專利名稱：曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機，特別是用圓滑塊取代連桿的曲柄圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機。
已有的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，采用曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)活塞的往復(fù)運動，為克服曲柄連桿機構(gòu)存在往復(fù)慣性力等缺點，已發(fā)明了多種機型，其中的曲柄圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，采用曲柄圓滑塊機構(gòu)取代曲柄連桿機構(gòu)，如日本的《內(nèi)燃機關(guān)》1981年第8期所報導(dǎo)，日本工業(yè)大學(xué)研制的“無連桿內(nèi)燃機”，其氣缸呈十字型布置，因潤滑油易于竄入活塞頂部而引發(fā)事故。此外，尚有給曲柄圓滑塊機構(gòu)配置太陽輪系的結(jié)構(gòu)，試圖解決平衡問題，但因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜而難于推廣使用。中國專利局在CN85100358A中公布的本發(fā)明人所發(fā)明的“曲柄圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機”，采用一個圓滑塊并配置一對內(nèi)齒輪傳動副結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，但其動平衡性仍不甚理想。
鑒于此，本發(fā)明的目的就在于提供一種動平衡性好，可靠性高，節(jié)能性好，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕的曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機。
本發(fā)明的曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(參見附圖)，包含有缸體及其內(nèi)的氣缸、活塞、曲軸、可旋轉(zhuǎn)地裝在活塞的圓孔中且其偏心的軸孔套裝在曲軸上的圓滑塊(27)的曲柄圓滑塊機構(gòu)，配氣機構(gòu)和燃料供給系，上述缸體中有與跑道相配合作往復(fù)運動的動平衡滑塊，有可旋轉(zhuǎn)地裝在動平衡滑塊的圓孔中、其偏心的軸孔套裝在曲軸上，與上述圓滑塊(27)相位差180°且成一體的圓滑塊(28)。
上述活塞(13)，可以是兩端工作的雙面活塞；上述跑道(26)，可以與氣缸(8)呈空間垂直。從而，可以構(gòu)成橫置的I字型臥式雙缸機。
上述活塞(50)，可以是兩端工作的雙面活塞，上述動平衡滑塊(52)，可以是一端工作的單面活塞；上述跑道(51)，可以是氣缸結(jié)構(gòu)、且與上述氣缸(49)呈空間垂直。從而，可以構(gòu)成倒置的T字型三缸機。
上述活塞(61)和動平衡滑塊(62)，可以均是一端工作的單面活塞；上述跑道(60)，可以是氣缸結(jié)構(gòu)、且與上述氣缸(59)呈空間垂直。從而，可以構(gòu)成V字型的雙缸機。
上述兩個圓滑塊(27、 28)的形狀和尺寸均可以相同，其軸孔(29)的偏心距(e)相等。
上述圓滑塊(27、28)的軸孔(29)的偏心距(e)與曲軸的曲柄半徑(e)相等。
上述兩個圓滑塊(27、28)，可以被兩個定位銷(35、36)固聯(lián)成一體，也可以采用其他聯(lián)接結(jié)構(gòu)固聯(lián)成一體。
上述曲軸(37)，是單拐式結(jié)構(gòu)。
上述曲軸(37)，是曲柄銷(38)的一端與該端的主軸頸(40)采用聯(lián)接式的組合結(jié)構(gòu)。從而，使圓滑塊(27、28)可以采用整體結(jié)構(gòu)。
