专利名称：一种发动机行程限定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机领域。
技术背景众所周知，往复式内燃发动机已经拥有一百多年的历史，是一种非常成功 的热功转换机械。但目前人类所遇到的能源环境问题，对热功转换机械提出了 更高的要求。因而，往复式内燃机就显得体积大、重量大、效率低、低排放性 差。所以近些年来，人们开始特别注重摆动活塞式发动机和自由活塞式发动机 的研究和开发。与往复式活塞发动机相比，摆动活塞式发动机、摆动活塞式转 子发动机、弧形缸摆动活塞式发动机、弧形缸转子发动机(活塞在做圆周运动 的同时并摆动)和自由活塞发动机都具有效率高、排放性好，体积小、重量轻 等优点，具有十分明显的优势。但是，这类发动机的行程的限定一直没有得到 解决，也已成为这类发动机商业化应用的巨大障碍。为此需要发明一种能够限 定这类发动机的行程的装置，以提高这类发动机的效率、低排放性和适用性。发明内容传统往复式发动机的最大缺陷是在爆炸冲程上止点，活塞对曲轴没有力 矩，而且在相当转角内力矩也较小，因而使气缸内的高温高压气体维持时间过 长导致热量损失大，氮氧化物形成多，致效率低，排放差。而摆动活塞式发动 机、摆动活塞式转子发动机、弧形缸摆动活塞式发动机、弧形缸转子发动机和 自由活塞发动机则不然，活塞在爆炸冲程开始时就具有很大的力矩，燃烧室内 气体膨胀快，热量损失小，氮氧化物形成少，效率高，排放好。但是，这类发 动机的行程和压縮比的控制是十分困难的， 一直是这类发动机商业化应用的巨 大障碍。所谓摆动活塞发动机是指活塞在气缸内摆动，形成容积变化，而构成的发 动机，此种发动机的活塞和气缸不作圆周运动；所谓摆动活塞式转子发动机， 是指与摆动活塞式发动机结构相同，但活塞在摆动的同时还作圆周运动；弧形缸摆动活塞式发动机和弧形缸转子发动机的结构与摆动活塞式发动机和摆动 活塞式转子发动机的结构不同，所谓弧形缸发动机是指气缸的中心线设为弧 形，气缸的断面设为圆形或非圆形，活寨的活塞连接件设在气缸的燃烧室密封 段之外的发动机。如将气缸和活塞中的一类设为固定式，则构成所谓弧形缸摆 动活塞式发动机，如将气缸和活塞设为以所述气缸中心弧线的圆心为圆心旋转 并相对摆动式，则构成所谓弧形缸转子发动机(详见专利申请号200820178435. 5和200810172692. 2)。所述销轴弹簧就是设置在销轴上的弹簧，它的设置会使连杆系统运行更加 平稳，也会使所述自由销轴可更快速地离开与端部销轴的共线点，从而所述自 由活塞在爆炸冲程开始时对外的力矩更大，提高发动机的效率。所谓共线点就 是当连杆系统的所有销轴都处于同一直线上时，自由销轴所处的点的位置。所述惯量体就是具有一定惯量的物体，所述惯量体设置在连杆的自由端自 由端销轴上，通过调整所述惯量体的质量，使连杆系统运行更加平稳。所述滑动惯量调整弹簧是设置在连杆上的弹簧，滑动惯量调整弹簧的一端 与连杆的固定端，也可与连杆的自由端连接，只要所述滑动惯量调整弹簧的作 用是将所述滑动惯量体向连杆的固定端方向移动即可，所述滑动惯量调整弹簧 的另一端作用于所述滑动惯量体，并使所述滑动惯量体具有远离连杆自由端的 趋势。由于惯性力的作用，这一结构使连杆的自由端在远离共线点时具有较大 惯量，在共线点附近具有较小惯量。为此，会使所述连杆自由端可更快速地离 开共线点，从而所述自由活塞在爆炸冲程开始时对外的力矩更大，提高发动机 的效率。所述惯量体车是设置在连杆自由端上或所述自由端销轴上的惯量体装载 件。所述惯量体车上设有蓄能弹簧，所述蓄能弹簧的一端与所述惯量体车连接， 所述蓄能弹簧的另一端与所述车载惯量体连接，所述车载惯量体与所述惯量体 车滑动连接。由于惯性力的作用，这一结构使连杆的自由端在处于共线点时， 受到所述车载惯量体经所述蓄能弹簧的间接作用获得继续向前的推力。为此， 会使所述连杆自由端可更快速地离开共线点，从而使所述自由活塞在爆炸冲程 开始时对外的力矩更大，提高发动机的效率。所述转动惯量体是设置在连杆自由端上或所述自由销轴上的可以转动的 偏心惯量体。所述转幼惯量体与所述旋转弹簧连接。由于惯性力的作用，这一 结构会使连杆的自由端在处于共线点时，受到所述转动惯量体经所述转动弹簧 的间接作用获得继续向前的推力。为此，会使所述连杆自由端可更快速地离开 共线点，从而所述自由活塞在爆炸冲程开始时对外的力矩更大，提高发动机的 效率。
