环形往复式活塞发动机及其偶排环形往复式活塞发动机

摘要

本发明属于内燃发动机技术领域，指一种广泛适用于机动车、机动船、小型发电机等不同动力机械的环形往复式活塞发动机及其偶排环形往复式活塞发动机。本发明公开了一种环形往复式活塞发动机，包括一输出主轴、传动机构和发动机主体，该发动机主体上安装有进气阀、排气阀、活塞组件、气缸组件以及凸轮组件，其中，所述发动机主体包括两侧呈扇形体的结构主体，所述气缸组件以环形安装在结构主体上，所述活塞组件安装在气缸组件内并以环形往复运动，所述活塞组件和气缸组件的中心轴线与输出主轴轴线同轴；及一种偶排环形往复式活塞发动机。结构紧凑、惯性力平衡，提高发动机机械效率并且增加活塞环和气缸的寿命。

说明书

技术领域

本发明属于内燃发动机技术领域，指一种广泛适用于机动车、机动船、小 型发电机等不同动力机械的环形往复式活塞发动机及其偶排环形往复式活塞发 动机。

背景技术

在内燃机一百多年的发展历史上，出现过许多不同结构原理的发动机，特 别是不同的转子发动机，但一直都无法挑战往复式活塞发动机的绝对主导地位。 但其结构复杂、不紧凑并且惯性力不宜平衡导致振动过大，容易降低发动机的 使用寿命，还会出现结构损坏问题，增加维修更换的成本，另外高速运转时活 塞连杆巨大的惯性力会产生很大的侧向力作用在气缸内壁，导致活塞环摩擦损 耗大，也降低活塞环和气缸的寿命。

发明内容

一、要解决的技术问题

本发明的目的是针对现有技术所存在的上述问题，特提供一种保持往复式 活塞发动机的优点，结构紧凑、惯性力平衡的环形往复式活塞发动机及其偶排 环形往复式活塞发动机。

二、技术方案

为解决上述技术问题，本发明环形往复式活塞发动机，包括一输出主轴、 传动机构和发动机主体，该发动机主体上安装有进气阀、排气阀、活塞组件、 气缸组件以及凸轮组件，其中，上述发动机主体包括两侧呈扇形体的结构主体， 上述气缸组件以环形安装在结构主体上，上述活塞组件安装在气缸组件内并以 环形往复运动，上述活塞组件和气缸组件的中心轴线与输出主轴轴线同轴。

作为优化，上述活塞组件包括有设置在结构主体上并与其转动配合的活塞 法兰盘，该活塞法兰盘的两侧设置有双头活塞，上述双头活塞两端对称设置有 活塞头，上述活塞头呈扇形体并配合安装有一个或者多个气封环和一个油封环， 上述油封环截面呈扇形。

作为优化，上述活塞头上开设有与油封环相对应的油封槽，上述油封槽内 设有定位凸台，油封环的内壁上设有与定位凸台对应插接的缺口，上述油封环 两侧端面的延长线与上述输出主轴轴线相重合，上述油封环的外端面中间部分 设有开口槽，开口槽内沿圆周方向有多个径向油槽。

作为优化，上述气封环为开口气封环，上述气封环的外端面为圆弧面。

作为优化，上述活塞组件还包括有连接活塞法兰盘的活塞固定杆，上述双 头活塞固定安装在活塞固定杆上，上述活塞法兰盘上设置有与传动机构相连的 活塞传动杆，传动机构既控制活塞组件的运动，即环形往复运动，又控制凸轮 组件的运动。

作为优化，上述活塞组件还包括有连接活塞法兰盘的活塞传动杆，该活塞 传动杆与上述传动机构相连，上述传动机构既控制活塞组件的运动，即环形往 复运动，又控制凸轮组件的运动。

作为优化，上述气缸组件包括有四个通过气缸端面固定安装在结构主体上 的气缸件，该气缸件与设置在结构主体上的气门相通，安装在结构主体同一侧 的气缸端面的夹角小于或者等于90°，上述气缸件的内表面为旋转面，该旋转 面的旋转轴与输出主轴轴线重合，上述气缸件内与活塞组件相配合形成四个燃 烧室，两个相背的燃烧室的相位角为90°，两个相对角燃烧室的相位角为0° 或者180°，上述气缸件通过燃烧室密封垫与结构主体密封。

