CN104929769B - 一种带气缸对置装置的无曲轴发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有气缸对置装置的无曲轴发动机，包括直轴、功率输出齿轮、曲柄装置和气缸对置装置，其中曲柄装置包括连杆、曲柄和定轨活塞，定轨活塞为一个在固定的轨道座内做往复运动的活塞，连杆的一端与定轨活塞端部活动铰接，另一端与曲柄的一端活动铰接，曲柄的另一端固定垂直连接直轴的一端，功率输出齿轮固定安装在直轴上，气缸对置装置与定轨活塞固定连接，驱动定轨活塞与其保持同步运动。本发动机用曲柄装置和直轴取代曲轴，加工更加简单，工作更加可靠，且本发动机采用先进的气缸对置装置进行驱动，可在做功的同时实现自动增压，可通过电控改变排量，而且更换气缸对置装置就像更换灯泡一样容易，给使用和维修带来极大方便。

Description

一种带气缸对置装置的无曲轴发动机

技术领域

本发明涉及一种往复活塞式内燃发动机，具体是一种带气缸对置装置的无曲轴发动机。

背景技术

传统二冲程柴油机存在着以下几大缺点：

（1）、采用曲轴进行传动。曲轴是传统发动机的核心部件之一，其具有诸多难以克服的缺点，如设计和制造复杂，质量难以保证，制造材料要求高，增大功率和提高作功效率受限制，制造成本高，安装和维修困难，使用寿命短等。

（2）、气缸内燃料燃烧不充分，排放废气污染严重，耗油量大，热效率低。其主要原因是气缸换气不彻底，燃烧的氧气不足所造成的。而造成换气不彻底，氧气不足主要原因是传统发动机的构造不合理，它的进气口和排气口是在气缸壁同一水平线上的左右两边，当发动机活塞运行到某一时段时，进气口和排气口会同时打开，形成短路，当新空气把废气扫出排气口的同时也短路跑掉了部分新空气，这就造成下一个燃烧所需的氧气不足。另外，新空气只对气缸下半部分进行扫气，上半部分仍然有大量废气滞留不走。

（3）、气缸不能建立有效的润滑系统，散热不良，零部件磨损大，不能连续工作。其主要原因也是由于构造不合理造成的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种带气缸对置装置的无曲轴发动机，该发动机解决问题的思路如下：

（1）、去掉弊病多端的曲轴，用结构简单的曲柄装置取代之，曲柄装置包括连杆、曲柄和定轨活塞，由定轨活塞往复运动带动连杆，从而驱动曲柄转动，进而带动直轴和功率输出齿轮转动，定轨活塞由气缸对置装置进行同步驱动，从而实现将气缸对置装置的往复运动转换成直轴和功率输出齿轮的圆周运动。曲柄装置的结构和工作原理与退役多年的蒸汽火车头车轮驱动机构相同。

（2）、气缸采用气缸对置装置，该装置包括两个对置的做功气缸和两个对置的增压气缸，两做功气缸的做功活塞对置连接成一体，两个对置的做功气缸轮流爆发即可形成做功活塞的往复运动，两增压气缸的增压活塞也对置连接成一体，增压活塞由做功活塞驱动并与之并列联动，且增压气缸的活塞面积大于做功气缸的活塞面积，当做功气缸爆发做功驱动做功活塞做功的同时，可以连带驱动增压活塞输送增压新空气至做功气缸，既增加了新空气，又可以将做功气缸的废气彻底扫除，从而实现彻底换气并增加燃烧所需的氧气。

