本發明涉及一種往復活塞式內燃發動機，具體是一種具有新型曲軸連桿機構且帶氣缸對置裝置的無缸蓋發動機。

背景技術：

傳統二沖程柴油機存在著以下幾大缺點：

（1）、傳統發動機的氣缸蓋附設零部件多，占用空間大，安裝調試復雜，運行時噪音和振動都較大。

（2）、采用常規曲軸連桿機構進行傳動。常規曲軸是傳統發動機的核心部件之一，其具有諸多難以克服的缺點，如設計和制造復雜，質量難以保證，制造材料要求高，增大功率和提高作功效率受限制，制造成本高，安裝和維修困難，使用壽命短等。

（3）、氣缸內燃料燃燒不充分，排放廢氣污染嚴重，耗油量大，熱效率低。其主要原因是氣缸換氣不徹底，燃燒所需的氧氣不足所造成的。而造成換氣不徹底，氧氣不足主要原因是傳統發動機的構造不合理，它的進氣口和排氣口是在氣缸壁同一水平線上的左右兩邊，當發動機活塞運行到某一時段時，進氣口和排氣口會同時打開，形成短路，當新空氣把廢氣掃出排氣口的同時也短路跑掉了部分新空氣，這就造成下一個燃燒所需的氧氣不足。另外，新空氣只對氣缸下半部分進行掃氣，上半部分仍然有大量廢氣滯留不走。

（4）、氣缸不能建立有效的潤滑系統，散熱不良，零部件磨損大，不能連續工作。其主要原因也是由于構造不合理造成的。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供了一種具有新型曲軸連桿機構的無缸蓋發動機，該發動機解決問題的思路如下：

（1）、去掉弊病多端的常規曲軸連桿機構，用結構簡單而又運行可靠的新型曲軸連桿機構取代之。所述新型曲軸連桿機構包括直軸、圓輪、連桿和定軌板塊。由定軌板塊往復運動帶動連桿，從而驅動圓輪轉動，進而帶動直軸和功率輸出齒輪轉動，定軌板塊由氣缸對置裝置進行同步驅動，從而實現將氣缸對置裝置兩做功氣缸的張合往復直線運動轉換成直軸和功率輸出齒輪的圓周運動。所述新型曲軸連桿機構的結構和工作原理與退役多年的蒸汽火車頭的驅動輪機構相同。

（2）、氣缸采用氣缸對置裝置，其包括兩個對置的做功活塞、一個共用的做功氣缸、兩個增壓氣缸和增壓活塞。由于在做功氣缸內兩個對置的做功活塞之間構成了燃燒室，因此做功氣缸無缸蓋。當兩個對置做功活塞做功時連帶驅動增壓活塞將增壓新空氣輸送到做功氣缸內，既增加了新空氣，又可以將做功后的廢氣從上到下全程徹底掃除，從而實現徹底換氣并增加燃燒所需的氧氣。

（3）、做功活塞和增壓活塞內部均設有空心倉，內存潤滑油，活塞的油環槽內設有若干與空心倉相連通的油孔，當活塞進行往復運動時，潤滑油從油孔流至油環對氣缸和活塞進行潤滑。另外，因為做功活塞和增壓活塞在運動時大半時間是暴露在氣缸外的，可以用機油泵提供的帶壓力機油對活塞進行直接噴淋，然后將機油收集回流原處繼續循環使用。這樣既能實現潤滑又可以散熱。兩種潤滑方法同時使用潤滑和散熱效果會更好。

本發明所采用的具體技術方案如下：

一種具有新型曲軸連桿機構的無缸蓋發動機，其功率輸出單元包括新型曲軸連桿機構、功率輸出齒輪和氣缸對置裝置；所述新型曲軸連桿機構包括直軸、圓輪、連桿和定軌板塊；功率輸出齒輪固定安裝在直軸的中部，兩個圓輪的中心分別固定連接在直軸的兩端，兩個圓輪在盤面邊緣的位置設有向外伸出的偏心銷軸，兩偏心銷軸在兩圓輪盤面上的位置相反；直軸的兩邊各設有一條與直軸相平行的定軌板塊，兩個圓輪的偏心銷軸分別與兩根連桿的一端活動鉸接，兩根連桿的另一端分別活動鉸接在兩邊的定軌板塊上，兩定軌板塊分別與氣缸對置裝置兩端的功率輸出點相連接，兩定軌板塊在氣缸對置裝置的驅動下做張合往復直線運動，進而帶動兩連桿在相反的方向上同時對直軸兩端的圓輪分別進行推和拉的驅動，由兩圓輪共同帶動直軸和功率輸出齒輪連續轉動。

