专利名称：可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机的气缸及活塞，具体而言，涉及一种可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞。
背景技术：
气缸及活塞被广泛应用于各行各业中，而最多应用的领域是发动机中，在现代交通运输工具比如汽车、轮船等中，一般采用以燃油作为动力源的活塞式内燃发动机。这种发动机缸体及活塞处于如高温强度、耐磨、耐腐蚀等的环境中。因此，发展了适应于这种环境下使用的缸体以及活塞。而目前针对开发新的、洁净的、无污染的替代能源，或者尽可能地减少燃油消耗、降低排放成为发动机发展中急需解决的问题，发明了以压缩空气作为动力源的空气动力发动机正。与此同时，为了适应空气动力发动机的特点，亟需发明一种适用于空气动力发动机的气缸及活塞。本申请的申请人在其申请号为ZL 201210326490.5的专利申请中记载了一种以压缩空气作为动力的可变多缸空气动力发动机，其包括:发动机本体、上箱体、进排气电控制箱、进气及排气器、油底壳、下箱体、固定架；当发动机的油门打开，发动机开始供气，进排气电控制轴的凸起推动电控片与其中一个待静电片接触，则相对应的电磁阀接通并通电，进气门打开，压缩气体通过电磁阀进入相对应的气缸进入的压缩气体推动气缸杆运动，同时带动曲轴动，从而输出动力。这种空气动力发动机，其对气缸及其活塞的质量的要求更高，特别是气密性及耐磨性，目前所采用的气缸及活塞一般不会对其接触表面做特殊处理，因为一般的活塞式内燃发动机由于其动力源是燃油，可以允许做功过程有损失，但是对于空气动力发动机，其对活塞及气缸的配合的要求更高，如此才能提高效率，这尤为关键，针对目前这种可变多缸空气动力发动机采用一般内燃发动机的气缸及活塞产生的耐磨性能差、气密性低、效率低、使用寿命短的技术问题，申请人继续对ZL 201210326490.5的专利文献公开的可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞做出了改进。
发明内容
基于上述问题,本发明提供一种可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，旨在适应于所述可变多缸空气动力发动机，并具有良好的耐磨性与密封性，并且更加洁净的气缸及活塞。根据本发明的一个方面，提供一种可变多缸空气动力发动机的活塞及气缸，所述活塞内置于缸体中，活塞外表面沿周向设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽内通过激光焊焊接有活塞摩擦圈，所述活塞摩擦圈与活塞同轴设置；活塞摩擦圈由所述Cu-Si合金制成，所述Cu-Si合金包括3.5-4.5%重量的娃元素和不低于95%重量的Cu元素,余量为杂质元素，所述杂质元素包括C元素、Ti元素,C元素在Cu-Si合金中的质量分数为0.015%-0.03%、Ti元素在Cu-Si合金中的质量分数为0.015%-0.02% ;所述缸体的缸壁涂有一层密封润滑的涂层，所述涂层为碳纳米管复合耐磨涂层；所述活塞摩擦圈表面具有碳纳米管复合耐磨涂层，涂层可以减少摩擦力，使气缸壁更加耐磨。通过所述气缸壁的涂层以及所述活塞摩擦圈的配合使用，能大大提高其耐磨性，不但能够用于采用以燃油作为动力源的活塞式内燃发动机，而且尤其适用于所述可变多缸空气动力发动机中。优选的是,所述可变多缸空气动力发动机包括,发动机本体、上箱体、进排气电控制箱、进气及排气器、油底壳、下箱体、发电机固定架；发动机本体包括气缸、曲轴、连杆、气缸杆、曲柄；气缸分为气缸1#、气缸2#、气缸3#、气缸4#、气缸5#、气缸6#，并按气缸1#、2#、3#和气缸4#、5#、6#上下分布；当发动机平稳正转时，气缸将按气缸1#、气缸2#、气缸3#的先后顺序进入压缩空气，气缸4#、气缸5#、气缸6#先后进行排气；当发动机平稳倒转时，气缸将按照气缸4#、气缸5#、气缸6#的先后顺序进入压缩气体，气缸1#、气缸2#、气缸3#先后进行排气；当发动机爬坡或要加大动力时，气缸将按照气缸1#、气缸6#、气缸2#的先后顺序进入压缩气体，气缸4#、气缸3#、气缸5#进行排气。在上述任一方案中优选的是，所述气缸上设置有电磁阀，该电磁阀上设置有进气门和排气门。