CN114893317B - 使用氢燃料的自润滑滚动式活塞及水平三缸星型内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明公开使用氢燃料的自润滑滚动式活塞及水平三缸星型内燃机，包括活塞芯本体，所述活塞芯本体的外周上设有三圈正八边形的滚动层，每圈滚动层上设有八个滚动槽，相邻圈的所述滚动槽周向的错开设置，每个所述滚动槽的两侧还分别对称的设有轴杆槽，轴杆槽之间设有膨胀垫片；滚动槽内设有自润滑辊子，通过氮化硅滚珠作为滚动部件，具有非常低的摩擦系数，能够达到自润滑的效果；所述辊子本体采用碳化物硬质合金材料通过多次烧结成型的工艺制作。本自润滑滚动式活塞具有更好的往复直线运动性能，摩擦阻力更小，耗功少，气密性和稳定性更好，也无需添加润滑油，通过辊子组件的自润滑实现运动，适合用于长冲程三缸水平布置的氢燃料内燃机。

Description

使用氢燃料的自润滑滚动式活塞及水平三缸星型内燃机

技术领域

本发明涉及到内燃机活塞技术领域，具体涉及到一种使用氢燃料的自润滑滚动式活塞及水平三缸星型内燃机。

背景技术

现有的大部分内燃机(如汽车发动机)都是以嵌在活塞上的活塞环与气缸壁接触，活塞在往复运动时，活塞环与汽缸壁之间产生滑动摩擦，从而消耗能量，降低效率，易于磨损，以致会经常产生拉缸事故，因而需要频繁地维修保养，麻烦地更换活塞环与汽缸套等易损件。

中国发明专利(公告号：CN1773147)在2006年公开了一种变活塞与汽缸间滑动摩擦为滚动摩擦的滚动活塞，它包括活塞体、位于活塞体四周的若干个滚动体，所述活塞体与滚动体之间有连接固定器。它通过滚动的形式让活塞在气缸内往复运动，以减小摩擦力和降低能耗。但是这种滚动活塞在气密性上具有一定不足，气体能够从滚动体之间溢出，使得该专利中滚动体几乎需要首尾尽量靠近来减小间距，对滚动体的稳定安装带来不利影响；另外该专利中滚动体内使用的轴承仍然需要一定的润滑条件，需要添加润滑油。

另外，现有的内燃机中气缸的数量多为偶数个，以保持机体的平衡，减少抖动，也有基数的缸体，如三缸发动机，目前的三缸发动机由于不能够水平对称布置，抖动问题非常常见。现有的三缸发动机基本都是使用燃油，不适合氢燃料等新能源；即使其它多缸的发动机在使用氢做燃料时，气缸也多是竖向布置的，由于氢气具有非常强的逃逸性，竖向布置的气缸氢气容易向上逃逸。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种使用氢燃料的自润滑滚动式活塞及水平三缸星型内燃机。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种使用氢燃料的自润滑滚动式活塞，包括活塞芯本体，所述活塞芯本体的外周上设有多圈滚动层，每圈所述滚动层分别包含有开设在所述活塞芯本体上的若干滚动槽，每圈所述滚动槽至少为中心对称设置的六个，相邻圈的所述滚动槽周向的错开设置，每个所述滚动槽的两侧还分别对称的设有轴杆槽；每个所述滚动槽中分别安装有滚动组件，所述滚动组件包括中心轴，以及可转动套设在所述中心轴上的自润滑辊子，所述中心轴的两端分别卡合安装在所述轴杆槽内并与所述轴杆槽之间设有膨胀垫片；

所述活塞芯本体的外周还设有外环和若干内环，所述外环设置在所述活塞芯本体的两端，若干所述内环分别设置在相邻圈的所述滚动层之间，所述外环和所述内环内分别设有用于卡合固定所述中心轴端部的卡合槽，以及容纳所述自润滑辊子的槽口，所述自润滑辊子的滚动面分别露出所述外环和所述内环封装的外周面；

所述活塞芯本体的两端分别设有用于封装的盖板，所述活塞芯本体的端部还设有用于连接连杆的基座，所述基座的连接部分穿过并露出所述盖板。

本自润滑滚动式活塞与现有的滚动活塞相比，具有更好的往复直线运动性能，摩擦阻力更小，耗功少，也无需添加润滑油，通过辊子组件的自润滑实现运动，而且气密性和稳定性明显好于现有滚动式活塞。

