CN101975111A - 组合气缸活塞曲柄机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合气缸活塞曲柄机构，包括气缸、滑动塞结构体和曲柄销轴颈，至少两个所述气缸按轴线平行设置，在每个所述气缸内设置一个所述滑动塞结构体，每个所述滑动塞结构体分别与垂直承载结构体连接；在所述垂直承载结构体上设置连杆销轴，所述连杆销轴与主连杆的一端摆动连接，所述主连杆的另一端与曲柄销轴颈转动连接；或在所述垂直承载结构体上按与所述气缸的轴线相垂直的方向设连动式滑道，在所述连动式滑道上设滑块，所述滑块与所述连动式滑道滑动连接，在所述滑块上设曲柄销轴颈孔，所述曲柄销轴颈孔与曲柄销轴颈转动连接。本发明能够大幅度提高气缸内被压缩气体的冷却效率，减少压缩功耗。

Description

组合气缸活塞曲柄机构
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种组合气缸活塞曲柄机构。
背景技术
无论是传统活塞式发动机或传统气体压缩机，在压缩过程中由于缸径相对比较大，很难使被压缩的气体中的热量得以有效散出，所以压缩过程中的压缩功功耗较大。缸径较大的机构也很难适用于缸内压力大幅度增加的压缩过程或缸内压力大幅度增加的发动机的爆炸作功冲程。然而，如果单纯将气缸缸径缩小，为保证一定的排气量，必须增加曲轴的长度，曲轴长度的增加会带来很多问题。为此，需要发明一种小缸径、大行程，而且曲轴长度适当的活塞曲柄机构。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
一种组合气缸活塞曲柄机构，包括气缸、滑动塞结构体和曲柄销轴颈，至少两个所述气缸按轴线平行设置，在每个所述气缸内设置一个所述滑动塞结构体，每个所述滑动塞结构体分别与垂直承载结构体连接；
在所述垂直承载结构体上设置连杆销轴，所述连杆销轴与主连杆的一端摆动连接，所述主连杆的另一端与曲柄销轴颈转动连接；或在所述垂直承载结构体上按与所述气缸的轴线相垂直的方向设连动式滑道，在所述连动式滑道上设滑块，所述滑块与所述连动式滑道滑动连接，在所述滑块上设曲柄销轴颈孔，所述曲柄销轴颈孔与曲柄销轴颈转动连接。
一部分所述滑动塞结构体与所述垂直承载结构体固连，另一部分所述滑动塞结构体与所述垂直承载结构体在所述气缸的轴线垂直方向上滑动连接；或一部分所述滑动塞结构体与所述垂直承载结构体固连，另一部分所述滑动塞结构体与所述垂直承载结构体万向连接。
所述滑动塞结构体设为活塞连杆机构。
所述滑动塞结构体设为柱塞；或所述滑动塞结构体设为活塞结构杆。
在设有所述连动式滑道的结构中，一部分所述气缸和另一部分所述气缸对置设置，所有所述滑动塞结构体与同一所述垂直承载结构体连接，构成对置设置组合气缸活塞曲柄机构。
在设有所述曲柄销轴颈孔的结构中，所述滑动塞结构体的直径、所述滑动塞结构体的组合体的宽度和所述垂直承载结构体的宽度均小于与同一个所述曲柄销轴颈所对应的两个曲柄之间的距离。
设置定位滑道，所述垂直承载结构体或与所述垂直承载结构体固连的定位结构体与所述定位滑道在与所述气缸平行的方向上滑动接触。
至少两个所述气缸按轴线共线设置构成所述气缸相互套装设置的结构，在所述气缸相互套装设置的结构中，除一个所述滑动塞结构体之外的其他所述滑动塞结构体设为环状滑动塞结构体。
与同一个所述垂直承载结构体连接的所述滑动塞结构体的工作相位设为不同。
在将所述组合气缸活塞曲柄机构设为发动机用组合气缸活塞曲柄机构的机构中，全部或部分所述气缸共用一个燃烧室。