在上述任一方案中优选的是，所述气缸1#、气缸4# ;气缸2#、气缸5# ;气缸3#、气缸6#共用一个气缸外壳。在上述任一方案中优选的是，所述曲轴，其一端设置有进排气电控制轴，进排气电控制轴上设置有电控片，控制气缸的进气、排气。在上述任一方案中优选的是，所述电控片与待静电片接触时对应的气缸的进气门打开进入压缩空气。在上述任一方案中优选的是，所述电控片与待静电片远离时对应的气缸的进气门关闭，此时靠气缸内的压缩空气膨胀做功。在上述任一方案中 优选的是，所述待静电片分为待静电片Γ、待静电片2'、待静电片3'、待静电片4'、待静电片5'、待静电片6'，并且待静电片I' 2，3'和待静电片4' 5' 6'上下分布。在上述任一方案中优选的是，所述电控片为三个，并且按不同的摆角固定在进排气电控制轴上。在上述任一方案中优选的是，所述进气及排气器的管道1##、2##、3##、4##、5##、6##分别与发动机本体上气缸1#、2#、3#、4#、5#、6#的排气门相通。在上述任一方案中优选的是，所述进气及排气器的管道1##、2##、3##、4##、5##、
6##内的气体通过排气管道汇集后排出。在上述任一方案中优选的是，所述进气及排气器上设置有进气管道，压缩空气通过该进去管道进入气缸内。优选的是，所述压缩空气为l_2MPa。根据示范性实施例，高压储气罐中的压缩空气通过缓冲罐进行减压，该缓冲罐上设置有减压阀，高压储气罐内的高压空气减压后到达l_2MPa通入气缸中。由于高压储气罐中的高压空气通过了缓冲罐的减压，相同体积的高压空气使用该发动机的续航里程更长，压缩空气的利用率更高。
现在将描述根据本发明的优选但非限制性的实施例，本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中:
图1为本发明的可变多缸空气动力发动机的总体示意 图2为图1中的按照本发明的移除箱体、进气及排气器和固定架后的可变多缸空气动力发动机本体的三维斜视透视 图3为图1中的按照本发明的移除箱体、进气及排气器和固定架后的可变多缸空气动力发动机本体的主视 图4为图1中的按照本发明的移除箱体、进气及排气器和固定架后的可变多缸空气动力发动机本体的侧视 图5A为图1中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中上箱体的结构示意 图5B为图1中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中上箱体的仰视 图6为图1中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中连杆的结构示意 图7为图1中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中连杆的侧视 图8为图1中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中连杆的局部剖视 图9A为图2中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中A控制阀通过进气门进气时单缸工作的剖视 图9B为图2中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中B控制阀排气门进气时单缸工作的剖视 图1OA为图2中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中A控制阀进气门进气时双缸工作的剖视 图1OB为图2中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中A控制阀进气门进气完成时双缸工作的剖视 图11为图2中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中曲轴及控制轴的结构示意
图12为图2中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中曲轴及控制轴的主视图； 图13为图2中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中曲轴及控制轴的局部剖视