（3）、做功活塞和增压活塞内部均设有空心仓，内存润滑油，活塞的油环槽内设有若干与空心仓相连通的油孔，当活塞进行往复运动时，润滑油从油孔流至油环对气缸和活塞进行润滑。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种带气缸对置装置的无曲轴发动机，其特征是：所述发动机包括直轴、功率输出齿轮、曲柄装置和气缸对置装置，其中曲柄装置包括连杆、曲柄和定轨活塞，定轨活塞为一个在固定的轨道座内做往复运动的活塞，连杆的一端与定轨活塞端部活动铰接，另一端与曲柄的一端活动铰接，曲柄的另一端固定垂直连接直轴的一端，功率输出齿轮固定安装在直轴上；所述气缸对置装置与定轨活塞平行排列，其做功活塞通过连接片与定轨活塞固定连接，使定轨活塞和做功活塞保持同步运动。

所述气缸对置装置包括两个对置的做功气缸，两做功气缸的做功活塞对置连接成一体，两做功气缸轮流爆发做功驱动做功活塞做往复运动，两做功气缸的一侧还平行设有两个对置的增压气缸，两增压气缸的增压活塞也对置连接成一体，做功活塞和增压活塞通过连接块连接在一起并实现同步运动；所述做功气缸后端设有做功进气门和喷油嘴，前端侧面设有排气口；所述增压活塞面积大于做功活塞面积，增压气缸后端设有增压输气门和增压进气门，两增压气缸的增压输气门分别通过输气管与其对向的做功气缸的做功进气门相连接。

所述气缸对置装置的做功活塞与增压活塞内部均设有空心仓，内部存有润滑油，且活塞的油环槽内均设有若干与空心仓相连通的油孔。

为了增加发动机的输出功率，所述气缸对置装置可以设置为两个，平行排列在定轨活塞的两侧，两气缸对置装置的做功活塞通过连接片与定轨活塞固定连接，使定轨活塞和两边的做功活塞保持同步往复运动。

为了提高发动机运行的平稳度并增加发动机的输出功率，还可以将功率输出齿轮设置在直轴的中部，并在直轴的另一端也固定垂直连接一个曲柄装置，该曲柄装置的曲柄伸展方向和直轴一端曲柄装置的曲柄伸展方向相反，该曲柄装置也配备有气缸对置装置进行驱动，由此构成一个由两端的气缸对置装置同时对两端的曲柄装置分别进行推和拉的驱动，进而带动直轴和功率输出齿轮转动的推拉输出单元。

本发明的带有气缸对置装置的无曲轴发动机具有以下优点：

（1）、本发动机去掉了弊病多端的曲轴，用结构简单的曲柄装置和直轴取代之，加工更加简单，工作更加可靠，而且其部件都是展开式连接并暴露在外的，安装和维修都很方便。

（2）、本发动机采用先进的气缸对置装置进行驱动，该装置可以在做功的同时实现自动增压输入新空气，既可以向做功气缸增压输入下一次做功燃烧所需的新空气，又可以将做功气缸的剩余废气彻底扫除，使做功气缸的每一次做功燃烧都能完全充分，达到效率最大化，而且该装置气缸的活塞内存有润滑油，可以有效的建立其润滑系统，使气缸和活塞更加耐用。

（3）、本发动机使用多组气缸对置装置组成驱动系统进行驱动时，可以通过电控使气缸对置装置整组或逐个与驱动系统并轨或脱轨，从而实现可变排量，经精心设计，更换气缸对置装置就像更换灯泡一样容易，给使用和维修带来极大方便。

