[发明专利]凸轮摇杆连杆式内燃机

说明书

本发明涉及往复式活塞内燃机和压缩机。

现有的往复式活塞内燃机和压缩机，其驱动机构是传统的曲柄连杆机构，由曲柄、连杆和活塞组成。这类往复式内燃机是全世界迄今采用最广泛的原动机机型，是汽车等各类车辆的最主要的动力，不论在数量和总的额定功率方面，都大大超过所有其它原动机。

本发明的目的是进一步改进往复式活塞内燃机和压缩机。

本发明是这样实现的：将摇杆连杆机构安装在机器机体上。摇杆连杆机构由摇杆、连杆和活塞组成。摇杆可以是单个摇杆，也可以是将两个摇杆固接而形成的联动式摇杆。在主轴上固定传动凸轮，凸轮最好是具有两个互成180°夹角的凸出部分，或是具有三个互成120°夹角的凸出部分。凸轮的理论轮廓曲线可以通过选取合适的活塞加速度运动规律而确定，如选取余弦加速度运动规律，从而改善机器的动力学特性。机器机体上的摇杆连杆机构和主轴上的凸轮一起组成凸轮摇杆连杆机构。当活塞作往复直线运动时，摇杆作往复曲线摆动，而凸轮则作旋转运动。因此，通过此凸轮摇杆连杆机构，由活塞驱动凸轮旋转，或由主轴带动活塞作直线运动，使活塞的直线运动和主轴的旋转运动相互转换。在摇杆连杆机构上，装有滚轮，与主轴上的凸轮接触，以减小摇杆连杆机构和凸轮之间由相互运动引起的摩擦。滚轮最好是滚轮轴承式或滑动轴承式，安装位置最好是在摇杆和连杆铰链的销轴上。在机器机体上同一排气缸平面内，相应于气缸的各种布置形式，如直列式、两列V形或多列星形等不同布置形式，可以分别安装一组或多组摇杆连杆机构，与机器主轴上的凸轮一起，组成凸轮摇杆连杆机构。在机器机体上，可以在同一排气缸平面内，布置偶数列气缸，由相邻两列气缸为一组，安装一个联动式摇杆，与对应两个气缸的两组连杆和活塞一起组成摇杆连杆机构，在机器主轴上，对应联动式摇杆中不同方向的两个摇杆，分别安装相应的两组相互反向的传动凸轮。在机器机体上，也可以由相邻两排气缸为一组，对应各列气缸，分别安装一个摇杆，与对应列中两个气缸的两组连杆和活塞一起，组成摇杆连杆机构，在机器主轴上，对应各排气缸，固定相应的传动凸轮，由凸轮和摇杆连杆机构一起，组成凸轮摇杆连杆机构。在本发明的机器中，气缸盖可以和机器机体一起制造成整体。

本发明用凸轮摇杆连杆机构取代传统的往复式活塞内燃机和压缩机中的曲柄连杆机构。较之传统的往复式活塞内燃机，在同样的额定功率下，本发明的内燃机，具有如下几个很大的优点：

（一）机器的机械性能和运转平稳性得到改善。机器的机械性能和运转平稳性可以从几方面得到改善，包括：

（1）由于本发明采用凸轮摇杆连杆机构，连杆摆动小，最大摆动角约为2～4°，接近于作直线运动，因而活塞倾斜小，对气缸的侧压力大大减小，引起的摩擦力和功率损耗亦大大减小。

（2）可以选取合适的活塞加速度运动规律来确定凸轮轮廓曲线，从而改善机器的动力学特性。如选取活塞作余弦加速度运动规律，就能使由于活塞的往复运动引起的惯性力、惯性力矩和惯性扭矩为简谐变化规律，而且能通过适当布置气缸排数和列数，及相应的凸轮在主轴上的安装方式而得到消除。因此，机器扭矩波动小，运转平稳，振动减小。

（3）由于取消了曲轴，而代之以直主轴和轴对称的凸轮，在原理上不存在旋转不平衡，从而使转轴的旋转平衡性大为改善。同样由于取消了曲轴，可以减小连杆重量，从而减小了由连杆引起的惯性力。

（4）由于易于采用多缸小缸径，单个气缸及活塞组受力小，机器应力分散，改善了机器的刚度和强度性能。

（二）主要部件易于制造，生产成本降低。由于取消了笨重复杂的曲轴和平衡装置，使结构简化，并可减少主轴承数。由于易于采用多缸小缸径，使气缸、活塞等部件易于制造。

（三）机器紧凑轻巧。由于取消了笨重复杂的曲轴，因而易于布置多列多排气缸，使结构紧凑。通过采用多缸小缸径设计，增加气缸数，减小缸径，从而能大大减小机器尺寸和重量。与直列式传统往复式活塞内燃机相比，通过采用两列V形或多列星形多排气缸布置，尺寸在高度上可以减小10～20%，在长度上可以减少30～50%。

（四）气缸和活塞组等部件的热负荷状况得到改善。由于易于采用小缸径多列多排布置，从而能使气缸、活塞组、气缸盖、气门等零件的热负荷减轻。

（五）便于将气缸盖和机体制造成整体，从而消除了气缸盖密封问题，并使气缸盖部分结构得到简化。

下面将结合附图对发明作进一步的详细描述。

图1是一种两列两排气缸V形布置的凸轮摇杆连杆式内燃机示意图。V形夹角为60°，凸轮具有两个互成180°夹角的凸出部分。