專利名稱：蝸殼式不等型內燃機的制作方法
此發(fā)明屬內燃機技術領域原常規(guī)技術存在的缺陷常規(guī)機的燃燒、爆發(fā)的速度雖然極快、但膨脹速度受膨脹塞速的限制，膨脹比受壓縮比、排氣提前角的限制致使工質不能極快極大地膨脹。使廢氣帶走了大量能量另外常規(guī)機的活塞在179/180的曲軸轉角內都在摩擦，都有側向分力存在使冷卻介質帶走大量的熱量。
發(fā)明的目的和用途為了尋求一新的基本結構方案，使其膨脹比大于壓縮比、膨脹塞速大于壓縮塞速，使其活塞靜止的時間比運動的時間長;使其運動時無側向分力壓力產生;使其結構布局能縮小體積和機件尺寸。
三十余年來的尋求，在八十年代初逐漸形成了《蝸殼式不等型內燃機》基本結構方案，認為可以實現以上諸項設想，提高內燃機效率及其它各項指標。
本發(fā)明基本結構及其性能1.四沖程工作過程由缸容大的膨脹缸(兼排氣)和缸容小的壓縮缸(兼進氣)共同完成;因兩缸有共同的壓縮容積，故可實現膨脹比大于壓縮比。
2.用曲柄搖桿機構代替曲柄連桿機構，使活塞能推動搖桿擺動，但搖桿的擺動不影響活塞的運動;這樣可以設計膨脹行程塞速比排氣、壓縮時的塞速大;膨脹、進氣行程完成后，活塞立即靜止換氣，(自由排氣和自由進氣)，從而不要提前排氣。延后進氣;也使活塞有散熱和形成潤滑油膜的機會。附圖
一的O1、O2、M、N是曲柄搖桿機構的四個搖動軸承。
3、為使膨脹活塞12推動搖桿10作功時，兩者的方向一致，消除活塞上的側向分壓力，活塞也應搖動;故氣缸設計為弧管狀缸，且兩者的搖動支點都是該氣缸中心弧線的圓心(O1、O2)，搖桿10的有效長應是半徑O1F的長(O2代表壓縮缸圓心及其活塞的搖擺支點及曲軸中心線)。
4、活塞運動正時凸輪O3控制兩塞的運動規(guī)律，它的工作面由180°的頂弧、45°的膨脹腹弧、45°的基圓、90°的壓縮腹弧組成，可使膨脹塞速為壓縮、排氣塞速的二倍，可使活塞在膨脹、進氣后各靜止45°(曲軸轉角90°)，作為自由排氣、自由進氣的時間;因此不要提前(指未完成該沖程之前)排氣、延后進氣、O3是曲軸O2以2∶1的齒輪傳動比帶動的。
5.工作容積的改變靠兩活塞間距離的改變而實現，因此無缸頭緊固羅柱，可使水套、缸壁的尺寸縮小;為防止爆發(fā)壓力作用在壓縮塞的頂面上，兩缸之間只以小孔道16相通，且孔道16被壓縮塞1的頂側面開閉，即爆發(fā)壓力只通過孔道16作用在塞12的側面上;兩缸之間裝置氣門，火花塞或噴油咀(稱為氣缸封閉端上死點端);活塞、氣缸的裝卸。清洗可從尾端(下死點)進行，(因缸尾端無曲軸);由于兩塞互為缸頭，使活塞靜止時間為整個工作循環(huán)的5/3。實現了活塞“靜”長“動”的短的設想。
6.作功活塞通過其塞桿EFO1N上的緩沖彈簧11推動搖桿10輸出功率，使彈簧11蓄積壓縮彈性勢能，因而使一部分沖擊動能轉化為彈性勢能，估計可使沖擊力減少。由于活塞擺動的支點，必是其圓心，因此塞桿EFO1H及E′F′O2H′必折向各自的圓心(O1與O2)。O1、O2、O3成三角形位置，使運動機件都集中在兩缸圓弧之內，形成吞集機件的機腹箱(圖二、示出了機腹箱的形狀)。
由圖一可見整機結構緊湊。不僅有利潤滑(機腹箱內諸件用濺油法)，也使許多機件尺寸縮小甚至省去。(如氣門的啟閉可直接用凸輪控制)。
附圖三至附圖八說明了工作原理(以下附圖簡稱圖)。
