專利名稱：自由活塞式旋轉動力發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及自由活塞式發(fā)動機領域。
背景技術：
在發(fā)動機領域中，所謂自由活塞式發(fā)動機包括直線式自由活塞式發(fā)動機和 擺動式自由活塞式發(fā)動機。近年來，自由活塞式發(fā)動機的研究和開發(fā)倍受關注。 實驗表明，自由活塞式發(fā)動機具有效率高，污染物生成少，造價低等優(yōu)勢。但 自由活塞式發(fā)動機也有其發(fā)展的瓶頸即往復運動的動力輸出如何高效，可靠地 轉化為旋轉動力源使用。雖然目前有不少研究中有利用液壓動力系統(tǒng)或發(fā)電系 統(tǒng)等將自由活塞式發(fā)動機往復式運動輸出轉化成旋轉或其他形式的動力源，但 其轉換的效率和成本都需要進一步的改進。除此之外，自由活塞式發(fā)動機可作 為二沖程式或四沖程式發(fā)動機，相比較而言，四沖程自由活塞式發(fā)動機要比二 沖程自由活塞式發(fā)動機在效率等方面具有不言而喻的優(yōu)勢。但是基于自由活塞 式發(fā)動機往復運動的特點，當其采用四沖程工作模式時，實現(xiàn)對發(fā)動機的配氣 機構的控制就很困難。如果能夠解決四沖程自由活塞式發(fā)動機的配氣及供油 (柴油機)等系統(tǒng)所需要的正時旋轉動力源問題，將能促進四沖程自由活塞式 發(fā)動機的商業(yè)化。目前有一些關于四沖程自由活塞式發(fā)動機的研究，如世界專
利W02007/059565等，但都沒有提出關于四沖程自由活塞式發(fā)動機的配氣機構 以及作為柴油機使用時凸輪式高壓油泵的正時動力源的解決方案。為此需要發(fā) 明一種可以作為旋轉動力源的或至少具有可以為其自身的四沖程配氣機構和 凸輪式高壓油泵的提供旋轉正時動力源的發(fā)動機。
發(fā)明內容
本實用新型中所述自由活塞式發(fā)動機是指直線式自由活塞式發(fā)動機、擺動 活塞式發(fā)動機、擺動活塞式轉子發(fā)動機、弧形缸轉子發(fā)動機和弧形缸擺動活塞 式發(fā)動機。這類發(fā)動機具有共同的特點，活塞在爆炸沖程開始時就具有力矩， 而且沒有可以用來對四沖程發(fā)動機的配氣機構等系統(tǒng)進行正時控制的旋轉動力源。所謂擺動活塞式發(fā)動機是指活塞在氣缸內擺動，形成容積變化，而構成 的發(fā)動機，此種發(fā)動機的活塞和氣缸不作圓周運動；所謂擺動活塞式轉子發(fā)動 機，是指與擺動活塞式發(fā)動機結構相同，但活塞在擺動的同時還作圓周運動； 弧形缸擺動活塞式發(fā)動機和弧形缸轉子發(fā)動機的結構與擺動活塞式發(fā)動機和 擺動活塞式轉子發(fā)動機的結構不同，所謂弧形缸擺動活塞式發(fā)動機是指氣缸的 中心線設為弧形，氣缸的斷面設為圓形或非圓形，活塞的活塞連接件設在氣缸 的燃燒室密封段之外，將氣缸和活塞中的一類設為固定式的發(fā)動機，若將氣缸 和活塞設為以所述氣缸中心弧線的圓心為圓心旋轉并相對擺動式，則構成所謂 弧形缸轉子發(fā)動機。擺動活塞式發(fā)動機和弧形缸擺動活塞式發(fā)動機各自均具有 兩個擺動系統(tǒng)。
眾所周知，要想制造出四沖程自由活塞式發(fā)動機就必須解決其配氣機構所 需要的可以用作正時控制的旋轉動力源。目前將自由活塞式發(fā)動機的往復式運 動轉換成旋轉動力源的方案有多種形式，如液壓式，電動式和曲軸式，但前兩 種方案不能作為對四沖程自由活塞式發(fā)動機的配氣機構和凸輪式高壓油泵所 需要的旋轉動力源，因為沒有固定的正時關系，而后一種方案即傳統(tǒng)的曲軸式， 則使自由活塞的最大優(yōu)勢無法得以體現(xiàn)，與傳統(tǒng)的往復式發(fā)動機基本上沒有區(qū) 別，因此使用曲軸式并無太大意義。因此就需要發(fā)明一種高效的，適用性強的 可以作為四沖程自由活塞式發(fā)動機的配氣機構和凸輪式高壓油泵的旋轉正時 動力源的發(fā)動機。
為此本實用新型公開了一種自由活塞式旋轉動力發(fā)動機，包括自由活塞 式發(fā)動機，旋轉體，結構件，其目的是這樣實現(xiàn)的
