CN107091154A - 一种直线往复式活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种直线往复式活塞发动机，该发动机包括缸体；中间隔件固定设置于缸体内部将缸体的内部腔体分隔成独立的第一腔体和第二腔体；第一活塞设置于第一腔体以将第一腔体分隔成独立的第一气室和第二气室且第一活塞可在第一腔体内往复运动；第二活塞设置于第二腔体内以将第二腔体分隔成独立的第三气室和第四气室且第二活塞可在第二腔体内往复运动；主轴设置于缸体内部并依次贯穿第一端盖、第一活塞、中间隔件、第二活塞、第二端盖且主轴可在缸体内往复运动；当主轴的往复运动时可带动第一活塞和第二活塞分别在第一腔体和第二腔体内进行往复运动。该发动机将活塞的直线运动直接转化成动力，节约了中间部分的能源消耗从而提高了发动机的效率。

Description

一种直线往复式活塞发动机

技术领域

本发明涉及发动机领域，具体地，涉及一种直线往复式活塞发动机。

背景技术

现在市场上出现的发动机基本都是内燃曲轴型发动机。发动机的曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分，发动机的曲柄连杆机构主要包括气缸、活塞、连杆和曲轴等几部分，在作功冲程中，它将燃料燃烧产生的热能驱动活塞的直线往复运动转化成曲轴的旋转运动，从而把热能转变为机械能，以对外输出动力。在现有的发动机做功过程中，需要把活塞的来回摆动转换成曲轴的转动过程，存在着一定的能量损失，影响了发动机的工作效率；另外，曲柄连杆机构本身结构较复杂，加工和维修困难。

目前在石油资源越来越紧张的情况下，提高发动机的工作效率也越来越重要，因此通过改变发动机结构来提高工作效率是亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种直线往复式活塞发动机，通过改变发动机的结构以使发动机的直线动能产生直线往复动力，以提高发动机的工作效率。

为了实现本发明的目的，该直线往复式活塞发动机包括：缸体；中间隔件，固定设置于所述缸体内部将所述缸体的内部腔体分隔成独立的第一腔体和第二腔体；第一活塞，设置于所述第一腔体，以将所述第一腔体分隔成独立的第一气室和第二气室，且所述第一活塞可在所述第一腔体内往复运动；第二活塞，设置于所述第二腔体内，以将所述第二腔体分隔成独立的第三气室和第四气室，且所述第二活塞可在所述第二腔体内往复运动；第一端盖，用于封闭所述第一腔体的外端；第二端盖，用于封闭所述第二腔体的外端；主轴，设置于所述缸体内部，并依次贯穿所述第一端盖、第一活塞、中间隔件、第二活塞、第二端盖，且所述主轴可在所述缸体内往复运动；所述第一气室、第二气室、第三气室和第四气室相应的缸体壁上分别设置有进气口和排气口；当所述主轴的往复运动时可带动所述第一活塞和第二活塞分别在所述第一腔体和所述第二腔体内进行往复运动。

优选地，所述发动机还包括：第一定位套筒，套设于所述主轴上，且位于所述第一活塞与所述第一端盖之间；第二定位套筒，套设于所述主轴上，且位于所述第二活塞与所述第二端盖之间。

优选地，所述主轴的两个端部分别设置有第一挡件和第二挡件，所述发动机还包括：第一弹性件，套设于所述主轴的第一端，且位于所述第一挡件和所述第一端盖之间；第二弹性件，套设于所述主轴的第二端，且位于所述第二挡件和所述第二端盖之间。

优选地，所述第一弹性件和第二弹性件分别为可压缩的弹簧。

优选地，所述第一挡件和所述第二挡件分别包括：挡片和限位螺钉，所述挡片套设于所述主轴上且压靠在所述第一弹性件或第二弹性件的端部，所述限位螺钉旋拧于所述主轴的端部以固定住所述挡片。

