专利名称：活塞式发动机的改进方法及结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种活塞式发动机的改进方法，属于发动机技术领域，本发明还涉及一种活塞式发动机的改进结构。
背景技术：
活塞式发动机也叫往复式发动机，是一种利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机。最常用的活塞式发动机是利用汽油或者柴油燃料产生压力的，通常每个活塞都在汽缸内，燃料-空气混合物被注入其内，然后被点燃。汽缸内容纳活塞作往复运动。汽缸头上装有点燃混合气的电火花塞(俗称电嘴)，以及进、排气门。发动机工作时汽缸温度很高，所以汽缸外壁上有许多散热片，用以扩大散热面积。热气膨胀，推动活塞向后运动。活塞的这种直线运动通过连杆和曲轴转换成圆周运动从而产生推动力。连杆用来连接活塞和曲轴。活塞承受燃气压力在汽缸内作往复运动，并通过连杆将这种运动转变成曲轴的旋转运动。曲轴是发动机输出功率的部件。曲轴转动时，通过减速器带动螺旋桨转动而产生拉力。除此而外，曲轴还要带动一些附件(如各种油泵、发电机等)。气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关闭。传统四行程往复式活塞引擎，引擎转两周，各汽缸才能完成一次进行、压缩、做功与排气过程。在单缸容积相同的情况下，汽缸数目越多发动机功率越大。然而气缸数目的增大，如果采用一根曲轴，这样会使曲轴负荷过大而被扭断，如果采用多根曲轴，需要占用过多的空间，也使得发动机的自重大大增加，且过多的构件还增加了故障的发生率和维修的难度。同时由于曲轴制造成本十分高,多根曲轴会大大增加发动机的成本。因此，现有的活塞式发动机还是不够理想。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种活塞式发动机的改进方法及结构，使单个汽缸的做功效率更高，且不用增加曲轴，可以降低发动机自重，避免因构件过多导致故障率高，同时也不会增加发动机的制造成本，从而克服现有技术的不足。为实现本发明的目的，本发明的活塞式发动机的改进方法是这样的:该活塞式发动机包括曲轴、连杆和两个以上的汽缸，曲轴与连杆相连，将两个以上的汽缸通过连杆串接起来形成一个组件，组件中每个汽缸设有一个活塞，每个活塞将汽缸划分成为两个燃烧腔室，两个燃烧腔室各自设有一个点火装置可实现一个汽缸内的活塞两边点火燃烧。将两个以上的所述组件并联在一根曲轴上形成多缸发动机，这样采用多根连杆和多个汽缸共同推动一根曲轴，不用增加曲轴就能提高发动机的功效。基于前述的方法的思路，本发明的活塞式发动机的改进结构，包括曲轴、连杆、汽缸、活塞以及点火装置，连杆的一端与曲轴相连，另一端穿入汽缸内并连接活塞，活塞可在汽缸中作往复运动并通过连杆推动曲轴做功，其中所述汽缸的数量为两个以上，并以串联的方式设在连杆上，所述活塞固定在所述连杆上，且该活塞在每个汽缸内均设有一个；每个活塞将每个汽缸分隔为燃烧腔室一和燃烧腔室二 ；所述燃烧腔室一和燃烧腔室二分别设有两个气门和用于控制这两个气门的进排气阀。每个汽缸的进排气阀包括燃烧腔室一的进气阀一、排气阀一和燃烧腔室二的进气阀二、排气阀二。本发明的汽缸串联在连杆上，连杆的一端连接在曲轴上，另一个依次穿过各个汽缸。为了保证连杆运动的方向的一致性，本发明采用了两种方案:
第一种方案是在曲轴与第一个汽缸之间的连杆上设有一个圆筒，圆筒内设有一个用于控制连杆的运动方向的定位活塞。在这种情况下，定位活塞的内径略小于圆筒的内径，定位活塞在圆筒内只能进行单方向往复运动，因此将连杆也限制只能进行单方向的往复运动，使连杆在各个汽缸中的运动保持一致。另外，在采用这种结构时，作为一种优选方案，圆筒为开敞式结构，以避免定位活塞在其内产生空气压力造成能耗和设备耗损。另外一种方案是在曲轴与第一个汽缸之间的连杆上设有一个附加汽缸，附加汽缸内设有一个附加燃烧腔室和附加活塞，附加活塞可在附加燃烧腔室内作往复运动；附加燃烧腔室也设有进气阀一和排气阀一。