專利名稱：擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，具體而言，涉及一種擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞的材料方面的改進。
背景技術：
氣缸及活塞被廣泛應用于各行各業(yè)中，而最多應用的領域是發(fā)動機中，在現(xiàn)代交通運輸工具比如汽車、輪船等中，一般采用以燃油作為動力源的活塞式內(nèi)燃發(fā)動機。這種發(fā)動機缸體及活塞處于如高溫強度、耐磨、耐腐蝕等的環(huán)境中。因此，發(fā)展了適應于這種環(huán)境下使用的缸體以及活塞。而目前針對開發(fā)新的、潔凈的、無污染的替代能源，或者盡可能地減少燃油消耗、降低排放成為發(fā)動機發(fā)展中急需解決的問題，發(fā)明了以壓縮空氣作為動力源的空氣動力發(fā)動機正。與此同時，為了適應空氣動力發(fā)動機的特點，亟需發(fā)明一種適用于空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞。本申請的申請人在其申請?zhí)枮閆L 201210361268.9的專利申請中記載了一種以壓縮空氣作為動力的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機，其包括控制機構、曲軸、連桿、發(fā)動機前支撐架、氣缸、發(fā)動機后支撐架、壓縮空氣進氣管道。當發(fā)動機的油門打開時，壓縮空氣經(jīng)過加熱設備加熱后通過壓縮空氣進氣管道進入氣缸，進入的壓縮空氣推動連桿運動，同時帶動曲軸轉(zhuǎn)動，從而輸出動力。針對這種帶有加熱設備的空氣動力發(fā)動機，其對氣缸及其活塞的質(zhì)量的要求更高，特別是氣密性及耐磨性，而目前所采用的氣缸及活塞一般不會對其接觸表面做特殊處理，因為一般的活塞式內(nèi)燃發(fā)動機由于其動力源是燃油，做功過程中即使有損失，使得效率降低，但也不會成為人們所關注的問題，但是對于空氣動力發(fā)動機，其對活塞及氣缸的配合的要求更高，如此才能提高效率，這尤為關鍵，因此針對目前這種擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機采用一般內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸及活塞產(chǎn)生的耐磨性能差、氣密性低、效率低、使用壽命短的技術問題，申請人繼續(xù)對ZL 201210361268.9的專利文獻公開的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞做出了改進。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述問題，本發(fā)明提供一種擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，旨在適應于所述擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機，并具有良好的耐磨性與密封性，并且更加潔凈的氣缸及活塞。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，所述擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機包括，控制機構、曲軸、連桿、氣缸，儲氣罐與氣缸之間設置有壓縮空氣進氣管道；氣缸由發(fā)動機后支撐架支撐，并且與氣缸支撐塊直接連接在一起；氣缸通過發(fā)動機后支撐架置于發(fā)動機支撐座上；曲軸通過發(fā)動機前支撐架置于發(fā)動機支撐座上；所述活塞內(nèi)置于氣缸中，活塞外表面沿周向設有環(huán)形凹槽，第一環(huán)形凹槽內(nèi)焊接活塞摩擦圈，所述活塞摩擦圈與活塞同軸設置；活塞摩擦圈由所述Cu-Si合金制成，所述Cu-Si合金包括3.5-4.5%重量的娃元素和不低于95%重量的Cu元素,余量為雜質(zhì)元素，所述雜質(zhì)元素包括C元素,C元素在Cu-Si合金中的質(zhì)量分數(shù)為0.015%-0.03% ;所述缸體的缸壁涂有一層密封潤滑的涂層，所述涂層為碳納米管復合耐磨涂層，涂層可以減少摩擦力，使氣缸壁更加耐磨。通過所述氣缸壁的涂層以及所述活塞摩擦圈的配合使用，能大大提高其耐磨性，不但能夠用于采用以燃油作為動力源的活塞式內(nèi)燃發(fā)動機，而且尤其適用于空氣動力發(fā)動機中。