CN201650453U - 一种曲柄圆滑块内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种曲柄圆滑块内燃机，包括第一活塞、第二活塞和动平衡滑块，所述第一活塞所在的第一气缸的轴线与所述第二活塞所在第二气缸的轴线相互平行，并位于动平衡滑块所在的跑道的两侧；所述跑道的轴线垂直于第一气缸和第二气缸；第一活塞、第二活塞均只有布置在同一侧的一个头部。优选的，所述第一活塞和第二活塞具有相同的结构和尺寸；上述活塞在与活塞头相对的另一端均具有尾部，该尾部外表面设置有第二导向面；在机体上，分别设置第一辅助跑道和第二辅助跑道，上述辅助跑道与所述第一活塞和第二活塞尾部的第二导向面配合。该内燃机便于进行往复惯性力的平衡，并进一步使内燃机噪声显著下降以及实现均匀点火。

Description

一种曲柄圆滑块内燃机

技术领域

本实用新型涉及一种内燃机，具体是一种曲柄圆滑块内燃机。

背景技术

内燃机是目前广泛使用的动力源，这种设备能够有效的将可燃物存储的化学能转化为机械能，尤其是可以将汽油、柴油等蕴含的化学能有效的转换为机械能。

现有通常技术下，内燃机运动机构基本采用曲柄活塞式发动机，这种发动机由于需要使用连杆作为往复运动和旋转运动的过渡件，增加了活塞运动轨道方向的尺寸，使其难以获得更好的比重量或者比体积指标；并且，由于连杆作摆动，该运动为复杂运动，难以对其进行惯性力平衡，造成该内燃机的噪音明显偏大；连杆的往复摆动还使活塞对运动导轨侧壁的侧压力偏大，增加了活塞运动中受到的摩擦力。在现有技术中，已经提供了各种形式的内燃机，以满足各种场合的需求。在一些特殊场合下，对内燃机的一些特殊参数有更为苛刻的要求。

为了解决上述问题，有必要设计一种能够满足比重量和比体积较小，并且噪音较低的内燃机。

为了解决上述问题，中国专利文献CN85100358B公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式内燃机”，中国专利文献CN1067741C公开了一种“曲柄双圆滑块往复活塞式内燃机”，中国专利文献CN1144880A公开了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”。上述内燃机的共同特点，是对通用技术下内燃机的曲柄连杆机构进行了彻底改进，采用具有偏心圆孔的圆滑块代替连杆。所述偏心圆滑块呈圆柱形，并且开有平行于圆柱体轴线的偏心圆孔，该偏心圆孔用于穿过曲轴的曲柄销。该内燃机的活塞包括两端的冠部和连接两冠部的导向部，其中导向部上开有圆孔，该圆孔的内径面和上述圆滑块的外径面相配合，所述圆滑块即安置在活塞导向部上与其外周相配合的圆孔中。当所述活塞受到气缸中燃烧气体的推动而在气缸中往复运动时，所述偏心圆滑块绕其自身的圆心转动，并进而带动曲轴反向转动，从而将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动，再通过与曲轴连接的旋转部件向外传递功率。上述专利的思想也可以方便的转用到压缩机或者抽真空机中，获得曲柄圆滑块压缩机或者曲柄圆滑块抽真空机。

由于取消了连杆，其复杂的往复摆动也就被取消，使上述曲柄圆滑块机构能够方便地实现惯性力的完全平衡；同样，由于连杆的摆动而形成的对活塞往复运动的导轨侧壁的侧压力也会消失，使活塞往复运动时的摩擦力显著降低；另外，取消连杆后，可以显著缩小往复运动方向的尺寸，整个机构的尺寸得以显著缩小。

上述曲柄圆滑块机构仅仅是提供了一种设计可能，针对具体的使用环境，还需要进行具体的设计。例如，军用的野战发电机组需要易于携带，要求使用比重量和比体积较小的发动机；在各种混合动力汽车上，要求安装内燃机作为备用动力，例如作为增程器发动机使用，此时，不仅需要内燃机具有较小的比重量或者比体积，以适应较小的安装空间，另外，这种内燃机还要求具有较小的噪音，以与电动驱动时的较小噪音相吻合，避免内燃机启动时噪音明显高于电动驱动时而造成的不良驾乘感觉。

实用新型内容

本实用新型提供一种内燃机，该内燃机具有较小的比重量和比体积，并且便于实现惯性力的完全平衡，以及具有较低的噪音。

本实用新型提供的曲柄圆滑块内燃机，包括第一活塞、第二活塞和动平衡滑块，所述第一活塞所在的第一气缸的轴线与所述第二活塞所在第二气缸的轴线相互平行，并位于动平衡滑块所在的跑道的两侧；所述跑道的轴线垂直于所述第一气缸和第二气缸；所述第一活塞、第二活塞均只有一个头部，并布置在同一侧。

