CN208619228U - 一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机，在缸体上环形均匀分布若干个气缸，通过气缸内活塞带动活塞推杆部套直线往复运动，进而通过滚子驱动圆柱凸轮轴产生旋转运动，最后动力由圆柱凸轮轴输出；圆柱凸轮机构包括圆柱凸轮轴和滚子，圆柱凸轮轴与缸体通过轴承联接，圆柱凸轮轴上设有凸轮廓线，通过凸轮廓线与滚子联接，滚子为耐高温滚轮轴承。本实用新型取消传统内燃机中的曲轴连杆机构，采用长径比相对较小的圆柱凸轮轴作为输出轴，既可以实现对每一冲程行程的独立配置，又可将一个工作循环的周期由原720°变为360°，实现输出轴每转一周就出现一次做功冲程，还可减小内燃机外形尺寸，促进内燃机和整车轻量化设计。

Description

一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机

技术领域

本实用新型涉及内燃机技术领域，具体涉及一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机。

背景技术

四冲程曲轴连杆式内燃机是目前使用较为普遍的一种内燃机形式，该结构形式决定了其不可避免的一些缺点，如：运动副间摩擦较为显著导致传动效率不够高，每个冲程只能设计成相同的行程。此外，曲轴连杆式内燃机还有以下不足：体积庞大不利于整机轻量化设计，曲轴连杆机构由于材料连续性较差而产生较大的不平衡和离心力，引发的冲击振动烈度较高，复杂结构导致零部件在加工制造和装配等各环节中均存在困难。

为进一步克服上述不足，本实用新型提供一种内燃机结构设计方案，即一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机，以解决现有曲轴连杆式内燃机中存在的摩擦大、行程单一、振动烈度高及零部件成型困难等问题。

为此目的，本实用新型采用以下技术方案：一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机，包括缸体、缸盖、配气机构、圆柱凸轮机构、活塞推杆部套，其中：在缸体上环形均匀分布若干个气缸，通过气缸内活塞带动活塞推杆部套直线往复运动，进而通过滚子驱动圆柱凸轮轴产生旋转运动，最后动力由圆柱凸轮轴输出；圆柱凸轮机构包括圆柱凸轮轴和滚子，圆柱凸轮轴与缸体通过轴承联接，圆柱凸轮轴上设有凸轮廓线，通过凸轮廓线与滚子联接，滚子为耐高温滚轮轴承；活塞推杆部套包括活塞、推杆和弹簧，推杆一端通过销轴联接有活塞，另一端与滚子固联，推杆上设置有导向轴段，缸体上设置导向孔；导向轴段和导向孔为移动副联接；推杆与圆柱凸轮轴之间通过滚子和凸轮廓线接触形成高副联接，推杆上设有弹簧，弹簧两端均设置为磨平并紧，一端固定在推杆端部的挡片一上，另一端固定在缸体前部的挡片二上。

进一步的所述推杆上设有导向轴段，所述缸体上设有导向孔，二者通过配合实现移动副，防止所述滚子与凸轮廓线之间出现偏移。

进一步的圆柱凸轮轴采用焊后成型的方式，设计为中空轴。

进一步的所述推杆上设有弹簧，所述弹簧两端均磨平并紧，弹簧一端与推杆上挡片一固联，另一端与缸体上的挡片二固联。

进一步的所述圆柱凸轮轴由轴承固定在缸体上并且轴线通过气缸所在圆周的圆心，圆柱凸轮轴外表面设有凸轮廓线，所述凸轮廓线与滚子相连，所述滚子数量与气缸数量相同。

一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机设计方法，其中：在缸体上环形均匀分布若干个气缸，内燃机工作时，在任何一时刻总有一个气缸工作于做功冲程，圆柱凸轮轴的转角为360°，圆柱凸轮轴外表面凸轮廓线对每一冲程的行程实现独立设计和配置，一个工作周期内，四个不同冲程设计不同的行程：

1）对于进气冲程，通过增加凸轮廓线中进气段的廓线高度进行加大进气行程Ha，再辅以设置提前进气角和迟闭角，实现气缸进气量的增大；

2）对于压缩冲程，通减少凸轮廓线中压缩段的廓线高度予以缩短压缩行程Hb，控制压缩比和避免爆震现象；

3）对于做功冲程，通过加大凸轮廓线中做功段的廓线高度进行增大做功行程Hc，以此提升内燃机的动力性能；

4）对于排气冲程，通过增大凸轮廓线中排气段的廓线高度予以增大排气行程Hd，便于气缸内废气排出更为彻底。至此，圆柱凸轮轴的一个回转周期结束，内燃机在四个冲程内完成一次做功。

