专利名称：无曲轴活塞式内燃机的制作方法
技术领域：
无曲轴活塞式内燃机属内燃机领域。
常见的内燃机多由活塞、气缸、连杆、曲轴等组成。由于有曲轴机构(无论是二冲程内燃机，还是四冲程内燃机)，因而不可避免地存在死点问题，爆破冲程的开始最有利时期曲轴几乎处于死点位置，故大量的燃料燃烧热能未能转化为机械能；同时也加大了曲轴的几何尺寸(因为要瞬时地静止的承受爆破冲击)。为了解决这一问题，有人曾设计了一种转子式内燃机，它一改原内燃机的结构，取消了曲轴、连杆等机件，集吸气、压缩、爆破、排气冲程于一圆环形内循环进行，驱使装于园环形内的转子高速旋转以输出机械能。可是由于转子与园环形缸体，两端盖的密封问题不能很好解决，故发明了百多年的活塞式内燃机一直沿用至今。
本实用新型为提高内燃机的效率提供了一条途径，它成功地取消了曲轴机构，使活塞通过连杆和摇杆直接相连，借助单向超越离合器使输出轴作单向转动，从而从根本上解决了曲轴机构的死点问题，如采用摇杆的长度等于活塞行程的长度，那么输出的功可从0.5提高到0.93。
本实用新型的实施结合附图，作进一步的描述(为了突出重点，方便叙述，附图中省略了现在广泛用于四冲程内燃机、二冲程内燃机上的配气机构、油泵、喷油、汽化机构和其他对于说明工作原理无十分必需的部件)。
图1为内啮合四缸四冲程无曲轴活塞式内燃机机动示意图；图2为外啮合四缸四冲程无曲轴活塞式内燃机机动示意图；图3为内啮合二缸二冲程无曲轴活塞式内燃机机动示意图；图4为外啮合二缸二冲程无曲轴活塞式内燃机机动示意图5为四缸四冲程四摇杆无曲轴活塞式内燃机机动示意图。
图6为二缸二冲程三摇杆无曲轴活塞式内燃机机动示意图。
图7为左单向超越离合器示意图。
图中1.a活塞连杆；2.公共摇杆；3.左单向超越离合器(简称左单)；4.左动轴；5.左齿轮；6.内齿轮(或中齿轮)；7.输出轴；8.右齿轮；9.右动轴；10.C活塞连杆；11、右单向超越离合器(简称右单)；12.滑动摇杆；13.b活塞连杆；14.d活塞连杆；15.16、17、18气缸；19.星轮；20.园柱滚子；21、24.平键；22後摇杆、23.左辅摇、25右辅摇、26.外毂；27.前摇杆。设内燃机在工作之前，a、b两活塞分别处于(18)、(17)两气缸上止点位置，由于连杆(1)、(10)、(13)、(14)铰连在公共摇杆(2)上，故C、d两活塞分别处于(16)、(15)两气缸的下止点位置。启动时，通过启动配气阀，压缩空气强行进入气缸(18)的上部，推动a活塞向下运动，并通过连杆(1)使公共摇杆(2)逆时钟旋转一个角度(60度)，由于左单(3)的作用，致使左动轴(4)也逆时钟旋转相同角度，左动轴(4)的旋转带动了其上紧固的左齿轮(5)的转动，且旋向和角度与左动轴(4)相同；左齿轮(5)的旋转又带动了与其啮合的内齿轮(6)〔或中齿轮(6)〕、紧固连接的输出轴(7)的转动，且旋向和左动轴(4)相同〔或相反〕，而旋转角度等于60×Z左／Z内度〔或60×Z左／Z中度〕，在a活塞向下运动的同时，由于连杆(1)和连杆(13)同时铰接在左单(3)的左端的公共摇杆(2)上，故b活塞和a活塞同时向下运动，由此而完成气缸(17)的吸气冲程，与此同时，C、d活塞分别通过连杆(10)、(14)和一同铰接在左单(3)的右端的公共摇杆(2)向上运动，分别完成压缩、排气冲程。与公共摇杆(2)滑动连接的滑动摇杆(12)则顺时钟旋转一个角度(60度)，但是由于右单(11)的作用，右动轴(9)不同滑动摇杆(12)一起旋转，而是通过与内齿轮(6)〔或中齿轮(6)〕啮合的右齿轮(8)的带动作逆时钟旋转，旋转角度等于60度。