CN1030459A - 直轴式发动机 - Google Patents

Abstract

一种活塞式发动机，它没有曲轴连杆机构，而气 缸中间有一直轴，发动机气缸闭端封闭，活塞往复运 动通过特殊机构使直轴转动输出动力，这种活塞式发 动机，结构重量轻，单位马力重量小，什功率大，机械 效率较高，可制成二、四冲程柴油机或汽油机充当原 动机也可制成活塞式蒸汽机或泵。

Description

本发明是关于活塞式内燃机的，具体地说，这是一种没有曲轴连杆机构直轴式发动机。

内燃机发展到现在已有120多年的历史，作为动力机械已被人们广泛应用，现代发动机要求高的升功率和热效率，而且能燃用劣质燃料，污染低，易起动单位马力小重量等。

活塞式内燃机大部分采用曲轴连杆机构，把热能转换成机械能，只有小部分不采用曲轴连杆机构。

采用连杆机构的内燃机，曲轴连杆成了发动机的关键部件，它从下述几个方面限制了发动机性能。

1.限制了发动机热效率的提高，燃气产生最大爆发压力时曲轴连杆机构正处在上死点附近，而输出力矩最小。此时，最大爆发压力对机构起破坏作用。

2.曲轴连杆机构复杂，体积大，特别是多缸发动机用曲轴。机械强度和精度要求高，加工困难曲轴的制造成本占整台发动机制造成本的25%左右。

3.曲轴连杆机构及曲轴箱体积大，质量大使发动机单位马力重量增加，而且发动重心高。

4.活塞受旋转力矩的交变作用，使气缸内壁在一个固定的对径方向上磨损加剧，气缸密封变坏，加大漏气使功率有所降低。

5.气缸只能单端利用，由于连杆作周期摆动，下部气缸不能形成工作缸，燃气只能在顶端气缸内膨胀作功，发动机的升功率不够大，气缸利用率低。

6.因为曲轴连杆机构的结构特点，活塞长度较长（超过8厘米），使发动机气缸利用率下降。

7.曲轴行程受到严格限制，它受缸径，机械强度整机尺寸的约束，而且改变活塞行程而使发动机机构更加复杂。

没有曲轴连杆机构的发动机，如旋转活塞式发动机，虽然不使用曲轴连杆机构，但也有如下缺点旋转活塞发动机转动部分周围速度不能太高，燃烧室形状很难理想，低速时扭矩低，燃油消耗率高，升功率还不够大，制造工艺复杂。

本发明的一个目的是提供一种单位马力重量小，外型尺寸小，易起动，机械效果，热效率较高的活塞式发动机。

本发明的另一个目的是将发动机整体应用于蒸汽机使热能转换成机械能的性能更加完善。

附图1是本发明所述发动机的简略不完全侧视图。

附图2是本发明的所述发动机气缸内壁圆柱曲面导槽作用示意图。

附图3是导槽活体伸缩示意图。

附图4是活塞外圈滑块示意图。

附图5是发动机气缸进气示意图。

本发明所述发动机的机构基本构思是：气缸两端封闭，气缸中部有直轴，气缸内活塞在直轴上左右滑动形成两工作缸、发动机气缸内壁上有交替存在的间断圆柱曲面导槽，（或直线导槽）直轴上有直线导槽或交替存在的间断圆柱曲面导槽，活塞外圈上滑块在气缸内壁导槽内滑动，活塞内圈上滑块在直轴上导槽内滑动，变活塞的往复运动为直轴的连续同方向转动，从而输出动力。

本发明所述发动机结构如图1所示（以二冲程为例）发动机气缸两端封闭。气缸内有活塞（1），活塞把发动机气缸分为两工作缸（2）（3）。两工作缸壳体上有喷油嘴，活塞外圈上有滑块（4）、内圈上有滑块（5），空心直轴（6）轴线与气缸轴线重合，位于气缸中部。空心直轴上有进气孔（7）和直线导槽（8），活塞内圈滑块（5）在直轴上直线导槽内滑动。空心直轴中有输气管道（13），输气管道上有进气孔（14），输气管道（13）相对气缸体不转动。

