CN110295995A - 一种能够实现全平衡的结构及多缸组合的活塞式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够实现全平衡的结构，包括曲轴本体，所述曲轴本体具有一个曲拐，所述曲拐具有一曲柄销，在曲拐的曲柄销上设有至少一偏心滑块，该偏心滑块通过该偏心孔套设在曲拐的曲柄销上；在曲轴上还设有平衡块。本发明还公开了一种多缸组合的活塞式发动机，包括活塞发动机本体，还包括上述能够实现全平衡的结构；在缸体内的活塞的端部设有与偏心滑块相对应的连接孔，所述偏心滑块安装于该连接孔内。本发明能够实现一阶往复惯性力全平衡，消除了二阶以上的往复惯性力引起的振动、噪音等；并且能够适用于不同缸数的发动机，以方便根据功率需求形成不同缸数的发动机。

Description

一种能够实现全平衡的结构及多缸组合的活塞式发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种能够实现全平衡的结构及多缸组合的活塞式发动机。

背景技术

众所周知曲柄连杆机构的活塞式发动机，都存在各阶往复惯性力及往复惯性力矩，尤其是二阶以上的往复惯性力及力矩，活塞位移公式为：其中：r为曲柄半径，φ为曲柄转角，l为连杆长度，为曲柄连杆比；用傅里叶级数展开后则产生高阶项且难以平衡；使得发动机稳定性极差。

尤其是对于单缸或多缸直列式等发动机，其二阶及以上的往复惯性力所引起的不平衡效应更加显著，从而会大大增加发动机工作时产生的振动、噪音甚至可靠性寿命等问题。

为了平衡发动机工作中产生的往复惯性力，目前主要采用平衡轴结构和平衡块来对往复惯性力进行平衡。其中，平衡轴结构非常复杂，并且会大大增加整个发动机的重量和成本，使得发动机的功重比非常低。采用平衡块结构进行平衡的，其主要是在曲柄对面增加平衡块，但其实质是将往复惯性力向水平方向转化而已，二阶往复惯性力平衡需要增加一套专门的平衡机构才能实现，而对于二阶以上的往复惯性力一般不作平衡。传统的曲柄连杆结构如果用于小型无人机等，则很难满足其对平衡、重量、功率、成本、工艺性等更高的要求。

另外，目前的发动机的平衡结构通常跟发动机的缸数有直接的关系，通常，发动机平衡结构都是针对发动机的缸数而设置的，从而使得平衡结构的适应性非常差，不利于发动机的生产装配，也进一步提高了发动机的生产成本。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有发动机的往复惯性力平衡结构复杂，重量大，平衡效果差的问题，提供一种能够实现全平衡的结构及多缸组合的活塞式发动机，结构简单，加工方便，能够实现一阶往复惯性力全平衡，消除了二阶以上的往复惯性力引起的振动、噪音等；并且能够适用于不同缸数的发动机，以方便根据功率需求形成不同缸数的发动机。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种能够实现全平衡的结构，包括曲轴本体，所述曲轴本体具有一个曲拐，所述曲拐具有一曲柄销，其特征在于：在曲拐的曲柄销上设有至少一偏心滑块，所述偏心滑块呈圆形，在偏心滑块上开设有一偏心孔，该偏心滑块通过该偏心孔套设在曲拐的曲柄销上，并能够自由转动；其中，所述偏心滑块的偏心距e＝曲柄半径r，且偏心滑块绕曲柄销同步反向旋转，偏心滑块的中心的行程L＝4×曲柄半径r；

在曲轴上还设有平衡块，所述平衡块与曲拐分布于曲轴本体的轴心线的相对两侧。

进一步地，所述平衡块靠近曲轴的一侧具有一固定环，并通过该固定环套设在曲轴上且与曲轴固定连接。

进一步地，所述平衡块呈半圆形。

进一步地，所述平衡块为两个，并分布于曲拐的两侧。

一种多缸组合的活塞式发动机，其特征在于：包括活塞发动机本体，所述活塞式发动机本体至少具有一个缸体；还包括上述能够实现全平衡的结构；在缸体内的活塞的端部设有与偏心滑块相对应的连接孔，所述偏心滑块安装于该连接孔内，并能够自由转动。

