CN110671228A - N棱柱形发动机气缸及直列六缸发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种N棱柱形发动机气缸及直列六缸发动机；发动机气缸含有缸体﹑活塞﹑进气口﹑排气口﹑进气门﹑排气门和火花塞，缸体为N棱柱形缸体，缸体的横截面为压扁状的N边形，缸体的内侧面是与缸体的外形配合的N棱柱面，活塞是与缸体的内侧面匹配的N棱柱形活塞，活塞与缸体的内侧面之间的缝隙处从上到下依次安装有M个横向设置的活塞环；直列六缸发动机中的六个N棱柱形发动机气缸一字排开设置，每个发动机气缸的缸体的横截面的横向方向均与六个发动机气缸的排列方向垂直；本发明使发动机的整体长度得到了减小，便于发动机在汽车内的安装，为乘员舱留出了更大的空间，且降低了汽车用直列六缸发动机对凸轮轴和曲轴强度的要求。

Description

N棱柱形发动机气缸及直列六缸发动机

（一）、技术领域：

本发明涉及一种发动机气缸及发动机，特别涉及一种N棱柱形发动机气缸及直列六缸发动机。

（二）、背景技术：

汽车的发动机按气缸排列型式分为：直列发动机﹑V型发动机、W型发动机和水平对置发动机等，较常见的一般为直列发动机和V型发动机。直列发动机的结构型式为一字排开的发动机结构，通常为运转平稳的直列六缸发动机，是指拥有六个气缸，这种结构的发动机结构上较为简单，制造成本较低，所有气缸布置在一条直线上，只需要一个气缸盖和一组用来打开和关闭其气门的双顶置凸轮轴，而且其设计上出力较为平衡，运行平稳。V型发动机最常见的是以相当于两个直列3缸或以上成V型夹角布置，称为V型六缸发动机，它需要两个气缸盖和两组用来分别驱动两组（每组3缸）气门的凸轮轴，结构比较复杂，制造成本较高，且不利于保养和维修，另外，V型六缸发动机也没有直列六缸发动机运行平稳。

然而，直列六缸发动机在汽车中安装时却存在一定的问题：由于现有气缸一般是圆柱形结构，为了保证发动机的排量，每个气缸的横截面的面积不能小于设定值，当六个圆柱形气缸一字排开时，直列六缸发动机的长度必定会比较长，由于汽车空间的限制，直列六缸发动机横向安装时非常困难；而直列六缸发动机纵向安装时，又会侵占太多本来可以设计为乘员舱的空间，减小了汽车在市场上的竞争力；而且，直列六缸发动机较长的凸轮轴和曲轴在旋转过程中产生的挠度较大，对凸轮轴和曲轴强度和加工精度上的要求较高，增加了制造成本；因此，很多汽车制造商已放弃使用直列六缸发动机，而改为采用V型六缸发动机，V型六缸发动机虽然具有长度较小﹑便于安装﹑能为乘员舱留出更大的空间﹑对凸轮轴和曲轴强度要求较低的优点，但其结构复杂﹑运行平稳性不好，还不能称得上是一个完美的替代品。

（三）、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种N棱柱形发动机气缸及直列六缸发动机，N棱柱形发动机气缸应用在汽车用直列六缸发动机上时，在保证每个气缸横截面的面积符合要求的前提下，使发动机的整体长度得到了减小，便于发动机在汽车内的安装，为乘员舱留出了更大的空间，且降低了汽车用直列六缸发动机对凸轮轴和曲轴强度的要求，气缸的密封性好。