所述自由活塞式發(fā)動機的自由活塞連接件經(jīng)連接件銷軸直接或經(jīng)彈性連 接件A與所述結構件連接，所述結構件直接或經(jīng)彈性連接件B與旋轉體銷軸連 接，所述旋轉體銷軸直接或經(jīng)彈性連接件C與所述旋轉體連接，所述旋轉體與 動力軸連接，所述彈性連接件A，所述彈性連接件B和所述彈性連接件G中至 少須設置一個。
結構件、旋轉體銷軸、旋轉體和彈性連接件A和/或彈性連接件B和/或彈 性連接件C即構成了彈性曲柄連桿機構。所述彈性曲柄連桿機構的動力軸的軸承座設在所述自由活塞式發(fā)動機的缸體上或機體上；所述彈性曲柄連桿機構的 連接件銷軸設在擺動活塞式發(fā)動機的兩個擺動系統(tǒng)中的一個擺動系統(tǒng)上，所述 彈性曲柄連桿機構的動力軸的軸承座設在擺動活塞式發(fā)動機的兩個擺動系統(tǒng) 中的另一個擺動系統(tǒng)上。
所述彈性連接件A設為由預壓縮彈簧A和預壓縮彈簧B構成式。 所述彈性連接件B設為由預壓縮彈簧A和預壓縮彈簧B構成式。 所述彈性連接件C設為由預壓縮彈簧A和預壓縮彈簧B構成式。 本實用新型通過所述彈性連接件A，所述彈性連接件B和所述彈性連接件 C的單獨或共同設置，使得往復式運動可按正時關系轉換成旋轉運動，而又不 同于傳統(tǒng)曲柄連桿機構在死點位置處限制活塞的運動。雖然所述彈性連接件A， 所述彈性連接件B和所述彈性連接件C在所述自由活塞式旋轉動力發(fā)動機中存 在著能量的消耗和零件的磨損，但其消耗和磨損的程度是在滿足發(fā)動機輸出的 功率和使用壽命的基礎上的在可承受的范圍內。本實用新型所述動力軸可以用 作整個發(fā)動機的動力輸出軸，也可以只用作控制配氣機構和凸輪式高壓油泵以 及其他需要作為正時旋轉動力的動力輸出軸，而所述自由活塞式旋轉動力發(fā)動 機的絕大部分動力輸出仍然是以往復式運動的形式輸出。
本實用新型中所述旋轉體可設為桿式或飛輪式，也可通過調整旋轉體的轉 動慣量來匹配發(fā)動機的工作需求，使所述發(fā)動機的運行更平穩(wěn)，還可以將具有 相當轉動慣量的旋轉體作為整個所述自由活塞式旋轉動力發(fā)動機的飛輪，當所 述自由活塞式旋轉動力發(fā)動機啟動吋，啟動馬達可設為首先驅動旋轉體，進而 驅動所述自由活塞式旋轉動力發(fā)動機的自由活塞進行往復運動達到發(fā)動機啟 動的目的。
本實用新型中所述動力軸可通過齒輪，正吋皮帶和正時鏈條等與需要正時 驅動的部件連接，如凸輪軸等，實現(xiàn)對發(fā)動機的配氣機構，凸輪式高壓油泵(柴 油機)或其他需要作為正時旋轉動力的動力源的驅動。
本實用新型中的所述自由活塞式旋轉動力發(fā)動機可設為行程自由式，行程 限定式或負荷響應式自由活塞旋轉動力發(fā)動機。行程自由式是指自由活塞旋轉 動力發(fā)動機的行程和兩端的止點不受限制；行程限定式是指通過液壓式，機械
5式或電磁式限定裝置將活塞的行程限定；負荷響應式是指自由活塞旋轉動力發(fā)
動機的行程(排氣量)和壓縮比同時可控可調式。
所述自由活塞式旋轉動力發(fā)動機的活塞運動軌跡可設為直線形或圓弧形。 本實用新型的這種結構實現(xiàn)了用氣門對直線式自由活塞式發(fā)動機、擺動活
塞式發(fā)動機、擺動活塞式轉子發(fā)動機、弧形缸轉子發(fā)動機和弧形缸擺動活塞式
發(fā)動機進行配氣，避免了目前對這五類發(fā)動機的活塞潤滑只能通過在燃油中加
入機油的方式來對其進行潤滑，從而進一步提高了環(huán)保性。
本實用新型有以下有益的效果所述自由活塞式旋轉動力發(fā)動機結構簡
單，效率高、體積小、制造成本低、適用性能好，能夠較高效、可靠地實現(xiàn)對
四沖程自由活塞式發(fā)動機的配氣機構或其他需要正時旋轉動力的動力源的驅動。
圖1是本實用新型活塞連接件經(jīng)彈性連接件A與結構件連接的實施例結構示意圖 圖2是本實用新型結構件經(jīng)彈性連接件B與旋轉銷軸連接的實施例的結構示意圖
圖3是本實用新型旋轉體銷軸經(jīng)彈性連接件C與旋轉體連接的實施例結構示意圖 圖4是本實用新型活塞運動軌跡為圓弧形的實施例結構示意圖 圖5是本實用新型弧形缸擺動活塞式的實施例結構示意圖 圖6是圖2的三維結構示意圖
具體實施方式
附圖編號
1.自由活塞式發(fā)動機
2.旋轉體
