平衡转缸式发动机制造技术

一种用于施加转矩至驱动轴的平衡转缸式发动机。该发动机具有带主驱动箱的外壳。气缸可旋转地安装在壳中且活塞安装成在该气缸内纵向地移动。两个连接臂各具有连接端，且一个端与该活塞连接，并且两个曲柄轴各与连接臂中的另一连接端可旋转地连接。两个驱动轮分别与第一与第二曲柄轴可反转地连接。固定驱动环具有在圆周方向上设置的驱动构件表面。固定驱动环安装在箱中，使得驱动构件表面面向该活塞。两个驱动轮与驱动环啮合。

Balanced Rotary Cylinder Engine

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】平衡转缸式发动机
本公开涉及内燃机，且更具体地涉及平衡转缸式发动机。
技术介绍
具有一个或更多个气缸的内燃机广为人知，且广泛用在许多行业，特别是汽车行业中。一般而言，各气缸包括具有火星或压缩的活塞，该火星或压缩使碳氢化合物燃烧，产生足以在该气缸中往复地驱动活塞的爆炸能量。由该被驱动的活塞产生的动力可驱动轴，且当用于牵引时，该轴使比如机动车辆这样的物体向前或向后移动。此外，产生的能量可静态地用来移动机械中的部件，或其可例如通过使用发电机产生更多能量。在某些情形中，在例如使用安装在驱动轴上的一个或更多个特定形状转子的所谓汪克(Wankel)发动机中，已经修改了这种简单的操作模式。燃料燃烧以提供原动力来转动转子从而驱动驱动轴。在第一次世界大战时，在一些航空器中导入及使用了所谓的转缸式发动机。该转缸式发动机包括驱动螺旋桨而非曲柄轴的活塞壳体。在该首例转缸式发动机后，在机车及早期公路车辆中测试了其他转缸式发动机。但是，主要存留的转缸式发动机类型仍是汪克发动机，且汪克发动机的一个版本仍在某些MazdaTM汽车中得到商业应用。与传统内燃机相比，转缸式发动机的主要优点在于发动机具有改进的功率重量比，以及改进的平衡。但是，因为它们的组装需要复杂机械，与传统内燃机相比，这些优点被高制造成本抵消。该高制造成本反映在售价上，使其经济上大部分没有可行性。为解决这些问题已有许多尝试，下面描述数种设计例子。Kull的美国专利No.US6,357,397公开了一种轴向锥齿轮产生的控制运动。该运动用来使用有限角度差速齿轮来控制在圆柱形中心轴主压力室中的加速-减速叶片运动，且该有限角度差速齿轮的逆齿轮从环绕锥齿轮、或在另一改进版本中从摆荡控制圆筒凸轮接收轴向曲柄控制的运动。该锥齿轮曲柄产生的轴向运动也可用于在具有一个或更多个活塞的气缸中提供轴向活塞运动，且该一个或更多个活塞可在固定或旋转气缸壳体中。在所有不同的发动机模型中，无阀口与用于加压的流体流的径向或轴向流分布控制连通。该设计适合于这样的外压力或内燃机，其中能量从流体或燃烧压力转换至动力输出轴旋转，或能量转换是反向能量转换模式。Lawes的已公开美国专利申请No.US2004/0107923描述了一种旋转气缸阀发动机，其包括具有两个壳体段的发动机壳体、一对活塞及旋转气缸总体。壳体段具有由圆形横截面的开口端朝向该壳体段的封闭端延伸的内腔室。圆形凸缘从壳体段的开口端径向地向外延伸。该凸缘具有各形成有螺栓孔的四个凸部，且形成有圆形径向内凹部。壳体段形成有燃料入口、用于火星塞的口及排气口。Mann的已公开美国专利申请No.US2006/0283407描述了具有两组往复移动活塞的转缸式汽油发动机。该活塞的往复输出与波状斜面耦合，该波状斜面将该往复运动转换成旋转运动。虽然该发动机壳体具有中空中心，但没有驱动轴。相反地，响应于该活塞的往复运动，提供了双旋转输出，一个输出是通过在壳体顶端的可旋转输出块输出，另一个是通过在壳体底端的可旋转块输出。Arseneau的已公开美国专利申请No.US2010/0108034描述了具有被驱动输出轴的转缸式发动机，该被驱动输出轴由在气缸中实施的内燃烧提供动力。该燃烧驱动活塞和两个曲柄轴，曲柄轴包括与固定齿轮圈啮合的反转驱动齿轮。