优选的，所述第一活塞和第二活塞具有相同的结构和尺寸；上述活塞在与活塞头相对的另一端均具有尾部，该尾部外表面设置有第二导向面；在机体上，对应所述第一气缸和第二气缸，分别设置与其具有共同轴线并且位于曲轴箱另一侧的第一辅助跑道和第二辅助跑道，上述辅助跑道与所述第一活塞和第二活塞尾部的第二导向面配合。

优选的，所述活塞尾部的第二导向面的外径与所在的辅助跑道之间的配合间隙小于所述活塞头部安装油环、气环后与气缸之间的配合间隙。

优选的，所述活塞尾部的第二导向面的外径与所述活塞头部的导向面的具有不同的直径。

优选的，所述第一活塞和第二活塞具有相同的质量。

优选的，所述第一气缸轴线与跑道轴线之间的距离，与所述第二气缸轴线与跑道轴线之间的距离相等。

优选的，所述动平衡滑块的质量为所述第一活塞和所述第二活塞的质量之和。

优选的，该内燃机采用均匀点火方式工作。

优选的，所述第一气缸和第二气缸均与所述跑道存在叠合的部位。

本实用新型提供的曲柄圆滑块内燃机，采用了具有两个活塞和一个动平衡滑块的结构，并且其活塞均采用只有一个活塞头的单作用活塞，并且活塞头在同一侧；活塞的往复运动轨道在所述动平衡滑块跑道的两侧，并且两个活塞的往复运动轨道的轴线相互平行，所述跑道的轴线则垂直于所述往复运动轨道的轴线。上述结构使所述第一活塞、第二活塞和动平衡滑块在往复运动中形成的往复惯性力合成后，形成旋转运动的离心惯性力，这样，就便于通过在曲轴或者其所带的飞轮或者其他旋转件上设置配重块等结构，进行往复惯性力的平衡。并且，该结构便于选择合适的尺寸参数，使第一活塞、第二活塞形成的往复惯性力矩恰好被动平衡滑块所平衡。例如，在本实用新型优选实施方式中，设置所述第一活塞和第二活塞具有相同的质量，所述动平衡滑块的质量为第一活塞和第二活塞的质量之和，并且，所述第一气缸轴线与跑道轴线之间的距离，与所述第二气缸轴线与跑道轴线之间的距离相等，这时，就可以实现上述惯性力矩的完全平衡效果。获得上述良好的平衡效果后，该内燃机的噪声可以显著下降。采用上述双缸机形式，还可以实现均匀点火，使整个机构的运行更为平稳，同样有利于降低噪声。此外，采用上述结构还使整个内燃机的尺寸较采用两端均有活塞头的双作用活塞大为缩小。上述特点使该内燃机特别适用于需要较高的比重量、比体积指标以及较低噪声指标的场合，例如，作为混合动力汽车的程增加器发动机使用。该结构的另一个优点是，由于采用单作用活塞，该内燃机可以在0-90度范围内布置，即只要气缸不朝下即可。这样，便于根据情况选择内燃机的布置方式。

在本实用新型的优选实施方式中，所述第一活塞和第二活塞均设置位于尾部的第二导向面，每个活塞的第二导向面分别与机体上的第一辅助跑道和第二辅助跑道相配合，使活塞往复运动时，可以从所述辅助跑道获得对活塞的往复运动的有效支撑。尤其是在适当选择配合间隙后，也就是使活塞尾部的第二导向面的外径与所在的辅助跑道之间的配合间隙小于所述活塞头部安装油环、气环后与气缸之间的配合间隙，这样，可以将对活塞的往复运动的轨道支撑通过活塞头部的第一导向面和尾部的第二导向面实现，使活塞头部与气缸之间的摩擦力大幅降低。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例的运动机构立体图之一；

图2是本实用新型第一实施例的运动机构立体图之二；

图3是本实用新型第一实施例的机体立体图之一；

图4是本实用新型第一实施例的机体立体图之二；

图5是本实用新型第一实施例的第一活塞的立体图。

具体实施方式

请参看图1、图2，这两个图均为本实用新型第一实施例提供的曲柄圆滑块内燃机的运动机构的立体图，其视角有所不同。图中示出该运动机构包括第一活塞1、第二活塞2、动平衡滑块3、曲轴4、以及第一圆滑块5、第二圆滑块6、第三圆滑块7。上述两图将支撑该运动机构的机体隐去，以便更为直观的反映运动机构的结构。请同时参看图3，该图单独示出支撑该运动机构的机体；请同时参看图4，该图为图3所示机体的另一个角度的立体图。装配后，图1、图2中示出的运动机构就被安置在该机体中。