由于在所述发动机行程限定装置运行时，所述连杆系统的自由端会高速运 动，通过真空箱体的设置，使连杆系统全部或部分设置在真空箱内，可以减少 所述连杆系统的自由端高速运动的阻力，提高发动机的效率。
当连杆系统的两个端部向各自远离的相反方向运动时，由于二连杆、三连 杆和多连杆系统中的自由部分存在惯量以及本发明中的各类惯量体的设置，连 杆系统的两端将受到相反方向的拉力。同理，当连杆系统的两个端部向各自靠 近的相反方向运动吋，由于二连杆、三连杆和多连杆系统中的自由部分存在惯 量以及本发明中的各类惯量体的设置，连杆系统的两端将受到相反方向的拉 力。因此，自由端存在惯量的连杆系统可以约束连杆系统两个端部的运动，使 两个端部的运动更平稳，即可以使所述自由活塞的运动更平稳。
在所述连杆系统的自由端处于共线点时，所述自由活塞开始反向运动。此 时，所述连杆系统的自由端必须尽快离开共线点，否则所述连杆系统将影响所 述自由活塞离开上下止点的运动，影响所述自由活塞式发动机在爆炸冲程开始 时的对外输出力矩，进而导致所述发动机行程限定装置的效率下降。
所述三连杆结构比所述二连杆结构能使处于共线点的所述连杆系统的自 由端更快地离开共线点，但所述三连杆结构比所述二连杆结构复杂，制造成本 也高。无论二冲程还是四冲程所述发动机行程限定装置， 一个所述发动机行程 限定装置可以设置多个所述连杆系统，以满足控制各个自由活塞的需要。所述 销轴弹簧，所述惯量体，所述滑动惯量体和所述滑动惯量体弹簧，所述转动惯 量体和所述转动惯量体调整弹簧，所述惯量车、所述经蓄能弹簧和所述车载惯 量体，设置一个或多个，单独使用或同时使用。调整连杆的长短，各类弹簧的 虎克系数，惯量体的质量可以匹配不同发动机。
6本发明的目的就是要公开一种可以限定摆动活塞式发动机、摆动活塞式转 子发动机、弧形缸摆动活塞式发动机、弧形缸转子发动机和自由活塞发动机的 行程的装置，以提这类高发动机的效率、低排放性和实用性。
本发明的目的是这样实现的 一种发动机行程限定装置，包括发动机， 所述发动机的气缸及其气缸连接件、气缸固定件和气缸随动件设为所述气缸所 代表的系统，所述气缸所代表的系统设为系统A;所述发动机的活塞及其活塞 连接件、活塞固定件和活塞随动件设为所述活塞所代表的系统，所述活塞所代 表的系统设为系统B;所述活塞中的部分活塞及其连接件、固定件和随动件设 为所述部分活塞所代表的系统，所述部分活塞所代表的系统设为系统C，所述 活塞中的另外部分活塞及其活塞连接件、活塞固定件和活塞随动件设为所述另 外部分活塞所代表的系统，所述另外部分活塞所代表的系统设为系统D，在所
述系统A和所述系统B之间设置行程限定装置，或在所述系统C和所述系统D
之间设置所述行程限定装置。
所述行程限定装置设为由连杆A、连杆B、自由端销轴、端部销轴A和端 部销轴B构成的二连杆式行程限定装置，所述二连杆式行程限定装置的所述端 部销轴A设为与所述系统A固连，所述端部销轴B设为与所述系统B固连，或 所述二连杆式行程限定装置的所述端部销轴A设为与所述系统C固连，所述端 部销轴B设为与所述系统D固连。
所述行程限定装置设为由所述连杆A、所述连杆B、连杆C、两个所述自由 端销轴、所述端部销轴A和所述端部销轴B构成的三连杆式行程限定装置，所 述三连杆式行程限定装置的所述端部销轴A设为与所述系统A固连，所述端部 销轴B设为与所述系统B固连，或所述三连杆式行程限定装置的所述端部销轴 A设为与所述系统C固连，所述端部销轴B设为与所述系统D固连。