所述定軌板塊跨越架設在一對與直軸相垂直的導軌上，定軌板塊的兩端設有滑輪與導軌相配合，兩定軌板塊在導軌上做張合往復直線運動。

所述氣缸對置裝置設有兩個做功活塞、一個做功氣缸、兩個增壓氣缸和兩個增壓活塞，其中兩個做功活塞頭部相對且共同設置在一個有缸筒無缸蓋的做功氣缸內，兩個做功活塞的尾部分別從做功氣缸的兩端伸出并分別與一個增壓活塞連接成一體，在做功活塞與增壓活塞的對接處設有連接孔作為功率輸出點；做功氣缸的缸筒中部設有做功進氣門，在做功進氣門對應的另一側缸筒上設有噴油嘴，缸筒在噴油嘴的兩側靠近筒邊的位置各設有一個做功排氣門；兩增壓活塞均配有相應的增壓氣缸，增壓活塞的面積大于做功活塞的面積，增壓氣缸的后端設有增壓進氣門和增壓輸氣門，兩增壓氣缸的增壓輸氣門分別通過輸氣管與做功氣缸的做功進氣門相連接。

所述氣缸對置裝置的做功活塞與增壓活塞內部均設有空心倉，倉內存有潤滑油，且做功活塞與增壓活塞的油環卡槽內均設有若干與空心倉相連通的油孔。

為了增加發動機的輸出功率，所述氣缸對置裝置可以設置多個，多個氣缸對置裝置并聯在兩定軌板塊上，兩定軌板塊通過電控離合裝置分別與各氣缸對置裝置兩端的功率輸出點相連接，兩定軌板塊的張合往復直線運動由多個氣缸對置裝置共同驅動。

為了得到更大的功率輸出和更好的運行平穩度，所述發動機可以設置一根與所述功率輸出單元的直軸相平行的功率輸出總軸，功率輸出總軸上設置有中間齒輪，中間齒輪的圓周上均布有若干功率輸出單元，各功率輸出單元的功率輸出齒輪均與中間齒輪相嚙合，將各功率輸出單元的功率輸出通過中間齒輪匯總至功率輸出總軸，再進行總輸出。

本發明的具有新型曲軸連桿機構的無缸蓋發動機具有以下優點：

（1）、本發動機去掉弊病多端的常規曲軸連桿機構，用結構簡單而又運行可靠的新型曲軸連桿機構取代之。新型曲軸連桿機構中圓輪的作用相當于曲軸的曲拐，曲拐是曲軸中主要弊病原因之一，它除了制造困難以外，在運行中曲拐是最容易折斷的地方，還容易由于不平衡而引起震動，而圓輪是最均衡的圖形，沒有首尾之分，不用配重機構即可平穩運行，不論高速和低速發動機都適用，而且制造容易。因此采用新型曲軸連桿機構后，所用的零部件大大減少，制造成本大大降低，加工更加簡單，工作更加可靠，而且其部件都是展開式連接并暴露在外的，安裝和維修都很方便。

（2）、本發動機采用先進的氣缸對置裝置進行驅動，兩對置的做功活塞做功爆發時所產生的振動波互相抵消，振動和噪音大大降低。另外氣缸對置裝置可以在做功的同時實現自動增壓輸入新空氣，既可以向做功氣缸增壓輸入下一次做功燃燒所需的新空氣，又可以將做功氣缸的剩余廢氣徹底掃除，使做功氣缸的每一次做功燃燒都能完全充分，達到效率最大化。氣缸對置裝置的做功氣缸和增壓氣缸的進、排氣門的啟閉是靠氣流和復位彈簧的力量正時而又自動完成的，它取代了傳統發動機靠齒輪、凸輪和頂棍完成，結構簡單運行又可靠。

（3）、本發動機使用多個并聯氣缸對置裝置進行驅動時，可以通過電控離合裝置使氣缸對置裝置整組或逐個與驅動系統并軌或脫軌，從而實現可變排量，還能將有故障的氣缸對置裝置迅速從運行系統中分離出來不影響系統的正常運行，經精心設計，更換氣缸對置裝置就像更換燈泡一樣容易，給使用和維修帶來極大方便。

