CN111120092B - 一种缸套旋转式活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种缸套旋转式活塞发动机，包括气缸体和曲轴箱体，气缸体上部的空腔为气缸，曲轴箱体内为支承曲轴的曲轴箱，在气缸体内部设有活塞、顶部为气缸盖，气缸盖上设有两个气门和火花塞，连杆一端与活塞连接、另一端与曲轴连接；在气缸体上设有数个缸套孔，在缸套孔内连接缸套，活塞置于缸套内，缸套下端的外侧周向设有从动齿轮，在气缸体的内侧底面上与缸套一一对应设有数个驱动电机，各驱动电机的转子端部的驱动齿轮与对应设置的缸套底部的从动齿轮啮合传动。运行过程中，缸套绕其中心轴线进行旋转，缸套内壁上受到活塞产生的分力Fx挤压的部位在不断变化，磨损均匀，进而保证活塞与缸套内壁之间的气密性。

Description

一种缸套旋转式活塞发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种缸套旋转式活塞发动机。

背景技术

活塞发动机也叫往复式发动机，是一种利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机。活塞式发动机主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构等元件组成。气缸是混合气(汽油和空气)进行燃烧的地方。气缸内容纳活塞作往复运动。气缸头上装有点燃混合气的电火花塞(俗称电嘴)，以及进、排气门。其内的曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。

但是，如图1-2所示，在曲轴旋转并驱动活塞往复移动过程中，当连杆在曲轴的左右两侧偏摆时，连杆与活塞的夹角不同，连杆对活塞的作用力沿水平方向的分力Fx在朝向相反的两个方向之间变化。分力Fx将活塞上的活塞环压向气缸的一侧内壁上，活塞在垂直移动过程中、活塞环与该侧内壁之间的摩擦力增大。由于分力Fx的方向不断变化，久而久之，使气缸左右两侧的内壁磨损远大于其它方向。气缸的横截面呈现左右两侧长度远超前后两侧长度的椭圆形，最终导致活塞环与气缸内壁之间出现密封不严的现象。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种缸套旋转式活塞发动机，运行过程中，缸套内壁绕其中心轴线进行旋转，使得与活塞环的施力点接触的部位不断地改变，使气缸内壁沿周向被均匀地磨损，防止出现活塞环与缸套内壁之间密封不严的现象。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种缸套旋转式活塞发动机，包括一体成型的气缸体和曲轴箱体，气缸体上部的空腔为气缸，曲轴箱体内为支承曲轴的曲轴箱，在气缸体内部设有数个活塞、顶部为气缸盖，气缸盖上设有两个气门和火花塞，发动机内连杆的连杆小头端与活塞连接、连杆大头端与曲轴连接；在气缸体上设有数个缸套孔，在缸套孔内连接共轴线的缸套，活塞置于缸套内，缸套下端的外侧周向同轴设有从动齿轮，在气缸体的内侧底面上与缸套一一对应设有数个驱动电机，各驱动电机的转子端部设有驱动齿轮，驱动齿轮与对应设置的缸套底部的从动齿轮啮合传动，缸套在驱动电机的作用下可绕其中心轴线做旋转运动。

在缸套的顶部设有环形的凸缘，在缸套孔的顶部设有对该凸缘定位配合的凸台，当缸套安装于缸套孔内时，凸缘与凸台定位配合且缸套可沿凸台滑动旋转。

在活塞上部设有三道活塞环槽，从上至下依次为第一活塞环槽、第二活塞环槽和第三活塞环槽，在第一活塞环槽内安装第一活塞环、在第二活塞环槽内安装第二活塞环，在第三活塞环槽内安装第三活塞环，在活塞下部壁面上设有活塞销孔，连杆小头端通过活塞销与活塞的活塞销孔处进行连接。

在三道活塞环槽内分别对应设有第一活塞环定位块、第二活塞环定位块和第三活塞环定位块，在第一活塞环的内环面上与第一活塞定位块对应的位置设有与其适配的第一活塞环定位槽，在第二活塞环的内环面上与第二活塞定位块对应的位置设有与其适配的第二活塞环定位槽，在第三活塞环的内环面上与第三活塞定位块对应的位置设有与其适配的第三活塞环定位槽，各活塞环定位槽与对应的活塞环定位块无间隙的配合安装。

第一活塞环定位块、第二活塞环定位块和第三活塞环定位块在周向上相互等角度地错开排列。

三道活塞环上的开口位置在周向上相互等角度地错开排布，即第一活塞环开口、第二活塞环开口和第三活塞环开口在周向上相互等角度地错开排布。

本发明的有益效果是：

在运行过程中，本发明公开的缸套旋转式活塞发动机的缸套可在驱动电机的驱动下绕其中心轴线进行旋转，缸套内壁上受到活塞产生的分力Fx挤压的部位在不断的变化，长时间运行后不会出现缸套左右两侧的内壁磨损远大于其他方向的情况，缸套的截面始终能保持圆形，进而保证活塞与缸套内壁之间的气密性。

