专利名称：基于水平对置的双级活塞发动机的制作方法
技术领域：
基于水平对置的双级活塞发动机
技术领域：
本实用新型涉及发动机领域，具体是一种应用于各类机动车辆和工厂动力机构以及高效节能等的各种动力供给的基于水平对置的双级活塞发动机。
背景技术：
石油是当今的战略物资，我国80%的石油用于作为发动机燃料，而发动机的效率仅为O. 3-0. 4，如果可以降低发动机的机械损失，对于绿色节能的课题意义重大。如今市场上常见的四冲程活塞往复发动机采用活塞、曲轴、连杆、气门等构件组成。在活塞式的发动机中，同一气缸中进行着进气、压缩、燃烧、排气四个冲程，气缸中产生的压力驱动活塞作往复运动，活塞连杆带动曲轴将往复运动转化为转动。这样的运动方式 过于单一，连杆在运动中对活塞产生侧压力，而且连杆曲轴传动比低，导致机械损失15%左右，传动效率低。这样的发动机存在运动消耗大、结构体系复杂、零部件繁多、体积大、运行过程中振动大等缺点。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对以上所述现有技术存在的不足，通过建立一种新型组合运动方式，一组活塞相互运动，改变传统曲轴连杆结构，转换为新型齿轮传动，提供一种性能更优、零件少、振动小、功率高、运转平稳、构造简单、造价便宜、维修方便、燃料经济性更高的，可适用于各类机动车辆和工厂动力机构以及高效节能等的各种动力供给领域的基于水平对置的双级活塞发动机。本实用新型是这样实现的基于水平对置的双级活塞发动机，其包括主动活塞机构和辅助活塞机构组成的双级活塞装置，所述主动活塞机构和辅助活塞机构置于主辅活塞外缸体内形成对置设置。所述基于水平对置的双级活塞发动机设置有至少4组双级活塞装置，每两组双级活塞装置形成水平对置的组合。每个主辅活塞外缸体内有一组双级活塞，主动活塞做功同时，辅助活塞旋转往返运动配合主动活塞，形成一种新型的双级活塞运动方式。双级活塞同时做功，包括同时进气、同时压缩、同时燃烧、同时排气四个冲程。新型的运动组合方式，四冲程同时由一组双级活塞完成，使得高能量下气体利用充分，功率增加，节能高效。所述主动活塞机构包括连杆、曲轴、小齿轮、大齿轮、偏心轮和活塞，所述活塞跟连杆连接，连杆与曲轴连接，小齿轮与偏心轮连接再与大齿轮内啮合，连杆与曲轴水平连接。运动时，活塞在缸体往返运动，带动连杆水平往返运动，连杆直推曲轴，曲轴绕着转轴旋转，同时带动小齿轮，小齿轮与大齿轮内啮合运动带动偏心轮转动，最终动力输出；在此过程中，连杆由曲轴带动大小齿轮和偏心轮转动，因此改变了传统活塞连杆曲柄运动方式，连杆没有对活塞造成侧压力，因此活塞在缸体运动没有受到摩擦力，机械损失极少，动力输出大。所述辅助活塞机构,包括旋转活塞、活塞缸套、旋转连杆、活动活塞销、导轨滚珠和滚动轴承，整个辅助活塞机构水平放置，与主动活塞机构对置，形成一个完整的双级活塞机构。所述导轨滚珠安装在活塞缸套上，旋转活塞置于活塞缸套里，旋转活塞外表面有凹陷螺纹路，导轨滚珠可以沿着螺纹路运动，带动活塞旋转。活塞由于滚珠的存在，改变以往的往返运动，形成边旋转边往返的新型运动组合。旋转连杆通过活动活塞销与旋转活塞连接，旋转连杆内开小槽，旋转活塞带动活塞销在连杆的槽内运动。整个运动过程中，旋转活塞运作，连杆由于活塞旋转而旋转，旋转活塞螺纹路导致活塞旋转同时往返运动，最终形成一种新型旋转同时直线往返运动组合。在这种旋转运动方式，使传统的直线往返运动，变成了旋转同时直线往返运动。而且与主动活塞机构形成一组双级活塞机构。在发动机四个冲程中，同时进气、压缩、燃烧、排气，使得功率大大提升，运作更加平稳，输出功率高。所述辅助活塞机构搭载发动机的进气控制机构，通过旋转连杆，同步控制着发动机进气，与整个双级活塞装置形成一体，机构之间相互配合，高效节能，符合绿色节能主题。所述进气控制机构由进气控制环板、固定螺钉和进气缸体。整个进气机构与一级旋转式的辅助活塞机构组合而成，配合运动。由于辅助活塞外表面螺纹路，导轨滚珠沿着螺纹路运动，辅助活塞边旋转边往返运动，带动连杆也在旋转。进气控制环板通过固定螺钉安装在旋转连杆上，进气缸体上固定有进气控制挡板组合形成进气机构。