一种内燃机往复式活塞驱动机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种内燃机往复式活塞驱动机构，其包括内燃机缸体、气缸、活塞、连杆、滑轴、直线导向槽以及环槽转轴；环槽转轴的内侧壁上设置有环形凹槽，环形凹槽展开后为曲线型；环槽转轴可转动地套装在所述缸体外；活塞下端通过连杆与滑轴刚性连接；滑轴的端部自直线导向槽伸出所述缸体伸入所述环形凹槽内；活塞上下滑动带动滑轴沿直线导向槽上下移动，滑轴的端部沿所述环形凹槽与环槽转轴发生相对滑动，进而驱动环槽转轴转动。与现有技术相比，本实用新型内燃机动力输出时旋转中心方向和活塞的运动方向是平行的，结构更加紧凑，非常适合于在狭长空间内布置发动机的特殊需求。而且本实用新型内燃机工作时，活塞承受的径向力大大减弱，由此减少了活塞与气缸之间的磨损，延长了活塞和气缸的使用寿命，增加了活塞的气密性。
【专利说明】
一种内燃机往复式活塞驱动机构
技术领域
[0001]本实用新型涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种二冲程或四冲程的内燃机往复式活塞驱动机构。
【背景技术】
[0002]现有的往复活塞式内燃机，一般都是采用曲柄连杆机构，即以活塞带动连杆和曲轴来运动做功的，活塞是往复运动的，活塞通过连杆与曲轴连动，把活塞的直线往复运动转变为了曲轴的旋转运动，内燃机的动力最终是通过曲轴的旋转运动输出的。曲轴的旋转中心方向和活塞的运动方向是垂直的，即，曲轴需要与气缸垂直布放，该结构所占空间更大，由此限制了内燃机的应用范围。
【实用新型内容】
[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供了一种内燃机往复式活塞驱动机构，该驱动机构实现了内燃机动力输出时旋转中心方向和活塞的运动方向是平行的，即气缸与动力输出轴平行设置，该结构更加紧凑，便于布放。
[0005](二)技术方案
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种内燃机往复式活塞驱动机构，其包括内燃机缸体、气缸、活塞、连杆、滑轴、直线导向槽以及环槽转轴;环槽转轴为圆筒形，环槽转轴的内侧壁上设置有环形凹槽，环形凹槽展开后为曲线型;环槽转轴可转动地套装在所述缸体外；内燃机缸体上设置有气缸，活塞可上下滑动地设置在气缸内；活塞下端通过连杆与滑轴刚性连接;滑轴水平设置，与气缸相垂直;直线导向槽竖直设置在气缸下方，所述滑轴的端部自直线导向槽伸出所述缸体伸入所述环形凹槽内；活塞上下滑动带动滑轴沿直线导向槽上下移动，滑轴的端部沿所述环形凹槽与环槽转轴发生相对滑动，进而驱动环槽转轴转动。
[0007]进一步，所述气缸内上方设置有缸套，所述活塞可上下滑动地设置在缸套内。
[0008]进一步，所述活塞与所述连杆一体制成;或者所述活塞、连杆和滑轴一体制成。
[0009]进一步，所述活塞、连杆和滑轴分别以所述活塞轴线为中心对称设置。以保证活塞受热、散热和受力均匀对称。
[0010]进一步，所述直线导向槽用于限制所述活塞和滑轴沿周向转动以及沿所述滑轴的轴向滑动，即保证滑轴仅能沿所述气缸的轴向上下滑动;直线导向槽侧壁上设置有润滑油孔，所述润滑油孔通过管路与润滑油供给系统连接。
[0011]进一步，所述直线导向槽的内侧壁上可拆卸设置有耐摩擦的合金面板;合金面板设置在直线导向槽与所述滑轴之间，用于避免滑轴直接磨损直线导向槽内壁;所述滑轴与所述直线导向槽接触部位套装有耐摩擦的滑套，滑套用于避免直线导向槽直接磨损所述滑轴。
[0012]进一步，所述环槽转轴上设置有法兰盘或者齿轮机构，并通过法兰盘或者齿轮结构向外输出动力。