附图说明

图1为现有技术中活塞发动机的结构示意图；

图2为现有技术中活塞发动机的结构示意图；

图3为缸套旋转式活塞发动机的气缸体的正面结构示意图；

图4为缸套旋转式活塞发动机的气缸体的背面结构示意图；

图5为缸套旋转式活塞发动机的气缸体的正面结构分解示意图；

图6为缸套旋转式活塞发动机的气缸体的背面结构分解示意图；

图7为缸套旋转式活塞发动机的缸套与驱动电机的连接示意图；

图8为缸套旋转式活塞发动机的活塞的结构示意图；

图9为缸套旋转式活塞发动机的活塞的结构示意图；

图10为缸套旋转式活塞发动机的活塞的结构爆炸图；

图11为缸套旋转式活塞发动机的活塞的结构爆炸图；

其中，1-气缸体，2-曲轴箱体，3-气缸，4-曲轴，5-曲轴箱，6-活塞，7-气缸盖，8-气门，9-火花塞，10-连杆；

11-缸套孔，12-缸套，13-从动齿轮，14-驱动电机，15-驱动齿轮，16-凸缘，17-凸台；

61-第一活塞环槽，62-第二活塞环槽，63-第三活塞环槽；64-第一活塞环，65-第二活塞环，66-第三活塞环，67-活塞销孔；

611-第一活塞环定位块；

621-第二活塞环定位块；

631-第三活塞环定位块；

641-第一活塞环定位槽，642-第一活塞环开口；

651-第二活塞环定位槽，652-第二活塞环开口；

661-第三活塞环定位槽，662-第三活塞环开口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

为了在发动机长时间运行后仍能保证活塞与气缸内壁间的气密性，避免出现气缸内壁的横向磨损明显大于纵向磨损的情况，本实施方式公开一种缸套旋转式活塞发动机，发动机的主体框架结构与现有的活塞发动机相同，主要包括一体成型的气缸体1和曲轴箱体2，气缸体1上部的空腔为气缸3，曲轴箱体2内为支承曲轴4的曲轴箱5，在气缸体1内部设有数个活塞6、顶部为气缸盖7，气缸盖7上设有两个气门8和火花塞9，两个气门8分别为进气门和排气门，发动机内连杆10的连杆小头端与活塞6连接、连杆大头端与曲轴4连接。

为了保证受到活塞冲击后的气缸内壁磨损的均一性，本实施方式中在气缸体1内加设了可旋转的缸套孔11结构，在气缸体1上设置四个缸套孔11，在缸套孔11内连接共轴线的缸套12，活塞6置于缸套12内，缸套12的上平面比气缸体1的上平面低1-2 mm，缸套12下端的外侧周向同轴设有从动齿轮13，在气缸体1的内侧底面上与缸套12一一对应共设有四个驱动电机14，各驱动电机14的转子端部设有驱动齿轮15，驱动齿轮15与对应设置的缸套12底部的从动齿轮13啮合传动，缸套12在驱动电机14的作用下可绕其中心轴线做旋转运动。运行时，缸套12处于旋转状态，活塞6产生的分力Fx通过活塞环碰触缸套12内壁的部位在不断变化，可避免同一部位长时间受力导致的变形问题，缸套12的内壁沿周向被均匀的磨损，不会出现背景技术中指出的截面呈现椭圆形状的问题。

在缸套12的顶部设有环形的凸缘16，在缸套孔11的顶部设有对该凸缘16定位配合的凸台17，当缸套12安装于缸套孔11内时，凸缘16与凸台17定位配合且缸套12可沿凸台17滑动旋转。该结构可防止运行过程中缸套12沿缸套孔11做轴向向下移动。在旋转过程中，凸缘16与凸台17的相邻配合面适于密封配合，缸套12与缸套孔11的相邻配合面适于密封配合。同时，由于气缸体1的顶部设有气缸盖7，气缸盖7亦可对缸套12顶部进行轴向限位，防止缸套12沿套孔11做轴向向上运动，同时气缸盖7不会限制缸套12绕其中心轴线的旋转运动。

在活塞6上部设有三道活塞环槽，从上至下依次为第一活塞环槽61、第二活塞环槽62和第三活塞环槽63，在第一活塞环槽61内安装第一活塞环64、在第二活塞环槽62内安装第二活塞环65，在第三活塞环槽63内安装第三活塞环66，在活塞6下部壁面上设有活塞销孔67，连杆小头端通过活塞销与活塞6的活塞销孔67处进行连接。

