CN101660447A - 新型定止点自由活塞发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型定止点自由活塞发动机，包括活塞、气缸、运动构造件和曲轴，所述活塞与所述运动构造件设为一体式或经刚性体连接，所述活塞部分或全部设置在所述气缸内，所述活塞直接或经弹性体或经滑块与第一连杆的一端转动连接，所述第一连杆的另一端与所述曲轴的连杆销轴连接，所述运动构造件直接或经弹性体或经滑块与第二连杆的一端连接，所述第二连杆的另一端与所述曲轴的连杆销轴转动连接。本发明由于弹性连杆和弹性体的设置，通过合理调整弹性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，本发明公开了一种新型定止点自由活塞发动机。本发明的目的是这样实现的：
一种新型定止点自由活塞发动机，包括活塞、气缸、运动构造件和曲轴，所述活塞与所述运动构造件设为一体式或经刚性体连接，所述活塞部分或全部设置在所述气缸内，所述活塞与第一弹性连杆的一端转动连接，所述第一弹性连杆的另一端与所述曲轴的连杆销轴转动连接，或所述活塞经弹性体与第一连杆的一端转动连接，所述第一连杆的另一端与所述曲轴的连杆销轴转动连接，或在所述活塞上设滑道，所述活塞经设置在所述滑道内的滑块与所述第一连杆的一端滑动连接，所述第一连杆的另一端与所述曲轴的连杆销轴转动连接；所述运动构造件与第二弹性连杆的一端转动连接，所述第二弹性连杆的另一端与所述曲轴的连杆销轴转动连接，或所述运动构造件经所述弹性体与第二连杆的一端转动连接，所述第二连杆的另一端与所述曲轴的连杆销轴转动连接，或在所述运动构造件上设所述构造件滑道，所述运动构造件经设置在所述构造件滑道内的所述滑块与所述第二连杆的一端滑动连接，所述第二连杆的另一端与所述曲轴的连杆销轴转动连接。
本发明所谓的刚性体是相对于弹性体而言，本身只能发生微小形变的刚体。所谓的刚性连杆是相对于弹性连杆而言，本身只能发生微小形变的连杆。
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。
所述滑道设为直线型滑道或设为弧形滑道，所述构造件滑道设为直线型构造件滑道或设为弧形构造件滑道。所述滑道的设置是为了使连杆与活塞的连接点或连杆与所述运动构造件的连接点能够在垂直和水平方向上产生位移，避免连杆在运动时产生干涉，起到相当于连杆伸缩的作用。
在所述滑道设为所述直线型滑道和所述构造件滑道设为所述直线型构造件滑道的结构中，所述第一连杆和所述第二连杆设为一体式。
所述第一连杆设为弹性连杆或设为刚性连杆，所述第二连杆设为弹性连杆或设为刚性连杆。
一种新型定止点自由活塞发动机，包括活塞、气缸、运动构造件和曲轴，所述活塞与所述运动构造件设为一体式或经刚性体连接，所述活塞部分或全部设置在所述气缸内，所述活塞与第一失稳连杆的一端转动连接，所述第一失稳连杆的另一端与所述曲轴的连杆销轴转动连接，所述运动构造件与第二失稳连杆的一端转动连接，所述第二失稳连杆的另一端与所述曲轴的连杆销轴转动连接，所述第一失稳连杆的长度大于或等于以活塞连杆连接点和构造件连杆连接点之间的距离为底边，以所述曲轴的曲柄半径为高的三角形的一个腰的长度，所述第二失稳连杆的长度大于或等于以所述活塞连杆连接点和所述构造件连杆连接点之间的距离为底边，以所述曲轴的曲柄半径为高的三角形的另一个腰的长度。
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、伸缩式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、伸缩式失稳连杆或其中两种或多种失稳连杆的组合。
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。
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。
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。
所述第一连杆和所述第二连杆与所述曲轴的同一连杆销轴或不同连杆销轴转动连接。
所述新型定止点自由活塞发动机设为二冲程发动机或设为四冲程发动机。
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、本发明由于弹性连杆和弹性体的设置，通过合理调整弹性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是本发明曲轴通过刚性连杆和弹性体分别与活塞和运动结构件转动连接的结构示意图；
图3是本发明曲轴通过直线型滑道中的滑块分别与活塞和运动结构件转动连接的结构示意图；
图4是本发明曲轴通过弧形滑道中的滑块分别与活塞和运动结构件转动连接的结构示意图；
图5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伸缩式失稳连杆的结构示意图；
图11是本发明的运动构造件设置为夯锤头的结构示意图；
图12是本发明第一连杆和第二连杆设为一体式的结构示意图。
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.第一弹性连杆 62.第二弹性连杆 5.滑块
8.滑道 111.夯锤头 701.二连杆式失稳连杆
702.多连杆式失稳连杆 703.链条式失稳连杆 704.索链式失稳连杆
705.绳索式失稳连杆 1001.动力活塞 2001.动力缸
706.伸缩式失稳连杆 71.第一连杆 72.第二连杆
81.直线型滑道 82.弧形滑道 801.构造件滑道
8011.直线型构造件滑道 8012.弧形构造件滑道 91.第一失稳连杆
