一种四冲程发动机及由其带动的永磁发电机组制造技术

本发明专利技术公开了一种四冲程发动机，其特点是采用轴向旋转驱动机构取代曲轴曲柄传动机构，这种机构设计与活塞相连并由导向机构导向做直线运动的轴向运动构件，以及被限制轴向运动的旋转运动构件和输出转轴，轴向运动构件为圆筒状结构，其上沿圆周设有至少一倾斜闭环的驱动沟槽，而旋转运动构件套于轴向运动构件上或伸入其中，其上安装有与驱动沟槽配合的滚动体，通过驱动沟槽侧壁与滚动体的接触以将轴向运动构件的直线往复运动转换为旋转运动构件的连续旋转运动。这种四冲程发动机的能量转换效率远高于传统发动机，本发明专利技术同时提供由该四冲程发动机带动的永磁发电机组，发电效率很高。

A Four-Stroke Engine and Its Driven Permanent Magnet Generator Set

The invention discloses a four-stroke engine, which is characterized by replacing the crankshaft crank drive mechanism with an axial rotating driving mechanism. The mechanism is designed to be connected with the piston and directed by the guiding mechanism to move in a straight line. The rotating motion component and the output rotating shaft are restricted in the axial motion. The axial motion component is a cylindrical structure with at least one circular edge. An inclined closed-loop driving groove is provided, and the rotating motion component is sleeved on or extended into the axial motion component. A rolling body matching the driving groove is installed on the rotating motion component. The linear reciprocating motion of the axial motion component is converted into the continuous rotating motion of the rotating motion component by driving the contact between the side wall of the groove and the rolling body. The energy conversion efficiency of the four-stroke engine is much higher than that of the traditional engine. The invention also provides a permanent magnet generator set driven by the four-stroke engine, which has high power generation efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种四冲程发动机及由其带动的永磁发电机组
本专利技术涉及一种四冲程发动机及由其带动的永磁发电机组。
技术介绍
