CN110259577B - 一种偏心轮式活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种偏心轮式活塞发动机，由偏心轮替代现有技术中的曲轴，由偏心轮及与之组合的带有圆环形轨道结构的连杆来替代原有的曲柄连杆机构，实现将活塞的往复运动转变为轴的旋转运动，从而输出动力，可利用偏心轮有效减少曲轴的冲击载荷，从而有效减少偏心轮活塞发动机的振动；同时，利用石墨烯良好导热性能，提高发动机气缸散热效果；利用气动动密封减少原密封环磨损，延长发动机使用寿命，从而增强可靠性及稳定性；并且合理的利用燃气废气对燃油预热，在降低气缸及顶部温度的同时，提高了发动机的燃烧效率。

Description

一种偏心轮式活塞发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机技术领域，尤其是活塞发动机。

背景技术

长期以来，活塞发动机的结构是由活塞驱动曲轴、连杆机构，并且两者进行联动，进行四个冲程或二个冲程的往复循环运动从而利用曲轴转变为圆周运动，将功率作为动力输出，曲轴、连杆机构是发动机在工作中承受应力最大的部件，因为曲轴、连杆机构的不平衡、离心力和活塞往复运动惯性力、气体压缩力、燃烧膨胀力的影响，会导致发动机振动过大，从而导致机件的疲劳裂纹和运动部件的迅速磨损。引起较为常见的故障有连杆的弯曲、扭转损伤，曲轴出现裂纹。传统活塞发动机曲轴将多个活塞部件前端轴、输出端轴、曲柄臂、连杆颈轴等多个零件相连组合构成曲柄、连杆运动机构。曲柄、连杆运动机构的构造特点，使得制造过程中工序复杂，零、部件数量较多，造成制造成本高，技术难度大等缺点，在使用中易出现较多机械故障，也带来了维护保养成本高等多种问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供本发明在于针对活塞发动机的常见故障，设计一种偏心轮式活塞发动机，能利用偏心轮有效减少曲轴的冲击载荷，从而有效减少偏心轮活塞发动机的振动。

技术方案：为实现上述目的，本发明偏心轮式活塞发动机采用以下技术方案。

一种偏心轮式活塞发动机，包括气缸体及位于气缸体下方并连通气缸体的下置腔；所述气缸体内设有活塞体，活塞体上铰接有活塞连杆，该活塞连杆自气缸体内延伸至下置腔内，其特征在于：活塞连杆延伸至下置腔内的一端连接有环形机构体，该环形机构体内侧缘设置一圈轨道环；该轨道环内设有偏心轮组件；

所述偏心轮组件包括动力输出通轴、自动力输出通轴一个侧面垂直动力输出通轴轴向延伸的偏心主轮连轴辅助体、套在偏心主轮连轴辅助体外围的偏心主轮体；所述偏心主轮体与偏心主轮连轴辅助体及动力输出通轴固定；偏心主轮体为纵长形，偏心主轮体的长度方向同样垂直动力输出通轴轴向；偏心主轮体的一端具有偏心主轮，偏心主轮体的另一端设有偏心辅轮；偏心主轮轴线、偏心辅轮的轴线、动力输出通轴的轴线相互平行；偏心主轮及偏心辅轮均与轨道环内缘配合并沿着轨道环内缘滚动；所述动力输出通轴的轴线到偏心主轮的距离大于所述动力输出同轴的轴线到偏心辅轮的距离；

偏心主轮体转动带动动力输出通轴转动，活塞体位于上止点时，偏心辅轮转动至最下方；当活塞体位于下止点时，偏心主轮转动至最下方。

有益效果：本发明的技术方案中采用偏心轮组件替代现有技术中的曲轴连杆机构；该偏心轮组件是根据通轴360°偏心环移原理设计而成，其结构工作原理如下；首先，由动力输出通轴输入旋转启动动力，再由偏心主轮连轴辅助体传至偏心主轮体，带动偏心主轮和偏心辅轮按输入动力旋转方向碾压轨道环，轨道环在碾压力的作用下，把作用力传至环形结构体，使环形结构体呈偏心状态向下运动，通过活塞连杆带动活塞体向下运动，从而将活塞的往复运动转变为动力输出通轴的旋转运动而输出动力。当发动机工作时，偏心主轮轴以动力输出通轴为中心旋转，通过环形结构体内的轨道环抵消偏心主轮轴的离心力。该结构可降低发动机振动，提高发动机的稳定性。

进一步的，所述气缸体内壁覆盖一圈气缸套，所述活塞体的侧面与气缸套贴合；气缸套和气缸体之间装有石墨烯导热层。石墨烯导热层的导热系数为 6000w/mk，高于气缸自身导热系数近一倍，散热效果好。与散热片相比，该散热结构可均匀的带走气缸的热量，有效的减小气缸各部位的温度差。可以有效降低气缸内部因为温度不均匀而产生的热应力，减少气缸变形或产生裂纹故障，延长活塞发动机使用寿命。

