[00114012]活塞式内燃机

　　本实用新型公开了一种活塞式内燃机，其汽缸（1）为环形汽缸，汽缸（1）上沿圆周均匀设置四个以上滑块（2），将汽缸（1）分隔成四个以上工作室，每个工作室设置有进气门（6）、排气门（7）和活塞（3）；活塞连杆（4）的一端与活塞（3）连接，另一端与环形中心的主动力轴（5）连接；滑块（2）上设置有喷油点火装置（8）；进气门（6）、排气门（7）及滑块（2）的工作由控制系统控制。本实用新型结构简洁，制造容易，解决了现有往复活塞式内燃所存在的功率损耗大、汽缸易磨损、曲轴受力不平衡，及转子发动机所存在的密封片易磨损、废气排放不彻底、扭矩太小、只能采用点燃式、制造和维修困难的问题。活塞式内燃机 　　技术领域： 　　本发明涉及一种内燃机结构技术领域。 　　背景技术： 　　内燃机是一种能量转换装置，将汽油、柴油、天然气等物质的化学能通过在汽缸中燃烧转化为热能，热能通过膨胀转化为机械能，对外做功。目前在商品汽车上普遍使用往复活塞式内燃机。 　　往复活塞式内燃机机将化学能在汽缸中转化为热能后，热能膨胀，带动活塞运动，从而将热能转化为机械能，再通过曲柄连杆机构将能量转化为曲轴转动的转矩，对外做功。 　　曲柄连杆机构是往复活塞式内燃机的主要工作机构，由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组组成。机体组是内燃机的骨架。活塞连杆组是活塞的往复运动与曲轴转动的联动组件，在做功冲程中将活塞往复运动的能量转化成曲轴转动的转矩。曲轴飞轮组包括曲轴和飞轮，曲轴对外输出做功，飞轮作为惯性机构，在做功冲程后依靠惯性通过连杆带动活塞往复运动，为其他3个冲程做准备。 　　现有往复活塞式内燃机机多为四冲程内燃机机，四冲程内燃机机的一个工作循环包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在做功冲程中活塞连杆组将活塞往复运动的能量转化成曲轴及飞轮转动的转矩。在其他3个冲程，活塞依靠飞轮的转动惯性作往复运动。 　　现在的往复活塞式内燃机存在因力矩改变而引起的功率损耗及汽缸磨损的问题，具体如下：在做功冲程起始时刻，活塞位于上止点，活塞连杆与曲轴在同一竖直平面内，活塞连杆对曲轴的作用力矩为0，此时燃料爆炸产生的作用力最大，但作用力方向与作用点线速度方向垂直，没有起到推动曲轴转动的作用，功率损耗较大。当活塞既不处于上止点也不处于下止点时，连杆与曲轴形成一定的角度，这样就会产生一定的侧向分力，增大活塞与汽缸壁间的摩擦力，损耗一定的功率并加快汽缸的磨损。而且曲轴受力不平衡，稳定性较差。当活塞从上止点运行到活塞下止点的这一过程中。在上止点时，由于采用曲轴连杆机构，没有把活塞上的压力转化为曲轴扭力，而是直接向下压曲轴，由于采用轴瓦结构，相当于增加了曲轴对轴瓦的压力，曲轴与轴瓦之间的摩擦力增加，这就增加了曲轴运行时的阻力，使内燃机效率下降。随着曲轴的转动，还会有偏缸的现象，活塞连杆与重力方向的夹角增大，作用活塞上的沿重力方向的压力会沿着水平方向和活塞连杆方向分解，产生一个水平方向的分力使活塞压向内缸壁，增加活塞与缸壁间的摩擦阻力，造成内燃机效率下降，这也是造成气缸磨损加快的主要原因，而沿着活塞连杆方向的分力，在活塞连杆与曲轴的交点处再次分解成一个沿曲轴的转动线速度方向的力和一个沿着转动圆周直径方向的力，因此最后得到的扭力是小于最初的活塞压力的。 　　还有一种知名度很高，但应用很少的内燃机，这就是三角活塞旋转式发动机机，也就是转子发动机机。这种内燃机是由德国人菲加士?汪克尔（Felix Wankel，1902-1988）所发明，他在总结前人的研究成果的基础上，解决了一些关键技术问题，研制成功了第一台转子发动机机。转子发动机机采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放，与传统的活塞往复式发动机的直线运动不同。 　　转子发动机机壳体的内部空间总是被分成三个工作室。在转子的运动过程中，这三个工作室的容积不停地变动，在摆线形缸体内相继完成进气、压缩、燃烧和排气四个过程。