传统四冲程发动机的传动装置主要采用曲轴连杆传动机构，其原理是燃料爆燃所产生的施加在活塞上用于驱动其直线运动的轴向力通过连杆及其与曲轴曲柄的连接结构被转换成驱动曲轴旋转运动的径向力，由于其结构简单又经过长期不断优化完善已经极为成熟，运用较为广泛。但行业内公知，已知的上述曲轴连杆传动机构本身实际存在一个很大的问题：由于作用在活塞上的直线方向的力通过连杆传递给曲轴曲柄时始终存在一个角度，使得曲轴在旋转方向上始终得到的是一个被分解的力。这种情况尤其在活塞运动的初期和末期非常明显和极端，此时分解的力的方向接近90度时，力几乎无法传递出去，根据做功计算公式W=FS（F为力，S为距离），我们知道在时间不变的情况下，很大一部分力被白白浪费掉。所以传统发动机的输出功率实际是被分解后得到的功率。因此目前绝大多数传统发动机的能量转换效率只能达到35%左右，在人们使用上述传统发动机带给人们便利的同时也白白浪费了巨大的能源。相关联的，目前行业内利用上述常规发动机来带动的永磁发电机组的发电效率也不会高。另外从结构角度来讲，目前采用曲轴连杆传动机构的发动机，主要依靠挺柱推杆机构来带动缸头上的气门摇臂动作，挺柱挺杆的结构复杂，零部件多，导致整个发动机外形臃肿，且装配不便。此外已有的应用上述发动机的永磁发电机组时，由于发动机缸头部分与下方的曲轴曲柄部分不在同一轴向上，外形复杂，对于发电机端的冷却风扇吹来的冷却风多有阻挡，使得冷却风无法均匀的吹过整个发动机表面，散热效果差。因此综上所述，要提高传统四冲程发动机的能量转换效率，其核心就是要改进内部传动装置的结构，目前行业内迫切需要一种新的高效的四冲程发动机以及由其带动的永磁发电机组。
技术实现思路
本专利技术目的是：提供一种能量转换效率更高的发动机传动装置。本专利技术的技术方案是：一种四冲程发动机，包括箱体、固定在箱体一端的箱盖和固定于箱盖上的缸头，缸头上设有气门及控制气门开合的摇臂，缸头内设置活塞，其特征在于：还包括轴向旋转驱动机构，该机构包括一与活塞相连的轴向运动构件及用于限定该轴向运动构件沿活塞运行方向做直线运动的导向机构，以及一被限制轴向运动的旋转运动构件和与该旋转运动构件固定或一体相连的输出转轴，输出转轴旋转装配在箱体上并与活塞同轴心或平行布置，轴向运动构件为圆筒状结构，而旋转运动构件套置在轴向运动构件外侧或伸入轴向运动构件内部，轴向运动构件上沿圆周设有至少一倾斜闭环的驱动沟槽，而旋转运动构件上安装有与驱动沟槽配合的滚动体，通过驱动沟槽侧壁与滚动体的接触以将轴向运动构件的直线往复运动转换为旋转运动构件的连续旋转运动；还包括摇臂驱动机构，该摇臂驱动机构包括一与输出转轴平行设置的凸轮轴，输出转轴上固定有正时齿轮，而凸轮轴一端固定有与正时齿轮啮合的凸轮轴齿轮，凸轮轴另一端则固定有作用于摇臂一端的端面凸轮，摇臂另一端与安装有气门弹簧的气门相抵。进一步的，出于轴向运动构件与旋转运动构件之间受力平衡性和稳定性的考虑，本专利技术中所述驱动沟槽优选设计相同的两条以上，这些驱动沟槽沿轴向运动构件的轴向设置而不交叉，驱动沟槽之间相对轴向运动构件的圆周中心间隔任意角度；或者所述驱动沟槽为相同的两条以上，这些驱动沟槽在轴向运动构件的圆周上相对圆周中心间隔角度设置并交叉，且在轴向上无错开；或者所述驱动沟槽为相同的两条以上，这些驱动沟槽在轴向运动构件的圆周上相对圆周中心间隔角度设置并交叉，且在轴向上有错开。进一步的，本专利技术中所述活塞进气和做功阶段每走一个行程对应的旋转运动构件的转动角度均大于180度，以便加大活塞的进气及做功时间。实际使用时，我们发现活塞在进气阶段和做功阶段对应的驱动沟槽为同一段，即滚动体走完该段驱动沟槽时旋转运动构件转过的角度是相同的，均大于180度。更进一步的，本专利技术中活塞进气和做功阶段时滚动体与同一段驱动沟槽的两侧壁分别接触滚动，该段驱动沟槽的两侧壁轮廓线形状不同，并且对应活塞进气阶段的侧壁轮廓线的初始斜度要大于对应活塞做功阶段的侧壁轮廓线初始斜度，以加快活塞下行初期的下行速度，使得同样的下行时间里更快的增加缸内的负压进入更多油气，以便提高发动机功率。进一步的，本专利技术中所述滚动体为通过万向节安装在旋转运动构件上的球形滚动体，或者所述滚动体为滚轮，该滚轮的滚动面与驱动沟槽的两侧壁面接触滚动。