刀片式车用发动机缸体.pdf

本发明公开了一种刀片式车用发动机缸体，包括缸头部分和缸体部分，缸体部分包括缸体外壳和活塞，缸体外壳的内腔呈“凸”字形，在缸体外壳内还安装有两个相互啮合的惯性飞轮，且活塞与两个惯性飞轮构成“品”字形布置，每个惯性飞轮对应设置有一根连杆，连杆的上端与活塞铰接，连杆的下端铰接在惯性飞轮上并偏离惯性飞轮的圆心，缸体外壳上开有与内腔相通的组装调试孔，在缸体外壳上开有与惯性飞轮一一对应的轴孔，轴孔水平贯通，轴孔的轴线与惯性飞轮的轴线平行并靠近对应的惯性飞轮设置。采用全对称备份冗余结构和独有的旋转动能封装技术，减小缸体活塞推进中的晃动及机械噪声，解决了对关键零部件集中损耗进行分散和安全故障隔离的难题。

权利要求书
1.  一种刀片式车用发动机缸体，包括缸头部分(A)和缸体部分(B)，所述缸头部分(A)包括缸头壳体(1)，以及设置在缸头壳体(1)内的燃烧室(2)、火花塞(3)、气门(4)、气门弹簧(5)和气道(6)，所述缸体部分(B)包括缸体外壳(7)，以及设置在缸体外壳(7)内的活塞(8)，其特征在于：所述缸体外壳(7)的内腔呈“凸”字形，在缸体外壳(7)内还安装有两个相互啮合的惯性飞轮(9)，且活塞(8)与两个惯性飞轮(9)构成“品”字形布置，每个惯性飞轮(9)对应设置有一根连杆(10)，连杆(10)的上端与活塞(8)铰接，连杆(10)的下端铰接在惯性飞轮(9)上并偏离惯性飞轮(9)的圆心，所述缸体外壳(7)上开有与内腔相通的组装调试孔(11)，在缸体外壳(7)上开有与惯性飞轮(9)一一对应的轴孔(12)，所述轴孔(12)水平贯通，轴孔(12)的轴线与惯性飞轮(9)的轴线平行并靠近对应的惯性飞轮(9)设置。

2.  根据权利要求1所述的刀片式车用发动机缸体，其特征在于：所述组装调试孔(11)设置在缸体外壳(7)的侧壁上。

3.  根据权利要求1或2所述的刀片式车用发动机缸体，其特征在于：两个所述轴孔(12)左右对称布置，每个轴孔(12)位于对应的惯性飞轮(9)外侧并高于对应的惯性飞轮(9)。

