CN104005847B - 活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明是活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，包括缸体及其内的活塞、曲轴，配气系统，冷却系统，润滑系统和燃料供给系统，其中，还包括至少一对对称连接所述活塞的活塞连杆，转动连接所述活塞连杆和曲轴的曲轴连杆，和在所述活塞内部设置的辅助缸腔，在所述辅助缸腔内设置的柱塞。采用本发明技术方案，通过多连杆转换缓冲，降低了活塞对曲轴的震动和冲击力，噪音也大为降低，而活塞内的柱塞则解决了活塞和连杆往复冲击力直接用于压缩冲程的结构技术问题，而且本结构适用性广，可用于大部分连杆活塞内燃机的改进。

Description

活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机

技术领域

本发明属于连杆活塞内燃机及空气压缩机领域，具体涉及活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机。

背景技术

现有已知的连杆活塞内燃机：空气压缩机或者柱塞液压机。

结构种类1：有二冲程连杆活塞内燃机和四冲程连杆活塞内燃机。其中四冲程连杆活塞内燃机通过进气门排气门次序调整，取消燃油系统，就能够设计成了二冲程空气压缩机或者二冲程柱塞液压机。

燃料种类2：有汽油连杆活塞内燃机，柴油连杆活塞内燃机，燃汽连杆活塞内燃机。

大型大缸径种类3：轮船电厂的大缸径连杆活塞内燃机目前已知最大连杆活塞内燃机是瓦锡兰生产的RT-flex96C型14缸船用柴油机，11万匹马力2300吨的缸径约1.5米拥有约4米的活塞往复行程。

现有的连杆活塞内燃机缺点：

1、活塞的燃爆力有用功律，要通过连杆转换至曲轴飞轮输出输入，余下功律再以扭力方式传送到受用机械结构，到最终有用功律已经损耗了太多了。

2、活塞和连杆的冲程惯性力和燃爆震动力对曲轴冲击很大，噪音震动很大。

3、活塞连杆的冲程惯量和飞轮曲轴的惯量比例很小，要制造大缸径的连杆活塞内燃机就要制造大直径的曲轴和足够大的飞轮，比如大轮船连杆活塞内燃机曲轴小型的都几十吨一根，最大的曲轴达到300吨14缸一根，而且所需材料在强度韧性刚度等要求上比较高，在本国难以制造。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种效率高，尺寸小，震动冲击小，制造难度低，可靠性高的活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，包括缸体及其内的活塞、曲轴，配气系统，冷却系统，润滑系统和燃料供给系统，其中，还包括至少一对对称连接所述活塞的活塞连杆，转动连接所述活塞连杆和曲轴的曲轴连杆，和在所述活塞内部设置的辅助缸腔，在所述辅助缸腔内设置的柱塞。

进一步的，所述活塞上转动地连接至少一对活塞连杆，每对活塞连杆以活塞轴心线与曲轴的主轴颈轴心线交叉形成的面为对称面对称设置，并且每对活塞连杆的形状和尺寸均相同。

进一步的，在所述曲轴连杆与活塞连杆的转动连接副处还转动的设置有承重轮，以及与所述承重轮固接在一起的导向滑块。

进一步的，所述缸体中设置有滑轨，所述导向滑块滑动地设置在滑轨上。

进一步的，所述滑轨为直线轨道，并且其方向与所述活塞轴心线方向空间垂直。

进一步的，所述曲轴连杆与曲轴偏心连接，并且每对曲轴连杆的形状和尺寸均相同。

进一步的，每对所述曲轴连杆分别连接相邻的两个曲轴的曲柄，并且相邻的曲轴的曲柄之间相位差为180°，参照图4所示，曲柄部分的圆心点a、c和曲轴主体中间部分即曲轴的主轴颈圆心点b，三点的轴向投影在一条直线上，由此，再通过偏心机构的曲柄将曲轴连杆的水平往复运动转换成曲轴的旋转运动。

进一步的，所述柱塞固定安装在缸体上，所述柱塞与辅助缸腔之间形成辅助燃烧室，所述柱塞还包括辅助配气系统，辅助冷却系统，辅助润滑系统和辅助燃料供给系统。

进一步的，上述活塞、柱塞和连杆系统还包括以过曲轴主轴颈轴心线并且与活塞轴心线相垂直的面为对称面对置相同结构，在每对对置的活塞、柱塞和连杆系统中，共用一组曲轴连杆，每组对置的活塞连杆通过同一个转动副转动地连接同一根曲轴连杆。

进一步的，上述活塞、柱塞和连杆系统还包括沿曲轴轴向布置的多个相同结构构成的阵列式结构。

本发明的有益效果是:

