CN1032057A - 多缸整体装配四冲程摆动活塞内燃发动机 - Google Patents

Abstract

多缸整体装配四冲程摆动活塞内燃发动机。是 一种采用多个摆动活塞串联布置的多缸四冲程摆动 活塞内燃发动机。发动机包括曲轴、连杆、摆动活塞、 气缸体等主要零件。每个摆动活塞形成二个工作气 缸，气缸体采用水冷、摆动活塞采用油冷。新机型功 率大、重量尺寸小、结构简单、制造成本低、经济性 好。新机型工作可靠、运转性能好、零件受力、受热、 润滑良好。曲轴输出力矩均匀，功率范围广，可从小 功率发动机到万吨级船用主机，可制造汽油机、煤气 机、柴油机、压缩机。

Description

采用多个摆动活塞串联布置的多缸四冲程摆动活塞内燃发动机。

本发明根据国际专利分类表属于FOC9/00有摆动活塞机器或原动机。

在已有技术中美国专利US3338137，公开日1965年7月26日。西德专利DE3020499，公开日1981年12月17日。以上专利均为四连杆曲柄摆杆机构，其中美国专利US3338137图16中公开了一种与本发明相似的结构，两者的不同之处主要在活塞和燃烧室结构、配气机构上;西德专利DE3020499与本发明相比不同之处在活塞和燃烧室结构、配气机构以及传动机构上。

美国专利US3338137图16机型为单曲柄、单连杆、摆动活塞为两个同心园弧相连的活塞，构成两个工作气缸，气缸采用沿轴向的气口回流扫气，当活塞至下始点时气口打开进行换气，所以这一机型为两缸两冲程气口回流扫气汽油发动机，用火花塞点火。这一专利从结构上讲可以正常的发出功率但存在如下的缺点：

1、摆动活塞为两个左右活塞下部相连成一整体，连接部分为承受弯曲力矩的悬臂梁，受力情况严重，易于发生疲劳断裂。

2、摆动活塞结构复杂，体积大，缸体内空间未得到充分的利用，影响了发动机单位容积下功率的提高。

3、上述结构只可以设计成二缸二冲程气口回流扫气发动机，发动机换气需配置扫气泵，经济性低于具有自吸能力的四冲程发动机。

在已有技术中西德专利，专利号3020499，为四速杆曲柄摆杆机构，这专利是四缸四冲程内燃发动机，一个摆动活塞形成四个工作气缸，采用顶置式气门，每侧二个气缸共用一根凸轮轴控制气门的开闭，曲柄连杆机构设置在机体外部的一侧。这专利存在如下的问题：1.曲柄连杆机构设置在机体的外面，造成外型尺寸大，受力情况恶化;2.气门由凸轮轴凸轮直接顶起，安装和调整困难，气门杆受到侧压力，造成气门杆的气门导管间的磨损。

本发明的目的是发明一种采用多个摆动活塞串联布置的多缸四冲程发动机。发明的机型要求结构简单紧凑，另件数少，便于折装，制造工艺性好，新发动机工作可靠，机械磨损小，机械效率高于往复式内燃机;相同外型下新机型的功率大于往复式内燃机;新发动机运转平稳性、输出力矩均匀性优于往复式内燃机，振动和噪声低于往复式内燃发动机;发动机按四冲程工作原理工作既有自吸能力，又可用增压器进行高增压，既可用于中小功率又可用于大功率发动机，可作为汽油机、煤气机、柴油机、压缩机。

本发明的主要技术特征即发明内容在于多缸整体装配式四冲程摆动活塞内燃发动机的设计，多摆动活塞发动机其特征为沿轴向采用多个摆动活塞串联布置，下气缸体沿曲轴主轴承中心线所在的水平面划分为整体式下体缸体〔4〕和整体式机座〔20〕，整体式下气缸体和左右气缸端板整体铸出，并加工成多个安装摆动活塞的空腔，整体式下气缸体〔4〕中有摆动活塞支柱孔，安装摆动活塞支柱〔25〕，每个摆动活塞内安装有轴衬，轴衬滑套在支柱〔25〕上，机座〔20〕为箱体结构，加工有安装曲轴主轴承轴瓦的轴承座，曲轴加工有多个曲柄，曲轴主轴承轴瓦分别安装在轴承盖和机座主轴承座中，轴承盖和机座主轴承座用螺钉固紧，摆动活塞安装在下气缸体内，连杆小头和摆动活塞轴承销连接，连杆大头和曲轴曲柄相连接，整体式下气缸体和机座经定位销和螺钉相连接，上气缸体为整体式，上气缸采用顶置式气门，左右两缸用同一根凸轮轴，凸轮轴布置在发动机的上部中央，凸轮轴上的凸轮经摇臂分别控制各缸进排气门的开闭，上气缸体经定位销、螺钉和下气缸体固定。