在三道活塞环槽内分别对应设有第一活塞环定位块611、第二活塞环定位块621和第三活塞环定位块631，三个活塞环定位块在周向上相互等角度地错开排列，在第一活塞环64的内环面上与第一活塞定位块611对应的位置设有与其适配的第一活塞环定位槽641，在第二活塞环65的内环面上与第二活塞定位块621对应的位置设有与其适配的第二活塞环定位槽651，在第三活塞环66的内环面上与第三活塞定位块631对应的位置设有与其适配的第三活塞环定位槽661，各活塞环定位槽与对应的活塞环定位块无间隙的配合安装。安装完成后，三道活塞环上的开口位置在周向上相互等角度地错开排布，即第一活塞环开口642、第二活塞环开口652和第三活塞环开口662在周向上相互等角度地错开排布，从而增加三道活塞环的密封性能，防止气缸内的高温高压气体窜入曲轴箱内。

由于上述各活塞环定位槽及活塞定位块的定位配合作用，使得在缸套12旋转时，各活塞环不会随缸套12进行旋转，既便于缸套12内壁能够相对活塞6及其上的活塞环顺利进行旋转运动，同时，由于活塞通过活塞环与缸套进行接触配合，保证了缸套12的内壁能够与活塞环的外侧壁沿周向均匀地接触和磨损。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种缸套旋转式活塞发动机，其特征在于，包括一体成型的气缸体（1）和曲轴箱体（2），气缸体（1）上部的空腔为气缸（3），曲轴箱体（2）内为支承曲轴（4）的曲轴箱（5），在气缸体（1）内部设有数个活塞（6）、顶部为气缸盖（7），气缸盖（7）上设有两个气门（8）和火花塞（9），发动机内连杆（10）的连杆小头端与活塞（6）连接、连杆大头端与曲轴（4）连接；

在气缸体（1）上设有数个缸套孔（11），在缸套孔（11）内连接共轴线的缸套（12），活塞（6）置于缸套（12）内，缸套（12）下端的外侧周向同轴设有从动齿轮（13），在气缸体（1）的内侧底面上与缸套（12）一一对应设有数个驱动电机（14），各驱动电机（14）的转子端部设有驱动齿轮（15），驱动齿轮（15）与对应设置的缸套（12）底部的从动齿轮（13）啮合传动，缸套（12）在驱动电机（14）的作用下可绕其中心轴线做旋转运动；

在活塞（6）上部设有三道活塞环槽，在每道活塞环槽内分别对应设有一个活塞环定位块，在每个活塞环槽内安装一个活塞环，在每个活塞环的内环面上与该活塞槽内的活塞定位块对应的位置设有与其适配的活塞环定位槽，各活塞环定位槽与对应的活塞环定位块无间隙的配合安装，各活塞环上的活塞环定位槽与该活塞环的开口处错开设置。

2.如权利要求1所述的一种缸套旋转式活塞发动机，其特征在于，在缸套（12）的顶部设有环形的凸缘（16），在缸套孔（11）的顶部设有对该凸缘（16）定位配合的凸台（17），当缸套（12）安装于缸套孔（11）内时，凸缘（16）与凸台（17）定位配合且缸套（12）可沿凸台（17）滑动旋转。

3.如权利要求1所述的一种缸套旋转式活塞发动机，其特征在于，活塞（6）上部的三道活塞环槽按从上至下的次序依次为第一活塞环槽（61）、第二活塞环槽（62）和第三活塞环槽（63），在第一活塞环槽（61）内安装第一活塞环（64）、在第二活塞环槽（62）内安装第二活塞环（65），在第三活塞环槽（63）内安装第三活塞环（66），在活塞（6）下部壁面上设有活塞销孔（67），连杆小头端通过活塞销与活塞（6）的活塞销孔（67）处进行连接。

4.如权利要求3所述的一种缸套旋转式活塞发动机，其特征在于，在三道活塞环槽内分别对应设有第一活塞环定位块（611）、第二活塞环定位块（621）和第三活塞环定位块（631），在第一活塞环（64）的内环面上与第一活塞定位块（611）对应的位置设有与其适配的第一活塞环定位槽（641），在第二活塞环（65）的内环面上与第二活塞定位块（621）对应的位置设有与其适配的第二活塞环定位槽（651），在第三活塞环（66）的内环面上与第三活塞定位块（631）对应的位置设有与其适配的第三活塞环定位槽（661）。

5.如权利要求4所述的一种缸套旋转式活塞发动机，其特征在于，第一活塞环定位块（611）、第二活塞环定位块（621）和第三活塞环定位块（631）在周向上相互等角度地错开排列。

6.如权利要求5所述的一种缸套旋转式活塞发动机，其特征在于，三道活塞环上的开口位置在周向上相互等角度地错开排布，即第一活塞环开口（642）、第二活塞环开口（652）和第三活塞环开口（662）在周向上相互等角度地错开排布。

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