[发明专利]波形槽机构型活塞式内燃发动机

说明书

众所周知，活塞式内燃发动机如汽油机和柴油机，均以曲轴连杆机构为主体，配合以其他辅助机构构成。但曲轴连杆型内燃机，活塞有侧向压力，曲轴上有不平衡离心力，而且结构复杂。

本发明是提供一种无曲轴连杆的活塞式内燃机的构成方法，是以二种独创的波形槽机构为主体配合其他辅助机构构成活塞式内燃发动机。辅助机构无实质的改变，故以下不作叙述。

用波形槽机构组成的内燃机，称之为波形槽机构型内燃发动机，以区别于曲轴连杆型内燃发动机。相对于传统的曲轴连杆型发动机，它属于特种活塞式发动机的范畴。

波形槽机构型内燃发动机，可由以下两种基本波形槽机构组成：

Ⅰ型-发动机活塞往复运动不作转动

参看图1。气缸1、活塞2、滚销3、主轴4及飞轮5、构成一个二冲程发动机的基本结构。此机构四冲程发动机也可以适用。

气缸上开有二个相对直槽，活塞有二个突起插入直槽，其二孔中装置二销。主轴上开有如图2的波形槽，二销伸入波形槽。

活塞在燃气的推动下下行，使二销下压波形槽的斜面，活塞不能转动于是迫使主轴及飞轮沿箭头方向旋转。主轴的轴承上受有轴向载荷。由于回转零件及飞轮的转动惯性，一次次完成发动机的工作循环。

Ⅱ型-发动机活塞往复运动兼作转动

参看图3。气缸1、活塞2、滚销3、主轴4和飞轮5，也组成了一个二冲程发动机的基本结构。四冲程发动机也可以。

气缸上有二孔，插入二销，活塞上开如图2的波形槽，活塞与主轴以花键连接，二销插入波形槽内。

燃气压力推动活塞下行，使波形槽下压二销，销的位置固定，迫使活塞转动。活塞于是一边下行一边转动。转动通过花键传给主轴及飞轮。主轴轴承上不受到轴向载荷。同样在转动惯性的作用下，工作循环周而复始。

以上两种结构，也可用于构成压缩机或其他活塞式机械。

图2的波形槽是一转二往复的波形槽，使用这种槽型，主轴一转活塞有四个冲程，对于二冲程内燃机，每转有二次动力冲程，对于四冲程内燃机，每转有一个动力冲程，因此与曲轴连杆型内燃机相比，若每分钟有相等的工作循环数，其转速降低一半。

此外，活塞上的侧向压力因二销相对而获得平衡，活塞的运动自由，而且回转另件无不平衡离心力。

波形槽型的工作曲线可以有多种位移规律供选择，如等加速等减速规律，简谐运动规律，修正等速规律，等等。图2是修正等速规律，由二园弧一切线构成。活塞上行与下行，可以采取对称或不对称的规律，图上是对称的形式。采取对称的形式，一转四个冲程时间相等。若采取上行陡削的曲线，下行平坦的曲线，对于四冲程发动机，则压缩加快，燃烧膨胀减慢，排气加快，吸气减慢，可能很有利;对于二冲程则压缩加快，燃烧膨胀减慢，排气及换气结果不变，也很有利。

工作曲线的最大升角与活塞冲程长度相关。由于开槽的园柱面（或内园柱面）随气缸直径大小已经确定，当最大升角大时允许的活塞冲程长，最大升角小则允许的冲程短，图2中S表示冲程长度，入表示升角，r₁及r₂表示两个园弧，通常可取r₁＝r₂＝1/3～1/2s，入值是变化的，入max可取45°～60°若D表示气缸直径，在修正等速规律的曲线时，Ⅰ型和Ⅱ型波形槽机构型发动机的活塞冲程长度S在0.5-0.8D范围内，Ⅱ型较Ⅰ型冲程长。

入max＞60°时起动费力。

一转一往复的波形槽也可以组成Ⅰ型和Ⅱ型发动机，因只有一个滚销，活塞上便有侧向压力。一转多于二往复的波形槽可以获得侧向压力的平衡，但因其允许的活塞冲程较短或过短，难以满足发动机的要求。不过，若将活塞和气缸作成阶台筒柱形或者将波形槽置于飞轮内，则有可能组成每转六冲程，八冲程等的发动机，其转速相应为曲轴连杆型的1/3、1/4等，其类型仍属于上述Ⅰ型或Ⅱ型波形槽机构型发动机。以后的叙述中波形槽型内燃机除非指明一般是指一转二往复的波形槽机构型的Ⅰ型和Ⅱ型发动机。

波形槽机构型的发动机，活塞均需高强度钢材制成并需淬硬。活塞组的往复质量一般不致过多超过曲轴连杆的发动机中铝合金活塞组及连杆往复质量之和，由于转速低，因而活塞往复惯性力可以低于现有曲轴连杆型的发动机。

滚动的销，均需加滚针或滚针轴承。销及滚针需作为易耗损件，经常更换，因而气缸体上要设窗孔，便于经常检查更换。

花键部分，宜加滚珠，为此可在活塞内花键的二端加特制的挡圈，以防滚珠从滚道中掉出。气缸直槽可加U形衬片。