优选地，各个所述进气口分别连接进气门和点火装置，以及各个所述排气口分别连接排气门。

优选地，所述中间隔件位于所述缸体内的中间位置。

优选地，所述中间隔件通过螺钉固定在所述缸体内部。

优选地，所述第一端盖通过螺钉固定在所述缸体的第一端部用以封闭所述第一腔体，所述第二端盖通过螺钉固定在所述缸体的第二端部用于封闭所述第二腔体。

通过上述技术方案，由于本发明的直线往复式活塞发动机的所有零件中没有任何旋转部件，直接将某个气室内的燃烧气体做功所产生的动能通过活塞传导到活动部件上，没有其他形式的转换，直接将直线动能产生往复运动，节约了中间部分的能源消耗从而提高了发动机的效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的发动机的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的发动机处于启动状态时的结构原理图；

图3是本发明实施例提供的发动机处于第一工作状态时的结构原理图；

图4是本发明实施例提供的发动机处于第二工作状态时的结构原理图；

图5是本发明实施例提供的发动机处于第三工作状态时的结构原理图；

图6是本发明实施例提供的发动机处于第四工作状态时的结构原理图。

附图标记说明

10 缸体 20 中间隔件 30 主轴

11 第一活塞 12 第一端盖 13 第一定位套筒 14 第一弹簧 15 第一挡片 16第一限位螺钉

21 第二活塞 22 第二端盖 23 第二定位套筒 24 第二弹簧 25 第二挡片 26第二限位螺钉

31 第一气室 32 第一气室进气口 33 第一气室排气口

41第二气室 42 第二气室进气口 43 第二气室排气口

51第三气室 52 第三气室进气口 53 第三气室排气口

61第四气室 62 第四气室进气口 63 第四气室排气口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“左、右”是指本发明提供的附图所示方位定义的，例如图1中，左侧为“左”，右侧为“右”，且“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。需要说明的是，这些方位词只用于说明本发明，并不用于限制本发明。

参考图1，在本发明的优选方式中，本发明提供一种直线往复式活塞发动机，包括大致呈圆柱状的沿轴线直线延伸的缸体10，该缸体10为中空零件，即内部具有腔体；中间隔件20，固定设置于缸体10的腔体内部将缸体10的内部腔体分隔成独立的第一腔体和第二腔体，通常中间隔件20可通过螺钉等方式固定在缸体10内部的中间位置，使得第一腔体和第二腔体对称在中间隔件20的两侧；第一活塞11，可往复运动的设置于第一腔体内，并且将第一腔体分隔成独立的第一气室31和第二气室41；第二活塞21，可往复运动的设置于第二腔体内，并且将第二腔体分隔成独立的第三气室51和第四气室61；第一端盖12，用于封闭第一腔体的外端，即第一端盖12将第一腔体封闭为密闭的空间，相应的第一气室31和第二气室41分别为密闭的空间；第一端盖22，用于封闭第二腔体的外端，即第二端盖22将第二腔体封闭为密闭的空间，相应的第三气室51和第四气室61分别为密闭的空间；其中第一端盖12和第二端盖22可以采用螺钉固定的方式固定在缸体10的第一端部和第二端部。

主轴30，设置于缸体10内部，并依次贯穿第一端盖12、第一活塞11、中间隔件20、第二活塞21、第二端盖22，且主轴可在缸体10内往复运动，当主轴30往复运动时可带动第一活塞11和第二活塞21分别在第一腔体和第二腔体内进行往复运动；其中，主轴30的两端分别延伸出第一端盖12和第二端盖22，主轴30的延伸出端盖的部分分别套设有第一弹性件和第二弹性件，且在主轴30的两端部分别设置有用于挡住第一弹性件和第二弹性件的第一挡件和第二挡件；在发明的具体实施例中上述的第一弹性件和第二弹性件为可压缩的第一弹簧14和第二弹簧24，可知地，在其他实施例中，弹性件也可以为具有弹性作用力的橡胶套圈等。

