作頭作為掃氣活塞頭，其頂面與氣 缸內(nèi)壁和安裝于氣缸另一端的閥板共同圍成壓縮機(jī)氣缸；在活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，該活 塞的第二工作頭對壓縮機(jī)氣缸中的空氣進(jìn)行壓縮；被壓縮的空氣形成掃氣氣流，通過氣路 進(jìn)入工作缸掃氣。優(yōu)選的，所述內(nèi)燃機(jī)的曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)還包括動(dòng)平衡旋塊；所述動(dòng)平衡旋塊為通 過自身的偏心孔與上述工作圓滑塊共同套在曲軸的同一個(gè)曲柄銷上、未與任何往復(fù)運(yùn)動(dòng)元 件直接連接、并與上述工作圓滑塊固定的質(zhì)量部件，將所述圓滑塊的軸心、所述動(dòng)平衡旋 塊的質(zhì)心以及曲柄銷的軸心均投影在垂直于曲軸軸線的平面上，投影點(diǎn)依次為A、B、C，則 Z ACB等于180°，并且AB的距離為兩倍的曲柄半徑e。優(yōu)選的，所述動(dòng)平衡旋塊的質(zhì)量等于所述活塞的質(zhì)量，并且該動(dòng)平衡旋塊的質(zhì)心 與偏心孔軸線之間的距離等于曲柄半徑e。優(yōu)選的，所述氣缸設(shè)置在氣缸體中；所述氣缸體中具有一與氣缸軸線相垂直且偏 離氣缸軸線一定距離的空間，該空間為所述動(dòng)平衡旋塊的運(yùn)動(dòng)提供運(yùn)動(dòng)空間。優(yōu)選的，所述氣缸體和氣缸之間的間隙構(gòu)成掃氣氣流通過的氣路。優(yōu)選的，所述氣缸為階梯型氣缸，所述活塞為級差式活塞；所述階梯型氣缸的內(nèi)徑 較小的氣缸段對應(yīng)所述工作缸，內(nèi)徑較大的氣缸段對應(yīng)所述壓縮機(jī)氣缸；相應(yīng)的，所述活塞 的第一工作頭的直徑與工作缸對應(yīng)，為級差式活塞的直徑較小端；所述第二工作頭的直徑 與壓縮機(jī)氣缸內(nèi)徑對應(yīng)，為級差式活塞的直徑較大端。優(yōu)選的，所述階梯形氣缸對應(yīng)于活塞腰部運(yùn)動(dòng)范圍的位置，設(shè)置有滑道式跑道；相 應(yīng)的，活塞腰部設(shè)置有對應(yīng)于滑道式跑道的滑靴式滑板。優(yōu)選的，所述閥板，其外側(cè)裝有進(jìn)氣閥片，該進(jìn)氣閥片控制聯(lián)通壓縮機(jī)氣缸和所述氣路之間的進(jìn)氣孔的通斷，其內(nèi)側(cè)裝有吸氣閥片，該吸氣閥片控制聯(lián)通壓縮機(jī)氣缸和外界 大氣之間的吸氣孔的通斷。優(yōu)選的，所述氣缸安裝在氣缸體中，該氣缸和氣缸體之間的間隙構(gòu)成了所述氣路； 所述工作缸的側(cè)壁上設(shè)置有與所述氣路相通的掃氣孔，在工作缸側(cè)壁上，比該掃氣孔更靠 近端蓋的位置，設(shè)置有排氣孔。優(yōu)選的，所述圓滑塊的重心在其偏心孔的軸線上。優(yōu)選的，所述曲軸的曲柄銷根部的外緣設(shè)置有至少具有兩個(gè)齒的外齒段，所述活 塞的圓滑塊容置孔的端面的左右兩側(cè)，設(shè)置至少三個(gè)齒的內(nèi)齒段；上述外齒段和內(nèi)齒段在 圓滑塊運(yùn)動(dòng)到90°和270°的時(shí)候相互嚙合。優(yōu)選的，所述氣路上設(shè)置有通過氣閥控制通斷的旁路，該旁路的出口在該內(nèi)燃機(jī) 外部。本發(fā)明提供的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，采用了雙作用活塞，其中第一工作 頭為內(nèi)燃機(jī)活塞頭，另一端的第二工作頭為掃氣活塞頭；所述第二工作頭與內(nèi)燃機(jī)的壓縮 機(jī)氣缸相配，在活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中對空氣進(jìn)行壓縮；被壓縮的空氣通過氣路進(jìn)入工作 氣缸掃氣。上述內(nèi)燃機(jī)利用了曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)特有的雙作用活塞，使其在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中可以 同時(shí)壓縮空氣提供掃氣氣流。傳統(tǒng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)則由于不能采用雙作用活塞，無法利用 同一個(gè)活塞同時(shí)承擔(dān)內(nèi)燃機(jī)活塞和壓縮機(jī)活塞兩個(gè)功能，只能另外安裝壓縮氣泵等元件以 提高掃氣效果。