3.結構件
4.自由活塞連接件
51.連接件銷軸
52.旋轉體銷軸
61.彈性連接件A
62.彈性連接件B
63.彈性連接件G
7.動力軸
81.預壓縮彈簧A
82.預壓縮彈簧B請參照圖1、 2、 3、 4、 5和6所示自由活塞式旋轉動力發(fā)動機，包括自 由活塞式發(fā)動機1，旋轉體2，結構件3，所述自由活塞式發(fā)動機1的自由活塞 連接件4經(jīng)連接件銷軸51直接或經(jīng)彈性連接件A61與所述結構件3連接，所 述結構件3直接或經(jīng)彈性連接件B62與旋轉體銷軸52連接，所述旋轉體銷軸 52直接或經(jīng)彈性連接件C63與所述旋轉體2連接，所述旋轉體2與動力軸7 連接，所述彈性連接件A，所述彈性連接件B和所述彈性連接件C中至少須設 置一個。
所述自由活塞式發(fā)動機的自由活塞連接件與彈性曲柄連桿機構連接使自 由活塞的往復運動轉換成由動力軸7向外輸出的旋轉運動。此旋轉動力的一部 分可用作控制配氣機構和凸輪式高壓油泵以及其他需要作為正時旋轉動力的 動力源。
請參照圖1所示自由活塞式旋轉動力發(fā)動機，所述彈性連接件A設為由預 壓縮彈簧A81和預壓縮彈簧B82構成式。
請參照圖2所示自由活塞式旋轉動力發(fā)動機，所述彈性連接件B設為由預 壓縮彈簧A81和預壓縮彈簧B82構成式。
請參照圖3所示自由活塞式旋轉動力發(fā)動機，所述彈性連接件C設為由預 壓縮彈簧A81和預壓縮彈簧B82構成式。
請參照圖4所示自由活塞式旋轉動力發(fā)動機，發(fā)動機活塞的運動軌跡為圓 弧形。
請參照圖5所示自由活塞式旋轉動力發(fā)動機，所述彈性曲柄連桿機構的連 接件銷軸設在擺動活塞式發(fā)動機的兩個擺動系統(tǒng)中的一個擺動系統(tǒng)上，所述彈 性曲柄連桿機構的動力軸的軸承座設在擺動活塞式發(fā)動機的兩個擺動系統(tǒng)中 的另一個擺動系統(tǒng)上。
權利要求1. 一種自由活塞式旋轉動力發(fā)動機，包括自由活塞式發(fā)動機(1)，旋轉體(2)，結構件(3)，其特征在于所述自由活塞式發(fā)動機(1)的自由活塞連接件(4)經(jīng)連接件銷軸(51)直接或經(jīng)彈性連接件A(61)與所述結構件(3)連接，所述結構件(3)直接或經(jīng)彈性連接件B(62)與旋轉體銷軸(52)連接，所述旋轉體銷軸(52)直接或經(jīng)彈性連接件C(63)與所述旋轉體(2)連接，所述旋轉體(2)與動力軸(7)連接，所述彈性連接件A，所述彈性連接件B和所述彈性連接件C中至少須設置一個。
2. 如權利要求1所述自由活塞式旋轉動力發(fā)動機，其特征在于所述彈性 連接件A (61)設為由預壓縮彈簧A (81)和預壓縮彈簧B (82)構成式。
3. 如權利要求1所述自由活塞式旋轉動力發(fā)動機，其特征在于所述彈性 連接件B (62)設為由預壓縮彈簧A (81)和預壓縮彈簧B (82)構成式。
4. 如權利要求1所述自由活塞式旋轉動力發(fā)動機，其特征在于所述彈性 連接件C (63)設為由預壓縮彈簧A (81)和預壓縮彈簧B (82)構成式。
專利摘要本實用新型公開了一種自由活塞式旋轉動力發(fā)動機，包括自由活塞式發(fā)動機，旋轉體，結構件，其特征在于所述自由活塞式發(fā)動機的自由活塞連接件經(jīng)連接件銷軸直接或經(jīng)彈性連接件A與所述結構件連接，所述結構件直接或經(jīng)彈性連接件B與旋轉體銷軸連接，所述旋轉體銷軸直接或經(jīng)彈性連接件C與所述旋轉體連接，所述旋轉體與動力軸連接，所述彈性連接件A，所述彈性連接件B和所述彈性連接件C中至少須設置一個。本實用新型將自由活塞式發(fā)動機的往復運動轉換成旋轉運動，可作為整個發(fā)動機的動力，也可以作為配氣機構和凸輪式高壓油泵以及其他需要正時旋轉的動力，該自由活塞式旋轉動力發(fā)動機結構簡單，成本低，適用性好。
文檔編號F02B71/00GK201288609SQ20082018015
公開日2009年8月12日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權日2008年11月28日
發(fā)明者靳北彪 申請人:靳北彪