从上可知，本发明中的缸体10的内部腔体从附图1中的左至右依次形成有第一气室31、第二气室41、第三气室51和第四气室61。其中，每个气室对应的缸体壁上分别形成有进气口和排气口。且每个进气口均连接进气门和点火装置，以及每个排气口均连接一个排气门，以在每个气室都可以形成进气、压缩、燃烧做功和排气的过程。更具体的，结合图2，第一气室进气口32和第一气室排气口33分别设置在缸体10的靠近第一缸盖12的位置，第二气室进气口42和第二气室排气口43分别设置在缸体10的靠近中间隔件20左边的位置上，第三气室进气口52和第三气室排气口53分别设置在缸体10的靠近中间隔件20右边的位置上，第四气室进气口62和第四气室排气口63分别设置在缸体10的靠近第二缸盖22的位置，当然各个进气口和排气口可以设置在缸体壁的各种合适的地方，只要适合吸进混合气体和排出燃烧的尾气即可。

继续参考图1，进一步地，第一挡件包括第一挡片15和第一限位螺钉16，第一挡片15套设于主轴30上且压靠在第一弹簧14的端部，第一限位螺钉16旋拧于主轴30的端部以固定住第一挡片15，从而使第一弹簧14始终套设于第一挡件和第一端盖12之间。相应地，第二挡件包括第二挡片25和第二限位螺钉26，第二挡片25套设于主轴30上且压靠在第二弹簧24的端部，第二限位螺钉26旋拧于主轴30的端部以固定住第二挡片25，从而使第二弹簧24始终套设于第二挡件和第地二端盖22之间。

进一步，在本发明实施例提供的发动机中还包括第一定位套筒13和第二定位套筒23，第一定位套筒13套设于主轴30上，且位于第一活塞11与第一端盖12之间，第二定位套筒23，套设于主轴30上，且位于第二活塞21与第二端盖22之间。

根据本发明的直线往复式活塞发动机上述实施例，其安装方法可以为：首先将中间隔件20通过螺钉安装于缸体10内，将主轴30插入中间隔件20的孔内，并放置于缸体10的中间位置，将第一活塞11从左端插入主轴30内，直至接触到缸体10内的台阶，将第二活塞21从右端插入主轴30内，直至接触到缸体10内台阶，将第一定位套筒13插入主轴30内，直至与第一活塞11接触，将第二定位套筒23插入主轴30内，直至与第二活塞21接触，从主轴30的左端插入第一缸盖12，从主轴30的右端插入第二缸盖22，第一缸盖12和第二缸盖22都可以通过螺钉的方式安装在缸体10上，从主轴30的左端插入第一弹簧14，通过第一挡片15压紧第一弹簧14，通过第一限位螺钉16固定第一挡片15，从主轴30的右端插入第二弹簧24，通过第二挡片25压紧第二弹簧24，通过第二限位螺钉26固定第二挡片25。

缸体10的第一气室进气口32处联接第一气室进气门和点火装置，缸体10的第一气室排气口33处联接第一气室排气门，缸体10的第二气室进气口42处联接第二气室进气门和点火装置，缸体10的第二气室排气口43处联接第二气室排气门，缸体10的第三气室进气口52处联接第三气室进气门和点火装置，缸体10的第三气室排气口53处联接第三气室排气门，缸体10的第四气室进气口62处联接第四气室进气门和点火装置，缸体10的第四气室排气口63处联接第四气室排气门。

值得一提的是，在本发明实施例提供的直线往复式活塞发动机中，主轴30在缸体10内往复直线运动时，第一活塞11、第一定位套筒13、第一弹簧14、第一挡片15、第一限位螺钉16以及第二活塞21、第二定位套筒23、第二弹簧24、第二挡片25、第二限位螺钉26均随之进行往复直线运动，因此在下面描述直线往复式活塞发动机的工作原理时，将发动机中的主轴30、第一活塞11、第一定位套筒13、第一弹簧14、第一挡片15、第一限位螺钉16以及第二活塞21、第二定位套筒23、第二弹簧24、第二挡片25、第二限位螺钉26称之为活动部件，而缸体10、中间隔件20、第一端盖12以及第二端盖22称之为固定部件。

