一种具有外部传动机构的环缸发动机

技术领域

本发明涉及内燃发动机领域，具体涉及一种具有外部传动机构的环缸发动机。

背景技术

在发动机领域，压缩比是一个非常重要的概念；压缩比表示了气缸中气体的压缩程度，具体为气缸中气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比；发动机在运行时工况切换速度快，对压缩比的调节速率有着较高要求。同时发动机的燃烧系统对压缩比的值非常敏感，当压缩比高于目标值时易引发爆震，而强烈的爆震极易损坏发动机零部件；压缩比低于目标值时会降低燃烧效率，增加油耗。因此，在发动机处于低负荷时，希望通过增加压缩比来提高燃烧效率，而高负荷时，希望降低压缩比来防止爆震和改善燃烧效率。

一般内燃机膨胀比与压缩比是相等的，而对于阿特金森循环和米勒循环，压缩比要小于膨胀比；压缩比愈大，在压缩行程结束时混合气的压力和温度就愈高，燃烧速度也愈快，因而发动机的功率愈大，经济性愈好。压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现爆燃、表面点火等不正常燃烧现象，又反过来影响发动机的性能。

一般来说在发动机的其他设计不变的情况下，压缩比越高的车功率越大，效率越高，燃油经济性方面也会好一些。但是压缩比过高会造成稳定性下降，发动机寿命缩短。而且压缩比也不可能无限制地提高，因为可燃混合汽在压缩过程中温度会急剧提高，如果在没有到活塞的上止点处温度就已经超过可燃混合汽的燃点，则可燃混合汽就会爆燃产生爆震，给发动机造成致命的伤害。

而动力输出轴是传动系组装的重要配件，其用于将汽车发动机所发出的动力精准的传输至传动系统，所以动力输出轴工作状态稳定性会直接影响汽车发动机动力传动系统工作的精准性等，现有的动力输出轴结构设计复杂，制造成本高，留有极大的降低成本，简化设计的创新空间。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种具有外部传动机构的环缸发动机，包括缸体、缸盖、导轨轴、缸扇，所述缸扇设置于导轨轴上，所述导轨轴设置于缸体内，所述缸盖可拆卸设置于缸体两端并配合设置于缸扇上，所述导轨轴两端分别通过棘轮轴承连接外部传动机构；

所述缸体内设置螺旋隔壁，所述缸盖上对应设置螺旋端壁，所述缸扇外壁设置第一螺旋导轨槽，所述缸盖螺旋端壁内侧设置与第一螺旋导轨槽配合的第二螺旋导轨槽，使得第一螺旋导轨槽与第二螺旋导轨槽通过滚珠配合，进而使得缸扇相对于缸体、缸盖做螺旋运动。

所述外部传动机构包括通过棘轮轴承设置于导轨轴两端的主齿轮、主带轮，所述主齿轮一侧啮合设置从齿轮，所述从齿轮通过换向轴连接第一从带轮，所述第一从带轮通过第一同步带连接第二从带轮，所述第二从带轮连接于输出轴一端，所述输出轴另一端连接第三从带轮，所述第三从带轮通过第二同步带与主带轮传动连接。

进一步地，所述缸体内的螺旋隔壁为双螺旋隔壁，所述缸扇两侧分别设置与螺旋隔壁配合的扇叶，使得缸体内腔被扇叶、螺旋隔壁、缸盖分隔成四个可变体积的螺旋腔体。

进一步地，述缸体内的螺旋隔壁为单螺旋隔壁，位于所述缸体中部的螺旋隔壁之间连接横隔壁，将缸体分隔成左缸体、右缸体，所述缸扇两侧分别设置与螺旋隔壁配合的扇叶，且扇叶分别设置于左缸体、右缸体内，使得左缸体、右缸体内腔分别被扇叶、螺旋隔壁、缸盖分隔成两个可变体积的螺旋腔体，共四个螺旋腔体。

进一步地，所述缸体内的螺旋隔壁为单螺旋隔壁，所述缸扇一侧设置一个与螺旋隔壁配合的扇叶，使得缸体内腔被扇叶、螺旋隔壁、缸盖分隔成两个可变体积的螺旋腔体。

进一步地，所述螺旋隔壁、第一螺旋导轨槽、第二螺旋导轨槽的螺距相等。

进一步地，所述导轨轴包括安装缸扇的导轨部以及安装棘轮轴承的端连接部，所述导轨部表面沿其长度方向设置第一滚珠直线导轨槽，所述缸扇两端向内设置第二循环滚珠直线导轨槽，所述第二循环滚珠直线导轨槽与第一滚珠直线导轨槽之间通过滚珠配合，使得导轨轴进行正反旋转运动。