在所述二连杆式行程限定装置的所述自由端销轴处或在所述三连杆式行 程限定装置的所述自由端销轴处设置弹簧。
在所述二连杆式行程限定装置的所述自由端销轴处或在所述三连杆式行 程限定装置的所述自由端销轴处设置惯量体。
在所述二连杆式行程限定装置或在所述三连杆式行程限定装置的所述连杆自由端或所述自由端销轴处设置转动惯量体，在所述转动惯量体和邻近的连 杆之间设有转动惯量体调整弹簧。
在所述二连杆式行程限定装置或在所述三连杆式行程限定装置的所述连
杆A和/或连杆B上设有滑动惯量体，所述滑动惯量体和所述连杆A或连杆B 的所述固定端或自由端之间设有滑动惯量体调整弹簧。
在所述二连杆式行程限定装置或在所述三连杆式行程限定装置的所述自 由端或自由端销轴处设置惯量体车，所述惯量体车上设有蓄能弹簧，所述蓄能 弹簧的一端与所述惯量体车连接，所述蓄能弹簧的另一端与车载惯量体连接， 所述车载惯量体与所述惯量体车滑动连接。
所述发动机设为摆动活塞式发动机、摆动活塞式转子发动机、弧形缸摆动 活塞式发动机、弧形缸转子发动机和自由活塞发动机。
本发明有以下积极有益的效果使自由活塞发动机的活塞行程受到了控 制，从而使得自由活塞发动机的工作可靠性、效率更高，燃油消耗更少，低排 放性能更好。
图1是本发明的结构布置示意框图
图2是二连杆的结构示意图
图3是三连杆的结构示意图
图4是设有销轴弹簧的二连杆示意图
图5是设有销轴弹簧的三连杆示意图
图6是设有销轴弹簧的三连杆另一实施例的结构示意图
图7是设有惯量体的二连杆示意图
图8是设有转动惯量体的二连杆示意图
图9是设有滑动惯量体的二连杆示意图
图10是设有惯量体车的二连杆示意图
图11是摆动活塞式发动机上设有二连杆行程限定装置的实施例结构示意
12是另一种摆动活塞式发动机上设有二连杆行程限定装置的实施例结 构示意图
图13是摆动活塞式转子发动机上设有二连杆行程限定装置的实施例结构 示意图
图14是另一种摆动活塞式转子发动机上设有二连杆行程限定装置的实施 例结构示意图
图15是弧形缸摆动活塞式转子(两缸)发动机上设有二连杆行程限定装 置的实施例结构示意图
图16是弧形缸摆动活塞式转子(四缸)发动机上设有二连杆行程限定装 置的实施例结构示意图
图17是弧形缸摆动活塞式转子(六缸)发动机上设有二连杆行程限定装 置的实施例结构示意图
图18是弧形缸摆动活塞式(两缸)发动机上设有二连杆行程限定装置的 实施例结构示意图
图19是另一种弧形缸摆动活塞式转子(两缸)发动机上设有二连杆行程 限定装置的实施例结构示意图
图20是弧形缸摆动活塞式(四缸)发动机上设有二连杆行程限定装置的 实施例结构示意图
图21是自由活塞发动机上设有二连杆行程限定装置的实施例结构示意图
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，请参见图1和图15所示的一种发
动机行程限定装置，包括发动机1，所述发动机1的气缸2及其气缸连接件、
气缸固定件和气缸随动件设为所述气缸2所代表的系统211 ，所述气缸2所代 表的系统设为系统A222;所述发动机的活塞3及其活塞连接件、活塞固定件和 活塞随动件设为所述活塞3所代表的系统，所述活塞3所代表的系统设为系统 B333;所述活塞3中的部分活塞及其连接件、固定件和随动件设为所述部分活 塞所代表的系统，所述部分活塞所代表的系统设为系统C344，所述活塞3中的
9另外部分活塞及其活塞连接件、活塞固定件和活塞随动件设为所述另外部分活
塞所代表的系统，所述另外部分活塞所代表的系统设为系统D355，在所述系统 A222和所述系统B333之间设置行程限定装置111，或在所述系统C344和所述 系统D355之间设置所述行程限定装置111。