優(yōu)選的是，所述活塞外表面沿周向設有第二環(huán)形凹槽，所述第二環(huán)形凹槽內(nèi)焊接活塞摩擦圈，所述活塞摩擦圈與活塞同軸設置；活塞摩擦圈由所述Cu-Si合金制成，所述Cu-Si合金包括3.5-4.5%重量的娃元素和不低于95%重量的Cu元素,余量為雜質(zhì)元素,所述雜質(zhì)元素包括C元素,C元素在Cu-Si合金中的質(zhì)量分數(shù)為0.015%-0.03%,所述活塞摩擦圈表面具有碳納米管復合耐磨涂層。優(yōu)選的是，所述壓縮空氣進氣管道上設置有6個出氣口，分別與6個氣缸上的進氣孔通過管道相通。在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述壓縮空氣進氣管道設置在發(fā)動機支撐座的端部。在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述發(fā)動機后支撐架由氣缸支撐塊、擺動支撐架軸、耳板組成，氣缸支撐塊內(nèi)設置有軸承。在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述軸承為滾珠軸承。在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述曲軸的一端連接有控制機構，另一端設置有手輪。在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述手輪為一內(nèi)部開有圓孔的圓板，通過焊接方式與曲軸連接在一起。當曲軸上的控制機構與曲軸前端加工成一體時，那么該手輪只是起到配重的作用，用來使該發(fā)動機的左右兩邊保持平衡。在本發(fā)明的另一實施例中，為了節(jié)約加工成本，帶曲軸加工組裝完成后，將控制機構上的分電片、隔板通過人工裝配在曲軸前端上，曲軸前端由緊固螺母鎖緊固定。因為相鄰兩分電片之間始終要相差120°，當發(fā)動機工作一定時間后該分電片之間相差的角度發(fā)生變化時，停機通過旋轉(zhuǎn)手輪來修正校對這個相差角度。此夕卜，該手輪還起到配重的作用，用來使該發(fā)動機的左右兩邊保持平衡。在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述控制機構包括待靜電片、擋板、待靜電片放置板動控制分電片、動控制分電片放置板、分電片。在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述連桿與發(fā)動機支撐座之間呈8°傾斜角時，氣缸活塞運動到上止點。在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述連桿與發(fā)動機支撐座之間呈2。傾斜角時，氣缸活塞運動到下止點。根據(jù)示范性實施例，高壓儲氣罐中的壓縮空氣通過緩沖罐進行減壓，該緩沖罐上設置有減壓閥，高壓儲氣罐內(nèi)的高壓空氣減壓后到達l_2MPa，再經(jīng)過加熱設備加熱后通入氣缸中。由于高壓儲氣罐中的高壓空氣通過了緩沖罐的減壓，相同體積的高壓空氣使該發(fā)動機的續(xù)航里程更長，壓縮空氣的利用率更高；另外，該發(fā)動機所述用的動力源為潔凈的壓縮空氣，所以對空氣不會造成污染。


現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選但非限制性的實施例，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點在參考附圖閱讀如下詳細描述時將變得顯而易見，其中:
圖1為按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機本體的三維立體 圖2為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機本體的主視 圖3為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機本體的側視 圖4為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中連桿的結構示意圖；圖5A為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中A進排氣控制閥通過進氣門進氣時單缸工作的剖視 圖5B為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中B進排氣控制閥進氣時單缸工作的剖視 圖6A為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中A進排氣控制閥通過進氣門進氣時雙缸工作的剖視 圖6B為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中A進排氣控制閥進氣完成時雙缸工作的剖視 圖7A為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中發(fā)動機后支撐架的首丨J視圖;
