CN100340751C - 滚动运行发动机 - Google Patents
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Abstract
滚动运行发动机，本发明涉及一种内燃型活塞往复式发动机。本发明针对现有发动机的活塞、活塞环在作功冲程中受到巨大侧压力而造成的摩擦损耗影响燃油经济性的问题，提供了一种气缸外滚动运行的发动机。本发明在活塞上设置了支架，在气缸外固定有钢轨滑槽或滚珠轴承，通过支架将活塞、活塞环承受的侧压力转化为支架与滚珠轴承或钢轨滑槽与滚珠轴承之间的接触压力，这样在同样的压力下，将原来较大的滑动摩擦损耗转变为较小的滚动摩擦损耗，进而提高燃油经济性。采用此种结构的滚动运行发动机，可节省燃油，提高气缸、活塞、活塞环的寿命。
Description
技术领域
本发明属于机械动力领域，涉及内燃型活塞往复式发动机，特别涉及一种滚动运行的发动机。
背景技术
现有的内燃型活塞往复式发动机，在将活塞的往复式直线运动通过连杆和曲柄转化为曲轴的旋转运动的作功冲程中，由于连杆与活塞不在一条直线上，根据力的分解原理，气化的可燃物质在燃烧膨胀时产生的巨大推力会对活塞、活塞环产生一个压向气缸壁的侧压力，而在气缸内的高温高压环境下，气缸壁与活塞、活塞环之间由于热效应，其摩擦系数也不容忽视，这样，活塞、活塞环与气缸壁之间的滑动摩擦损耗相当显著，使内燃机热效率大大降低，燃油经济性很低，也影响了气缸、活塞、活塞环的寿命。为减少这种摩擦损耗，有技术人员开始着手降低气缸与活塞、活塞环的摩擦系数，2004年11月国内媒体转发新华社北京的专电新闻显示，“德国《商报》近日刊登文章指出，”德国工程师用激光照射气缸工作面，使其表面汽化，并且其熔化层凝固后产生的工作面具有陶瓷特性，即最佳的平滑性。研究者称，这种技术能使发动机耗油量最多下降75％，并使气缸工作面和活塞环的磨损降低90％。而减少侧压力或改滑动为滚动以减少这种摩擦损耗的技术方案尚未见相关报道。
发明内容
本发明的目的就是针对上述侧压力所造成的摩擦损耗，提供一种滚动运行发动机，将活塞、活塞环与气缸壁之间的侧压力转化为气缸外滚动运行的接触压力，从而减少活塞、活塞环与气缸壁之间的摩擦损耗，提高燃油经济性，提高气缸、活塞、活塞环的寿命。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
滚动运行发动机，包括气缸、活塞、活塞环、连杆、曲轴，活塞密闭于气缸内，活塞环位于活塞与气缸之间，连杆、曲柄、曲轴为可活动连接，所述的发动机上与活塞轴线平行的位置还有与发动机机体固定的钢轨滑槽，活塞上与其轴线平行的位置固定有至少两根支架，支架之间安装有横轴，横轴有两个分支，形成四个端部，每端安装有滚动机构，活塞通过该滚动机构与钢轨滑槽滚动连接，横轴与连杆为可活动连接。
所述的滚动机构为滚珠轴承，横轴的每端有两个滚珠轴承，滚珠轴承的内套与横轴紧配合，钢轨滑槽位于两个滚珠轴承的外套之间。
或所述的横轴每端水平安装有两个滚珠轴承，一个滚珠轴承在支架的一侧，另一个滚珠轴承在钢轨滑槽的另一侧。
本发明的目的还可以通过下述另一个方案来实现：
滚动运行发动机，包括气缸、活塞、活塞环、连杆、曲轴，活塞密闭于气缸内，活塞环位于活塞与气缸之间，连杆、曲柄、曲轴为可活动连接，所述的发动机还包括与发动机机体固定的滚动机构，活塞上与其轴线平行或重叠的位置固定有支架，支架穿过至少两个滚动机构，支架上有横轴，连杆与其为可活动连接。
