雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，屬于發(fā)動機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括氣缸和能在氣缸內(nèi)作直線往復(fù)運(yùn)動的活塞，氣缸的兩側(cè)有兩個平行的曲軸，兩個曲軸相對應(yīng)的曲柄銷之間鉸接有連桿，構(gòu)成雙曲柄機(jī)構(gòu)；活塞后部的活塞桿上制作有連桿插槽和滑塊，連桿滑動插入連桿插槽內(nèi)，發(fā)動機(jī)內(nèi)固定有導(dǎo)向塊，導(dǎo)向塊形成有供滑塊滑動的導(dǎo)軌，滑塊插入導(dǎo)軌內(nèi)，曲軸的端部安裝有傳動齒輪，兩傳動齒輪之間嚙合安裝有輸出齒輪，輸出齒輪上安裝有輸出軸。本發(fā)明有效降低活塞與缸套的磨損和沖擊，提高陶瓷材料應(yīng)用在發(fā)動機(jī)上的可靠性，提高實(shí)際熱效率。
【專利說明】雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高效率發(fā)動機(jī)，屬于發(fā)動機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在發(fā)動機(jī)領(lǐng)域已知，奧托熱力循環(huán)包括兩個等容吸熱、放熱過程，兩個絕熱壓縮、膨脹過程，以壓縮比10為例，理論熱效率約60%。汽油機(jī)是近似遵循奧托循環(huán)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，實(shí)際熱效率約30% ;狄塞爾熱力循環(huán)包括一個等壓吸熱過程，一個等容放熱過程，兩個絕熱壓縮、膨脹過程，以壓縮比20為例，理論熱效率約58%。柴油機(jī)是近似遵循狄塞爾循環(huán)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，實(shí)際熱效率約35%。
[0003]由此可見，無論是汽油機(jī)還是柴油機(jī)，實(shí)際熱效率比理論熱效率都低很多，造成這種現(xiàn)象的主要原因之一是與高溫燃?xì)庵苯咏佑|的缸套、活塞等零部件是由絕熱效果較差的金屬材料制造，金屬材料持續(xù)可靠的工作需要依靠冷卻系統(tǒng)不斷的冷卻其從密閉燃燒室吸取的熱能。陶瓷材料是一種絕熱效果較好的材料，缸套、活塞等零部件與高溫燃?xì)庵苯咏佑|的部分如果使用陶瓷材料制造便可提高實(shí)際熱效率，但是因?yàn)樘沾刹牧系拇嘈远鴮?dǎo)致的低可靠性成為其應(yīng)用在發(fā)動機(jī)上的技術(shù)障礙。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，有效降低活塞與缸套的磨損和沖擊，提高陶瓷材料應(yīng)用在發(fā)動機(jī)上的可靠性，提高實(shí)際熱效率。
[0005]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，它包括氣缸和能在氣缸內(nèi)作直線往復(fù)運(yùn)動的活塞，
所述的氣缸的兩側(cè)共布置有兩個平行設(shè)置且規(guī)格相同的曲軸，兩個曲軸相對應(yīng)的曲柄銷之間鉸接有連桿，構(gòu)成雙曲柄機(jī)構(gòu)；
所述的活塞后部連接有活塞桿，活塞桿上制作有連桿插槽和滑塊，所述的連桿滑動插入所述的連桿插槽內(nèi)，所述的發(fā)動機(jī)內(nèi)固定有導(dǎo)向塊，導(dǎo)向塊形成有供滑塊滑動的導(dǎo)軌，所述的滑塊插入導(dǎo)軌內(nèi)，導(dǎo)軌的方向與活塞的運(yùn)動方向平行；
所述的氣缸上與活塞相對的一端裝有缸蓋，缸蓋與活塞之間形成密封燃燒室，缸蓋上具有進(jìn)氣孔和排氣孔。
[0006]所述的活塞、氣缸與高溫燃?xì)庵苯咏佑|的部分采用陶瓷材料。