圖7B為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中發(fā)動機后支撐架的俯視 圖7C為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中發(fā)動機后支撐架的側視 圖8為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中曲軸及控制軸的局部首丨J視圖;
圖9A為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中控制機構的結構示意 圖9B為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中控制機構的俯視
圖9C為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中控制機構的側視
圖10為圖1中的按照本發(fā)明的可變多缸空氣動力發(fā)動機中控制軸的結構示意 圖1lA為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中控制軸的電控片的原始狀態(tài) 圖1lB為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中控制軸旋轉(zhuǎn)120°的電控片的狀態(tài) 圖1lC為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機中控制軸旋轉(zhuǎn)240°的電控片的狀態(tài) 圖12為按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的控制系統(tǒng)示意圖。
具體實施方式
以下的說明本質(zhì)上僅僅是示例性的而并不是為了限制本公開、應用或用途。應當理解的是，在全部附圖中，對應的附圖標記表示相同或?qū)牟考吞卣鳌＠^續(xù)參閱圖1，氣缸50分為氣缸1#、氣缸2#、氣缸3#、氣缸4#、氣缸5#、氣缸6#，來自恒壓罐的壓縮空氣通過加熱設備加熱后經(jīng)過壓縮空氣進氣管道70進入氣缸50內(nèi)。壓縮空氣進氣管道70上設置有6個出氣口，其與氣缸50的對應氣缸1#、氣缸2#、氣缸3#、氣缸4#、氣缸5#、氣缸6#上的進氣門51通過管道接通。該發(fā)動機的動力來自壓縮空氣，做功完成后排出的氣體同樣為空氣，可以將排出后的氣體直接排到大氣中不會造成污染?，F(xiàn)在參閱圖1至圖3，圖1為按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機本體的三維立體圖；圖2為圖1中的按照本發(fā)明的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機本體的主視圖；圖3為圖1中的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機本體的側視圖，其包括:控制機構10、曲軸20、連桿30、氣缸50，儲氣罐與氣缸50之間設置有壓縮空氣進氣管道70 ;氣缸50由發(fā)動機后支撐架60支撐，并且與氣缸支撐塊61直接連接在一起；氣缸50通過發(fā)動機后支撐架60置于發(fā)動機支撐座41上；曲軸20通過發(fā)動機前支撐架40置于發(fā)動機支撐座41上。當發(fā)動機的油門打開，壓縮空氣經(jīng)過加熱設備加熱后，再通過壓縮空氣進氣管道70進入氣缸50。進入的壓縮空氣推動連桿30運動，同時帶動曲軸20轉(zhuǎn)動，從而輸出動力。如圖2和圖3所示，氣缸的個數(shù)優(yōu)選為6個。優(yōu)選的，可以為2個、4個、6個、8個等。在本發(fā)明的示例中，每兩個氣缸共用一個氣缸外殼121 (見圖5A-圖6B)。根據(jù)圖2和圖3所示，每兩個氣缸上下分布在一個氣缸外殼121內(nèi)，分別為氣缸1#、氣缸2#、氣缸3#分布在上部；氣缸4#、氣缸5#、氣缸6#分布在下部。每一氣缸50上設置有電磁閥101，電磁閥101上設置有進氣門51、排氣門52。氣缸50內(nèi)容納有氣缸活塞122，氣缸活塞122通過連桿30直接連接到曲軸20上。曲軸20的旋轉(zhuǎn)帶動活塞在氣缸50內(nèi)做往復運動。所述活塞內(nèi)置于氣缸中，活塞外表面沿周向設有環(huán)形凹槽，第一環(huán)形凹槽內(nèi)焊接活塞摩擦圈，所述活塞摩擦圈與活塞同軸設置；活塞摩擦圈由所述Cu-Si合金制成，所述Cu-Si合金包括3.5%重量的娃元素和96%重量的Cu元素,余量為雜質(zhì)元素,所述雜質(zhì)元素包括C元素,C元素在Cu-Si合金中的質(zhì)量分數(shù)為0.015%% ;所述缸體的缸壁涂有一層密封潤滑的涂層，所述涂層為碳納米管復合耐磨涂層，涂層可以減少摩擦力，使氣缸壁更加耐磨。通過所述氣缸壁的涂層以及所述活塞摩擦圈的配合使用，能大大提高其耐磨性；