所述的支架至少为两根，横轴位于其间，每根支架上至少两个滚珠轴承，横轴在支架上的位置位于这两个滚珠轴承之间，这两个滚珠轴承之间的距离大于等于活塞的一个冲程的距离。
或所述的支架为一根，在其两侧有至少两个连杆与横轴可活动连接，支架上至少两个滚珠轴承，横轴位于这两个滚珠轴承之间，滚珠轴承之间的距离大于等于活塞的一个冲程的距离。
上述两个方案所述的滚动发动机的曲轴轴线偏移活塞中心线的延长线。曲轴轴线向作功冲程承受侧压力的相反方向偏移活塞中心线延长线的距离为曲柄半径的1/2，曲柄连杆的比值取为1/5。
本发明的有益效果是，采用上述滚动机构后，通过支架将原来作用在活塞、活塞环的侧压力转化为滚珠轴承与钢轨滑槽之间或支架与滚珠轴承之间的作用力，即两者的接触压力，这样活塞、活塞环上的侧压力理论上可以减少到零，根据在摩擦系数一定的情况下滑动摩擦力与压力的正比关系，可见活塞、活塞环的滑动摩擦损耗可以降低至最小，而滚珠轴承与钢轨滑槽之间或支架与滚珠轴承之间为滚动运行方式，其滚动摩擦力大大小于原来的滑动摩擦力，从而滚动摩擦损耗也大大小于原来的滑动摩擦损耗。因此，通过上述结构，滚动运行发动机可以降低摩擦损耗80％～90％，提高燃油经济性，节省燃油30～60％，提高气缸、活塞、活塞环的使用寿命5倍左右，制造成本降低30％以上。
附图说明
图1是两根支架，两条钢轨滑槽，八个滚珠轴承分别在钢轨滑槽两侧方案的结构示意图；
图2是图1中的A-A`面的剖面放大示意图；
图3两根支架，四条钢轨滑槽，八个滚珠轴承分别位于支架和钢轨滑槽两侧方案的结构示意图；
图4是图3中的A-A`面的剖面放大示意图；
图5是两根支架分别套着四个滚珠轴承方案的结构示意图；
图6是一根支架套着两个滚珠轴承方案的结构示意图。
图中标号：1是气缸，2是活塞环，3是活塞，4是支架，5是横轴，6是钢轨滑槽，7是连杆，8是曲柄，9是滚珠轴承，10是曲轴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的内容。
如图1所示，活塞环2和活塞3密闭于气缸1内，活塞3上与其轴线平行的位置固定了两根支架4，支架4上固定有横轴5，连杆7与横轴5为可活动连接，即连杆7可在横轴5上转动，发动机上与活塞轴线平行的位置上还有两条钢轨滑槽6，钢轨滑槽6的两端固定在发动机上，横轴5有四个端部，如图2所示，每端上下各安装有一个滚珠轴承9，横轴5的端部与滚珠轴承9的内套为紧配合，钢轨滑槽6夹在上下两个滚珠轴承9之间，活塞往复运动时，支架4通过滚珠轴承9在钢轨滑槽6上滚动运行，连杆7偏移活塞3的轴线时，侧压力作用在滚珠轴承9与钢轨滑槽6之间的接触面上。曲轴10的轴线向作功冲程承受侧压力的相反方向偏移活塞3的中心线延长线的距离为曲柄8的半径的1/2，曲柄8和连杆7的比值取为1/5。
如图3所示，活塞环2和活塞3密闭于气缸1内，活塞3上与其轴线平行的位置固定了两根支架4，支架4上固定有横轴5，横轴5的每端左右水平安装有两个滚珠轴承9上下错开，连杆7与横轴5为可活动连接，即连杆7可在横轴5上转动，发动机上与活塞轴线平行的位置上还有四条钢轨滑槽6，钢轨滑槽6的两端固定在发动机上，如图4所示，横轴5的每端的滚珠轴承9分别位于钢轨滑槽6的两侧，即一个滚珠轴承9在内侧钢轨滑槽6的上侧，另一个滚珠轴承9在外侧钢轨滑槽6的下侧，活塞往复运动时，支架4通过滚珠轴承9在钢轨滑槽6上滚动运行，连杆7偏移活塞3的轴线时，侧压力作用在滚珠轴线9与钢轨滑槽6之间的接触面上。曲轴10的轴线向作功冲程承受侧压力的相反方向偏移活塞3的中心线延长线的距离为曲柄8的半径的1/2，曲柄8和连杆7的比值取为1/5。