该运动机构中，所述第一活塞1安置在第一气缸11中，第二活塞2安置在第二气缸12中；所述第一气缸11和第二气缸12的轴线平行，即所述第一活塞1和第二活塞2的往复运动轨道相互平行；所述第一气缸11和第二气缸12沿曲轴轴线相隔一定距离。所述动平衡滑块3布置在跑道13中，该跑道13位于所述第一气缸11和第二气缸12中间，并且跑道13的轴线垂直于所述第一气缸11和第二气缸12。另外，所述第一气缸11和第二气缸12均与所述跑道13存在叠合的部位，该叠合部位位于上述第一气缸11、第二气缸12、跑道13的中段，在该位置，活塞采用扁平结构，使往复运动轨道可以相互靠近而各个往复运动元件不会相会发生干涉。采用该结构可以明显缩小整个机体的体积，并且也不会影响各个往复运动元件的运动。

从以上图中还可以看出，所述第一活塞1只有一个头部，称为第一活塞头部1-1，该第一活塞头部1-1为圆柱形，其顶部与第一气缸11的内壁形成燃烧室；其外周面上设置有若干环槽，包括气环、油环等。上述结构和现有技术的活塞头部相仿，在此不再详述。同样的，所述第二活塞2也只有一个头部，称为第二活塞头部2-1，其结构和所述第一活塞头部1-1完全相同。上述第一活塞头部1-1和第二活塞头部2-1均布置在图1、图2所示的上方，即两者布置在同一侧。上述两个活塞的另一端均没有设置活塞头部。

请参看图5，该图为上述第一活塞1的立体图，所述第二活塞2的结构与此活塞相同。由该图可以看出，从所述第一活塞头部1-1的外周向下伸出两条狭长的导向条1-2，上述导向条1-2的外周面为所述第一活塞头部1-1的外周面的延伸，为圆弧状，并且一直延伸到活塞的另一端，该外周面称为导向面。在所述第一活塞头部1-1底面的中间位置设置有横截面为十字形的支撑梁1-3；所述支撑梁1-3延伸到该第一活塞1的轴线的中间部位，其下部设有圆滑块容置孔1-4，该圆滑块容置孔1-4的外缘两侧与所述导向条1-2内缘相切。

由图1、图2可以看出，所述第一活塞的圆滑块容置孔1-4中放置了第一圆滑块5，同样，在所述第二活塞2的圆滑块容置孔中放置了第二圆滑块6、在动平衡滑块3的圆滑块容置孔中放置了第三圆滑块7；上述三个圆滑块互相之间被固定为一体，并且，放置在动平衡滑块3的圆滑块容置孔中的第三圆滑块7和其他两个圆滑块反相放置。

所述曲轴4穿过各个圆滑块的偏心孔，并且其两端面设置有一些螺纹孔等，用于作为固定飞轮等的固定结构，以便将内燃机产生的旋转运动向外输出。

请参看图4，可以看出，在机体上，与所述第一气缸11同轴，在曲轴箱的另一侧设置有第一辅助跑道21。在本实施例中，所述第一气缸11与所述第一辅助跑道21不仅同轴，而且还具有基本相同的内径，因此，看起来该第一辅助跑道21为第一气缸11的向下延伸。另外，该第一辅助跑道21的轴向长度明显比所述第一气缸11的轴向长度短。该第一辅助跑道21的内表面与所述第一活塞1的导向条1-2的靠末端的一段导向面配合，为该第一活塞1提供辅助的导向作用；该段导向面称为第二导向面，相应的，导向条1-2对应所述第一气缸11的导向面部分称为第一导向面。为了减少第一活塞头部1-1与第一气缸11的内壁面的摩擦，所述第二导向面与所在的辅助跑道之间的配合间隙小于所述活塞头部安装油环、气环后与气缸之间的配合间隙，这一点可以在加工过程中通过对第一辅助跑道21和第一气缸11设置不同的公差尺寸范围实现，另外，也可以将所述活塞尾部的第二导向面部分设置与活塞头部不同的公差范围实现。