相比之下，采用本發(fā)明的二沖程內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)和內(nèi)燃機(jī)一體化，在具 有相同掃氣效果的情況下，明顯降低了結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，進(jìn)一步設(shè)置了動(dòng)平衡旋塊作為調(diào)整曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu) 整體平衡的技術(shù)手段。在該動(dòng)平衡旋塊的質(zhì)心位置和質(zhì)量設(shè)置合適的情況下，其對曲柄圓 滑塊機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動(dòng)平衡起到的作用相當(dāng)于動(dòng)平衡滑塊，即可以將活塞的往復(fù)慣性力轉(zhuǎn)化 為由曲軸中心指向曲柄銷中心的離心力。由于上述離心力可以通過在飛輪或者皮帶輪等位 置設(shè)置平衡配重的簡單方式完全平衡，使整個(gè)曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)的平衡體系得到簡化。同時(shí)， 因?yàn)闊o需為上述動(dòng)平衡旋塊設(shè)置往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌道，使整個(gè)機(jī)體的結(jié)構(gòu)也得到簡化，并且，減少 了往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌道這種空腔結(jié)構(gòu)后，機(jī)體的剛度和強(qiáng)度比采用動(dòng)平衡滑塊的結(jié)構(gòu)明顯改善。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)的主要結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)的級差式活塞的結(jié)構(gòu) 圖；圖3是圖2所示的級差式活塞的圓環(huán)和環(huán)形擋板的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)的圓滑塊的結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)平衡旋塊的結(jié)構(gòu) 圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)的分離式曲軸的單拐 的結(jié)構(gòu)圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)的分離式曲軸的曲柄 的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)的主要結(jié)構(gòu)的剖視圖。如圖1所示，該曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)設(shè)有筒狀的氣缸體2，該氣缸體2構(gòu) 成內(nèi)燃機(jī)的外殼的主體部分。在該氣缸體2中設(shè)置有階梯性氣缸3，該階梯型氣缸3在軸向 上分為缸徑不同的兩段。配合該階梯型氣缸3設(shè)置有級差式活塞4，該級差式活塞4為兩端 均設(shè)置工作頭的雙作用活塞。其中，第一工作頭4-1為內(nèi)燃機(jī)活塞頭，該活塞頭與階梯形氣 缸3的小徑段配合，其工作時(shí)的整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍在階梯型氣缸3的小徑段，該小徑段端部被缸 蓋8封閉，其內(nèi)腔構(gòu)成工作缸5 ；所述第一工作頭4-1的頂面和工作缸5構(gòu)成內(nèi)燃機(jī)的燃燒 室。第二工作頭4-2為掃氣活塞頭，該活塞頭與梯形氣缸3的大徑段相配，其工作時(shí)的整個(gè) 運(yùn)動(dòng)范圍均在階梯型氣缸3的大徑段，所述階梯型氣缸大徑段的端部裝有閥板10，該閥板 10與階梯型氣缸大徑段的內(nèi)腔共同構(gòu)成掃氣氣缸9。以上介紹的是級差式活塞4和氣缸2的結(jié)構(gòu)關(guān)系，尤其是其構(gòu)成腔體的情況。以 下說明該二沖程內(nèi)燃機(jī)的氣路結(jié)構(gòu)。所述閥板10將所述掃氣氣缸9和外界大氣以及氣缸體1與氣缸2之間的空間間 隙隔開。具體請參見圖1。圖1示出，閥板10上設(shè)置有溝通掃氣氣缸9和氣缸體1與氣缸 2之間間隙位置的進(jìn)氣孔，在閥板10外側(cè)裝有遮蔽該進(jìn)氣孔的進(jìn)氣閥片11，用于控制該進(jìn) 氣孔的通斷；由于所述進(jìn)氣閥片11設(shè)置在閥板10的外側(cè)，使其只能向外側(cè)開啟。