进一步的，所述活塞体侧面设有两个绕活塞体周向一圈的反射闭气环；该两个反射闭气环平行设置；两个反射闭气环与气缸套内壁贴合。反射闭气环作为密封件，与现有技术相比的优势在于，采用无构件闭气环，由于采用气流自行封闭，可避免封严涨圈与气缸壁摩擦，避免发生涨圈卡死或折断等故障，同时降低了能量损耗。

进一步的，所述气缸体上方设有轰爆碗；轰爆碗外侧设有与轰爆碗内部连通的进气阀门套筒、排气阀门套筒、喷油连接口，该进气阀门套筒上设有进气阀挺柱、进气阀、排气阀门套筒上设有排气阀门挺柱、排气阀门。

进一步的，所述排气阀门套筒上设有超临界燃油加热系统，包括进油管、加热油管、出油管、出油接口；利用排气阀门套筒内排出的燃气废气加热进油管、加热油管、出油管中的燃油。利用排气管道排出的燃气废气加热三个油管中的燃油，可使燃油加热达到550℃，即达到和汽油柴油的燃点以上的温度。这个温度的燃油在与空气中的氧接触时，瞬间带能燃烧，无需借助任何点燃系统，就能实现自燃，适合各种燃烧发动机使用。本设计燃油加热系统，可提高燃烧效率，降低气缸头的温度。

进一步的，所述偏心主轮轴上的两端设有滑油盒；该滑油盒上设有滑油盒顶置甩油孔、滑油盒滑油进口、滑油盒偏置甩油孔。

附图说明

图1为发动机结构图；

图2为偏心轮剖视图；

图3为图2中B方向的视图。

图中：1、排气阀门挺柱，2、排气阀门复进簧，3、排气阀门套筒，4、排气阀门，5、排气管道，6、气缸排气口，7、气缸垫，8、活塞反射流闭气环1，9、活塞反射流闭气环2，10、正圆活塞球面反射凹面，11、散热片，12、活塞联动轴，13、活塞体，14、气缸套，15、石墨烯导热层，16、气缸体，17、活塞连杆， 18、上外环，19、轨道环，20、轨道环开口，21、偏心主轮体，22、偏心主轮连轴辅助体，23、上置腔，24、动力输出通轴，25、连接螺母，26、上置腔连接外檐，27、下置腔连接外檐，28、轨道，29、下置腔，30、排气阀导轮轴，31、排气阀凸轮，32、超临界燃油加热系统，自下而上分别为：进油管、加热油管、出油管、出油接口，33、活塞球冠发射凹面，34、火花塞、喷油连接口，35、轰爆碗，36、气缸盖体，37、进气阀凸轮，38、进气阀凸轮轴，39、进气阀挺柱，40、进气阀复进阀，41、进气阀套筒，42、进气阀，43、进气管道，44、气缸进气口，45、活塞联动轴基座，46、活塞体油环，47、油环泄油槽，48、活塞联动轴节套， 49、偏心主轮轴，50、偏心主轮，51、上外环连接体，52、下外环连接体，53、连接螺母，54、通轴定位螺，55、偏心辅轮轴，56、下外环，57、O型密封圈， 58、偏心辅轮，59、片状支撑体，60、基座连接螺口，61、平板基座，62、滑油盒顶置甩油孔，63、滑油盒，64、滑油盒滑油进口，65、滑油盒偏置甩油孔。

具体实施方式

请参阅图1至图3所示，本发明公开以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明结构原理进一步说明：

本发明发动机是根据通轴360°偏心环移原理设计而成，其结构工作原理如下；首先，由动力输出通轴24输入旋转启动动力，再由偏心主轮连轴辅助体22 传至偏心主轮体21，带动偏心主轮50和偏心辅轮58按输入动力旋转方向碾压轨道环19，轨道环19在碾压力的作用下，把作用力传至上外环18和下外环56 连接为一体的环形结构体，使环形结构体呈偏心状态向下运动，通过活塞连杆 17带动活塞体13向下运动。

在活塞连杆17向下运动的同时，进气阀凸轮轴38带动进气阀凸轮37挤压进气阀挺柱39，使进气阀42向下打开，由活塞体13向下运动从气缸进气口44 吸入进气管道43的助燃气体。在环形结构体通过活塞连杆17带动活塞体13运动至下止点转为向上止点运动时，进气阀凸轮37转动离开进气阀挺柱39，进气阀挺柱39和进气阀42在进气阀复进阀40的作用下关闭，由与火花塞、喷油连接口34连接插入轰爆碗35内的喷油嘴喷油，与气缸内吸入的燃油气体，以1:14.7 的混合比混合为燃爆气液混合物。在活塞体13运动至上止点时，由与火花塞、喷油连接口34并列安装的火花塞放电点燃气液混合物，使其在轰爆碗35内燃爆，产生膨胀动压，向活塞体13中心的正圆活塞球面反射凹面10形成冲击性爆轰压，在活塞体13和轰爆碗35之间产生振荡的高动能，迫使活塞体13向下运动，通过活塞连杆17，把作动能向环形结构体传输，由环形结构体上外环18挤压偏心主轮50，带动偏心主轮体21和偏心主轮连轴辅助体22向下做偏心运动，带动动力输出通轴24旋转，把气缸活塞动压转换为扭力，由动力输出通轴24直接输出动力。