附图说明

图1为本发动机气缸对置装置的剖视图。

图2为本发动机气缸对置装置的简化示意图（为了使后面的图表达更清楚，将该装置进行简化表示，去除对置增压气缸等附件）。

图3为本发动机的结构示意图。

图4为本发动机的气缸对置装置为两个时的结构示意图。

图5为本发动机的气缸对置装置为重叠多个时的结构示意图。

图6为本发动机构成一个推拉输出单元的结构示意图。

图7为推拉输出单元的气缸对置装置为两个时的结构示意图。

图8为推拉输出单元的气缸对置装置为重叠多个时的结构示意图。

图9为四个推拉输出单元共同通过功率输出总轴输出时的示意图。

图中：1-做功气缸，2-做功活塞，3-增压气缸，4-增压活塞，5-连接块，6-做功进气门，7-喷油嘴，8-排气口，9-增压输气门，10-增压进气门，11-输气管，12-空心仓，13-油环，14-油孔，15-气环，16-气缸对置装置，17-功率输出齿轮，18-轴承座，19-直轴，20-曲柄，21-连杆，22-轨道座，23-定轨活塞，24-连接片，25-连板，26-中间齿轮，27-功率输出总轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图3所示，本发明发动机包括直轴19、功率输出齿轮17、曲柄装置和气缸对置装置16，其中曲柄装置包括连杆21、曲柄20和定轨活塞23，定轨活塞23为一个在固定的轨道座22内做往复运动的活塞，连杆21的一端与定轨活塞23端部活动铰接，另一端与曲柄20的一端活动铰接，曲柄20的另一端固定垂直连接直轴19的一端，功率输出齿轮17固定安装在直轴19上；所述气缸对置装置16与定轨活塞23平行排列，其做功活塞2通过连接片24与定轨活塞23固定连接，使定轨活塞23和做功活塞2保持同步运动。

图2为所述气缸对置装置16的简化示意图，其具体结构如图1所示，该装置包括两个对置的做功气缸1，两做功气缸1的做功活塞2对置连接成一体，两做功气缸1轮流爆发做功驱动做功活塞2做往复运动，两做功气缸1的一侧还平行设有两个对置的增压气缸3，两增压气缸3的增压活塞4也对置连接成一体，做功活塞2和增压活塞4通过连接块5连接在一起并实现同步运动；所述做功气缸1后端设有做功进气门6和喷油嘴7，前端侧面设有排气口8；所述增压活塞4面积大于做功活塞2面积，增压气缸3后端设有增压输气门9和增压进气门10，两增压气缸3的增压输气门9分别通过输气管11与其对向的做功气缸1的做功进气门6相连接。当其中一个做功气缸1做功爆发驱动做功活塞2向前推进时，其对向的增压气缸3同步被增压活塞4压缩，于是对向的增压气缸3向做功气缸1输送高压新空气，做功气缸1的做功进气门6被推开，高压新空气进入做功气缸1，在做功气缸1内因为高压新空气和作功后的废气运动方向相同，所以两者合力叠加将废气从排气口8彻底扫尽，此时作功、排气、换气结束。接着对置的做功气缸1做功爆发驱动做功活塞2往回压缩原做功气缸1的新空气，原做功气缸1的做功进气门6被压缩空气推回原处关闭。因此两对置做功气缸1的作功、排气、换气、压缩以及做功进气门6的启闭过程均是自动完成的，由于增压活塞4面积大于做功活塞2面积，高压新空气进入做功气缸1是增压的，所以构成一个自动增压系统。另外做功活塞2与增压活塞4内部均设有空心仓12，内部存有润滑油，且活塞2、4的油环槽内均设有若干与空心仓12相连通的油孔14。在活塞2、4往复运动的摇晃下，润滑油可以从油孔14流至油环13，进而对气缸1、3和活塞2、4进行润滑。

为了增加发动机的输出功率，如图4所示，所述气缸对置装置16可以设置为两个，平行排列在定轨活塞23的两侧，两气缸对置装置16的做功活塞2通过连接片24与定轨活塞23固定连接，使定轨活塞23和两边的做功活塞2保持同步往复运动。更进一步的，如图5所示，在定轨活塞23两侧的气缸对置装置16上再分别重叠增加多个气缸对置装置16，两侧的气缸对置装置16分别用连板25连接成一体，使所有气缸对置装置16构成一个同步联动的驱动系统，驱动系统中各气缸对置装置16的并轨或脱轨通过电控控制，从而实现可变排量。当车辆在轻载荷时，可以通过电控脱轨部分气缸对置装置16，这样发动机的排量就会相应减少，当车辆在重载荷时，可以通过电控增加并轨气缸对置装置16的数量，这样发动机的排量就会相应增加。根据不同的载荷要求灵活变化发动机排量可以有效节约能源。而且更重要的是，当驱动系统中某一个气缸对置装置16出现故障时，可以马上将其脱轨退出驱动系统，不影响其他气缸对置装置16的正常工作，因此发动机不会因驱动系统中一个气缸对置装置16的故障而停止工作。这个优点，特别适合应用在航空航海设备上，在军事上更是需要这种发动机。另外由于用气缸对置装置16组合成的驱动系统连接方式简单，经精心设计，更换气缸对置装置就像更换灯泡一样容易，给使用和维修带来极大方便。