请参见图2所述发动机行程限定装置，所述行程限定装置111设为由连杆 A101、连杆B102、自由端销轴104、端部销轴A105和端部销轴B106构成的二 连杆式行程限定装置1111，所述二连杆式行程限定装置1111的所述端部销轴 A105设为与所述系统A222固连，所述端部销轴B106设为与所述系统B333固 连，或所述二连杆式行程限定装置1111的所述端部销轴A105设为与所述系统 C344固连，所述端部销轴B106设为与所述系统D355固连。
请参见图3所述发动机行程限定装置所述行程限定装置111设为由所述连 杆A101、所述连杆B102、连杆C103、两个所述自由端销轴104、所述端部销 轴A105和所述端部销轴B106构成的三连杆式行程限定装置1112，所述三连杆 式行程限定装置1112的所述端部销轴A105设为与所述系统A222固连，所述 端部销轴B106设为与所述系统B333固连，或所述三连杆式行程限定装置1112 的所述端部销轴A105设为与所述系统C344固连，所述端部销轴B106设为与 所述系统D355固连。
请参见图4、图5和图6所述发动机行程限定装置在所述二连杆式行程限 定装置1111的所述自由端销轴104处或在所述三连杆式行程限定装置1112的 所述自由端销轴104处设置弹簧107。
请参见图7所述发动机行程限定装置在所述二连杆式行程限定装置1111 的所述自由端销轴104处或在所述三连杆式行程限定装置1112的所述自由端 销轴104处设置惯量体108。
请参见图8所述发动机行程限定装置在所述二连杆式行程限定装置1111 或在所述三连杆式行程限定装置1112的所述连杆自由端或所述自由端销轴 104处设置转动惯量体，在所述转动惯量体和邻近的连杆之间设有转动惯量体 调整弹簧。
请参见图9所述发动机行程限定装置在所述二连杆式行程限定装置1111或在所述三连杆式行程限定装置1112的所述连杆A和/或连杆B上设有滑动惯 量体，所述滑动惯量体和所述连杆A或连杆B的所述固定端或自由端之间设有 滑动惯量体调整弹簧。
请参见图10所述发动机行程限定装置在所述二连杆式行程限定装置1111 或在所述三连杆式行程限定装置1112的所述自由端或自由端销轴104处设置 惯量体车12，所述惯量体车12上设有蓄能弹簧122，所述蓄能弹簧122的一 端与所述惯量体车12连接，所述蓄能弹簧122的另一端与车载惯量体121连 接，所述车载惯量体121与所述惯量体车12滑动连接。
请参见图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、 图20和图21 ，所述发动机1设为摆动活塞式发动机16、摆动活塞式转子发动 机17、弧形缸摆动活塞式发动机18、弧形缸转子发动机19和自由活塞发动机 20。
权利要求
1.一种发动机行程限定装置，包括发动机(1)，其特征在于所述发动机(1)的气缸(2)及其气缸连接件、气缸固定件和气缸随动件设为所述气缸所代表的系统，所述气缸所代表的系统设为系统A(222)；所述发动机的活塞及其活塞连接件、活塞固定件和活塞随动件设为所述活塞所代表的系统，所述活塞所代表的系统设为系统B(333)；所述活塞中的部分活塞及其连接件、固定件和随动件设为所述部分活塞所代表的系统，所述部分活塞所代表的系统设为系统C(344)，所述活塞中的另外部分活塞及其活塞连接件、活塞固定件和活塞随动件设为所述另外部分活塞所代表的系统，所述另外部分活塞所代表的系统设为系统D(355)，在所述系统A(222)和所述系统B(333)之间设置行程限定装置(111)，或在所述系统C(344)和所述系统D(355)之间设置所述行程限定装置(111)。
2. 如权利要求1所述发动机行程限定装置，其特征在于所述行程限定装 置(111)设为由连杆A (101)、连杆B (102)、自由端销轴(104)、端部销轴 A (105)和端部销轴B (106)构成的二连杆式行程限定装置(1111)，所述二 连杆式行程限定装置(1111 )的所述端部销轴A (105)设为与所述系统A (222) 固连，所述端部销轴B (106)设为与所述系统B (333)固连，或所述二连杆 式行程限定装置(1111)的所述端部销轴A (105)设为与所述系统C (344) 固连，所述端部销轴B (106)设为与所述系统D (355)固连。