进一步地，所述棘轮轴承包括棘轮座，所述棘轮座外周向设置一圈活动的棘爪，所述棘爪通过弹簧圈固定于棘轮座上，所述棘轮座两端分别设置滚针轴承。

进一步地，分别位于导轨轴两端的棘轮轴承，其棘爪旋向相反。

进一步地，所述缸盖中心设置缸扇安装孔，所述第二螺旋导轨槽设置于螺旋端壁内侧以及缸扇安装孔内侧。

进一步地，所述缸体两端分别设置火花塞安装孔、进气口、排气口，所述火花塞安装孔内安装有火花塞。

采用以上方案后，本发明具有如下优点：(1)本发明提供通过缸体与缸扇相配合，将缸体分成2-4个可改变体积的扇形螺旋腔体，省去曲轴，连杆传动，集成四缸为环形缸，大幅缩小体积，使得发动机的压缩比和膨胀比有更大的调整范围，有利于提高内燃发动机功率、效率和对抗冲击、爆震的性能。

(2)本发明通过外部传动机构的设置，使输出轴输出单一方向旋转动力，缸体内设置双螺旋隔壁，导轨轴外设置与其螺距相等的螺旋轨道槽，使缸扇做往复螺旋运动，混合气体单次燃烧做功一次，导轨轴可转圈数受限于缸体内的双螺旋隔壁圈数，减小压缩比和膨胀比的调整限制，可极大提高发动机效率。

(3)本发明通过将缸体内双螺旋隔壁替换成单螺旋隔壁，使得缸扇在缸体内做往复螺旋运动的轨迹，在螺旋圈数相等的情况下，在缸体轴线上投影长度等于双螺旋隔壁的一半，因此在缩小制造体积上更有优势。

(4)本发明通过仅设置一个缸扇扇叶将缸体分隔成两腔，使得混合气体单次燃烧做功一次，导轨轴可转圈数受限于缸体内的单螺旋隔壁圈数，进一步减小压缩比和膨胀比的调整限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解的是，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例一的结构示意图。

图2是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例一中缸体的结构示意图。

图3是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例一中缸体的截面结构示意图。

图4是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例一中棘轮轴承的结构示意图。

图5是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例一中导轨轴两端棘轮轴承的旋向示意图。

图6是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例一中缸盖的内侧结构示意图。

图7是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例一中的外侧结构示意图。

图8是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例一中缸盖的截面结构示意图。

图9是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例一中缸扇的结构示意图。

图10是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例一中缸扇的截面结构示意图。

图11是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例一中导轨轴的结构示意图。

图12是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例二的结构示意图。

图13是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例二中缸体的结构示意图。

图14是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例二中缸体的截面结构示意图。

图15是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例二中缸盖的结构示意图。

图16是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例二中缸盖的截面结构示意图。

图17是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例二中缸扇的结构示意图。

图18是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例三的结构示意图。

图19是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例三中缸体的结构示意图。

图20是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例三中缸体的截面结构示意图。

图21是本发明一种具有外部传动机构的环缸发动机实施例三中缸扇的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

结合附图1，一种具有外部传动机构的环缸发动机，包括缸体1、缸盖3、导轨轴2、缸扇4，缸扇4设置于导轨轴2上，导轨轴2设置于缸体1内，缸盖3可拆卸设置于缸体1两端并配合设置于缸扇4上，缸体1两端分别设置火花塞安装孔24、进气口25、排气口26，所述火花塞安装孔24内安装有火花塞5，导轨轴2两端分别通过棘轮轴承6连接外部传动机构，棘轮轴承6包括棘轮座601，结合附图4，棘轮座601外周向设置一圈活动的棘爪602，棘爪602通过弹簧圈603固定于棘轮座601上，棘轮座601一侧设置滚针轴承604，且分别位于缸体两端缸盖上的棘轮轴承，其棘爪旋向相反，结合附图5。

结合附图2-8，缸体1内设置螺旋隔壁15，缸盖3上对应设置螺旋端壁16，缸盖3中心设置缸扇安装孔301，第二螺旋导轨槽18设置于螺旋端壁16内侧以及缸扇安装孔301内侧，形成有螺旋段的循环滚珠导轨槽，缸扇4外壁设置第一螺旋导轨槽17，缸盖螺旋端壁16内侧设置与第一螺旋导轨槽17配合的第二螺旋导轨槽18，使得第一螺旋导轨槽17与第二螺旋导轨槽18通过滚珠配合，同时螺旋隔壁16、第一螺旋导轨槽17、第二螺旋导轨槽18的螺距相等，因此可同步于H型缸体1内双螺旋隔壁的螺旋，进而使得缸扇4相对于缸体1、缸盖3做螺旋运动。