随着齿轮旋转，旋转运动被传送至活塞和气缸、齿轮保持架底座、齿轮且最后到达输出轴。不利的是，虽然这些设计中的某些设计解决了某些问题，但它们仍过于复杂且需要复杂机械来生产。许多设计仍看起来不平衡且需另外的部件来平衡它们。此外，考虑到在燃烧及发动机部件移动时产生的高温，除了使用流体冷却剂或藉由大空气冷却风扇以外，似乎没有令人满意的发动机冷却方式。另外不利的是，上述设计具有许多部件，这会增加其复杂性且从而增加重量。该重量问题及不良热控制造成较低效率的能量输出。此外，该设计可能会需要较多的维护，且可能会过于昂贵。因此，需要具有提高的平衡、低摩擦、低噪音输出及高转矩且具有低制造成本和可负担售价的改良转缸式发动机。此外，具有高效冷却系统的转缸式发动机也是合乎期望的。
技术实现思路
本申请人已设计出一种新颖且非显而易见的平衡式转缸式发动机，其显著地减少或实质地消除了上述问题。因为部件数目减少，本申请人的新转缸式发动机重量是相同立方尺寸(体积)的其他发动机重量的大约一半。有利的是，由于立方尺寸减小，该转缸式发动机能够产生明显转矩，且通过该明显转矩能产生改进的燃料消耗效率。因为该发动机几乎“无摩擦”地操作，所以可获得这两个显著优点。此外，该转缸式发动机还因为部件数目减少而具有低振动值。存在的唯一振动是燃料燃烧的脉冲。在已知的内燃机中，特别是转缸式发动机类型中，在旋转时产生的能量通常施加至气缸侧。在本申请人的新转缸式发动机中，该能量传送至双曲柄轴。双连接杆或臂减少了活塞侧负载。此外，在活塞头，若干个薄压缩环提供了低摩擦力且不需要用重弹簧来驱动凸轮。总之，减小的摩擦力及振动转化为改善的能量输出且燃料消耗更低。到目前为止，在本申请人实施的测试中，本申请人的新转缸式发动机提供38.6％的燃料效率，这对于这种尺寸的发动机而言是史无前例的。如上所述，本申请人所知的所有四行程发动机中，该新转缸式发动机具有最少部件数。从制造的角度来看，不仅对于降低成本，对于容易、快速及准确地组装而言，部件数目减少都是有重大意义的。此外，在新转缸式发动机中使用的部件大部分可供现有转缸式发动机使用。事实上，所使用的部件中只有少数需要订制。最后，减少部件具有另一操作上的优势。旋转能量(转矩)转移至直接驱动轴不需要减速齿轮箱，而减速齿轮箱通常需要更多部件且因此增加了发动机的重量。本申请人的转缸式发动机的另一有利特征是在中间行程时几乎完美的平衡。在已知的转缸式发动机中，必须对壳体添加部件以提供平衡。双曲柄轴独立地旋转，但附接在单个活塞销上，其产生反转或相对旋转。这是因为双曲柄轴相对于主固定齿轮旋转，主固定齿轮以螺栓固定在发动机的主体上。但是，在本申请人的发动机中，固定齿圈面向活塞，因此可产生更紧密的发动机。因此，通过在转缸式发动机单次循环移动时跟随该转缸式发动机，在顶与底位置该发动机配重平衡活塞的往复运动以及连接杆移动的部分。在中间行程时该配重被完美地相抵，从而以几乎完美的方式平衡该转缸式发动机。就本申请人所知，这是在不必增加部件来平衡该发动机的情形下，在中间行程时几乎完美地平衡的唯一转缸式发动机。因此，在一个实施例中提供了一种平衡式转缸式发动机，用于对驱动轴施加转矩，该转缸式发动机包含：外壳，具有主驱动箱；气缸，其旋转地安装在外壳中；活塞，其安装成在气缸内纵向地移动；第一和第二连接臂，各连接臂具有第一连接端和第二连接端，第一连接端与活塞连接；第一和第二曲柄轴，各曲柄轴与连接臂的第二连接端旋转地连接；第一和第二驱动轮，其与各个第一和第二曲柄轴反转地连接；及固定驱动环，其具有在圆周方向上布置的驱动构件表面，该固定驱动环安装在主驱动箱中，使得该驱动构件表面朝向活塞而布置，该第一和第二驱动轮与该驱动环啮合。在一例子中，驱动组件包括连接臂、曲柄轴、驱动轮及固定驱动环，驱动轴与该驱动总体连接且从该驱动组件延伸。