CN101655034A - 定止点自由活塞发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定止点自由活塞发动机，包括活塞、气缸、运动构造件和曲轴，所述活塞直接经弹性体或间接经弹性体与所述运动构造件连接或接触，所述活塞部分或全部设置在所述气缸内，所述活塞经第一失稳连杆与所述曲轴的连杆销轴转动连接，所述运动构造件经第二失稳连杆与所述曲轴的连杆销轴转动连接。本发明由于失稳连杆和弹性体的设置，通过合理调整失稳连杆的长度和弹性体的虎克系数及预压缩程度，可使得自由活塞发动机具有确定的上止点和相对确定的下止点，提高了自由活塞发动机的适用性、安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及发动机领域。
背景技术
众所周知，往复式内燃发动机已经拥有一百多年的历史，是一种非常成功的热功转换机械。但目前人类所遇到的能源环境问题，对热功转换机械提出了更高的要求。为此，往复式内燃机就显得体积大、重量大、效率低、低排放性差。近些年来，人们开始特别注重自由活塞式发动机的研究和开发。与往复式活塞发动机相比，自由活塞式发动机具有效率高、排放性好，体积小、重量轻等优点。但是，自由活塞发动机上、下止点的不可控和工作噪声非常大的问题一直没有得到解决，并且一般的自由活塞发动机多数为二冲程发动机，成为自由活塞发动机商业化应用的巨大障碍。为此需要发明一种自由活塞发动机，以提高自由活塞发动机的可控性和适用性，并且既可做二冲程运转模式，又可做四冲程运转模式。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明公开了一种定止点自由活塞发动机。本发明的目的是这样实现的：
一种定止点自由活塞发动机，包括活塞、气缸、运动构造件和曲轴，所述活塞直接经弹性体或间接经弹性体与所述运动构造件连接或接触，所述活塞部分或全部设置在所述气缸内，所述活塞经第一失稳连杆与所述曲轴的连杆销轴转动连接，所述运动构造件经第二失稳连杆与所述曲轴的连杆销轴转动连接。
本发明所谓的失稳连杆是指不能承担压力，只能承担拉力的连杆，如传统的二连杆、多连杆、锁链、链条和绳索等。所谓具有具有弹性伸长结构的失稳连杆是指在失稳连杆上设有弹性区。
本发明所谓的运动构造件是指可以运动的构造件，如内燃机的活塞、空气压缩机的活塞、液压马达的活塞、往复流体泵的活塞以及夯锤头等。
所述运动构造件设为构造件活塞，在所述构造件活塞外设置构造件气缸，所述构造件活塞设为动力活塞，所述构造件气缸设为动力缸，所述曲轴设为动力输出轴。
本发明所谓的动力活塞指内燃机的活塞，所谓的动力缸指内燃机的气缸。
所述运动构造件设为构造件活塞，在所述构造件活塞外设置构造件气缸，所述构造件活塞设为负载活塞，所述构造件气缸设为负载缸。
本发明中的曲轴可以设置飞轮装置，所述曲轴可以作为正时机构的动力源，或者作为控制正时机构的信号源。同时，所述曲轴也可以作为动力输出轴。
本发明所谓的负载活塞指对外作功的活塞，如空气压缩机的活塞，液压马达的活塞以及往复流体泵的活塞等；所谓的负载缸指与负载活塞相对应的缸体，如空气压缩机的气缸，液压马达的缸体以及往复流体泵的缸体等。
所述第一失稳连杆和所述第二失稳连杆与所述所述曲轴的同一连杆销轴或不同连杆销轴转动连接。
所述定止点自由活塞发动机设为二冲程发动机，或所述定止点自由活塞发动机设为四冲程发动机。
所述定止点自由活塞发动机设为单缸发动机，或所述定止点自由活塞发动机设为多缸发动机。
本发明所谓的多缸发动机是指所述定止点自由活塞发动机的各个气缸平行设置或交叉设置。
所述第一失稳连杆经滑块与所述活塞滑动连接，和/或所述第二失稳连杆经滑块与所述运动构造件滑动连接。
所述弹性体设为弹簧。具体实施时，弹簧可以为空气弹簧。
所述第一失稳连杆设为二连杆式失稳连杆、多连杆式失稳连杆、链条式失稳连杆、索链式失稳连杆、绳索式失稳连杆、具有弹性伸长结构的失稳连杆或其中两种或多种失稳连杆的组合，所述第二失稳连杆设为二连杆式失稳连杆、多连杆式失稳连杆、链条式失稳连杆、索链式失稳连杆、绳索式失稳连杆、具有弹性伸长结构的失稳连杆、伸缩式失稳连杆或其中两种或多种失稳连杆的组合。
所述运动构造件设为夯锤头。
本发明有以下积极有益的效果：
1、本发明由于失稳连杆和弹性体的设置，通过合理调整失稳连杆的长度和弹性体的虎克系数及预压缩程度，可使得自由活塞发动机具有确定的上止点和相对确定的下止点，提高了自由活塞发动机的适用性、安全性和可靠性。
2、本发明由于弹性体的设置，减少了发动机的噪声，在失稳连杆不具有弹性结构的情况下，实现了活塞在爆炸冲程开始时能够快速远离上止点，提高了发动机的效率和环保性。
