CN101639009A - 旋转摆动活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转摆动活塞发动机，包括机体、设置在机体上的冷却系统及相配套的配气系统、润滑系统和密封系统，还包括由两个结构相同的密封式半圆形气缸对装组成的圆饼状气缸、安装在圆饼状气缸内部且上下两部分在做功气体推动下绕圆饼状气缸的中心轴线分别在两个半圆形气缸内持续左右来回摆动的直线式摆动活塞、由直线式摆动活塞带动进行持续左右来回摆动的曲轴二和由曲轴二带动持续旋转的曲轴一，曲轴二和曲轴一间通过连杆进行连接且二者分别通过轴承安装在机体上。本发明结构简单、体积小、重量轻、损耗小且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有四缸发动机所存在的结构复杂、重量大、体积大、制造成本高、磨损部位多等实际问题。

Description

旋转摆动活塞发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，尤其是涉及一种旋转摆动活塞发动机。

背景技术

目前，现有的四缸发动机均包括四个缸筒、与四个缸筒配套使用的四个活塞、分别与四个活塞相连的四个连杆、同时四个连杆相接的一个具有四个弯曲点的曲轴以及相相配套使用的配气、润滑和冷却系统。但是，四缸发动机通常均存在结构复杂、体积大、重量大、制造成本高、使用和维修较麻烦、磨损部位多等缺点和不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种旋转摆动活塞发动机，其结构简单、体积小、重量轻、损耗小且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有四缸发动机所存在的结构复杂、重量大、体积大、制造成本高、使用和维修较麻烦、磨损部位多等实际问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种旋转摆动活塞发动机，包括机体、设置在所述机体上的冷却系统以及相配套的配气系统、润滑系统和密封系统，其特征在于：还包括由两个结构相同的密封式半圆形气缸对装组成的圆饼状气缸、安装在圆饼状气缸内部且上下两部分在做功气体推动下能绕圆饼状气缸的中心轴线分别在两个半圆形气缸内持续左右来回摆动的直线式摆动活塞、由直线式摆动活塞带动进行持续左右来回摆动的曲轴二和由曲轴二带动进行持续旋转运动的曲轴一，曲轴二和曲轴一之间通过连杆进行连接且二者分别通过轴承安装在所述机体上，圆饼状气缸安装在所述机体上，所述直线式摆动活塞中部固定安装在曲轴二上且曲轴一弯曲部位的曲轴旋转半径小于曲轴二弯曲部位的曲轴旋转半径；所述直线式摆动活塞的上下两部分对应分别将两个半圆形气缸分隔成左右两个密封工作气缸，半圆形气缸的左右侧侧壁上分别设置有与所述左右两个密封工作气缸相对应的进气门和排气门；所述圆饼状气缸、直线式摆动活塞、曲轴二、曲轴一和连杆组成一个四缸发动机且曲轴一为所述四缸发动机的动力输出轴。

所述曲轴一弯曲部位的曲轴旋转半径 $r=R\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2},$ 其中R为曲轴二弯曲部位的曲轴旋转半径，θ为直线式摆动活塞的左右摆动幅度。

所述两个半圆形气缸为上下两个半圆形缸体；所述曲轴二和曲轴一均呈水平布设且曲轴一位于曲轴二的上方或下方，且曲轴二的弯曲部位在曲轴二的左侧或右侧进行摆动。

所述圆饼状气缸为一内空的圆饼状缸体，且其内腔中部通过左右两个隔离块和安装在两个隔离块间的直线式摆动活塞的轴部分隔成两个结构相同的半圆形缸体；所述左右两个隔离块分别安装在直线式摆动活塞中部外侧和圆饼状气缸的内壁之间。

所述密封工作气缸的内壁上设置有点火系统。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单，制造成本低且使用操作及维修简便。