多圈所述滚动层的设置，一方面能够提升活塞芯本体的往复运动的稳定性，另一方面配合多圈错开的设置，能够起到密封作用，虽然相邻的所述滚动组件之间具有周向的间隙，但是从外周的轴向看，错开的结构具有阻挡作用，避免整条贯穿缺口的出现，多圈之间形成了整体的一个密封结构。对于活塞来说，不论是何种密封方式，由于活塞是要运动的，不会出现绝对密封的状态，活塞与气缸内壁之间还是会有间隙的；对于本滚动组件形成的密封结构，滚动组件之间是具有间隙的，气体虽然能够通过，但是对于内燃机急剧膨胀的气体来说，这些气体还来不及溢出，基本不会对活塞做功有实质影响。

所述滚动槽和所述外环、内环上的槽口配合形成容纳所述滚动组件的空间，使得所述自润滑辊子在所述中心轴的连接支撑下自由转动，所述自润滑辊子外周露出的部分非常小，小到几毫米甚至零点几毫米，使其能够沿缸内壁滚动又不会有明显间隙；所述轴杆槽和卡合槽的配合能够卡合固定所述中心轴，在所述轴杆槽内设置所述膨胀垫片，能够为所述中心轴提供推力，在高速的往复运动过程中，能够让所述自润滑辊子的外表面始终抵接缸内壁，能够补偿随着温度升高槽体膨胀带来的增量变形空间，所述中心轴的固定始终稳定和牢靠。

所述内环和所述外环的设置用于封装这些滚动组件，并形成各自的安装空间，这样的可拆卸结构，便于装卸；所述盖板的设置能够将所有部件封装在所述活塞芯本体上。

所述基座直接设置在所述活塞芯本体的端部即可，而且连接部分直接伸出与连杆连接；这样的设置完全不同于现有活塞与连杆之间通过活塞销，以及将活塞销设置在活塞内的连接结构；由于采用了自润滑滚动的移动形式，本活塞则能够让连接连杆的基座设置在端部，这样的好处是便于连杆的连接装配，也能够让本活塞做长冲程运动，对于同样的气缸来说，本活塞的行程更长，能够克服往复的惯性应力，往复运动的损耗更小。

进一步的，所述自润滑辊子包括辊子本体，以及设置在所述辊子本体内周的若干可转动的氮化硅滚珠，所述辊子本体为碳化物硬质合金材料，通过多次烧结的工艺成型，连同所述氮化硅滚珠形成一体式完整结构，所述中心轴贯穿所述辊子本体并与所述氮化硅滚珠抵接。

所述自润滑辊子通过氮化硅滚珠作为滚动部件，具有非常低的摩擦系数，能够达到自润滑的效果；所述辊子本体采用碳化物硬质合金材料，具有非常好的耐磨性能，而且能够通过烧结成型的工艺制作，这样就能够让氮化硅滚珠包裹在里面，并整体形成完整结构。也就是所述自润滑辊子为金属陶瓷材料多次烧结成型辊子。

所述辊子本体采用碳化物硬质合金材料包括碳化钴、碳化钨、钴合金、钨合金等粉末，这些合金粉末中还含有钛、铬、镍、RE等元素的一种或者多种。比如以高硬度难熔金属碳化物(WC、TiC)微米粉末为主要成分，以钴(Co)或镍(Ni)、钼(Mo)为结合剂，在真空炉或氢还原炉中烧结而成的粉末冶金辊子。

由于采用了自润滑的结构，不需要额外添加润滑油，对于氢燃料内燃机来说，氢气燃烧产生的水气，不会与润滑油结合产生乳化现象，避免了使用润滑油反而影响润滑和传动效率的情形。

粉末烧结利用金属粉末或粉末压坯，在加热到低于主要成分熔点的温度，由于颗粒之间发生粘结等物理化学作用，得到所要求的强度和特性的材料或制品的工艺过程。烧结可使粉末成形的坯块由颗粒聚集体转变为晶体结合体的材料或制品，多次烧结还会改变金相结构，改善成品性能。