气缸具有带有第一纵向旋转轴线的气缸开口和气缸基底，气缸基底具有彼此相对布置的第一和第二半圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平衡转缸式发动机，用于将转矩施加至驱动轴，该转缸式发动机包括：外壳，其具有主驱动箱；气缸，其可旋转地安装在所述外壳中；活塞，其安装成在所述气缸内纵向地移动；第一与第二连接臂，各连接臂具有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述活塞连接；第一与第二曲柄轴，各曲柄轴与连接臂的所述第二连接端可旋转地连接；第一与第二驱动轮，其分别与第一与第二曲柄轴可反转地连接；及固定驱动环，其具有在圆周方向上布置的驱动构件表面，所述固定驱动环安装在所述主驱动箱中，使得所述驱动构件表面被布置成朝向所述活塞，所述第一与第二驱动轮与所述驱动环啮合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.21 US 15/331,3951.一种平衡转缸式发动机，用于将转矩施加至驱动轴，该转缸式发动机包括：外壳，其具有主驱动箱；气缸，其可旋转地安装在所述外壳中；活塞，其安装成在所述气缸内纵向地移动；第一与第二连接臂，各连接臂具有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述活塞连接；第一与第二曲柄轴，各曲柄轴与连接臂的所述第二连接端可旋转地连接；第一与第二驱动轮，其分别与第一与第二曲柄轴可反转地连接；及固定驱动环，其具有在圆周方向上布置的驱动构件表面，所述固定驱动环安装在所述主驱动箱中，使得所述驱动构件表面被布置成朝向所述活塞，所述第一与第二驱动轮与所述驱动环啮合。2.根据权利要求1所述的转缸式发动机，其中驱动组件包括连接臂、曲柄轴、驱动轮及所述固定驱动环，所述驱动轴连接至所述驱动组件且离开所述驱动组件而延伸。3.根据权利要求2所述的转缸式发动机，其中所述气缸具有气缸开口和气缸基底，所述气缸开口具有第一纵向旋转轴线，所述气缸基底具有彼此相对地布置的第一与第二半圆形凹槽，所述气缸基底的尺寸和形状被设计成可与所述驱动组件相互协作。4.根据权利要求1所述的转缸式发动机，其中所述第一与第二驱动轮被安装成绕第二旋转轴线反转，所述第二旋转轴线被布置成与所述第一纵向旋转轴线正交。5.根据权利要求3所述的转缸式发动机，其中所述气缸具有气缸圆周，且所述气缸基底具有气缸基底圆周，所述气缸基底圆周比所述气缸圆周大。6.根据权利要求1所述的转缸式发动机，其中所述第一与第二驱动轮是各具有多个在圆周方向上布置的齿的第一与第二小齿轮，且各小齿轮朝向彼此倾斜。7.根据权利要求6所述的转缸式发动机，其中所述固定驱动环具有多个在圆周方向上布置的向内倾斜齿，所述固定驱动环和小齿轮的倾斜齿相协作，从而在小齿轮反转时啮合。8.根据权利要求1所述的转缸式发动机，其中所述第一与第二曲柄轴各具有用于将所述曲柄轴连接至所述连接臂的曲拐，以及离开所述曲拐布置的曲部。9.根据权利要求1所述的转缸式发动机，其中活塞销将所述连接臂的第一连接端连接至所述活塞，所述活塞销被布置成与气缸开口第一纵轴正交。10.根据权利要求1所述的转缸式发动机，其中当所述活塞在所述气缸中处于中间行程时，所述活塞、连接臂及曲柄轴形成三角形，从而平衡所述发动机。11.根据权利要求1所述的转缸式发动机，其中臂分隔件位于所述第一与第二连接臂之间，所述分隔件从连接臂之间延伸至所述第一曲柄轴与第二曲柄轴之间。12.根据权利要求1所述的转缸式发动机，其中第一曲柄轴轴承连接至所述第一曲柄轴和所述第一驱动轮，所述第一曲柄轴轴承位于其间；且第二曲柄轴轴承连接在所述第二曲柄轴与所述第二驱动轮之间并且位于其间。13.根据权利要求12所述的转缸式发动机，其中第一与第二端轴承分别连接至第一驱动轮与第二驱动轮。14.根据权利要求1所述的转缸式发动机，其中气缸轴承连接在所述气缸与所述外壳之间，所述气缸与所述外壳密封地连接。15.