随后，由飞轮或其它同型动力装置，带动动力输出通轴24、偏心主轮连轴辅助体22、偏心主轮体21、偏心主轮50打开挤压环形机构体，向上通过活塞连杆17把活塞体13向上止点推送。与此同时，排气阀门挺柱1在排气阀导轮轴 30、排气阀凸轮31的作用下，下行挤压打开排气阀门4，由气缸排气口6把燃烧废气在活塞上行作用下排入排气管道5。在活塞体13运动至上止点时，排气阀导轮轴30、排气阀凸轮31高于排气阀门挺柱1，在排气阀门复进簧2的作用下把排气阀门4关闭，同时打开进气阀42，由活塞体13下行时吸入助燃气体，连续完成四个冲程过程。

其他结构说明：

图中正圆活塞球面反射凹面10和活塞球冠发射凹面33是一种聚能导压结构，在燃爆气体作用在结构面，结构面除了向上的反射锥的聚能点外，向下通过活塞体13把作用能量均匀导向活塞体裙部，呈均匀受力体，便于活塞体下行。

图中滑油盒顶置甩油孔62和滑油盒偏置甩油孔65为离心甩油状态，用于气缸套14内与活塞体13接触面甩滑油，润滑活塞体气缸套的接触面。如果，滑油盒滑油进口64进油量较小，可以在滑油盒偏置甩油孔65的对称面开一个较大的孔，以便63下行至滑油注入段时，形成冲击注油状态，增大63进油量。

图中37为延时进气或排气凸轮，用于大容量气缸的进气或排气时长增加，防止气缸排气，进气不到量而影响功效，这种结构凸轮为最简延时结构体。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (6)

1.一种偏心轮式活塞发动机，包括气缸体及位于气缸体下方并连通气缸体的下置腔；所述气缸体内设有活塞体，活塞体上铰接有活塞连杆，该活塞连杆自气缸体内延伸至下置腔内，其特征在于：活塞连杆延伸至下置腔内的一端连接有环形机构体，该环形机构体内侧缘设置一圈轨道环；该轨道环内设有偏心轮组件；

所述偏心轮组件包括动力输出通轴、自动力输出通轴一个侧面垂直动力输出通轴轴向延伸的偏心主轮连轴辅助体、套在偏心主轮连轴辅助体外围的偏心主轮体；所述偏心主轮体与偏心主轮连轴辅助体及动力输出通轴固定；偏心主轮体为纵长形，偏心主轮体的长度方向同样垂直动力输出通轴轴向；偏心主轮体的一端具有偏心主轮，偏心主轮体的另一端设有偏心辅轮；偏心主轮轴线、偏心辅轮的轴线、动力输出通轴的轴线相互平行；偏心主轮及偏心辅轮均与轨道环内缘配合并沿着轨道环内缘滚动；所述动力输出通轴的轴线到偏心主轮的距离大于所述动力输出通轴的轴线到偏心辅轮的距离；

偏心主轮体转动带动动力输出通轴转动，活塞体位于上止点时，偏心辅轮转动至最下方；当活塞体位于下止点时，偏心主轮转动至最下方。

2.如权利要求1所述的偏心轮式活塞发动机，其特征在于：所述气缸体内壁覆盖一圈气缸套，所述活塞体的侧面与气缸套贴合；气缸套和气缸体之间装有石墨烯导热层。

3.如权利要求2所述的偏心轮式活塞发动机，其特征在于：所述活塞体侧面设有两个绕活塞体周向一圈的反射闭气环；该两个反射闭气环平行设置；两个反射闭气环与气缸套内壁贴合。

4.如权利要求1所述的偏心轮式活塞发动机，其特征在于：所述气缸体上方设有轰爆碗；轰爆碗外侧设有与轰爆碗内部连通的进气阀门套筒、排气阀门套筒、喷油连接口，该进气阀门套筒上设有进气阀挺柱、进气阀、排气阀门套筒上设有排气阀门挺柱、排气阀门。

5.如权利要求4所述的偏心轮式活塞发动机，其特征在于：所述排气阀门套筒上设有超临界燃油加热系统，包括进油管、加热油管、出油管、出油接口；利用排气阀门套筒内排出的燃气废气加热进油管、加热油管、出油管中的燃油。

6.如权利要求1所述的偏心轮式活塞发动机，其特征在于：所述偏心主轮体上的两端设有滑油盒；该滑油盒上设有滑油盒顶置甩油孔、滑油盒滑油进口、滑油盒偏置甩油孔。

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