本發(fā)明涉及微型擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其涉及了一種軸向進(jìn)氣的微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

微型設(shè)備和便攜設(shè)備發(fā)展迅速，市場(chǎng)需求旺盛，但現(xiàn)有的以電池為主的供能系統(tǒng)的能量密度很低，無(wú)法滿足此類設(shè)備的要求。供能系統(tǒng)已經(jīng)成為了這類設(shè)備發(fā)展的最主要瓶頸。因此，迫切需求具有高能量密度的能量供給單元?；谌剂先紵奈⑿湍茉磩?dòng)力系統(tǒng)采用碳?xì)浠衔镒鳛槿剂?，在能量密度和功率密度兩方面都遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的鋰電池，是一種有效的供能方案。其中，微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于加工和成本低等優(yōu)點(diǎn)，是非常有前景的微型能源動(dòng)力系統(tǒng)方案之一。微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)主要包括缸體、擺臂、轉(zhuǎn)軸和火花塞等關(guān)鍵部件。每個(gè)擺臂將缸體的一個(gè)內(nèi)腔分為兩個(gè)氣缸，燃料與空氣的混合物在相鄰的兩個(gè)氣缸內(nèi)交替點(diǎn)火，氣體膨脹做功后推動(dòng)擺臂在腔室內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，擺臂帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸可直接向外輸出動(dòng)力或帶發(fā)電機(jī)輸出電力。

在各種發(fā)動(dòng)機(jī)中，進(jìn)排氣部件一直都是核心的部件，直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。現(xiàn)有微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方案采用采用彈簧片的結(jié)構(gòu)來(lái)控制進(jìn)氣。這種結(jié)構(gòu)至少存在以下不足：(1)進(jìn)、排氣閥門的開(kāi)關(guān)是由彈簧片兩邊的壓差來(lái)控制的，受到彈簧片自身彈性的限制，閥門的響應(yīng)頻率較低，很難適應(yīng)較高的擺動(dòng)頻率；(2)彈簧片通過(guò)氣壓與進(jìn)氣口封閉，密封的效果差，很難達(dá)到阻隔進(jìn)氣道和燃燒室的目的，容易出現(xiàn)持續(xù)燃燒和回火的問(wèn)題，且會(huì)導(dǎo)致氣缸內(nèi)高壓氣體泄漏，大幅度降低發(fā)動(dòng)機(jī)的壓升，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率；(3)彈簧片與燃燒室直接連接，彈簧片會(huì)被加熱到很高的溫度，最終失去彈性，無(wú)法工作，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命和可靠性。鑒于以上原因，有必要改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，提升進(jìn)氣閥門的響應(yīng)頻率和穩(wěn)定性，從而提升微型內(nèi)燃擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和使用壽命。

擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)的部件尺寸只有厘米量級(jí)，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命和可靠性，發(fā)動(dòng)機(jī)的部件要盡可能少。這要求進(jìn)排氣的部件結(jié)構(gòu)要盡可能地簡(jiǎn)單，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)自動(dòng)控制進(jìn)排氣口的開(kāi)關(guān)，以提升發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)和不足，為了改進(jìn)微型擺動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，本發(fā)明旨在提供一種軸向進(jìn)氣的微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣通道由轉(zhuǎn)子、擺臂和氣缸等關(guān)鍵部件直接構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且這些部件的耐高溫能力遠(yuǎn)強(qiáng)于彈簧片閥門結(jié)構(gòu)，可有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性和壽命；進(jìn)氣通道的開(kāi)關(guān)由擺臂的運(yùn)動(dòng)角度來(lái)控制，可大幅提升進(jìn)氣閥門的響應(yīng)頻率，保證進(jìn)氣閥門在正確的時(shí)間打開(kāi)和關(guān)閉，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火控制；氣缸的支撐臂表面與擺臂共同構(gòu)成進(jìn)氣閥門，密封效果更好，可有效防止燃燒室的氣體回流和火焰的回火現(xiàn)象；進(jìn)氣口與排氣口位置相對(duì)，掃氣面積貫通整個(gè)燃燒室，更有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的掃氣過(guò)程，可提升燃料的燃燒效率，進(jìn)而提升發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。此外，相對(duì)的布置方式還可以增加氣缸內(nèi)的湍流度，提升燃料燃燒速度。發(fā)動(dòng)機(jī)的整體布置減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的部件，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，有利于進(jìn)一步提升其功率密度和能量密度。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為：