3、本发明由于失稳连杆和弹性体的设置，减少了曲柄连杆机构作旋转运动的质量，进而减少整机的质量，提高了发动机的平稳性。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图；
图2是本发明的构造件活塞和构造件气缸分别设为动力活塞和动力缸的结构示意图；
图3是本发明的构造件活塞和构造件气缸分别设为负载活塞和负载缸的结构示意图；
图4是本发明的第一失稳连杆和第二失稳连杆通过不同连杆销轴与曲轴连接的结构示意图；
图5是本发明的第一失稳连杆和第二失稳连杆通过滑块分别与活塞和运动构造件滑动连接的结构示意图；
图6是本发明的失稳连杆设置为多连杆式失稳连杆的结构示意图；
图7是本发明的失稳连杆设置为链条式失稳连杆的结构示意图；
图8是本发明的失稳连杆设置为索链式失稳连杆的结构示意图；
图9是本发明的失稳连杆设置为绳索式失稳连杆的结构示意图；
图10是本发明的失稳连杆设置为具有弹性伸长结构的失稳连杆的结构示意图；
图11是本发明的失稳连杆设置为伸缩式失稳连杆的结构示意图；
图12是本发明的运动构造件设置为夯锤头的结构示意图。
附图编号
1.活塞 2.气缸 3.曲轴
11.运动构造件 4.弹性体 110.构造件活塞
201.构造件气 101.负载活塞 202.负载缸
61.第一失稳连杆 62.第二失稳连杆 5.滑块
41.弹簧 111.夯锤头 601.二连杆式失稳连杆
602.多连杆式失稳连杆 603.链条式失稳连杆 604.索链式失稳连杆
605.绳索式失稳连杆 1001.动力活塞 2001.动力缸
606.具有弹性伸长结构的失稳连杆 607.伸缩式失稳连杆
具体实施方式
如图1所示的定止点自由活塞发动机，包括活塞1、气缸2、运动构造件11和曲轴3，所述活塞1直接经弹性体4或间接经弹性体4与所述运动构造件11连接或接触，所述活塞1部分或全部设置在所述气缸2内，所述活塞1经第一失稳连杆61与所述曲轴3的连杆销轴转动连接，所述运动构造件11经第二失稳连杆62与所述曲轴3的连杆销轴转动连接。所述第一失稳连杆61和所述第二失稳连杆62均设为二连杆式失稳连杆601。所述弹性体4设为弹簧41，具体实施时，弹簧可以为空气弹簧。所述定止点自由活塞发动机可以设为二冲程发动机，此时曲轴3上不设置飞轮装置；所述定止点自由活塞发动机也可以设为四冲程发动机，所述曲轴3上设置飞轮装置。所述定止点自由活塞发动机设为单缸发动机或多缸发动机。
如图2所示的定止点自由活塞发动机，是在图1的基础上，所述运动构造件11设为构造件活塞110，在所述构造件活塞110外设置构造件气缸201，所述构造件活塞110设为动力活塞1001，所述构造件气缸201设为动力缸2001，所述曲轴3设为动力输出轴。具体实施时，所述构造件活塞1001设为内燃机的活塞，所述构造件气缸2001设为内燃机的气缸。所述第一失稳连杆61和所述第二失稳连杆62与所述所述曲轴3的同一连杆销轴转动连接。
如图3所示的定止点自由活塞发动机，是在图1的基础上，所述运动构造件11设为构造件活塞110，在所述构造件活塞110外设置构造件气缸201，所述构造件活塞110设为负载活塞101，所述构造件气缸201设为负载缸202，所述曲轴3设为正时动力源。具体实施时，所述负载活塞101设为空气压缩机的活塞，所述负载缸202设为空气压缩机的气缸；或者所述负载活塞101设为液压马达的活塞，所述负载缸202设为液压马达的缸体。所述第一失稳连杆61和所述第二失稳连杆62与所述所述曲轴3的同一连杆销轴连接。在此基础上，所述第一失稳连杆61和所述第二失稳连杆62也可以与所述所述曲轴3的不同连杆销轴转动连接。
如图4所示的定止点自由活塞发动机，是在图2的基础上，所述第一失稳连杆61和所述第二失稳连杆62与所述所述曲轴3的不同连杆销轴转动连接。
如图5所示的定止点自由活塞发动机，是在图2的基础上，所述第一失稳连杆61经滑块5与所述活塞1滑动连接，所述第二失稳连杆62经滑块5与所述运动构造件11滑动连接。此外，也可以只将所述第一失稳连杆61经滑块5与所述活塞1滑动连接，或者只将所述第二失稳连杆62经滑块5与所述运动构造件11滑动连接。
如图6所示的定止点自由活塞发动机，包括活塞1、气缸2、运动构造件11和曲轴3，所述活塞1直接经弹性体4或间接经弹性体4与所述运动构造件11连接，所述活塞1部分或全部设置在所述气缸2内，所述活塞1经第一失稳连杆61与所述曲轴3的连杆销轴转动连接，所述运动构造件11经第二失稳连杆62与所述曲轴3的连杆销轴转动连接，所述运动构造件11设为构造件活塞110，在所述构造件活塞110外设置构造件气缸201，所述构造件活塞110设为动力活塞1001，所述构造件气缸201设为动力缸2001，所述曲轴3设为动力输出轴，所述第一失稳连杆61和所述第二失稳连杆62同时设为多连杆式失稳连杆602。