[0007]所述的活塞是無裙部活塞，即活塞導(dǎo)向端與活塞密封端分離，所述的活塞密封端即所述的活塞，所述的活塞導(dǎo)向端是用所述的滑塊和導(dǎo)向塊替代有裙活塞的導(dǎo)向裙部。
[0008]所述的每個曲軸的端部安裝有傳動齒輪，兩傳動齒輪之間嚙合安裝有輸出齒輪，輸出齒輪上安裝有輸出軸。
[0009]所述的氣缸有多個，多個氣缸呈一條直線排列，所述的活塞、連桿、活塞桿和每個曲軸上的曲柄銷與氣缸的數(shù)量和位置相對應(yīng)。
[0010]所述的氣缸有多個，多個氣缸呈兩排平行布置，所述的活塞、活塞桿與氣缸的數(shù)量和位置相對應(yīng)；所述的連桿同時從兩曲軸之間的兩個活塞桿的連桿插槽內(nèi)穿過，連桿和每個曲軸上的曲柄銷與單排氣缸的數(shù)量和位置相對應(yīng)。
[0011]所述的活塞為雙頭活塞，即所述的活塞桿的兩端均設(shè)置有一個活塞，每端的活塞均配置有一個氣缸。
[0012]所述的活塞桿的兩端各有一排或雙排氣缸，所述的活塞、連桿、活塞桿和每個曲軸上的曲柄銷與氣缸的數(shù)量和位置相適配。
[0013]所述的導(dǎo)向塊的長度保證活塞位于上止點(diǎn)時滑塊不與導(dǎo)軌完全脫離。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明將受力作用點(diǎn)由高溫、高壓和高速的活塞與缸套往復(fù)作用區(qū)域轉(zhuǎn)移到其它低溫易潤滑區(qū)域，實(shí)現(xiàn)活塞與氣缸之間除活塞環(huán)背壓以外無其它作用力存在，實(shí)現(xiàn)使用陶瓷材料制造的缸套、活塞等零部件只承受高溫燃?xì)獾膲毫d荷，實(shí)現(xiàn)在不增加陶瓷材料韌性和制造成本的前提下提高其可靠性及使用壽命，因此具有如下優(yōu)占.1.活塞與缸套之間除活塞環(huán)背壓以外無其他作用力存在，與高溫燃?xì)庵苯咏佑|的缸套、活塞等零部件可以使用陶瓷材料制造，取消了冷卻系統(tǒng)，大幅度提高了熱效率。
[0015]2.降低了活塞與缸套之間摩擦損失，且整個機(jī)構(gòu)中所有的摩擦表面都處于低溫易潤滑環(huán)境中，提高了機(jī)械效率。
[0016]3.陶瓷材料的應(yīng)用提升了氣缸內(nèi)燃燒溫度，爆發(fā)出更大的缸壓，提升了功率和扭矩。
[0017]4.活塞與缸套之間摩擦力僅由活塞環(huán)背壓決定，可大幅度提高發(fā)動機(jī)極限轉(zhuǎn)速。
[0018]5.傳統(tǒng)直列發(fā)動機(jī)，高度尺寸是制約汽車總布置的一個關(guān)鍵尺寸，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為了減小活塞與缸套側(cè)向力，連桿孔心距一般是曲軸回轉(zhuǎn)半徑的3.2?4倍，雙曲柄機(jī)構(gòu)不受該因素限制。
[0019]6、與現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的直列4缸往復(fù)發(fā)動機(jī)通用性好，配氣機(jī)構(gòu)、曲軸都可以直接借用，可實(shí)施性強(qiáng)，改造成本低。
[0020]7、傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的連桿做往復(fù)擺動，存在慣性力；本發(fā)明的連桿做勻速轉(zhuǎn)動，不存在慣性力。
[0021]8.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單可靠，發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)越簡單，越具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0023]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的主視圖；
圖4是圖3的A-A剖視圖；
圖5是圖3的B-B剖面圖；