曲轴在整体式机座中用滑动轴承支承，曲轴上布置平衡块。整个曲轴和摆动活塞分别进行静平衡和动平衡。为了摆动活塞有良好的平衡性，摆动活塞、连杆、活塞销可用高强度轻合金（如钛合金）制造，并在强度和刚度许可的条件下，尽量减轻活塞下部重量，如采用薄壁和加强肋结构，为提高摆动活塞上部重量，可如图一所示，采用双金属嵌装式摆动活塞，诙钊喜坑酶只蚝辖鹎蚰圃欤诙钊虏坑们峤鹗羧珙押辖鸹蚵梁辖鹬圃欤俳谐叽缟系暮侠砩杓疲墒狗⒍哂辛己玫钠胶庑裕峁β适涑龆税沧胺陕趾土峤冢硪欢税沧案ㄖ璞福萋智加捅谩⒒捅谩⒗淙此谩?

冷却和润滑：冷却滑油从支承摆动活塞的园柱轴孔中通入（此园柱配入左右缸体的镗孔并轴向一端用凸缘一端用螺帽压紧），滑油从支承轴的径向孔中流出，用于润滑支承轴和摆动活塞铜衬，滑油的一路在摆动活塞内冷却通道中流过，冷却摆动活塞传出的热量。防止密封弹簧的过热失效，滑油最后从摆动活塞中排出，滑油的另一路从活塞上连杆销支承座流入连杆销中心孔，再冷却和润滑连杆小头，通过连杆中心孔冷却和润滑连杆大头，完成整个冷却和润滑工作，发动机缸体采用强制式水冷却。

摆动活塞有二个悬伸板，二个悬伸板和上下气缸体，左右端板间构成两个工作气缸〔A〕和〔D〕，多缸发动机每缸燃烧室对称布置在气缸上盖〔24〕内表面进排气门之间和摆动活塞上。

摆动活塞以平面、大小园柱面、端面、连杆销支承座、密封槽、孔和轴衬构成一整体。其中小园柱面和上气缸园柱形密封面相配合，大园柱面和下气缸体园柱形工作面相配合，配合间隙需大于相互间在各种工况下的热膨胀间隙，以防卡住。

摆动活塞上布置径向和端面密封，用板弹簧向外弹出，密封条和缸体内园弧和端面保持接触，可多道布置。径向密封〔7〕和端面密封〔8〕交接处用向外弹出的园柱体〔9〕来进行交接，交接处留有少量的热膨胀间隙。

这一机型结构简单，具有自吸能力，适合于作为增压发动机，由于采用多个摆动活塞串联布置，同时又采用双金属摆动活塞，发动机平衡性能良好，整个发动机采用同一根进气总管，同一根排气总管，宜设计成四连杆八缸四冲程顶置式气门内燃发动机。

新机型和现有技术相比的优点为：

1：结构简单、紧凑、另件数少、容积功率大、比重量小，相同外型尺寸下新机型的功率大于往复式发动机，适合于制造大功率发动机。

2、发动机工作可靠，另件受力均匀，运动件磨耗小，发动机冷却和润滑情况良好。摆动活塞采用强制式油冷这优于往复式内燃机。

3、摆动活塞起类似于飞轮（贮能器）的作用，使输出力矩均匀，摆动活塞用轴承支承和气缸体不相接触，降低了摩擦和噪声，提高了机械效率，总效率可高于往复式内燃机。

下面对照附图进行图面说明：

图1.多个摆动活塞串联整体布置四冲程发动机横剖面图：

〔1〕-曲轴，〔2〕-连杆，〔3〕-双金属组合式摆动活塞，〔4〕-气缸体，〔5〕-凸轮轴，〔6〕-气门，〔7〕-径向密封条，〔8〕-端面密封条，〔9〕-端面密封小园柱，〔10〕-气门挺柱、摇臂，〔11〕-燃烧室，〔12〕-平衡块，〔13〕-射油嘴，〔14〕-冷却水道，〔20〕-机座，〔24〕-气缸上盖，〔25〕-摆动活塞支柱。

图2.多个摆动活塞串联整体布置四冲程发动机立体图：

〔1〕-曲轴，〔3〕-双金属组合式摆动活塞，〔4〕-气缸体，〔13〕-射油嘴孔，〔20〕-机座，〔24〕-气缸上盖，〔25〕-摆动活塞支柱。

本发明的最佳方案可选用四个摆动活塞串联布置八缸四冲程内燃发动机。

上述机型当改变凸轮轴〔5〕和曲轴〔1〕的转速比为1∶1，改变气门〔6〕的开闭时间，可实现二冲程气门式回流扫气内燃发动机。

上述机型当改变凸轮轴〔5〕和曲轴〔1〕的转速比为1∶1，进排气门采用单向式气门，可实现具有自吸能力的气体或流体压缩机。

多缸四冲程摆动活塞内燃发动机，燃料均可采用汽油、柴油、天然气、工业煤气以及各种特种燃料，用途可用于汽车、拖拉机、坦克、大行⌒痛埃笾行⌒头⒌缯尽⒒怠⑴┮祷怠⒘忠祷怠⒖笊交怠⒔ㄖ怠⑵鹬鼗⒛ν谐档雀鞲龇矫妗?