作为优选，当活塞式发动机本体的缸体为两个时，两缸体呈L形分布或呈“一”字形分布；其中，

当两缸体呈L形分布时，所述偏心滑块为两个，两缸体的活塞分别与一偏心滑块相连；

当两缸体呈“一”字形分布时，所述偏心滑块为一个；两缸体的活塞的端部相连在一起，所述连接孔位于连接处，该偏心滑块安装于该连接孔内。

作为优选，当活塞式发动机本体的缸体为三个时，三个缸体呈“品”字形分布，所述偏心滑块为两个；其中，位于同一直线上的两缸体的活塞的端部相连在一起，所述连接孔位于连接处，两活塞通过该连接孔同时与一偏心滑块相连；另一活塞与另一偏心滑块相连。

作为优选，当活塞式发动机本体的缸体为四个时，四个缸体呈“十”字形分布；所述偏心滑块为两个；其中，位于同一直线上的两缸体的活塞的端部相连在一起，所述连接孔位于连接处，两偏心滑块分别安装于两连接孔内。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、整个结构更加简单，装配更加方便，体积更小、重量更轻，装配使用使可实现高功重比；并且生产成本更低。

2、发动机缸数可根据功率需要灵活组合；当缸体数为双数时发动机可实现全平衡；当缸体数为单数时其平衡性也优于常规曲柄连杆机构发动机；并且能够大大降低发动机整体体积、重量，从而实现高功重比。

3、发动机整体可设计为积木式拼装结构，其工艺性好、成本低；灵活性更好，适用性更强，从而能够大大降低生产成本。

附图说明

图1为本发明中结构的原理示意图。

图2为发动机缸体呈L形分布时的装配结构示意图。

图3为发动机缸体呈“一”字形分布时的装配结构示意图。

图中：1—曲轴本体，2—曲柄销，3—偏心滑块，4—平衡块，5—活塞。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1，一种能够实现全平衡的结构，包括曲轴本体1，所述曲轴本体1具有一个曲拐，所述曲拐具有一曲柄销2。在曲拐的曲柄销2上设有至少一偏心滑块3，所述偏心滑块3呈圆形，在偏心滑块3上开设有一偏心孔，该偏心滑块3通过该偏心孔套设在曲拐的曲柄销2上，并能够自由转动。其中，所述偏心滑块3的偏心距e＝曲柄半径r，且偏心滑块3绕曲柄销2同步反向旋转，偏心滑块3的中心的行程L＝4×曲柄半径r；

在曲轴上还设有平衡块4，所述平衡块4与曲拐分布于曲轴本体1的轴心线的相对两侧。具体实施时，所述平衡块4靠近曲轴的一侧具有一固定环，并通过该固定环套设在曲轴上且与曲轴固定连接；这样，装配更加方便、快捷。其中，所述平衡块4呈半圆形，结构更加合理且便于制造。实际装配时，所述平衡块4为两个，并分布于曲拐的两侧；这样，能够更好地对偏心滑块3工作过程中产生的往复惯性力进行平衡。

本方案中，工作时偏心滑块3绕曲柄销2旋转，曲柄销2绕曲轴中心旋转，二者的相对关系为同步反向旋转。如此则使其活塞5的往复运动规律变为单纯的简谐运动，活塞5位移公式为：x＝2r(1-cosφ)，则完全没有高阶项了，从而消除了二阶以上的往复惯性力。

一种多缸组合的活塞式发动机，包括活塞发动机本体，所述活塞式发动机本体至少具有一个缸体；还包括上述能够实现全平衡的结构。在缸体内的活塞5(伸出缸体一端)的端部设有与偏心滑块3相对应的连接孔，所述偏心滑块3安装于该连接孔内，并能够自由转动。

本方案中，由于取消了连杆，所以发动机的尺寸也可以大幅度减小，使其适用性更强；同时，根据需要配置发动机的缸体数量，能够有效降低发动机的重量，从而大大提高发动机的功重比。另外，工作过程中，偏心滑块3绕曲柄销2旋转，曲柄销2绕曲轴中心旋转，二者的相对关系为同步反向旋转。如此则使其活塞5的往复运动规律变为单纯的简谐运动，活塞5位移公式为：x＝2r(1-cosφ)，其中，x为活塞5位移，r为曲柄销2半径，φ为曲柄转角；这样，完全没有了高阶项，从而消除了二阶以上的往复惯性力。当发动机缸体数量按需组合为2缸和4缸时，一阶往复惯性力和旋转惯性力的平衡可以通过在曲拐对面增加平衡块4后完全平衡，从理论上可谓全平衡机。即使为单缸或组合为三缸机，也会比常规曲柄连杆机构发动机的平衡性要好很多。