附圖說明

圖1為本發動機氣缸對置裝置的剖視圖。

圖2為本發動機氣缸對置裝置的簡化示意圖（為了使后面的圖表達更清楚，將該裝置進行簡化表示）。

圖3為本發動機的氣缸對置裝置為一個時的結構示意圖。

圖4為本發動機的氣缸對置裝置為三個時的結構示意圖。

圖5為四個功率輸出單元共同通過功率輸出總軸輸出時的示意圖。

圖中：1-增壓氣缸，2-增壓活塞，3-做功氣缸，4-做功活塞，5-輸氣管，6-增壓輸氣門，7-氣環，8-油環，9-油孔，10-功率輸出點，11-做功進氣門，12-噴油嘴，13-做功排氣門，14-空心倉，15-增壓進氣門，16-氣缸對置裝置，17-功率輸出齒輪，18-軸承座，19-直軸，20-圓輪，21-偏心銷軸，22-連桿，23-定軌板塊，24-滑輪，25-導軌，26-中間齒輪，27-功率輸出總軸。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明。

如圖3所示，本發明發動機的功率輸出單元包括新型曲軸連桿機構、功率輸出齒輪17和氣缸對置裝置16；所述新型曲軸連桿機構包括直軸19、圓輪20、連桿22和定軌板塊23；功率輸出齒輪17固定安裝在直軸19的中部，兩個圓輪20的中心分別固定連接在直軸19的兩端，兩個圓輪20在盤面邊緣的位置設有向外伸出的偏心銷軸21，兩偏心銷軸21在兩圓輪20盤面上的位置相反；直軸19的兩邊各設有一條與直軸19相平行的定軌板塊23，兩個圓輪20的偏心銷軸21分別與兩根連桿22的一端活動鉸接，兩根連桿22的另一端分別活動鉸接在兩邊的定軌板塊23上，兩定軌板塊23分別與氣缸對置裝置16兩端的功率輸出點10相連接，兩定軌板塊23在氣缸對置裝置16的驅動下做張合往復直線運動，進而帶動兩連桿22在相反的方向上同時對直軸19兩端的圓輪20分別進行推和拉的驅動，由兩圓輪20共同帶動直軸19和功率輸出齒輪17連續轉動。所述定軌板塊23跨越架設在一對與直軸19相垂直的導軌25上，定軌板塊23的兩端設有滑輪24與導軌25相配合，兩定軌板塊23在導軌25上做張合往復直線運動。

圖2為所述氣缸對置裝置16的簡化示意圖，其具體結構如圖1所示，該裝置設有兩個做功活塞4、一個做功氣缸3、兩個增壓氣缸1和兩個增壓活塞2，其中兩個做功活塞4頭部相對且共同設置在一個有缸筒無缸蓋的做功氣缸3內，兩個做功活塞4的尾部分別從做功氣缸3的兩端伸出并分別與一個增壓活塞2連接成一體，在做功活塞4與增壓活塞2的對接處設有連接孔作為功率輸出點10；做功氣缸3的缸筒中部設有做功進氣門11，在做功進氣門11對應的另一側缸筒上設有噴油嘴12，缸筒在噴油嘴12的兩側靠近筒邊的位置各設有一個做功排氣門13；兩增壓活塞2均配有相應的增壓氣缸1，增壓活塞2的面積大于做功活塞4的面積，增壓氣缸1的后端設有增壓進氣門15和增壓輸氣門6，兩增壓氣缸1的增壓輸氣門6分別通過輸氣管5與做功氣缸3的做功進氣門11相連接。