根据权利要求1所述的转缸式发动机，其中所述外壳包括基体和中间段体，所述基体具有基体开口，所述驱动轴与所述基体开口密封地连接。16.根据权利要求15所述的转缸式发动机，其中驱动轴轴承位于所述驱动轴与所述基体之间。17.根据权利要求1所述的转缸式发动机，还包括：气缸头，其中设置有至少一个入口孔、至少一个出口孔和点火源孔，所述气缸头连接至所述气缸的上部，从而能够与所述上部一起旋转运动；及气缸转盘，其密封地连接至所述气缸头和所述气缸的上部，所述气缸转盘位于其间。18.根据权利要求17所述的转缸式发动机，其中所述气缸转盘包括气缸转盘开口和气缸转盘点火源孔，且随着所述气缸在所述外壳内旋转，在所述气缸头中的孔依序对准所述气缸转盘开口。19.根据权利要求17所述的转缸式发动机，其中所述气缸头的底侧包括第一与第二密封环，第一与第二密封环在圆周方向上分隔开且与所述点火源孔同心，以便与所述气缸密封地安装；且至少两个密封环安装在对应的密封槽中，所述密封槽绕所述气缸头中的所述入口孔和所述出口孔布置，所述密封环相对于所述气缸头偏心地设置。20.根据权利要求19所述的转缸式发动机，其中多个第一弹性构件连接至所述气缸转盘和所述气缸头。21.根据权利要求17所述的转缸式发动机，其中一个或更多个热传送构件位于所述气缸头与所述气缸转盘之间。22.根据权利要求19所述的转缸式发动机，其中所述密封槽包括多个第二弹性构件。23.根据权利要求1所述的转缸式发动机，还包括位于所述气缸的上端且与气缸头邻近的冷却组件，所述冷却组件包括多个风冷式翅片，翅片在圆周方向上绕所述气缸布置且从所述气缸向外突出。24.根据权利要求1所述的转缸式发动机，其中所述外壳包括多个在圆周方向上布置的开口。25.根据权利要求24所述的转缸式发动机，其中所述开口成角度。26.根据权利要求24所述的转缸式发动机，其中所述开口与空气入口流体地连通。27.根据权利要求23所述的转缸式发动机，其中所述冷却组件包括穿过所述气缸头延伸至所述风冷式翅片的空气入口通道。28.根据权利要求23所述的转缸式发动机，其中所述冷却组件还包括在所述气缸头与所述环之间连通的多个热传送垫。29.根据权利要求23所述的转缸式发动机，其中多个冷却开口位于所述气缸头的上部上。30.一种驱动组件，用于驱动位于可旋转气缸中的活塞从而使得活塞在气缸中往复移动，所述驱动组件包括：活塞销；第一和第二连接臂，连接至所述活塞销，且第一和第二连接臂相对于彼此可移动；齿轮组件，离开所述活塞布置，且与所述活塞连通，所述齿轮组件具有连接至两个驱动轮的第一和第二可反转曲柄轴；以及固定齿轮圈，具有多个齿，所述齿朝向所述活塞布置，在所述曲柄轴以可反转方式移动时所述两个驱动轮以啮合方式与所述固定齿轮圈的齿接合。31.根据权利要求30所述的驱动组件，其中所述连接臂各自具有第一臂连接端和第二臂连接端，所述第一连接臂端连接至所述活塞。32.根据权利要求30所述的驱动组件，其中所述可旋转气缸具有气缸开口和气缸基底，所述气缸开口具有第一纵轴，所述气缸基底具有彼此相对布置的第一和第二半圆形凹槽，所述气缸基底的尺寸和形状被设计成与所述驱动组件协作。33.根据权利要求32所述的驱动组件，其中所述活塞销位于所述活塞中且与所述第一纵轴正交地布置。34.根据权利要求31所述的驱动组件，还包括第一和第二曲柄轴，所述第一和第二曲柄轴各自可旋转地连接至所述第一和第二连接臂的所述第二臂连接端。35.根据权利要求34所述的驱动组件，其中所述第一和第二曲柄轴中的每个都包括连接至所述驱动轮的曲拐，所述曲拐位于曲柄轴连接构件的端部。36.根据权利要求35所述的驱动组件，其中第一和第二曲柄轴轴承连接至各个第一和第二曲柄轴。37.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔·阿尔塞诺，
申请(专利权)人：魁北克发动机技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US