进一步的，所述辊子本体内设有容纳所述氮化硅滚珠的滚珠槽，所述滚珠槽内还设有保持所述氮化硅滚珠的保持架，所述保持架也为金属陶瓷材料烧结得到，所述保持架的主要成分为氮化硅和/或氮化钛，并含有铜、铝、钴、镍、钼等元素和交联剂。

进一步的，所述自润滑辊子的外周为鼓形，中部的径向尺寸大于两端的径向尺寸，这样的结构便于滚动，且滚阻较小；所述中心轴的中部加工为圆形，两端为尺寸小于中部的多边形，多边形的端部能够较稳定的卡合在槽内，不会自转和晃动。

进一步的，所述滚动层为三圈，所述活塞芯本体的外周为正八边形结构，每圈所述滚动层分别在正八边形的边的中部设置所述滚动槽；相邻圈所在的正八边形结构错开设置，并使正八边形的棱对应相邻圈正八边形的边的中线；所述正八边形结构的棱与边之间倒圆角过渡。

也就是说通过相邻正八边形结构的错位，使得相邻圈上的滚动组件是居中错开的，这样就能够形成整个周面的滚动结构，以及气密性结构。正八边形结构的棱处采用倒圆角过渡，避免了尖角和锐角，既能够减低该处的应力集中，也便于与内外环的装配。

进一步的，所述活塞芯本体由多块正八边形结构的芯模拼装而成，每块所述芯模的外周上分别设置八个所述滚动槽。

进一步的，所述轴杆槽为矩形槽，所述中心轴的端部为矩形结构，所述膨胀垫片只垫设在所述矩形槽内并与所述矩形槽的形状相适配；所述膨胀垫片的膨胀系数至少为20％，且耐500～1200度的高温。

所述膨胀垫片为膨胀系数较高的金属材料或者合金材料，只在所述轴杆槽内设置所述膨胀垫片，这样是为了形成向外的膨胀推力。

进一步的，所述内环和所述外环的内侧均设有与所述活塞芯本体的外周相适配的多边形结构，所述外环为一对，所述内环为独立设置的四个或者两面分别开槽的一对；所述外环的外侧内周还设有容纳所述盖板的封装槽。

所述盖板装配在所述外环的外侧时，刚好能够卡合固定在所述封装槽内，形成外表面与外环表面平齐的结构，整体性较好，特别是朝向缸体内的那一面，较为完整，不影响气体膨胀推动活塞做功。

进一步的，所述盖板包括上盖板和下盖板，所述下盖板和所述上盖板分别朝向所述活塞芯本体的一面设有若干个连接柱，所述连接柱插设在所述活塞芯本体内并通过螺接的方式固定，所述上盖板的中部还设有供所述基座的连接部分穿过的槽，所述下盖板的外端面为平面且朝向缸体设置。

采用这样的连接方式，便于所有部件的一体式封装，也便于拆卸，方便后期的维护，内部的部件或者辊子都能够独立更换。所述基座的连接部分穿出所述上盖板后被固定住，而不用让基座与活塞芯本体之间固定连接，活塞芯本体的端部设置一个限位槽容纳所述基座的座子部分即可，连接方便可靠。

进一步的，一种具有使用氢燃料的自润滑滚动式活塞的气缸，所述气缸内设置所述活塞芯本体，若干所述自润滑辊子与所述气缸的内壁滚动式接触，所述基座连接所述连杆并伸出所述气缸与曲轴连接，所述连杆、所述基座和所述活塞芯本体均为无油路结构设置；所述气缸用于氢燃料燃烧并做功推动所述活塞芯本体运动。