上述圓滑塊，可以是沿徑向剖分的組合式結(jié)構(gòu)。從而，使曲軸可以采用整體式結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的運動原理和平衡原理參照圖5和圖6說明如下。圖中，設(shè)曲軸和曲柄銷的旋轉(zhuǎn)半徑即曲柄半徑為e，圓滑塊27和圓滑塊28的旋轉(zhuǎn)偏心距均為e，并呈180°相位差且聯(lián)成一體。一個圓滑塊27帶動活塞總成沿X軸作往復(fù)運動，另一個圓滑塊28帶動動平衡滑塊總成沿Y軸作往復(fù)運動。X軸與Y軸相互垂直。圖中，M1、M2、M3為曲柄銷38中心的位移點，A1、A2、A3為圓滑塊27中心的位移點，B1、B2、B3為圓滑塊28中心的位移點。當(dāng)曲軸連同曲柄銷以ω速度旋轉(zhuǎn)時，圓滑塊27和圓滑塊28以-ω角速度反向旋轉(zhuǎn)。此時，活塞總成和動平衡滑塊總成均按余弦、正弦規(guī)律運動。設(shè)運動時間為t。當(dāng)ωt＝0時，曲柄銷38、圓滑塊27、圓滑塊28如雙點劃線所示，其各中心的位置分別為M1、A1、B1。當(dāng)曲柄銷旋轉(zhuǎn)ωt角時，上述三件如點劃線所示，其中心的位置分別為M2、A2、B2。當(dāng)ωt＝90°時，上述三件如實線所示，其中心的位置分別為M3、A3、B3。
活塞總成的運動規(guī)律為位移Sx＝2e(1-Cosωt)速度Vx＝2eωSinωt
加速度αx＝2eω2Cosωt動平衡滑塊總成的運動規(guī)律為位 移Sy＝2e(1-Sinωt)速 度Vy＝-2eCosωt加速度αy＝2eω2Sinωt本發(fā)明的運動力如圖4所示。設(shè)活塞總成質(zhì)量為m1，動平衡滑塊總成質(zhì)量為m2，平衡配重塊質(zhì)量為m。
活塞總成的運動慣性力 F1＝m12eω2Cosωt動平衡滑塊總成的運動慣性力F2＝m22eω2Sinωt飛輪等的平衡配重塊的運動慣性力F＝mRω2當(dāng)m1＝m2時，F(xiàn)＝F1+F2 mR＝m12e＝m22e＝K，K為常數(shù)，便于設(shè)計配重塊。
如上所述，若使本發(fā)明的活塞總成和動平衡滑塊總成的運動方向相互垂直，則其合力為由曲軸中心指向曲柄銷中心的離心力，所以，本發(fā)明可獲得理想的動平衡效果，而無須增加如太陽輪系等其他附屬裝置。
本發(fā)明的曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機與已有技術(shù)相比，具有如下明顯的優(yōu)點和顯著的效果。
一、本發(fā)明的活塞總成和動平衡滑塊總成的運動合力為通過曲軸、曲柄銷中心的離心力，可達到理想的動平衡，其動平衡性優(yōu)良。
二、本發(fā)明采用將兩圓滑塊連成一體取代已有的曲柄連桿機構(gòu)的連桿，從而與曲軸聯(lián)接構(gòu)成曲柄雙圓滑塊機構(gòu)，與活塞和動平衡滑塊傳動相聯(lián)，使作相互垂直運動的活塞總成和動平衡滑塊總成的運動相互制約，實現(xiàn)作功運動。取代了曲柄單圓滑塊機構(gòu)所配裝的內(nèi)齒輪傳動副，使本發(fā)明的動平衡更加優(yōu)異。減少了運動件，使結(jié)構(gòu)更加精巧，使用更加可靠。
三、本發(fā)明因其采用曲柄雙圓滑塊機構(gòu)而使整機體積縮小、重量減輕。為便于說明，設(shè)曲柄半徑和圓滑塊偏心距相等均為e，由圖5可知，本發(fā)明的活塞行程為4e，而采用曲柄連桿機構(gòu)的已有的同規(guī)格內(nèi)燃機，因其曲柄半徑為e，而活塞行程僅為2e。故此，本發(fā)明整機的體積和重量，可縮小和減少50～67％。
四、本發(fā)明的活塞、圓滑塊、曲軸等主要運動件的加工面，以圓柱面和平面為主，其加工工藝性優(yōu)越；且與同型內(nèi)燃機的通用零件達70％以上，其繼承性也好。
五、本發(fā)明的上述優(yōu)點，使其還具有節(jié)能和使用可靠性高的優(yōu)點。
下面，再用實施例及其附圖，對本發(fā)明作進一步說明。
附圖的簡要說明。


圖1是本發(fā)明的一種曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)示意圖。顯示I字型臥式雙缸機的結(jié)構(gòu)。
圖2是圖1的曲柄雙圓滑塊機構(gòu)的簡化結(jié)構(gòu)示意圖。顯示雙面工作結(jié)構(gòu)的活塞13及其圓滑塊27，動平衡滑塊21及其圓滑塊28，曲柄銷38的結(jié)構(gòu)。
圖3是本發(fā)明的另一種曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的曲柄雙圓滑塊機構(gòu)的簡化結(jié)構(gòu)示意圖。顯示是倒置的T字型三缸機，其動平衡滑塊52為單面活塞結(jié)構(gòu)。
圖4是本發(fā)明的又一種曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的曲柄雙圓滑塊機構(gòu)的簡化結(jié)構(gòu)示意圖。顯示是V字型雙缸機，及其單面活塞結(jié)構(gòu)的活塞61，其動平衡滑塊62為單面活塞結(jié)構(gòu)。
圖5是本發(fā)明的兩個圓滑塊27、28、曲柄銷38的運動原理示意圖。