所述閥板 10上還設(shè)置有溝通掃氣氣缸9和外部大氣的吸氣孔，在閥板10的內(nèi)側(cè)設(shè)置有吸氣閥片12 以控制該吸氣孔的通斷，由于該吸氣閥片12設(shè)置在閥板10的內(nèi)側(cè)，使其只能向內(nèi)側(cè)開啟。 此外，在所述工作缸5的側(cè)壁設(shè)置有掃氣孔6，該掃氣孔6與所述閥板10的進(jìn)氣孔之間通過 氣缸體1和階梯型氣缸體2之間的間隙組成的氣路連接；在所述工作缸5的側(cè)壁，相比所述 掃氣孔6略接近于缸蓋8的位置，設(shè)置有排氣孔7。以下說明該二沖程內(nèi)燃機(jī)中與其曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)相關(guān)的結(jié)構(gòu)。組成該二沖程內(nèi)燃機(jī)的曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)包括級差式活塞4、圓滑塊17、動(dòng)平衡旋 塊18、分離式曲軸30等主要零件。請同時(shí)參看圖2，該圖示出所述級差式活塞4的結(jié)構(gòu)。前已述及，所述級差式活塞 4為雙作用活塞，其第一工作頭4-1為內(nèi)燃機(jī)活塞頭，該活塞頭具有普通內(nèi)燃機(jī)活塞的頂部 4-1-1、頭部4-1-2和裙部4-1-3。各個(gè)部分結(jié)構(gòu)和作用與普通內(nèi)燃機(jī)活塞相應(yīng)部分相同。 所述第二工作頭4-2為掃氣活塞頭，該活塞頭和普通的壓縮氣泵的活塞相同，其厚度較薄， 外緣面設(shè)置有若干安置密封圈的環(huán)槽。連接所述第一工作頭4-1和所述第二工作頭4-2的 為活塞座4-3，該活塞座4-3的主體為薄塊狀，上端和下端分別通過若干肋條和第一工作頭 4-1和第二工作頭4-2的底面連接。在該活塞座4-3的中間位置設(shè)置有軸線平行于曲軸30 的軸線的圓滑塊容置孔4-4。該活塞4的所述圓滑塊容置孔4-4所在的部位稱為活塞4的腰 部；在該活塞的腰部兩側(cè)，設(shè)置有滑靴式滑板14，在所述階梯型氣缸3對應(yīng)該滑靴式滑板14 的位置設(shè)置有滑道式跑道13，所述滑靴式滑板14和滑道式跑道13配合，為活塞4的往復(fù)運(yùn) 動(dòng)提供支撐和導(dǎo)向。圖2為級差式活塞4的主體，實(shí)際上，為了在該級差式活塞4的腰部設(shè) 置克服活點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，還在所述圓滑塊容置孔4-4的兩個(gè)端面，分別通過外側(cè)的環(huán)形擋板4-6 固定一個(gè)帶兩段對稱的內(nèi)齒4-5-1的圓環(huán)4-5 ；請參看圖3，該圖示出上述圓環(huán)4-5和環(huán)形擋板4-6組合在一起的情況。上述環(huán)形擋板4-6通過外周對稱設(shè)置的三個(gè)耳孔4-6-1和活 塞4相應(yīng)位置的通孔4-7，以彈性鉚釘固為一體。安裝后，所述圓環(huán)4-5上的內(nèi)齒4-5-1的 位置在所述圓滑塊容置孔4-4的左右兩側(cè)。請參看圖4，該圖為所述圓滑塊17的結(jié)構(gòu)示意圖。所述圓滑塊17為具有偏心距 為e的第一偏心孔17-1的圓柱形塊狀體，所述偏心距為e，即等于曲軸半徑；該圓滑塊17的 質(zhì)心位于其第一偏心孔17-1的圓心。為了保證該圓滑塊的質(zhì)心落在所述第一偏心孔17-1 的圓心上，在該圓滑塊17的結(jié)構(gòu)上采取了很多措施。首先，在未設(shè)置第一偏心孔17-1的部 位，在其兩側(cè)端面上設(shè)置了月牙形的去重槽17-2，并且在月牙形去重槽17-2中開有三處大 小不一的對稱通孔，作為去重孔17-3。另外，在設(shè)置了第一偏心孔17-1的位置圍繞該第一 偏心孔17-1設(shè)置有加厚臺(tái)17-5。通過上述結(jié)構(gòu)，調(diào)整了整個(gè)圓滑塊17的質(zhì)心，使質(zhì)心轉(zhuǎn)移 到了第一偏心孔17-1的圓心位置。另外，圖4還示出在所述第一偏心孔17-1的左右兩側(cè)， 對稱設(shè)置有第一定位孔17-4，該第一定位孔17-4是用于固定圓滑塊17和動(dòng)平衡旋塊18的 結(jié)構(gòu)。請參看圖5，該圖示出所述動(dòng)平衡旋塊18的結(jié)構(gòu)圖。所述動(dòng)平衡旋塊18外形與 所述圓滑塊17相仿，為具有第二偏心孔18-1的圓柱形塊狀體；所述第二偏心孔18-1與所 述圓滑塊17上的第一偏心孔17-1具有相同的直徑，該動(dòng)平衡旋塊18的質(zhì)量等于所述活塞 4的質(zhì)量，并且其質(zhì)心與所述第二偏心孔18-1的圓心的距離為e。