作为优化，上述结构主体两侧端面开设有截面为直角三角形的凹槽，上述 凸轮组件安装在凹槽上，上述进气阀和排气阀的一端伸入到上述凹槽内壁上， 上述相对的进气阀或排气阀的相位角差为90°，上述凸轮组件控制进气阀和排 气阀的进气和排气。

一种偶排环形往复式活塞发动机，其中，包括有由传动机构控制的发动机， 该发动机沿输出主轴轴线方向偶数个排列，上述发动机为上述的环形往复式活 塞发动机。

三、本发明的有益效果

保持往复式活塞发动机的优点（比如燃烧室形状、燃烧室密封方法、OHC 或OHV气门技术）：

一是它的燃烧室容易密封保证高温高压下燃烧气体不会泄露；

二是它的燃烧室形状合理能产生相对较高的热效率和较低的排放。

结构紧凑，单位体积和单位重量的发动机输出功率和输出力矩大。

惯性力平衡，平衡性好，活塞组件在往复转动时与气缸保持相对固定的关 系，活塞组件的惯性力不会在气缸内壁产生侧向力；本发明的双头活塞通过活 塞法兰盘安装在结构主体上，并以圆周往复运动，不产生侧向力和扭力，这就 减小了气缸内壁的摩擦力，提高了发动机机械效率，同时也增加了活塞环和气 缸的寿命。

附图说明

图1是本发明环形往复式活塞发动机的立体图；

图2是图1环形往复式活塞发动机的剖面图；

图3是本发明实施例一活塞组件的立体结构示意图；

图4是本发明实施例二活塞组件的立体结构示意图；

图5是本发明双头活塞的立体结构示意图；

图6是本发明油封环的立体结构示意图；

图7是本发明油封环的剖面图；

图8是本发明气封环的立体结构示意图；

图9是本发明气封环的剖面图；

图10是本发明气缸件的立体结构示意图；

图11是本发明结构主体的立体结构示意图；

图12是本发明偶排活塞发动机的立体结构示意图。

图中，1为传动机构，2为活塞组件，3为气缸组件，4为凸轮组件，5为结 构主体，6为输出主轴轴线，7为活塞法兰盘，8为安装槽，9为凸环，10为轴 承面，11为双头活塞，12为活塞头，13为气封环，14为油封环，15为圆弧面， 16为定位凸台，17为缺口，18为开口槽，19为油槽，20为油槽孔，21为活塞 固定杆，22为活塞传动杆，23为气缸件，24为气缸端面，25为燃烧室I，26 为燃烧室II，27为燃烧室III，28为燃烧室IV，29为燃烧室密封垫，30为凹槽， 31为进气阀，32为排气阀，33为输出主轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施方式一：如图1和2所示，本发明环形往复式活塞发动机，包括一输 出主轴33、传动机构1和发动机主体，该发动机主体上安装有进气阀31、排气 阀32、活塞组件2、气缸组件3以及凸轮组件4，其中，上述发动机主体包括两 侧呈扇形体的结构主体5，上述气缸组件3以环形安装在结构主体5上，上述活 塞组件2安装在气缸组件3内并以环形往复运动，上述活塞组件2和气缸组件3 的中心轴线与输出主轴33轴线6同轴。

如图3、5、8、9和11所示，上述活塞组件2包括有设置在结构主体5上 并与其转动配合的活塞法兰盘7，而在结构主体5中部的两侧设置有与之相对应 的安装槽8，上述活塞法兰盘7安装在安装槽8内，在安装槽8中部设有与输出 主轴33同轴的凸环9，活塞法兰盘7与凸环9的配合面为轴承面10。上述活塞 法兰盘7的两侧设置有双头活塞11，上述双头活塞11两端对称设置有活塞头 12，两个活塞头12通过一个圆弧形的连杆相连，上述活塞头12呈扇形体并配 合安装有一个气封环13和一个油封环14，上述油封环14截面呈扇形。上述气 封环13为开口气封环13，上述气封环13的外端面为圆弧面15。安装有外端面 为圆弧面15气封环13的活塞头12在作环形往复运动时，相互间的几何关系保 证了在开口环张力作用下气封环13的外端面始终会紧密贴合在气缸件23的内 壁上，从而对气缸的一端实现良好的密封。