进气控制环板有进气口，·旋转连杆旋转同时，带动进气控制环板旋转，当旋转活塞运动到最低点的时候，环板进气口刚好落在配合进气口上，两者连通，进气。当旋转活塞远离配合进气口时，环板密封配合进气口，发动机进行压缩、燃烧、排气。导轨滚珠和辅助活塞螺纹路的配合，不仅改变活塞的传统运动，是机械传递更有效，而且控制着进气机构，使得整个一级旋转式的辅助活塞机构和进气控制机构有机结合。与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是所述发动机改变了传统单个活塞做功方式，通过主动活塞和辅助旋转活塞同时工作，创造性地形成一组活塞组做功，同步配合完成进气、压缩、燃烧、排气四个冲程，同比传统活塞的压缩比大，使得气体燃烧充分，气体利用率高。新型的组合运动方式，改变了传统机械传递方式，使得发动机的摩擦损耗大大减少，输出功率大；而且，双级活塞机构水平对置，发动机活塞平均分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动。使发动机的整体高度降低、整车的重心降低，车辆行驶更加平稳，发动机安装在整车的中心线上，两侧活塞产生的力矩相互抵消，大大降低车辆在行驶中的振动，便发动机转速得到很大提升，减少噪音。总体来说，具有的优点是低重心产生的横向震动容易被支架吸收、有效将全车较重的发动机重心降低，更容易达到整体平衡。低振动活塞运动的平衡良好(180度左右抵消)。相比直列式，在曲轴方面所需的平衡配重因素减少，有助转速提升。同样相比其它发动机行式油耗最低。同时，一级旋转式活塞辅助机构巧妙连通了进气控制机构，使得进气控制机构完美配合双级活塞机构的运作，整个发动机运作协调、配合。
图1为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机的总装配图；图2为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机总装配的剖面图；[0017]图3为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机两组两级活塞机构结构图；图4为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机一组两级活塞机构的结构图；图5和图6为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机一组两级活塞机构的剖面图；图7，图8和图9为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机中主动活塞连接图；图10为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机的主动活塞的剖面图图11为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机的曲轴图；图12和图13为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机主辅活塞的外缸结构图；图14为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机的辅助活塞结构图；图15为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机的辅助活塞的剖面图；图16和图17为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机的辅助活塞机构图；图18为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机的进气控制机构的结构图；图19，图20和图21为本实用新型基于水平对置的双级活塞发动机进气控制机构的控制环板结构图。其中，A为王动活塞机构，B为辅助活塞机构，A+B为双级活塞装直，C为进气控制机构，D为润滑机构，E为冷却机构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细的描述说明。