为了提高发动机运行的平稳度并增加发动机的输出功率，如图6所示，可以将功率输出齿轮17设置在直轴19的中部，并在直轴19的另一端也固定垂直连接一个曲柄装置，该曲柄装置的曲柄20伸展方向和直轴19一端曲柄装置的曲柄20伸展方向相反，该曲柄装置也配备有气缸对置装置16进行驱动，由此构成一个由两端的气缸对置装置16同时对两端的曲柄装置分别进行推和拉的驱动，进而带动直轴19和功率输出齿轮17转动的推拉输出单元。当直轴19由单侧的曲柄20进行驱动时，单侧的气缸对置装置16的做功爆发点分别在功率输出齿轮17运动圆周的0°和180°两个相位角上，功率输出齿轮17每转动一圈可以得到两次做功爆发驱动；当直轴由双侧的曲柄20进行驱动组成推拉输出单元时，两侧的气缸对置装置16的做功爆发点分别在功率输出齿轮17运动圆周的0°、90°、180°、270°四个相位角上，因此功率输出齿轮17每转动一圈可以得到四次做功爆发驱动，其转动更加平稳，输出功率也增加了一倍。

如前述增加输出功率的方法一样，如图7所示，所述推拉输出单元两端的气缸对置装置16也可以均设置为两个，平行排列在定轨活塞23的两侧，两气缸对置装置16的做功活塞2通过连接片24与定轨活塞23固定连接，使定轨活塞23和两边的做功活塞2保持同步往复运动。更进一步的，如图8所示，在所述推拉输出单元两端定轨活塞23两侧的气缸对置装置16上再分别重叠增加多个气缸对置装置16，两侧的气缸对置装置16分别用连板25连接成一体，使所有气缸对置装置16构成一个同步联动的驱动系统，驱动系统中各气缸对置装置16的并轨或脱轨通过电控控制，从而实现可变排量。

另外，为了得到更大的功率输出和更好的运行平稳度，如图9所示，所述发动机可以设置一根与推拉输出单元的直轴19相平行的功率输出总轴27，功率输出总轴27上设置有中间齿轮26，中间齿轮26的圆周上均布有若干推拉输出单元，各推拉输出单元的功率输出齿轮17均与中间齿轮26相啮合，将各推拉输出单元的功率输出通过中间齿轮26汇总至功率输出总轴27，再进行总输出。这样功率输出总轴27每转一周可以得到多次气缸对置装置17的做功爆发，而且各爆发点沿功率输出总轴27圆周均布，推拉输出单元设置得越多，发动机获得的输出功率就越大，其运行也越平稳。

Claims (8)

1.一种带气缸对置装置的无曲轴发动机，其特征是：所述发动机包括直轴（19）、功率输出齿轮（17）、曲柄装置和气缸对置装置（16），其中曲柄装置包括连杆（21）、曲柄（20）和定轨活塞（23），定轨活塞（23）为一个在固定的轨道座（22）内运动的活塞，连杆（21）的一端与定轨活塞（23）端部活动铰接，另一端与曲柄（20）的一端活动铰接，曲柄（20）的另一端固定垂直连接直轴（19）的一端，功率输出齿轮（17）固定安装在直轴（19）上；所述气缸对置装置（16）与定轨活塞（23）平行排列，其做功活塞（2）通过连接片（24）与定轨活塞（23）固定连接，使定轨活塞（23）和做功活塞（2）保持同步运动；