作为一种实施方式，当活塞式发动机本体的缸体为两个时，两缸体呈L形分布或呈“一”字形分布。其中，

参见图2，当两缸体呈L形分布时，所述偏心滑块3为两个，两缸体的活塞5分别与一偏心滑块3相连；这样，一阶往复惯性力和旋转惯性力的平衡可以通过在曲轴对面增加平衡块4后完全平衡，从理论上可谓全平衡机。

参见图3，当两缸体呈“一”字形分布时，所述偏心滑块3为一个；两缸体的活塞5的端部相连在一起，所述连接孔位于连接处，该偏心滑块3安装于该连接孔内。这样，不仅能够更好地对一阶往复惯性力和旋转惯性力进行平衡，并且能够进一步缩小整个发动机的体积和重量，从而提高发动机的功重比。

作为另一种实施方式，当活塞式发动机本体的缸体为三个时，三个缸体呈“品”字形分布，所述偏心滑块3为两个；其中，位于同一直线上的两缸体的活塞5的端部相连在一起，所述连接孔位于连接处，两活塞5通过该连接孔同时与一偏心滑块3相连；另一活塞5与另一偏心滑块3相连。采用该结构，即能够使其平衡性更好，又能够大大降低整个发动机的体积和重量，从而提高发动机的功重比。

作为另一种实施方式，当活塞式发动机本体的缸体为四个时，四个缸体呈“十”字形分布；所述偏心滑块3为两个；其中，位于同一直线上的两缸体的活塞5的端部相连在一起，所述连接孔位于连接处，两偏心滑块3分别安装于两连接孔内。这样，能够提升发动机的动力，且采用该结构，即能够使其平衡性更好，又能够大大降低整个发动机的体积和重量，从而提高发动机的功重比。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种能够实现全平衡的结构，包括曲轴本体，所述曲轴本体具有一个曲拐，所述曲拐具有一曲柄销，其特征在于：在曲拐的曲柄销上设有至少一偏心滑块，所述偏心滑块呈圆形，在偏心滑块上开设有一偏心孔，该偏心滑块通过该偏心孔套设在曲拐的曲柄销上，并能够自由转动；其中，所述偏心滑块的偏心距e=曲柄半径r，且偏心滑块绕曲柄销同步反向旋转，偏心滑块的中心的行程L=4×曲柄半径r；

在曲轴上还设有平衡块，所述平衡块与曲拐分布于曲轴本体的轴心线的相对两侧。

2.根据权利要求1所述的一种能够实现全平衡的结构，其特征在于：所述平衡块靠近曲轴的一侧具有一固定环，并通过该固定环套设在曲轴上且与曲轴固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种能够实现全平衡的结构，其特征在于：所述平衡块呈半圆形。

4.根据权利要求1所述的一种能够实现全平衡的结构，其特征在于：所述平衡块为两个，并分布于曲拐的两侧。

5.一种多缸组合的活塞式发动机，其特征在于：包括活塞发动机本体，所述活塞式发动机本体至少具有一个缸体；还包括上述任一权利要求所述的能够实现全平衡的结构；在缸体内的活塞的端部设有与偏心滑块相对应的连接孔，所述偏心滑块安装于该连接孔内，并能够自由转动。

6.根据权利要求5所述的多缸组合的活塞式发动机，其特征在于：当活塞式发动机本体的缸体为两个时，两缸体呈L形分布或呈“一”字形分布；其中，

当两缸体呈L形分布时，所述偏心滑块为两个，两缸体的活塞分别与一偏心滑块相连；

当两缸体呈“一”字形分布时，所述偏心滑块为一个；两缸体的活塞的端部相连在一起，所述连接孔位于连接处，该偏心滑块安装于该连接孔内。

7.根据权利要求5所述的多缸组合的活塞式发动机，其特征在于：当活塞式发动机本体的缸体为三个时，三个缸体呈“品”字形分布，所述偏心滑块为两个；其中，位于同一直线上的两缸体的活塞的端部相连在一起，所述连接孔位于连接处，两活塞通过该连接孔同时与一偏心滑块相连；另一活塞与另一偏心滑块相连。

8.根据权利要求5所述的多缸组合的活塞式发动机，其特征在于：当活塞式发动机本体的缸体为四个时，四个缸体呈“十”字形分布；所述偏心滑块为两个；其中，位于同一直线上的两缸体的活塞的端部相连在一起，所述连接孔位于连接处，两偏心滑块分别安装于两连接孔内。