2、体积小，重量轻且所用组件少，本发明在完全实现现有四缸发动机的功能并能完全达到现有四缸发动机所有性能指标的同时，将现有四缸发动机的重量和体积均大幅减小，本发明的重量为现有常规四缸发动机重量的70％左右。具体而言：由于本发明通过两个半圆形气缸和一个直线式摆动活塞巧妙地实现了四个工作气缸的联合动作，最终将现有四缸发动机的四个缸筒、四个活塞和四个连杆对应分别减少为两个半圆形气缸、一个直线式摆动活塞和一个连杆，从而将发动机的体积和重量均大幅减小。另外，本发明将现有四缸发动机的一个具有四个弯曲部分的曲轴调整为两个分别具有一个弯曲部分的曲轴，不仅加工制作方便、占用空间小，而且重量也相对较轻。

3、设计新颖合理，将现有发动机的平动活塞(即直线往复运动式活塞)改为旋转摆动式活塞。

4、摩擦损耗减少，现行四缸发动机的连杆、曲轴和活塞部分总共有14个摩擦损耗部位，而本发明的摩擦损耗部位仅有8个。

5、本发明所需密封的密封部位均为面密封，不仅密封效果好且实现方便。另外，本发明的润滑和冷却系统均与现行发动机的润滑和冷却系统相同，因而采用现有发动机的润滑和冷却系统即可，实现起来非常方便。

6、本发明以一个圆饼状气缸结构代替了现有四缸发动机四个独立布设的缸筒结构，因而结构非常紧凑，其中一个半圆形气缸内腔为两个工作气缸所共用，构思非常巧妙，不仅实现了四个工作气缸的相互独立工作且大大提高了资源利用率。

7、主要核心部件加工制作方便，实际加工制作时，只需将一个内空的圆饼状缸体从中部隔开且密封后，即可获得两个相互独立的式半圆形气缸且结构非常牢靠；同时活塞的结构也非常简单，只需与圆饼状缸体内腔结构相对应即可。

8、推广适用面广，将本发明的直线式摆动活塞和圆饼状气缸相串联后即可简便实现八缸、十二缸等多种多缸发动机。

综上所述，本发明结构简单、体积小、重量轻、损耗小且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有四缸发动机所存在的结构复杂、重量大、体积大、制造成本高、使用和维修较麻烦、磨损部位多等实际问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的装配结构示意图。

图2为本发明处于第一行程的使用状态参考图。

图3为本发明处于第二行程的使用状态参考图。

图4为本发明处于第三行程的使用状态参考图。

图5为本发明处于第四行程的使用状态参考图。

图6为本发明曲轴一和曲轴二的传动关系示意图。

附图标记说明：

1-半圆形气缸；    2-圆饼状气缸；    3-直线式摆动活塞；

4-曲轴二；        5-曲轴一；        6-连杆；

7-进气门；        8-排气门；        9-隔离块；

10-点火系统。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4及图5所示，本发明包括机体、设置在所述机体上的冷却系统以及相配套的配气系统、润滑系统和密封系统，还包括由两个结构相同的密封式半圆形气缸1对装组成的圆饼状气缸2、安装在圆饼状气缸2内部且上下两部分在做功气体推动下能绕圆饼状气缸2的中心轴线分别在两个半圆形气缸1内持续左右来回摆动的直线式摆动活塞3、由直线式摆动活塞3带动进行持续左右来回摆动的曲轴二4和由曲轴二4带动进行持续旋转运动的曲轴一5。所述曲轴二4和曲轴一5之间通过连杆6进行连接且二者分别通过轴承安装在所述机体上，圆饼状气缸2安装在所述机体上，所述直线式摆动活塞3中部固定安装在曲轴二4上且曲轴一5弯曲部位的曲轴旋转半径小于曲轴二4弯曲部位的曲轴旋转半径。所述直线式摆动活塞3的上下两部分对应分别将两个半圆形气缸1分隔成左右两个密封工作气缸，半圆形气缸1的左右侧侧壁上分别设置有与所述左右两个密封工作气缸相对应的进气门7和排气门8，所述进气门7位于排气门8外侧。所述密封工作气缸的内壁上设置有点火系统10。所述圆饼状气缸2、直线式摆动活塞3、曲轴二4、曲轴一5、连杆6和点火系统10组成一个四缸发动机且曲轴一5为所述四缸发动机的动力输出轴。本实施例中，所述圆饼状气缸2内部沿顺时针方向具体分为密封工作气缸I、密封工作气缸II、密封工作气缸III和密封工作气缸IV四个密封工作气缸。

