一种具有新型曲轴连杆机构的无缸盖发动机的制作方法

本发明涉及一种往复活塞式内燃发动机，具体是一种具有新型曲轴连杆机构且带气缸对置装置的无缸盖发动机。

背景技术：

传统二冲程柴油机存在着以下几大缺点：

（1）、传统发动机的气缸盖附设零部件多，占用空间大，安装调试复杂，运行时噪音和振动都较大。

（2）、采用常规曲轴连杆机构进行传动。常规曲轴是传统发动机的核心部件之一，其具有诸多难以克服的缺点，如设计和制造复杂，质量难以保证，制造材料要求高，增大功率和提高作功效率受限制，制造成本高，安装和维修困难，使用寿命短等。

（3）、气缸内燃料燃烧不充分，排放废气污染严重，耗油量大，热效率低。其主要原因是气缸换气不彻底，燃烧所需的氧气不足所造成的。而造成换气不彻底，氧气不足主要原因是传统发动机的构造不合理，它的进气口和排气口是在气缸壁同一水平线上的左右两边，当发动机活塞运行到某一时段时，进气口和排气口会同时打开，形成短路，当新空气把废气扫出排气口的同时也短路跑掉了部分新空气，这就造成下一个燃烧所需的氧气不足。另外，新空气只对气缸下半部分进行扫气，上半部分仍然有大量废气滞留不走。

（4）、气缸不能建立有效的润滑系统，散热不良，零部件磨损大，不能连续工作。其主要原因也是由于构造不合理造成的。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有新型曲轴连杆机构的无缸盖发动机，该发动机解决问题的思路如下：

（1）、去掉弊病多端的常规曲轴连杆机构，用结构简单而又运行可靠的新型曲轴连杆机构取代之。所述新型曲轴连杆机构包括直轴、圆轮、连杆和定轨板块。由定轨板块往复运动带动连杆，从而驱动圆轮转动，进而带动直轴和功率输出齿轮转动，定轨板块由气缸对置装置进行同步驱动，从而实现将气缸对置装置两做功气缸的张合往复直线运动转换成直轴和功率输出齿轮的圆周运动。所述新型曲轴连杆机构的结构和工作原理与退役多年的蒸汽火车头的驱动轮机构相同。

（2）、气缸采用气缸对置装置，其包括两个对置的做功活塞、一个共用的做功气缸、两个增压气缸和增压活塞。由于在做功气缸内两个对置的做功活塞之间构成了燃烧室，因此做功气缸无缸盖。当两个对置做功活塞做功时连带驱动增压活塞将增压新空气输送到做功气缸内，既增加了新空气，又可以将做功后的废气从上到下全程彻底扫除，从而实现彻底换气并增加燃烧所需的氧气。

（3）、做功活塞和增压活塞内部均设有空心仓，内存润滑油，活塞的油环槽内设有若干与空心仓相连通的油孔，当活塞进行往复运动时，润滑油从油孔流至油环对气缸和活塞进行润滑。另外，因为做功活塞和增压活塞在运动时大半时间是暴露在气缸外的，可以用机油泵提供的带压力机油对活塞进行直接喷淋，然后将机油收集回流原处继续循环使用。这样既能实现润滑又可以散热。两种润滑方法同时使用润滑和散热效果会更好。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种具有新型曲轴连杆机构的无缸盖发动机，其功率输出单元包括新型曲轴连杆机构、功率输出齿轮和气缸对置装置；所述新型曲轴连杆机构包括直轴、圆轮、连杆和定轨板块；功率输出齿轮固定安装在直轴的中部，两个圆轮的中心分别固定连接在直轴的两端，两个圆轮在盘面边缘的位置设有向外伸出的偏心销轴，两偏心销轴在两圆轮盘面上的位置相反；直轴的两边各设有一条与直轴相平行的定轨板块，两个圆轮的偏心销轴分别与两根连杆的一端活动铰接，两根连杆的另一端分别活动铰接在两边的定轨板块上，两定轨板块分别与气缸对置装置两端的功率输出点相连接，两定轨板块在气缸对置装置的驱动下做张合往复直线运动，进而带动两连杆在相反的方向上同时对直轴两端的圆轮分别进行推和拉的驱动，由两圆轮共同带动直轴和功率输出齿轮连续转动。