参考图2至图6，本发明提供的直线往复式活塞发动机的工作原理如下：

发动机的启动：所有进气门和排气门打开，如图2所示，第一活塞11和第二活塞21分别位于第一腔体和第二腔体的中间位置，将所有气门和点火装置调整至工作状态，通过外力推动主轴30相对于缸体10沿主轴30的轴线方向进行多次往复直线运动。当四个气室的气体均经历一次燃烧过程后，发动机启动成功，进入运行模式。

发动机的运行：当发动机运行至图3所示的第一工作状态时，活动部件位于图3中的左终点，第一弹簧14松弛，第二弹簧24压紧 ，第一气室排气门关闭，第一气室31内的混合气体被压缩到极值。第一气室进气门和点火装置关闭并点火，第一气室31内的混合气体燃烧并做功，气体产生的压力推动第一活塞11，使整个活动部件向右运动，发动机向图4所示的第二工作状态运行。第二气室进气门关闭，第二气室排气门关闭，活动部件通过第一活塞11压缩第二气室41内的混合气体。第三气室进气门打开，第三气室排气门关闭，活动部件通过第二活塞21使第三气室51产生负压，吸进混合气体。第四气室进气门关闭，第四气室排气门打开，活动部件通过第二活塞21使第四气室61排出已燃烧的尾气。发动机运行至图4所示的第二工作状态；

当发动机运行至图4所示的第二工作状态时，活动部件位于如图4所示的右终点，第二弹簧24松弛，第一弹簧14压紧，第二气室排气门关闭，第二气室41内的混合气体被压缩到极值。第二气室排气门和点火装置关闭并点火，第二气室41内的混合气体燃烧并做功，气体产生的压力推动第一活塞11，使整个活动部件向左运动，发动机向图5所示的第三工作状态运行。第一气室进气门关闭，第一气室排气门打开，活动部件通过第一活塞11压缩第一气室31排出已燃烧的尾气。第三气室进气门关闭，第三气室排气门关闭，活动部件通过第二活塞21压缩第三气室51内的混合气体。第四气室进气门打开，第四气室排气门关闭，活动部件通过第二活塞21使第四气室61产生负压，吸进混合气体。发动机运行至图5所示的第三工作状态；

当发动机运行至图5所示第三工作状态时，活动部件位于如图5所示的左终点，第一弹簧14松弛，第二弹簧24压紧，第三气室排气门关闭，第三气室51内的混合气体被压缩到极值。第三气室进气门和点火装置关闭并点火，第三气室51内的混合气体燃烧并做功，气体产生的压力推动第二活塞21，使整个活动部件向右运动，发动机向图6所示的第四工作状态运行。第一气室进气门打开，第一气室排气门关闭，活动部件通过第一活塞11使第一气室26产生负压，吸进混合气体。第二气室进气门关闭，第二气室排气门打开，活动部件通过第一活塞11压缩第二气室41排出已燃烧的尾气。第四气室进气门关闭，第四气室排气门关闭，活动部件通过第二活塞21压缩第四气室61内的混合气体。发动机运行至图6所示的第四工作状态；

当发动机运行至图6所示的第四工作状态时，活动部件位于右终点，第二弹簧24松弛，第一弹簧14压紧，第四气室排气门关闭，第四气室61内的混合气体被压缩到极值。第四气室进气门和点火装置关闭并点火，第四气室61内的混合气体燃烧并做功，气体产生的压力推动第二活塞21，使整个活动部件向左运动，发动机向图3所示的第一工作状态运行。第一气室进气门关闭，第一气室排气门关闭，活动部件通过第一活塞11压缩第一气室31内的混合气体。第二气室排气门关闭，第二气室进气门打开，活动部件通过第一活塞11产生负压，使第二气室41吸进的混合气体。第三气室进气门关闭，第三气室排气门打开，活动部件通过第二活塞21压缩第三气室51排出已燃烧的尾气。发动机运行至图3所示的运行过程第一状态；