1、通过多连杆转换缓冲，降低了活塞对曲轴的震动和冲击力，实现了杠杆式的力学转换过滤，在曲轴功律传导能力不变的情况下曲轴直径和飞轮惯性量实现大比例减小，所以能够实现更加大缸径配合更加小曲轴直径的比例，实现耐磨性平衡性更加好的连杆活塞内燃机，同时噪音也大为降低；

2、活塞内的柱塞则解决了活塞和连杆往复冲击力直接用于压缩冲程的结构技术问题，并且柱塞系统也可以实现活塞压缩空气输出或者柱塞式液压输出的功能；

3、本结构适用性广，主要参照瓦锡兰公司生产的RT-flex96C型14缸船用柴油机进行改进设计，使现有成熟的连杆活塞内燃机结构技术的约95%都能够在本发明连杆活塞内燃机方案结构上继续沿用如：①、冷却系统和润滑系统；②、燃油喷射系统；③、供气排气系统；④、缸盖总成系统；⑤、气门开闭系统；⑥、油汽的混合点火燃烧系统；⑦、大型连杆活塞内燃机内部装卸大型零件带有吊装挂钩等吊装技术；⑧、轴承轴瓦和安装铰合结构技术；⑨、曲轴飞轮系统和机体外壳安装铰合结构技术；⑩、扭振减振器调速器结构技术。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的连杆活塞部分基本结构示意图；

图2为本发明的连杆活塞部分对置结构示意图；

图3为本发明的曲轴结构主视图；

图4为本发明的曲轴结构轴向视图；

图5为本发明的曲轴结构立体图；

图6为本发明的活塞套柱塞基本结构示意图；

图7为本发明的柱塞外部基本结构立体图；

图8为本发明的整体结构的半剖视图（曲轴轴向切剖）；

图9为本发明的整体结构的半剖视图（曲轴径向切剖）；

图10为图8或图9的活塞、柱塞系统总成；

图11为图9的活塞、柱塞和连杆系统总成；

图12为图10的活塞结构主视图；

图13为图11的活塞结构左视图；

图14为图12的活塞结构左视图中B-B向半剖视图；

图15为图10的活塞结构立体图；

图16为图10的曲轴连杆立体图；

图17为图10的活塞连杆的轴向视图；

图18为图10的活塞连杆的立体图；

图19为图10的承重轮和导向滑块的立体图；

图20为图8或图9中缸体的立体图；

图21为本发明实施例的一种全空压机结构简图；

图22为本发明实施例的一种内燃机大活塞、液压机和柱塞配合应用的混合机械结构简图。

图中标号说明：1、缸体，2、活塞，3、曲轴，4、活塞连杆，5、曲轴连杆，6、柱塞，7、承重轮，8、导向滑块，9、滑轨，10、曲柄，11、飞轮，12、曲轴安装架，13、进气孔，14、排气门，15、液冷腔，16、润滑油路，17、喷油嘴，18、活塞销，19、鼓风机构，20、入气孔，21、柱塞排气门，22、柱塞液冷腔，23、柱塞喷油嘴，24、液压油缸，25、润滑油路，26、耐磨瓦，27、螺钉，28、活塞环，29、铰接梁，30、销孔，31、安装孔,32、辅助缸腔，33、螺丝装配孔,34、辅助燃烧室,35、柱塞进气管道，36、柱塞排气管道，37、排气口，38、进气口，39、排气口，40、进气口，41、排液口，42进液口。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1所示，为本发明的连杆活塞部分基本结构示意图，由活塞2，曲轴3，活塞连杆4，曲轴连杆5，承重轮7和滑轨9组成，其中活塞连杆4一端通过转动副连接活塞2，另一端通过转动副转动连接曲轴连杆5，曲轴连杆5转动地连接在曲轴3的曲柄10的末梢，在曲轴3的轴向端安装有飞轮11，在曲轴连杆5与活塞连杆4的转动连接副处转动的安装有承重轮7，承重轮7直接承受来自活塞连杆5的冲击力，承重轮7与导向滑块8固定在一起，导向滑块8滑动地安装在滑轨9上，其中，滑轨9为直线滑轨，并且其方向与所述活塞2轴心线方向空间垂直，通过导向滑块8和滑轨9的作用，活塞连杆4与曲轴连杆5间的转动副运动轨迹变为直线往复运动。

并且在图1中，活塞连杆4及其相应的承重轮7、导向滑块8、滑轨9、曲轴连杆5以活塞2轴心线与曲轴3的主轴颈轴心线交叉形成的面为对称面对称设置，在本图1中为八字形左右对称。