所述定轨板块跨越架设在一对与直轴相垂直的导轨上，定轨板块的两端设有滑轮与导轨相配合，两定轨板块在导轨上做张合往复直线运动。

所述气缸对置装置设有两个做功活塞、一个做功气缸、两个增压气缸和两个增压活塞，其中两个做功活塞头部相对且共同设置在一个有缸筒无缸盖的做功气缸内，两个做功活塞的尾部分别从做功气缸的两端伸出并分别与一个增压活塞连接成一体，在做功活塞与增压活塞的对接处设有连接孔作为功率输出点；做功气缸的缸筒中部设有做功进气门，在做功进气门对应的另一侧缸筒上设有喷油嘴，缸筒在喷油嘴的两侧靠近筒边的位置各设有一个做功排气门；两增压活塞均配有相应的增压气缸，增压活塞的面积大于做功活塞的面积，增压气缸的后端设有增压进气门和增压输气门，两增压气缸的增压输气门分别通过输气管与做功气缸的做功进气门相连接。

所述气缸对置装置的做功活塞与增压活塞内部均设有空心仓，仓内存有润滑油，且做功活塞与增压活塞的油环卡槽内均设有若干与空心仓相连通的油孔。

为了增加发动机的输出功率，所述气缸对置装置可以设置多个，多个气缸对置装置并联在两定轨板块上，两定轨板块通过电控离合装置分别与各气缸对置装置两端的功率输出点相连接，两定轨板块的张合往复直线运动由多个气缸对置装置共同驱动。

为了得到更大的功率输出和更好的运行平稳度，所述发动机可以设置一根与所述功率输出单元的直轴相平行的功率输出总轴，功率输出总轴上设置有中间齿轮，中间齿轮的圆周上均布有若干功率输出单元，各功率输出单元的功率输出齿轮均与中间齿轮相啮合，将各功率输出单元的功率输出通过中间齿轮汇总至功率输出总轴，再进行总输出。

本发明的具有新型曲轴连杆机构的无缸盖发动机具有以下优点：

（1）、本发动机去掉弊病多端的常规曲轴连杆机构，用结构简单而又运行可靠的新型曲轴连杆机构取代之。新型曲轴连杆机构中圆轮的作用相当于曲轴的曲拐，曲拐是曲轴中主要弊病原因之一，它除了制造困难以外，在运行中曲拐是最容易折断的地方，还容易由于不平衡而引起震动，而圆轮是最均衡的图形，没有首尾之分，不用配重机构即可平稳运行，不论高速和低速发动机都适用，而且制造容易。因此采用新型曲轴连杆机构后，所用的零部件大大减少，制造成本大大降低，加工更加简单，工作更加可靠，而且其部件都是展开式连接并暴露在外的，安装和维修都很方便。

（2）、本发动机采用先进的气缸对置装置进行驱动，两对置的做功活塞做功爆发时所产生的振动波互相抵消，振动和噪音大大降低。另外气缸对置装置可以在做功的同时实现自动增压输入新空气，既可以向做功气缸增压输入下一次做功燃烧所需的新空气，又可以将做功气缸的剩余废气彻底扫除，使做功气缸的每一次做功燃烧都能完全充分，达到效率最大化。气缸对置装置的做功气缸和增压气缸的进、排气门的启闭是靠气流和复位弹簧的力量正时而又自动完成的，它取代了传统发动机靠齿轮、凸轮和顶棍完成，结构简单运行又可靠。