如图5所示，活塞环2和活塞3密闭于气缸1内，活塞3上与其轴线平行的位置上有两条支架4，发动机上固定有四个滚珠轴承9，其中两个在气缸1的端口上，另两个在气缸1与曲轴10之间的机体上，支架4之间安装有横轴5，连杆7与横轴5为可活动连接，即连杆7可在横轴5上转动，两条支架4分别穿过四个滚珠轴承9，活塞往复运动时，支架4在滚珠轴承9内滚动运行，连杆7偏移活塞3的轴线时，侧压力作用在滚珠轴线9与支架4的接触面上。曲轴10的轴线向作功冲程承受侧压力的相反方向偏移活塞3的中心线延长线的距离为曲柄8的半径的1/2，曲柄8和连杆7的比值取为1/5。
如图6所示，活塞环2和活塞3密闭于气缸1内，活塞3上在其轴线位置上有一根支架4，发动机上固定有两个滚珠轴承9，其中一个在气缸1的端口上，另一个在气缸1与曲轴10之间的机体上，支架4上安装有横轴5，横轴5上可活动连接有两条连杆7，即连杆7可在横轴5上转动，支架4穿过滚珠轴承9，活塞往复运动时，支架4可在滚珠轴承9内滚动运行，连杆7偏移活塞3的轴线时，侧压力作用在滚珠轴线9与支架4的接触面上。曲轴10的轴线向作功冲程承受侧压力的相反方向偏移活塞3的中心线延长线的距离为曲柄8的半径的1/2，曲柄8和连杆7的比值取为1/5。
Claims (10)
1.滚动运行发动机，包括气缸、活塞、活塞环、连杆、曲轴，活塞密闭于气缸内，活塞环位于活塞与气缸之间，连杆、曲柄、曲轴为可活动连接，其特征在于：所述的发动机上与活塞轴线平行的位置还有与发动机机体固定的钢轨滑槽，活塞上与其轴线平行的位置固定有至少两根支架，支架之间安装有横轴，横轴有两个分支，形成四个端部，每端安装有滚动机构，活塞通过该滚动机构与钢轨滑槽滚动连接，横轴与连杆为可活动连接。
2.如权利要求1所述的滚动运行发动机，其特征在于：所述的滚动机构是滚珠轴承。
3.如权利要求2所述的滚动运行发动机，其特征在于：所述的横轴每端纵向安装有两个滚珠轴承，横轴与滚珠轴承的内套紧配合，钢轨滑槽位于两个滚珠轴承的外套之间。
4.如权利要求2所述的滚动运行发动机，其特征在于：所述的横轴每端水平安装有两个滚珠轴承，一个滚珠轴承在支架的一侧，另一个滚珠轴承在钢轨滑槽的另一侧。
5.滚动运行发动机，包括气缸、活塞、活塞环、连杆、曲轴，活塞密闭于气缸内，活塞环位于活塞与气缸之间，连杆、曲柄、曲轴为可活动连接，其特征在于：所述的发动机还包括与发动机机体固定的滚动机构，活塞上与其轴线平行或重叠的位置固定有支架，支架穿过至少两个滚动机构，支架上有横轴，连杆与其为可活动连接。
6.如权利要求5所述的滚动运行发动机，其特征在于：所述的滚动机构为滚珠轴承。
7.如权利要求6所述的滚动运行发动机，其特征在于：所述的支架至少为两根，横轴位于其间，每根支架上至少两个滚珠轴承，横轴在支架上的位置位于这两个滚珠轴承之间，这两个滚珠轴承之间的距离大于等于活塞的一个冲程的距离。
8.如权利要求6所述的滚动运行发动机，其特征在于：所述的支架为一根，在其两侧有至少两个连杆与横轴可活动连接，支架上至少两个滚珠轴承，横轴位于这两个滚珠轴承之间，滚珠轴承之间的距离大于等于活塞的一个冲程的距离。
9.如权利要求1或5所述的滚动运行发动机，其特征在于：所述的滚动发动机的曲轴轴线偏移活塞中心线的延长线。
10.如权利要求9所述的滚动运行发动机，其特征在于：曲轴轴线向作功冲程承受侧压力的相反方向偏移活塞中心线延长线的距离为曲柄半径的1/2，曲柄连杆的比值取为1/5。
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