在所述第二偏心孔18-1 的左右兩側(cè)，分別設(shè)置有第二定位孔18-2，所述第二定位孔18-2和所述圓滑塊17上的第一 定位孔17-4為對應(yīng)結(jié)構(gòu)。所述分離式曲軸30包括單拐30-1和曲柄30-2兩個(gè)部件。請參看圖6，該圖示出所述分離式曲軸30的單拐30-1。請同時(shí)參看圖7，該圖出所 述分離式曲軸30的曲柄30-2。所述單拐30-1具有主軸頸30-1-1和從主軸頸30_1_1的 端面偏置伸出的曲柄銷30-1-2，該曲柄銷30-1-2的前端為錐形30-1-4 ；所述曲柄30_2通 過與該曲柄銷前端的錐形30-1-4對應(yīng)的錐孔30-2-1，與單拐30-1相配合。單拐30_1和 曲柄30-2的錐形交界面上還分別設(shè)置有相互對應(yīng)的第一定位半孔30-1-5和第二定位半孔 30-2-2，一共有兩對；當(dāng)單拐30-1和曲柄30-2配合為一體后，所述第一定位半孔30_1_5和 第二定位半孔30-2-2組合形成完成的定位銷孔，向其中插入定位銷就可以實(shí)現(xiàn)單拐30-1 和曲柄30-2相互之間在周向角度關(guān)系的精確定位。另外，在所述曲柄銷30-1-2的根部，靠 曲軸外緣的一側(cè)設(shè)置有外齒段30-1-3。所述曲柄30-2外緣構(gòu)成該分離式曲軸30的前主軸 頸，所述單拐30-1的主軸頸30-1-1外緣構(gòu)成該分離式曲軸30的后主軸頸。上述曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)組裝后，所述圓滑塊17安置在所述活塞4的圓滑塊容置孔 4-4中，所述分離式曲軸30的曲柄銷30-1-2穿過所述圓滑塊17的偏心孔17_1和所述動(dòng)平 衡旋塊18的偏心孔18-1，并且所述圓滑塊17和所述動(dòng)平衡旋塊18的相位相差180°，兩者 相互固定，動(dòng)平衡旋塊18的安裝位置在所述階梯型氣缸3外，在氣缸體2內(nèi)。上述相位差為 180°可以這樣理解將所述圓滑塊的軸心、所述動(dòng)平衡旋塊的質(zhì)心以及曲柄銷的軸心均投 影在垂直于曲軸軸線的平面上，投影點(diǎn)依次為A、B、C，則Z ACB等于180°。在此基礎(chǔ)上，還 需要保證AB的距離為兩倍的曲柄半徑e。在氣缸體2中，具有與階梯型氣缸3的軸線垂直 并且偏離該軸線一定距離的供動(dòng)平衡旋塊18運(yùn)動(dòng)的空間。裝配完成后，活塞腰部兩側(cè)的滑 靴式滑板14和階梯型氣缸3滑道式跑道13相配合。
下面介紹該二沖程內(nèi)燃機(jī)的工作情況。該內(nèi)燃機(jī)工作分為第一行程和第二行程兩個(gè)行程。其中第一行程是活塞由下止點(diǎn) 移至上止點(diǎn)；第二行程是活塞由上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)。第一行程時(shí)，活塞上移使第二工作頭4-2與階梯型氣缸3大徑段的掃氣氣缸9的 空間增大，氣壓降低，所述吸氣閥片12在外界大氣壓力的作用下被推開，使外界大氣流入 所述掃氣氣缸9 ；此時(shí)，活塞4的第一工作頭4-1推動(dòng)階梯型氣缸的工作缸5中的少量廢氣 從所述掃氣孔6進(jìn)入氣缸體1和階梯型氣缸2之間的間隙組成的氣路，推動(dòng)所述進(jìn)氣閥片 11關(guān)閉，加上掃氣氣缸9的氣壓已經(jīng)降低，兩者的氣壓差足以將進(jìn)氣閥片11緊密閉合；隨 著活塞4的進(jìn)一步上移，所述掃氣孔6被關(guān)閉，廢氣大部分從所述排氣孔7排出。當(dāng)活塞4 移動(dòng)到上止點(diǎn)位置時(shí)，所述排氣孔7已經(jīng)被關(guān)閉。此時(shí)，可燃混合氣被點(diǎn)燃，產(chǎn)生的爆發(fā)壓 力推動(dòng)所述活塞4從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，開始第二行程。所述第二行程開始時(shí)，所述掃氣氣缸9已經(jīng)充滿了新鮮空氣，活塞向下移動(dòng)增大 了掃氣氣缸9中的氣壓，所述吸氣閥片12在該氣壓的作用下被壓緊閉合；活塞進(jìn)一步下移， 工作缸5側(cè)壁的掃氣孔6不再被活塞4的第一工作頭4-1遮蔽，同時(shí)，所述進(jìn)氣閥片11在 掃氣氣缸9增大的氣壓的作用下打開，掃氣氣缸9中在第一行程中吸入的新鮮空氣通過進(jìn) 氣孔流出，形成掃氣氣流，該掃氣氣流經(jīng)過氣路流向掃氣孔6，通過掃氣孔6流入工作缸5進(jìn) 行掃氣，掃除的廢氣通過所述排氣孔7進(jìn)入外界大氣。