进一步的，一种具有使用氢燃料的自润滑滚动式活塞的水平三缸星型内燃机，所述气缸为长冲程气缸，所述气缸为中心对称设置的三个，即所述内燃机为水平对置的三缸结构，所述内燃机的曲轴设置在中心，所述曲轴上连接有三根所述连杆，每根连杆分别连接相应的所述活塞芯本体。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本自润滑滚动式活塞与现有的滚动活塞相比，具有更好的往复直线运动性能，摩擦阻力更小，耗功少，也无需添加润滑油，通过辊子组件的自润滑实现运动，而且气密性和稳定性明显好于现有滚动式活塞；2、多圈所述滚动层的设置，一方面能够提升活塞芯本体的往复运动的稳定性，另一方面配合多圈错开的设置，能够起到密封作用；3、在所述轴杆槽内设置所述膨胀垫片，能够为所述中心轴提供推力，在高速的往复运动过程中，能够让所述自润滑辊子的外表面始终抵接缸内壁；4、所述自润滑辊子通过氮化硅滚珠作为滚动部件，具有非常低的摩擦系数，能够达到自润滑的效果，不需要额外添加润滑油，对于氢燃料内燃机来说，氢气燃烧产生的水气，不会与润滑油结合产生乳化现象，避免了使用润滑油反而影响润滑和传动效率的情形；5、所述基座直接设置在所述活塞芯本体的端部即可，而且连接部分直接伸出与连杆连接，这样的好处是便于连杆的连接装配，也能够让本活塞做长冲程运动，对于同样的气缸来说，本活塞的行程更长，能够克服往复的惯性应力，往复运动的损耗更小；6、利用本活塞制作的气缸，能够用在水平对置的三缸内燃机上，抖动非常小，效率高，而且能够使用氢燃料驱动。

附图说明

图1为本发明一种自润滑滚动式活塞的立体结构示意图一；

图2为本发明一种自润滑滚动式活塞的立体结构示意图二；

图3为本发明一种自润滑滚动式活塞的活塞芯本体的结构示意图；

图4为本发明一种自润滑滚动式活塞的半剖结构示意图；

图5为本发明一种自润滑滚动式活塞的局部剖结构示意图；

图6为本发明一种自润滑滚动式活塞的单圈滚动层爆炸结构示意图；

图7为本发明一种自润滑滚动式活塞的外环的截面结构示意图；

图8为本发明一种自润滑滚动式活塞的基座安装示意图；

图9为本发明一种自润滑滚动式活塞的滚动组件安装放大示意图；

图10为本发明一种自润滑滚动式活塞的自润滑辊子的截面结构示意图；

图11为本发明一种自润滑滚动式活塞的另一种内环结构示意图；

图12为本发明一种内燃机的气缸连接布置示意图；

图13为本发明一种内燃机的另一种连接布置示意图；

图14为本发明自润滑辊子的分型示意图；

图15为本发明半边自润滑辊子的对接面示意图；

图16为本发明另一种中心轴的结构示意图；

图17为本发明自润滑辊子的另一种分型结构示意图；

图18为本发明滚珠保持架展开的局部结构示意图；

图中：1、活塞芯本体；101、上模芯；102、中模芯；103、下模芯；2、滚动槽；3、轴杆槽；4、滚动组件；401、中心轴；402、自润滑辊子(金属陶瓷辊子)；403、氮化硅滚珠(耐高温自润滑氮化硅滚珠)；5、外环；6、内环；7、槽口；8、卡合槽；9、封装槽；10、下盖板；1001、下盖板连接柱；11、上盖板；1101、上盖板连接柱；12、基座；13、基座安装槽；14、连杆；15、曲轴；16、气缸；17、转盘结构；18、滚珠槽；19、中心轴孔；20、浅槽；21、半圆形槽；22、滚珠保持架。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中间”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

如图1～图10所示，一种使用氢燃料的自润滑滚动式活塞，包括活塞芯本体1，所述活塞芯本体1的外周上设有三圈滚动层，每圈所述滚动层分别包含有开设在所述活塞芯本体1上的若干滚动槽2，每圈所述滚动槽2为中心对称设置的八个，相邻圈的所述滚动槽2周向的居中错开设置，每个所述滚动槽2的两侧还分别对称的设有轴杆槽3；每个所述滚动槽2中分别安装有滚动组件4，所述滚动组件4包括中心轴401，以及可转动套设在所述中心轴401上的自润滑辊子402，所述中心轴401的两端分别卡合安装在所述轴杆槽3内并与所述轴杆槽3之间设有膨胀垫片(图中未示出)；

所述活塞芯本体1的外周还设有外环5和若干内环6，所述外环5设置在所述活塞芯本体1的两端，若干所述内环6分别设置在相邻圈的所述滚动层之间，所述外环5和所述内环6内分别设有用于卡合固定所述中心轴401端部的卡合槽8，以及容纳所述自润滑辊子402的槽口7，所述自润滑辊子402的滚动面分别露出所述外环5和所述内环6封装的外周面；