或者所述活塞摩擦圈由所述Cu-Si合金制成,所述Cu-Si合金包括4.5%重量的娃元素和95%重量的Cu元素，余量為雜質(zhì)元素，所述雜質(zhì)元素包括C元素，C元素在Cu-Si合金中的質(zhì)量分數(shù)為0.03% ;所述缸體的缸壁涂有一層密封潤滑的涂層，所述涂層為碳納米管復合耐磨涂層，所述活塞外表面沿周向設有第二環(huán)形凹槽，所述第二環(huán)形凹槽內(nèi)焊接活塞摩擦圈，所述活塞摩擦圈與活塞同軸設置；活塞摩擦圈由所述Cu-Si合金制成，所述Cu-Si合金包括4.5%重量的娃元素和95%重量的Cu元素,余量為雜質(zhì)元素,所述雜質(zhì)元素包括C元素，C元素在Cu-Si合金中的質(zhì)量分數(shù)為0.03%,所述活塞摩擦圈表面具有碳納米管復合耐磨涂層；
或者所述活塞摩擦圈由所述Cu-Si合金制成,所述Cu-Si合金包括4%重量的娃元素和95.5%重量的Cu元素,余量為雜質(zhì)元素,所述雜質(zhì)元素包括C元素，C元素在Cu-Si合金中的質(zhì)量分數(shù)為0.02% ;所述缸體的缸壁涂有一層密封潤滑的涂層，所述涂層為碳納米管復合耐磨涂層，所述活塞外表面沿周向設有第二環(huán)形凹槽，所述第二環(huán)形凹槽內(nèi)焊接活塞摩擦圈，所述活塞摩擦圈與活塞同軸設置；活塞摩擦圈由所述Cu-Si合金制成，所述Cu-Si合金包括3.5%重量的娃元素和96%重量的Cu元素,余量為雜質(zhì)元素,所述雜質(zhì)元素包括C元素，C元素在Cu-Si合金中的質(zhì)量分數(shù)為0.015%,所述活塞摩擦圈表面具有碳納米管復合耐磨涂層。另外，當連桿30與發(fā)動機支撐座41之間呈8。傾斜角時，氣缸活塞122運動到上止點；連桿30與發(fā)動機支撐座41之間呈2。傾斜角時，氣缸活塞122運動到下止點。接下來結合圖4進一步對連桿進行詳細的描述。氣缸活塞122通過連桿30直接連接到曲軸20上，連桿30與活塞桿120為一體；連桿30通過連桿曲軸連接上蓋31、連桿曲軸連接下蓋32安裝在曲軸20上，連桿曲軸連接上蓋31、連桿曲軸連接下蓋32的兩側開有圓孔。連桿曲軸連接上蓋31、連桿曲軸連接下蓋32均為半圓塊，半圓塊的中部開有半圓槽，該半圓槽的直徑約為曲柄軸142的直徑，連桿曲軸連接上蓋31、連桿曲軸連接下蓋32的半圓槽與曲柄軸142的配合為間隙配合。連桿曲軸連接上蓋31與連桿曲軸連接下蓋32通過兩組連桿曲軸固定螺栓34、連桿曲軸固定螺母33連接在一起。連桿30直接與氣缸活塞122相連，使該發(fā)動機中的連接管線減少，進而節(jié)約了空間。現(xiàn)在參考圖5A-圖5B (箭頭方向為氣體流動方向)，具體描述擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的平穩(wěn)工作過程。首先參考圖5A,其不出了氣缸的內(nèi)部結構。氣缸外殼121內(nèi)設置有氣缸活塞122、活塞桿120。氣缸分為氣缸左氣室123和氣缸右氣室124，并且每個氣缸室均安裝有電磁閥101。氣缸左氣 室123上的電磁閥101由A閥體Ill-UA橡膠密封圈112-1、A閥芯113-1、A線圈114_1、A復位彈簧115-1組成；氣缸右氣室124上的電磁閥101由B閥體111-2,B橡膠密封圈112-2,A閥芯113-2,A線圈114-2,A復位彈簧115-2組成。進一步參考圖5A和圖12。當發(fā)動機平穩(wěn)正轉(zhuǎn)時，打開發(fā)動機的油門和正轉(zhuǎn)分電器，動控制分電片14'會與氣缸1#相對應的待靜電片Γ接觸，則氣缸1#的A進排氣控制閥打開，其進氣門51處的a 口會進入壓縮空氣，推動氣缸左氣室123內(nèi)的氣缸活塞122向氣缸右氣室124運動。曲軸20轉(zhuǎn)過90°，動控制分電片14'處于中位，離開待靜電片Γ，氣缸1#的進氣門51關閉。此時，氣缸1#內(nèi)的壓縮空氣膨脹做功，氣體從B進排氣控制閥上的排氣門52處的c 口排出。等到曲軸20再轉(zhuǎn)30°時，動控制分電片25'會與氣缸2#相對應的待靜電片2'接觸，則氣缸2#會進入壓縮空氣；當曲軸20再轉(zhuǎn)過90°時，動控制分電片25'處于中位,離開待靜電片2',氣缸2#的進氣門51關閉。