通過上述循環(huán)往復(fù)的過程，使該二沖程內(nèi)燃機(jī)獲得了較為充分的掃氣氣流，獲得 較好的換氣效果，使被點(diǎn)燃的可燃混合氣中的廢氣較少，最終能夠獲得較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。由于該二沖程內(nèi)燃機(jī)采用只有一個(gè)圓滑塊的曲柄圓滑塊結(jié)構(gòu)，使其存在活點(diǎn)問 題。所述活點(diǎn)是圓滑塊運(yùn)動(dòng)到90°或者270°相位時(shí)，即圓滑塊運(yùn)行到偏心孔圓心和圓滑 塊形心的連線垂直于活塞4軸線的位置時(shí)，圓滑塊的軸線和曲軸軸線重合，活塞有可能停 止往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，而圓滑塊以曲軸軸線為中心旋轉(zhuǎn)。這種可能性造成了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不確定， 該相位點(diǎn)稱為活點(diǎn)。在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，特別容易出現(xiàn)活點(diǎn)造成的活塞無法正常往復(fù)運(yùn)動(dòng)的 問題。為此，在曲柄銷30-1-1上設(shè)置了外齒段30-1-3，同時(shí)在圓滑塊容置孔4-4的左右兩 側(cè)設(shè)置了內(nèi)齒4-5-1 ；上述外齒段30-1-3至少兩個(gè)齒，內(nèi)齒段4-5-1至少三個(gè)齒；這樣，在 運(yùn)動(dòng)到活點(diǎn)位置時(shí)，外齒段30-1-3和內(nèi)齒段4-5-1恰好嚙合，曲軸30的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過上 述嚙合關(guān)系撥動(dòng)活塞4，迫使活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，避免了活塞4在該位置停止運(yùn)動(dòng)的情況發(fā) 生。在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，由于滑靴式滑板14和階梯型氣缸3的滑道式跑道13相 互配合，使所述活塞能夠以較小的阻力獲得往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軌道支撐。在該實(shí)施例中采用了動(dòng)平衡旋塊18，前已述及，該動(dòng)平衡旋塊18的質(zhì)量等于所述 活塞4的質(zhì)量，其質(zhì)心與偏心孔圓心的距離為e ；該動(dòng)平衡旋塊18同樣套在曲柄銷上，并且 和所述圓滑塊17固定為一體并相差180°相位。這樣，在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述動(dòng)平衡旋塊18 隨著一起運(yùn)動(dòng)，并且其質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)軌跡為垂直于所述活塞4的往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌道并與該活塞4 的往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌道呈一定距離的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其行程與活塞4的上止點(diǎn)和下止點(diǎn)之間的距 離相同，即為4e。實(shí)際上，該動(dòng)平衡旋塊18對系統(tǒng)的整體平衡的效果而言，相當(dāng)于中國專利 文獻(xiàn)CN1144879A中公開的曲柄雙圓滑塊機(jī)構(gòu)的動(dòng)平衡滑塊，設(shè)置該動(dòng)平衡旋塊后，所述活 塞4的往復(fù)慣性力和所述動(dòng)平衡旋塊18的往復(fù)慣性力最終合成為一個(gè)從曲軸中心指向曲柄銷中心的旋轉(zhuǎn)離心力。這樣，就可以通過在飛輪或者皮帶輪上設(shè)置平衡重方便的將該離 心力完全平衡，最終整個(gè)曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)將獲得很好的動(dòng)平衡效果。在上述采用動(dòng)平衡旋塊的機(jī)構(gòu)中，需要在氣缸體2中為其預(yù)留足夠的旋轉(zhuǎn)空間， 避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。