本发明所谓的滑动塞结构体是指与气缸滑动密封配合的塞状结构体，其功能相当于活塞连杆机构，它可以是活塞连杆机构，可以是柱塞，也可以是活塞结构杆，所谓活塞结构杆是指将活塞和连接杆固连的结构件；所谓环状滑动塞结构体是指设为环形的滑动塞结构体；所谓垂直承载结构体是指将两个或两个以上的所述滑动塞结构体相互连接的结构件，其目的是使这些所述滑动塞结构体在同一所述曲柄销轴颈直接作用下或经主连杆作用下共同往复运动，并在所述滑动塞结构体和所述曲柄销轴颈之间承载和传递作用力；所谓主连杆是指将所述垂直承载结构体和所述所述曲柄销轴颈相互连接的连杆；所谓连动式滑道是指除在所设定的滑动方向上与所述滑块滑动接触外，在其他方向上与所述滑块连动的滑道，即所述连动式滑道在所述气缸的轴线方向上与所述滑块连动进行往复运动，在所述气缸的轴线的垂直方向上与所述滑块滑动接触；所谓滑动塞结构体的组合体是指两个或多个所述滑动塞结构体所构成的整体；所谓的“所述滑动塞结构体的直径、所述滑动塞结构体的组合体的宽度和所述垂直承载结构体的宽度均小于与同一个所述曲柄销轴颈所对应的两个所述曲柄之间的距离”是为了实现使所述垂直承载结构体及与其相连的所述滑动塞结构体能够进入与其相对应的两个曲柄之间，从而降低整个机构的高度，这实质上是用滑块、滑道代替了与曲柄销轴颈连接的连杆；所谓的“与同一个所述垂直承载结构体连接的所述滑动塞结构体的工作相位设为不同”是指两个或多个所述滑动塞结构体共同趋近于上止点时，其中一部分是处在压缩冲程，而另一部分则处在排气冲程，同理两个或多个所述滑动塞结构体共同趋近于下止点时，其中一部分是处在吸气冲程，而另一部分则处在作功冲程，其目的是为了实现机构的动平衡。
本发明中的气缸直径可以设为相同，也可以设为不同。
本发明所公开的组合气缸活塞曲柄机构可以在对气体进行压缩的进程中对被压缩气体进行高效冷却，大幅度降低压缩功耗，能够实现低增温压缩、近恒温压缩或恒温压缩，所谓的低增温压缩是指在压缩进程中有效地对被压缩气体进行冷却使压缩后的气体压力高而温度处于相对较低的水平，所谓近恒温压缩是指在压缩过程中被压缩气体的温度处于近乎不增加的状态。
本发明所谓的对置设置组合气缸活塞曲柄机构是指所述气缸对置设置、所述滑动塞结构体对置设置，所述滑动塞结构体按其所在位置与所述垂直承载结构体的上部连接或与所述垂直承载结构体的下部连接；此处的上部和下部是指以滑道为界限的两侧。
所谓连接是指直接连接、间接连接。
本发明所公开的组合气缸活塞曲柄机构可以用作压气机(如空气压缩机等)，也可以用作活塞式发动机，特别是可以用于缸内压力大幅度提高的压气机和发动机。
本发明所公开的组合气缸活塞曲柄机构由于缸径可大幅度缩小，相当于缸内被压缩气体的可以冷却的界面增大，因此可以实现对缸内被压缩气体的高效冷却。
本发明所公开的组合气缸活塞曲柄机构的气缸直径也可以与传统的气缸直径相当，在这种情况下可以实现气缸的矩阵式排列方式，可以改变缸数较多的发动机长而窄的传统模式，实现发动机的宽度接近长度、等于长度，甚至大于长度的气缸排列方式，为优化曲轴长度，气缸排列方式和优化发动机长宽比提供一种新的选择。
本发明的有益效果如下：
1、本发明能够大幅度提高气缸内被压缩气体的冷却效率，减少压缩功耗。
2、由于缸径可以大幅度降低，所以适合于缸内压力大幅度提高的机构。
附图说明
图1为本发明的实施例1的示意图；
图2为本发明的实施例2的示意图；
图3为图1或图2的A-A剖视图；
图4为图2的M向视图；
图5为本发明的实施例3的示意图；
图6为本发明的实施例4的示意图；
图7为本发明的实施例5的示意图；