结合图6，所述曲轴一5弯曲部位的曲轴旋转半径 $r=R\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2},$ 其中R为曲轴二4弯曲部位的曲轴旋转半径，θ为直线式摆动活塞3的左右摆动幅度。所述两个半圆形气缸1为上下两个半圆形缸体，曲轴二4和曲轴一5均呈水平布设且曲轴一5位于曲轴二4的上方或下方，且曲轴二4的弯曲部位在曲轴二4的左侧或右侧进行摆动。本实施例中，曲轴一5位于曲轴二4的上方，且当直线式摆动活塞3摆动至半圆形气缸1中部时，曲轴二4的弯曲部位所在平面为水平面，继而实现曲轴二4来回摆动的同时，通过连杆6带动曲轴一5持续进行转动。所述圆饼状气缸2为一内空的圆饼状缸体且其内腔中部通过左右两个隔离块9和安装在两个隔离块9间的直线式摆动活塞3的轴部分隔成两个结构相同的半圆形缸体，左右两个隔离块9分别安装在直线式摆动活塞3中部外侧和圆饼状气缸2的内壁之间。

实际应用时，由于直线式摆动活塞3的上下两部分分别在两个半圆形气缸1内左右来回摆动，因而直线式摆动活塞3的摆动幅度θ＜180°。直线式摆动活塞3的上下两部分在上下两个半圆形气缸1内左右来回摆动时，与直线式摆动活塞3的左右摆动幅度θ相对应，在上下两个半圆形气缸1内对应分别有一个直线式摆动活塞3向左摆动的极限位置即左止点和一个直线式摆动活塞3向右摆动的极限位置即右止点。

本发明的工作过程是：第一行程：当直线式摆动活塞3沿顺时针方向转动时，直线式摆动活塞3的上半部分从左止点自左向右摆动，相应地，直线式摆动活塞3的下半部分从右止点自右向左摆动，此时密封工作气缸I处于进气冲程，密封工作气缸II处于压缩冲程，密封工作气缸III处于燃烧膨胀做功冲程，而密封工作气缸IV处于排气冲程。具体而言：当直线式摆动活塞3的下半部分处于右止点时，密封工作气缸III内的点火系统10进行点火，将密封工作气缸III内已被压缩的可燃混合气点燃，此时燃烧着的气体迅速膨胀，使燃烧室即密封工作气缸III内的温度和压力急剧升高，迫使直线式摆动活塞3的下半部分从右向左摆动，即实现直线式摆动活塞3的顺时针转动，从而实现直线式摆动活塞3通过曲轴二4和连杆6相应带动曲轴一5作定向旋转运动。相应地，当直线式摆动活塞3的下半部分在点燃后的气体推动作用下从右向左摆动过程中，密封工作气缸IV的排气门8开启且其进气门7关闭，废气通过排气门8排出，并且当直线式摆动活塞3的下半部分行至左止点时，密封工作气缸IV的排气冲程结束且其排气门8关闭。相应地，当直线式摆动活塞3的下半部分处于右止点时，直线式摆动活塞3的上半部分处于左止点，密封工作气缸I的进气门7开启且其排气门8关闭，在直线式摆动活塞3的上半部分从左向右摆动过程中，密封工作气缸I的内部容积不断增大，可燃混合气被逐渐吸入密封工作气缸I内，当直线式摆动活塞3的上半部分行至右止点时，密封工作气缸I的进气冲程结束且其进气门7关闭。在可燃混合气被吸入密封工作气缸I内部过程中，直线式摆动活塞3的上半部分不断从左向右移动，相应对密封工作气缸II内部的可燃混合气进行压缩，此时密封工作气缸II的进气门7和排气门8均处于关闭状态。