圖6是本發(fā)明的活塞總成、動平衡滑塊總成的運動力平衡圖。
圖7是圖1的氣缸8和跑道26的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是圖4的缸體的結(jié)構(gòu)示意圖。顯示氣缸體59和氣缸結(jié)構(gòu)的跑道體60相互垂直呈V字形布置。
圖9是圖8的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。顯示兩個氣缸呈空間垂直，和曲軸37。
圖10是圖2和圖3中的雙面活塞結(jié)構(gòu)的活塞13和50的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11是圖10的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是圖2中的動平衡滑塊21的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13是圖12的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖14是圖13的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖15是圖3和圖4中的單面活塞結(jié)構(gòu)的活塞60、61和動平衡滑塊52的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖16是圖15的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖17是本發(fā)明中的一種圓滑塊的結(jié)構(gòu)示意圖。顯示呈整體式結(jié)構(gòu)。
圖18是圖17的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖19是兩個圓滑塊連成一體成雙圓滑塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖20是本發(fā)明中的一種曲軸的結(jié)構(gòu)示意圖。顯示呈組合式結(jié)構(gòu)。
實施例1本發(fā)明的一種曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，如附圖1、2、5～7、10～14、17～20所示。本實施例為I字型臥式雙缸機。有與通常結(jié)構(gòu)相類似的橫置的缸體1，配氣機構(gòu)2，含汽化器3的燃料供給系，含分電器4的點火系，含機油泵及濾清器5的潤滑系，含水泵6的冷卻系，含起動機7的起動裝置，和曲柄圓滑塊機構(gòu)。以上結(jié)構(gòu)構(gòu)成汽油機，當(dāng)需構(gòu)成柴油機時，可去除并增加構(gòu)成柴油機的部件，如去掉汽化器、分電器等部件，同時增加噴油泵等部件。
本發(fā)明的曲柄圓滑塊機構(gòu)，是曲柄雙圓滑塊機構(gòu)，由缸體中的氣缸、活塞、動平衡滑塊、跑道、兩個圓滑塊、曲軸、飛輪、皮帶輪等構(gòu)成。
上述氣缸8，如圖7，有圓柱形的空腔的缸孔9，其兩端為工作部，氣缸中可以有缸套，其中部橫向制有可安裝軸承的曲軸軸承孔10、11。氣缸頂有缸蓋12。
上述活塞13，如圖10、11，呈雙作用式活塞結(jié)構(gòu)，兩端為形狀和尺寸均相同的工作部14，該工作部呈圓柱形，有安裝活塞環(huán)的活塞環(huán)槽15。活塞的中段為導(dǎo)向部16，呈扁形體，其導(dǎo)向面17與氣缸相配合，沿導(dǎo)向面制有油槽18；在導(dǎo)向部中心，沿其橫向制有圓孔19，在圓孔19與油槽18之間制有油孔20。在圓孔中有滑動軸承。
上述動平衡滑塊21，如圖12、13、14，呈扁長體形，其對稱的兩側(cè)棱為呈弧形柱面形的導(dǎo)向部22，沿柱面制有油槽23。在扁長體中心，沿橫向制有圓孔24。在圓孔24與油槽23之間制有油孔25。在圓孔中有滑動軸承。
上述跑道26，如圖27，為開制在缸體1中的空腔，空腔的橫截面形狀與上述動平衡滑塊21相吻合；跑道中心線與氣缸相垂直、且相距適當(dāng)距離ι，ι可根據(jù)活塞和動平衡滑塊的導(dǎo)向部厚度確定。
上述兩個圓滑塊27、28，如圖17、18，其形狀和尺寸均相同，呈扁圓柱體形，在中部有沿軸向的偏心距為e的軸孔29，軸孔內(nèi)裝有軸瓦30。在軸孔兩側(cè)有兩相對稱的沿軸向的兩個銷孔31、32。在圓滑塊的軸孔與外圓柱面間制有油孔33，在圓滑塊的兩端面上，有與軸孔相通的十字形油槽34。用兩個定位銷35和36固插入銷孔31、32中，將兩個圓滑塊固聯(lián)成一體。兩銷孔的開制應(yīng)能使兩個圓滑塊的相位差180°且兩個軸孔相重合地固聯(lián)成一體，從而成為雙圓滑塊。上述圓滑塊為整體式結(jié)構(gòu)，也可以沿圓滑塊的軸孔徑向剖分，由兩個半圓滑塊采用通常聯(lián)接結(jié)構(gòu)，構(gòu)成組合式結(jié)構(gòu)的圓滑塊。
