CN109653863B - 环缸内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环缸内燃机，包括设置在机体外壳内的钟摆活塞和四个缸盖总成以及位于机体外壳外侧的驱动齿轮组；钟摆活塞包括可转动地设置在机体外壳内的环形通道内的支撑架体以及对称设置在支撑架体两端的两个活塞组，四个缸盖总成中每两个间隔设置在一个活塞组的两侧，将环形通道分隔出内设有活塞组的两个活塞腔和位于活塞腔邻侧的两个储气腔，驱动齿轮组包括通过连杆机构与钟摆活塞连接的主动齿轮和与主动齿轮啮合的从动齿轮；该环缸内燃机有更小的体积，更加平顺的运行过程，以及更优的气门控制；相对于经典环缸内燃机，解决了普遍存在的气密性问题，提供了更好的润滑和冷却方案，简化了机械结构，节约了生产与维修成本。

Description

环缸内燃机

技术领域

本发明涉及汽车内燃机技术领域，特别涉及一种环缸内燃机。

背景技术

目前汽车内燃机应用最多的还是直列内燃机，其技术成熟，但相对的本身结构所带来的缺点也逐渐体现，环缸内燃机却能很好的避免这些结构缺陷。历史上虽有对环缸内燃机相关的研究，但终究未能有实质的进展，因此有必要结合目前先进的电控气门系统以及专门设计的独特机械结构，初步解决了普通环缸内燃机所普遍存在的问题，让环缸内燃机的稳定运行增加可能性，同时对结构进行改进实现整个机体更加轻量化，体积也更小的目的，进而实现让汽车有更大的驾乘空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小、机身轻，同时运行稳定的环缸内燃机。

为此，本发明技术方案如下：

一种环缸内燃机，包括设置在机体外壳内的钟摆活塞和四个缸盖总成，以及位于所述机体外壳外侧的驱动齿轮组：其中，

所述机体外壳内部设有一条环形通道；

所述钟摆活塞包括可转动地设置在所述机体外壳内的支撑架体以及对称设置在所述支撑架体两端的两个活塞组；两个所述活塞组设置在所述环形通道内，每个所述活塞组均包括弧形连杆和设置在所述弧形连杆两端的两个活塞；该钟摆活塞中的四个活塞采用环形排布的方式设置在环形通道内，使活塞在运动过程中避免了侧向推力的产生，进而使运行更加的平顺；

四个缸盖总成设置在所述环形通道内，且每两个所述缸盖总成分别间隔设置在一个所述活塞组的两侧，将所述环形通道分隔出内设有活塞组的两个活塞腔和位于活塞腔邻侧的两个储气腔，每个活塞腔由两个活塞将活塞腔分隔为两个气室；每个所述缸盖总成均包括设置在一盖体上的直喷喷油器、火花塞和电控进/排气门，实现在活塞腔内进行换气、喷油和点火操作以驱动所述钟摆活塞在所述环形通道内往复转动；

所述驱动齿轮组包括通过连杆机构与所述钟摆活塞连接的主动齿轮和与所述主动齿轮啮合的从动齿轮；所述主动齿轮在所述钟摆活塞的往复摆动过程中持续沿同一方向转动，并带动所述从动齿轮同步转动。

进一步地，所述机体外壳由半圆形的内燃机后壳体和半圆形的支撑壳体对合而成，在所述内燃机后壳体和所述支撑壳体的内侧且靠近外边缘处分别设有一个相对应的环形凹槽，使所述机体外壳内部形成有一条环形通道；在邻近每个所述缸盖总成处的内燃机后壳体上和支撑壳体上均开设有一个气孔，且每个所述气孔均开设在所述储气腔所在的壳体上。

进一步地，在所述内燃机后壳体的外侧对称设置有两个进气歧管，所述进气歧管的支管分别一一对应与开设在所述内燃机后壳体上的四个进气孔连接；在所述支撑壳体的外侧对称设置有两个排气歧管，所述排气歧管的支管分别一一对应与开设在所述支撑壳体上的四个进气孔连接。

进一步地，在每个气室内均设置有一条冷却水道，所述冷却水道呈螺旋状或呈依次连接的多个环形设置在位于所述缸盖总成和位于邻侧的所述活塞之间的环形通道内壁上；每条冷却水道的进水口邻近所述缸盖总成设置、出水口邻近所述活塞设置。