图14为图2中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中控制轴的结构示意 图15为图2中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中控制轴的主视 图16A为图2中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中控制轴的电控片的原始状态 图16B为图2中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中控制轴旋转120°的电控片的状态 图16C为图2中的按照本发明的可变多缸空气动力发动机中控制轴旋转240°的电控片的状态 图17为按照本发明的可变多缸空气动力发动机的控制系统示意图。
具体实施例方式以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。现在参考图1，图1是根据本发明的可变多缸空气动力发动机的总体示意图。在图1中，可变多缸空气动力发动机包括发动机本体1、上箱体20、进排气电控制箱30、进气及排气器40、油底壳50、下箱体60、曲轴14、进气管道41、排气管道42、固定架70。如图1所不，高压气罐组(未示出)通过压缩空气入口管路与外接加气站或外接加气装置连接，以从外界获得所需的高压压缩空气。压缩空气入口管路上设有流量计A、压力计P和手控开关(未示出)。流量计A用于测量和监控进入高压气罐组(未示出)的压缩空气的流量，而压力计P用于测量和监控进入高压气罐组(未示出)的压缩空气的压力。在需要通过外接加气装置或加气站对高压气罐组(未示出)进行加气时，打开手控开关，高压压缩空气进入高压气罐组(未示出)，当压缩空气入口管路上的流量计A和压力计P达到规定数值时，关闭手控开关，完成高压气罐组(未示出)的充气过程，这样就可获得额定压力下比如30MPa的压缩空气。为了保证储气罐的安全性能，在高压气罐组(未示出)上可设置一个、二个或多个安全阀(未示出)。高压气罐组(未示出)可以是具有足够容量的一个、二个、三个、四个或更多个高压气罐以串联或并联的形式组合而成，根据应用场合的实际需要，确定高压气罐组(未示出)的组成气罐数。高压气罐组(未示出)通过管路连接到恒压罐(未示出)，管路上同样设置有分别监测和控制压缩空气流量和压力的流量计A和压力计P以及减压阀。减压阀用来使高压气罐组(未示出)提供的高压压缩空气减压，以适当压力送入到恒压罐(未示出)。恒压罐(未示出)用来稳定来自高压气罐组(未示出)的高压空气的压力，其压力为l_2MPa，优选的是，1.5PMa。继续参阅图1，来自恒压罐的压缩空气可以通过加热装置加热后经过进气及排气器40上的进气管道41进入对应的气缸1#、气缸2#、气缸3#、气缸4#、气缸5#、气缸6#内。另外，做功完成后排出的气体通过管道1##、管道2##、管道3##、管道4##、管道5##、管道6##汇集到一起最终经排气管道42排出。该发动机的动力来自压缩空气，做功完成后排出的气体同样为空气，可以将排出后的气体直接排到大气中不会造成污染。现在参阅图2-图4，图2为图1中的按照本发明的移除箱体、进气及排气器和固定架后的可变多缸空气动力发动机本体的三维斜视透视图；图3为图1中的按照本发明的移除箱体、进气及排气器和固定架后的可变多缸空气动力发动机本体的主视图；图4为图1中的按照本发明的移除箱体、进气及排气器和固定架后的可变多缸空气动力发动机本体的侧视图，其包括气缸12、曲轴14。如图2和图3所不,发动机本机I包括一排气缸，气缸的个数为6个，具体而言，可以为2个、4个、6个、8个等。在本发明的示例中，每两个气缸共用一个气缸外壳121 (见图9)。根据图2和图3所不,每两个气缸上下分布在一个气缸外壳121内，分别为气缸1#、气缸2#、气缸3#分布在上部；气缸4#、气缸5#、气缸6#分布在下部。每一气缸12上设置有电磁阀11，电磁阀11上设置有进气门13，排气门15。气缸12内容纳有气缸活塞122，气缸活塞122通过连杆16和气缸杆120连接到曲轴14上。曲轴14的旋转带动活塞在气缸12内做往复运动。接下来参考图5A-图5B。图5A-图5B所示的上箱体20与图1所示的下箱体60用来密闭发动机主体I。