（3）、本发动机使用多个并联气缸对置装置进行驱动时，可以通过电控离合装置使气缸对置装置整组或逐个与驱动系统并轨或脱轨，从而实现可变排量，还能将有故障的气缸对置装置迅速从运行系统中分离出来不影响系统的正常运行，经精心设计，更换气缸对置装置就像更换灯泡一样容易，给使用和维修带来极大方便。

附图说明

图1为本发动机气缸对置装置的剖视图。

图2为本发动机气缸对置装置的简化示意图（为了使后面的图表达更清楚，将该装置进行简化表示）。

图3为本发动机的气缸对置装置为一个时的结构示意图。

图4为本发动机的气缸对置装置为三个时的结构示意图。

图5为四个功率输出单元共同通过功率输出总轴输出时的示意图。

图中：1-增压气缸，2-增压活塞，3-做功气缸，4-做功活塞，5-输气管，6-增压输气门，7-气环，8-油环，9-油孔，10-功率输出点，11-做功进气门，12-喷油嘴，13-做功排气门，14-空心仓，15-增压进气门，16-气缸对置装置，17-功率输出齿轮，18-轴承座，19-直轴，20-圆轮，21-偏心销轴，22-连杆，23-定轨板块，24-滑轮，25-导轨，26-中间齿轮，27-功率输出总轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图3所示，本发明发动机的功率输出单元包括新型曲轴连杆机构、功率输出齿轮17和气缸对置装置16；所述新型曲轴连杆机构包括直轴19、圆轮20、连杆22和定轨板块23；功率输出齿轮17固定安装在直轴19的中部，两个圆轮20的中心分别固定连接在直轴19的两端，两个圆轮20在盘面边缘的位置设有向外伸出的偏心销轴21，两偏心销轴21在两圆轮20盘面上的位置相反；直轴19的两边各设有一条与直轴19相平行的定轨板块23，两个圆轮20的偏心销轴21分别与两根连杆22的一端活动铰接，两根连杆22的另一端分别活动铰接在两边的定轨板块23上，两定轨板块23分别与气缸对置装置16两端的功率输出点10相连接，两定轨板块23在气缸对置装置16的驱动下做张合往复直线运动，进而带动两连杆22在相反的方向上同时对直轴19两端的圆轮20分别进行推和拉的驱动，由两圆轮20共同带动直轴19和功率输出齿轮17连续转动。所述定轨板块23跨越架设在一对与直轴19相垂直的导轨25上，定轨板块23的两端设有滑轮24与导轨25相配合，两定轨板块23在导轨25上做张合往复直线运动。

图2为所述气缸对置装置16的简化示意图，其具体结构如图1所示，该装置设有两个做功活塞4、一个做功气缸3、两个增压气缸1和两个增压活塞2，其中两个做功活塞4头部相对且共同设置在一个有缸筒无缸盖的做功气缸3内，两个做功活塞4的尾部分别从做功气缸3的两端伸出并分别与一个增压活塞2连接成一体，在做功活塞4与增压活塞2的对接处设有连接孔作为功率输出点10；做功气缸3的缸筒中部设有做功进气门11，在做功进气门11对应的另一侧缸筒上设有喷油嘴12，缸筒在喷油嘴12的两侧靠近筒边的位置各设有一个做功排气门13；两增压活塞2均配有相应的增压气缸1，增压活塞2的面积大于做功活塞4的面积，增压气缸1的后端设有增压进气门15和增压输气门6，两增压气缸1的增压输气门6分别通过输气管5与做功气缸3的做功进气门11相连接。

