專利名稱：轉子凸輪發動機的無連桿氣缸組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種無連桿的、直接裝設滾輪的話塞以及在缸壁設有門形開口的氣缸組件，該組部件是轉子凸輪發動機進入實用化的重要改進之一。
轉子凸輪發動機是最有可能取代現有傳統的活塞——曲軸式發動機的一種新型發動機。但是，由于工作時，由二、三、四個或更多的氣缸組成轉動氣缸體以及活塞、連桿和滾輪系統再加上控制活塞——連桿組件沿直線運行的約束機構等作為一個質量及半徑很大的轉動整體有著巨大的轉動慣量，使得發動機的響應性變得很差。
《汽車之友》1994年第6期上《形形色色的新型發動機》一文中介紹的轉子凸輪發動機是由十字型分布的四缸組成的氣缸轉子，其中燃燒室分布在轉軸附近，裝在活塞上的連桿的另一端上的滾子與呈橢園形的發動機外罩的內壁保持接觸，這樣通過氣缸體的轉動控制活塞的運動，進行發動機的工作循環過程。
本發明的目的是提供一種將轉子凸輪發動機的滾輪直接安裝在活塞上，從而省去連桿機構，并通過在活塞及氣缸壁上同時開口的辦法使氣缸及活塞“跨騎”在橢園軌道上進行工作的方式，由于省去了連桿，因此不僅減少了發動機的橫向尺寸與重量，并且由于不需再單獨設立活塞運動的導向機構，同時也減少了轉動慣量，相應提高了發動機的響應性。
為達到上述目的，本發明采用了如下設計方案首先將園柱形活塞的高度與直徑之比加大，特別是活塞的受側向推力集中的兩側裙部區域，使總高度與直徑之比增大到1.4∶1左右的比例。并相應增加氣缸筒的長度，使處于下止點的活塞裙部伸出缸筒的長度只占整個活塞高度的15％左右。其次在氣缸筒(包括氣缸套)的下部以及活塞裙部垂直于活塞銷平面兩側上并沿與氣缸中心線平行的方向，對稱于氣缸中心線開設寬度約占活塞直徑30％左右的貫通式直槽或稱為門形開口，開口部位的兩側形成對稱的、分開的兩片式裙部及氣缸下部。氣缸筒上的開口長度或稱高度最大不得露出油環，同時與活塞上的開口長度(或高度)一樣，兩者開口的最高點在任何時刻均不得碰及軌道道面。實際上應留有1厘米左右的安全距離。其三，在原來裝設連桿的活塞銷位置上安裝一個厚度與活塞裙部開口寬度相當或略窄的、直徑相當于活塞外徑90％左右的金屬滾輪，輪軸在活塞上的高度位置不同于原來活塞銷的位置，一般需重新選擇，使得滾輪不僅處于活塞空腔的中間位置附近(避免側向推力過于集中在活塞的局部區域上)同時當活塞運行于軌道的任何位置時氣缸筒上開口的最高點均不與軌道面發生接觸或碰撞。適當的選擇滾輪的安裝位置還可以最大限度地減小安裝在發動機罩內壁上呈凸出形的橢園軌道的幾何尺寸和發動機的尺寸與重量。最后，由于氣缸是“跨騎”在橢園軌道上工作的，因此不同于有連桿的轉子凸輪發動機，本發明中發動機的外罩特別是內壁在垂直于發動機的主軸的平面上近似呈園形即外罩橢園形的長、短軸近似相等。同樣橢園軌道的工作面為橢園形、長、短半軸之差就是活塞的行程距離而橢園軌道的外徑線近似呈園形或長短半軸相近的橢園形。除上述諸項要求外為避免停機時，由于重力作用將處在軸高度以上的活塞滑離橢園軌道時出現的活塞繞其中心線出現的轉動，造成滾輪平面與軌道平面的偏轉事故，在活塞兩側銷孔的下部設有兩個截面為半園形或三角形的凸出柱體，其寬度約為活塞直徑的十五分之一左右，長度約占活塞高度的15％左右，與凸出物對應在氣缸內壁的下半部相應的位置開有相同幾何形狀、相同橫向尺寸的凹槽、直到缸套的下邊緣，凹槽的長度與氣缸下部的開口長度相近。為便于對滾輪與軸之間的潤滑，在凹槽內開有指向活塞銷軸中央油孔的噴油微孔，噴油微孔與在氣缸壁上的潤滑油管相連。