进一步地，所述连杆机构包括一端固定在所述主动齿轮的中心孔内的曲轴，以及呈V形设置的第一活动杆和第二活动杆；其中，所述第一活动杆的顶端与位于同侧的所述钟摆活塞的第一连接端的端点通过第一连接短杆相连接，所述第二活动杆的顶端与位于同侧的所述钟摆活塞的第二连接端的端点通过第二连接短杆相连接，所述第一活动杆和所述第二活动杆的底端依次穿装并通过曲轴固定件固定在曲轴的另一端。

进一步地，所述钟摆活塞上两个连接端的端点之间的连线与两个活塞组之间的连线相互垂直。

进一步地，在每个所述缸盖总成和位于邻侧的活塞上还套装有一个气缸缸套；所述气缸缸套为一与所述环形通道的曲率一致的弧形套筒，其固定在所述环形通道内壁上并包覆在所述活塞和所述缸盖总成的外侧，自所述弧形套筒一侧顶面沿轴向开设有一条长度不超过所述活塞的轴向长度的条形通槽，使所述活塞能够在所述弧形套筒内往复运动，且保持所述活塞、所述缸盖总成和所述弧形套筒之间围成一个封闭的内腔。

进一步地，在所述内燃机后壳体的内侧固定有钟摆曲轴固定盖板，其由底板和沿圆周方向间隔且均布固定在所述底板上的四个扇形片构成；所述钟摆活塞的支撑架体中心为一个十字形支架，所述十字形支架安设在四个扇形片之间形成的四个扇形通槽内，使所述钟摆活塞的往复转动角度与扇形通槽的角弧度一致。

进一步地，在每个活塞腔内各设置有一个润滑油喷油器，所述润滑油喷油器固定在所述内燃机后壳体的内壁上且位于每个活塞腔内的两个气缸缸套之间。

进一步地，在所述内燃机后壳体和所述支撑壳体的边缘处的外壁上沿圆周方向设有多组一一对应的连接耳板，使所述内燃机后壳体和所述支撑壳体之间通过设置在每组连接耳板上的螺栓连接固定。

与现有技术相比，该环缸内燃机有更小的体积，更加平顺的运行过程，以及更优的气门控制；相对于经典环缸内燃机，解决了普遍存在的气密性问题，提供了更好的润滑和冷却方案，简化了机械结构，节约了生产与维修成本。

附图说明

图1为本发明的环缸内燃机的外部结构示意图；

图2为本发明的环缸内燃机的机体分解图；

图3为本发明的环缸内燃机的内部结构示意图；

图4为本发明的环缸内燃机的气缸缸套的结构示意图；

图5为本发明的环缸内燃机的缸盖总成的结构示意图；

图6为本发明的环缸内燃机的冷却水道的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

如图1和图2所示，该环缸内燃机包括设置在机体外壳内的钟摆活塞5、四个缸盖总成15和两个滑油喷油器14，以及位于机体外壳外侧的驱动齿轮组。

机体外壳由半圆形的内燃机后壳体4和半圆形的支撑壳体6对合而成，且在内燃机后壳体4和支撑壳体6的内侧且靠近外侧边缘处分别设有一个相对应的环形凹槽，使由内燃机后壳体4和支撑壳体6对合形成的机体外壳内部形成有一条环形通道；其中，在内燃机后壳体4和支撑壳体6的边缘处的外壁上沿圆周方向设有多组一一对应的连接耳板，使内燃机后壳体4和支撑壳体6之间通过设置在每组连接耳板上的螺栓连接固定。

钟摆活塞包括支撑架体501和对称设置在支撑架体501两端的两个活塞组；具体地，支撑架体501包括菱形外框和设置在菱形外框内且与菱形外框内壁连接固定为一体的十字形支架，十字形支架中心处开设有通孔；活塞组均包括与环形通道曲率一致的弧形连杆和设置在弧形连杆两端的两个柱形活塞；位于菱形外框对侧的两个顶角向外侧延伸形成有连接支杆，连接支杆的端部与活塞组的弧形连杆中部连接；其中，钟摆活塞5上两个连接端的端点之间的连线与两个活塞组之间的连线相互垂直。

在内燃机后壳体4和所述支撑壳体6的中心处开设有通孔，且在二者通孔内设有中心转轴；中心转轴的一端通过飞轮固定轴头2设置在内燃机后壳体4的中心通孔处；在动齿轮飞轮固定轴头2外侧套装有钟摆曲轴固定盖板3，其由一块通过螺栓固定在所述内燃机后壳体4内壁上圆形底板和沿圆周方向间隔且均布固定在底板上的四个扇形片构成。

