CN209724487U - 一种摇摆式非接触活塞汽油机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种摇摆式非接触活塞汽油机，本汽油机包括输出轴、上盖、下盖、上活塞、下活塞和点火器；本实用新型通过将活塞固定在转动副上，两活塞随着汽油四冲程燃烧做功而反复绕轴摇摆，经棘轮向输出轴输出转矩。能取代传统汽油机为机动车、作业车、船舶等提供动力。

Description

一种摇摆式非接触活塞汽油机

技术领域

本实用新型属于发动机技术领域，具体涉及一种摇摆式非接触活塞汽油机。

背景技术

传统的汽油发动机机多采用曲柄连杆机构，通过燃气驱动活塞直线往复运动，活塞经过连杆带动曲轴转动。

当活塞在气缸中往复运动时，因曲柄角度不固定，连杆对活塞的力方向一般不与活塞直线运动的方向共线。因此，连杆对活塞的接触力会有垂直于气缸轴线的分力。该分力会经过活塞、活塞环传递到汽缸壁上，随着活塞相对气缸的往复运动，将会造成活塞环的快速磨损和机械效率的下降。

为了解决上述问题，目前常见的主流改进思路是换装摩擦系数更小的活塞环、润滑油，以及优化活塞的静平衡、动平衡性能。但减小摩擦系数的解决方法只能缓解上述问题，无法从原理上避免效率的降低。而活塞的静平衡、动平衡改善后，虽能解决一定转速下的磨损，但当内燃机转速改变时，磨损现象依然会继续出现。

因此，需要一种使活塞可以在气缸中往复运动以利用燃气的机械能的机械结构，且在此过程中活塞与气缸不直接接触，用于消除活塞摩擦造成的磨损和相应的能量浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种摇摆式非接触活塞汽油机。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种摇摆式非接触活塞汽油机，包括输出轴、上盖、下盖、上活塞、下活塞和点火器；

输出轴上同轴设置上盖、上活塞、下活塞和下盖，所述上盖和下盖相拼接形成四个呈中心对称供上活塞、下活塞做功的气缸，所述上活塞和下活塞一上一下地交叉设置于输出轴的棘轮部，所述上活塞(下活塞)包括环形轴承轴、对称设置于轴承轴两侧的径向连杆、设置在径向连杆上的周向连杆以及设置于周向连杆两端与所述气缸相匹配的活塞头，所述轴承轴的内壁上设置有用于拨动输出轴的棘轮部使之进行间歇运动的棘爪，每个所述气缸上均设置有点火器并形成有进排气口。

在上述技术方案中，所述上盖包括上盖骨架和4个上盖活塞筒，所述上盖骨架由内环、外环以及连接于内环、外环之间的支撑臂构成，所述上盖活塞筒等距均布于上盖骨架的外环上，所述上盖活塞筒的两侧延伸设置有上盖连接法兰，所述上盖骨架的内环中心处形成有轴承孔，所述上盖活塞筒上均形成有进排气口。

在上述技术方案中，所述下盖包括下盖骨架和4个下盖活塞筒，所述下盖骨架由内环、外环以及连接于内环、外环之间的支撑臂构成，所述下盖活塞筒等距均布于下盖骨架的外环上，所述下盖活塞筒的两侧延伸设置有下盖连接法兰，所述下盖骨架的内环中心处形成有轴承轴，所述上盖活塞筒上均形成有用于安装点火器的点火器口。

在上述技术方案中，所述上盖骨架的外环及上盖连接法兰上设置有上盖安装孔，所述下盖骨架的外环及下盖连接法兰上设置有与上盖安装孔位置相对的下盖安装孔，所述上盖与下盖之间通过上下盖螺栓安装于上盖安装孔、下盖安装孔内实现对接固定。

在上述技术方案中，在所述输出轴上盖的上方及下盖的下方设置有轴承端盖，所述轴承端盖用于输出轴轴承的径向和轴向定位，所述轴承端盖包括法兰及设置在法兰上的凸台，所述法兰沿圆周均布有轴承孔，所述轴承端盖通过轴承端盖螺栓穿过轴承孔设置于上盖的内环上。