上箱体20为中间空心的大体上长方体的结构，其正面开有6个进气孔201和6个排气孔202。进气及排气器40上的管道1##、管道2##、管道3##、管道4##、管道5##、管道6##分别与气缸1#、气缸2#、气缸3#、气缸4#、气缸5#、气缸6#相通以作为排气管道。当发动机的油门打开时，恒压罐内的压缩气体通过进气管道41进入气缸12内；当气缸做功完成后气缸12的进气门关闭气体通过进气及排气器40上的管道1##、管道2##、管道3##、管道4##、管道5##、管道6##汇集到排气管道42后排出。箱体的两侧板的底部开有轴颈槽204，轴颈槽204的内弧面上加工有轴颈润滑油油槽206和润滑油油道207，在轴颈润滑油油槽206内注入润滑油，以便对置于轴颈槽204内的曲轴14进行润滑。另外，在曲轴14两端与轴颈槽204配合处均设置有滚动轴承(未示出)，轴颈润滑油油槽206内的润滑油可以对轴承进行润滑。如图5B所示，箱体203的顶部内侧设置有3个喷油嘴205，每一喷油嘴205直对着每一连杆16，对连杆16进行润滑。另外，喷油嘴205的数目根据气缸12的增加或减少而增加或减少，即根据连杆16的增加而增加，连杆16的减少而减少。接下来结合图6-8进一步对曲轴进行详细的描述。气缸活塞122通过连杆16和气缸杆120连接到曲轴14上，连杆16的底端开有半圆槽孔，通过连杆销130与连杆16连接在一起。连杆销130的两端设置有卡环170，连杆16的上端加工成半圆状，连杆16可以在气缸杆120的槽孔中进行转动。连杆16与气缸杆120的组装件通过连杆曲轴连接上盖
18、连杆曲轴连接下盖19安装在曲轴14上，连杆曲轴连接上盖18、连杆曲轴连接下盖19的两侧开有圆孔。连杆曲轴连接上盖18、连杆曲轴连接下盖19为两半圆块，其半圆块的中部开有半圆槽，该半圆槽的直径约为曲柄轴142的直径，连杆曲轴连接上盖18、连杆曲轴连接下盖19半圆槽与曲柄轴142的配合为间隙配合。连杆曲轴连接上盖18与连杆曲轴连接下盖19通过两组连杆曲轴固定螺栓150、连杆曲轴固定螺母160连接在一起。现在参考图9A-图9B (箭头方向为气体流动方向)，具体描述可变多缸空气动力发动机的平稳工作过程。首先参考图9A，其示出了气缸的内部结构。气缸外壳121内设置有气缸活塞122、气缸杆120。气缸分为气缸左气室123和气缸右气室124，并且每个气缸室均安装有电磁阀11。气缸左气室123上的电磁阀11由A阀体111-1、A橡胶密封圈112-1、A阀芯113-1、A线圈114-1、A复 位弹簧115-1组成；气缸右气室124上的电磁阀11由B阀体111-2、B橡胶密封圈112-2、B阀芯113-2、B线圈114-2、B复位弹簧115-2组成。进一步参考图9A和图17。当发动机平稳正转时，打开发动机的油门和正转分电器，则分电片会与气缸1#相对应的待静电片I,接触，则气缸1#的A进排气控制阀打开，其进气门13处的a 口会进入压缩气体，推动气缸左气室123内的气缸活塞122向气缸右气室124运动，曲轴14转过90°则分电片处于中位，离开待静电片Γ，则气缸1#的进气门13关闭。此时，气缸1#内的压缩气体膨胀做功，气体从B进排气控制阀上的排气门15处的c口排出。等到曲轴14再转30°时，分电片会与气缸2#相对应的待静电片2'接触，则气缸2#会进入压缩气体；当曲轴14再转过90°时，则分电片处于中位，离开待静电片2'，则气缸2#的进气门13关闭。此时，靠气缸2#内的压缩气体膨胀做功，气体从B进排气控制阀上的排气门15处的c 口排出。等到曲轴14再转30°时，分电片会与气缸3#相对应的待静电片3'接触，则气缸3#会进入中压气体。当曲轴14转过90°时，则分电片处于中位，离开待静电片3'，则气缸3#的进气门13关闭。此时，气缸3#内的中压气体膨胀做功，气体从B进排气控制阀上的排气门15处的c 口排出。等到曲轴再转30°时，分电片会与气缸1#相对应的待静电片Γ接触，则气缸1#会进入压缩气体。曲轴14转过90°时，则分电片处于中位，离开待静电片I'，则气缸1#的进气门13关闭。此时,气缸内的压缩气体膨胀做功，气体从B进排气控制阀上的排气门15处的c 口排出。发动机平稳工作时，其气缸就按照气缸1#、2#、3#以此循环做功，达到发动机平稳运转。接下来参考图9B。