所述活塞芯本体1的两端分别设有用于封装的盖板，所述活塞芯本体1的端部还设有用于连接连杆的基座12，所述基座12的连接部分穿过并露出所述盖板。

本自润滑滚动式活塞与现有的滚动活塞相比，具有更好的往复直线运动性能，摩擦阻力更小，耗功少，也无需添加润滑油，通过辊子组件的自润滑实现运动，而且气密性和稳定性明显好于现有滚动式活塞。

三圈所述滚动层的设置，在不增加轴向长度的同时，一方面能够提升活塞芯本体1的往复运动的稳定性，另一方面配合多圈错开的设置，能够起到密封作用，虽然相邻的所述滚动组件4之间具有周向的间隙，但是从外周的轴向看，错开的结构具有阻挡作用，避免整条贯穿缺口的出现，多圈之间形成了整体的一个密封结构。对于本滚动组件形成的密封结构，滚动组件之间虽然具有较小的间隙，但是对于内燃机急剧膨胀的气体来说，这些气体还来不及溢出，基本不会对活塞做功有实质影响。

所述滚动槽2和所述外环5、内环6上的槽口7配合形成容纳所述滚动组件4的空间，使得所述自润滑辊子402在所述中心轴401的连接支撑下自由转动，所述自润滑辊子402外周露出的部分非常小，小到几毫米甚至零点几毫米，使其能够沿缸内壁滚动又不会有明显间隙；所述轴杆槽3和卡合槽8的配合能够卡合固定所述中心轴401，在所述轴杆槽3内设置所述膨胀垫片，能够为所述中心轴提供推力，在高速的往复运动过程中，能够让所述自润滑辊子的外表面始终抵接缸内壁，能够补偿随着温度升高槽体膨胀带来的增量变形空间，所述中心轴的固定始终稳定和牢靠。

所述内环6和所述外环5的设置用于封装这些滚动组件4，并形成各自的安装空间，这样的可拆卸结构，便于装卸；两端所述盖板的设置能够将所有部件封装在所述活塞芯本体1上。

所述基座12直接设置在所述活塞芯本体1的端部即可，而且连接部分直接伸出与连杆连接；这样的设置完全不同于现有活塞与连杆之间通过活塞销，以及将活塞销设置在活塞内的连接结构；由于采用了自润滑滚动的移动形式，本活塞则能够让连接连杆的基座12设置在端部，这样的好处是便于连杆的连接装配，也能够让本活塞做长冲程运动，对于同样的气缸来说，本活塞的行程更长，能够克服往复的惯性应力，往复运动的损耗更小。

进一步的，所述自润滑辊子402包括辊子本体，以及设置在所述辊子本体内周的若干可转动的氮化硅滚珠403，所述辊子本体为碳化物硬质合金材料，通过多次烧结的工艺成型，连同所述氮化硅滚珠403形成一体式完整结构，所述中心轴401贯穿所述辊子本体并与所述氮化硅滚珠403抵接。

所述自润滑辊子402通过氮化硅滚珠作为滚动部件，具有非常低的摩擦系数，能够达到自润滑的效果；所述辊子本体采用碳化物硬质合金材料，具有非常好的耐磨性能，而且能够通过烧结成型的工艺制作，这样就能够让氮化硅滚珠可转到的包裹在里面，并整体形成完整结构。

进一步的，所述辊子本体内设有容纳所述氮化硅滚珠的滚珠槽，所述滚珠槽内还设有保持所述氮化硅滚珠的保持架，所述保持架也为金属陶瓷材料烧结得到，所述保持架的主要成分为氮化硅和/或氮化钛，并含有铜、铝、钴、镍、钼等元素和交联剂。

由于采用了自润滑的结构，不需要额外添加润滑油，对于氢燃料内燃机来说，氢气燃烧产生的水气，不会与润滑油结合产生乳化现象，避免了使用润滑油反而影响润滑和传动效率的情形。

进一步的，所述自润滑辊子402的外周为鼓形，中部的径向尺寸大于两端的径向尺寸，自润滑辊子的母线为弧线，与气缸内圆周的弧度相适配，这样的结构便于滚动，且滚阻较小；所述中心轴401的中部加工为圆形，两端为尺寸小于中部的多边形，多边形的端部能够较稳定的卡合在槽内，不会自转和晃动。