上述無連桿氣缸組件，使轉子凸輪發動機的氣缸、活塞終始“跨騎”在橢園軌道上運轉。安裝于活塞空腔中央位置上的滾輪，使軌道對活塞的巨大側向推力較均勻地分散在較長的活塞側面上，盡管由于活塞裙部的開口，特別是氣缸套下部較長的開口，使得開口兩側單位面積承受的推力增大，但加長的活塞將抵消這種缺陷的影響。
本發明的轉子凸輪發動機的無連桿氣缸組件的優點在于(1)減少了零件的數量，從而減少重量、幾何尺寸與制造成本等；(2)零件數量的減少不僅使發動機更易于制造，也減少了故障發生率；(3)減少發動機的尺寸與知重從而減少了轉動慣量，提高了響應性，使轉子凸輪發動機的實用化成為可能。
下面結合附圖對本發明的實施作進一步的描述
圖1是裝有本發明的無連桿氣缸組件的轉子凸輪發動機及相配的橢園軌道在垂直于主軸平面的結構視圖。
圖2是裝設滾輪的活塞的半剖視圖；圖3是氣缸(套)的半剖視圖(圖中活塞已安裝到位，并繪出了在橢園軌道長軸方向軌道橫斷面)。
圖4是裝設滾輪的活塞的仰視圖(假定活塞頂部為上)和氣缸仰視圖；圖5是安裝了鼓形(輪緣)滾輪的活塞半剖視圖。圖中滾輪下方是與鼓形輪緣配合的凹軌道面橢園軌道的橫截面。
圖6是分體式橢園軌道。
由圖1、2和3可知，本發明的轉子凸轉發動機的無連桿式氣缸組件中活塞、滾輪一體化結構是由活塞1、滾輪2和氣缸筒3構成，輪緣呈曲面11的金屬滾輪2直接由輪軸12裝于活塞的兩個銷孔13之間，輪與軸之間用滑動軸承或滾針軸承(圖中省略)，此外輪軸中央設有潤滑油孔15和16，其中沿軸向的油孔15的外端口呈漏斗形(便于設在缸壁上的潤滑油噴油微孔向其內噴油)而15的中央部分的直徑應加大到原來的1/10左右，這樣有利于在轉子轉動時由巨大的離心作用將此處的油流入到孔16中去潤滑軸承。活塞裙部6的開口4具有與滾輪相當的寬度并應略寬于橢園軌道5的寬度，以容納軌道5，開口4的高度最低應以活塞在橢園軌道5的任何地點時均不磨擦或碰及軌道面7為準，一般4的高度為活塞1的30％左右。這一高度的選擇與滾輪的直徑、活塞的直徑、和決定橢園軌道長、短半軸的活塞沖程的長度有關。氣缸筒的開口8寬度與4相同，但其長度或高度的極限以使活塞處于上止點時，處于最下部的油環不完全不露出開口8的頂部為準。實際上開口8的高度應盡力降低些，只要8的頂部在軌道5的任何地點均不觸及軌道面7、并與7之間保留數毫米的最少距離即可。活塞的全高H/5左右來選取。較短的氣缸套不僅減小了氣缸轉子的轉動慣量，也減小了發動機的橢園短軸方向的尺寸。
橢園軌道5固定于發動機外殼內壁上。橢園軌道5外徑尺寸不同于軌道道面的形狀，它的長半軸由活塞處于下止點時活塞的裙部6達到的距離決定，而短半軸取決于氣缸套的長度。此外，為便于安裝軌道5可作成分開式的兩個半橢園軌道，兩部分的連接接口22可采用互補式接口，并盡量將接口22設置在非作功行程對應的軌道段上。噴油微孔14排列在氣缸套凹槽9內指向氣缸中心線，數目為1個或幾個，最低一個可設在活塞下止點時，輪軸12油道15所在的高度位置上。