本发明的技术方案：

一种N棱柱形发动机气缸，含有缸体和活塞，活塞安装在缸体中，活塞上设有活塞杆，缸体的缸底两侧分别设有进气口和排气口，进气口与缸体内部连通的通道上设有进气门，排气口与缸体内部连通的通道上设有排气门，缸体的缸底中间设有火花塞，缸体为N棱柱形缸体，缸体的横截面为压扁状的N边形，该N边形的横向尺寸大于纵向尺寸，缸体的内侧面是与缸体的外形配合的N棱柱面，活塞是与缸体的内侧面匹配的N棱柱形活塞，活塞与缸体的内侧面之间的缝隙处从上到下依次安装有M个横向设置的活塞环；每个活塞环含有N个密封条，N个密封条分别安装在活塞的N个侧面上的横向设置的凹槽中，凹槽为矩形槽，密封条是与凹槽匹配的矩形密封条，密封条的一侧位于凹槽内，另一侧位于凹槽外，密封条位于凹槽内的一侧的侧面为密封条的内侧面，密封条的内侧面与凹槽的槽底相对设置，且密封条的内侧面与凹槽的槽底之间含有间隙，密封条位于凹槽外的一侧的侧面为密封条的外侧面，密封条的外侧面与缸体的内侧面相接触，N个密封条首尾相接围成密封条环，N个凹槽也首尾相接围成凹槽环；每个密封条的内侧面上设有至少两个凸起块，凸起块沿密封条的纵向方向排列成行，在凹槽的槽底且与凸起块对应的位置设有凹坑，凹坑中设有弹簧，凸起块插入凹坑中，且凸起块的端部顶住凹坑中的弹簧，使弹簧被压缩；N为大于等于4的自然数，M为大于等于1的自然数。

N为偶数，在凹槽环中，所有序号为偶数的凹槽的下侧面与所有序号为奇数的凹槽的上侧面位于同一个平面上，N个凹槽相互连通。

N为4，或为6，或为8。

当N为4时，缸体的横截面为矩形，矩形的长边大于宽边。

缸体的内侧面为圆角N棱柱面，密封条的外侧面的两端是与缸体的内侧面上的圆角匹配的圆柱面。

缸体的侧壁中含有空心夹层。空心夹层中装有冷却液，用来冷却气缸。

密封条为金属密封条。密封条的材质可以是铸铁（灰铸铁），或合金铸铁，或球墨铸铁，或蠕墨铸铁，或可锻、半可锻铸铁，或钢，或金属陶瓷。

N边形的横向尺寸为纵向尺寸的1.5～4倍。

进一步，N边形的横向尺寸为纵向尺寸的3.14倍。

一种含有上述N棱柱形发动机气缸的直列六缸发动机，六个N棱柱形发动机气缸一字排开设置在发动机中，每个N棱柱形发动机气缸的缸体的横截面的横向方向均与六个N棱柱形发动机气缸的排列方向垂直，六个N棱柱形发动机气缸之间的间隔相等。

本发明的有益效果：

1﹑本发明的N棱柱形发动机气缸采用N棱柱形缸体，缸体的横截面为压扁状的N边形，缸体的内侧面是与缸体的外形配合的N棱柱面，N棱柱形发动机气缸应用在汽车用直列六缸发动机上时，六个气缸可以排成较短的一行，在保证每个气缸横截面的面积符合要求的前提下，发动机的整体长度得到了减小，便于发动机在汽车内的安装，为乘员舱留出了更大的空间，降低了对凸轮轴和曲轴强度的要求，使得直列六缸发动机不仅保留了其结构简单﹑运行平稳的优点，还同时具备了V型六缸发动机的优点。

2、本发明的N棱柱形发动机气缸中的活塞环含有N个密封条，N个密封条分别安装在活塞的N个侧面上的横向设置的凹槽中，凹槽的槽底的凹坑中设有弹簧，密封条内侧面上的凸起块插入凹坑顶住弹簧，这样，在弹簧的作用下，密封条就可与缸体的内侧面紧密地接触，密封性好。