发动机气缸体上有排气孔（9）和导槽活体（10），导槽活体与导槽活体伸缩体（11）成一体。伸缩体（11）带动导槽活体沿气缸外园周切线的垂直方向进行移动。进：使导槽活体与气缸内壁平，出：形成气缸内壁上的间断园柱曲面导槽（12），活塞外圈滑块（4）在气缸内壁上的间断园柱曲面导槽内滑动。

活塞在空心直轴上左右移动，因活塞内圈滑块在空心直轴上直线导槽内滑动，而使活塞相对于空心直轴不发生转动。活塞外圈滑块在气缸内壁上交替出现的间断园柱曲面导槽内滑动使活塞的往复运动变为活塞的连续同方向转动，活塞带动直轴转动，输出动力。

气缸内壁交替出现的间断园柱曲面导槽如图2所示（缸体展开），当活塞外圈滑块欲从导槽活体（2）经过时。伸缩体（1）使导槽活体（2）缩进）;形成导槽。滑块沿导槽滑动，此时，导槽活体（3）与气缸内壁平，防止活塞左右两工作缸发生串气。当活塞外圈滑块欲经过导槽活体（3）时，伸缩体（4）（6）使导槽活体（3）缩进，形成导槽，导槽滑块继续沿所出现的导槽滑动。同时，导槽活体（2）伸出与气缸内壁平，（7）为排气门。

导槽伸缩体带动导槽活体工作如图3所示，摆动体（1）由直轴通过常规方法带动，顺时针，逆时针方向来回摆动或同方向转动，摆动体（1）内壁上有凸起（2），凹进（3）。摆动体来回摆动或同方向转动，凹进，凸起交替经过导槽伸缩体（4）使导槽伸缩体带动导槽活体缩进或伸出，缩进，形成导槽（5）伸出，使导槽活体与气缸内壁平。伸缩体缩进由弹簧带动，活塞（6）外圈上滑块（7）在导槽（5）内滑动，活塞内圈上滑块（5）在直轴上直线导槽内滑动。

滑块结构如图4所示，活塞外圈上有滑块轴（1）（2）轴上有转动体（3）（4），这样，滑块摩擦为滚动摩擦，减小摩擦阻力，滑块左右有气体密封圈，以防活塞左右两工作缸互相串气。

空心直轴转动，而输气管道相对气缸体不转动，空心直轴转动到一定角度时，空心直轴上进气孔与输气管道上进气孔重合完成进气，空心直轴上进气孔最好如图5所示。输气管道上有进气孔（1），空心直轴上进气孔（2）（3），呈V形排列。这样使气缸内换气效果更好。

工作时，活塞左边工作缸内燃气做功，使活塞向右运动，同时压缩右工作缸内工质，因为气缸内壁上间断园柱曲面导槽作用，使活塞相对气缸体发生转动，也使空心直轴转动，输出动力，接近右止点时，排气门打开排出废气，同时，空心直轴上进气孔和输气管道上进气孔重合，进气，从而完成气缸内换气。此时，活塞外圈滑块刚经过的导槽活体伸出与气缸内壁平，另一相邻导槽活体缩进，形成新的导槽。使滑块继续滑动，同时，活塞右边工作缸内燃气做功，推动活塞向左运动，压缩左工作缸内工质，活塞外圈上的导槽滑块继续在形成的导槽内滑动，使活塞带动空心直轴继续同方向转动，这样周而复始，输出动力。

活塞与空心直轴，气缸直接接触，活塞通过空心直轴、气缸散热，空心直轴内和气缸外可采用水冷或风冷散热。活塞上导槽滑块由活塞工作负荷和间断园柱曲面导槽数决定，气缸内壁上间断园柱曲面导槽周期数与活塞外圈滑块数相等，活塞内圈滑块数与空心直轴上直线导槽数相等。