1.進氣過程的始初位置如圖三的實線所示正時凸輪O3的頂弧AB的始點A與挺柱8的滾輪接觸。挺柱5的滾輪與其終點B接觸，彈簧2被壓縮，兩塞都在上死點。氣門4、氣門6、氣孔16都關閉，搖桿10在B1位置與緩沖彈簧11接觸;設此時O3位置O°;凸輪O3被曲軸O2帶動順時轉45°后，則柱8仍在頂弧AB上，膨脹塞12亦在上死點靜止不動;但柱5則在彈簧2的伸張力作用下，沿BC弧下滑到基圓的點C。塞桿E′F′O2H′也同時在彈簧2的作用下。通過搖動軸承3繞O2上的套筒(O2上的虛線圓圈)轉過角度φ，使壓縮塞1右擺一個行程至氣缸尾端;(φ為行程S所對的圓心角，稱行程角，行程h＝O2H′Sinφ;每氣缸長均為2S，塞長為S)塞1右擺開始前瞬，進氣門開啟;隨塞1的右擺，被它遮閉的氣孔16也洞開，膨脹缸內上行程剩下的廢氣也與新氣一起流入壓縮缸;此45°相當常規(guī)機的進氣沖程，但消耗的是彈簧2的彈性勢能(上一個工作循環(huán)的壓縮過程獲得的凸輪動能);由于是活塞移動造成的進氣，所以可視為強制進氣階段;45°時各機件的位置如附圖三虛線、附圖四實線所示。凸輪O3從45°位置再順轉45°后柱8仍在頂弧AB上，因此膨脹塞12仍靜止在上死點，而柱5也仍在基圓的D點上，所以塞1亦靜止在下死點(尾端)、進氣門、氣孔仍開啟，新氣在其慣性作用下，將繼續(xù)進入壓縮缸，這叫自由進氣階段(性質不同于常規(guī)機的延后進氣)。進氣過程共90°轉角，分兩個階段;90°時各機件的位置如圖四虛線。圖五實線所示。此時O2已轉180°。搖桿10已到B3位置，進氣門關。
2.壓縮過程O3從圖五的實線位置(90°)再順轉90°后。柱8已與頂弧AB的終點B接觸，所以膨脹塞仍靜止在上死點，但柱5已被壓縮腹弧DA推升到頂弧AB的始點A，(彈簧2受到壓縮，蓄積彈性勢能)塞1左搖壓縮新氣到膨脹缸中;壓縮過程完成時，O3已轉180°。其各機件位置如圖五的虛線，圖六的實線所示，注意O2已轉360°。搖桿10已回到B1位置，準備接受膨脹塞桿EFO1H的推力。
3.膨脹過程，壓縮終止前就應噴油或點火，爆發(fā)氣體通過其塞桿EFO1H推動搖桿10，搖桿10驅動曲柄O2M，逆時轉動90°后，即O3轉動45°。共轉225°時，柱8已與基圓C點接觸。彈簧13被拉伸，即作功行程結束;225°時排氣門開啟，自由排氣;因225°再轉45°后。柱8仍在基圓的D點，柱5仍在頂弧上。所以兩塞均靜止45°。所以膨脹過程也分兩個階段，180°-225°為作功階段，225°的位置如圖六虛線，圖七實線，225°-270°為自由排氣階段，270°的位置如圖七的虛線，圖八的實線所示。
4、排氣過程O3被O2帶動，從270°再順時轉90°，柱5已到頂弧的終點B，說明壓縮塞1仍靜止在上死點;但柱8已被DA弧推行至頂弧的始點A，說明膨脹塞12被柱8的推力及彈簧13的收縮力已從下死點右搖到上死點，將廢氣強制排出。此時O3已轉到360°，O2已轉到720°，如圖八虛線所示，圖三實線所示位置。因排氣行程占90°，膨脹行程占45°，故排氣活塞速度為膨脹塞速度的1/2，O3再順轉時，新的工作循環(huán)又開始，此方案必須有飛輪。
本發(fā)明的工作循環(huán)的完成的前提是活塞運動正時，搖桿運動正時。
對附圖一的說明1、附圖一表示卸去上部鐵皮罩殼，卸去中部機腹箱前墻板(附圖二所示，編號14)和氣缸中心線剖開后的正面示意圖。其編號所代表名稱是1.壓縮活塞及其塞桿;2.進氣彈簧(分圖畫在柱5上);3.壓縮塞桿搖動軸承;4.進氣門;5.挺柱;6.排氣門;7.高壓油泵;8.挺柱;9.曲柄搖桿傳動桿;10.搖桿;11.緩沖彈簧;12.膨脹活塞及其塞桿;13.排氣彈簧(分圖畫在柱8上);14.機腹箱前墻板;15.膨脹缸套;16.缸間氣孔;17.壓縮缸套(干式)。