92.第二失稳连杆 711.活塞连杆连接点 712.构造件连杆连接点
具体实施方式
如图1所示的新型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与所述运动构造件11设为一体式或经刚性体10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与第一弹性连杆61的一端转动连接，所述第一弹性连杆61的另一端与所述曲轴3的连杆销轴转动连接，所述运动构造件11与第二弹性连杆62的一端转动连接，所述第二弹性连杆62的另一端与所述曲轴3的连杆销轴转动连接。所述新型定止点自由活塞发动机设为二冲程发动机或设为四冲程发动机。
如图2所示的新型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与所述运动构造件11设为一体式或经刚性体10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经弹性体4与第一连杆71的一端转动连接，所述第一连杆71的另一端与所述曲轴3的连杆销轴转动连接，所述运动构造件11经所述弹性体4与第二连杆72的一端转动连接，所述第二连杆72的另一端与所述曲轴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。所述第一连杆71设为刚性连杆7，所述第二连杆72设为刚性连杆7。所述新型定止点自由活塞发动机设为二冲程发动机或设为四冲程发动机。
此外，所述第一连杆71设为弹性连杆6，所述第二连杆72设为弹性连杆6。
如图3所示的新型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与所述运动构造件11设为一体式或经刚性体10连接，所述活塞1部分或全部设置在所述气缸2内，在所述活塞1上设滑道8，所述活塞1经设置在所述滑道8内的滑块5与所述第一连杆71的一端滑动连接，所述第一连杆71的另一端与所述曲轴3的连杆销轴转动连接，在所述运动构造件11上设所述构造件滑道801，所述运动构造件11经设置在所述构造件滑道801内的所述滑块5与所述第二连杆72的一端滑动连接，所述第二连杆72的另一端与所述曲轴3的连杆销轴转动连接。所述滑道8设为直线型滑道81，所述构造件滑道801设为直线型构造件滑道8011。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。所述新型定止点自由活塞发动机设为二冲程发动机或设为四冲程发动机。
如图4所示的新型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与所述运动构造件11设为一体式或经刚性体10连接，所述活塞1部分或全部设置在所述气缸2内，在所述活塞1上设滑道8，所述活塞1经设置在所述滑道8内的滑块5与所述第一连杆71的一端滑动连接，所述第一连杆71的另一端与所述曲轴3的连杆销轴转动连接，在所述运动构造件11上设所述构造件滑道801，所述运动构造件11经设置在所述构造件滑道801内的所述滑块5与所述第二连杆72的一端滑动连接，所述第二连杆72的另一端与所述曲轴3的连杆销轴转动连接。所述滑道8设为弧形滑道82，所述构造件滑道801设为弧形构造件滑道8012。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。所述新型定止点自由活塞发动机设为二冲程发动机或设为四冲程发动机。
如图5所示的新型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与所述运动构造件11设为一体式或经刚性体10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与第一失稳连杆91的一端转动连接，所述第一失稳连杆91的另一端与所述曲轴3的连杆销轴转动连接，所述运动构造件11与第二失稳连杆92的一端转动连接，所述第二失稳连杆92的另一端与所述曲轴3的连杆销轴转动连接，所述第一失稳连杆91的长度大于或等于以活塞连杆连接点711和构造件连杆连接点712之间的距离为底边，以所述曲轴3的曲柄半径为高的三角形的一个腰的长度，所述第二失稳连杆92的长度大于或等于以所述活塞连杆连接点711和所述构造件连杆连接点712之间的距离为底边，以所述曲轴3的曲柄半径为高的三角形的另一个腰的长度。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。所述第一失稳连杆91设为二连杆式失稳连杆701，所述第二失稳连杆92设为二连杆式失稳连杆701。所述新型定止点自由活塞发动机设为二冲程发动机或设为四冲程发动机。
如图6所示的新型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与所述运动构造件11设为一体式，所述活塞1部分或全部设置在所述气缸2内，所述活塞1直接与第一连杆71的一端转动连接，所述第一连杆71的另一端与所述曲轴3的连杆销轴转动连接，所述运动构造件11直接与第二连杆72的一端转动连接，所述第二连杆72的另一端与所述曲轴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91设为多连杆式失稳连杆702，所述第二失稳连杆92设为多连杆式失稳连杆702。所述新型定止点自由活塞发动机设为二冲程发动机或设为四冲程发动机。
如图7所示的新型定止点自由活塞发动机，是在图6的基础上，将所述第一失稳连杆91设为链条式失稳连杆703，将所述第二失稳连杆92设为链条式失稳连杆703。