[0013]进一步，所述环形凹槽展开后为一个或若干个周期的正弦曲线，即滑轴的端部沿所述环形凹槽与环槽转轴发生相对滑动，其在环槽转轴上的轨迹展开后为一个或若干个周期的正弦曲线;正弦曲线的最高点与最低点之间的轴向距离为所述活塞的行程距离。
[0014]当展开后的环形凹槽为2个周期的正弦曲线时，内燃机完成四个行程后，环槽转轴旋转一周。
[0015]进一步，所述环槽转轴与所述缸体之间设置有滚动轴承。
[0016]进一步，所述滑轴为一字型，即滑轴包括左右对称的两个所述端部；或者，所述滑轴为Y字型，即滑轴包括三个中心对称设置的三个所述端部；或者所述滑轴为梅花型，梅花型滑轴包括三个以上的中心对称设置的所述端部。
[0017]进一步，所述端部上设置有轴承或轴套，所述端部通过轴承或轴套可滑动地设置在所述环形凹槽内。
[0018]进一步，所述环形凹槽包括与所述滑轴的端部配合的上接触面和下接触面;所述滑轴的端部设置有上轴承或上轴套、下轴承或下轴套;所述上轴承或上轴套仅与所述上接触面接触，所述下轴承或下轴套仅与所述下接触面接触。
[0019]进一步，所述轴承或轴套为直径外大内小的锥台形;所述环形凹槽的横向截面也对应设置为锥台形。
[0020]进一步，所述内燃机为二缸或多缸发动机，所述内燃机缸体包括两个或多个气缸，每个气缸内设置有一个所述活塞;活塞下端通过所述连杆与所述滑轴刚性连接，并共同驱动一个或多个所述环槽转轴转动。
[0021]进一步，所述环槽转轴内壁上设置有两个或多个所述环形凹槽，每个环形凹槽内分别设置有一个所述滑轴，两个或多个气缸内所述活塞分别带动一个所述滑轴上下运动，并同步驱动所述环槽转轴转动。
[0022]进一步，所述内燃机缸体包括两个或多个气缸，两个或多个气缸上下对称设置，或者并排均匀布置。
[0023]进一步，所述活塞设置在所述缸体的上部;所述缸体内在所述活塞相对的一侧设置有平衡轴，缸体在平衡轴的相对位置竖直设置有直线型的平衡轴导向槽，平衡轴沿平衡轴导向槽上下滑动;平衡轴的两端从缸体内伸出并伸入所述环形凹槽内，平衡轴的两端可滑动地设置在环形凹槽内；平衡轴重量等于所述滑轴、连杆和活塞三者重量之和。
[0024]进一步，就所述平衡轴与所述滑轴在所述环形凹槽的位置而言，平衡轴与滑轴上下相对设置；即平衡轴处于环形凹槽波峰位置时，滑轴处于环形凹槽的波谷位置;平衡轴处于环形凹槽波谷位置时，滑轴处于环形凹槽的波峰位置。
[0025]进一步，所述平衡轴为U型。
[0026]进一步，在水平投影平面内，所述平衡轴与所述滑轴垂直设置。
[0027]如内燃机为二缸时，这两个气缸既可以并排布置，也可以上下布置。并排布置时，两个气缸可以共用一个滑轴，共用一个环槽转轴。上下布置时，两个气缸可以共用一个环槽转轴，环槽转轴上的环形凹槽可以是一个，也可以是两个。滑轴有两个轴端，这两个轴端相对于环槽转轴轴心对称布置。上下对称布置时，可以达到平衡效果，消除震动。
[0028]内燃机为四缸时，四个气缸既可以并排布置，也可以上下布置。可以利用四气缸时的布置对称性，来达到平衡效果，消除震动，既可以利用上下对称，也可以利用交叉对称。
[0029](三)有益效果
[0030]本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果:与现有技术相比，本实用新型内燃机动力输出时旋转中心方向和活塞的运动方向是平行的，结构更加紧凑，非常适合于在狭长空间内布置发动机的特殊需求。而且本实用新型内燃机工作时，活塞承受的径向力大大减弱，由此减少了活塞与气缸之间的磨损，延长了活塞和气缸的使用寿命，增加了活塞的气密性。
【附图说明】
[0031]图1为本实用新型实施例的结构原理图；