2.燃油、調速、配氣均用常規(guī)內燃機方案，因此沒畫，或僅示意;(齒輪也沒畫)3、機腹箱置潤滑油，用濺油法潤滑其中諸件，壓縮缸沒置水套，用新氣冷卻。
4.各彈簧的大小粗細，及曲柄搖桿機構各桿件的尺寸沒按比例尺畫;因此搖桿10的擺動角B1O1B3不是所畫搖桿機構的實際擺動角。
5.活塞運動正時機構不得阻礙桿9的運動，故只O2、O1軸橫穿前后墻板。
本發(fā)明的參考和借鑒1.弧缸、弧塞借鑒水泵上的環(huán)形接力器;
2.活塞驅動搖桿擺動，借鑒腳踏縫紉機轉動的事例應用。(見《農村實用力學》)。
3.對常規(guī)機認識“56年的高中物理課本”，《內燃機理論與設計》、《內燃機工程》。
利用公式Ne＝1.05 (i)/(τ) ＝PeCm( (R)/100 )2計算圖一所示尺寸的蝸殼式不等型內燃機的功率。
在本發(fā)明中τ＝4、i＝膨脹缸數Cm＝膨脹塞速C膨C膨＝h/120×行程S× (360°)/(45°) ;
S＝R×行程角φ的弧度值附圖一中(1∶3);R＝O1F＝O2F＝35×3＝105mm＝0.105m φ＝ (π)/4 S＝0.105× (π)/4 ＝0.074m D＝30×3＝90mm設n＝2400轉/分，則附圖一的C膨＝20×0.074×8＝11.84m/秒又設Pe＝5(取常規(guī)機最低值)，則圖一所示尺寸(比例尺1∶3)的柴油機的功率Ne＝1.05× 1/4 ×11.84( 90/100 )＝12.48馬力，如計算正確，本發(fā)明體積小、重量輕，將超過任何內燃機。
權利要求
1.活塞正時搖動裝置，該裝置有弧管狀的壓縮缸[17]、膨脹缸[15]、可搖動的壓縮活塞及其塞桿[1]、膨脹活塞及其塞桿[12]、曲柄搖桿[10]，及正時凸輪[O3]，其特征在于a、所述壓縮缸[17]膨脹缸[15]鑄為一體，僅以小氣孔[16]相通；b、所述壓縮缸[17]的缸徑小于膨脹缸[15]的缸徑；c、所述膨脹活塞及其塞桿[12]，搖桿[10]二者的搖動支點，都在弧管狀膨脹缸[15]的圓心[O1]上；d、所述壓縮活塞及其塞桿[1]的搖動支點，及曲柄軸的軸線都在弧管狀壓縮缸[17]的圓心[O2]上；e、所述膨脹活塞及其塞桿[12]、壓縮活塞及其塞桿[1]的塞桿都是曲折狀的杠桿；f、所述正時凸輪[O3]的工作面由四個不同弧面組成。
2.據權利要求1所述裝置，其特征是壓縮活塞及其塞桿[1]、膨脹活塞及其塞桿[12]的搖擺角均是搖桿[10]的搖擺角的一半。
3.根據權利要求1所述裝置，其特征是壓縮活塞及其塞桿[1]、膨脹活塞及其塞桿[12]二者的搖擺曲線的初相差為180度。
4.據權利要求1所述裝置，其特征是膨脹活塞及其塞桿[12]與搖桿[10]的接觸端有緩沖彈簧[11]。
全文摘要
本發(fā)明屬內燃機技術領域；現有內燃機因膨脹比的、膨脹速度、轉速等的增加受限制，又因活塞靜態(tài)短、動態(tài)長，活塞上的側向壓力無法消除，致使廢氣和冷卻介質帶走的能量無法減少，內燃機效率長期停滯在40％左右。本發(fā)明采用兩弧形汽缸、活塞共同完成一個工作循環(huán)，采用曲柄搖桿機構代替曲柄連桿機構，用正時凸輪控制活塞的運動狀況，能有效地克服上述缺陷，提高經濟性動力性等多項指標。
文檔編號F02B55/08GK1059185SQ9010553
公開日1992年3月4日 申請日期1990年8月20日 優(yōu)先權日1990年8月20日
發(fā)明者鄭漢臣 申請人:鄭漢臣