圖6是圖3的俯視圖；
圖7是圖6的C-C剖視圖(活塞位于上止點(diǎn))；
圖8是圖6的D-D剖視圖(活塞位于下止點(diǎn))；
圖9是圖6的E-E剖視圖； 圖10是本發(fā)明實(shí)施例2的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖11是本發(fā)明實(shí)施例2的主視圖；
圖12是本發(fā)明實(shí)施例2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖(即圖14的G-G剖視圖)；
圖13是圖11的F-F剖視圖；
圖14是圖11的俯視圖；
圖15是圖14的H-H剖視圖；
圖16是本發(fā)明實(shí)施例3的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖17是本發(fā)明實(shí)施例3的主視圖；
圖18是圖17的1-Ι剖視圖；
圖19是圖17的J-J剖面圖；
圖20是圖17的左視圖；
圖21是圖20的K-K剖視圖；
圖22是圖20的L-L剖視圖；
圖23是圖20的M-M剖視圖；
圖24是本發(fā)明實(shí)施例3活塞結(jié)構(gòu)示意圖；
圖25是圖14的N-N剖視圖。
[0024]圖中，1、曲軸，1-1、曲柄銷，1-2、曲軸主軸，2、氣缸，3、活塞，3-1、活塞桿，3-2、連桿插槽，3-3、滑塊，3-4、孔隙，4、連桿，5、導(dǎo)向塊，5-3、6、傳動齒輪，7、輸出軸，8、輸出齒輪，9、缸蓋，10、進(jìn)氣孔，11、火花塞或噴油器安裝孔，12、排氣孔，13、密封的燃燒室。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0026]如附圖所示，尤其參照圖1、圖4、圖6、圖7所示，一種雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，它包括氣缸2和能在氣缸內(nèi)作直線往復(fù)運(yùn)動的活塞3，所述的氣缸2的兩側(cè)共布置有兩個平行設(shè)置且規(guī)格相同的曲軸1，兩個曲軸1相對應(yīng)的曲柄銷1-1之間鉸接有連桿4，構(gòu)成雙曲柄機(jī)構(gòu)。
[0027]所述的活塞3后部連接有活塞桿3-1，活塞桿3-1上制作有連桿插槽3_2和滑塊3-3，所述的連桿4滑動插入所述的連桿插槽3-2內(nèi)，所述的發(fā)動機(jī)內(nèi)固定有導(dǎo)向塊5，導(dǎo)向塊5形成有供滑塊3-3滑動的導(dǎo)軌，所述的滑塊3-3插入導(dǎo)軌內(nèi)，導(dǎo)軌的方向與活塞3的運(yùn)動方向平行，導(dǎo)向塊5的長度保證活塞3位于上止點(diǎn)時滑塊3-3不從導(dǎo)軌完全脫出；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可以單獨(dú)設(shè)置，也可以與發(fā)動機(jī)缸體一體成型。所述的氣缸2上與活塞3相對的一端裝有缸蓋9，缸蓋9與活塞6之間形成密封燃燒室13，缸蓋9上具有進(jìn)氣孔10、火花塞或噴油器安裝孔11和排氣孔12，附圖的缸蓋部分不代表真實(shí)結(jié)構(gòu)，僅是原理示意；火花塞安裝孔是針對汽油機(jī)，噴油器安裝孔是針對柴油機(jī)。
[0028]發(fā)動機(jī)內(nèi)與高溫燃?xì)庵苯咏佑|的活塞、氣缸部分采用陶瓷材料。絕熱效果好，提升了氣缸內(nèi)燃燒溫度，爆發(fā)出更大的缸壓，提升了功率和扭矩。
[0029]所述的每個曲軸1的端部安裝有傳動齒輪6，兩傳動齒輪6之間嚙合安裝有輸出齒輪8，輸出齒輪8上安裝有輸出軸7。
[0030]所述的活塞是無裙部活塞，即活塞導(dǎo)向端與活塞密封端分離，所述的活塞密封端即所述的活塞，所述的活塞導(dǎo)向端是用所述的滑塊3-3和導(dǎo)向塊5替代有裙活塞的導(dǎo)向裙部。
[0031]所述的活塞桿3-1上有孔隙3-4，節(jié)省材料，減輕重量。