第二行程：与第一行程的原理相同，此时直线式摆动活塞3沿逆时针方向转动，并且密封工作气缸I处于压缩冲程，密封工作气缸II处于燃烧膨胀做功冲程，密封工作气缸III处于排气冲程，而密封工作气缸IV处于进气冲程。

第三行程：与第一行程的原理相同，此时直线式摆动活塞3沿顺时针方向转动，并且密封工作气缸I处于燃烧膨胀做功冲程，密封工作气缸II处于排气冲程，密封工作气缸III处于进气冲程，而密封工作气缸IV处于压缩冲程。

第四行程：与第一行程的原理相同，此时直线式摆动活塞3沿逆时针方向转动，并且密封工作气缸I处于排气冲程，密封工作气缸II处于进气冲程，密封工作气缸III处于压缩冲程，而密封工作气缸IV处于燃烧膨胀做功冲程。

综上，本发明便完成了一个工作循环。

本发明同样适用于柴油机，柴油发动机与汽油发动机相比，区别之处在于：所述密封工作气缸的内壁没有设置点火系统10。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种旋转摆动活塞发动机，包括机体、设置在所述机体上的冷却系统以及相配套的配气系统、润滑系统和密封系统，其特征在于：还包括由两个结构相同的密封式半圆形气缸(1)对装组成的圆饼状气缸(2)、安装在圆饼状气缸(2)内部且上下两部分在做功气体推动下能绕圆饼状气缸(2)的中心轴线分别在两个半圆形气缸(1)内持续左右来回摆动的直线式摆动活塞(3)、由直线式摆动活塞(3)带动进行持续左右来回摆动的曲轴二(4)和由曲轴二(4)带动进行持续旋转运动的曲轴一(5)，曲轴二(4)和曲轴一(5)之间通过连杆(6)进行连接且二者分别通过轴承安装在所述机体上，圆饼状气缸(2)安装在所述机体上，所述直线式摆动活塞(3)中部固定安装在曲轴二(4)上且曲轴一(5)弯曲部位的曲轴旋转半径小于曲轴二(4)弯曲部位的曲轴旋转半径；所述直线式摆动活塞(3)的上下两部分对应分别将两个半圆形气缸(1)分隔成左右两个密封工作气缸，半圆形气缸(1)的左右侧侧壁上分别设置有与所述左右两个密封工作气缸相对应的进气门(7)和排气门(8)；所述圆饼状气缸(2)、直线式摆动活塞(3)、曲轴二(4)、曲轴一(5)和连杆(6)组成一个四缸发动机且曲轴一(5)为所述四缸发动机的动力输出轴。

2.按照权利要求1所述的旋转摆动活塞发动机，其特征在于：所述曲轴一(5)弯曲部位的曲轴旋转半径 $r=R\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2},$ 其中R为曲轴二(4)弯曲部位的曲轴旋转半径，θ为直线式摆动活塞(3)的左右摆动幅度。

3.按照权利要求1或2所述的旋转摆动活塞发动机，其特征在于：所述两个半圆形气缸(1)为上下两个半圆形缸体；所述曲轴二(4)和曲轴一(5)均呈水平布设且曲轴一(5)位于曲轴二(4)的上方或下方，且曲轴二(4)的弯曲部位在曲轴二(4)的左侧或右侧进行摆动。

4.按照权利要求1或2所述的旋转摆动活塞发动机，其特征在于：所述圆饼状气缸(2)为一内空的圆饼状缸体，且其内腔中部通过左右两个隔离块(9)和安装在两个隔离块(9)间的直线式摆动活塞(3)的轴部分隔成两个结构相同的半圆形缸体；所述左右两个隔离块(9)分别安装在直线式摆动活塞(3)中部外侧和圆饼状气缸(2)的内壁之间。

5.按照权利要求1或2所述的旋转摆动活塞发动机，其特征在于：所述密封工作气缸的内壁上设置有点火系统(10)。

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