说明书刀片式车用发动机缸体
技术领域
本发明属于车用发动机技术领域，具体涉及一种发动机缸体结构。
背景技术
目前世界上最先进的汽车发动机技术仍存在很多重大缺陷：(1)、发动机高度依赖极具不确定性的电路控制技术，整体机械固化，连动关键的环节较多，从而导致故障率极高，无法满足我国军事核心应用领域对发动机安全可靠性的迫切需求；(2)、发动机通常采用非对称力学结构设计，从而导致振动大、磨损大，做功效率低下，无法满足民用领域经济实用需求；(3)、发动机无法对关键零部件的集中损耗进行分散和安全故障隔离，从而导致紧急故障发生后无法持续工作。
现有发动机为确保正常运行，发动机的多个缸体必须采用一次成型的整体固化设计模式，发动机缸体布局死板，制造调试工艺极其复杂，生产成本较高，不能实现单个缸体推进单元的模块化、通用化、产业化设计制造，不能实现发动机的灵活布局和自由式组装组合；不能实现工作状态下的缸体推进单元安全自由上下线；缸体推进单元出现故障时，极可能导致停机熄火。
现有发动机的多个缸体主要采用非对称结构设计，从而导致活塞在推进过程中动力极不平衡，摆动磨损大、做功效率低下。发动机动力大小的控制主要依靠变速器和输油量来实现，导致驾驶员在行进过程中的操作协调难度增加；发动机在推进过程中的涉及关键环节多，机械摆动磨损大，关键部件集中损耗频繁，故障率大幅增加；依靠轰大油门调节发动机行进动力的方式死板，饱和油汽尾耗严重。
因此，要想从根本上解决上述缺陷，就必须对传统发动机的设计原理进行重大理论革新，对发动机的构造进行重大实际突破。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：(一)节能降耗，最大限度地减小缸体活塞在推进过程中对发动机的晃动以及引起的机械噪声，延长机械使用寿命；(二)打破传统汽车发动机多缸体整体固化设计方式，为新型发动机的研发创造全新的理论基础，并提供核心组件；(三)对关键零部件的集中损耗进行分散和故障隔离，增强机械使用的安全性和可靠性。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种刀片式车用发动机缸体，包括缸头部分和缸体部分，所述缸头部分包括缸头壳体，以及设置在缸头壳体内的燃烧室、火花塞、气门、气门弹簧和气道，所述缸体部分包括缸体外壳，以及设置在缸体外壳内的活塞，关键在于：所述缸体外壳的内腔呈“凸”字形，在缸体外壳内还安装有两个相互啮合的惯性飞轮，且活塞与两个惯性飞轮构成“品”字形布置，每个惯性飞轮对应设置有一根连杆，连杆的上端与活塞铰接，连杆的下端铰接在惯性飞轮上并偏离惯性飞轮的圆心，所述缸体外壳上开有与内腔相通的组装调试孔，在缸体外壳上开有与惯性飞轮一一对应的轴孔，所述轴孔水平贯通，轴孔的轴线与惯性飞轮的轴线平行并靠近对应的惯性飞轮设置。
该刀片式车用发动机缸体，通过动力传输轴串联成刀片式发动机，因此称为“刀片式”发动机缸体。作为刀片式车用发动机的核心组件，整体左右对称，并配备有两个轴孔，具备全对称备份冗余结构设计的特点，且满足在发动机中缸体旋转动能独立封装的技术要求。因为只有将传统发动机固化缸体分割为多个独立工作单元，才能真正实现刀片式新型发动机的缸体活塞在上下推进过程中动能高效利用，才能实现汽车在行进状态下对单个独立缸体推进单元的在线离合和安全故障隔离。为此，对本发明的核心内容进行如下阐述：
(一)本刀片式车用发动机缸体构造方案所采用的全对称备份冗余结构设计和独有的旋转动能封装技术关键点：(a)、通过采用全对称内部推力杆能较大的克服缸体做功单元因推力不平衡引发的机械晃动、磨损现象；(b)、通过采用全对称内部独立惯性飞轮的同步圆周运动实现对缸体活塞在上下推进过程中所产生动能的高效吸收，旋转动能的封装转化；(c)、两个飞轮分别通过连杆与活塞相连，这种全对称备份冗余的结构设计的好处在于，当其中一个飞轮失效后，另外一个飞轮仍能保证缸体继续工作，只是运动的平稳性有所降低；(d)、两个轴孔，分别用于安装相位同步轴和动力传动轴，虽然功能不一样，但当其中一根轴失效后，另外一根轴可同时起到相位同步锁定和动力传输的作用，保证缸体继续工作，也是全对称备份冗余结构设计的一部分。