当a、b活塞同时运动到下止点，C、d活塞同时运动到上止点时，C活塞压缩气缸(16)的气体至极小而压力达到一定数值，温度随之升高，高压油咀开始喷油，产生爆炸性燃烧，气体体积迅即扩大，产生强大的推力，推动C活塞向下运动，这时公共摇杆(2)在连杆(10)的作用下，顺时钟旋转，通过滑动摇杆(12)和右单(11)的作用使右动轴(9)、右齿轮(8)、内齿轮(6)〔或中齿轮(6)〕和输出轴(7)逆时钟〔或顺时钟〕旋转。d活塞随同C活塞向下运动完成吸气冲程。与此同时，a、b活塞向上运动，分别完成排气、压缩冲程。至此公共摇杆(2)和滑动摇杆(12)已完成了一个循环，而四冲程内燃机还只完成半个循环。接着下去的是公共摇杆(2)根据需要进行下一个循环，气缸、活塞完成下半个循环。即a、b活塞分别完成吸气、爆破冲程，C、d活塞分别完成排气、压缩冲程。再进行下去是a、b活塞分别完成压缩、排气冲程，C、d活塞分别完成吸气、爆破冲程。只有到这时为止气缸、活塞才完成一个循环，而公共摇杆(2)和滑动摇杆(12)已完成了两个循环，如此循环下去，带动输出轴(7)单向旋转，从而达到将热能转化为机械能的目的。如前所述，第一循环开始时连杆(1)的向下运动不是由于气缸(18)内压缩空气遇高压油塞产生爆炸性燃烧，推动a活塞所产生的，而是由于借助于外部系统预先贮存的(或配备有电气泵)高压气体通过启动配气阀进入气缸(18)而完成的。当气缸的第二循环开始后，启动配气阀不再工作，而a活塞也具备了进行下一个循环的条件。上面所叙述的是柴油内燃机的工作情况，显然对于四冲程汽油内燃机和二冲程汽油内燃机和二冲程柴油内燃机，此实用新型同样适用，因为就其本质而言，此实用新型只是用摇杆代替了曲轴机构，现已完全成熟的四冲程、二冲程内燃机的其他机构自然全部可以借用，也正因为如此，前面的叙述才没有涉及诸如配气机构和喷油机构等。为了增加内燃机的功率，四冲程内燃机可以设置八缸、十二缸等；二冲程内燃机可以设置四缸、六缸、八缸等。
左单向超越离合器(3)的工作原理结合附图7略述如下当公共摇杆(2)按实线箭头所指的方向旋转时(逆时钟)，园柱滚子(20)被推到星轮(19)和外毂(26)之间较窄的地方，通过平键(21)带动外毂(26)逆时钟转动，外毂(26)的转动又通过平键(24)带动左动轴(4)也逆时钟旋转。当公共摇杆(2)按虚线箭头所指的方向旋转时(顺时钟)，园柱滚子(20)被推到星轮(19)和外毂(26)之间较宽的地方，故外毂(26)与星轮(19)脱开，左动轴(4)将由于右单向超越离合器(11)作用保持原来的旋向。右单向超越离合器(11)的工作原理与此相同，不同的只是在工作时间上彼此错开，即当左单(3)带扭矩工作时，右单(11)空回转，而右单(11)带扭矩工作时，左单(3)空回转，如此交换工作致使输出轴(7)连续转动，以输出扭矩。
图5、图6所示为无曲轴活塞式内燃机的变形结构，它的工作原理和
图1至图4的无曲轴活塞式内燃机的基本相同，这里只就不同的地方加以说明当a活塞在气缸(18)内受气体的推力向下运动时，通过连杆(1)使前摇杆(27)逆时钟旋转一个角度，由于左单(3)的作用，输出轴(7)也旋转一个相同的角度，(也正是由于右单(11)的作用，後摇杆(22)可以右旋。)前摇杆(27)的右端致使连杆(10)向上运动而完成气缸(16)的压缩冲程，同时，前摇杆(27)的逆旋致使左辅摇(23)的逆旋(从右往左看)，左辅摇(23)的逆旋又致使与其成高副的后摇杆(22)的顺旋，通过连杆(13)、(14)分别使气缸(17)、(15)完成排气、吸气冲程。