[0032]图2为本实用新型实施例带有平衡轴后的活塞驱动结构侧剖示意图；
[0033]图3为本实用新型实施例的活塞运动到底部的结构示意图；
[0034]图4为本实用新型实施例的气缸上下对称设置时的结构示意图；
[0035]图5为本实用新型实施例的四个气缸并排设置时的结构示意图；
[0036]图6为本实用新型实施例的四个气缸并排设置时的俯视图；
[0037]其中，11:缸体；12:缸盖；13:配气机构；14:气缸；141:缸套；15:活塞；16:连杆；17:滑轴；171:右端部；172:左端部；173:滑套；174:轴套；18:直线导向槽;19:环槽转轴；191:环形凹槽；191a:上环形凹槽；191b:下环形凹槽；1911:上接触面；1912:下接触面；193:法兰盘;27:平衡轴;28:平衡轴导向槽。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
[0039]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0040]在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0041 ]如图1-3所示，本实施例提供的一种内燃机往复式活塞驱动机构，其包括内燃机缸体11、气缸14、活塞15、连杆16、滑轴17以及环槽转轴19;环槽转轴19为圆筒形，环槽转轴19的内侧壁上设置有环形凹槽191，环形凹槽191展开后为曲线型；环槽转轴19通过轴承1942可转动地套装在缸体11外；内燃机缸体11上设置有气缸14，气缸14内设置有缸套141;活塞15可上下滑动地设置在缸套141内；活塞15下端通过连杆16与滑轴17刚性连接;滑轴17水平设置，与气缸14垂直;缸体11在气缸14下方竖直设置有直线导向槽18，滑轴17的端部自直线导向槽18伸出缸体11伸入环槽转轴19内的环形凹槽191内；活塞15上下滑动带动滑轴17沿直线导向槽18上下移动，滑轴17的端部沿环形凹槽191与环槽转轴19发生相对滑动，进而驱动环槽转轴19转动。其中，12为缸盖;13为内燃机配气机构。
[0042]其中，活塞15与连杆16—体制成;或者，活塞15、连杆16和滑轴17—体制成;三者形成一个刚性连接。
[0043]活塞15、连杆16和滑轴17分别以活塞15轴线为中心对称设置。以保证活塞受热、散热和受力均匀对称。
[0044]直线导向槽18用于限制活塞15和滑轴17沿周向转动以及沿滑轴17的轴向滑动，SP保证滑轴17仅能沿缸体14的轴向上下滑动;直线导向槽18侧壁上设置有润滑油孔，润滑油孔通过管路与润滑油供给系统连接，时刻保证直线导向槽与滑轴之间的润滑效果。
[0045]同时，直线导向槽18的内侧壁上可拆卸设置有耐摩擦的合金面板;合金面板设置在直线导向槽与所述滑轴之间，避免滑轴17直接磨损直线导向槽内壁。或者，滑轴17与直线导向槽18接触部位套装有耐摩擦的滑套173，滑套173用于避免直线导向槽18直接磨损滑轴17。
[0046]环槽转轴19上设置有法兰盘193或者齿轮结构(未示出)，并通过法兰盘193或者齿轮结构向外输出动力。
[0047]环形凹槽191展开后为一个或若干个周期的正弦曲线；即滑轴的端部沿所述环形凹槽与环槽转轴发生相对滑动，其在环槽转轴上的轨迹展开后为一个或若干个周期的正弦曲线；正弦曲线的最高点与最低点之间的轴向距离为活塞15的行程距离。当展开后的环形凹槽为2个周期的正弦曲线时，内燃机完成四个行程后，环槽转轴19旋转一周。