在上述技术方案中，在所述上盖活塞筒的内壁上形成有上盖密封环安装槽，所述下盖活塞筒的内壁上形成有下盖密封环安装槽，在各所述气缸内设置有密封环。

在上述技术方案中，所述输出轴的轴身中段形成有棘轮部，所述棘轮部的两侧形成有相对称的轴环部，所述轴环部的两侧形成有相对称的轴承轴部，所述输出轴的任意一端作为输出轴部。

在上述技术方案中，所述上活塞的径向连杆向下弯曲，所述下活塞的径向连杆向上弯曲，以使上活塞和下活塞的周向连杆及安装于其上的活塞头位于同一水平面内。

在上述技术方案中，所述气缸为两端开口的扇形管，所述扇形管的扇形角度为60度，所述扇形管两两之间的间隔角度为30度。

在上述技术方案中，所述棘爪包括基座、棘爪头，销柱和扭簧，所述基座固定安装于所述轴承轴的内壁上，所述基座上设置有销柱，销柱上通过扭簧安装有棘爪头，工作时棘爪头的接触面抵在所述棘轮部的的棘轮齿上，所述棘爪用以卡住输出轴的棘轮部，逆向锁死，使输出轴进行单向转动。

本实用新型的优点和有益效果为：

本实用新型通过将活塞固定在转动副上，两活塞随着汽油四冲程燃烧做功而反复绕轴摇摆，经棘轮向输出轴输出转矩。能取代传统汽油机为机动车、作业车、船舶等提供动力。

附图说明

图1为摇摆式非接触活塞汽油机整体结构示意图。

图2为摇摆式非接触活塞汽油机整体结构侧视图。

图3为摇摆式非接触活塞汽油机内部结构示意图。

图4为摇摆式非接触活塞汽油机输出轴剖视图。

图5为上活塞结构示意图。

图6为输出轴结构示意图。

图7为上盖结构示意图。

图8为下盖结构示意图。

图9为棘爪结构示意图。

图10为轴承端盖结构示意图。

图11为活塞做功示意图1。

图12为活塞做功示意图2。

图13为棘轮透视图。

其中：1为输出轴，1-1为棘轮部，1-1-1为棘轮齿，1-2为轴环部，1-3为轴承轴部，1-4为输出轴部；2为轴承端盖，2-1轴承孔，2-2凸台，2-3法兰；3为上盖，3-1为上盖连接法兰，3-2为上盖密封环安装槽，3-3为上盖活塞筒，3-4为进排气口，3-5为上盖骨架，3-6为轴承孔，3-7为上盖安装孔；4为下盖，4-1为下盖连接法兰，4-2为下盖密封环安装槽，4-3为下盖活塞筒，4-4为点火器口，4-5为下盖骨架，4-6为轴承轴，4-7为下盖安装孔；5为上活塞，5-1为轴承轴，5-2为轴承孔，5-3为活塞头，5-4为径向连杆，5-5为周向连杆；6为下活塞，7为轴承端盖螺栓，8为上下盖螺栓，9为点火器，10为密封环，11为输出轴轴承，12为活塞轴承，13为圆柱销，14为棘爪，14-1为销孔，14-2为扭簧槽，14-3为接触面，15为扭簧，16为第一气缸，17为第二气缸，18为第三气缸，19为第四气缸。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例1

一种摇摆式非接触活塞汽油机，包括输出轴1、上盖3、下盖4、上活塞5、下活塞6和点火器9；

输出轴上同轴设置上盖、上活塞、下活塞和下盖，所述上盖和下盖相拼接形成四个呈中心对称供上活塞、下活塞做功的气缸(第一气缸16、第二气缸17、第三气缸18和第四气缸19)，所述上活塞和下活塞一上一下地交叉设置于输出轴的棘轮部(上活塞位于下活塞的上方)，所述上活塞(下活塞)包括环形轴承轴5-1、对称设置于轴承轴两侧的径向连杆5-4、设置在径向连杆上的周向连杆5-5以及设置于周向连杆两端与所述气缸相匹配的活塞头5-3，所述轴承轴的内壁上设置有用于拨动输出轴的棘轮部使之进行间歇运动的棘爪14，每个所述气缸上均设置有点火器并形成有进排气口3-4。