[0032]本發(fā)明可有如下實(shí)施例:
實(shí)施例1，參照圖2-圖9，所述的氣缸2有四個，四個氣缸2呈兩排平行布置，所述的活塞3、活塞桿3-1與氣缸2的數(shù)量和位置相對應(yīng)；所述的連桿4同時從兩曲軸1之間的兩個活塞桿3-1的連桿插槽3-2內(nèi)穿過，連桿4和每個曲軸1上的曲柄銷與單排氣缸2的數(shù)量和位置相對應(yīng)。
[0033]實(shí)施例2，參照圖10-圖15，所述的氣缸2有四個，四個氣缸2呈一條直線排列，所述的活塞3、連桿4、活塞桿3-1和每個曲軸1上的曲柄銷與氣缸2的數(shù)量和位置相對應(yīng)。
[0034]活塞做功時，活塞的直線往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為連桿和曲軸的轉(zhuǎn)動，導(dǎo)向塊承受側(cè)向力，受力區(qū)域轉(zhuǎn)移至氣缸外低溫易潤滑區(qū)域，曲軸的轉(zhuǎn)動由齒輪傳動副傳給輸出軸7，以對外做功。四個氣缸對應(yīng)四個沖程可保證輸出連續(xù)。
[0035]實(shí)施例3，參照圖16-圖25，所述的活塞3為雙頭活塞，即所述的活塞桿3_1的兩端均設(shè)置有一個活塞3，每端的活塞3均配置有一個氣缸2。作為一種改進(jìn)，所述的活塞桿3-1的兩端各有一排或雙排氣缸2，所述的活塞3、連桿4、活塞桿3-1和每個曲軸1上的曲柄銷與氣缸2的數(shù)量和位置相適配。
[0036]雙曲柄機(jī)構(gòu)中，活塞與連桿的摩擦力引起了活塞的側(cè)向力，活塞沿導(dǎo)向塊往復(fù)滑動，活塞側(cè)向力完全被導(dǎo)向塊承受從而不會引起活塞與缸套的沖擊摩擦。無論是活塞與連桿的摩擦還是活塞與導(dǎo)向塊的摩擦，都處于低溫易潤滑環(huán)境。實(shí)施例1和實(shí)施例2較易采用邊界潤滑，摩擦系數(shù)約0.02?0.06 ;實(shí)施例3較易采用壓力潤滑，摩擦系數(shù)0.003?0.01。其效果是:發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速4000r/min時，傳統(tǒng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)最大側(cè)向力3500N，活塞速度16m/s，活塞與缸套之間的磨損、密封、漏氣、機(jī)械噪聲等問題隨之而來。而本發(fā)明的活塞擁有獨(dú)特設(shè)計(jì):導(dǎo)向與密封分離，導(dǎo)向端承受全部載荷且處于低溫易潤滑區(qū)域，密封端無載荷且處于高溫區(qū)域，上述問題可得到良好的解決。往復(fù)直列4缸1.8L最大輸出扭矩:175Nm@4000r/min，最大輸出功率:90KW@5500r/min，制約最大扭矩時刻4000r/min上升的主要因素之一是活塞與缸套的磨損，該時刻以后發(fā)動機(jī)會主動降低噴油量來減小磨損。本發(fā)明雙曲柄機(jī)構(gòu)的活塞導(dǎo)向機(jī)構(gòu)處于低溫易潤滑環(huán)境，該處轉(zhuǎn)動副的壓力潤滑方式已經(jīng)相當(dāng)成熟，磨損量很小，因此最大扭矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時刻可以延伸至5500r/min左右。
[0037]另外，實(shí)施例1和實(shí)施例2可降低發(fā)動機(jī)高度尺寸；傳統(tǒng)水平對置發(fā)動機(jī)，橫向尺寸是制約汽車總布置的一個關(guān)鍵尺寸，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為了減小活塞與缸套側(cè)向力，連桿孔心距一般是曲軸回轉(zhuǎn)半徑的3.2?4倍，本發(fā)明采用雙曲柄機(jī)構(gòu)從而不受該因素限制；實(shí)施例3可降低發(fā)動機(jī)橫向尺寸。