与传统曲轴连杆式内燃机相比，本实用新型的有益技术效果在于：

1）一个工作周期内，对于前述四个不同冲程可以设计不同的行程，以此改善发动机性能。对于进气冲程，曲轴连杆式内燃机通过设置提前进气角和迟闭角，以此增加缸筒内的进气量，本实用新型中通过增加凸轮廓线中的进气段高度增加行程即可实现进气量的增加。对于压缩冲程，通过适当缩短该行程冲程可以控制压缩比和避免爆震现象。适当加大做功冲程的行程，可以提升内燃机的动力性能。而对于排气冲程，可配置较长行程，以有利于缸筒内废气排出得更为彻底。本实用新型中对于四个冲程的行程配置按照从大到小的顺序排列为：排气行程Hd、做功行程Hc、进气行程Ha和压缩行程Hb。

2）一个工作周期内，圆柱凸轮轴的转角不是720°而是360°，在同样完成四个冲程的情况下，可以获得更高的圆柱凸轮轴输出转速，而且运转平稳连续性更佳。

3）本实用新型中圆柱凸轮轴主要受活塞推杆部套滚子端产生的轴向力和扭矩，轴向力可使圆柱凸轮轴产生倾覆，但环形均匀分布的四个气缸，在任何一时刻总有一个气缸工作于做功冲程，使活塞推杆部套的滚子端对圆柱凸轮轴施加相反方向的轴向力，从而改善圆柱凸轮轴的轴向受力情况，再加上圆柱凸轮轴长径比较小，且周向材料连续刚性较大，故本实用新型中圆柱凸轮轴横向振动远小于传统内燃机中曲轴的横振烈度，降低了振动烈度，本实用新型中圆柱凸轮轴的振动形式主要表现为扭振，将活塞推杆部套的运动规律设计为五次多项式或摆线运动规律，即可使圆柱凸轮轴适用于高速旋转的场合，又可提高活塞推杆部套的运动柔顺性，还可消除滚子对圆柱凸轮轴产生的柔性冲击和刚性冲击，从而改善圆柱凸轮轴的扭振特性。

附图说明

图1为本实用新型中圆柱凸轮式无曲轴内燃机的示意图；

图2为本实用新型中圆柱凸轮轴的凸轮廓线展开的示意图；

图3为本实用新型中活塞推杆部套的示意图；

图4为本实用新型中推杆的示意图；

图5为本实用新型中缸体的示意图；

图6为本实用新型中缸体背面示意图；

图7为本实用新型中圆柱凸轮轴的示意图。

其中：1缸体、11气缸、12导向孔、2缸盖、3配气机构、31进气门、32排气门、4圆柱凸轮机构、41滚子、42圆柱凸轮轴、421凸轮廓线、421a进气段、421b压缩段、421c做功段、421d排气段、5活塞推杆部套、51活塞、52推杆、521导向轴段、53弹簧、54挡片一、55挡片二、6轴承、Ha进气行程、Hb压缩行程、Hc做功行程、Hd排气行程。

具体实施方式

参照附图对本实用新型具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，本实用新型主要包括由缸体1、缸盖2、配气机构3、圆柱凸轮机构4、活塞推杆部套5及点火系统、供油系统、冷却系统、润滑系统，在缸体1上环形均匀分布若干个气缸11，本实施例中为4个，通过气缸11内活塞51带动活塞推杆部套5直线往复运动，进而通过滚子41驱动圆柱凸轮轴42产生旋转运动，最后动力由圆柱凸轮轴42输出。

本实用新型中圆柱凸轮机构的结构组成为：圆柱凸轮轴42和滚子41。为促进轻量化设计，本实用新型中圆柱凸轮轴42设计为中空形式且焊后成形，并与缸体1通过轴承6联接，圆柱凸轮轴42上设有凸轮廓线421，通过凸轮廓线421与滚子41联接，滚子41为耐高温滚轮轴承；

本实用新型中活塞推杆部套的结构组成为：活塞51、推杆52和弹簧53，推杆52一端通过销轴联接有活塞51，另一端与滚子41固联，为增强推杆52直线往复运动的导向性，推杆52上设置有导向轴段521，缸体1上设置导向孔12；为防止滚子41在图轮廓线421中发生偏移，本实用新型将导向轴段521和导向孔12设计为移动副联接；

本实用新型中圆柱凸轮机构与活塞推杆部套的连接关系为：推杆52与圆柱凸轮轴42之间通过滚子41和凸轮廓线421接触形成高副联接，二者的接触因滚子41由滑动摩擦联接变为滚动摩擦联接，为消除二者间隙，推杆52上设有弹簧53，弹簧53两端均设置为磨平并紧，一端固定在推杆52端部的挡片一54上，另一端固定在缸体1前部的挡片二55上；