權利要求
1.一種裝在轉子凸輪發動機上的無連桿氣缸組件，其特征在于滾輪(2)用軸(12)直接裝在活塞(1)的中央的兩銷孔(13)之間的位置上，并在活塞裙部(6)和氣缸下部垂直于輪軸(12)的方向開有兩個對稱于氣缸中心線的堅直的門形開口(4)和(8)，其寬度與滾輪(2)的幾何厚度相當但比橢圓軌道(5)的橫截面寬度B窄0.5至幾個毫米，開口(4)的高度以活塞處于軌道(5)的任何地點時，開口(4)的上邊均不會觸及軌道面(7)為限，實際上(4)的上邊緣和(7)之間留有毫米至厘米量級的最小安全間距，同樣開口(8)的最小高度也有同樣的要求，即(8)的上邊緣與軌道面(7)之間的最小間距為毫米至厘米的量級，開口(8)的最高度以不露出(1)上最下機的油環為限
2.根據權利要求1所述，轉子凸輪發動機的無連桿氣缸組件，其特征在于滾輪軸孔(12)設在活塞全高H的中部附近，即在H/2±H/8范圍內，根據不同缸徑尺寸的要求，滾輪(2)的直徑小于活塞直徑D幾個毫米至幾個厘米以上，或確切地說兩者相差約D/7，至D/15，滾輪(2)的厚度為缸徑的30％左右，此外，活塞(1)的H/D在1.4左右。
3.根據權利要求1所述的轉子凸輪發動機的無連桿氣缸組件，其特征在于，在活塞銷孔(13)的下方活塞的表面設有平行于氣缸中心線的凸出柱體(10)，(10)的橫向尺寸約為D/15左右，長度以其兩端終始外于缸內壁的凹槽(9)為準，與(10)對應的凹槽(9)的橫截面的形狀，尺寸與(10)相同，凹槽的長度從氣缸下端邊緣開始到活塞(1)最末一級活塞環附近約毫米量級以上的距離處終止。
4.根據權利要求1與3所述轉子凸輪發動機的無連桿氣缸組件，其特征在于，噴油微孔(14)由1至數個直接穿過缸壁的小圓孔構成，它們沿凹槽(9)的中心線排列，(14)在氣缸壁外的一端直接接在潤滑油管上，另一端直接向軸孔(15)的方向噴油，軸孔(15)的中央部分的直徑大于其兩側部分的直徑約1/10以上成為中央較大的紡錘形油孔，徑向油孔(16)是通過氣缸中心線并是離氣缸主軸最遠的，此時已假定輪軸(12)不能自由轉動。
5.根據權利要求1所述轉子凸輪發動機的無連桿氣缸組件，其特征在于凸出于氣缸內壁的橢園軌道由內外大小不同的兩個橢園構成，內橢園的長、短半軸之差等于活塞行程，外橢園長短半軸差等于或大于活塞處于下止點時由氣缸中伸出的部分裙部(6)的長度，在軌道(5)的側面開有一圈半徑不同的園孔以減輕重量，同時為加大與滾輪的接觸面(7)軌道面(20)呈凹或凸曲面。
全文摘要
本發明公開了一種適用于轉子凸輪發動機上的無連桿氣缸組件，即直接裝設滾輪的活塞和開口的氣缸套以及由內、外不同半軸差橢圓組成的橢圓軌道。在活塞1空腔內設置滾輪，活塞裙部和氣缸壁下部開有與氣缸中心對稱的開口4和8，去掉了連桿機構。發動機運轉時，固定于發動機殼內壁上的橢圓軌道5通過活塞及氣缸的開口4及8，使活塞及氣缸“跨騎”在軌道5上，滾輪2在離心力的作用下始終與軌道道面7接觸，軌道5通過2推動活塞1上、下運動完成循環。
文檔編號F02B75/32GK1132309SQ9510303
公開日1996年10月2日 申請日期1995年3月31日 優先權日1995年3月31日
發明者董偉 申請人:董玲