此時,靠氣缸2#內(nèi)的壓縮空氣膨脹做功，氣體從B進排氣控制閥上的排氣門52處的c 口排出。等到曲軸20再轉(zhuǎn)30°時，動控制分電片36'會與氣缸3#相對應的待靜電片3'接觸，則氣缸3#會進入壓縮空氣。當曲軸20轉(zhuǎn)過90°時，則動控制分電片36'處于中位，離開待靜電片3'，氣缸3#的進氣門51關閉。此時，氣缸3#內(nèi)的壓縮空氣膨脹做功，氣體從B進排氣控制閥上的排氣門52處的c 口排出。等到曲軸再轉(zhuǎn)30°時，動控制分電片14'會與氣缸1#相對應的待靜電片P接觸，氣缸1#會進入壓縮空氣。曲軸20轉(zhuǎn)過90°時，則動控制分電片14'處于中位，離開待靜電片I'，氣缸1#的進氣門51關閉。此時,氣缸內(nèi)的壓縮空氣膨脹做功,氣體從B進排氣控制閥上的排氣門52處的c 口排出。發(fā)動機平穩(wěn)工作時，其氣缸就按照氣缸1#、2#、3#以此循環(huán)做功，達到發(fā)動機平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。接下來參考圖5B。當發(fā)動機平穩(wěn)倒轉(zhuǎn)時，打開發(fā)動機的油門和逆轉(zhuǎn)分電器，動控制分電片會與氣缸4#相對應的待靜電片4'接觸，此時氣缸4#的B進排氣控制閥上的進氣門51處的d 口會進入壓縮空氣，推動氣缸右氣室124內(nèi)的氣缸活塞122向氣缸左氣室123運動；曲軸20逆轉(zhuǎn)過90°時，動控制分電片14'處于中位，離開待靜電片4'，氣缸4#的進氣門51關閉，此時氣缸內(nèi)的壓縮空氣膨脹做功，氣體從A進排氣控制閥上的排氣門52處的b 口排出。等到曲軸20再逆轉(zhuǎn)30°時，動控制分電片25'會與氣缸5#相對應的待靜電片5'接觸，此時氣缸5#會進入壓縮空氣，曲軸20逆轉(zhuǎn)過90°，動控制分電片25'處于中位，離開待靜電片5'，則氣缸5#的進氣門51關閉，此時氣缸內(nèi)的壓縮空氣膨脹做功，氣體從A進排氣控制閥上的排氣門52處的b 口排出。等到曲軸再逆轉(zhuǎn)30°時，動控制分電片36'會與氣缸6#相對應的待靜電片6'接觸，此時氣缸6#會進入壓縮空氣，曲軸20逆轉(zhuǎn)過90° ,動控制分電片36'處于中位,離開待靜電片6',氣缸6#的進氣門51關閉,此時氣缸內(nèi)的壓縮空氣膨脹做功，氣體從A進排氣控制閥上的排氣門52處的b 口排出。等到曲軸再逆轉(zhuǎn)30°時，動控制分電片14'會與氣缸4#相對應的待靜電片4'接觸，此時氣缸4#會進入壓縮空氣，曲軸20逆轉(zhuǎn)過90°，動控制分電片14'處于中位，離開待靜電片4'，氣缸4#的進氣門51關閉，此時氣缸內(nèi)的壓縮空氣膨脹做功，氣體從A進排氣控制閥上的排氣門52處的b 口排出。發(fā)動機在逆轉(zhuǎn)平穩(wěn)工作時，其氣缸就按照氣缸4#、5#、6#以此循環(huán)做功，達到發(fā)動機平穩(wěn)逆運轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在參考圖6A和圖6B。在發(fā)動機需要爬坡或者是加大動力時，油門啟動分電器打開，動控制分電片14'會與氣缸1#相對應的待靜電片P接觸，同時氣缸5#相對應的動控制分電片25'和待靜電片5'也接觸，此時氣缸1#的A進排氣控制閥打開，其進氣門51處的a 口會進入壓縮空氣，推動氣缸左氣室123內(nèi)的氣缸活塞122向氣缸右氣室124運動，連桿30推動曲軸20轉(zhuǎn)動，而氣缸5#相對應的連桿30是拉動曲軸20轉(zhuǎn)動，起到雙向動力的作用。當曲軸20轉(zhuǎn)過30°角時，氣缸5#相對應的動控制分電片25'與待靜電片5'相離處于中位，而此時氣缸1#相對應的連桿30還是靠壓縮空氣推動曲軸20做功，氣缸5#則是靠壓縮空氣膨脹做功，帶動連桿30以拉動曲軸20做功。當曲軸再轉(zhuǎn)30°時，氣缸1#還是像之前一樣做功，但是此時氣缸6#相對應的動控制分電片36'與待靜電片6'相接觸，也就是氣缸6#的進氣門51打開，開始進入壓縮空氣，壓縮空氣推動氣缸活塞122，拉動曲軸20做功，此時靠壓縮空氣推動氣缸活塞122而拉動曲軸20做功的是6#缸，靠壓縮空氣推動氣缸活塞122，以推動曲軸20做功的是1#缸，靠壓縮空氣膨脹推動氣缸活塞122，以拉動曲軸20做功的是5#缸；當曲軸20再轉(zhuǎn)30°時，氣缸1#相對應的動控制分電片14'與待靜電片P相離而處于中位，壓縮空氣膨脹繼續(xù)做功；此時，氣缸6#相對應的連桿30還是靠壓縮空氣驅(qū)動曲軸20做功，氣缸5#則是靠壓縮空氣膨脹做功，從而帶動連桿30驅(qū)動曲軸20做功。