因为活塞相对气缸体发生往复转动，因而可采用普通方法润滑，活塞上有气环和油环。

一工作缸内最好有两喷油嘴或两火花塞，相对直轴对称分布在气缸两端。这样使燃料燃烧更加充分完全，燃烧室形状不限。

本发明所述发动机没有曲轴连杆机构，结构上与现有技术有如下不同：

1.气缸内壁上因为导槽活体伸出缩进，使气缸内壁交替出现间断园柱曲面导槽。

2.活塞在空心直轴上往复运动，空心直轴上有直线导槽。

3.活塞上有导槽滑块在气缸内壁上交替出现的间断园柱曲面导槽和空心直轴上直线导槽内滑动。使活塞、空心直轴相对气缸体发生转动。

4.空心直轴中有输气管道，空心直轴和输气管道上有进气孔，空心直轴转动，使两进气孔重合或分开。重合时进气，空心直轴上进气孔呈V形。

5.空心直轴内有冷却液通道，使发动机冷却效果更好。

本发明所述发动机有如下优点：

1.发动机取消了曲轴连杆机构，使发动机结构重量大大减轻。

2.使发动机升功率大大增加，因为气缸两端封闭，一气缸被活塞分为两工作缸。往复运动部件少，质量小，使活塞往复运动频率加大，又进一步增加了发动机升功率，使发动机机械效率增加。

3.因为活塞做的较薄，使发动机气缸利用率增加。

4.发动机活塞冲程不受发动机缸径限制，因而冲程较长。

5.发动机易起动，一工作缸通入压缩空气，直接压缩另一工作缸内工质。

6.因为发动机结构重量轻，易起动，使柴油机应用领域扩大。

发动机的其它形式：本发明所述发动机制成气缸内壁上有直线导槽，空心直轴上有交替出现的间断园柱曲面导槽。此种形式，发动机气缸制成方形气缸或星形气缸，气缸内壁上无直线导槽。本发明所述发动机可采用常规方法进排气。在发动机气缸体上有进，排气门，完成发动机进排气。发动机可根据直轴强度制成多级气缸，直轴刚性连接，星形气缸如图6所示，（1）为活塞，（2）为发动机气缸。

发动机可制成汽油机或柴油机，也可采用四冲程形式，还可制成蒸气机或泵。

发动机气缸体可先制成对称的两部分，把导槽活体装上，再把两部分气缸扣在活塞上用螺丝结合，即制成整体气缸。

Claims (7)

1、一种活塞式发动机或泵。其特征是采用普通圆形气缸或方形气缸。星形气缸。气缸两端封闭。气缸中间有直轴。直轴上有交替出现的间断园柱曲面导槽。普通园形气缸内壁上有直线导槽或交替出现的间断园柱曲面导槽。方形、星形气缸内壁上无导槽，活塞在直轴上左右移动。活塞内圈外圈上有导槽滑块，在导槽内滑动，导槽滑块数量由活塞工作负荷决定。

2、根据权利要求1所述发动机或泵。其特征是交替出现的间断园柱曲面导槽采用如下形式实现：摆动体内壁上有凹进，凸起，摆动体来回摆动或同方向转动，其内壁上的凸起，凹进交替使导槽活体上伸缩体带动导槽活体缩进或伸出，从而使空心直轴或气缸内壁上交替出现间断园柱曲面导槽。

3、根据权利要求2所述发动机或泵，其特征是：滑块由滑块轴和转动体构成，两转动体在两滑块轴上转动，在导槽内滑动滑块前后有气体密封圈。

4、根据权利要求3所述发动机，其特征是：直轴上有进气孔。呈V形。空心直轴中有输气管道。输气管道上有进气孔，输气管道相对气缸体不转动，空心直轴转动，输气管道上进气孔空心直轴上进气孔随空心直轴转动重合或分开。

5、根据权利要求4所述发动机，其特征是直轴内有冷却液通道。

6、根据权利要求5所述发动机，其特征是每一工作缸有两喷油嘴或两火花塞，相对直轴对称分布在气缸端盖上。

7、根据权利要求6所述发动机，其特征是制成多级气缸。

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