[0048]曲线形状的曲率的变化在于通过滑轴将活塞的上下往复运动转变为环槽转轴的连续的旋转运动，优选地为正弦曲线型，当然，环形凹槽的曲线形状也可以根据活塞和环槽转轴的实际运动状况而具体设定;实际中也可根据发动机燃烧特性和运动特性来稍微改变这个曲线，那这个曲线就不完全是标准的正弦曲线了。
[0049]滑轴17为一字型，即滑轴17包括左右对称的两个端部，即左端部172和右端部171。
[0050]当然滑轴也可以采取其他形式，如滑轴为Y字型，即滑轴包括三个中心对称设置的三个所述端部;或者滑轴为梅花型，梅花形滑轴包括三个以上的中心对称设置的端部。
[0051]滑轴17左端部172和右端部171分别设置有轴套174，左端部172和右端部171通过轴套174可滑动地设置在环形凹槽191内。
[0052]环形凹槽191包括与滑轴17的端部配合的上接触面1911和下接触面1912;滑轴17的端部的轴套174分为上轴套1742和下轴套1741;上轴套1742仅与上接触面1911接触，而下轴套1741仅与下接触面1912接触。环形凹槽191的上下两个接触面1911和1912与环槽转轴19转动时滑轴端部171和172往复运动在环槽转轴19上扫过而形成的上下两个连续曲面尽量一致重合，以使滑轴端部171和172与环形凹槽191始终能密切配合接触。
[0053]环槽转轴19转动时，是以缸套141的轴线为轴心转动，所以在环形凹槽191的上曲面1911和下曲面1912上与滑轴17端部171和172接触的各点，在环槽转轴19转过同样的角度的情况下，距离旋转轴心远的点会比距离近的点运动过的距离要大，所以，以两个下轴套1741为例，距离旋转轴心近的下轴套会比距离远的轴套在端部171上转动的圈数要少，也即轴套转动的圈数是不一样的，靠外的转的多，靠内的转的少;为了减少轴套之间、以及滑轴和环形凹槽之间的这种不等速摩擦，优选的，可以把轴套数量增多。优选的，为了减少滑轴和环形凹槽之间的这种不等速摩擦，可以把轴套设置为直径外大内小的锥台形;所述环形凹槽的横向截面也对应设置为锥台形。
[0054]如图4所示，内燃机为二缸发动机，所述内燃机缸体11包括上下对称设置的上气缸14a和下气缸14b，上下气缸内分别设置有上活塞15a和下活塞15b;环槽转轴19内壁上设置有上环形凹槽191a和下环形凹槽191b。上、下活塞下端通过连杆16分别与上滑轴17a和下滑轴17b刚性连接，上滑轴17a和17b的端部分别伸入上环形凹槽191a和下环形凹槽191b内，并共同驱动一个环槽转轴19转动。二缸内燃机为这种上下对称布置时，可以达到平衡效果，消除震动。
[0055]而如图5和6所示，内燃机缸体包括并排交叉对称设置的4个气缸。4个活塞，对角线上两个活塞共用一个滑轴17，即一共是上下设置有两个滑轴。上下两个滑轴分别与上下布置的两个环形凹槽相配合，共同驱动环槽转轴19转动。
[0056]为了最大可能地消除活塞上下运动所导致的环槽转轴的震动，如图2所示，当活塞15设置在缸体11的上部时，可以在缸体11内下部设置一个U型的平衡轴27，平衡轴27悬挂在缸体内下部;缸体11在平衡轴27的相对位置竖直设置有直线型的平衡轴导向槽28，平衡轴27沿平衡轴导向槽28上下滑动;平衡轴27的两端从缸体11内伸出并伸入环形凹槽191内，平衡轴27的两端可滑动地设置在环形凹槽191内；平衡轴27重量等于滑轴17、连杆16和活塞15三者重量之和。
[0057]就平衡轴27与滑轴17在环形凹槽191的位置而言，平衡轴27与滑轴17上下相对设置；即平衡轴处于环形凹槽波峰位置时，滑轴处于环形凹槽的波谷位置;平衡轴处于环形凹槽波谷位置时，滑轴处于环形凹槽的波峰位置。在水平投影平面内，平衡轴27与滑轴17垂直设置。由此，可以大大降低活塞上下运动时所导致的震动。
[0058]本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