當曲軸20再轉(zhuǎn)30°時，氣缸5#停止做功，氣缸1#繼續(xù)靠壓縮空氣膨脹做功，氣缸6#還是依靠壓縮空氣推動做功，但是此時氣缸2#相對應的動控制分電片25,與待靜電片2'相接觸，氣缸2#開始做功。如此循環(huán)下去的做功順序是氣缸1#、6#、2#、4#、3#、5#，其中氣缸1#、2#、3#是靠推動曲軸20做功，氣缸4#、5#、6#是靠壓縮空氣拉動曲軸20做功。如此一來，曲軸20轉(zhuǎn)動時有多缸做功，從而加大扭矩輸出，達到爬坡或者是大動力輸出的需求。接下來參考圖7A-7C，其示出了發(fā)動機后支撐架的結構示意圖。發(fā)動機后支撐架60由氣缸支撐塊61、擺動支撐架軸62、耳板64組成，氣缸支撐塊61內(nèi)設置有軸承63。耳板64設置在擺動支撐架軸62的兩端，氣缸支撐塊61與擺動支撐架軸62的組裝件由2個耳板64支撐在發(fā)動機支撐座41上。因為氣缸支撐塊61的內(nèi)部設置有軸承63，所以當氣缸50隨連桿30的推動進行擺動時，氣缸支撐塊61就會繞著擺動支撐架軸62進行擺動。氣缸50的底座與氣缸支撐塊61通過焊接的方式連接在一起，氣缸50隨著連桿30的推動而轉(zhuǎn)動，故要求氣缸支撐塊61與擺動支撐架軸62之間的轉(zhuǎn)動靈活、機械傳遞效率高，因此軸承63優(yōu)先選用滾珠軸承?，F(xiàn)在參考圖8，曲軸20包括曲柄140、后端141、曲柄軸142、曲軸前端146。曲柄軸142上設置有軸承143、軸承固定圈144，曲柄軸142的軸徑上加工有一個或多個潤滑油油槽145，其用來對軸承143進行潤滑。曲軸前端146設置有進排氣電控制軸17，進排氣電控制軸17上安裝有電控制片171，其端部有電控片固定端172。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，曲軸20的曲柄140將3個曲柄軸142隔開，曲柄140的數(shù)目為4個，該數(shù)目可以根據(jù)氣缸的數(shù)目增加或減少，這些均是本領域技術人員容易想到的。曲柄140上加工有通孔，其用來連接曲柄軸142，曲柄軸142通過螺母147固定在曲柄140的通孔內(nèi)。為了防止曲柄140與曲柄軸142接觸處生銹，曲柄軸142的軸徑上設有潤滑油道148，來自潤滑油油槽145的潤滑油通過潤滑油道148對曲柄軸142及軸承143進行潤滑，防止其生銹。另外，在曲軸20的一端安裝有控制機構10，另一端安裝有手輪21。當曲軸20上的控制機構10與曲軸前端146加工成一體時，那么該手輪21只是起到配重的作用，用來使該發(fā)動機的左右兩邊保持平衡。在本發(fā)明的另一實施例中，為了節(jié)約加工成本，在曲軸20加工組裝完成后，將控制機構10上的分電片15、隔板15-1通過人工裝配在曲軸前端146上，曲軸前端146由緊固螺母113鎖緊固定。因為相鄰兩分電片15之間始終要相差120°，當發(fā)動機工作一定時間后該分電片15之間相差的角度發(fā)生變化時，停機通過旋轉(zhuǎn)手輪21來修正校對這個相差角度。此外，該手輪21還起到配重的作用，用來使該發(fā)動機的左右兩邊保持平衡。如圖9A-9C所示，控制機構10包括待靜電片11、擋板13、待靜電片放置板17、動控制分電片16、動控制分電片放置板14、分電片15。分電片15采用耐磨金屬加工；動控制分電片、待靜電片11均采用黃銅加工，具有很好的導電性。分電片15安裝于曲軸前端146上，相鄰兩分電片15之間相差120°，并且相鄰兩分電片15之間由隔板15-1隔開。分電片15為凸凹不平的圓板,每一分電片15由兩隔板15-1夾緊,分電片15與兩邊隔板15-1所形成的凹槽內(nèi)設置有滾珠軸承114。該滾珠軸承114通過鎖緊螺母112固定在一短軸上；滾珠軸承114與鎖緊螺母112之間設置有動控制分電片放置板14。該動控制分電片放置板14為有機玻璃加工，具有絕緣性。所述滾珠軸承114與鎖緊螺母112的組合體通過動控制分電片放置板14支撐在分電片15上。動控制分電片放置板14開有方槽,動控制分電片16的下端插在方槽內(nèi)。動控制分電片放置板14的下端安裝在旋轉(zhuǎn)軸固定架18上，當動控制分電片放置板14上的動控制分電片16在曲軸20旋轉(zhuǎn)時向前推動時，動控制分電片16與待靜電片11接觸，進而推動動控制分電片放置板14繞旋轉(zhuǎn)軸111發(fā)生擺動。旋轉(zhuǎn)軸固定架18通過兩小耳板固定在分電片控制機構底座12上。當曲軸20轉(zhuǎn)動時，分電片15也隨之轉(zhuǎn)動，卡在分電片15與隔板15-1形成的凹槽內(nèi)的滾珠軸承114也隨之轉(zhuǎn)動，在分電片15的凸出部分與滾珠軸承114接觸時，滾珠軸承114被向前推移，此時動控制分電片放置板14上的動控制分電片16向前推動與待靜電片11接觸，電磁閥101接通，其對應氣缸50的進氣門51打開，壓縮空氣進氣管道70內(nèi)的壓縮空氣進入氣缸50。