进一步的，所述活塞芯本体1的外周为正八边形结构，每圈所述滚动层分别在正八边形的边的中部设置所述滚动槽2；相邻圈所在的正八边形结构错开设置，并使正八边形的棱对应相邻圈正八边形的边的中线；所述正八边形结构的棱与边之间倒圆角过渡。

也就是说通过相邻正八边形结构的错位，使得相邻圈上的滚动组件4是居中错开的，这样就能够形成整个周面的滚动结构，以及气密性结构。正八边形结构的棱处采用倒圆角过渡，避免了尖角和锐角，既能够减低该处的应力集中，也便于与内外环的装配。

进一步的，所述活塞芯本体1由三块正八边形结构的模芯(上模芯101、中模芯102和下模芯103)错位拼装而成，每块所述模芯的外周上分别设置八个所述滚动槽2。

进一步的，所述轴杆槽3为矩形槽，所述中心轴401的端部为矩形结构，所述膨胀垫片只垫设在所述矩形槽内并与所述矩形槽的形状相适配；所述膨胀垫片的膨胀系数至少为20％，且耐500度以上的高温。

所述膨胀垫片为膨胀系数较高的金属材料，只在所述轴杆槽3内设置所述膨胀垫片，这样是为了形成向外的膨胀推力。

进一步的，所述内环6和所述外环5的内侧均设有与所述活塞芯本体1的外周相适配的八边形结构，所述外环5为一对，所述内环6为独立设置的四个；所述外环5的外侧内周还设有容纳所述盖板的封装槽9。

所述盖板装配在所述外环5的外侧时，刚好能够卡合固定在所述封装槽9内，形成外表面与外环表面平齐的结构，整体性较好，特别是朝向缸体内的那一面，较为完整，不影响气体膨胀推动活塞做功。

进一步的，所述活塞芯本体1上设有三个贯穿上、中、下模芯的连接孔，所述盖板包括上盖板11和下盖板10，所述下盖板10上设有三个下盖板连接柱1001，分别插设在所述下模芯103的端部对应所述连接孔，所述上盖板11上设有三个上盖板连接柱1101并分别插入所述上模芯101且对应所述连接孔，所述上盖板连接柱1101上设有通孔，通过连接件将整个结构紧固。

所述上盖板11的中部还设有供所述基座12的连接部分穿过的槽，所述下盖板10的外端面为平面且朝向缸体设置。

采用这样的连接方式，便于所有部件的一体式封装，也便于拆卸，方便后期的维护。所述基座12的连接部分穿出所述上盖板11后被固定住，而不用让基座12与活塞芯本体1之间固定连接，活塞芯本体1的端部设置一个基座安装槽13容纳所述基座12的座子部分即可，连接方便可靠。

实施例二：

本实施例提供了另一种结构的内环。

如图11所示，相邻的所述内环6也为一体成型结构，所述内环6的两端分别加工这些槽口和卡合槽，这样就只需要使用两个所述内环6，稳定性会更好，也减少了零部件的数量，装配更加方便。

实施例三：

本实施例提供了一种气缸结构。

一种具有使用氢燃料的自润滑滚动式活塞的气缸，所述气缸内设置所述活塞芯本体，若干所述自润滑辊子与所述气缸的内壁滚动式接触，所述基座连接所述连杆并伸出所述气缸与曲轴连接，所述连杆、所述基座和所述活塞芯本体均为无油路结构设置；所述气缸用于氢燃料燃烧并做功推动所述活塞芯本体运动。

实施例四：

本实施例提供了一种内燃机。

如图12所示，一种具有使用氢燃料的自润滑滚动式活塞的水平三缸星型内燃机，所述气缸16为长冲程气缸，所述气缸16为中心对称设置的三个，即所述内燃机为水平对置的三缸结构，所述内燃机的曲轴15设置在中心，所述曲轴15上通过曲柄连接有三根所述连杆14，每根连杆14分别连接相应的所述活塞芯本体1。

通过采用实施例一中的活塞结构制作的气缸，由于其不用对活塞添加润滑油，而且连杆能够直接连接在活塞的端部位置，很适合做长冲程设计，也适合进行水平布置，由于气缸的效率得到了提高、耗功得到了减少，并使用氢燃料，使得本内燃机即使三缸也具有很好的输出功率，而且稳定性较高，避免了非对称带来的抖动。