3、本发明的N棱柱形发动机气缸中的活塞和缸体的内侧面之间的缝隙处从上到下设有M个活塞环，多个活塞环可形成多道防护，进一步加强了气缸的密封性。

（四）、附图说明：

图1为N棱柱形发动机气缸的结构示意图之一；

图2为图1中的A-A剖视放大结构示意图；

图3为图1中的B-B剖视放大结构示意图；

图4为图2中每个活塞环的所有密封条的结构示意图；

图5为图1中的活塞放大结构示意图；

图6为图5的右视结构示意图；

图7为图5中去掉所有密封条和弹簧时的结构示意图；

图8为图6中去掉所有密封条和弹簧时的结构示意图；

图9为N棱柱形发动机气缸的结构示意图之二；

图10为图9中每个活塞环的所有密封条的结构示意图；

图11为N棱柱形发动机气缸的结构示意图之三；

图12为图11中每个活塞环的所有密封条的结构示意图；

图13为采用圆柱形发动机气缸和采用4棱柱形发动机气缸时气缸排列长度的对比图。

（五）、具体实施方式：

实施例一：参见图1～图8，图中，N棱柱形发动机气缸为4棱柱形发动机气缸，4棱柱形发动机气缸含有缸体1和活塞7，活塞7安装在缸体1中，活塞7上设有活塞杆8，缸体1的缸底两侧分别设有进气口2和排气口3，进气口2与缸体1内部连通的通道上设有进气门4，排气口3与缸体1内部连通的通道上设有排气门5，缸体1的缸底中间设有火花塞6，缸体1为4棱柱形缸体，缸体1的横截面为矩形，矩形的长边为宽边的1.5倍，缸体1的内侧面是与缸体1的外形配合的4棱柱面，活塞7是与缸体1的内侧面匹配的4棱柱形活塞，活塞7与缸体1的内侧面之间的缝隙处从上到下依次安装有3个横向设置的活塞环；每个活塞环含有4个密封条10，4个密封条10分别安装在活塞7的4个侧面上的横向设置的凹槽12中，凹槽12为矩形槽，密封条10是与凹槽12匹配的矩形密封条，密封条10的一侧位于凹槽12内，另一侧位于凹槽12外，密封条10位于凹槽12内的一侧的侧面为密封条10的内侧面，密封条10的内侧面与凹槽12的槽底相对设置，且密封条10的内侧面与凹槽12的槽底之间含有间隙，密封条10位于凹槽12外的一侧的侧面为密封条10的外侧面，密封条10的外侧面与缸体1的内侧面相接触，4个密封条10首尾相接围成密封条环，4个凹槽12也首尾相接围成凹槽环；每个密封条10的内侧面上设有两个凸起块14，凸起块14沿密封条10的纵向方向排列成行，在凹槽12的槽底且与凸起块14对应的位置设有凹坑13，凹坑13中设有弹簧15，凸起块14插入凹坑13中，且凸起块14的端部顶住凹坑13中的弹簧15，使弹簧15被压缩。

在凹槽环中，所有序号为偶数的凹槽12的下侧面与所有序号为奇数的凹槽12的上侧面位于同一个平面上，4个凹槽12相互连通。

缸体1的内侧面为圆角4棱柱面，密封条10的外侧面的两端是与缸体1的内侧面上的圆角匹配的圆柱面。

缸体1的侧壁中含有空心夹层9。空心夹层9中装有冷却液，用来冷却气缸。

密封条10的材质为钢。

含有上述4棱柱形发动机气缸的直列六缸发动机中的六个4棱柱形发动机气缸一字排开设置，每个4棱柱形发动机气缸的缸体的横截面的长边方向均与六个4棱柱形发动机气缸的排列方向垂直，六个4棱柱形发动机气缸之间的间隔相等。

为了进一步说明该4棱柱形发动机气缸可使发动机的整体长度减小，分别将6个圆柱形发动机气缸C和6个4棱柱形发动机气缸D排成一行，如图13所示，圆柱形发动机气缸C的横截面半径为r，横截面面积为3.14r² ，4棱柱形发动机气缸D的的横截面的宽为r，长为3.14r，横截面面积也为3.14r² ，各圆柱形发动机气缸C之间的间距为e, 各4棱柱形发动机气缸D之间的间距也为e, 6个圆柱形发动机气缸C排成一行后的总长度L1=12r+5e，6个4棱柱形发动机气缸D排成一行后的总长度L2=6r+5e；从以上可以看出，当圆柱形发动机气缸C和4棱柱形发动机气缸D的横截面面积相同时，6个4棱柱形发动机气缸D的排列总长度L2明显比6个圆柱形发动机气缸C的排列长度L1小很多。

实施例二：参见图9、图10，图中编号与实施例一相同的，代表的意义相同，其工作过程也基本相同，相同之处不重述，不同之处是：N棱柱形发动机气缸为8棱柱形发动机气缸，8棱柱形发动机气缸的缸体1为8棱柱形缸体，缸体1的横截面为8边形，该8边形的横向尺寸为纵向尺寸的1.5倍，缸体1的内侧面是与缸体1的外形配合的8棱柱面，活塞7是与缸体1的内侧面匹配的8棱柱形活塞；每个活塞环含有8个密封条10，8个密封条10分别安装在活塞7的8个侧面上的横向设置的凹槽12中，8个密封条10首尾相接围成密封条环，8个凹槽12也首尾相接围成凹槽环。