【權(quán)利要求】
1.一種雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，它包括氣缸(2)和能在氣缸內(nèi)作直線往復(fù)運(yùn)動的活塞(3),其特征在于: 所述的氣缸(2)的兩側(cè)共布置有兩個平行設(shè)置且規(guī)格相同的曲軸(1)，兩個曲軸(1)相對應(yīng)的曲柄銷(1-1)之間鉸接有連桿(4),構(gòu)成雙曲柄機(jī)構(gòu)； 所述的活塞(3)后部連接有活塞桿(3-1),活塞桿(3-1)上制作有連桿插槽(3-2)和滑塊(3-3),所述的連桿(4)滑動插入所述的連桿插槽(3-2)內(nèi)，所述的發(fā)動機(jī)內(nèi)固定有導(dǎo)向塊(5),導(dǎo)向塊(5)形成有供滑塊(3-3)滑動的導(dǎo)軌，所述的滑塊(3-3)插入導(dǎo)軌內(nèi)，導(dǎo)軌的方向與活塞(3)的運(yùn)動方向平行； 所述的氣缸(2 )上與活塞(3 )相對的一端裝有缸蓋(9),缸蓋(9 )與活塞(6 )之間形成密封燃燒室(13),缸蓋(9 )上具有進(jìn)氣孔(10)和排氣孔(12^
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，其特征在于:所述的活塞(31氣缸(2)與高溫燃?xì)庵苯咏佑|的部分采用陶瓷材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，其特征在于:所述的活塞(3)是無裙部活塞，即活塞導(dǎo)向端與活塞密封端分離，所述的活塞密封端即所述的活塞(3),所述的活塞導(dǎo)向端是用所述的滑塊(3-3)和導(dǎo)向塊(5)替代有裙活塞的導(dǎo)向裙部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，其特征在于:所述的每個曲軸(1)的端部安裝有傳動齒輪(6),兩傳動齒輪(6)之間嚙合安裝有輸出齒輪(8),輸出齒輪(8)上安裝有輸出軸(了)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，其特征在于:所述的氣缸(2)有多個，多個氣缸(2)呈一條直線排列，所述的活塞(31連桿“)、活塞桿(3-1)和每個曲軸(1)上的曲柄銷與氣缸(2)的數(shù)量和位置相對應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，其特征在于:所述的氣缸(2)有多個，多個氣缸(2)呈兩排平行布置，所述的活塞(31活塞桿(3-1)與氣缸(2)的數(shù)量和位置相對應(yīng)；所述的連桿(4)同時從兩曲軸(1)之間的兩個活塞桿(3-1)的連桿插槽(3-2)內(nèi)穿過，連桿(4)和每個曲軸(1)上的曲柄銷與單排氣缸(2)的數(shù)量和位置相對應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，其特征在于:所述的活塞(3)為雙頭活塞，即所述的活塞桿(3-1)的兩端均設(shè)置有一個活塞(3),每端的活塞(3)均配置有一個氣缸⑵。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，其特征在于:所述的活塞桿(3-1)的兩端各有一排或雙排氣缸(2),所述的活塞(31連桿“)、活塞桿(3-1)和每個曲軸(1)上的曲柄銷與氣缸(2)的數(shù)量和位置相適配。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)，其特征在于:所述的導(dǎo)向塊(5)的長度保證活塞(3)位于上止點(diǎn)時滑塊(3-3)不與導(dǎo)軌完全脫離。
【文檔編號】F02B75/32GK104481689SQ201410653964
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】王蓬波, 周建濤, 劉洋 申請人:王蓬波