对于星型内燃机来说，气缸的数量通常都为奇数个，一般情况下，需要越大的功率，可以通过增加气缸数量来实现，但是气缸数量的增加并不会减少能耗，反而会增加能量的损耗；比如对于两个气缸(S1+S1)和单个气缸(S2)，若两者的截面积相同(S1+S1＝S2)，通过换算可知两个气缸中两个活塞的总周长是明显大于单个气缸中单个活塞的周长，两个活塞的摩擦接触面积会明显大于单个活塞的摩擦接触面积，假设其它条件基本相同，可以计算出气缸数量减少一半，活塞外周的摩擦接触面能够减少将近30％。

通过本申请这种活塞结构的布置，进一步降低了活塞的摩擦损耗，即使其为三缸星型内燃机，但是其输出功率会很高。

实施例五：

本实施例提供了有一种内燃机的连接方式。

如图13所示，所述内燃机的中部设有曲轴15，所述曲轴15连接有偏心的转盘结构17，所述转盘结构17上中心对称的活动连接有三根连杆14，每个所述连杆14分别连接一个所述活塞芯本体1，所述活塞芯本体1在气缸16中往复运动，三个所述气缸16水平星形的设置在内燃机中。

实施例六：

本实施例提供了所述滚动组件的一种烧结制作方法。

如图14和图15所示，所述自润滑辊子402通过上下对称分型的方式分别烧结，在烧结模具中设有芯子，使得烧结出的半边自润滑辊子402的中部成型出轴向的中心轴孔19，还有对称的半边滚珠槽18，成型后通过滚珠槽18将氮化硅滚珠403压入所述自润滑辊子402中，并装配上所述中心轴401；将上下两个半边的自润滑辊子合并，继续在两者的接触面及周部添加粉末进行烧结粘合，形成完整结构，最后将外周接缝处打磨光滑。

通过这样的多次烧结工艺，通过将氮化硅滚珠嵌入到所述自润滑辊子的内周中，并且能够在里面自由转动，从而使得所述自润滑辊子能够转动。

实施例七：

如图16所示，本实施例提供了另一种结构的中心轴401，所述中心轴401的中部圆柱部分设有两条对称的浅槽20，所述浅槽20分别对应所述氮化硅滚珠403的位置设置，这样就能够让所述氮化硅滚珠403外周的一小部分落入所述浅槽20中，对其有限位和导向的作用，使得所述自润滑辊子402在旋转的过程中基本不会轴向晃动，稳定性更好。

实施例八：

本实施例提供了所述滚动组件的另一种烧结制作方法。

如图17和18所示，所述自润滑辊子402通过上下对称分型的方式分别烧结，在烧结模具中设有型芯，使得烧结出的半边自润滑辊子402的中部成型出轴向的中心轴孔19，还有对称的半圆形槽21；另外通过粉末冶金的方式成型出滚珠保持架22，所述滚珠保持架22整体为环形，所述滚珠保持架22内等间距间隔的设置有滚珠槽18；随后将成型的氮化硅滚珠403逐一的装配到所述滚珠保持架22中的滚珠槽18内，并将所述滚珠保持架22安装在所述自润滑辊子402中的半圆形槽21中，同时穿设装配上所述中心轴401；将上下两个半边的自润滑辊子合并，继续在两者的接触面及周部添加粉末进行烧结粘合，形成完整结构，最后将外周接缝处打磨光滑。

通过这样的多次烧结工艺，通过将氮化硅滚珠403嵌入到所述滚珠保持架22中，再将所述滚珠保持架22装配到所述自润滑辊子402的内周中，所述滚珠保持架22能够让所述氮化硅滚珠403在相应的槽内滚动，稳定性更好，从而使得所述自润滑辊子402转动的稳定性更高。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.使用氢燃料的自润滑滚动式活塞，其特征在于，包括活塞芯本体，所述活塞芯本体的外周上设有多圈滚动层，所述滚动层为三圈，每圈所述滚动层分别包含有开设在所述活塞芯本体上的若干滚动槽，每圈所述滚动槽至少为中心对称设置的六个，相邻圈的所述滚动槽周向的错开设置，每个所述滚动槽的两侧还分别对称的设有轴杆槽；每个所述滚动槽中分别安装有滚动组件，所述滚动组件包括中心轴，以及可转动套设在所述中心轴上的自润滑辊子，所述中心轴的两端分别卡合安装在所述轴杆槽内并与所述轴杆槽之间设有膨胀垫片；