这种方案是上一种方案的改进，这是因为上一种方案的圆筒和定位活塞占据了较多的空间，而又只能起到一个方向定位的作用，因此将圆筒换成一个只有一个燃烧腔室的附加汽缸，这样就将这部分空间也利用起来，附加活塞在附加汽缸里作往复运动时不仅可以起到方向定位的作用，还能做功产生推动力。由于本发明将传统的一个汽缸里只有一个燃烧腔室的结构改成一个汽缸两个燃烧腔室的结构，因此在每个汽缸上都增加了一个进气阀和一个排气阀，每个汽缸还增加了一个点火装置以便两个燃烧腔室都可以点火。同时，由于本发明的各个汽缸是串联在连杆上，各个汽缸工作是同步的，因此需要控制各个汽缸的进气阀和排气阀的工作同步性，为此，本发明还在汽缸外对称设有两根与所述连杆平行的外轴，外轴靠近汽缸并在每个汽缸的气门旁边设有可控制所述进排气阀的开启和关闭的气阀启闭装置。这样可以保证每个汽缸各工作行程的进气和排气同步性。前述的外轴与前述曲轴互相垂直，二者设有变向齿轮装置实现协同转动，且外轴转动一周时曲轴转动两周。进一步的该气阀启闭装置包括在每一个汽缸的气门边设有的位于所述外轴上圆盘和该圆盘上的用于控制各个气门进排气阀的凸轮。凸轮的外轮廓为圆弧曲面，且凸轮在圆盘上占据四分之一圆周的位置，从而保证圆盘在转动四分之一圆周的整个过程，凸轮都能够持续将进气阀或排气阀顶开。同一个汽缸的进气口和排气口的凸轮在圆盘上的位置是错开的，错开的距离根据各个进排气阀开启和关闭时间以及外轴转动一周的时间计算确定，也可以根据简单的试验确定。当所有圆盘随着外轴同轴转动时，各个圆盘上的凸轮可以依次顶开或脱离相应的进气阀或排气阀，从而实现各个汽缸进气排气的同步性。另外，由于该发动机工作过程中连杆始终处于高温环境中，因此本发明连杆上远离曲轴的一端顶部设有冷却水口，在连杆中设有U型的冷却水管。U型冷却水管的一端进水，另一端出水，保证冷却水在连杆中的循环，以降低连杆工作温度。本发明可以将活塞的两面都利用起来，把活塞连接传动杆的这一面与汽缸组成另外一个燃料燃烧的空间，也通过吸气、压缩、做功和排气四个过程的循环工作产生动力，从而使发动机的一个汽缸产生的动力相当于未改进前的两倍，也就是说一台发动机就变成了二台发动机；而我们只是增加了一套吸气、排气和点火的装置。当我们把几个汽缸串接起来用的时候，此时几个汽缸中的活塞是处于同一根连杆(传动杆)上，这样就可以共用一个曲轴，减少了曲轴的个数，从而大大的减少了制造的成本，简化了更多的构件，降低故障的发生。本发明可以大大的提高一台发动机汽缸的个数。如果将本发动机用在直升飞机上，会更合理的利用直升机的空间布局，重量大大降低，成本减少，故障减少，比起现在的直升机发动机油耗还会大大降低。
图1是本发明的发动机汽缸组件并联示意 图2是本发明的发动机第一种结构形式示意 图3是本发明的发动机第二种结构形式示意 图4是本发明的汽缸结构示意 图5是本发明的气阀启闭装置结构示意 图6是本发明的气阀启闭装置平面示意 图7是本发明的冷却水系统结构示意 图8是本发明的汽缸工作第一行程示意 图9是本发明的汽缸工作第二行程示意 图10是本发明的汽缸工作第三行程示意 图11是本发明的汽缸工作第四行程示意图。附图标记说明:1-曲轴，2-连杆，3-汽缸，31-燃烧腔室一，32-燃烧腔室二，4-活塞，5-圆筒，51-定位活塞，6-附加燃烧腔室，61-附加活塞，7-进排气阀，71-进气阀一，72-排气阀一，73-进气阀二，74-排气阀二，8-外轴，9-圆盘，91-凸轮，10-冷却水口，11-冷却水管，12-气门，13-变向齿轮装置。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。看图1，图1展示了本发明的发动机组件并联示意简图，该结构由多个汽缸组件组成，该汽缸组件由一根连杆2将两个以上的汽缸3串联组成的组件，每个汽缸3内有一个固定在连杆2上的活塞4，本发明将两组以上的汽缸组件并联在一根曲轴上，从而可以大大提高发动机的功效。看图2和图3，图2和图3展示了本发明的发动机的两种结构形式。这两种结构形式相同的部分包括曲轴1、连杆2、汽缸3、活塞4以及点火装置，连杆2的一端与曲轴I相连(连杆2可以为一根，也可采用多根连杆2如图1所示构成并联结构发动机)，连杆2另一端穿入汽缸3内并连接活塞4，活塞4可在汽缸3中作往复运动并通过连杆2推动曲轴I做功，汽缸3的数量为两个以上，并以串联的方式设在连杆2上形成一个汽缸组件。