当发动机平稳倒转时，打开发动机的油门和逆转分电器，则分电片会与气缸4#相对应的待静电片4,接触，此时气缸4#的B进排气控制阀上的进气门13处的d 口会进入压缩气体，推动气缸右气室124内的气缸活塞122向气缸左气室123运动；曲轴13逆转过90°时，分电片处于中位，离开待静电片4'，气缸4#的进气门13关闭，此时气缸内的压缩气体膨胀做功，气体从A进排气控制阀上的排气门15处的b 口排出。等到曲轴14再逆转30°时，分电片会与气缸5#相对应的待静电片5'接触，此时气缸5#会进入压缩气体，曲轴14逆转过90°，分电片处于中位，离开待静电片5'，则气缸5#的进气门13关闭，此时气缸内的中压气体膨胀做功，气体从A进排气控制阀上的排气门15处的b 口排出。等到曲轴再逆转30°时，分电片会与气缸6#相对应的待静电片6'接触，此时气缸6#会进入中压气体，曲轴14逆转过90°，分电片处于中位，离开待静电片6'，气缸6#的进气门13关闭，此时气缸内的压缩气体膨胀做功，气体从A进排气控制阀上的排气门15处的b 口排出。等到曲轴再逆转30°时，分电片会与气缸4#相对应的待静电片4'接触，此时气缸4#会进入压缩气体，曲轴14逆转过90°，分电片处于中位，离开待静电片4'，气缸4#的进气门13关闭，此时气缸内的中压气体膨胀做功，气体从A进排气控制阀上的排气门15处的b 口排出。发动机在逆转平稳工作时，其气缸就按照气缸4#、5#、6#以此循环做功，达到发动机平稳逆运转。现在参考图1OA和图1OB。在发动机需要爬坡或者是加大动力时，油门启动分电器打开，分电片会与气缸1#相对应的待静电片P接触，同时气缸5#相对应的分电片和待静电片5'也接触，此时气缸1#的A进排气控制阀打开，其进气门13处的a 口会进入压缩气体，推动气缸左气室123内的气缸活塞122向气缸右气室124运动，连杆16推动曲轴14转动，而气缸5#相对应的连杆16是拉动曲轴14转动，起到双向动力的作用。当曲轴14转过30°角时，气缸5#相对应的分电片与待静电片Y相离处于中位，而此时气缸1#相对应的连杆16还是靠压缩气体推动曲轴14做功，气缸5#则是靠压缩气体膨胀做功，带动连杆16以拉动曲轴14做功。当曲轴再转30°时，气缸1#还是像之前一样做功，但是此时气缸6#相对应的分电片与待静电片6'相接触，也就是气缸6#的进气门13打开，开始进入压缩气体，压缩气体推动气缸活塞122，拉动曲轴14做功，此时靠压缩气体推动气缸活塞122而拉动曲轴14做功的是6#缸，靠压缩气体推动气缸活塞122，以推动曲轴14做功的是1#缸，靠压缩空气膨胀推动气缸活塞122，以拉动曲轴14做功的是5#缸；当曲轴14再转30°时，气缸1#相对应的分电片与待静电片I'相离而处于中位，压缩气体膨胀继续做功；此时，气缸6#相对应的连杆16还是靠压缩气体驱动曲轴14做功，气缸5#则是靠压缩气体膨胀做功，从而带动连杆16驱动曲轴14做功。当曲轴14再转30°时，气缸5#停止做功，气缸1#继续靠压缩气体膨胀做功，气缸6#还是依靠压缩气体推动做功，但是此时气缸2#相对应的分电片与待静电片2'相接触，气缸2#开始做功。如此循环下去的做功顺序是气缸1#、6#、2#、4#、3#、5#，其中气缸1#、2#、3#是靠推动曲轴14做功，气缸4#、5#、6#是靠压缩气体拉动曲轴14做功。如此一来，曲轴14转动时有多缸做功，从而加大扭矩输出，达到爬坡或者是大动力输出的需求。现在参考图11-13，曲轴14包括曲柄140、后端141、曲柄轴142、曲轴前端146。曲柄轴142上设置有轴承143、轴承固定圈144，曲柄轴142的轴径上加工有一个或多个润滑油油槽145，其用来对轴承143进行润滑。曲轴前端146设置有进排气电控制轴17，进排气电控制轴17上安装有电控制片171，其端部有电控片固定端172。在本发明的优选实施例中，曲轴14的曲柄140将3个曲柄轴142隔开，曲柄140的数目为4个，该数目可以根据气缸的数目增加或减少，这些均是本领域技术人员容易想到的。曲柄140上加工有通孔，其用来连接曲柄轴142，曲柄轴142通过螺母147固定在曲柄140的通孔内。为了防止曲柄140与曲柄轴142接触处生锈，曲柄轴142的轴径上设有润滑油道148，来自润滑油油槽145的润滑油通过润滑油道148对曲柄轴142及轴承143进行润滑，防止其生锈。