當分電片15的凸起離開滾珠軸承114時，動控制分電片16與待靜電片11分離時，電磁閥101斷電，其對應氣缸50的進氣門51關閉。如圖10所示，控制機構的控制體上設有3個電控片171，其分別用于控制擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的6個氣缸的進排氣過程。各電控片之間的位置相對靜止，電控片相對于曲軸20也是相對靜止的。電控片171的材料選用防銹、耐磨的金屬或非金屬材料，例如不銹鋼或高強度樹脂。另外，相連兩電控片之間由圓板隔開，并且將電控片171夾緊在其中，電控片171與電控片固定端172通過螺紋連接進行固定。接下來參考圖1lA-圖11C，圖1lA為發(fā)動機平穩(wěn)工作時，氣缸1#通入壓縮空氣，電控片171中的第一電控片171-1的凸起與待靜電片Γ接觸，第一電控片171-1與第二電控片171-2相差120°，第二電控片171-2與第三電控片171-3相差120°，第三電控片171-3與第一電控片171-1相差120° ;當進排氣電控制軸17順時針旋轉(zhuǎn)120°時，第二電控片171-2的凸起與待靜電片2'接觸，氣缸2#的進氣門打開進入壓縮空氣，如圖1lB所示；當進排氣電控制軸17再順時針旋轉(zhuǎn)120°時，第三電控片171-3的凸起與待靜電片3'接觸，氣缸3#的進氣門打開進入壓縮空氣，如圖1lC所示?，F(xiàn)在結合圖12詳細地描述進排氣控制系統(tǒng)。進排氣控制系統(tǒng)的作用是根據(jù)電子控制單元的指令信號控制電磁閥的開啟順序。由于電磁閥具有減壓作用，其與減壓調(diào)壓閥組合就形成了調(diào)速閥，從而可以將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速調(diào)整在一個合適的范圍內(nèi)。在發(fā)動機本體上可選擇性地設有多種傳感器，比如測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速的速度傳感器、判斷油門踏板位置的油門電位計、測量發(fā)動機機體溫度的溫度傳感器。圖12中的待靜電片?？刂茪飧?#的開閉；待靜電片W控制氣缸2#的開閉；待靜電片Y控制氣缸3#的開閉；待靜電片V控制氣缸4#的開閉；待靜電片Y控制氣缸5#的開閉；待靜電片6'控制氣缸6#的開閉。該控制機構由蓄電池所驅(qū)動，蓄電池與接線板19上的接線頭110 (如圖9C)連接，其負極上連接有動控制分電片If、動控制分電片25'、動控制分電片36'，正極與正轉(zhuǎn)分電器B、逆轉(zhuǎn)分電器A連接；發(fā)動機本體I的進排氣電控制軸17外設有待靜電片組。所述蓄電池與正轉(zhuǎn)分電器B、逆轉(zhuǎn)分電器A之間設有總開關。當發(fā)動機本體I平穩(wěn)正轉(zhuǎn)時正轉(zhuǎn)分電器B打開，分電片與對應的待靜電片接觸，該氣缸進入壓縮空氣，曲軸20轉(zhuǎn)動；當發(fā)動機本體I平穩(wěn)倒轉(zhuǎn)時逆轉(zhuǎn)分電器A打開，分電片與對應的待靜電片接觸，該氣缸進入壓縮空氣，曲軸20轉(zhuǎn)動；當在爬坡或需要加大動力時，總開關打開，分電片與對應的待靜電片接觸，該氣缸進入壓縮空氣，連桿30推動曲軸20轉(zhuǎn)動，同時另一氣缸的分電片與相對應的待靜電片接觸，該氣缸的連桿30拉動曲軸20轉(zhuǎn)動。該控制機構中的動控制分電片14'與待靜電片I'、待靜電片4'對應；動控制分電片25'與待靜電片2'、待靜電片5'對應；分動控制電片36'與待靜電片3'、待靜電片6'對應。待靜電片Γ和待靜電片4'相對動控制分電片14'呈上下分布；待靜電片2，和待靜電片5'相對動控制分電片25'呈上下分布；待靜電片3'和待靜電片6'相對動控制分電片36'呈上下分布。盡管參考附圖詳細地公開了本發(fā)明，但應理解的是，這些描述僅僅是示例性的，并非用來限制本發(fā)明的應用。本發(fā)明的保護范圍由附加權利要求限定，并可包括在不脫離本發(fā)明保護范圍和精神的情況下針對本發(fā)明所作的各種變型、改型及等效方案。
權利要求