进一步的，本专利技术中所述轴向运动构件上一体设有活塞固定杆，该活塞固定杆穿过箱盖与活塞相连，所述输出转轴、轴向运动构件和活塞同轴心布置；而所述导向机构包括若干沿活塞运行方向平行设置的导柱，并且这些导柱关于轴向运动构件的圆周中心呈中心对称设置；而导柱一端均与发动机箱盖固定，而另一端则均与一导柱支架固定，并且各导柱上均配合套设有滑动导套，这些滑动导套固定或一体设于轴向运动构件上；并且所述发动机箱体和导柱支架上均设有套于输出转轴上的轴承，而输出转轴上分别设有与上述两侧轴承相抵的轴肩部以限制旋转运动构件的轴向运动，或者发动机箱体内设有从两端抵止旋转运动构件的限位支架以限制旋转运动构件的轴向运动。进一步的，本专利技术中所述轴向运动构件上未设置驱动沟槽的部分为镂空结构用以减轻重量，而所述旋转运动构件为圆筒状构件，或者叉状构件，叉状构件包括用于同输出转轴固定或一体相连的连接座，该连接座上设有沿活塞运动方向延伸的叉条，滚动体安装在叉条上，且当叉条的数量为两个以上时，这些叉条关于旋转运动构件的转动轴心呈中心对称分布。本专利技术中的摇臂一端与端面凸轮直接相抵就能受端面凸轮驱动而带动气门开合，当然为了加强摇臂与端面凸轮之间的配合运转流畅性和稳定性，进一步的，本专利技术中在端面凸轮上沿凸轮曲线设有凸轮沟槽，凸轮沟槽内设有滚珠，而摇臂上作用于端面凸轮的一端固定有气门间隙调节螺钉，该气门间隙调节螺钉端部设有滑槽，滑槽内嵌设有与滚珠相抵的滚珠滑块，滚珠滑块可于滑槽内自由滑动，同时该滚珠滑块上设有容纳滚珠的防脱凹部。或者摇臂与端面凸轮间采取另一种作用方案，即摇臂上作用于端面凸轮的一端安装有与端面凸轮的表面接触的摇臂滚轮，而摇臂另一端上固定有气门间隙调节螺钉，并通过该气门间隙调节螺钉与所述气门相抵。气门间隙调节螺钉的引入也方便调节气门间隙。本专利技术同时提供一种由上述四冲程发动机带动的永磁发电机组，这种永磁发电机组包括安装在箱体上的输出转轴端的发电机，该发电机包括固定在输出转轴上的转子和固定箱体上的定子支架，定子支架上固定有与转子配合的定子。更进一步的，本专利技术中转子由固定在输出转轴上的飞轮和粘贴在飞轮内侧的永磁磁钢构成，定子位于转子内侧，并且输出转轴上还固定有位于飞轮外侧的冷却风扇，还包括箱体导风罩，箱体固定在该箱体导风罩内，箱体导风罩一端连接包围发电机的发电机导风罩，而箱体导风罩另一端连接包围缸头的缸头导风罩。本专利技术的工作原理说明如下：需要说明本专利技术中驱动沟槽的倾斜是相对于轴向运动构件的轴心线而言，该驱动沟槽的“所在面”越贴近轴心线的垂直面，则其斜度越大，反之则其斜度越小，越平缓。实际工作时，本专利技术中的轴向旋转驱动机构通过轴向运动构件上面倾斜闭环设计的驱动沟槽侧壁推动旋转运动构件的滚动体运动，使得旋转运动构件能够连续旋转，从而将活塞的直线运动转换为输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四冲程发动机，包括箱体（1）、固定在箱体（1）一端的箱盖（2）和固定于箱盖（2）上的缸头（3），缸头（3）上设有气门（15）及控制气门（15）开合的摇臂（16），缸头（3）内设置活塞（4），其特征在于：还包括轴向旋转驱动机构，该机构包括一与活塞（4）相连的轴向运动构件（5）及用于限定该轴向运动构件（5）沿活塞（4）运行方向做直线运动的导向机构，以及一被限制轴向运动的旋转运动构件（6）和与该旋转运动构件（6）固定或一体相连的输出转轴（7），输出转轴（7）旋转装配在箱体（2）上并与活塞（4）同轴心或平行布置，轴向运动构件（5）为圆筒状结构，而旋转运动构件（6）套置在轴向运动构件（5）外侧或伸入轴向运动构件（5）内部，轴向运动构件（5）上沿圆周设有至少一倾斜闭环的驱动沟槽（8），而旋转运动构件（6）上安装有与驱动沟槽（8）配合的滚动体（9），通过驱动沟槽（8）侧壁与滚动体（9）的接触以将轴向运动构件（5）的直线往复运动转换为旋转运动构件（6）的连续旋转运动；还包括摇臂驱动机构，该摇臂驱动机构包括一与输出转轴（7）平行设置的凸轮轴（17），输出转轴（7）上固定有正时齿轮（18），而凸轮轴（17）一端固定有与正时齿轮（18）啮合的凸轮轴齿轮（19），凸轮轴（17）另一端则固定有作用于摇臂（16）一端的端面凸轮（20），摇臂（16）另一端与安装有气门弹簧（25）的气门（15）相抵。...