当气缸(16)的气体压缩至最小时，温度上升，喷油咀开始喷油，产生爆破性燃烧，推动C活塞向下运动。C活塞的向下运动通过四个摇杆及四根连杆的作用，使气缸(18)、(17)、(15)分别完成排气、吸气、压缩冲程。气缸(15)的压缩冲程完后，紧接爆破冲程，于是气缸(18)、(17)、(16)分别完成吸气、压缩、排气冲程，气缸(17)压缩冲程后，又紧接爆破冲程，于是气缸(18)、(16)、(15)分别完成压缩、吸气、排气冲程。从上述可以看出作功冲程(即爆破冲程)的顺序是(18)、(16)、(15)、(17)，并按此循环下去，以使输出轴(7)连续逆旋，以输出扭矩。前后摇杆和四活塞成铰接，二摇杆同二辅摇成四高副。
权利要求1.一种将燃料燃烧时产生的热能转化为机械能的无曲轴活塞式内燃机，其特征在于四个连杆(1)、(13)、(10)、(14)的一端分别与a、b、c、d活塞铰连，另一端与摇杆铰连，燃料在气缸(18)、(17)、(16)、(15)内按一定规律产生爆炸式燃烧推动活塞在气缸内作往复直线运动，通过连杆推动摇杆摆动，借助左右单向离合器(3)、(11)使左右动轴(4)、(9)单向旋转(或直接使输出轴单向转动)，再通过齿轮传动，从而实现了输出轴(7)的单向转动。
2.由权利要求1所述的无曲轴活塞式内燃机其特征在于公共摇杆(2)和滑动摇杆(12)分别通过单向超越离合器(3)、(11)使动轴(4)、(9)同向旋转，以带动内齿轮(6)〔或中齿轮(6)〕相向或反向旋转，从输出轴(7)输出功率。
3.由权利要求1所述的无曲轴活塞式内燃机其特征在于输出轴(7)的转速可以通过改变左、右动齿轮(5)、(8)与内齿轮(6)〔或中齿轮(6)〕的齿数比来实现。
4.由权利要求1所述的无曲轴活塞式内燃机其特征在于对于四冲程内燃机它的缸数是4的整倍数，如4、8、12、16。对于二冲程内燃机它的缸数是2的整倍数如2、4、6、8、10、12。
5.由权利要求1所述的无曲轴活塞式内燃机其特征为输出轴(7)的旋向由内齿轮(6)或中齿轮(6)来决定，即用内齿轮(6)为逆时钟旋转，用中齿轮(6)为顺时钟旋转。
6.由权利要求1所述的无曲轴活塞式内燃机，其特征在于当工作机械的扭矩无需以转动的方式输出时，可以取消左、右齿轮(5)、(8)和内齿轮(6)〔或中齿轮(6)〕，而在右单(11)的右端加备用摇杆(B)以摆动的形式输出。
7.由权利要求1所述的无曲轴活塞式内燃机其特征在于其结构可以设计成四根摇杆和三根摇杆(在二缸二冲程内燃机上)的形式，这时右动轴(4)转变为输出轴(7)，左单(3)右单(11)列于输出轴(7)上，公共摇杆(2)则裂分为前摇杆(27)和后摇杆(22)，滑动摇杆(12)的职能以辅摇杆(23)、(25)代替〔在二缸二冲程内燃机上则只有辅助摇杆(23)〕。
专利摘要本实用新型借助于单向超越离合器的单向超越离合作用，将活塞式内燃机的活塞在气缸内的直线往复运动，通过连杆、摇杆机构转变为输出轴的单向转动，从而实现了热能向机械能的转变。在消耗相同的燃料的情况下，可以大幅度地提高活塞式内燃机的输出功率。本实用新型不但适应于四冲程柴、汽油内燃机，同样也适应于二冲程柴、汽油内燃机。同时，在少数不需输出单向转动的场合，借助本实用新型可以十分方便地实现诸如摆动、直线往复运动，从而简化配套工作机械的结构。
文档编号F02B75/32GK2046548SQ8821254
公开日1989年10月25日 申请日期1988年5月7日 优先权日1988年5月7日
发明者王石罗, 胡新民 申请人:王石罗, 胡新民