同样的，对应所述第二气缸12也有第二辅助跑道22，并且与第二活塞2具有相同的配合关系。

通过上述辅助跑道与活塞尾部的第二导向面的配合，与第一导向面一起，向所述活塞提供了往复运动的轨道支持，由于两个导向面加大了导向部位的面积，使活塞往复运动时，活塞头部和气缸之间几乎不会发生明显的侧向压力，非常利于实现压力油润滑，摩擦损失也降到最低。由于增加了辅助跑道和第二导向面的配合关系，气缸作为往复运动轨道需要承担的压力降低，在设计中，可以更多从其承担的爆发压力和热负荷角度选择设计参数。相应的，辅助跑道仅仅起到提供往复运动轨道的作用，无需考虑内燃机爆发压力和热负荷的问题，可以更多的从其作为往复运动轨道角度考虑设计参数。例如，辅助跑道的壁厚可以比气缸更薄。

该实施例提供的曲柄圆滑块发动机，通过选择合适的参数，能够较好的实现对惯性力和惯性力矩的平衡。一种优选的方案是，所述第一活塞1和第二活塞2的质量设置为相同，所述动平衡滑块3的质量为第一活塞和第二活塞的质量之和，并且，所述第一气缸轴线与跑道轴线之间的距离，与所述第二气缸轴线与跑道轴线之间的距离相等。在这种参数设定的情况下，就可以使上述三个往复运动元件的往复惯性力转化为旋转惯性力，便于通过在曲轴以及曲轴带动的其他旋转件上设置平衡重等结构实现对该往复惯性力的平衡；在该结构下，往复惯性力矩也可以实现完全平衡。

该实施例提供的内燃机的另外一个优点是，这种内燃机可以在0-90度的范围内放置，即只要气缸不朝下即可；因此，该内燃机可以根据情况灵活安置，便于利用空间。

另外，由于采用两缸机，并且两个气缸的往复运动同步进行，该实施例提供的内燃机能够实现均匀点火。例如，采用四冲程形式时，两个气缸可以间隔360度点火，这样就可以使曲轴的旋转运动更为平顺，对于降低噪声亦有明显的效果。

上述实施例为本实用新型的优选实施例，实际上，该内燃机还可以有一些变化。例如，所述内燃机尾部的第二导向面可以单独设置，无需和活塞头部连为一体。此时，该尾部导向面的直径可以小于或大于活塞头部直径。在结构上，该尾部导向面可以设计为完整的圆柱形表面。相应的，辅助跑道的结构和尺寸也做相应变化。总之，要将该辅助跑道和尾部导向面一起考虑，进行设计，尽量使辅助跑道和尾部导向面的配合承担活塞往复直线运动可能产生的侧向力。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种曲柄圆滑块内燃机，其特征在于，包括第一活塞、第二活塞和动平衡滑块，所述第一活塞所在的第一气缸的轴线与所述第二活塞所在第二气缸的轴线相互平行，并位于动平衡滑块所在的跑道的两侧；所述跑道的轴线垂直于所述第一气缸和第二气缸；所述第一活塞、第二活塞均只有一个头部，并布置在同一侧。

2.根据权利要求1所述的曲柄圆滑块内燃机，其特征在于，所述第一活塞和第二活塞具有相同的结构和尺寸；上述活塞在与活塞头相对的另一端均具有尾部，该尾部外表面设置有第二导向面；在机体上，对应所述第一气缸和第二气缸，分别设置与其具有共同轴线并且位于曲轴箱另一侧的第一辅助跑道和第二辅助跑道，上述辅助跑道与所述第一活塞和第二活塞尾部的第二导向面配合。

3.根据权利要求2所述的曲柄圆滑块内燃机，其特征在于，所述活塞尾部的第二导向面的外径与所在的辅助跑道之间的配合间隙小于所述活塞头部安装油环、气环后与气缸之间的配合间隙。

4.根据权利要求3所述的曲柄圆滑块内燃机，其特征在于，所述活塞尾部的第二导向面的外径与所述活塞头部的导向面的具有不同的直径。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的曲柄圆滑块内燃机，其特征在于，所述第一活塞和第二活塞具有相同的质量。

6.根据权利要求5所述的曲柄圆滑块内燃机，其特征在于，所述第一气缸轴线与跑道轴线之间的距离，与所述第二气缸轴线与跑道轴线之间的距离相等。

7.根据权利要求5所述的曲柄圆滑块内燃机，其特征在于，所述动平衡滑块的质量为所述第一活塞和所述第二活塞的质量之和。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的曲柄圆滑块内燃机，其特征在于，该内燃机采用均匀点火方式工作。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的曲柄圆滑块内燃机，其特征在于，所述第一气缸和第二气缸均与所述跑道存在叠合的部位。

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