另外，該動(dòng)平衡旋塊盡管能夠?qū)η鷪A滑塊機(jī)構(gòu)起到與動(dòng)平衡滑塊相 同的平衡效果，但無法起到幫助活塞4克服活點(diǎn)的作用。因此，該機(jī)構(gòu)仍然要設(shè)置外齒段 30-1-3和內(nèi)齒段4-5-1等克服活點(diǎn)的機(jī)構(gòu)。盡管本實(shí)施例中對動(dòng)平衡旋塊的質(zhì)心和質(zhì)量進(jìn)行了嚴(yán)格的設(shè)定，但是，在不強(qiáng)求 最佳平衡效果的情況下，該動(dòng)平衡旋塊也可以不采用上述嚴(yán)格的質(zhì)量和質(zhì)心要求，只要增 加該動(dòng)平衡旋塊可以改善整體平衡即可。另外，所述克服活點(diǎn)的裝置是為了保證機(jī)構(gòu)可以 穩(wěn)定運(yùn)行設(shè)置的，因此，如果不設(shè)置克服活點(diǎn)的機(jī)構(gòu)，只要啟動(dòng)時(shí)活塞不處于中點(diǎn)位置，一 般也不會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)問題，所以該克服活點(diǎn)的機(jī)構(gòu)也可以不設(shè)置。在本發(fā)明的上述實(shí)施例中，所述第二活塞頭4-2和所述掃氣氣缸9共同構(gòu)成空壓 機(jī)結(jié)構(gòu)，其提供的壓縮空氣通過氣路提供給該內(nèi)燃機(jī)的燃燒室作為掃氣氣流。實(shí)際上，由于 上述空壓機(jī)結(jié)構(gòu)提供的壓縮空氣不僅能滿足掃氣氣流的需要，還可以在氣路上設(shè)置旁路， 提供給外部作為壓縮空氣源，即該二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可以同時(shí)作為空壓機(jī)使用。其具體結(jié)構(gòu)就 是在上述實(shí)施例的氣路位置設(shè)置旁路，該旁路上設(shè)置有氣閥控制通斷，其出口設(shè)置在內(nèi)燃 機(jī)外部；上述改進(jìn)在上述二沖程內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上可以方便的做出。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技 術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保 護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)的曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)包括曲軸、圓滑塊、對應(yīng)上述圓滑塊的活塞；所述活塞為兩端均設(shè)置工作頭的雙作用活塞，該活塞安裝在氣缸中，其中一端的第一工作頭作為內(nèi)燃機(jī)活塞頭，其頂面與氣缸內(nèi)壁和安裝于氣缸一端的缸蓋共同圍成工作缸；活塞另一端的第二工作頭作為掃氣活塞頭，其頂面與氣缸內(nèi)壁和安裝于氣缸另一端的閥板共同圍成壓縮機(jī)氣缸；在活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，該活塞的第二工作頭對壓縮機(jī)氣缸中的空氣進(jìn)行壓縮；被壓縮的空氣形成掃氣氣流，通過氣路進(jìn)入工作缸掃氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)的 曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)還包括動(dòng)平衡旋塊；所述動(dòng)平衡旋塊為通過自身的偏心孔與上述工作圓滑 塊共同套在曲軸的同一個(gè)曲柄銷上、未與任何往復(fù)運(yùn)動(dòng)元件直接連接、并與上述工作圓滑 塊固定的質(zhì)量部件，將所述圓滑塊的軸心、所述動(dòng)平衡旋塊的質(zhì)心以及曲柄銷的軸心均投 影在垂直于曲軸軸線的平面上，投影點(diǎn)依次為A、B、C，則,ACB等于180°，并且AB的距離 為兩倍的曲柄半徑e。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的曲柄圓滑單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述動(dòng)平衡旋塊 的質(zhì)量等于所述活塞的質(zhì)量，并且該動(dòng)平衡旋塊的質(zhì)心與偏心孔軸線之間的距離等于曲柄 半徑e。