一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机及其设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108661794A(43)申请公布日2018.10.16(21)申请号201810648633.1(22)申请日2018.06.22(71)申请人华北理工大学地址063009河北省唐山市曹妃甸区唐山湾生态城渤海大道21号(72)发明人李德胜(51)Int.Cl.F02B75/40(2006.01)F01L1/047(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图4页(54)发明名称一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机及其设计方法(57)摘要本发明公开了一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机及其设计方法，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。本发明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。CN108661794ACN108661794A权利要求书1/2页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。6.一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机设计方法，其特征在于：在缸体（1）上环形均匀分布若干个气缸（11），内燃机工作时，在任何一时刻总有一个气缸（11）工作于做功冲程，圆柱凸轮轴（42）的转角为360°，圆柱凸轮轴（42）外表面凸轮廓线（421）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（421）中进气段（421a）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（11）进气量的增大；2）对于压缩冲程，通过减少凸轮廓线（421）中压缩段（421b）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（421）中做功段（421c）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（421）中排气段（421a）的廓线高度予以增大排气行程Hd，便于气缸（11）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。7.根据权利要求6所述的一种圆柱凸轮式无曲