钟摆活塞5通过十字形支架上的中心通孔穿装在中心转轴上，同时构成其十字形支架的四个支杆分别设置在四个扇形片之间形成的四个扇形通槽内，使支撑架体501绕中心转轴进行往复旋转时，其最大转动角度受到钟摆曲轴固定盖板3的四个扇形片限位，与相邻两个扇形片之间形成的扇形通槽的角弧度一致，以防过大角度对机体造成损伤；钟摆活塞5的两个活塞组设置在两个环形通道内，随支撑架体501的往复转动在环形通道内做往复运动。

如图3所示，四个缸盖总成15设置在环形通道内，且每两个缸盖总成15分别间隔设置在一个活塞组的两侧，将环形通道分隔出内设有活塞组的第一活塞腔a和第二活塞腔b，对应地，在第一活塞腔a和第二活塞腔b的邻侧形成有第一气腔c和第二气腔d；第一活塞腔a和第二活塞腔b又通过设置于其内的两个活塞分隔出两个由缸盖总成、环形通道内壁以及位于缸盖总成邻侧的活塞构成的气室。

如图4所示，在每个缸盖总成15和位于邻侧的活塞上还套装有一个气缸缸套16；气缸缸套16为一与环形通道的曲率一致的弧形套筒，其固定在环形通道内壁上并包覆在活塞和缸盖总成15的外侧，自弧形套筒一侧顶面沿轴向开设有一条长度不超过活塞的轴向长度的条形通槽，使活塞能够在弧形套筒内往复运动，且保持活塞、缸盖总成15和弧形套筒之间围成一个封闭的做功内腔。

如图3所示，两个润滑油喷油器14分别设置在第一活塞腔a和第二活塞腔b内；具体地，每个润滑油喷油器14固定在内燃机后壳体4的内壁上且位于其所在活塞腔内的两个气缸缸套16之间，通过定时向活塞腔内喷射润滑油，以保持活塞在气缸缸套16内能够顺滑的进行往复运动。

如图1和图5所示，缸盖总成15包括设置在盖体上的直喷喷油器18、火花塞19和电控进/排气门20；具体地，所述盖体为外径和尺寸与机体外壳内的环形通道的内径相适应的圆柱体，其上沿轴向开设有四个安装孔，其中两个安装孔内安装有直喷喷油器18和火花塞19，另外两个安装孔内分别安装有电控进/排气门的复位机构17和进/排气管20；所述复位机构17包括插装在安装孔内的气门导杆，其一端设有圆形台、另一端设有第一电磁感应盖板，且设有第一电磁感应盖板的一端与火花塞19的电极端、以及直喷喷油器18的喷油口位于同一侧；在与气门导杆上的第一电磁感应盖板同侧的进/排气管20的端口处设有第二电磁感应盖板，初始状态下，第一电磁感应盖板与第二电磁感应盖板对合在一起，封堵在进/排气管20的端口处；在设有圆形台一侧的气门导杆上套装有弹簧，弹簧两端分别抵在圆形台的底面和盖体的端面上。

缸盖总成15的安装方式及实施方式具体如下：安装时，每个缸盖总成15均以直喷喷油器18的喷油口和火花塞19的电极端位于气室内的安装方向进行安装，以实现其在气室内完成送气、喷油和点火的一系列操作，完成对活塞的做功，进而驱动钟摆活塞5在环形通道内往复转动；使用过程中，当第一电磁感应盖板和第二电磁感应盖板通电并在电磁感应作用下相互排斥而分离时，进/排气端口打开，同时弹簧在圆形台的压力作用下压缩，储存弹性势能，而当第一电磁感应盖板和第二电磁感应盖板再次回到断电状态时，第一电磁感应盖板和第二电磁感应盖板之间不再受电磁感应作用，第二电磁感应盖板在弹簧的所用下复位至初始状态，进/排气端口关闭。