在凹槽环中，8个凹槽12相互连通。

缸体1的内侧面为圆角8棱柱面。

实施例三：参见图11、图12，图中编号与实施例一相同的，代表的意义相同，其工作过程也基本相同，相同之处不重述，不同之处是：N棱柱形发动机气缸为6棱柱形发动机气缸，6棱柱形发动机气缸的缸体1为6棱柱形缸体，缸体1的横截面为6边形，该6边形的横向尺寸为纵向尺寸的1.86倍，缸体1的内侧面是与缸体1的外形配合的6棱柱面，活塞7是与缸体1的内侧面匹配的6棱柱形活塞；每个活塞环含有6个密封条10，6个密封条10分别安装在活塞7的6个侧面上的横向设置的凹槽12中，6个密封条10首尾相接围成密封条环，6个凹槽12也首尾相接围成凹槽环。

在凹槽环中，6个凹槽12相互连通。

缸体1的内侧面为圆角6棱柱面。

Claims (10)

1.一种N棱柱形发动机气缸，含有缸体和活塞，活塞安装在缸体中，活塞上设有活塞杆，缸体的缸底两侧分别设有进气口和排气口，进气口与缸体内部连通的通道上设有进气门，排气口与缸体内部连通的通道上设有排气门，缸体的缸底中间设有火花塞，其特征是：缸体为N棱柱形缸体，缸体的横截面为压扁状的N边形，该N边形的横向尺寸大于纵向尺寸，缸体的内侧面是与缸体的外形配合的N棱柱面，活塞是与缸体的内侧面匹配的N棱柱形活塞，活塞与缸体的内侧面之间的缝隙处从上到下依次安装有M个横向设置的活塞环；N为大于等于4的自然数，M为大于等于1的自然数。

2.根据权利要求1所述的N棱柱形发动机气缸，其特征是：所述每个活塞环含有N个密封条，N个密封条分别安装在活塞的N个侧面上的横向设置的凹槽中，凹槽为矩形槽，密封条是与凹槽匹配的矩形密封条，密封条的一侧位于凹槽内，另一侧位于凹槽外，密封条位于凹槽内的一侧的侧面为密封条的内侧面，密封条的内侧面与凹槽的槽底相对设置，且密封条的内侧面与凹槽的槽底之间含有间隙，密封条位于凹槽外的一侧的侧面为密封条的外侧面，密封条的外侧面与缸体的内侧面相接触，N个密封条首尾相接围成密封条环，N个凹槽也首尾相接围成凹槽环；每个密封条的内侧面上设有至少两个凸起块，凸起块沿密封条的纵向方向排列成行，在凹槽的槽底且与凸起块对应的位置设有凹坑，凹坑中设有弹簧，凸起块插入凹坑中，且凸起块的端部顶住凹坑中的弹簧，使弹簧被压缩。

3.根据权利要求2所述的N棱柱形发动机气缸，其特征是：所述N为偶数，在凹槽环中，所有序号为偶数的凹槽的下侧面与所有序号为奇数的凹槽的上侧面位于同一个平面上，N个凹槽相互连通。

4.根据权利要求3所述的N棱柱形发动机气缸，其特征是：所述N为4，或为6，或为8。

5.根据权利要求1所述的N棱柱形发动机气缸，其特征是：当所述N为4时，缸体的横截面为矩形，矩形的长边大于宽边。

6.根据权利要求2所述的N棱柱形发动机气缸，其特征是：所述缸体的内侧面为圆角N棱柱面，密封条的外侧面的两端是与缸体的内侧面上的圆角匹配的圆柱面。

7.根据权利要求2所述的N棱柱形发动机气缸，其特征是：所述缸体的侧壁中含有空心夹层；密封条为金属密封条。

8.根据权利要求1所述的N棱柱形发动机气缸，其特征是：所述N边形的横向尺寸为纵向尺寸的1.5～4倍。

9.根据权利要求8所述的N棱柱形发动机气缸，其特征是：所述N边形的横向尺寸为纵向尺寸的3.14倍。

10.一种含有权利要求1～9中任一项所述N棱柱形发动机气缸的直列六缸发动机，六个N棱柱形发动机气缸一字排开设置在发动机中，其特征是：每个N棱柱形发动机气缸的缸体的横截面的横向方向均与六个N棱柱形发动机气缸的排列方向垂直。

Images