1.一種擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，所述擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機包括:控制機構、曲軸、連桿、氣缸，儲氣罐與氣缸之間設置有壓縮空氣進氣管道；氣缸由發(fā)動機后支撐架支撐，并且與氣缸支撐塊直接連接在一起；氣缸通過發(fā)動機后支撐架置于發(fā)動機支撐座上；曲軸通過發(fā)動機前支撐架置于發(fā)動機支撐座上；所述活塞內(nèi)置于氣缸中，活塞外表面沿周向設有環(huán)形凹槽，第一環(huán)形凹槽內(nèi)焊接活塞摩擦圈，所述活塞摩擦圈與活塞同軸設置，其特征在于:活塞摩擦圈由所述CU-Si合金制成，所述Cu-Si合金包括3.5-4.5%重量的娃元素和不低于95%重量的Cu元素,余量為雜質(zhì)元素,所述雜質(zhì)元素包括C元素，C元素在Cu-Si合金中的質(zhì)量分數(shù)為0.015%-0.03% ;所述氣缸的缸壁涂有一層密封潤滑的涂層，所述涂層為碳納米管復合耐磨涂層。
2.如權利要求1所述的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，其特征在于:所述活塞外表面沿周向設有第二環(huán)形凹槽，所述第二環(huán)形凹槽內(nèi)焊接活塞摩擦圈，所述活塞摩擦圈與活塞同軸設置；活塞摩擦圈由所述Cu-Si合金制成，所述Cu-Si合金包括3.5-4.5%重量的娃元素和不低于95%重量的Cu元素,余量為雜質(zhì)元素,所述雜質(zhì)元素包括C元素,C元素在Cu-Si合金中的質(zhì)量分數(shù)為0.015%-0.03%,所述活塞摩擦圈表面具有碳納米管復合耐磨涂層。
3.如權利要求1或2所述的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，其特征在于:所述壓縮空氣進氣管道(70)上設置有6個出氣口，分別與6個氣缸(50)上的進氣孔(51)相通；所述壓縮空氣進氣管道(70)設置在發(fā)動機支撐座(41)的端部。
4.如權利要求1所述的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，其特征在于:所述發(fā)動機后支撐架(60)由氣缸支撐塊(61)、擺動支撐架軸(62)、耳板(64)組成，氣缸支撐塊(61)內(nèi)設置有軸承(63)。
5.如權利要求4所述的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，其特征在于:所述軸承(63)為滾珠軸承。
6.如權利要求1所述的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，其特征在于:所述曲軸(20 )的一端連接有控制機構(10 )，另一端設置有手輪(21)。
7.如權利要求6所述的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，其特征在于:所述手輪(21)為一內(nèi)部開有圓孔的圓板，其通過焊接方式與曲軸(20)連接在一起。
8.如權利要求1所述的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，其特征在于:所述控制機構(10)包括待靜電片(11)、擋板(13)、待靜電片放置板(17)、動控制分電片(16)、動控制分電片放置板(14)、分電片(15)。
9.如權利要求1所述的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，其特征在于:所述連桿(30)與發(fā)動機支撐座(41)之間呈8°傾斜角時，氣缸活塞(122)運動到上止點。
10.如權利要求1所述的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機的氣缸及活塞，其特征在于:所述連桿(30)與發(fā)動機支撐座(41)之間呈2°傾斜角時，氣缸活塞(122)運動到下止點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機氣缸及活塞，具體而言，所述發(fā)動機一種以壓縮空氣作為動力的擺動式可變多缸空氣動力發(fā)動機。所述活塞內(nèi)置于氣缸中，活塞外表面沿周向設有環(huán)形凹槽，第一環(huán)形凹槽內(nèi)焊接活塞摩擦圈，所述活塞摩擦圈與活塞同軸設置；活塞摩擦圈由所述Cu-Si合金制成，所述Cu-Si合金包括3.5-4.5%重量的硅元素和不低于95%重量的Cu元素，余量為雜質(zhì)元素，所述雜質(zhì)元素包括C元素，C元素在Cu-Si合金中的質(zhì)量分數(shù)為0.015%-0.03%；所述缸體的缸壁涂有一層密封潤滑的涂層，所述涂層為碳納米管復合耐磨涂層，涂層可以減少摩擦力，使缸體壁更加耐磨。
文檔編號F01B31/00GK103206533SQ20131002722
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權日2013年1月25日
發(fā)明者周登榮, 周劍 申請人:祥天控股(集團)有限公司