发动机每个气室如上述完成四个冲程后，循环运行。

发动机的停止：将所有点火装置关闭即可停止发动机运行。

从上可以看出，本发明提供的直线往复式活塞发动机的内部形成一条直线上的四个气室，某一气室的已燃烧的气体做功推动主轴30，使其余三个气室分别完成进气、压缩和排气功能，每个气室轮流做功，形成周而复始的连续直线往复动力。即在发动机所有零件中没有任何旋转部件，直接将某个气室内的燃烧气体做功所产生的动能通过活塞传导到活动部件上，没有其他形式的转换，直接将直线动能产生往复运动，节约了中间部分的能源消耗从而提高了发动机的效率；同时，相邻气室轮流依次做功，不存在曲柄连杆机构，也不需要加装惯性机构，简化了结构，使加工和维修更加简单方便。

此外，发动机的活动部件在左终点和右终点都有弹性件被压缩，产生了势能，在终点位置可以平衡做功的气室的压力，通过更换不同规格的弹簧，可以调节终点位置，从而达到压缩比可调的目的，能适应于不同压缩比要求的燃料。

综上，本发明中的发动机将活塞的直线运动直接转化成动力，省去了复杂的曲柄连杆机构和惯性装置，直接输出直线运动，可以应用于需要直线往复运动的场合。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种直线往复式活塞发动机，其特征在于，包括：

缸体；

中间隔件，固定设置于所述缸体内部将所述缸体的内部腔体分隔成独立的第一腔体和第二腔体；

第一活塞，设置于所述第一腔体，以将所述第一腔体分隔成独立的第一气室和第二气室，且所述第一活塞可在所述第一腔体内往复运动；

第二活塞，设置于所述第二腔体内，以将所述第二腔体分隔成独立的第三气室和第四气室，且所述第二活塞可在所述第二腔体内往复运动；

第一端盖，用于封闭所述第一腔体的外端；

第二端盖，用于封闭所述第二腔体的外端；

主轴，设置于所述缸体内部，并依次贯穿所述第一端盖、第一活塞、中间隔件、第二活塞、第二端盖，且所述主轴可在所述缸体内往复运动；

所述第一气室、第二气室、第三气室和第四气室相应的缸体壁上分别设置有进气口和排气口；

当所述主轴的往复运动时可带动所述第一活塞和第二活塞分别在所述第一腔体和所述第二腔体内进行往复运动。

2.根据权利要求1所述的直线往复式活塞发动机，其特征在于，所述发动机还包括：

第一定位套筒，套设于所述主轴上，且位于所述第一活塞与所述第一端盖之间；

第二定位套筒，套设于所述主轴上，且位于所述第二活塞与所述第二端盖之间。

3.根据权利要求2所述的直线往复式活塞发动机，其特征在于，所述主轴的两个端部分别设置有第一挡件和第二挡件，所述发动机还包括：

第一弹性件，套设于所述主轴的第一端，且位于所述第一挡件和所述第一端盖之间；

第二弹性件，套设于所述主轴的第二端，且位于所述第二挡件和所述第二端盖之间。

4.根据权利要求3所述的直线往复式活塞发动机，其特征在于，所述第一弹性件和第二弹性件分别为可压缩的弹簧。

5.根据权利要求3所述的直线往复式活塞发动机，其特征在于，所述第一挡件和所述第二挡件分别包括：挡片和限位螺钉，所述挡片套设于所述主轴上且压靠在所述第一弹性件或第二弹性件的端部，所述限位螺钉旋拧于所述主轴的端部以固定住所述挡片。

6.根据权利要求1-5任一项所述的直线往复式活塞发动机，其特征在于，各个所述进气口分别连接进气门和点火装置，以及各个所述排气口分别连接排气门。

7.根据权利要求6所述的直线往复式活塞发动机，其特征在于，所述中间隔件位于所述缸体内的中间位置。

8.根据权利要求6所述的直线往复式活塞发动机，其特征在于，所述中间隔件通过螺钉固定在所述缸体内部。

9.根据权利要求6所述的直线往复式活塞发动机，其特征在于，所述第一端盖通过螺钉固定在所述缸体的第一端部用以封闭所述第一腔体，所述第二端盖通过螺钉固定在所述缸体的第二端部用于封闭所述第二腔体。