所述上盖包括上盖骨架3-5和4个上盖活塞筒3-3，所述上盖骨架由内环、外环以及连接于内环、外环之间的支撑臂构成，所述上盖活塞筒等距均布于上盖骨架的外环上，所述上盖活塞筒的两侧延伸设置有上盖连接法兰3-1，所述上盖骨架的内环中心处形成有轴承孔3-6，所述上盖活塞筒上均形成有进排气口。

所述下盖包括下盖骨架4-5和4个下盖活塞筒4-3，所述下盖骨架由内环、外环以及连接于内环、外环之间的支撑臂构成，所述下盖活塞筒等距均布于下盖骨架的外环上，所述下盖活塞筒的两侧延伸设置有下盖连接法兰4-1，所述下盖骨架的内环中心处形成有轴承轴4-6，所述上盖活塞筒上均形成有用于安装点火器的点火器口4-4。

所述上盖骨架的外环及上盖连接法兰上设置有上盖安装孔3-7，所述下盖骨架的外环及下盖连接法兰上设置有与上盖安装孔位置相对的下盖安装孔4-7，所述上盖与下盖之间通过上下盖螺栓8安装于上盖安装孔、下盖安装孔内实现对接固定。

在所述输出轴上盖的上方及下盖的下方设置有轴承端盖2，所述轴承端盖用于输出轴轴承的径向和轴向定位，所述轴承端盖包括法兰2-3及设置在法兰上的凸台2-2，所述法兰沿圆周均布有轴承孔2-1，所述轴承端盖通过轴承端盖螺栓7穿过轴承孔设置于上盖的内环上。

在所述上盖活塞筒的内壁上形成有上盖密封环安装槽3-2，所述下盖活塞筒的内壁上形成有下盖密封环安装槽4-2，在各所述气缸内设置有密封环10。

所述输出轴的轴身中段形成有棘轮部，所述棘轮部的两侧形成有相对称的轴环部，所述轴环部的两侧形成有相对称的轴承轴部，所述输出轴的任意一端作为输出轴部。

所述上活塞的径向连杆向下弯曲，所述下活塞的径向连杆向上弯曲，以使上活塞和下活塞的周向连杆及安装于其上的活塞头位于同一水平面内。

所述气缸为两端开口的扇形管，所述扇形管的扇形角度为60度，所述扇形管两两之间的间隔角度为30度。

所述棘爪包括基座、棘爪头，销柱和扭簧，所述基座固定安装于所述轴承轴的内壁上，所述基座上设置有销柱，销柱上通过扭簧安装有棘爪头，工作时棘爪头的接触面14-3抵在所述棘轮部的的棘轮齿1-1-1上，所述棘爪用以卡住输出轴的棘轮部，逆向锁死，使输出轴进行单向转动。

实施例2

如图1所示，输出轴，输出轴用于将上活塞、下活塞的转矩转化成旋转运动输出至外界。轴承端盖，用于输出轴轴承的径向和轴向定位。上盖，用于在上侧构成气缸并相对活塞轴承定位。下盖，用于在下侧构成气缸并相对活塞轴承定位。上活塞，用于传递活塞的受力至输出轴的扭矩。下活塞，用于传递活塞的受力至输出轴的扭矩。

如图2所示，两轴承端盖分别经轴承端盖螺栓连接至上盖、下盖。上盖、下盖经上下盖螺栓连接成一体。点火器经螺纹连接至下盖的点火器口。

如图3所示，下盖、上盖均设置有密封环安装槽，密封环安装于两密封环安装槽之间。用于保证上下盖之间的气密性。

如图4所示，两个输出轴轴承分别安装于输出轴的两轴承轴部。用于输出轴与上下盖之间构成转动副。三个活塞轴承分别串联安装于上活塞轴承轴、上活塞轴承孔、下活塞轴承轴、下活塞轴承孔处，并分别与上盖轴承孔、下盖轴承轴串联安装。上下盖、上活塞、下活塞之间彼此构成转动副。