结合附图9-11，导轨轴2包括安装缸扇4的导轨部201以及安装棘轮轴承6的端连接部202，导轨部201表面沿其长度方向设置第一滚珠直线导轨槽22，缸扇4两端向内设置第二循环滚珠直线导轨槽23，第二循环滚珠直线导轨槽23与第一循环滚珠直线导轨槽22之间通过滚珠配合，使得导轨轴2进行正反旋转运动。

结合附图1，外部传动机构包括通过棘轮轴承6设置于导轨轴2两端的主齿轮7、主带轮10，主齿轮7一侧啮合设置从齿轮8，从齿轮8通过换向轴9连接第一从带轮11，第一从带轮11通过第一同步带14连接第二从带轮19，第二从带轮19连接于输出轴12一端，输出轴12另一端连接第三从带轮20，第三从带轮20通过第二同步带13与主带轮10传动连接。

本实施例中，缸体1内的螺旋隔壁15为双螺旋隔壁，且螺旋圈数不限，缸扇4两侧分别设置与螺旋隔壁15配合的扇叶21，使得缸体1内腔被扇叶21、螺旋隔壁15、缸盖3分隔成四个可变体积的螺旋腔体，可分别对应四冲程发动机每个冲程所需腔体；

同时，主齿轮、主带轮的内圈有棘齿，可与棘轮轴承上的棘爪配合，使主齿轮和主带轮各自只输出发动机轴正反旋转运动的其中一个方向旋转运动，即主齿轮输出正转则主带轮输出反转，如果主齿轮输出反转则主带轮输出正转；通过主齿轮与从齿轮的啮合，使得装于换向轴上的第一从带轮与主带轮可以同向旋转，同向旋转的主带轮和第一从带轮可以通过第一同步带和第二同步带联接装于输出轴上的第二从带轮、第三从带轮，使输出轴输出单一方向旋转动力。

另外，因为本实施例缸扇做螺旋运动圈数受限于缸体内双螺旋隔壁的螺旋圈数，所以本实施例中缸扇做的实际是往复螺旋运动。外部传动机构通过棘轮轴承、主齿轮、从齿轮、换向轴、主带轮、从带轮、第一同步带、第二同步带以及输出轴的配合，使输出轴输出单一方向旋转动力，混合气体单次燃烧做功一次，导轨轴可转圈数受限于缸体内的双螺旋隔壁圈数，由此可见其压缩比和膨胀比的调整限制就很小了，因此可极大提高发动机效率。

实施例二

结合附图12-17，本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例中缸体1内的螺旋隔壁15为单螺旋隔壁，且位于缸体1中部的螺旋隔壁15之间连接横隔壁22，将缸体1分隔成左缸体、右缸体，缸扇4两侧分别设置与螺旋隔壁15配合的扇叶21，且扇叶21分别设置于左缸体、右缸体内，使得左缸体、右缸体内腔分别被扇叶21、螺旋隔壁15、缸盖3分隔成两个可变体积的螺旋腔体，且每个腔体内部都是单螺旋，共四个螺旋腔体。

本实施例中，缸扇在缸体内做往复螺旋运动的轨迹，在螺旋圈数相等的情况下，在缸体轴线上投影长度等于实施例一中的一半，因此在缩小制造体积上更有优势。

实施例三

结合附图18-21，本实施例与实施例二的不同之处在于，本实施例中缸体1内的螺旋隔壁15为单螺旋隔壁，且缸扇4一侧仅设置一个与螺旋隔壁15配合的扇叶21，使得缸体1内腔被扇叶21、螺旋隔壁15、缸盖3分隔成两个可变体积的螺旋腔体。另外，缸体上设置多个气孔，可以为双排气口、双进气口或者进气调节口等。

本实施例中，缸扇的一片扇叶将缸体分隔成两腔，在第一腔气体膨胀做功时前半段，第二腔同时在外力作用下吹入新气，扫排废气，在第一腔气体膨胀做功后半段，第二腔完成扫排废气和压缩新气体动作，如此循环，类似传统二冲程发动机，在单次气体膨胀做功时间内，导轨轴转圈数受限于体内的单螺旋隔壁圈数；同时完成单次吹进新气、单次扫排废气、单次压缩；吹进新气和扫排废气有干扰，废气、新气会混合；本实施例中混合气体单次燃烧做功一次，导轨轴可转圈数受限于缸体内的单螺旋隔壁圈数，由此可见其压缩比和膨胀比的调整限制就更小了，比实施例一、实施例二更具优势。

所有缸扇、缸扇扇叶、隔壁、螺旋隔壁等需要密封的地方，可开多重细槽，可装入弹片和密封条，所有棘轮轴承与主齿轮，或与主带轮的单向旋转配合，都可以用各种单向轴承替换。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。