本实用新型的工作原理是：内燃机工作时，滚子41首先运行在凸轮廓线421的进气段421a，此时配气机构3中的进气门31打开，排气门32关闭，圆柱凸轮轴42通过滚子41带动活塞51向外运动；该行程结束后，滚子41进入凸轮廓线421的压缩段421b，圆柱凸轮轴42通过滚子41带动活塞51向内压缩气缸11中的油气混合物；之后滚子41进入凸轮廓线421的做功段421c，气缸11内燃料被点燃，活塞51被向外推动，并通过推杆52和滚子41驱动圆柱凸轮轴42转动，运动和动力由圆柱凸轮轴42输出，前述两个冲程内进气门31和排气门32均关闭；凸轮廓线421最后一段为排气段421d，通过滚子41带动活塞51向内压缩，此时进气门31关闭，排气门32打开，将气缸11内废气排除。至此，圆柱凸轮轴42在飞轮惯性的帮助下，已完整运转360°，每个气缸11也均已完成四个冲程，之后随着圆柱凸轮轴42的连续运转，滚子41又重新进入凸轮廓线421的进气段421a内，开始下一个工作周期。

本实用新型之所以振动烈度低，是因为：中圆柱凸轮轴42主要受活塞推杆部套5滚子41端产生的轴向力和扭矩，轴向力可使圆柱凸轮轴42产生倾覆趋势，但环形均匀分布的四个气缸11，在任何一时刻总有一个气缸11工作于做功冲程，使活塞推杆部套5的滚子41端对圆柱凸轮轴42施加相反方向的轴向力，从而改善圆柱凸轮轴42的轴向受力情况，再加上圆柱凸轮轴42长径比较小，且周向材料连续刚性较大，故本实用新型中圆柱凸轮轴42横向振动远小于传统内燃机中曲轴的横振烈度；本实用新型中圆柱凸轮轴42的振动形式主要表现为扭振，将活塞推杆部套5的运动规律设计为五次多项式或摆线运动规律，即可使圆柱凸轮轴42适用于高速旋转的场合，又可提高活塞推杆部套5的运动柔顺性，还可消除滚子41对圆柱凸轮轴42产生的柔性冲击和刚性冲击，从而改善圆柱凸轮轴42的扭振特性。

本实施例所述的内燃机另有点火系统、供油系统、冷却系统、润滑系统等为现有技术。

以上仅是结合具体实施方式对本实用新型的技术原理进行描述，本实用新型保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属本实用新型思路下产生的技术方案，均落入本实用新型保护范围内。对本技术领域内而言，在使用本实用新型技术原理前提下，对本实用新型的改进和局部润饰，也应落入本实用新型保护范围内。

Claims (6)

1.一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机，包括缸体（1）、缸盖（2）、配气机构（3）、圆柱凸轮机构（4）、活塞推杆部套（5），其特征在于：在缸体（1）上环形均匀分布若干个气缸（11），通过气缸（11）内活塞（51）带动活塞推杆部套（5）直线往复运动，进而通过滚子（41）驱动圆柱凸轮轴（42）产生旋转运动，最后动力由圆柱凸轮轴（42）输出；圆柱凸轮机构（4）包括圆柱凸轮轴（42）和滚子（41），圆柱凸轮轴（42）与缸体（1）通过轴承（6）联接，圆柱凸轮轴（42）上设有凸轮廓线（421），通过凸轮廓线（421）与滚子（41）联接，滚子（41）为耐高温滚轮轴承；活塞推杆部套（5）包括活塞（51）、推杆（52）和弹簧（53），推杆（52）一端通过销轴联接有活塞（51），另一端与滚子（41）固联，推杆（52）上设置有导向轴段（521），缸体（1）上设置导向孔（12）；导向轴段（521）和导向孔（12）为移动副联接；推杆（52）与圆柱凸轮轴（42）之间通过滚子（41）和凸轮廓线（421）接触形成高副联接，推杆（52）上设有弹簧（53），弹簧（53）两端均设置为磨平并紧，一端固定在推杆（52）端部的挡片一（54）上，另一端固定在缸体（1）前部的挡片二（55）上。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机，其特征在于：所述推杆（52）上设有导向轴段（521），所述缸体上设有导向孔（12），二者通过配合实现移动副，防止所述滚子（41）与凸轮廓线（421）之间出现偏移。

3.根据权利要求1所述的一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机，其特征在于：圆柱凸轮轴（42）采用焊后成型的方式，设计为中空轴。

4.根据权利要求1所述的一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机，其特征在于：所述推杆（52）上设有弹簧（53），所述弹簧两端均磨平并紧，弹簧一端与推杆上挡片一（54）固联，另一端与缸体（1）上的挡片二（55）固联。

5.根据权利要求1所述的一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机，其特征在于：所述圆柱凸轮轴（42）由轴承（6）固定在缸体（1）上并且轴线通过气缸（11）所在圆周的圆心，圆柱凸轮轴（42）外表面设有凸轮廓线（421），所述凸轮廓线（421）与滚子（41）相连，所述滚子（41）数量与气缸（11）数量相同。

6.根据权利要求1所述的一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机，其特征在于：所述在缸体（1）上环形均匀分布若干个气缸（11）。