图8为图7的Q-Q剖视图；
图9为本发明的实施例6的示意图；
图10为本发明的实施例7的示意图；
图11为本发明的实施例8的示意图；
图12为图11的B-B剖视图；
图13和图14为本发明的实施例9的示意图；
图15为本发明的实施例10的示意图；
图16为本发明的实施例11的示意图；
图17为图16的W-W剖视图；
图18为本发明的实施例12的示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1和图3所示的组合气缸活塞曲柄机构，包括气缸1、滑动塞结构体2和曲柄销轴颈3，至少两个气缸1按轴线平行设置，在每个气缸1内设置一个滑动塞结构体2，每个滑动塞结构体2分别与垂直承载结构体4连接，在垂直承载结构体4上设置连杆销轴5，连杆销轴5与主连杆6的一端摆动连接，主连杆6的另一端与曲柄销轴颈3转动连接。滑动塞结构体2设为柱塞202，与同一个垂直承载结构体4连接的滑动塞结构体2的工作相位设为不同。
实施例2
如图2、图3和图4所示的组合气缸活塞曲柄机构，包括气缸1、滑动塞结构体2和曲柄销轴颈3，至少两个气缸1按轴线平行设置，在每个气缸1内设置一个滑动塞结构体2，每个滑动塞结构体2分别与垂直承载结构体4连接，在所述垂直承载结构体上按与所述气缸的轴线相垂直的方向设连动式滑道，在连动式滑道401上设滑块405，滑块405与连动式滑道401滑动连接，在滑块405上设曲柄销轴颈孔8，曲柄销轴颈孔8与曲柄销轴颈3转动连接；滑动塞结构体2的直径A、滑动塞结构体2的组合体的宽度和垂直承载结构体4的宽度B均小于与同一个曲柄销轴颈3所对应的两个曲柄7之间的距离C。
实施例3
如图5所示的组合气缸活塞曲柄机构，其与实施例1的区别在于：一部分滑动塞结构体2与垂直承载结构体4固连，另一部分滑动塞结构体2与垂直承载结构体4在气缸1的轴线垂直方向上滑动连接。
实施例4
如图6所示的组合气缸活塞曲柄机构，其与实施例1的区别在于：一部分滑动塞结构体2与垂直承载结构体4固连，另一部分滑动塞结构体2与垂直承载结构体4万向连接。
实施例5
如图7和图8所示的组合气缸活塞曲柄机构，其与实施例1的区别在于：设置定位滑道402，垂直承载结构体4与定位滑道402在与气缸1平行的方向上滑动接触，滑动塞结构体2设为活塞连杆机构201。
实施例6
如图9所示的组合气缸活塞曲柄机构，其与实施例1的区别在于：滑动塞结构体2设为活塞结构杆203。
实施例7
如图10所示的组合气缸活塞曲柄机构，其与实施例1的区别在于：滑动塞结构体2设为活塞连杆机构201。
实施例8
如图11和图12所示的组合气缸活塞曲柄机构，其与实施例1的区别在于：至少两个气缸1按轴线共线设置构成气缸1相互套装设置的结构，在气缸1相互套装设置的结构中，除一个滑动塞结构体2之外的其他滑动塞结构体2设为环状滑动塞结构体206，并设有外密封环9和内密封环10。
实施例9
如图13和图14所示的组合气缸活塞曲柄机构，其与实施例1的区别在于：在将组合气缸活塞曲柄机构设为发动机用组合气缸活塞曲柄机构100的机构中，全部或部分气缸1共用一个燃烧室。其中，图13中两个气缸1共用一个燃烧室，图14中四个气缸1共用一个燃烧室。
实施例10
如图15所示的组合气缸活塞曲柄机构，其与实施例2的区别在于：一部分气缸1和另一部分气缸1对置设置，所有滑动塞结构体2与同一垂直承载结构体4连接，构成对置设置组合气缸活塞曲柄机构2244。
实施例11
如图16和图17所示的组合气缸活塞曲柄机构，其与实施例1的区别在于：设置定位滑道402，垂直承载结构体4与定位滑道402在与气缸1平行的方向上滑动接触，所述气缸1单排设置，可缩短两曲轴之间的距离。