一種軸向進(jìn)氣的微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括轉(zhuǎn)軸、擺臂結(jié)構(gòu)和氣缸，其特征在于，

--所述轉(zhuǎn)軸整體呈圓柱形結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)軸的中心沿其軸向設(shè)有軸向進(jìn)氣通道，所述轉(zhuǎn)軸的外圓周壁上設(shè)有與所述軸向進(jìn)氣通道連通的若干徑向進(jìn)氣通道，所述徑向進(jìn)氣通道靠近所述轉(zhuǎn)軸的下端設(shè)置；

--所述擺臂結(jié)構(gòu)包括擺臂本體和兩個(gè)擺臂，所述擺臂本體為圓筒狀結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)擺臂均布在所述擺臂本體的外圓周壁上，所述擺臂本體上也設(shè)有若干徑向進(jìn)氣通道，所述擺臂本體上的徑向進(jìn)氣通道與所述轉(zhuǎn)軸上的徑向進(jìn)氣通道一一對(duì)應(yīng)；

--所述氣缸包括缸體，所述缸體上形成有兩個(gè)用以支撐擺臂結(jié)構(gòu)的支撐臂，兩個(gè)所述支撐臂對(duì)稱布置在缸體上，兩個(gè)所述支撐臂的末端均呈圓弧形的光滑壁面，兩個(gè)所述支撐臂的末端所限定的空間與所述擺臂本體的外圓周壁相適配；所述缸體上還形成有兩個(gè)扇形氣缸孔，兩個(gè)所述扇形氣缸孔位于所述支撐臂的兩側(cè)，每個(gè)所述扇形氣缸孔的弧形側(cè)壁上設(shè)置至少一排氣口，且每個(gè)所述扇形氣缸孔的弧形側(cè)壁與所述擺臂的末端形狀相適配；

--所述擺臂結(jié)構(gòu)通過(guò)其擺臂本體的外圓周壁裝配在兩個(gè)所述支撐臂末端所限定的空間內(nèi)，所述擺臂本體上的徑向進(jìn)氣道出口與兩個(gè)所述氣缸支撐臂表面形成進(jìn)氣閥門，進(jìn)氣通道的開(kāi)閉通過(guò)所述擺臂結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)位置控制。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)軸的外圓周壁上設(shè)有沿軸向延伸的鍵槽，所述擺臂本體的內(nèi)圓周壁上設(shè)有沿軸向延伸的鍵槽，所述擺臂結(jié)構(gòu)通過(guò)其擺臂本體的內(nèi)圓周壁套設(shè)在所述轉(zhuǎn)軸的外圓周壁上，且通過(guò)所述轉(zhuǎn)軸和擺臂本體的鍵槽鍵連接在一起；所述轉(zhuǎn)軸與擺臂結(jié)構(gòu)裝配后，所述轉(zhuǎn)軸末端的徑向進(jìn)氣通道與所述擺臂本體上的徑向進(jìn)氣通道一一對(duì)應(yīng)，且所述轉(zhuǎn)軸末端的端面與擺臂本體的底面平齊。

優(yōu)選地，所述擺臂結(jié)構(gòu)通過(guò)其擺臂本體的外圓周壁裝配在兩個(gè)支撐臂末端所限定的空間內(nèi)，擺臂結(jié)構(gòu)裝配在支撐臂上后，擺臂本體上的徑向進(jìn)氣通道與氣缸孔連通，擺臂結(jié)構(gòu)的底面與缸體的底面平齊，擺臂結(jié)構(gòu)可在支撐臂上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述兩個(gè)擺臂與擺臂本體一體制成。