上述曲軸37，如圖20，為單拐式結(jié)構(gòu)，其曲柄半徑與上述圓滑塊的軸孔偏心距相等均為e。曲軸的曲柄銷38與一端的主軸頸39成一體結(jié)構(gòu)，另一端的主軸頸40套裝在曲柄銷的端頭上，并用通常的聯(lián)接件41固聯(lián)成一體。主軸頸的半徑可大于曲柄銷直徑，使曲柄銷38全部包含在主軸頸內(nèi)，其曲柄重疊度達100％。在曲柄銷中心有沿軸向的油道42，在油道與曲柄銷表面和主軸頸表面之間，有多條油孔43、44、45。曲軸安裝在缸體的曲軸軸承孔10、11中。上述曲軸為組合式結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)與上述整體式結(jié)構(gòu)的圓滑塊相配裝。曲軸也可以制成整體式結(jié)構(gòu)，與上述組合式結(jié)構(gòu)的圓滑塊配裝。
組裝時，將雙圓滑塊的軸孔29套裝在曲軸的曲柄銷38上，將兩個圓滑塊分別裝入活塞的圓孔19和動平衡滑塊的圓孔24中。上述通常結(jié)構(gòu)的飛輪46和皮帶輪47安裝在曲軸37的兩端。
設(shè)計制造時，應(yīng)使兩個圓滑塊27和28的質(zhì)量相等、重心相同。還應(yīng)使活塞總成和動平衡滑塊總成的質(zhì)量相等，且重心在各自的中心線上。在飛輪和皮帶輪上可按需設(shè)置平衡配重和去重。
本實施例制成ZB-292水冷、頂置凸輪式汽油機，其缸徑D＝92mm，活塞行程S＝70mm，功率N＝25ps/3000rpm，扭矩Me＝7kgf-m/2000rpm，最低油耗率ge＝212g/ps.h，凈重W＝70kg，體積V＝320×546×320mm3。
本實施例制成ZB-2105水冷、直噴式柴油機，其D＝105mm，S＝80mm，N＝25ps/1600rpm，Me＝115kgf-m/1100rpm，ge＝180g/ps.h，W＝80kg，V＝380×620×350mm3。
本實施例制成ZB-293水冷、下置凸輪式汽油機，其D＝93mm，S＝76mm，N＝36ps/3600rpm，Me＝7.6kgf-m/2000rpm，ge＝210g/ps.h，W＝56kg，V＝320×580×320mm3。
本實施例的運行方法與已有的內(nèi)燃機相同。與已有的同型曲柄連桿往復(fù)活塞式內(nèi)燃機相比，上述三個實例的油耗降低13～16％，重量減小50～60％，體積縮小60～70％，動平衡性提高，幾乎無振動，排污極少只有日本同類機的5～10％。
實施例2本發(fā)明的另一種曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，如附圖3、5、6、10、11、15～20所示。本實施例為倒置T字型三缸機。其結(jié)構(gòu)與實施例1大體相同。其特點是，缸體48呈近似倒置的T字形。有橫置的氣缸49，該氣缸49中有活塞50，其結(jié)構(gòu)與實施例1的活塞相同，為雙面活塞。其跑道51的結(jié)構(gòu)與通常的氣缸結(jié)構(gòu)相同，并與氣缸49相垂直，跑道中的動平衡滑塊52，呈如圖15、16所示的單面活塞結(jié)構(gòu)，其一端的工作部53另一端的導(dǎo)向部54、圓孔55、油槽56、油孔57的結(jié)構(gòu)，與實施例1的雙面活塞的對應(yīng)部結(jié)構(gòu)均相同。
本實施例的運行與已有的內(nèi)燃機相同。
實施例3本發(fā)明的又一種曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，如附圖4～6、8、9、15～20所示。本實施例為V字型雙缸機，其結(jié)構(gòu)與實施例2大體相同。其特點是，機體58呈V字形，其氣缸59和跑道60的結(jié)構(gòu)，與通常的氣缸結(jié)構(gòu)相同，二者呈V形布置，相互垂直，二者中心線相距適當(dāng)距離。本實施例的活塞61和動平衡滑塊62的結(jié)構(gòu)，呈如圖15、16所示的單面活塞結(jié)構(gòu)。
本實施例制成ZBV-2E50F風(fēng)冷、二沖程汽油機，其D＝50mm，S＝34mm，N＝7ps/5000rpm，Me＝0.85kgf-m/3000rpm，ge＝340g/ps.h，W＝4.5kg，V＝126×108×122mm3。