在设置有缸盖总成15处的内燃机后壳体4上和支撑壳体6上各开设有四个气孔，其分别开设在邻近每个所述缸盖总成15处的内燃机后壳体4上和支撑壳体6上，且每个气孔均开设在缸盖总成15邻侧储气腔所在的壳体上；对应地，在内燃机后壳体4的外侧对称设置有两个进气歧管1，进气歧管1的支管分别一一对应与开设在内燃机后壳体4上的四个进气孔连接；在支撑壳体6的外侧对称设置有两个排气歧管10，排气歧管10的支管分别一一对应与开设在支撑壳体6上的四个进气孔连接。

如图2所示，驱动齿轮组包括通过连杆机构与钟摆活塞5连接的主动齿轮9和与主动齿轮9啮合的从动齿轮11；主动齿轮9在钟摆活塞5的往复摆动过程中持续沿同一方向转动，并带动从动齿轮11同步转动；其中，

从动齿轮11通过齿轮支座13固定在支撑壳体6的外侧中心处，

连杆机构12包括一端穿装在主动齿轮9的中心孔内的曲轴8，以及呈V形设置的第一活动杆和第二活动杆；其中，第一活动杆的顶端与位于同侧的钟摆活塞5的第一连接端的端点通过第一连接短杆相连接，第二活动杆的顶端与位于同侧的钟摆活塞5的第二连接端的端点通过第二连接短杆相连接，第一活动杆和第二活动杆的底端依次穿装并通过曲轴固定件固定在曲轴8的另一端；

从动齿轮11通过齿轮支座13固定在支撑壳体6的外侧中心处；具体地，齿轮支座13包括固定圆盘和设置在固定圆盘与支撑壳体6之间且呈放射状均布设置的三块连接板，用于将固定圆盘与支撑壳体6想连接；从动齿轮11通过设置在其中心孔内齿轮轴以平行于固定圆盘的方式设置在固定圆盘上，且通过设置在中心孔孔壁与齿轮轴之间的滚动轴承，使从动齿轮11可转动地设置在固定圆盘上；另外，其中两块连接板上分别开设有用于穿装第一活动杆和第二活动杆且不影响第一活动杆和第二活动杆运动的活动开孔，使该部分组件间位置设计紧凑，减小需要占用的空间；固定圆盘和三块连接板上分别开设有蜂窝状通孔，使其在不影响结构强度的基础上尽量减轻重量。

在每个气室内均设置有一条冷却水道21；具体地，如图6所示，每条冷却水道由依次连接的三个环形水管构成，其设置在位于缸盖总成15和位于邻侧的活塞之间的环形通道内壁上；每条冷却水道21的进水口21a邻近缸盖总成15设置、出水口21b邻近活塞设置；冷却水道21对气体做功腔体进行冷却降温。

该环缸内燃机的具体运行过程如下所述：工作时，通过进气歧管将空气吸入至两个气腔内，根据工况，利用ECU控制位于对角线上的两个缸盖总成15上的电控进/排气门开启，吸入适当量空气至其所在的做功内腔中，当位于做功内腔中的活塞的压缩行程即将结束时控制喷油器定量喷油，同时火花塞点化点燃空气，空气燃烧推动活塞向另一侧转动；接着利用ECU控制位于对角线上的另外两个缸盖总成15上的电控进/排气门开启，吸入适当量空气至其所在的做功内腔中，同样地，当位于做功内腔中的活塞的压缩行程即将结束时控制喷油器定量喷油，同时火花塞点化点燃空气，空气燃烧推动活塞向另一侧转动；由此往复地实现钟摆活塞在环形通道内往复摆动，往复摆动的钟摆活塞通过连杆机构输出力矩，驱动主动齿轮转动，进而带动从动齿轮转动，进而实现对外输出转矩。

Claims (8)

1.一种环缸内燃机，其特征在于，包括：

机体外壳，其内部设有一条环形通道；

钟摆活塞(5)，其包括可转动地设置在所述机体外壳内的支撑架体(501)以及对称设置在所述支撑架体(501)两端的两个活塞组；两个所述活塞组设置在所述环形通道内，每个所述活塞组均包括弧形连杆和设置在所述弧形连杆两端的两个活塞；

四个缸盖总成(15)，其设置在所述环形通道内，且每两个所述缸盖总成(15)分别间隔设置在一个所述活塞组的两侧，将所述环形通道分隔出内设有活塞组的两个活塞腔和位于活塞腔邻侧的两个储气腔，每个活塞腔由两个活塞将活塞腔分隔为两个气室；每个所述缸盖总成(15)均包括设置在一盖体上的直喷喷油器(18)、火花塞(19)和电控进/排气门(20)，实现在活塞腔内进行换气、喷油和点火操作以驱动所述钟摆活塞(5)在所述环形通道内往复转动；