優(yōu)選地，所述缸體整體呈板狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)軸、擺臂結(jié)構(gòu)和氣缸均由金屬制成。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)軸的外徑與所述擺臂本體的內(nèi)徑相匹配。

優(yōu)選地，所述擺臂的外徑與氣缸孔的內(nèi)徑相匹配。

優(yōu)選地，所述兩個(gè)支撐臂的直徑與擺臂本體的外徑相匹配。

優(yōu)選地，所述兩個(gè)擺臂的結(jié)構(gòu)和尺寸相同，也可以不相同。

同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的軸向進(jìn)氣的微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有以下顯著的技術(shù)效果：

1、發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣通道由轉(zhuǎn)軸、擺臂結(jié)構(gòu)和氣缸等關(guān)鍵部件直接構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且這些部件的耐高溫能力遠(yuǎn)強(qiáng)于彈簧片閥門結(jié)構(gòu)，可有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性和壽命。

2、進(jìn)氣通道的開(kāi)閉由擺臂結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)角度來(lái)控制，可大幅提升進(jìn)氣閥門的響應(yīng)頻率，保證進(jìn)氣閥門在正確的時(shí)間打開(kāi)和關(guān)閉，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火控制。

3、進(jìn)氣閥門由擺臂和氣缸支撐臂接觸面構(gòu)成，密封效果更好，可有效防止燃燒室的氣體回流，和火焰的回火現(xiàn)象。

4、燃燒室的進(jìn)氣口與排氣口位置相對(duì)，掃氣面積貫通整個(gè)燃燒室，更有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的掃氣過(guò)程，可提升燃料的燃燒效率，進(jìn)而提升發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。此外，相對(duì)的布置方式還可以增加氣缸內(nèi)的湍流度，提升燃料燃燒速度。

5、減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的部件，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，有利于進(jìn)一步提升其功率密度和能量密度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的軸向進(jìn)氣的微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的軸向進(jìn)氣的微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的軸向進(jìn)氣的微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的擺臂結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的軸向進(jìn)氣的微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。以下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，不用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

如圖1所示，本發(fā)明的軸向進(jìn)氣的微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括轉(zhuǎn)軸10、擺臂結(jié)構(gòu)20和氣缸30。如圖2所示，轉(zhuǎn)軸10整體呈圓柱形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)軸10的中心沿其軸向設(shè)有軸向進(jìn)氣通道12，轉(zhuǎn)軸10的外圓周壁上設(shè)有若干徑向進(jìn)氣通道11以及沿軸向延伸的鍵槽13，徑向進(jìn)氣通道11靠近轉(zhuǎn)軸10的下端設(shè)置，并且徑向進(jìn)氣通道11與軸向進(jìn)氣通道12連通。如圖3所示，擺臂結(jié)構(gòu)20包括擺臂本體和兩個(gè)擺臂21，擺臂本體為圓筒狀結(jié)構(gòu)，擺臂本體的內(nèi)圓周壁上設(shè)有沿軸向延伸的鍵槽22，擺臂本體上還設(shè)有若干徑向進(jìn)氣通道23，兩個(gè)擺臂21均布在擺臂本體的外圓周壁上并且兩個(gè)擺臂21與擺臂本體一體制成。如圖4所示，氣缸30包括缸體31、排氣口32、支撐臂33、氣缸孔34，其中，缸體31整體呈板狀結(jié)構(gòu)，缸體31上形成有兩個(gè)用以支撐擺臂結(jié)構(gòu)20的支撐臂33，兩個(gè)支撐臂33對(duì)稱布置在缸體31上，兩個(gè)支撐臂33的末端均呈圓弧形的光滑壁面，兩個(gè)支撐臂33的末端所限定的空間與擺臂本體的外圓周壁相適配；缸體31上還形成有兩個(gè)扇形氣缸孔34，兩個(gè)扇形氣缸孔34位于支撐臂33的兩側(cè)，每個(gè)扇形氣缸孔34的弧形側(cè)壁上設(shè)置至少一排氣口32，且每個(gè)扇形氣缸孔34的弧形側(cè)壁與擺臂21的末端形狀相適配。