(二)本刀片式汽车发动机缸体构造方案具备的接口技术应用关键点：(a)、实现封装的旋转动能不仅能单个直接输出，还可以根据动力传输轴的串联情况进行多个自由组合输出，只需要拉进或拉出动力输出轴即可实现串联缸体数量的增减；(b)、实现封装的全对称内部惯性飞轮所具有的同步性、圆周性、对称性、旋转动能性已整体实现，用户不仅可综合利用上述接口技术特征进行刀片式新型发动机的成功开发，还可根据实际应用特殊环境灵活空间布局。
本发明的有益效果：
(1)刀片式汽车发动机缸体构造方案所采用的全对称备份冗余结构不仅减少了对发动机的机械振动，提升了机械效能吸收，还提升了机械可靠性；
(2)刀片式汽车发动机缸体构造方案所独有的旋转动能封装技术不仅解决了对关键零部件集中损耗进行分散和安全故障隔离的难题，还为新型发动机的自由组装和动力控制提供了较为灵活的解决方案；
(3)刀片式汽车发动机缸体具备构造简单、使用方便灵活、生产成本低的特点，适应于现代制造业规模化、产业化制造。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种刀片式车用发动机缸体，主要由缸头部分A和缸体部分B组成。缸头部分A主要由缸头壳体1，以及设置在缸头壳体1内的燃烧室2、火花塞3、气门4、气门弹簧5和气道6，气门4分为进气门和排气门，气道6分为进气道和排气道，火花塞3正对燃烧室2，燃料进入燃烧室2燃烧，从而推动活塞在缸体内上下移动。缸头部分A为现有技术，在此不再赘述，缸头部分A分为摇臂式，顶杆式或凸轮轴式，图中所示为其中的摇臂式结构，但不限于此，其它结构形式的缸头在此也适用。
缸体部分B主要由缸体外壳7，以及设置在缸体外壳7内的活塞8、惯性飞轮9组成。缸体外壳7和活塞8是缸体部分B必不可少的组成部分。
缸体外壳7的内腔呈“凸”字形，在缸体外壳7内安装有两个相互啮合的惯性飞轮9，且活塞8与两个惯性飞轮9构成“品”字形布置，即活塞8安装在“凸”字内腔的上部，两个惯性飞轮9安装在“凸”字内腔的下部，“凸”字内腔的缸体外壳7是专为布置两个惯性飞轮9而设计的。每个惯性飞轮9对应设置有一根连杆10，连杆10的上端与活塞8铰接，连杆10的下端铰接在惯性飞轮9上并偏离惯性飞轮9的圆心。
缸体外壳7上开有与内腔相通的组装调试孔11，组装调试孔11用于调节发动机缸体的初始相位。在缸体外壳7上开有与惯性飞轮9一一对应的轴孔12，轴孔12水平贯通，轴孔12的轴线与惯性飞轮9的轴线平行并靠近对应的惯性飞轮9设置。其中一个轴孔12用于安装相位同步轴，通过相位同步轴锁定缸体的初始相位；另外一个轴孔12用于安装动力传输轴，通过动力传输轴输出缸体的旋转动能。最好是，组装调试孔11设置在缸体外壳7的侧壁上；两个轴孔12左右对称布置，每个轴孔12位于对应的惯性飞轮9外侧并高于对应的惯性飞轮9。
各个车用发动机缸体通过动力传输轴串联在一起，组成发动机，因此称为“刀片式”车用发动机缸体。假定由四个发动机缸体组成刀片式车用发动机，则所有发动机缸体共用一根相位同步轴和一根动力传输轴。四个发动机缸体内的活塞8在各自的缸体的初始相位呈阶梯状布置。
组装流程：首先调试工具通过组装调试孔11伸入缸体内腔，拨动其中一个惯性飞轮9转动，并带动另外一个惯性飞轮9同步转动，共同推动活塞8处于缸体内适当位置(即调节发动机缸体的初始相位)，从而调节各发动机缸体的初始相位，各个缸体的初始相位呈阶梯状布置；在其中一个轴孔12内装入相位同步轴，相位同步轴与每个缸体内的其中一个惯性飞轮9啮合以锁定各缸体的初始相位；在另外一个轴孔12内装入动力传输轴，通过动力输出轴输出各缸体的旋转动能。
工作流程：利用电动机外部动力驱动相位同步轴使惯性飞轮转动→各缸体陆续开始四冲程工作(与传统发动机工作原理相同)→惯性飞轮通过相位同步轴和动力输出轴输出各缸体的旋转动能→电动机停止驱动→发动机开始正常工作。