如图5、6和7所示，上述活塞头12上开设有与油封环14相对应的油封槽， 上述油封槽内设有定位凸台16，油封环14的内壁上设有与定位凸台16对应插 接的缺口17，将油封环14安装到油封槽内，设置在油封环14内壁上的缺口17 对应的卡入到定位凸台16上，这样就能保证了油封环14在活塞组件2工作过 程中不发生自转，因为，由油封环14的截面可以看出，油封环14是由一侧向 另一侧逐渐增大的扇形状，如果油封环14在活塞组件2工作过程中发生自转， 油封环14的外壁势必与气缸件23的内壁产生间隙，这样就会导致过量的润滑 油进入气缸引起烧机油的问题。

上述油封环14两侧端面的延长线与上述输出主轴轴线6相重合，由此可以 看出，若将油封环14的运动轨迹连成一个圆，那这个圆的圆心是与输出主轴轴 线6重合的，这样就可以保证活塞头12在作环形往复运动时，油封环14两侧 外端面与环形安装在结构主体5上的气缸件23内壁保持良好的密封性；上述油 封环14的外端面中间部分设有开口槽18，开口槽18内沿圆周方向有多个径向 油槽19，而在活塞头12的油封槽内设置有与油槽19相对应的油槽孔20，当油 封环14安装到油封槽内时，油槽19和油槽孔20对应相通。

上述活塞组件2还包括有连接活塞法兰盘7的活塞固定杆21，上述双头活 塞11通过螺栓固定安装在活塞固定杆21上，上述活塞固定杆21与活塞法兰盘 7固定连接，上述活塞法兰盘7上设置有与传动机构1相连的活塞传动杆22， 传动机构1确保活塞组件2作环形往复运动。

如图2和10所示，上述气缸组件3包括有四个通过气缸端面24固定安装 在结构主体5上的气缸件23，该气缸件23与设置在结构主体5上的气门相通， 安装在结构主体5同一侧的气缸端面24的夹角小于或者等于90°，上述气缸件 23的内表面为旋转面，该旋转面的旋转轴与输出主轴轴线6重合，上述气缸件 23内与活塞组件2相配合形成四个燃烧室，两个相背的燃烧室的相位角为90°， 两个相对角燃烧室的相位角为0°或者180°，上述燃烧室共有四个，可分为燃 烧室I25、燃烧室II26、燃烧室III27和燃烧室IV28，其中，燃烧室I25和燃 烧室II26、燃烧室III27和燃烧室IV28的发动机循环为90°相位角差，燃烧 室I25和燃烧室III27、燃烧室II26和燃烧室IV28的发动机循环为0°或者180 °相位角差；上述气缸件23通过燃烧室密封垫29与结构主体5密封，以保证 燃烧室在燃烧的过程中具有良好的密封性。

如图2和11所示，上述结构主体5两侧端面开设有截面为直角三角形的凹 槽30，上述凸轮组件4安装在凹槽30上，上述进气阀31和排气阀32的一端伸 入到上述凹槽30内壁上，上述相对的进气阀31或排气阀32的相位角差为90 °，上述凸轮组件4控制进气阀31和排气阀32的进气和排气。

如图12所示，为了消除惯性力矩的不平衡，本实施例采用一种偶排环形往 复式活塞发动机，其中，包括有由传动机构1控制的发动机，该发动机沿输出 主轴轴线6方向偶数个排列，本实施例采用双排八缸进行排列，当然，也可采 用四排十六缸或者其他的偶数排，上述发动机为上述的环形往复式活塞发动机。

采用双排八缸的发动机结构安排。前排有四个气缸件23和一个活塞组件2， 后排有四个气缸件23和一个活塞组件2；一个结构主体5有供前排的四个气缸 件23和四组进排气道和供后排的四个气缸件23和四组进排气道；左右侧各一 个有进气凸轮和排气凸轮的凸轮轴。前排活塞组件2通过前排传动杆与前排传 动机构1连接，后排活塞组件2通过后排传动杆与后排传动机构1连接。这样 前排活塞组件2产生的惯性力矩与后排活塞组件2产生的惯性力矩基本抵消。

实施方式二：如图4所示，本实施例与实施方式一基本相同，所不同的是 上述活塞组件2还包括有连接活塞法兰盘7的活塞传动杆22，该活塞传动杆22 与上述传动机构1相连，上述传动机构1驱动活塞组件2作环形往复运动。活 塞传动杆22既可以位于活塞固定杆21之内以减小传动机构1的大小，也可以 用活塞固定杆21作为活塞传动杆22。上述活塞头12上设置有两个气封环13和 一个油封环14。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。