工作時氣缸對置裝置16所有的部件是聯動的，當兩個做功活塞4由外向里相向運動壓縮空氣時，增壓氣缸1的增壓進氣門15被吸打開，新空氣被吸進到增壓氣缸1內，增壓輸氣門6關閉；當兩個做功活塞4運行到終點時，做功氣缸3內被壓縮的空氣壓強和溫度急劇升高，此時噴油嘴12向做功氣缸3內噴霧柴油，會立即引起燃燒爆炸，把兩個做功活塞4推回原處。兩個做功活塞4做功時所產生的振動波被相互抵消，并且這兩個振動波的運動方向與兩個做功活塞4運動方向相同，兩者合力疊加提高了燃料的轉換效率，運動所產生的振動和噪音也變得很輕微。做功時與做功活塞4連成一體的增壓活塞2將增壓氣缸1內的新空氣壓縮，增壓輸氣門6被壓打開，增壓進氣門15關閉，增壓新空氣通過增壓輸出門6經輸氣管5進入做功進氣門11和做功氣缸3內。因為做功后的廢氣和增壓新空氣運動方向相同，所以兩者合力疊加，把做功后的廢氣從上到下全程徹底掃盡后經做功排氣門13排出，同做功氣缸3內也充滿了增壓新空氣。以上為氣缸對置裝置16的一個做功循環的全過程。兩個圓輪20和功率輸出齒輪17所產生的慣性會把氣缸對置帶進下一個做功循環。在這個過程中，做功氣缸3和增壓氣缸1的進排氣門都是靠氣流和復位彈簧的力量正時而又自動啟閉。又因為增壓活塞2大于做功活塞4，所以進入做功氣缸3內的新空氣是增壓的。由此氣缸對置裝置16構成一個自動增壓系統。

另外，做功活塞4與增壓活塞2內部均設有空心倉14，倉內存有潤滑油，且做功活塞4與增壓活塞2的油環8卡槽內均設有若干與空心倉14相連通的油孔9。在做功活塞4與增壓活塞2往復運動的搖晃下，潤滑油可以從油孔9流至油環8，進而對做功氣缸1、做功活塞4和增壓氣缸1、增壓活塞2進行潤滑。由于做功活塞4和增壓活塞2在運動過程中有大半時間是暴露于氣缸外部的，所以可以用機油泵提供帶壓力的機油對做功活塞4和增壓活塞2直接噴淋，然后將機油收集回流原處，供循環繼續使用。兩種潤滑方法同時使用，其潤滑和散熱效果會更佳。

為了增加發動機的輸出功率，所述氣缸對置裝置16可以設置多個，如圖4所示即為設置三個氣缸對置裝置16的情形，三個氣缸對置裝置16并聯在兩定軌板塊23上，兩定軌板塊23通過電控離合裝置分別與各氣缸對置裝置16兩端的功率輸出點10相連接，兩定軌板塊23的張合往復直線運動由三個氣缸對置裝置16共同驅動。所述電控離合裝置采用受系統控制的伸縮插銷來實現，當系統發出并軌指令時，電控離合裝置將伸縮插銷插進氣缸對置裝置16功率輸出點10的連接孔中，氣缸對置裝置16并軌運行；當系統發出脫軌指令時，電控離合裝置將伸縮插銷從氣缸對置裝置16功率輸出點10的連接孔中拔出，氣缸對置裝置16脫離運行系統停止工作。因此當采用多個氣缸對置裝置16進行驅動時，本發動機可根據載荷輕重來選擇并軌或脫軌相應數量的氣缸對置裝置16，由此實現可變排量，也節約了能源。而且當其中某一個氣缸對置裝置16出現故障時，可以馬上將其脫軌退出驅動系統，不影響其他氣缸對置裝置16的正常工作，因此發動機不會因驅動系統中一個氣缸對置裝置16的故障而停止工作。這個優點，特別適合應用在航空航海設備上，在軍事上更是需要這種發動機。另外由于氣缸對置裝置16的連接方式簡單而且是展開式的，經精心設計，更換氣缸對置裝置16就像更換燈泡一樣容易，給使用和維修帶來極大方便。

另外，為了得到更大的功率輸出和更好的運行平穩度，如圖5所示，所述發動機可以設置一根與上述功率輸出單元的直軸19相平行的功率輸出總軸27，功率輸出總軸27上設置有中間齒輪26，中間齒輪26的圓周上均布有若干功率輸出單元，各功率輸出單元的功率輸出齒輪17均與中間齒輪26相嚙合，將各功率輸出單元的功率輸出通過中間齒輪26匯總至功率輸出總軸27，再進行總輸出。這樣功率輸出總軸27每轉一周可以得到多次氣缸對置裝置16的做功爆發，而且各爆發點沿功率輸出總軸27圓周均布，功率輸出單元設置得越多，發動機獲得的輸出功率就越大，做功效率也隨之倍增；其運行也越平穩。