如图8所示的新型定止点自由活塞发动机，是在图6的基础上，将所述第一失稳连杆91设为索链式失稳连杆704，将所述第二失稳连杆92设为索链式失稳连杆704。
如图9所示的新型定止点自由活塞发动机，是在图6的基础上，将所述第一失稳连杆91设为绳索式失稳连杆705，将所述第二失稳连杆92设为绳索式失稳连杆705。
如图10所示的新型定止点自由活塞发动机，是在图6的基础上，将所述第一失稳连杆91设为伸缩式失稳连杆706，将所述第二失稳连杆92设为伸缩式失稳连杆706。
此外，所述第一失稳连杆91设为上述两种或多种失稳连杆的组合，所述第二失稳连杆92设为上述其中两种或多种失稳连杆的组合。
如图11所示的新型定止点自由活塞发动机，是在图6的基础上，将所述运动构造件11设为夯锤头111。
如图12所示的新型定止点自由活塞发动机，是在图3的基础上，在所述滑道设为所述直线型滑道和所述构造件滑道801设为所述直线型构造件滑道8011的结构中，所述第一连杆71和所述第二连杆72设为一体式。
Claims (10)
1、一种新型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)与所述运动构造件(11)设为一体式或经刚性体(10)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)与第一弹性连杆(61)的一端转动连接，所述第一弹性连杆(61)的另一端与所述曲轴(3)的连杆销轴转动连接，或所述活塞(1)经弹性体(4)与第一连杆(71)的一端转动连接，所述第一连杆(71)的另一端与所述曲轴(3)的连杆销轴转动连接，或在所述活塞(1)上设滑道(8)，所述活塞(1)经设置在所述滑道(8)内的滑块(5)与所述第一连杆(71)的一端滑动连接，所述第一连杆(71)的另一端与所述曲轴(3)的连杆销轴转动连接；所述运动构造件(11)与第二弹性连杆(62)的一端转动连接，所述第二弹性连杆(62)的另一端与所述曲轴(3)的连杆销轴转动连接，或所述运动构造件(11)经所述弹性体(4)与第二连杆(72)的一端转动连接，所述第二连杆(72)的另一端与所述曲轴(3)的连杆销轴转动连接，或在所述运动构造件(11)上设构造件滑道(801)，所述运动构造件(11)经设置在所述构造件滑道(801)内的所述滑块(5)与所述第二连杆(72)的一端滑动连接，所述第二连杆(72)的另一端与所述曲轴(3)的连杆销轴转动连接。
2、如权利要求1所述新型定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述滑道(8)设为直线型滑道(81)或设为弧形滑道(82)，所述构造件滑道(801)设为直线型构造件滑道(8011)或设为弧形构造件滑道(8012)。
3、如权利要求2所述新型定止点自由活塞发动机，其特征在于：在所述滑道(8)设为所述直线型滑道(81)和所述构造件滑道(801)设为所述直线型构造件滑道(8011)的结构中，所述第一连杆(71)和所述第二连杆(72)设为一体式。
4、如权利要求1所述新型定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述第一连杆(71)设为弹性连杆(6)或设为刚性连杆(7)，所述第二连杆(72)设为弹性连杆(6)或设为刚性连杆(7)。
5、一种新型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)与所述运动构造件(11)设为一体式或经刚性体(10)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)与第一失稳连杆(91)的一端转动连接，所述第一失稳连杆(91)的另一端与所述曲轴(3)的连杆销轴转动连接，所述运动构造件(11)与第二失稳连杆(92)的一端转动连接，所述第二失稳连杆(92)的另一端与所述曲轴(3)的连杆销轴转动连接，所述第一失稳连杆(91)的长度大于或等于以活塞连杆连接点(711)和构造件连杆连接点(712)之间的距离为底边，以所述曲轴(3)的曲柄半径为高的三角形的一个腰的长度，所述第二失稳连杆(92)的长度大于或等于以所述活塞连杆连接点(711)和所述构造件连杆连接点(712)之间的距离为底边，以所述曲轴(3)的曲柄半径为高的三角形的另一个腰的长度。
6、如权利要求5所述新型定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述第一失稳连杆(91)设为二连杆式失稳连杆(701)、多连杆式失稳连杆(702)、链条式失稳连杆(703)、索链式失稳连杆(704)、绳索式失稳连杆(705)、伸缩式失稳连杆(706)或其中两种或多种失稳连杆的组合，所述第二失稳连杆(92)设为二连杆式失稳连杆(701)、多连杆式失稳连杆(702)、链条式失稳连杆(703)、索链式失稳连杆(704)、绳索式失稳连杆(705)、伸缩式失稳连杆(706)或其中两种或多种失稳连杆的组合。
7、如权利要求1或5所述新型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。
8、如权利要求1或5所述新型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)。
9、如权利要求1或5所述新型定止点自由活塞发动机，其特征在于：所述新型定止点自由活塞发动机设为二冲程发动机或设为四冲程发动机。
10、如权利要求1或5所述新型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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