每个过程都是在摆线形缸体中的不同位置进行。 　　转子发动机机的运动特点是：三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时，三角转子本身又绕其中心自转。在三角转子转动时，以三角转子中心为中心的内齿圈与以输出轴中心为中心的齿轮啮合，齿轮固定在缸体上不转动，内齿圈与齿轮的齿数之比为3：2。上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹似“8”字形。三角转子把汽缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气，三角转子自转一周，内燃机点火做功三次。 　　转子发动机机有如下缺点：由于三角转子引擎的相邻容腔间只有一个径向密封片，径向密封片与缸体始终是线接触，并且径向密封片上与缸体接触的位置始终在变化，因此三个燃烧室非完全隔离（密封），径向密封片磨损快。而且转子发动机压缩比小，只能用点燃式，不能用压燃式，也就是不能采用柴油做燃料。转子发动机燃烧室的形状使得废气排放不彻底。由于内齿圈与齿轮的齿数之比为3：2，致使输出轴扭矩太低，只能在小排量车上使用，不能推广民用。转子发动机机的加工制造技术高，成本比较贵，推广困难，其独特的机械结构也造成其较难维修。 　　发明内容： 　　本发明要解决的技术问题: 　　1、现有往复活塞式内燃机所存在的传动效率低、汽缸易磨损及曲轴受力不均匀的问题。 　　2、现有转子发动机所存在的废气排放不彻底、扭矩太小、密封处易磨损、只能采用点燃式、制造和维修困难的问题。 　　本发明的技术方案：一种活塞式内燃机，包括汽缸、活塞、活塞连杆、主动力轴、进气门、排气门和喷油点火装置；汽缸为环形汽缸，沿圆周均匀设置四个以上滑块，将汽缸分隔成四个以上工作室，每个工作室设置有进气门、排气门和活塞；活塞连杆的一端与活塞连接，另一端与环形中心的主动力轴连接； 滑块上设置有喷油点火装置；进气门、排气门及滑块的运动由控制系统控制。 　　活塞顶部开有一道长度为活塞顶部长度一半的排气槽，左侧设有燃烧室，中部设有压缩气体存储室；燃烧室和压缩气体存储室之间设有燃烧室进气阀, 由控制系统控制；压缩气体存储室上设有自动进气阀。 　　滑块与活塞的侧面为倾斜角度相同的斜面，滑块底部与活塞顶部弧度相同。 　　密封装置将活塞密封在汽缸内，并且与活塞、活塞连杆一起旋转。 　　汽缸由两半缸壁合并而成，在外圆的外沿处密封贴合且用螺栓固定。内圆处开设有一条环形缝。 　　排气门的左侧到相邻滑块的左侧的距离为活塞顶部长度的二分之一。 　　控制系统可以是电脑控制系统，配置有电脑控制板；滑块进气门、排气门和燃烧室进气阀的工作均由电脑控制板控制。 　　控制系统也可以是机械控制系统，配置有活塞控制机构、气门控制机构和滑块控制机构，均为连杆机构。主动力轴上设有十字形顶板、圆形凸轮、进气门控制凸轮、排气门控制凸轮和滑块控制凸轮；其中十字形顶板和主动力轴间采用平键连接，可沿轴向滑动，并伸出顶杆顶在圆形凸轮的凸形一侧，圆形凸轮固定在内燃机壳体上不转动。活塞控制机构安装在活塞连杆上，一端连接燃烧室进气阀，另一端依靠阀门弹簧顶在十字形顶杆板上其特征在于：气门控制机构一端连接气门，另一端顶在进气门控制凸轮或排气门控制凸轮上。滑块控制机构一端连接滑块，另一端依靠滑块弹簧顶在滑块控制凸轮上。 　　本发明的有益效果： 　　1、采用环形结构，活塞与主动力轴同步转动，不存在往复活塞式内燃机所存在的上止点功率损耗；推力对主动力轴的力矩始终不变，不会产生对缸壁的侧向分力，避免了这部分的功率损耗及汽缸磨损。 　　2、各个活塞同时做功，主动力轴受力平衡。 　　3、每次循环，主动力轴转动一周，每个活塞做功两次，推力对主动力轴的作用力臂长，扭矩大。 　　4、相比转子发动机，废气的排放更彻底。 　　5、相比转子发动机，各个密封处均为面接触，密封效果比较好，不易磨损。 　　6、相比转子发动机，气体压缩比大，可以采用压燃式或点燃式。 　　7、结构形式紧凑，制造及维修简单。 　　8相比往复式发动机它的活塞是连续运转不必克服活塞往复来回运动而消耗很大的无用功率。