基于水平对置的双级活塞发动机，总体构造如图1、图2和图3所示，包括一级直动连杆齿轮式的主动活塞机构A，一级旋转式的辅助活塞机构B，进气控制机构C，润滑机构D和冷却机构E。如图4、图5和图6所示，所述主动活塞机构A和辅助活塞机构B组成的双级活塞装置，所述主动活塞机构A和辅助活塞机构B置于主辅活塞外缸体20内形成对置设置。所述基于水平对置的双级活塞发动机设置有至少4组双级活塞装置，每两组双级活塞装置形成水平对置的组合。所述进气控制机构C在当进气控制环板进气口和外缸体进气口连通时，气体从进气口进入进气槽；辅助活塞机构B的旋转活塞旋转，由于导轨滚珠的存在，辅助活塞边旋转边直线运动，同时主动活塞机构A主动活塞从下止点运动到上止点，这样双级活塞同时对吸入的空气压缩，双级活塞同时到达上止点，点火嘴点火，气体燃烧爆炸，推动双级活塞返回运动，最终气体排出。在总体工作时，四组双级活塞装置同时进气，压缩，燃烧，排气，发动机功率高效稳定输出。所述主动活塞机构,如图7、图8、图9和图10所示,包括活塞I,连杆2、大齿轮3、小齿轮4、偏心轮5和曲轴7，整个装置水平放置。其中，所述活塞I跟连杆2连接，所述连杆2与连杆夹具9通过固定螺钉10与曲轴7连接，所述连杆2夹在两个曲柄6之间，所述曲柄6与曲轴7为一体结构。小齿轮4通过套筒8在曲轴7上定位，且与偏心轮5连接，所述小齿轮4再与大齿轮3内啮合连接。所述活塞I在缸体往返运动，同时带动连杆2往返运动，连杆2夹住曲轴7，连在两个曲柄6之间的曲轴7部位，连杆2的运动拉动曲轴7沿径向方向运动，由于曲轴7跟一个小齿轮4相连接，其又与大齿轮3内啮合运动，在曲柄6的作用下，两曲柄6中间的曲轴7部分的径向运动只会在大齿轮的一个直径方向上，曲柄360旋转。此时连杆2便可以做水平的直动。因此，活塞I和连杆2只会做直线往返运动，而连杆2与曲轴7由于运用了齿轮啮合连接，没有对缸体产生侧压力，偏心轮和齿轮组合修正了转轴位置，使得转轴平稳输出。其中，所述的小齿轮和大齿轮的内啮合运动是直动式运动的关键，由于连杆2夹在两个曲柄6之间，曲轴7上的曲柄6又连着小齿轮4，连杆2带动曲轴7以及曲柄6转动的同时，会使小齿轮4转动，而其又在大齿轮3内做圆周运动，大齿轮3不动，只有小齿轮4在大齿轮3内壁运动，两个齿轮的模数压力角都相同，形成内啮合。在大齿轮3的直径方向的一个端点处，活塞运动到上止点,在大齿轮3直径的另一个端点处,活塞I运动到下止点，这样就可以保证连杆2仅在大齿轮3的直径方向上运动，形成直动式。这改变了传统活塞连杆曲柄运动方式，连杆没有对活塞造成侧压力，因此活塞在缸体运动没有受到摩擦力，机械损失极少，动力输出大。所述的小齿轮4在大齿轮3内啮合为偏心运动，所以在小齿轮4上装上偏心轮5，使最终输出轴(偏心轮的突出轴)的方向可以固定，也就是最终的动力由偏心轮的突出轴输出。所述辅助活塞机构,如图14、图15、图16和图17所示,包括旋转活塞11,活动活塞销12，旋转连杆13、进气控制环板连接孔14和导轨滚珠17，固定螺钉18和固定顶盖19定位导轨滚珠17，主辅活塞外缸体20将整个双级活塞机构密封，形成发动机工作环境。外缸体预留有排气口 15和点火嘴16，使得整个双级活塞机构完整。同时，旋转连杆13尾端搭载了发动机的进气控制机构，互相配合。所述辅助活塞机构在正行程中，发动机进气，由于旋转活塞11外表面有凹陷的螺纹路，导轨滚珠17通过固定螺钉18和固定顶盖19，在凹陷螺纹路滚动，导致旋转活塞11在主辅活塞外缸体20内旋转同时往返运动，从旋转连杆13下止点运动到上止点。对吸入的气体压缩，此时旋转活塞旋转了 360度，同时往上止点直线运动了一段距离。连接在旋转活塞11上的活动活塞销12跟随着旋转活塞旋转，同时在旋转连杆13的内槽上直线往返运动，带动连杆13旋转。在反行程当中，点火嘴点火，气体燃烧，推动旋转活塞11从上止点旋转并且直线往返运动到下止点，同时将燃烧完的气体从排气口 15排出。值得注意的是，一级旋转式辅助活塞机构的旋转连杆13是搭载着发动机进气控制机构，使得两个机构同时运作，配合协调，有机统一。所述的旋转活塞、运动活塞销、旋转连杆和导轨滚珠的配合，是辅助活塞机构的关键。由于传统的活塞运动方式只是直线往返运动，而且对于水平对置活塞发动机来说，由于重力原因，润滑效果不好，同时对外缸体的摩擦力大，导致机械效率损失严重，材料易损坏。