如图5所示，上活塞的轴承孔底部有销孔，通过圆柱销穿过扭簧与棘爪构成转动副，扭簧的弹力会将棘爪推向输出轴的棘轮处并压紧。与上活塞类似，下活塞的轴承孔底部有销孔，通过圆柱销穿过扭簧与棘爪构成转动副，扭簧的弹力会将棘爪推向输出轴的棘轮处并压紧。

如图6所示，输出轴中间形成有棘轮部用于与棘爪配合传递转矩。棘轮部两端形成轴环部用于输出轴轴承的轴向定位。轴环部的两侧形成有轴承轴部，用于输出轴轴承的径向定位。轴承轴部向外一侧形成有输出轴部用于将输出轴的扭矩传递至外界。

如图7所示，上盖有连接法兰用于与下盖的连接法兰的配合安装。上盖密封环安装槽用于与密封环的配合安装。上盖活塞筒与上盖活塞筒共同构成气缸，上、下活塞在气缸中绕输出轴做旋转运动。

如图8所示，下盖有连接法兰用于与上盖的连接法兰的配合安装。下盖密封环安装槽用于与密封环的配合安装。下盖活塞筒与上盖活塞筒共同构成气缸，上、下活塞在气缸中绕输出轴做旋转运动。

如图9所示，棘爪头上形成有销孔，并有扭簧槽用于安装扭簧，扭簧的一端与扭簧槽底部配合，棘爪头的接触抵在输出轴棘轮部分。

如图10所示，轴承端盖中有轴承孔，用于输出轴轴承的轴向定位和径向定位，轴承孔孔中间穿过输出轴。孔的外侧为凸台，用于与上下盖的径向定位。凸台下端有法兰，法兰上设有若干螺栓孔用于与上下盖的螺栓连接。

实施例3

去掉上盖和轴承端盖的本实用新型如图11、图12所示，分别称图中的四个气缸为：第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸。

图11中，上活塞位于顺时针极限位，下活塞位于逆时针极限位，在第一气缸处，上、下活塞的两活塞部分靠近处于压缩状态，其中的汽油、空气混合气体在汽油燃烧四冲程中的压缩冲程。在第二气缸处，上、下活塞的两活塞部分远离处于扩张状态，其中的汽油、空气混合气体被点火器点燃，在汽油燃烧四冲程中的做功冲程。在第三气缸处，上、下活塞的两活塞部分靠近处于压缩状态，其中的燃烧废气被活塞挤出，从进排气口排出，在汽油燃烧四冲程中的排气冲程。在第四气缸处，上、下活塞的两活塞部分远离处于扩张状态，燃料、空气混合气被活塞吸入，从进排气口进入，在汽油燃烧四冲程中的吸气冲程。

当一个冲程结束后，下一冲程开始，如图12中，上活塞位于逆时针极限位，下活塞位于顺时针极限位，在第一气缸处，上、下活塞的两活塞部分远离处于扩张状态，其中的汽油、空气混合气体被点火器点燃，在汽油燃烧四冲程中的做功冲程。在第二气缸处，上、下活塞的两活塞部分靠近处于压缩状态，其中的燃烧废气被活塞挤出，从进排气口排出，在汽油燃烧四冲程中的排气冲程。在第三气缸处，上、下活塞的两活塞部分远离处于扩张状态，燃料、空气混合气被活塞吸入，从进排气口进入，在汽油燃烧四冲程中的吸气冲程。在第四气缸处，上、下活塞的两活塞部分靠近处于压缩状态，其中的汽油、空气混合气体在汽油燃烧四冲程中的压缩冲程。

上述冲程结束后，零件状态恢复成图11，基于类似原理，第一气缸进入排气冲程，第二气缸进入吸气冲程，第三气缸进入压缩冲程，第四气缸进入做功冲程。

上述冲程结束后，零件状态恢复成图12，基于类似原理，第一气缸进入吸气冲程，第二气缸进入压缩冲程，第三气缸进入做功冲程，第四气缸进入排气冲程。

上述冲程结束后，零件状态和冲程状态恢复成图11，将继续从图11的状态重新开始循环工作。

如图13棘轮透视图所示，四冲程进行过程中，上、下活塞将随着绕输出轴左右摇摆，在摇摆过程中，下活塞顺时针旋转时，上活塞逆时针旋转，下活塞逆时针旋转时，上活塞顺时针旋转，即二者的摇摆永远反向。当下活塞或上活塞顺时针旋转时，其棘爪推动棘轮的背面齿顺时针旋转；当下活塞或上活塞逆时针旋转时，其棘爪从棘轮的顺面齿滑过，两过程无限循环以驱动输出轴顺时针旋转。

