[发明专利]一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机及其设计方法

说明书

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。

技术领域

本发明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及其设计方法。

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，本发明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及其设计方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机及其设计方法，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，本发明采用以下技术方案：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，通过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；