以及位于所述机体外壳外侧的驱动齿轮组，其包括通过连杆机构(12)与所述钟摆活塞(5)连接的主动齿轮(9)和与所述主动齿轮(9)啮合的从动齿轮(11)；所述主动齿轮(9)在所述钟摆活塞(5)的往复摆动过程中持续沿同一方向转动，并带动所述从动齿轮(11)同步转动；

所述连杆机构(12)包括一端固定在所述主动齿轮(9)的中心孔内的曲轴(8)，以及呈V形设置的第一活动杆和第二活动杆；其中，所述第一活动杆的顶端与位于同侧的所述钟摆活塞(5)的第一连接端的端点通过第一连接短杆相连接，所述第二活动杆的顶端与位于同侧的所述钟摆活塞(5)的第二连接端的端点通过第二连接短杆相连接，所述第一活动杆和所述第二活动杆的底端依次穿装并固定在曲轴(8)的端部；所述钟摆活塞(5)上两个连接端的端点之间的连线与两个活塞组之间的连线相互垂直。

2.根据权利要求1所述的环缸内燃机，其特征在于，所述机体外壳由半圆形的内燃机后壳体(4)和半圆形的支撑壳体(6)对合而成，在所述内燃机后壳体(4)和所述支撑壳体(6)的内侧且靠近外边缘处分别设有一个相对应的环形凹槽，使所述机体外壳内部形成有一条环形通道；在邻近每个所述缸盖总成(15)处的内燃机后壳体(4)上和支撑壳体(6)上均开设有一个气孔，且每个所述气孔均开设在所述储气腔所在的壳体上。

3.根据权利要求2所述的环缸内燃机，其特征在于，在所述内燃机后壳体(4)的外侧对称设置有两个进气歧管(1)，所述进气歧管(1)的支管分别一一对应与开设在所述内燃机后壳体(4)上的四个进气孔连接；在所述支撑壳体(6)的外侧对称设置有两个排气歧管(10)，所述排气歧管(10)的支管分别一一对应与开设在所述支撑壳体(6)上的四个进气孔连接。

4.根据权利要求1所述的环缸内燃机，其特征在于，在每个活塞腔内均设置有一条冷却水道(21)，所述冷却水道呈螺旋状或呈依次连接的多个环形设置在位于所述缸盖总成(15)和位于邻侧的所述活塞之间的环形通道内壁上；每条冷却水道(21)的进水口邻近所述缸盖总成(15)设置、出水口邻近所述活塞设置。

5.根据权利要求1所述的环缸内燃机，其特征在于，在每个所述缸盖总成(15)和位于邻侧的活塞上还套装有一个气缸缸套(16)；所述气缸缸套(16)为一与所述环形通道的曲率一致的弧形套筒，其固定在所述环形通道内壁上并包覆在所述活塞和所述缸盖总成(15)的外侧，自所述弧形套筒一侧顶面沿轴向开设有一条长度不超过所述活塞的轴向长度的条形通槽，使所述活塞能够在所述弧形套筒内往复运动，且保持所述活塞、所述缸盖总成(15)和所述弧形套筒之间围成一个封闭的内腔。

6.根据权利要求2所述的环缸内燃机，其特征在于，在所述内燃机后壳体(4)的内侧固定有钟摆曲轴固定盖板(3)，其由底板和沿圆周方向间隔且均布固定在所述底板上的四个扇形片构成；所述钟摆活塞(5)的支撑架体(501)中心为一个十字形支架，所述十字形支架安设在四个扇形片之间形成的四个扇形通槽内，使所述钟摆活塞(5)的往复转动角度与扇形通槽的角弧度一致。

7.根据权利要求1所述的环缸内燃机，其特征在于，在每个活塞腔内各设置有一个润滑油喷油器(14)，所述润滑油喷油器(14)固定在所述内燃机后壳体(4)的内壁上且位于每个活塞腔内的两个气缸缸套(16)之间。

8.根据权利要求2所述的环缸内燃机，其特征在于，在所述内燃机后壳体(4)和所述支撑壳体(6)的边缘处的外壁上沿圆周方向设有多组一一对应的连接耳板，使所述内燃机后壳体(4)和所述支撑壳体(6)之间通过设置在每组连接耳板上的螺栓连接固定。

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