看图4，在本发明的汽缸3中，活塞4固定在连杆2上，且该活塞4在每个汽缸3内均设有一个；每个活塞4将每个汽缸3分隔为燃烧腔室一 31和燃烧腔室二 32 ;所述燃烧腔室一 31和燃烧腔室二 32分别设有两个气门12和用于控制这两个气门12的进排气阀7。从图8 图11还可以看到，每个汽缸3的进排气阀7包括燃烧腔室一 31的进气阀一 71、排气阀一 72和燃烧腔室二 32的进气阀二 73、排气阀二 74。回到图2和图3，在曲轴I与第一个汽缸3之间，为了确保连杆2运动方向的一致性，本发明采用了两种方案，第一种方案如图2所示，在曲轴I与第一个汽缸3之间的连杆2上设有一个圆筒5，圆筒5内设有一个用于控制连杆2的运动方向的定位活塞51。该圆筒5为开敞式结构。这种方案定位活塞51的内径略小于圆筒5的内径，定位活塞51在圆筒5内只能进行单方向往复运动，因此将连杆2也限制只能进行单方向的往复运动，使连杆2在各个汽缸3中的运动保持一致。第二种方案是第一种方案的改进，如图3所示，在曲轴I与第一个汽缸3之间的连杆2上设有一个附加汽缸6,附加汽缸6内设有一个附加燃烧腔室61和附加活塞62,附加活塞62可在附加燃烧腔室61内作往复运动；附加燃烧腔室61也设有进气阀一 71和排气阀一 72。此时将圆筒5换成一个只有一个燃烧腔室的附加汽缸6，这样就将这部分空间也利用起来，附加活塞62在附加汽缸6里作往复运动时不仅可以起到方向定位的作用，还能做功产生推动力。实施时将图2和图3所示的组件按照图1所示的方式并联在曲轴I上，就构成了本发明的发动机的主体结构。由于本发明将传统的一个汽缸只有一个燃烧腔室的结构改进为一个汽缸有两个燃烧腔室的结构，因此也相应增加了进排气系统和点火装置。为了使本发明的各个汽缸3的进排气系统工作同步，本发明还采用了 一套控制各个汽缸3的进排气的装置。它在汽缸3外对称设有两根与连杆2平行的外轴8，外轴8靠近汽缸3并在每个汽缸3的气门12旁边设有可控制所述进排气阀7的开启和关闭的气阀启闭装置；该外轴8与曲轴I互相垂直，二者设有变向齿轮装置13实现协同转动，且外轴8转动一周时曲轴10转动两周。如图2和图3所示，变向齿轮装置是由一个与曲轴I同轴的主齿轮和其两侧受其驱动的两个盆齿，这两个盆齿可以带动套在外轴8上的齿套从而实现外轴8与曲轴I的协同转动。为因为汽缸3工作一个周期曲轴I转动两周，而外轴I转动一周，因此变向齿轮装置应使曲轴I转动两周时外轴I转动一周。如图5和图6所示，本发明用于控制汽缸3的进排气系统的气阀启闭装置包括在每一个汽缸3的气门边设有的位于外轴8上圆盘9和该圆盘9上的用于控制各个气门进排气阀的凸轮91，该凸轮91的外轮廓为圆弧曲面，且该凸轮91在圆盘9上占据四分之一圆周的位置。如图7所示，在连杆2上远离曲轴I的一端顶部设有冷却水口 10，在连杆2中设有U型的冷却水管11。冷却水从连杆2的冷却水口 10进入连杆2内部，经过冷却水管11的循环，最后又从冷却水口 10流出，实现对连杆2的降温。本发明的汽缸3工作行程示意图如图8 图11所示。汽缸3的工作由吸气、压缩、做功和排气四个过程组成，在图8中，汽缸3的燃烧腔室一 31的进气阀71打开，燃烧腔室
一31吸气，而燃烧腔室二 32则进行空气压缩，此时活塞4处于汽缸3的下方，也就是属于燃烧腔室二 32部位。图9中，燃烧腔室二 32中受到压缩的空气被点燃，燃烧腔室二 32开始做功，将活塞4推向燃烧腔室一 31，而此时燃烧腔室一 31中的空气被压缩。图10中，燃烧腔室一中的压缩空气被点燃，燃烧腔室一 31开始做功，将活塞4推向燃烧腔室二 32，此时燃烧腔室二 32的排气阀74打开，燃烧腔室二 32进行排气。图11中，燃烧腔室一 31做功完毕，排气阀72打开进行排气，而燃烧腔室二 32的进气阀73打开，燃烧腔室二 32开始吸气，并将活塞4推向燃烧腔室一 31，进入下一个工作周期。因此，燃烧腔室一 31和燃烧腔室
二32交替进行吸气、压缩、做功和排气四个过程，从而不断推动连杆2对曲轴I做功。当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。
权利要求