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述氣缸設(shè)置 在氣缸體中；所述氣缸體中具有一與氣缸軸線相垂直且偏離氣缸軸線一定距離的空間，該 空間為所述動(dòng)平衡旋塊的運(yùn)動(dòng)提供運(yùn)動(dòng)空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述氣缸體和 氣缸之間的間隙構(gòu)成掃氣氣流通過的氣路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述氣缸為階 梯型氣缸，所述活塞為級差式活塞；所述階梯型氣缸的內(nèi)徑較小的氣缸段對應(yīng)所述工作缸， 內(nèi)徑較大的氣缸段對應(yīng)所述壓縮機(jī)氣缸；相應(yīng)的，所述活塞的第一工作頭的直徑與工作缸 對應(yīng)，為級差式活塞的直徑較小端；所述第二工作頭的直徑與壓縮機(jī)氣缸內(nèi)徑對應(yīng)，為級差 式活塞的直徑較大端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述階梯形氣 缸對應(yīng)于活塞腰部運(yùn)動(dòng)范圍的位置，設(shè)置有滑道式跑道；相應(yīng)的，活塞腰部設(shè)置有對應(yīng)于滑 道式跑道的滑靴式滑板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述閥板，其外 側(cè)裝有進(jìn)氣閥片，該進(jìn)氣閥片控制聯(lián)通壓縮機(jī)氣缸和所述氣路之間的進(jìn)氣孔的通斷，其內(nèi) 側(cè)裝有吸氣閥片，該吸氣閥片控制聯(lián)通壓縮機(jī)氣缸和外界大氣之間的吸氣孔的通斷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述氣缸安裝 在氣缸體中，該氣缸和氣缸體之間的間隙構(gòu)成了所述氣路；所述工作缸的側(cè)壁上設(shè)置有與 所述氣路相通的掃氣孔，在工作缸側(cè)壁上，比該掃氣孔更靠近端蓋的位置，設(shè)置有排氣孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述圓滑塊的 重心在其偏心孔的軸線上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述曲軸的曲 柄銷根部的外緣設(shè)置有至少具有兩個(gè)齒的外齒段，所述活塞的圓滑塊容置孔的端面的左右兩側(cè)，設(shè)置至少三個(gè)齒的內(nèi)齒段；上述外齒段和內(nèi)齒段在圓滑塊運(yùn)動(dòng)到90°和270°的時(shí)候相互嚙合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任意一項(xiàng)所述的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 所述氣路上設(shè)置有通過氣閥控制通斷的旁路，該旁路的出口在該內(nèi)燃機(jī)外部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)的曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)包括曲軸、圓滑塊、對應(yīng)上述圓滑塊的活塞；所述活塞為兩端均設(shè)置工作頭的雙作用活塞，該活塞安裝在氣缸中，其中一端的第一工作頭作為內(nèi)燃機(jī)活塞頭，其頂面與氣缸內(nèi)壁和安裝于氣缸一端的缸蓋共同圍成工作缸；第二工作頭作為掃氣活塞頭，其頂面與氣缸內(nèi)壁和安裝于氣缸另一端的閥板共同圍成壓縮機(jī)氣缸。本發(fā)明提供的曲柄圓滑塊單缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，利用了曲柄圓滑塊機(jī)構(gòu)特有的雙作用活塞，使其在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中可以同時(shí)壓縮空氣提供掃氣氣流，實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)和內(nèi)燃機(jī)一體化，在具有相同掃氣效果的情況下，明顯降低了結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。
文檔編號F02B75/32GK101881216SQ20101021595
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者黎明, 黎正中 申請人:北京中清能發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)有限公司