Claims (4)

1、摆动活塞内燃发动机包括曲轴[1]、连杆[2]、摆动活塞[3]、气缸体[4]等主要另件、是四连杆曲柄摆杆机构、摆动活塞采用刚性轴滑动支承，同一摆动活塞和气缸体构成二个工作气缸，气缸体水冷，配气采用顶置式气门，本发明的特征在于采用多个摆动活塞串联布置的多缸整体装配式四冲程摆动活塞内燃发动机的设计，采用整体式多曲柄曲轴，每一摆动活塞和气缸体形成两个气缸，下气缸体在沿曲轴主轴承中心线所在的水平面划分为整体式下气缸体[4]和整体式机座[20]，整体式下气缸体和左右缸体端板整体铸出，并加工成多个安装摆动活塞的空腔，整体式下气缸体[4]中有摆动活塞支柱孔，安装摆动活塞支柱[25]，每个摆动活塞内孔安装有轴衬，轴衬滑套在支柱[25]上，摆动活塞发动机机座[20]为箱体结构、加工有安装曲轴主轴承轴瓦的轴承座，曲轴加工有多个曲柄，曲轴主轴承轴瓦分别安装在轴承盖和机座主轴承座中，轴承盖和机座主轴承座用螺钉固紧。摆动活塞[3]安装在下气缸体[4]内。连杆[2]小头和摆动活塞轴承销相连接，连杆大头和曲轴曲柄相连接，整体式下气缸体和机座经定位销和螺钉相连接，上气缸体[24]为整体式，上气缸采用顶置式气门，左右两缸用同一凸轮轴，凸轮轴布置在发动机的上部中央，凸轮轴上的凸轮经摇臂分别控制各缸进排气门的开闭，上气缸经定位销、螺钉和下气缸固定，多个摆动活塞串联布置，活塞和连杆的冷却和润滑系统采用强制式油冷，冷却滑油从支承摆动活塞的园柱轴孔中通入，此园柱配入左右缸体的镗孔中，并轴向一端用凸缘一端用螺钉压紧，滑油从支承轴的径向孔中流出，用于润滑支承轴和摆动活塞铜衬，滑油的一路在摆动活塞内冷却通道中流过最后从摆动活塞中排出，滑油的另一路从活塞上连杆销支承座流入连杆销中心孔。通过连杆销中心孔流至连杆大头完成整个冷却和润滑工作，摆动活塞以平面、大小园柱面、端面、连杆销支承座、密封槽、密封孔和轴衬构成一整体，摆动活塞有二个悬伸板，摆动活塞二个悬伸板和上下气缸体，左右端板间构成两个工作气缸[A]和[D]，摆动活塞[3]上小园柱面和气缸上盖[24]园柱形密封面相配合，摆动活塞[3]大园柱面和气缸体[4]园柱形工作面相配合，配合间隙需大于相互间在各种工况下的热膨胀间隙，以防卡住。摆动活塞上布置径向和端面密封，用板弹簧向外弹出，密封条和缸体内园弧和端面保持接触，可多道布置，径向密封[7]和端面密封[8]交接处用向外弹出的园柱体[9]来进行交接，交接处留有少量热膨胀间隙，多缸发动机各缸的燃烧室分别对称布置在缸体内侧进排气门之间和摆动活塞上。

2、如权利要求1所述采用多个摆动活塞串联布置的多缸四冲程摆动活塞内燃发动机，可改变为多缸二冲程摆动活塞内燃发动机，特征为改变凸轮轴〔5〕和曲轴的速比为1∶1;改变气门〔6〕的开闭时间，可实现二冲程气门式回流扫气内燃发动机。

3、如权利要求1所述采用多个摆动活塞串联布置的多缸四冲程摆动活塞内燃发动机，可改变为多缸压缩机，特征为改变凸轮轴〔5〕和曲轴〔1〕的转速比为1∶1，进排气门采用单向式气门，可实现具有自吸能力的气体或流体压缩机。

4、如权利要求1所述，摆动活塞采用双金属嵌装式结构。在摆动活塞上部用重金属制造，摆动活塞下部用轻金属制造，摆动活塞上下部用燕尾形槽口嵌装成一整体。

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