而新型的旋转直线往返运动组合，完善了水平对置活塞发动机，旋转的同时，解决了润滑机构问题，更是大大减少了对外缸体摩擦力，使得活塞绕着旋转连杆旋转，成功提高了机械传动，使得活塞运作平稳，减低噪音，减少损耗，输出功率大。所述进气控制机构，如图18、图19、图20和图21所示。它包括进气控制环板22，进气控制环板连接孔14、固定螺钉18，、滚动轴承23、进气口 21和进气槽24组成的独特进气控制机构。它的运作需要一级旋转式辅助活塞机构的控制，两个机构相互协调，相互配合，使得整个发动机的进气、压缩、燃烧和排气四冲程完美配合工作。所述进气控制机构是这样工作的由于旋转活塞做旋转且直线往返的合成运动，通过运动活塞销，带动旋转连杆旋转。旋转连杆底端开有进气控制环板连接孔14，通过固定螺钉18，将进气控制环板22固定在旋转连杆上，随同旋转连杆一起旋转。进气控制环板22上有环板进气口，当环板进气口跟主辅活塞外缸体20上的进气口想通时，进气。气体通过环板进气口，进入进气槽24。进气完毕之后，旋转活塞往上止点运动，进行压缩，然后点燃燃烧。此时，连杆是旋转的，由于进气控制挡板22会密封进气口。当旋转活塞运动到下止点时，气体从排气口 15排出，同时进气口与进气控制环板进气口接通，进气，不断循环。所述的进气控制机构，旋转连杆、进气控制环板和一级旋转式辅助活塞机构是关键。连杆的周期性旋转，通过进气控制环板，恰恰控制着发动机的进气控制装置。使得发动机四个冲程得以平稳、连续、高效地运转，将发动机的功率提升一个档次。尽管本实用新型是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本实用新型构成限制。参照本实用新型的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这种的变化应属于所属权利要求所限定的范围内。
权利要求1.基于水平对置的双级活塞发动机，其特征在于，包括主动活塞机构和辅助活塞机构组成的双级活塞装置，所述主动活塞机构和辅助活塞机构置于主辅活塞外缸体内形成对置设置。
2.按照权利要求1所述的基于水平对置的双级活塞发动机，其特征在于，设置有至少4 组双级活塞装置，每两组双级活塞装置形成水平对置的组合。
3.按照权利要求1或者2所述的基于水平对置的双级活塞发动机，其特征在于，所述主动活塞机构包括连杆、曲轴、小齿轮、大齿轮、偏心轮和活塞，所述活塞跟连杆连接，连杆与曲轴连接，小齿轮与偏心轮连接再与大齿轮内啮合，连杆与曲轴水平连接。
4.按照权利要求1或者2所述的基于水平对置的双级活塞发动机，其特征在于，所述辅助活塞机构包括旋转活塞、活塞缸套、旋转连杆、活动活塞销、导轨滚珠和滚动轴承，所述导轨滚珠安装在活塞缸套上，旋转活塞置于活塞缸套里，旋转活塞外表面有凹陷的螺纹路，导轨滚珠可沿着螺纹路运动，从而带动活塞旋转，旋转连杆通过活动活塞销与旋转活塞连接， 旋转连杆内开小槽，旋转活塞带动活塞销在旋转连杆的小槽内运动。
5.按照权利要求1或者2所述的基于水平对置的双级活塞发动机，其特征在于，所述辅助活塞机构搭载发动机的进气控制机构，所述进气控制机构包括进气控制环板、固定螺钉和进气缸体；所述进气控制环板通过固定螺钉安装在旋转连杆上，进气缸体上固定有进气控制挡板组合形成进气机构。
专利摘要本实用新型公开一种基于水平对置的双级活塞发动机，其包括主动活塞机构和辅助活塞机构组成的双级活塞装置，所述主动活塞机构和辅助活塞机构置于主辅活塞外缸体内形成对置设置。所述基于水平对置的双级活塞发动机设置有至少4组双级活塞装置，每两组双级活塞装置形成水平对置的组合。本实用新型具有的有益效果是使发动机的整体高度降低、整车的重心降低，车辆行驶更加平稳,发动机安装在整车的中心线上，两侧活塞产生的力矩相互抵消，大大降低车辆在行驶中的振动，便发动机转速得到很大提升，减少噪音。
文档编号F02B75/24GK202832781SQ20122032008
公开日2013年3月27日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者李杰浩, 苏嘉 申请人:李杰浩, 苏嘉