实施例12
如图18所示的组合气缸活塞曲柄机构，其与实施例1的区别在于：设置定位滑道402，与垂直承载结构体4固连的定位结构体440与定位滑道402在与气缸1平行的方向上滑动接触。

Claims (10)

1.一种组合气缸活塞曲柄机构，包括气缸(1)、滑动塞结构体(2)和曲柄销轴颈(3)，其特征在于：至少两个所述气缸(1)按轴线平行设置，在每个所述气缸(1)内设置一个所述滑动塞结构体(2)，每个所述滑动塞结构体(2)分别与垂直承载结构体(4)连接；
在所述垂直承载结构体(4)上设置连杆销轴(5)，所述连杆销轴(5)与主连杆(6)的一端摆动连接，所述主连杆(6)的另一端与曲柄销轴颈(3)转动连接；或在所述垂直承载结构体(4)上按与所述气缸(1)的轴线相垂直的方向设连动式滑道(401)，在所述连动式滑道(401)上设滑块(405)，所述滑块(405)与所述连动式滑道(401)滑动连接，在所述滑块(405)上设曲柄销轴颈孔(8)，所述曲柄销轴颈孔(8)与曲柄销轴颈(3)转动连接。
2.如权利要求1所述组合气缸活塞曲柄机构，其特征在于：一部分所述滑动塞结构体(2)与所述垂直承载结构体(4)固连，另一部分所述滑动塞结构体(2)与所述垂直承载结构体(4)在所述气缸(1)的轴线垂直方向上滑动连接；或一部分所述滑动塞结构体(2)与所述垂直承载结构体(4)固连，另一部分所述滑动塞结构体(2)与所述垂直承载结构体(4)万向连接。
3.如权利要求1所述组合气缸活塞曲柄机构，其特征在于：所述滑动塞结构体(2)设为活塞连杆机构(201)。
4.如权利要求1所述组合气缸活塞曲柄机构，其特征在于：所述滑动塞结构体(2)设为柱塞(202)；或所述滑动塞结构体(2)设为活塞结构杆(203)。
5.如权利要求1所述组合气缸活塞曲柄机构，其特征在于：在设有所述连动式滑道(401)的结构中，一部分所述气缸(1)和另一部分所述气缸(1)对置设置，所有所述滑动塞结构体(2)与同一所述垂直承载结构体(4)连接，构成对置设置组合气缸活塞曲柄机构(2244)。
6.如权利要求1所述组合气缸活塞曲柄机构，其特征在于：在设有所述曲柄销轴颈孔(8)的结构中，所述滑动塞结构体(2)的直径(A)、所述滑动塞结构体(2)的组合体的宽度和所述垂直承载结构体(4)的宽度(B)均小于与同一个所述曲柄销轴颈(3)所对应的两个曲柄(7)之间的距离(C)。
7.如权利要求1所述组合气缸活塞曲柄机构，其特征在于：设置定位滑道(402)，所述垂直承载结构体(4)或与所述垂直承载结构体(4)固连的定位结构体(440)与所述定位滑道(402)在与所述气缸(1)平行的方向上滑动接触。
8.如权利要求1所述组合气缸活塞曲柄机构，其特征在于：至少两个所述气缸(1)按轴线共线设置构成所述气缸(1)相互套装设置的结构，在所述气缸(1)相互套装设置的结构中，除一个所述滑动塞结构体(2)之外的其他所述滑动塞结构体(2)设为环状滑动塞结构体(206)。
9.如权利要求1所述组合气缸活塞曲柄机构，其特征在于：与同一个所述垂直承载结构体(4)连接的所述滑动塞结构体(2)的工作相位设为不同。
10.如权利要求1所述组合气缸活塞曲柄机构，其特征在于：在将所述组合气缸活塞曲柄机构设为发动机用组合气缸活塞曲柄机构(100)的机构中，全部或部分所述气缸(1)共用一个燃烧室。
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