3. 如权利要求1所述发动机行程限定装置，其特征在于所述行程限定装 置(111)设为由所述连杆A (101)、所述连杆B (102)、连杆C (103)、两个 所述自由端销轴(104)、所述端部销轴A (105)和所述端部销轴B (106)构 成的三连杆式行程限定装置(1112)，所述三连杆式行程限定装置(1112)的 所述端部销轴A (105)设为与所述系统A (222)固连，所述端部销轴B (106) 设为与所述系统B (333)固连，或所述三连杆式行程限定装置(1112)的所述 端部销轴A (105)设为与所述系统C (344)固连，所述端部销轴B (106)设 为与所述系统D (355)固连。
4. 如权利要求2或3所述发动机行程限定装置，其特征在于在所述二连 杆式行程限定装置(1111)的所述自由端销轴(104)处或在所述三连杆式行程限定装置(1112)的所述自由端销轴(104)处设置弹簧(107)。
5. 如权利要求2或3所述发动机行程限定装置，其特征在于在所述二连 杆式行程限定装置(1111)的所述自由端销轴(104)处或在所述三连杆式行 程限定装置(1112)的所述自由端销轴(104)处设置惯量体(108)。
6. 如权利要求2或3所述发动机行程限定装置，其特征在于在所述二连 杆式行程限定装置(1111)或在所述三连杆式行程限定装置(1112)的所述连 杆自由端或所述自由端销轴(104)处设置转动惯量体(109)，在所述转动惯 量体(109)和邻近的连杆之间设有转动惯量体调整弹簧(110)。
7. 如权利要求2或3所述发动机行程限定装置，其特征在于在所述二连 杆式行程限定装置(1111)或在所述三连杆式行程限定装置(1112)的所述连 杆A (101 )和/或连杆B (102 )上设有滑动惯量体(112)，所述滑动惯量体(112) 和所述连杆A (101)或连杆B (102)的所述固定端或自由端之间设有滑动惯 量体调整弹簧(113)。
8. 如权利要求2或3所述发动机行程限定装置，其特征在于在所述二连 杆式行程限定装置(1111)或在所述三连杆式行程限定装置(1112)的所述自 由端或自由端销轴(104)处设置惯量体车(12)，所述惯量体车(12)上设有 蓄能弹簧(122)，所述蓄能弹簧(122)的一端与所述惯量体车(12)连接， 所述蓄能弹簧(122)的另一端与车载惯量体(121)连接，所述车载惯量体(121) 与所述惯量体车(12)滑动连接。
9. 如权利要求1所述发动机行程限定装置，其特征在于所述发动机(1) 设为摆动活塞式发动机(16)、摆动活塞式转子发动机(17)、弧形缸摆动活 塞式发动机(18)、弧形缸转子发动机(19)和自由活塞发动机(20)。
全文摘要
本发明公开了一种发动机行程限定装置，包括发动机，所述发动机的气缸及其气缸连接件、气缸固定件和气缸随动件设为所述气缸所代表的系统A，所述发动机的活塞及其活塞连接件、活塞固定件和活塞随动件设为所述活塞所代表的系统B；所述活塞中的部分活塞及其连接件、固定件和随动件设为所述部分活塞所代表的系统C，所述活塞中的另外部分活塞及其活塞连接件、活塞固定件和活塞随动件设为所述另外部分活塞所代表的系统D，在所述系统A和所述系统B之间设置行程限定装置，或在所述系统C和所述系统D之间设置所述行程限定装置。由于本发明使自由活塞发动机的活塞行程受到了控制，从而使得自由活塞发动机的工作可靠性、效率更高。
文档编号F01C9/00GK101555805SQ20081017754
公开日2009年10月14日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者靳北彪 申请人:靳北彪