如图14-图15所示，进排气电控制轴17上设有3个电控片171，其分别用于控制可变多缸空气动力发动机的6个气缸的进排气过程。各电控片之间的位置相对静止，电控片相对于曲轴14也是相对静止的。电控片171的材料选用防锈、耐磨的金属或非金属材料，例如不锈钢或高强度树脂。另外，相连两电控片之间由圆板隔开，并且将电控片171夹紧在其中，电控片171与电控片固定端172通过螺纹连接进行固定。接下来参考图16A-图16C，图16A为发动机平稳工作时，气缸1#通入压缩空气，电控片171中的第一电控片171-1的凸起与待静电片Γ接触，第一电控片171-1与第二电控片171-2相差120°，第二电控片171-2与第三电控片171-3相差120°，第三电控片171-3与第一电控片171-1相差120° ;当进排气电控制轴17顺时针旋转120°时，第二电控片171-2的凸起与待静电片2'接触，气缸2#的进气门打开进入压缩空气，如图16B所示；当进排气电控制轴17再顺时针旋转120°时，第三电控片171-3的凸起与待静电片3'接触，气缸3#的进气门打开进入压缩空气，如图16C所示。现在结合图17详细地描述进排气控制系统。进排气控制系统的作用是根据电子控制单元的指令信号控制电磁阀的开启顺序。由于电磁阀具有减压作用，其与减压调压阀组合就形成了调速阀，从而可以将发动机的转速调整在一个合适的范围内。在发动机本体I上可选择性地设有多种传感器，比如测量发动机转速的速度传感器、判断油门踏板位置的油门电位计、测量发动机机体温度的温度传感器。
当发动机平稳正转时，发动机的油门和正转分电器打开，分电片与气缸1#相对应的待静电片P接触，气缸1#进入压缩气体；曲轴转过90°时，分电片处于中位，离开待静电片Γ，气缸1#的进气门关闭，此时气缸1#内的压缩气体膨胀做功。等到曲轴再转30°时，分电片与气缸2#相对应的待静电片2’接触，气缸2#中进入压缩气体；当曲轴再转过90°时,分电片处于中位,离开待静电片2',气缸2#的进气门关闭,此时气缸2#内的压缩气体膨胀做功。等到曲轴再转30°时，分电片与气缸3#相对应的待静电片3'接触，气缸3#中进入压缩气体，当曲轴转过90°时，分电片处于中位，离开待静电片:V，气缸3#的进气门关闭，此时气缸3#内的压缩气体膨胀做功。等到曲轴再转30°时，分电片会与气缸1#相对应的待静电片P接触,气缸1#中进入压缩气体；曲轴转过90°，分电片处于中位，离开待静电片I'，气缸1#的进气门关闭，此时气缸内的压缩气体膨胀做功。发动机在正转平稳工作时，其气缸按照气缸1#、2#、3#的次序以此循环做功，达到发动机平稳运转。当发动机平稳倒转时，发动机的油门和逆转分电器打开，分电片与气缸4#相对应的待静电片V接触,气缸4#进入压缩气体；曲轴逆转过90°，分电片处于中位，离开待静电片4'，气缸4#的进气门关闭，此时气缸内的压缩气体膨胀做功。等到曲轴再逆转30°时，分电片与气缸5#相对应的待静电片5'接触，气缸5#中进入压缩气体；曲轴逆转过90°时,分电片处于中位,离开待静电片5',气缸5#的进气门关闭,此时气缸内的压缩气体膨胀做功。等到曲轴再逆转30°时，分电片与气缸6#相对应的待静电片6'接触，气缸6#内进入压缩气体；曲轴逆转过90°时,分电片处于中位,离开待静电片6',气缸6#的进气门关闭，此时气缸内的压缩气体膨胀做功。等到曲轴再逆转30°时，分电片与气缸4#相对应的待静电片4'接触，气缸4#进入压缩气体；曲轴逆转过90°，分电片处于中位，离开待静电片4',气缸4#的进气门关闭,此时靠气缸内的压缩气体膨胀做功。发动机平稳工作时，其气缸就按照气缸4#、5#、6#以此循环做功，达到发动机平稳逆运转。在发动机需要爬坡或者是加大动力时，油门启动分电器打开，分电片会与气缸1#相对应的待静电片P接触，同时气缸5#相对应的分电片和待静电片5'也接触，此时气缸1#的A进排气控制阀打开，连杆推动曲轴转动，而气缸5#相对应的连杆拉动曲轴转动，起到双向动力的作用。当曲轴转过30°时，气缸5#相对应的分电片与待静电片5'相离而处于中位，此时气缸1#相对应的连杆还是靠压缩气体推动曲轴做功，气缸5#则是靠压缩气体膨胀做功，从而带动连杆拉动曲轴做功。