所述气缸对置装置（16）包括两个对置的做功气缸（1），两做功气缸（1）的做功活塞（2）对置连接成一体，两做功气缸（1）轮流爆发做功驱动做功活塞（2）做往复运动，两做功气缸（1）的一侧还平行设有两个对置的增压气缸（3），两增压气缸（3）的增压活塞（4）也对置连接成一体，做功活塞（2）和增压活塞（4）通过连接块（5）连接在一起并实现同步运动；所述做功气缸（1）后端设有做功进气门（6）和喷油嘴（7），前端侧面设有排气口（8）；所述增压活塞（4）面积大于做功活塞（2）面积，增压气缸（3）后端设有增压输气门（9）和增压进气门（10），两增压气缸（3）的增压输气门（9）分别通过输气管（11）与其对向的做功气缸（3）的做功进气门（6）相连接。

2.根据权利要求1所述的发动机，其特征是：所述气缸对置装置（16）的做功活塞（2）与增压活塞（4）内部均设有空心仓（12），内部存有润滑油，且活塞（2、4）的油环槽内均设有若干与空心仓（12）相连通的油孔（14）。

3.根据权利要求1所述的发动机，其特征是：所述气缸对置装置（16）设置为两个，平行排列在定轨活塞（23）的两侧，两气缸对置装置（16）的做功活塞（2）通过连接片（24）与定轨活塞（23）固定连接，使定轨活塞（23）和两边的做功活塞（2）保持同步往复运动。

4.根据权利要求3所述的发动机，其特征是：在定轨活塞（23）两侧的气缸对置装置（16）上再分别重叠增加多个气缸对置装置（16），两侧的气缸对置装置（16）分别用连板（25）连接成一体，使所有气缸对置装置（16）构成一个同步联动的驱动系统，驱动系统中各气缸对置装置（16）的并轨或脱轨通过电控控制，从而实现可变排量输出。

5.根据权利要求1所述的发动机，其特征是：将功率输出齿轮（17）设置在直轴（19）的中部，并在直轴（19）的另一端也固定垂直连接一个曲柄装置，该曲柄装置的曲柄（20）伸展方向和直轴（19）一端曲柄装置的曲柄（20）伸展方向相反，该曲柄装置也配备有气缸对置装置（16）进行驱动，由此构成一个由两端的气缸对置装置（16）同时对两端的曲柄装置分别进行推和拉的驱动，进而带动直轴（19）和功率输出齿轮（17）转动的推拉输出单元。

6.根据权利要求5所述的发动机，其特征是：所述推拉输出单元两端的气缸对置装置（16）均设置为两个，平行排列在定轨活塞（23）的两侧，两气缸对置装置（16）的做功活塞（2）通过连接片（24）与定轨活塞（23）固定连接，使定轨活塞（23）和两边的做功活塞（2）保持同步往复运动。

7.根据权利要求6所述的发动机，其特征是：在所述推拉输出单元两端定轨活塞（23）两侧的气缸对置装置（16）上再分别重叠增加多个气缸对置装置（16），两侧的气缸对置装置（16）分别用连板（25）连接成一体，使所有气缸对置装置（16）构成一个同步联动的驱动系统，各气缸对置装置（16）通过电控控制其并轨或脱轨，从而实现可变排量。

8.根据权利要求5所述的发动机，其特征是：所述发动机设置一根与推拉输出单元的直轴（19）相平行的功率输出总轴（27），功率输出总轴（27）上设置有中间齿轮（26），中间齿轮（26）的圆周上均布有若干推拉输出单元，各推拉输出单元的功率输出齿轮（17）均与中间齿轮（26）相啮合，将各推拉输出单元的功率输出通过中间齿轮（26）汇总至功率输出总轴（27），再进行总输出。