【主权项】
1.一种内燃机往复式活塞驱动机构，其特征在于，其包括内燃机缸体、气缸、活塞、连杆、滑轴、直线导向槽以及环槽转轴;环槽转轴为圆筒形，环槽转轴的内侧壁上设置有环形凹槽，环形凹槽展开后为曲线型;环槽转轴可转动地套装在所述缸体外；内燃机缸体上设置有气缸，活塞可上下滑动地设置在气缸内；活塞下端通过连杆与滑轴刚性连接;滑轴水平设置，与气缸相垂直;直线导向槽竖直设置在气缸下方，所述滑轴的端部自直线导向槽伸出所述缸体伸入所述环形凹槽内；活塞上下滑动带动滑轴沿直线导向槽上下移动，滑轴的端部沿所述环形凹槽与环槽转轴发生相对滑动，进而驱动环槽转轴转动。2.根据权利要求1所述的内燃机往复式活塞驱动机构，其特征在于，所述直线导向槽用于限制所述活塞和滑轴沿周向转动以及沿所述滑轴的轴向滑动，即保证滑轴仅能沿所述气缸的轴向上下滑动;直线导向槽侧壁上设置有润滑油孔，所述润滑油孔通过管路与润滑油供给系统连接。3.根据权利要求1所述的内燃机往复式活塞驱动机构，其特征在于，所述直线导向槽的内侧壁上可拆卸设置有耐摩擦的合金面板;合金面板设置在直线导向槽与所述滑轴之间，用于避免滑轴直接磨损直线导向槽内壁;所述滑轴与所述直线导向槽接触部位套装有耐摩擦的滑套，滑套用于避免直线导向槽直接磨损所述滑轴。4.根据权利要求1所述的内燃机往复式活塞驱动机构，其特征在于，所述环形凹槽展开后为一个或若干个周期的正弦曲线，即滑轴的端部沿所述环形凹槽与环槽转轴发生相对滑动，其在环槽转轴上的轨迹展开后为一个或若干个周期的正弦曲线；正弦曲线的最高点与最低点之间的轴向距离为所述活塞的行程距离。5.根据权利要求1所述的内燃机往复式活塞驱动机构，其特征在于，所述滑轴为一字型，即滑轴包括左右对称的两个所述端部;或者，所述滑轴为Y字型，即滑轴包括三个中心对称设置的三个所述端部;或者所述滑轴为梅花型，梅花型滑轴包括三个以上的中心对称设置的所述端部。6.根据权利要求5所述的内燃机往复式活塞驱动机构，其特征在于，所述端部上设置有轴承或轴套，所述端部通过轴承或轴套可滑动地设置在所述环形凹槽内。7.根据权利要求6所述的内燃机往复式活塞驱动机构，其特征在于，所述环形凹槽包括与所述滑轴的端部配合的上接触面和下接触面;所述滑轴的端部设置有上轴承或上轴套、下轴承或下轴套;所述上轴承或上轴套仅与所述上接触面接触，所述下轴承或下轴套仅与所述下接触面接触。8.根据权利要求1所述的内燃机往复式活塞驱动机构，其特征在于，所述内燃机为二缸或多缸发动机，所述内燃机缸体包括两个或多个气缸，每个气缸内设置有一个所述活塞;活塞下端通过所述连杆与所述滑轴刚性连接，并共同驱动一个或多个所述环槽转轴转动;两个或多个气缸上下对称设置，或者并排均匀布置。9.根据权利要求8所述的内燃机往复式活塞驱动机构，其特征在于，所述环槽转轴内壁上设置有两个或多个所述环形凹槽，每个环形凹槽内分别设置有一个所述滑轴，两个或多个气缸内所述活塞分别带动一个所述滑轴上下运动，并同步驱动所述环槽转轴转动。10.根据权利要求1所述的内燃机往复式活塞驱动机构，其特征在于，所述活塞设置在所述缸体的上部;所述缸体内在所述活塞相对的一侧设置有平衡轴，缸体在平衡轴的相对位置竖直设置有直线型的平衡轴导向槽，平衡轴沿平衡轴导向槽上下滑动;平衡轴的两端从缸体内伸出并伸入所述环形凹槽内，平衡轴的两端可滑动地设置在环形凹槽内；平衡轴重量等于所述滑轴、连杆和活塞三者重量之和。
【文档编号】F02B77/00GK205477925SQ201620208207
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】李立平
【申请人】李立平