如圖1所示，本發(fā)明的軸向進(jìn)氣的微型擺動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行裝配時(shí)，擺臂結(jié)構(gòu)20通過(guò)其擺臂本體的內(nèi)圓周壁套設(shè)在轉(zhuǎn)軸10的外圓周壁上，并通過(guò)轉(zhuǎn)軸10外圓周壁上的鍵槽13以及擺臂本體內(nèi)圓周壁上的鍵槽22鍵連接在一起，轉(zhuǎn)軸10與擺臂結(jié)構(gòu)20裝配后，轉(zhuǎn)軸10末端的徑向進(jìn)氣通道11與擺臂本體上的徑向進(jìn)氣通道23一一對(duì)應(yīng)，且轉(zhuǎn)軸10末端的端面與擺臂本體的底面平齊。此外，擺臂結(jié)構(gòu)20通過(guò)其擺臂本體的外圓周壁裝配在兩個(gè)支撐臂33末端所限定的空間內(nèi)，擺臂結(jié)構(gòu)20裝配在支撐臂33上后，擺臂本體上的徑向進(jìn)氣通道23與氣缸孔34連通，擺臂結(jié)構(gòu)20的底面與缸體31的底面平齊，擺臂結(jié)構(gòu)20可在支撐臂33上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選地，本發(fā)明的微型內(nèi)燃式擺動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)軸10、擺臂結(jié)構(gòu)20和氣缸30均由金屬制成。轉(zhuǎn)軸10的外徑為16mm，軸向進(jìn)氣通道12的直徑為8mm，與擺臂連接部分的4個(gè)徑向進(jìn)氣通道11的孔徑為2mm。擺臂結(jié)構(gòu)20中，擺臂21的外徑為46mm，擺臂本體的外徑為22mm，在與轉(zhuǎn)軸10相連的位置開(kāi)有四個(gè)直徑為2mm的徑向進(jìn)氣通道23，轉(zhuǎn)軸10上的4個(gè)徑向進(jìn)氣通道11與擺臂本體上的4個(gè)徑向進(jìn)氣通道23連通。兩個(gè)氣缸孔34的直徑為46mm，每個(gè)氣缸孔34的頂部開(kāi)有直徑為2mm的排氣口32。兩個(gè)支撐臂33的末端均呈圓弧形的光滑壁面，其直徑與擺臂本體的外徑相同，為22mm。

在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣缸30中的兩個(gè)支撐臂33與擺臂結(jié)構(gòu)20共同作用形成進(jìn)氣閥門，通過(guò)擺臂結(jié)構(gòu)20的擺動(dòng)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣通道的打開(kāi)與關(guān)閉，可有效提升進(jìn)氣閥門的響應(yīng)頻率，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)的擺動(dòng)頻率。當(dāng)擺臂結(jié)構(gòu)20擺動(dòng)到一定角度時(shí)，進(jìn)氣通道被支撐臂33與擺臂結(jié)構(gòu)20形成的進(jìn)氣閥門關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行壓縮和膨脹沖程；隨著擺臂結(jié)構(gòu)20的擺動(dòng)，進(jìn)氣通道打開(kāi)，預(yù)混氣進(jìn)入到氣缸內(nèi)掃氣。此外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣通道開(kāi)在轉(zhuǎn)軸10上，氣缸孔34的進(jìn)氣口與其排氣口32的位置相對(duì)，掃氣通道覆蓋整個(gè)氣缸孔34，可有效提升燃燒室的掃氣效率，此外，相對(duì)的布置方式還可以增加氣缸內(nèi)的湍流度，提升燃料燃燒速度及燃料的燃燒效率，進(jìn)而提升發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。由于進(jìn)氣閥門由支撐臂33與擺臂結(jié)構(gòu)20的接觸面構(gòu)成，密封效果好，可有效防止燃燒室的氣體回流，和火焰的回火現(xiàn)象。

此外，需要說(shuō)明的是，本說(shuō)明書中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡(jiǎn)單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。