1.一种活塞式发动机的改进方法，该活塞式发动机包括曲轴(I)、连杆(2)和两个以上的汽缸(3)，曲轴(I)与连杆(2)相连，其特征在于:将两个以上的汽缸(3)通过连杆(2)串接起来形成一个组件，组件中每个汽缸(3 )设有一个活塞(4)，每个活塞(4)将汽缸(3 )划分成为两个燃烧腔室，两个燃烧腔室各自设有一个点火装置可实现一个汽缸(3)内的活塞(4)两边点火燃烧。
2.根据权利要求1所述的活塞式发动机的改进方法，其特征在于:将两个以上的所述组件并联在一根曲轴(I)上形成多缸发动机。
3.一种按照权利要求1所述的方法改进的活塞式发动机的改进结构，包括曲轴(I)、连杆(2)、汽缸(3)、活塞(4)以及点火装置，连杆(2)的一端与曲轴(I)相连，另一端穿入汽缸(3 )内并连接活塞(4)，活塞(4)可在汽缸(3 )中作往复运动并通过连杆(2 )推动曲轴(I)做功，其特征在于:所述汽缸(3)的数量为两个以上，并以串联的方式设在连杆(2)上形成一个汽缸组件；所述活塞(4 )固定在所述连杆(2 )上，且该活塞(4 )在每个汽缸(3 )内均设有一个；每个活塞(4)将每个汽缸(3)分隔为燃烧腔室一(31)和燃烧腔室二(32);所述燃烧腔室一(31)和燃烧腔室二(32)分别设有两个气门(12)和用于控制这两个气门(12)的进排气阀(7)。
4.根据权利要求3所述的活塞式发动机的改进结构，其特征在于:每个汽缸(3)的进排气阀(7)包括燃烧腔室一(31)的进气阀一(71 )、排气阀一(72)和燃烧腔室二(32)的进气阀二(73)、排气阀二(74)。
5.根据权利要求4所述的活塞式发动机的改进结构，其特征在于:在曲轴(I)与第一个汽缸(3)之间的连杆(2)上设有一个圆筒(5)，圆筒(5)内设有一个用于控制连杆(2)的运动方向的定位活塞(51)。
6.根据权利要求5所述活塞式发动机的改进结构，其特征在于:所述圆筒(5)为开敞式结构。
7.根据权利要求4所述的活塞式发动机的改进结构，其特征在于:在曲轴(I)与第一个汽缸(3)之间的连杆(2)上设有一个附加汽缸(6)，附加汽缸(6)内设有一个附加燃烧腔室(61)和附加活塞(62)，附加活塞(62)可在附加燃烧腔室(61)内作往复运动；附加燃烧腔室(61)也设有进气阀一(71)和排气阀一(72)。
8.根据权利要求5或7所述的活塞式发动机的改进结构，其特征在于:它还在汽缸(3)外对称设有两根与所述连杆(2)平行的外轴(8)，外轴(8)靠近汽缸(3)并在每个汽缸(3)的气门(12)旁边设有可控制所述进排气阀(7)的开启和关闭的气阀启闭装置；所述外轴(8 )与所述曲轴(I)互相垂直，二者设有变向齿轮装置(13 )实现协同转动，且外轴(8 )转动一周时曲轴(10)转动两周。
9.根据权利要求8所述的活塞式发动机的改进结构，其特征在于:所述气阀启闭装置包括在每一个汽缸(3)的气门边设有的位于所述外轴(8)上圆盘(9)和该圆盘(9)上的用于控制各个气门进排气阀的凸轮(91)，该凸轮(91)的外轮廓为圆弧曲面，且该凸轮(91)在圆盘(9)上占据四分之一圆周的位置。
10.根据权利要求8所述的活塞式发动机的改进结构，其特征在于:在所述连杆(2)上远离曲轴(I)的一端顶部设有冷却水口( 10)，在所述连杆(2)中设有U型的冷却水管(11 )。
全文摘要
本发明公开了一种活塞式发动机的改进及结构，特征是将两个以上的汽缸(3)通过连杆(2)串接起来形成一个组件，组件中每个汽缸(3)设有一个活塞(4)，每个活塞(4)将汽缸(3)划分成为两个燃烧腔室，两个燃烧腔室各自设有一个点火装置可实现一个汽缸(3)内的活塞(4)两边点火燃烧。本发明可以将活塞的两面都利用起来，从而使发动机的一个汽缸产生的动力相当于未改进前的两倍；而我们只是增加了一套吸气、排气和点火的装置。当我们把几个汽缸串接起来用的时候，就可以共用一个曲轴，减少了曲轴的个数，从而大大的减少了制造的成本，简化了更多的构件，降低故障的发生。
文档编号F02B75/40GK103195567SQ20131007355
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者王庆 申请人:王庆