【技术特征摘要】
1.一种四冲程发动机，包括箱体（1）、固定在箱体（1）一端的箱盖（2）和固定于箱盖（2）上的缸头（3），缸头（3）上设有气门（15）及控制气门（15）开合的摇臂（16），缸头（3）内设置活塞（4），其特征在于：还包括轴向旋转驱动机构，该机构包括一与活塞（4）相连的轴向运动构件（5）及用于限定该轴向运动构件（5）沿活塞（4）运行方向做直线运动的导向机构，以及一被限制轴向运动的旋转运动构件（6）和与该旋转运动构件（6）固定或一体相连的输出转轴（7），输出转轴（7）旋转装配在箱体（2）上并与活塞（4）同轴心或平行布置，轴向运动构件（5）为圆筒状结构，而旋转运动构件（6）套置在轴向运动构件（5）外侧或伸入轴向运动构件（5）内部，轴向运动构件（5）上沿圆周设有至少一倾斜闭环的驱动沟槽（8），而旋转运动构件（6）上安装有与驱动沟槽（8）配合的滚动体（9），通过驱动沟槽（8）侧壁与滚动体（9）的接触以将轴向运动构件（5）的直线往复运动转换为旋转运动构件（6）的连续旋转运动；还包括摇臂驱动机构，该摇臂驱动机构包括一与输出转轴（7）平行设置的凸轮轴（17），输出转轴（7）上固定有正时齿轮（18），而凸轮轴（17）一端固定有与正时齿轮（18）啮合的凸轮轴齿轮（19），凸轮轴（17）另一端则固定有作用于摇臂（16）一端的端面凸轮（20），摇臂（16）另一端与安装有气门弹簧（25）的气门（15）相抵。2.根据权利要求1所述的一种四冲程发动机，其特征在于所述驱动沟槽（8）为相同的两条以上，这些驱动沟槽（8）沿轴向运动构件（5）的轴向设置而不交叉，驱动沟槽（8）之间相对轴向运动构件（5）的圆周中心间隔任意角度；或者所述驱动沟槽（8）为相同的两条以上，这些驱动沟槽（8）在轴向运动构件（5）的圆周上相对圆周中心间隔角度设置并交叉，且在轴向上无错开；或者所述驱动沟槽（8）为相同的两条以上，这些驱动沟槽（8）在轴向运动构件（5）的圆周上相对圆周中心间隔角度设置并交叉，且在轴向上有错开。3.根据权利要求1所述的一种四冲程发动机，其特征在于所述活塞（4）进气和做功阶段每走一个行程对应的旋转运动构件（6）的转动角度均大于180度，以便加大活塞（4）的进气及做功时间。4.根据权利要求3所述的一种四冲程发动机，其特征在于所述活塞（4）进气和做功阶段时滚动体（9）与同一段驱动沟槽（8）的两侧壁分别接触滚动，该段驱动沟槽（8）的两侧壁轮廓线形状不同，并且对应活塞（4）进气阶段的侧壁轮廓线的初始斜度要大于对应活塞（4）做功阶段的侧壁轮廓线初始斜度，以加快活塞（4）下行初期的下行速度，使得同样的下行时间里更快的增加缸内的负压进入更多油气。5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种四冲程发动机，其特征在于所述滚动体（9）为通过万向节安装在旋转运动构件（6）上的球形滚动体，或者所述滚动体（9）为滚轮，该滚轮的滚动面与驱动沟槽（8）的两侧壁面接触滚动。6.根据权利要求1所述的一种四冲程发动机，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维加，
申请(专利权)人：苏州帕瓦麦斯动力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32