所述的点火器可使用火花塞等生成瞬时高温的零件实现，其中高温的温度大于压缩工况下的汽油-空气燃点。

所述的进排气口经过一个阀门零件连接外部的进气回路和排气回路实现。其中阀门零件的功能需包括：随冲程变化切换进气回路与进排气口连接状态，以及切换排气回路与进排气口连接状态。可实现上述功能的阀门包括：电控三向阀门等。

所述的进气回路连接汽油供油和空气管路。

所述的排气回路连接排气管路。

本专利可实施的形式包括但不限于：(1)设备可用于为机械设备提供持续的，旋转型的动力输出，如用于汽车、拖拉机发动机等(2)设备可直接利用前后活塞零件的摆动工作原理，为机械设备提供摆动的动力输出，如驱动刨床、冲压设备等。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种摇摆式非接触活塞汽油机，其特征在于：包括输出轴、上盖、下盖、上活塞、下活塞和点火器；

输出轴上同轴设置上盖、上活塞、下活塞和下盖，所述上盖和下盖相拼接形成四个呈中心对称供上活塞、下活塞做功的气缸，所述上活塞和下活塞一上一下地交叉设置于输出轴的棘轮部，所述上活塞包括环形轴承轴、对称设置于轴承轴两侧的径向连杆、设置在径向连杆上的周向连杆以及设置于周向连杆两端与所述气缸相匹配的活塞头，所述轴承轴的内壁上设置有用于拨动输出轴的棘轮部使之进行间歇运动的棘爪，每个所述气缸上均设置有点火器并形成有进排气口。

2.根据权利要求1所述的一种摇摆式非接触活塞汽油机，其特征在于：所述上盖包括上盖骨架和4个上盖活塞筒，所述上盖骨架由内环、外环以及连接于内环、外环之间的支撑臂构成，所述上盖活塞筒等距均布于上盖骨架的外环上，所述上盖活塞筒的两侧延伸设置有上盖连接法兰，所述上盖骨架的内环中心处形成有轴承孔，所述上盖活塞筒上均形成有进排气口。

3.根据权利要求1所述的一种摇摆式非接触活塞汽油机，其特征在于：在所述输出轴上盖的上方及下盖的下方设置有轴承端盖，所述轴承端盖用于输出轴轴承的径向和轴向定位，所述轴承端盖包括法兰及设置在法兰上的凸台，所述法兰沿圆周均布有轴承孔，所述轴承端盖通过轴承端盖螺栓穿过轴承孔设置于上盖的内环上。

4.根据权利要求1所述的一种摇摆式非接触活塞汽油机，其特征在于：所述输出轴的轴身中段形成有棘轮部，所述棘轮部的两侧形成有相对称的轴环部，所述轴环部的两侧形成有相对称的轴承轴部，所述输出轴的任意一端作为输出轴部。

5.根据权利要求1所述的一种摇摆式非接触活塞汽油机，其特征在于：所述上活塞的径向连杆向下弯曲，所述下活塞的径向连杆向上弯曲，以使上活塞和下活塞的周向连杆及安装于其上的活塞头位于同一水平面内。

6.根据权利要求1所述的一种摇摆式非接触活塞汽油机，其特征在于：所述气缸为两端开口的扇形管，所述扇形管的扇形角度为60度，所述扇形管两两之间的间隔角度为30度。

7.根据权利要求1所述的一种摇摆式非接触活塞汽油机，其特征在于：所述棘爪包括基座、棘爪头，销柱和扭簧，所述基座固定安装于所述轴承轴的内壁上，所述基座上设置有销柱，销柱上通过扭簧安装有棘爪头。