[发明专利]直轴偏心多缸双循环内燃发动机

说明书

技术领域：本发明涉及内燃发动机领域，特别是一种采用偏心机构的多缸双循环内燃发动机。

技术背景：以碳氢化合物为主要燃料的内燃发动机是机电动力机中最为常用的一种动力机，尤其用作车辆交通工具的动力机更为普遍。自上世纪六十年代以来的半个世纪，车辆用内燃机的技术飞速发展，其主要技术措施是以“三高”为主，即高温，高压，高速。使内燃机的各项技术指标得以大幅度提高，使车辆的性能，单机效率比重和节能减排等方面取得长足的进步，但是由此也给内燃机的制造工艺、材料、冷却、润滑和平衡、抗震等提出了更高要求，而内燃机的造价也相应提高，而且对于进一步提高内燃机的各项技术指标已非常困难，而内燃机和车辆仍存在着许多难于解决的问题。其中以节能污染和安全形势更为突出。单从内燃机本身来讲，主要原因是内燃机的主要部件气缸、活塞、连杆和曲轴，基本上仍保持着最初发明时的基本形态，没有什么突破性的改进。随着“三高”技术措施的采用，上述机构更显现出它的严重缺点，可以说是进一步提高内燃机技术的主要瓶颈。

本发明的目的是：将上述内燃机的主要部件曲轴、连杆、和配气机构改掉，而代之于偏心机构，从而将原来采用曲轴，连杆机构时一个曲柄只能配一套气缸、活塞、(少数采用V型结构内燃机可配二套气缸，活塞)采用偏心机构后，每个偏心可以配5～8套气缸活塞。并且使气缸活塞从一点改为分布于偏心机构的四周辐射均布，而将繁复的配气机构去掉，直接在汽缸上开设进，排气口，利用活塞自动起、闭气门。并增设利用排气做功的气马达和空气压缩系统提供高压新鲜进气。下面就二种结构的优劣作系统比较。

一，功能比较

曲轴，连杆机构的功能是能将直线运动转变为圆周运动，也能把圆周运动转变为直线运动。这对于内燃发动机来说，气缸、活塞在做功过程中的做功，排气，进气，压缩四个冲程都能通过曲轴连杆机构来完成，并对外输出功率。本发明将曲轴连杆去掉后，采用偏心机构使活塞直接和偏心盘外的滚柱轴承接触，其连接方法是在活塞的销轴上套装一个活塞舌，活塞舌的另一端有一个缺口，可以装在偏心套外滚柱轴承外面的钢圈上，钢圈上开设有气缸数量相等的圆孔，并用销轴将活塞舌和偏心盘滚柱轴承连接成一体(见附图1，2)。这样偏心机构同样可以完成将圆周运动转换为直线运动，也能将直线运动转换为圆周运动，从而完成内燃机的进气、压缩、排气、做功功能，并将内燃机的做功功能通过直轴偏心机构向外输出。

二，做功和受力分析

内燃机的做功，是将油气混合气体引入气缸，然后曲轴通过连杆推动活塞将混合气体压缩至1∶10左右(此时曲轴活塞处在上死点)当曲轴刚过上死点一个很小的角度，由火花塞点燃被压缩的油气混合体使之燃烧。而对活塞产生巨大的推力。(此时对气缸头，机座和相关部件都产生巨大的冲击力，气缸越大压缩比越大油气燃烧所产生的冲击力也越大)但此时曲轴所处的位置使其曲径投影半径 很小一般仅10毫米左右，所以它能产生的转矩很小，对于单缸机来说还必须依靠巨大的飞轮惯性才能使机器转动。但是对曲轴来说却承受着非常大的冲击力，而且这种力是一种不断交变的。因而使曲轴产生了巨大应力集中，而发生材料疲劳而变形破坏。为了克服这种不利的受力状况，设计人员不得不加大曲轴的外形尺寸。选用优质材料和改进制造工艺等措施来适应不断提高内燃机性能而采取的“三高”措施。

新发明的偏心机构的做功受力情况完全不同，首先偏心机构结构相当简单，它只有一支直轴和固接一个偏心圆盘，外套滚柱轴承，而以直轴为中心四周可以辐射状设有5～8个气缸，活塞和偏心盘通过活塞舌连接，无需连杆。而气缸的容积相对比用曲轴连杆机构的单个气缸要小得多。但总容积可以超过单个气缸的容积，这样设置有四个好处。

1、功率比单个气缸要大，但每个气缸的推力仅为单个气缸推力的20％左右，而且分布在轴的四周，均匀分布，依次工作。机构的受力状况完全不一样。

2、在每个工作冲程内，同时有三个缸对偏心盘和转轴产生推力，而且其中有二个气缸处于有利位置，依次交替。能连续产生较大的转矩。

3、直轴形状简单，受力均匀，而且主要是扭力为主，不会产生似曲轴那样受交变载荷而应力集中，也不会产生疲劳变形损坏或断裂。而制造工艺却非常简单。

4、活塞对气缸的侧向压力较小，行程短，速度慢，可减少磨损。