本實施例制成ZBV-293F風(fēng)冷汽油機，其D＝93mm，S＝76mm，N＝30ps/3200rpm，Me＝7.5kgf-m/2300rp，ge＝225g/ps.h，W＝48.5kg。
本實施例運行方法與已有的內(nèi)燃機相同。與已有的同型曲柄連桿往復(fù)活塞式內(nèi)燃機相比，上述兩實施例的油耗降低8～13％，重量減小46％，體積縮小55％。
權(quán)利要求
1.曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，包含有缸體及其內(nèi)的氣缸、活塞、曲軸、可旋轉(zhuǎn)地裝在活塞的圓孔中且其偏心的軸孔套裝在曲軸上的圓滑塊(27)的曲柄圓滑塊機構(gòu)，配氣機構(gòu)和燃料供給系，其特征在于缸體中有與跑道相配合作往復(fù)運動的動平衡滑塊，有可旋轉(zhuǎn)地裝在動平衡滑塊的圓孔中、其偏心的軸孔套裝在曲軸上、與上述圓滑塊(27)相位差180°且成一體的圓滑塊(28)。
2.如權(quán)利要求1所述的曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其特征在于所說的活塞(13)是兩端工作的雙面活塞，所說的跑道(26)與氣缸(8)呈空間垂直。
3.如權(quán)利要求1所述的曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其特征在于所說的活塞(5)是兩端工作的雙面活塞，所說的動平衡滑塊(52)是一端工作的單面活塞，所說的跑道(51)是氣缸結(jié)構(gòu)，且與上述氣缸(49)呈空間垂直。
4.如權(quán)利要求1所述的曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其特征在于所說的活塞(61)和動平衡滑塊(62)均是一端工作的單面活塞，所說的跑道(60)是氣缸結(jié)構(gòu)、且與上述氣缸(59)呈空間垂直。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其特征在于所說的兩個圓滑塊(27、28)的形狀和尺寸均相同，其軸孔(29)的偏心距(e)相等。
6.如權(quán)利要求5所述的曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其特征在于所說的圓滑塊(27、28)的軸孔(29)的偏心距(e)與曲軸的曲柄半徑(e)相等。
7.如權(quán)利要求5所述的曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其特征在于所說的兩個圓滑塊(27、28)被兩個定位銷(35、36)固聯(lián)。
8.如權(quán)利要求5所述的曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其特征在于所說的曲軸(37)為單拐式結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求5所述的曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其特征在于所說的曲軸(37)的曲柄銷(38)的一端與該端的主軸頸(40)為聯(lián)接結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求5所述的曲柄雙圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其特征在于所說的圓滑塊(27、28)是沿徑向剖分的組合式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機，特別是用圓滑塊取代連桿的曲柄圓滑塊往復(fù)活塞式內(nèi)燃機。包含有缸體、氣缸、活塞、曲軸、聯(lián)接活塞和曲軸的圓滑塊27的曲柄圓滑塊機構(gòu)，配氣機構(gòu)和燃料供給系，上述缸體中有與跑道相配合的動平衡滑塊，聯(lián)接動平衡滑塊和曲柄、與圓滑塊相位差180°且成一體的圓滑塊28。上述跑道和動平衡滑塊可呈氣缸和活塞結(jié)構(gòu)。本發(fā)明平衡優(yōu)良，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡巧，體積和重量可縮減50～67％，工藝性好，繼承性強，節(jié)省能源。
文檔編號F02B75/24GK1144879SQ9511140
公開日1997年3月12日 申請日期1995年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月13日
發(fā)明者黎正中, 黎明 申請人:黎正中, 黎明