所述活塞芯本体的外周还设有外环和若干内环，所述外环设置在所述活塞芯本体的两端，若干所述内环分别设置在相邻圈的所述滚动层之间，所述外环和所述内环内分别设有用于卡合固定所述中心轴端部的卡合槽，以及容纳所述自润滑辊子的槽口，所述自润滑辊子的滚动面分别露出所述外环和所述内环封装的外周面；

所述活塞芯本体的两端分别设有用于封装的盖板，所述活塞芯本体的端部还设有用于连接连杆的基座，所述基座的连接部分穿过并露出所述盖板。

2.根据权利要求1所述的使用氢燃料的自润滑滚动式活塞，其特征在于，所述自润滑辊子包括辊子本体，以及设置在所述辊子本体内周的若干可转动的氮化硅滚珠，所述辊子本体为碳化物硬质合金材料，通过多次烧结的工艺成型，连同所述氮化硅滚珠形成一体式完整结构，所述中心轴贯穿所述辊子本体并与所述氮化硅滚珠抵接。

3.根据权利要求1所述的使用氢燃料的自润滑滚动式活塞，其特征在于，所述自润滑辊子的外周为鼓形，中部的径向尺寸大于两端的径向尺寸；所述中心轴的中部加工为圆形，两端为尺寸小于中部的多边形。

4.根据权利要求1所述的使用氢燃料的自润滑滚动式活塞，其特征在于，所述活塞芯本体的外周为正八边形结构，每圈所述滚动层分别在正八边形的边的中部设置所述滚动槽；相邻圈所在的正八边形结构错开设置，并使正八边形的棱对应相邻圈正八边形的边的中线；所述正八边形结构的棱与边之间倒圆角过渡。

5.根据权利要求1所述的使用氢燃料的自润滑滚动式活塞，其特征在于，所述活塞芯本体由多块正八边形结构的芯模拼装而成，每块所述芯模的外周上分别设置八个所述滚动槽。

6.根据权利要求1所述的使用氢燃料的自润滑滚动式活塞，其特征在于，所述轴杆槽为矩形槽，所述中心轴的端部为矩形结构，所述膨胀垫片只垫设在所述矩形槽内并与所述矩形槽的形状相适配；所述膨胀垫片的膨胀系数至少为20％，且耐500～1200度的温度。

7.根据权利要求1所述的使用氢燃料的自润滑滚动式活塞，其特征在于，所述内环和所述外环的内侧均设有与所述活塞芯本体的外周相适配的多边形结构，所述外环为一对，所述内环为独立设置的四个或者两面分别开槽的一对；所述外环的外侧内周还设有容纳所述盖板的封装槽。

8.根据权利要求1所述的使用氢燃料的自润滑滚动式活塞，其特征在于，所述盖板包括上盖板和下盖板，所述下盖板和所述上盖板分别朝向所述活塞芯本体的一面设有若干个连接柱，所述连接柱插设在所述活塞芯本体内并通过螺接的方式固定，所述上盖板的中部还设有供所述基座的连接部分穿过的槽，所述下盖板的外端面为平面且朝向缸体设置。

9.一种具有权利要求1～8任一所述的使用氢燃料的自润滑滚动式活塞的水平三缸星型内燃机，其特征在于，包括气缸，所述气缸内设置所述活塞芯本体，若干所述自润滑辊子与所述气缸的内壁滚动式接触，所述基座连接所述连杆并伸出所述气缸与曲轴连接，所述连杆、所述基座和所述活塞芯本体均为无油路结构设置；所述气缸用于氢燃料燃烧并做功推动所述活塞芯本体运动。

10.一种具有权利要求9所述的使用氢燃料的自润滑滚动式活塞的水平三缸星型内燃机，其特征在于，所述气缸为长冲程气缸，所述气缸为中心对称设置的三个，即所述内燃机为水平对置的三缸结构，所述内燃机的曲轴设置在中心，所述曲轴上连接有三根所述连杆，每根连杆分别连接相应的所述活塞芯本体。

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