参照图2所示，为本发明的连杆活塞部分对置结构示意图，图1中的活塞2和活塞连杆4以过曲轴3主轴颈轴心线并且与活塞2轴心线相垂直的面为对称面对置安装相同的上述结构，在每对对置的活塞2和活塞连杆4中，共用一组曲轴连杆5，每组对置的活塞连杆4通过同一个转动副，即图2中同一个承重轮7上的转动副，转动地连接同一根曲轴连杆5，在本图2中为上下对置安装，在同一个承重轮7上的转动副处连接有两根上下对置的活塞连杆4和一根曲轴连杆5，活塞3上下运动时，推动活塞连杆4的水平动量通过导向滑块8和滑轨9得以保留和释放，而竖直动量则由上下对置的活塞连杆4和承重轮7相互抵耗。

参照图3至图5所示，为本发明的曲轴结构，由曲轴3主体和曲柄10组成，相邻的曲轴的曲柄10之间相位差为180°，尤其参照图4所示，曲柄10部分的圆心点a、c和曲轴3主体中间部分即曲轴3的主轴颈圆心点b，三点的轴向投影在一条直线上，由此，再通过偏心机构的曲柄10将曲轴连杆5的水平往复运动转换成曲轴3的旋转运动。

继续参照图3至图5的曲轴结构，为轴向累叠结构，前述的连杆活塞结构和对应的活塞缸体系统可沿曲轴3轴向布置的多个相同结构构成的阵列式结构，增强曲轴3的输出功率。

参照图6、图7所示，为本发明的活塞内部安装柱塞基本结构，其中，活塞2为活动式，其内部的柱塞6为固定式，在本图6、图7中柱塞6与曲轴安装架12固定在一起，柱塞6包括的辅助配气系统，辅助冷却系统，辅助润滑系统和辅助燃料供给系统，在下面的实施例中将进一步详述。

实施例1：

参照图8至图9所示，是本发明的一种活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，能量输出方式为曲轴转动扭力，具体的是轮船用的二冲程柴油机，其中，缸径1.5米,辅助燃烧室缸径0.57米,曲轴直径0.3米, 活塞行程0.5米,气缸空间压缩比例24比1，活塞采用铝制重2.7吨，活塞连杆4为采用钢制铰接梁29多跟连排块装每块总重2.2吨，曲轴连杆5采用钢制每根重0.1吨，曲轴重2.9吨；活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，包括对置安装的缸体1，安装在缸体1内的活塞2，以及与活塞2相配套的含进气孔13和排气门14及其对应的鼓风机构19和气道的配气系统，含液冷腔15及其对应冷却液管道的冷却系统，含润滑油路16的润滑系统，含喷油嘴17及其对应管路的燃料供给系统，其中，还包括一对通过活塞销18呈八字对称连接活塞2的活塞连杆4，转动连接活塞连杆4和曲轴3的曲轴连杆5，和在活塞2内部设置的辅助缸腔及活塞环28，在所述辅助缸腔内设置的柱塞6。

参照图10所示，本实施例柱塞6是安装在与缸体1固定在一起的曲轴安装架12上，并且柱塞6内部为中空式，柱塞6与辅助缸腔（由活塞2内部的空腔形成）之间形成辅助燃烧室34，柱塞6中还包括含有入气孔20、柱塞排气门21及其相应柱塞进气管道35、柱塞排气管道36的辅助配气系统，设置在柱塞6内部的含柱塞液冷腔22的辅助冷却系统，辅助润滑系统和含柱塞喷油嘴23的辅助燃料供给系统，其中，在柱塞6内部中空腔内安装有液压油缸24及其对应的液压油路，液压油缸24驱动柱塞排气门21的启闭。

参照图11所示，所述活塞2上铰接一对活塞连杆4，在活塞2与活塞连杆4上设置有润滑油路25，曲轴连杆5一端铰接活塞连杆4，另一端转动连接曲轴3，并且为偏心连接，本实施例曲轴3同图3至图5的曲轴结构，曲轴3安装在曲轴安装架12上，曲轴3与曲轴安装架12设有耐磨瓦26，在曲轴3轴端安装飞轮11，在所述曲轴连杆5与活塞连杆4的转动连接副处还转动的设置有承重轮7，以及与所述承重轮7固接在一起的导向滑块8，导向滑块8安装在滑轨9上。

继续参照图11，上述活塞2、柱塞6和连杆系统还包括以过曲轴3主轴颈轴心线并且与活塞2轴心线相垂直的面为对称面对置相同结构，在每对对置的活塞2、柱塞6和连杆系统中，共用一组曲轴连杆5，每组对置的活塞连杆4通过同一个转动副转动地连接同一根曲轴连杆5。

参照图12至图15，为本实施例的活塞2结构，包括V形铰接梁29，及铰接梁29底端的销孔30，在活塞体内设有润滑油路25连通销孔30，如图13，在铰接梁29每边设有三个安装孔31，活塞连杆4便通过这些安装孔31转动连接在活塞2上，在活塞2内部的辅助缸腔32壁上设有入气孔20。