当曲轴再转30°时,气缸1#还是像之前一样做功,但此时气缸6#相对应的分电片与待静电片6'相接触，也就是气缸6#的进气门打开，开始进入压缩气体,压缩气体推动气缸活塞而拉动曲轴做功；此时，压缩气体推动气缸活塞而拉动曲轴做功的是6#缸,依靠压缩气体推动气缸活塞而推动曲轴做功的有1#缸，靠压缩空气膨胀推动气缸活塞而拉动曲轴做功的是5#缸；当曲轴再转30°时，气缸1#相对应的分电片与待静电片P相离而处于中位，靠压缩气体膨胀继续做功；此时气缸6#相对应的连杆还是靠压缩气体拉动曲轴做功，气缸5#则是靠压缩气体膨胀做功，从而带动连杆拉动曲轴做功。当曲轴再转30°时，气缸5#停止做功，气缸1#继续靠压缩气体膨胀做功，气缸6#还是靠压缩气体推动做功，但此时气缸2#相对应的分电片与待静电片I'相接触，气缸2#开始做功。如此循环下去，做功顺序按照气缸1#、6#、2#、4#、3#、5#依次进行，其中气缸1#、2#、3#是靠推动曲轴做功，气缸4#、5#、6#是靠压缩气体拉动曲轴做功。如此一来，曲轴转动时，多缸做功从而加大扭力提高效率，进而达到爬坡或者大动力输出的要求。图1OA为本发明的可变多缸空气动力发动机中A控制阀进气门进气时双缸工作的剖视图，所述活塞内置于缸体中，活塞外表面沿周向设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽内通过激光焊焊接有活塞摩擦圈，所述活塞摩擦圈与活塞同轴设置；活塞摩擦圈由所述Cu-Si合金制成，所述Cu-Si合金包括3.5%重量的娃元素和96%重量的Cu元素,余量为杂质元素，所述杂质元素包括C元素、Ti元素，C元素在Cu-Si合金中的质量分数为0.015%、Ti元素在Cu-Si合金中的质量分数为0.015% ;所述缸体的缸壁涂有一层密封润滑的涂层，所述涂层为碳纳米管复合耐磨涂层；所述活塞摩擦圈表面具有碳纳米管复合耐磨涂层，涂层可以减少摩擦力，使气缸壁更加耐磨。通过所述气缸壁的涂层以及所述活塞摩擦圈的配合使用，能大大提高其耐磨性；
或者，所述Cu-Si合金包括4.5%重量的娃元素和95%重量的Cu元素,余量为杂质元素，所述杂质元素包括C元素、Ti元素，C元素在Cu-Si合金中的质量分数为0.03%、Ti元素在Cu-Si合金中的质量分数为0.02%。同样的通过所述气缸壁的涂层以及所述活塞摩擦圈的配合使用，能大大提高其耐磨性； 或者，所述Cu-Si合金包括4%重量的娃元素和95.5%重量的Cu元素,余量为杂质元素，所述杂质元素包括C元素、Ti元素，C元素在Cu-Si合金中的质量分数为0.02%、Ti元素在Cu-Si合金中的质量分数为0.018%。同样的通过所述气缸壁的涂层以及所述活塞摩擦圈的配合使用，能大大提高其耐磨性。尽管参考附图详细地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对本发明所作的各种变型、改型及等效方案。
权利要求
1.一种可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，所述活塞内置于气缸中，活塞外表面沿周向设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽内通过激光焊焊接有活塞摩擦圈，所述活塞摩擦圈与活塞同轴设置，其特征在于:活塞摩擦圈由所述CU-Si合金制成，所述Cu-Si合金包括3.5-4.5%重量的娃元素和不低于95%重量的Cu元素,余量为杂质元素,所述杂质元素包括C元素、Ti元素，C元素在Cu-Si合金中的质量分数为0.015%-0.03%,Ti元素在Cu-Si合金中的质量分数为0.015%-0.02% ;所述缸体的缸壁涂有一层密封润滑的涂层，所述涂层为碳纳米管复合耐磨涂层；所述活塞摩擦圈表面具有碳纳米管复合耐磨涂层。
2.根据权利要求1所述的可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，其特征在于:所述的可变多缸空气动力发动机包括，发动机本体(I)、上箱体(20)、进排气电控制箱(30)、进气及排气器(40)、油底壳(50)、下箱体(60)、发电机固定架(70)； 所述发动机本体(I)包括:气缸(12)、曲轴(14)、连杆(15)、气缸杆(120)、曲柄(13)；其中， 气缸(12)分为气缸1#、气缸2#、气缸3#、气缸4#、气缸5#、气缸6#,并按气缸1#、2#、3#和气缸4#、5#、6#上 下分布； 当发动机平稳正转时，气缸(12)按照气缸1#、气缸2#、气缸3#的先后顺序进入压缩空气，气缸4#、气缸5#、气缸6#先后进行排气； 当发动机平稳倒转时，气缸(12)按照气缸4#、气缸5#、气缸6#的先后顺序进入压缩气体，气缸1#、气缸2#、气缸3#先后进行排气； 当发动机爬坡或要加大动力时，气缸(12)按照气缸1#、气缸6#、气缸2#的先后顺序进入压缩气体，气缸4#、气缸3#、气缸5#先后进行排气。