工作时气缸对置装置16所有的部件是联动的，当两个做功活塞4由外向里相向运动压缩空气时，增压气缸1的增压进气门15被吸打开，新空气被吸进到增压气缸1内，增压输气门6关闭；当两个做功活塞4运行到终点时，做功气缸3内被压缩的空气压强和温度急剧升高，此时喷油嘴12向做功气缸3内喷雾柴油，会立即引起燃烧爆炸，把两个做功活塞4推回原处。两个做功活塞4做功时所产生的振动波被相互抵消，并且这两个振动波的运动方向与两个做功活塞4运动方向相同，两者合力叠加提高了燃料的转换效率，运动所产生的振动和噪音也变得很轻微。做功时与做功活塞4连成一体的增压活塞2将增压气缸1内的新空气压缩，增压输气门6被压打开，增压进气门15关闭，增压新空气通过增压输出门6经输气管5进入做功进气门11和做功气缸3内。因为做功后的废气和增压新空气运动方向相同，所以两者合力叠加，把做功后的废气从上到下全程彻底扫尽后经做功排气门13排出，同做功气缸3内也充满了增压新空气。以上为气缸对置装置16的一个做功循环的全过程。两个圆轮20和功率输出齿轮17所产生的惯性会把气缸对置带进下一个做功循环。在这个过程中，做功气缸3和增压气缸1的进排气门都是靠气流和复位弹簧的力量正时而又自动启闭。又因为增压活塞2大于做功活塞4，所以进入做功气缸3内的新空气是增压的。由此气缸对置装置16构成一个自动增压系统。

另外，做功活塞4与增压活塞2内部均设有空心仓14，仓内存有润滑油，且做功活塞4与增压活塞2的油环8卡槽内均设有若干与空心仓14相连通的油孔9。在做功活塞4与增压活塞2往复运动的摇晃下，润滑油可以从油孔9流至油环8，进而对做功气缸1、做功活塞4和增压气缸1、增压活塞2进行润滑。由于做功活塞4和增压活塞2在运动过程中有大半时间是暴露于气缸外部的，所以可以用机油泵提供带压力的机油对做功活塞4和增压活塞2直接喷淋，然后将机油收集回流原处，供循环继续使用。两种润滑方法同时使用，其润滑和散热效果会更佳。

为了增加发动机的输出功率，所述气缸对置装置16可以设置多个，如图4所示即为设置三个气缸对置装置16的情形，三个气缸对置装置16并联在两定轨板块23上，两定轨板块23通过电控离合装置分别与各气缸对置装置16两端的功率输出点10相连接，两定轨板块23的张合往复直线运动由三个气缸对置装置16共同驱动。所述电控离合装置采用受系统控制的伸缩插销来实现，当系统发出并轨指令时，电控离合装置将伸缩插销插进气缸对置装置16功率输出点10的连接孔中，气缸对置装置16并轨运行；当系统发出脱轨指令时，电控离合装置将伸缩插销从气缸对置装置16功率输出点10的连接孔中拔出，气缸对置装置16脱离运行系统停止工作。因此当采用多个气缸对置装置16进行驱动时，本发动机可根据载荷轻重来选择并轨或脱轨相应数量的气缸对置装置16，由此实现可变排量，也节约了能源。而且当其中某一个气缸对置装置16出现故障时，可以马上将其脱轨退出驱动系统，不影响其他气缸对置装置16的正常工作，因此发动机不会因驱动系统中一个气缸对置装置16的故障而停止工作。这个优点，特别适合应用在航空航海设备上，在军事上更是需要这种发动机。另外由于气缸对置装置16的连接方式简单而且是展开式的，经精心设计，更换气缸对置装置16就像更换灯泡一样容易，给使用和维修带来极大方便。

另外，为了得到更大的功率输出和更好的运行平稳度，如图5所示，所述发动机可以设置一根与上述功率输出单元的直轴19相平行的功率输出总轴27，功率输出总轴27上设置有中间齿轮26，中间齿轮26的圆周上均布有若干功率输出单元，各功率输出单元的功率输出齿轮17均与中间齿轮26相啮合，将各功率输出单元的功率输出通过中间齿轮26汇总至功率输出总轴27，再进行总输出。这样功率输出总轴27每转一周可以得到多次气缸对置装置16的做功爆发，而且各爆发点沿功率输出总轴27圆周均布，功率输出单元设置得越多，发动机获得的输出功率就越大，做功效率也随之倍增；其运行也越平稳。