如图7所示的定止点自由活塞发动机，是在图6的基础上，所述第一失稳连杆61和所述第二失稳连杆62同时设为链条式失稳连杆603。
如图8所示的定止点自由活塞发动机，是在图6的基础上，所述第一失稳连杆61和所述第二失稳连杆62同时设为索链式失稳连杆604。
如图9所示的定止点自由活塞发动机，是在图6的基础上，所述第一失稳连杆61和所述第二失稳连杆62同时设为绳索式失稳连杆605。
如图10所示的定止点自由活塞发动机，是在图6的基础上，所述第一失稳连杆61和所述第二失稳连杆62同时设为具有弹性伸长结构的失稳连杆606。
如图11所示的定止点自由活塞发动机，是在图6的基础上，所述第一失稳连杆61和所述第二失稳连杆62同时设为伸缩式失稳连杆607。
此外，所述第一失稳连杆61可以设为上述两种或者多种失稳连杆的组合形式，所述第二失稳连杆62也可以设为上述两种或者多种失稳连杆的组合形式。
如图12所示的定止点自由活塞发动机，是在图1的基础上，将所述运动构造件11设为夯锤头111。
Claims (10)
1、一种定止点自由活塞发动机，包括活塞(1)、气缸(2)、运动构造件(11)和曲轴(3)，其特征在于：所述活塞(1)直接经弹性体(4)或间接经弹性体(4)与所述运动构造件(11)连接，所述活塞(1)部分或全部设置在所述气缸(2)内，所述活塞(1)经第一失稳连杆(61)与所述曲轴(3)的连杆销轴转动连接，所述运动构造件(11)经第二失稳连杆(62)与所述曲轴(3)的连杆销轴转动连接。
2、如权利要求1所述定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述运动构造件(11)设为构造件活塞(110)，在所述构造件活塞(110)外设置构造件气缸(201)，所述构造件活塞(110)设为动力活塞(1001)，所述构造件气缸(201)设为动力缸(2001)，所述曲轴(3)设为动力输出轴。
3、如权利要求1所述定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述运动构造件(11)设为构造件活塞(110)，在所述构造件活塞(110)外设置构造件气缸(201)，所述构造件活塞(110)设为负载活塞(101)，所述构造件气缸(201)设为负载缸(202)。
4、如权利要求1所述定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述第一失稳连杆(61)和所述第二失稳连杆(62)与所述所述曲轴(3)的同一连杆销轴或不同连杆销轴转动连接。
5、如权利要求1所述定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述定止点自由活塞发动机设为二冲程发动机，或所述定止点自由活塞发动机设为四冲程发动机。
6、如权利要求1所述定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述定止点自由活塞发动机设为单缸发动机，或所述定止点自由活塞发动机设为多缸发动机。
7、如权利要求1所述定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述第一失稳连杆(61)经滑块(5)与所述活塞(1)滑动连接，和/或所述第二失稳连杆(62)经滑块(5)与所述运动构造件(11)滑动连接。
8、如权利要求1所述定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述弹性体(4)设为弹簧(41)。
9、如权利要求1所述定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述第一失稳连杆(61)设为二连杆式失稳连杆(601)、多连杆式失稳连杆(602)、链条式失稳连杆(603)、索链式失稳连杆(604)、绳索式失稳连杆(605)、具有弹性伸长结构的失稳连杆(606)、伸缩式失稳连杆(607)或其中两种或多种失稳连杆的组合，所述第二失稳连杆(62)设为二连杆式失稳连杆(601)、多连杆式失稳连杆(602)、链条式失稳连杆(603)、索链式失稳连杆(604)、绳索式失稳连杆(605)、具有弹性伸长结构的失稳连杆(606)、伸缩式失稳连杆(607)或其中两种或多种失稳连杆的组合。
10、如权利要求1所述定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述运动构造件(11)设为夯锤头(111)。
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