3.如权利要求2所述的可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，其特征在于:所述气缸(12 )上设置有电磁阀(11)，该电磁阀(11)上设置有进气门(13 )和排气门(15 );所述气缸1#、气缸4# ;气缸2#、气缸5# ;气缸3#、气缸6#共用一个气缸外壳(121)。
4.如权利要求2所述的可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，其特征在于:所述曲轴(14)的一端设置有进排气电控制轴(17)，所述进排气电控制轴(17)上设置有电控片(171)，控制气缸(12)的进气、排气。
5.如权利要求4所述的可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，其特征在于:所述电控片(171)与待静电片接触时，对应气缸(12)的进气门(13)打开，压缩空气进入。
6.如权利要求4所述的可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，其特征在于:所述电控片(171)与待静电片远离时，对应气缸(12)的进气门(13)关闭，此时气缸(12)内的压缩空气膨胀做功。
7.如权利要求5或6所述的可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，其特征在于:所述待静电片分为待静电片I'、待静电片2,、待静电片3,、待静电片4,、待静电片5,、待静电片6'，并且待静电片按照待静电片I' I' 3'和待静电片4' 5' 6'上下分布。
8.如权利要求4-6中任一项所述的可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，其特征在于:所述电控片(171)为三个，并且按不同的摆角固定在进排气电控制轴(17)上。
9.如权利要求2所述的可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，其特征在于:所述进气及排气器(40)的管道1##、2##、3##、4##、5##、6##分别与发动机本体(I)上的气缸1#、2#、3#、4#、5#、6#的排气门相通。
10.如权 利要求9所述的可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，其特征在于:所述进气及排气器(40)的管道1##、2##、3##、4##、5##、6##内的气体通过排气管道(42)汇集后排出。
全文摘要
本发明涉及一种可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，所述活塞内置于气缸中，活塞外表面沿周向设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽内通过激光焊焊接有活塞摩擦圈，所述活塞摩擦圈与活塞同轴设置，其特征在于活塞摩擦圈由所述Cu-Si合金制成，所述Cu-Si合金包括3.5-4.5%重量的硅元素和不低于95%重量的Cu元素，余量为杂质元素，所述杂质元素包括C元素、Ti元素，C元素在Cu-Si合金中的质量分数为0.015%-0.03%、Ti元素在Cu-Si合金中的质量分数为0.015%-0.02%；所述缸体的缸壁涂有一层密封润滑的涂层，所述涂层为碳纳米管复合耐磨涂层；所述活塞摩擦圈表面具有碳纳米管复合耐磨涂层。
文档编号F16J10/02GK103206532SQ20131002722
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者周登荣, 周剑 申请人:祥天控股(集团)有限公司