[发明专利]盘式活塞内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机，特别是一种活塞式内燃机。

背景技术

内燃机是一种能量转换装置，将汽油、柴油、天然气等物质的化学能通过在汽缸中燃烧转化为热能，热能通过膨胀转化为机械能，对外做功。

活塞式内燃机将化学能在汽缸中转化为热能后，热能膨胀，带动活塞运动，从而将热能转化为机械能，再通过曲柄连杆机构将能量转化为曲轴转动的转矩，对外做功。

曲柄连杆机构是盘式活塞内燃机的主要工作机构，由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组组成。机体组是发动机的骨架。活塞连杆组是活塞的往复运动与曲轴转动的联动组件，在做功冲程中将活塞往复运动的能量转化成曲轴转动的转矩。曲轴飞轮组包括曲轴和飞轮，曲轴对外输出做功，飞轮作为惯性机构，在做功冲程后依靠惯性通过连杆带动活塞往复运动，为其他3个冲程做准备。

现有往复式活塞内燃机内燃机多为四冲程内燃机，四冲程内燃机的一个工作循环包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在做功冲程中活塞连杆组将活塞往复运动的能量转化成曲轴及飞轮转动的转矩。在其他3个冲程，活塞依靠飞轮的转动惯性作往复运动。

目前，往复式活塞内燃机使用曲柄连杆连杆机构传递功率，存在因力矩改变而引起的功率损耗及汽缸磨损的问题：

1、在做功冲程起始时刻，活塞位于上止点，活塞连杆与曲轴在同一竖直平面内，活塞连杆对曲轴的作用力矩为0，此时燃料爆炸产生的作用力最大，但作用力方向与作用点线速度方向垂直，没有起到推动曲轴转动的作用，功率损耗较大。

2、当活塞从上止点运行到活塞下止点的这一过程中。在上止点时，由于采用曲轴连杆结构，没有把活塞上的压力转化为曲轴扭力，而是直接向下压曲轴，由于采用轴瓦结构，相当于增加了曲轴对轴瓦的压力，曲轴与轴瓦之间的滑动摩擦力增加，这就增加了曲轴运行时的阻力，使内燃机效率下降。随着曲轴的转动，还会有偏缸的现象，活塞连杆与重力方向的夹角增大，作用活塞上的沿重力方向的压力会沿着水平方向和活塞连杆方向分解，产生一个水平方向的分力使活塞压向缸壁，增加活塞与缸壁间的摩擦阻力，造成内燃机效率下降，这也是造成汽缸磨损加快的主要原因。

3、曲轴转动的稳定性较差，由于四冲程往复活塞内燃机的四个冲程中有三个冲程是不输出功率的，这就使得一个汽缸多对应的曲柄每旋转两周的过程中只有半周的时间是在做功，导致内燃机的功率、扭矩输出非常的不均匀，尽管现在采用多缸的结构来减小这个，但仍然不能完全消除。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种新的内燃机结构，以解决现有往复式活塞内燃机因使用曲柄连杆机构传递功率所带来的功率损耗、汽缸磨损及功率输出不稳定的问题。

本发明技术方案：

一种盘式活塞内燃机，包括汽缸、活塞、活塞连杆、主轴、进气门和排气门，其特征在于：汽缸为环形柱状汽缸，底部有两个以上的凸块，汽缸中设有活塞，活塞为环形活塞，底部与凸块配合，活塞通过活塞连杆连接的轴套，轴套装在主轴上，主轴上设有气门控制机构；汽缸上设有进气门和排气门。汽缸上方设有汽缸顶盖，汽缸顶盖为环形柱状，汽缸及汽缸顶盖的侧壁上下配合形成内外两道导向槽，导向槽的起伏与凸块的起伏相同。

活塞连杆为T字形，其下端连接活塞，水平两端通过轴承安装在汽缸侧壁的两道导向槽中。 

凸块共有4个，凸块的上表面为扇形的平面，左表面为上升的螺旋面，右表面为下降的螺旋面，右表面的下侧开设有燃烧室。

排气门和进气门设在燃烧室底部。

气门控制机构为双圆环形，外环上有进气门控制道，内环上有排气门控制道。

主轴沿其轴线方向安装4个平键，每个平键的长度大于活塞的轴向厚度，轴套内开设有十字形键槽，键槽内壁上安装有小钢珠，与平键配合。

汽缸侧面缸壁的最低高度是活塞轴向厚度的两倍。

同一根根主轴上可配置两个以上汽缸，每两个汽缸共用一个气门控制机构。

本发明的有益效果：

1、本发明做功冲程中，燃气推动活塞沿着凸块的侧面螺旋上升，其运动可分解为轴向的直线运动和圆周面内的旋转运动。活塞通过活塞连杆带动主轴一起转动，这样就将旋转的能量传递给主轴，不存在使用用曲柄连杆机构所存在的上止点的功率损耗。

2、活塞与气缸中凸块的配合面位螺旋面，这样在运动时可以在大部分时间内保持面接触，密封效果比较好。

3、磨损主要集中在汽缸侧壁及汽缸顶盖侧壁的边缘，因为两者上下配合所形成的缝隙作为活塞连杆的导向槽，汽缸内部的磨损很小。