参照图16，为本实施例的曲轴连杆5结构立体图，在曲轴连杆5两端设有螺丝装配孔33，更好地与曲轴3配合组装。

参照图17和图18，为本实施例的活塞连杆的轴向视图和立体图，由于活塞连杆4直接连接在活塞2上，直接承受活塞2的冲击，所以本实施例中将一组多个活塞连杆4通过连接板做成板状一体式结构。

参照图19，为本实施例中连接活塞连杆4和曲轴连杆5的承重轮7和导向滑块8的立体图，其中承重轮7和导向滑块8为一体式结构，通过承重轮7中心的销孔及其对应的销轴与活塞连杆4、曲轴连杆5转动铰接在一起。

参照图20，所述缸体1中设置有滑轨9，为直线轨道，组装时，导向滑动8滑动地安装在滑轨9。

实施例2：

在实施例1的基础上，将上述活塞2、柱塞6和连杆系统沿曲轴3轴向布置的多个相同结构构成的阵列式结构，即在曲轴3上沿轴向布置多个活塞2、柱塞6、连杆系统及其对应的各个配套系统，如润滑、配气、冷却、燃料供给等系统。

实施例3：

在实施例1或实施例2中柱塞系统作为一种全内燃机，而在本实施例中，在实施例1或实施例2的基础上，将柱塞系统用作压缩空气输出的全空压机或者将内燃机大活塞、液压机和柱塞配合应用的混合机械；参照图21，为一种全空压机，设计成缸体1的缸径300毫米的连杆活塞内燃机空气压缩机一体机，实现活2压缩空气输出，活塞2与柱塞6顶部的同一侧作为排气口37，另一侧作为进气口38；参照图22，为一种内燃机大活塞、液压机和柱塞配合应用的混合机械，连杆活塞内燃机设计了柱塞高压液体的能量输出方式，可以作为喷射轮船的喷水动力，实现柱塞6液压输出，活塞2顶部为排气口39，进气口40设置在缸体1上，柱塞6顶部分别为排液口41和进液口42。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，包括缸体（1）及其内的活塞（2）、曲轴（3），配气系统，冷却系统，润滑系统和燃料供给系统，其特征在于，还包括至少一对对称连接所述活塞（2）的活塞连杆（4），转动连接所述活塞连杆（4）和曲轴（3）的曲轴连杆（5），和在所述活塞（2）内部设置的辅助缸腔，在所述辅助缸腔内设置的柱塞（6），在所述曲轴连杆（5）与活塞连杆（4）的转动连接副处还转动的设置有承重轮（7），以及与所述承重轮（7）固接在一起的导向滑块（8）。

2.根据权利要求1所述的活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，其特征在于，所述活塞（2）上转动地连接至少一对活塞连杆（4），每对活塞连杆（4）以活塞（2）轴心线与曲轴（3）的主轴颈轴心线交叉形成的面为对称面对称设置，并且每对活塞连杆（4）的形状和尺寸均相同。

3.根据权利要求1所述的活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，其特征在于，所述缸体（1）中设置有滑轨（9），所述导向滑块（8）滑动地设置在滑轨（9）上。

4.根据权利要求3所述的活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，其特征在于，所述滑轨（9）为直线轨道，并且其方向与所述活塞（2）轴心线方向空间垂直。

5.根据权利要求1所述的活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，其特征在于，所述曲轴连杆（5）与曲轴（3）偏心连接，并且每对曲轴连杆（5）的形状和尺寸均相同。

6.根据权利要求5所述的活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，其特征在于，每对所述曲轴连杆（5）分别连接相邻的曲轴的曲柄（10），并且相邻的曲轴的曲柄（10）之间相位差为180°。

7.根据权利要求1所述的活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，其特征在于，所述柱塞（6）固定安装在缸体（1）上，所述柱塞（6）与辅助缸腔之间形成辅助燃烧室，所述柱塞（6）还包括辅助配气系统，辅助冷却系统，辅助润滑系统和辅助燃料供给系统。

8.根据权利要求7所述的活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，其特征在于，上述活塞（2）、柱塞（6）和连杆系统还包括以过曲轴（3）主轴颈轴心线并且与活塞（2）轴心线相垂直的面为对称面对置相同结构，在每对对置的活塞（2）、柱塞（6）和连杆系统中，共用一组曲轴连杆（5），每组对置的活塞连杆（4）通过同一个转动副转动地连接同一根曲轴连杆（5）。

9.根据权利要求7所述的活塞内含燃烧腔的曲轴连杆活塞内燃机，其特征在于，上述活塞（2）、柱塞（6）和连杆系统还包括沿曲轴（3）轴向布置的多个相同结构构成的阵列式结构。