本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)，尤其涉及高速內(nèi)燃機(jī)的自平衡裝置、包含該自平衡裝置的高速內(nèi)燃機(jī)和該自平衡裝置的自平衡方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)階段內(nèi)燃機(jī)在工作過(guò)程中由于存在離心慣性力和往復(fù)慣性力產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)過(guò)大會(huì)加速機(jī)件的疲勞破壞，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)工作壽命。常用的解決方法是調(diào)整氣缸數(shù)、曲柄排列和曲柄布置方案（去除曲軸改用其他結(jié)構(gòu)）、在曲軸上設(shè)置平衡重或者采用專(zhuān)門(mén)的平衡機(jī)構(gòu)。

2、如公開(kāi)號(hào)為：cn?116906175?a的發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種三叉型曲軸帶平衡器的內(nèi)燃機(jī)，其通過(guò)包括：曲柄連桿機(jī)構(gòu)和活塞連桿組件，每個(gè)氣缸兩側(cè)的曲柄臂下部設(shè)置兩個(gè)平衡塊，使得一個(gè)曲柄臂與兩個(gè)平衡塊形成“三叉型”曲軸，且每個(gè)平衡塊內(nèi)設(shè)置有平衡器。通過(guò)在每個(gè)曲柄臂的下部增加一個(gè)平衡塊，即每個(gè)氣缸對(duì)應(yīng)增加兩個(gè)平衡塊，并在每個(gè)平衡塊的內(nèi)部設(shè)置平衡器，有效提高了內(nèi)燃機(jī)的工作平穩(wěn)性，減少了出現(xiàn)震動(dòng)及抖動(dòng)的現(xiàn)象，使得內(nèi)燃機(jī)能夠平衡運(yùn)行工作，進(jìn)而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。

3、該專(zhuān)利通過(guò)增加平衡塊實(shí)現(xiàn)自平衡。

4、如公開(kāi)號(hào)為：cn101008348a和cn101037957a的發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種無(wú)曲軸內(nèi)燃機(jī)，八個(gè)氣缸以環(huán)形方式均勻地布置在配氣凸輪周?chē)?，氣缸活塞直接作用于輸出凸輪上，?dòng)力由輸出凸輪通過(guò)輸出軸輸出。該內(nèi)燃機(jī)去除了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)中的連桿及曲軸，八個(gè)氣缸對(duì)輸出凸輪的作用力完全平衡。所有氣缸的進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)由兩個(gè)凸輪集中控制。

5、如公開(kāi)號(hào)為cn101435363a的發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種內(nèi)波式無(wú)曲軸內(nèi)燃機(jī)，其內(nèi)波輪和雙聯(lián)配氣凸輪都固定在輸出軸上，十二個(gè)氣缸在內(nèi)波輪中軸心對(duì)稱(chēng)地環(huán)形均布在雙聯(lián)配氣凸輪的周邊，推桿一端與活塞鉸鏈聯(lián)接，另一端裝有一個(gè)凸輪滾輪和一個(gè)推桿滾輪，凸輪滾輪插入內(nèi)波輪的形槽中，推桿滾輪裝在導(dǎo)槽中?；钊尿?qū)動(dòng)力由推桿傳給內(nèi)波輪和輸出軸輸出，省去了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)中的曲軸和連桿。導(dǎo)槽承受內(nèi)波輪給推桿的作用力在周向的分力，使活塞與氣缸壁間的側(cè)壓力為零。所有活塞對(duì)內(nèi)波輪的作用力完全平衡。一個(gè)雙聯(lián)配氣凸輪控制了所有氣缸的進(jìn)排氣門(mén)，無(wú)需配氣正時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

6、該專(zhuān)利通過(guò)去除曲軸，另外設(shè)置凸輪驅(qū)動(dòng)八個(gè)氣缸，其完全改變了內(nèi)燃機(jī)中的動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。

7、如公開(kāi)號(hào)為cn101435363a的發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種連桿導(dǎo)向往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，包括箱體、氣缸體、缸蓋、活塞、連桿和曲軸，氣缸體固定在箱體與缸蓋之間，活塞設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)氣缸體內(nèi)，連桿及曲軸設(shè)置在箱體內(nèi)，活塞通過(guò)活塞銷(xiāo)與連桿固連，連桿與箱體之間設(shè)置有第一導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，連桿鄰側(cè)安裝有動(dòng)平衡調(diào)整方滑塊且動(dòng)平衡調(diào)整方滑塊和連桿通過(guò)偏心圓旋轉(zhuǎn)體連接在一起，動(dòng)平衡調(diào)整方滑塊和連桿均軸向定位在曲軸上且動(dòng)平衡調(diào)整方滑塊與箱體之間設(shè)有第二導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。本連桿導(dǎo)向往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)具有機(jī)械效率高、活塞壽命長(zhǎng)、平衡性好的優(yōu)點(diǎn)。

8、該專(zhuān)利通過(guò)設(shè)置平衡重實(shí)現(xiàn)自平衡。

9、如公開(kāi)號(hào)為cn?102305130?a的發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種活塞式內(nèi)燃機(jī)，其汽缸為環(huán)形汽缸，汽缸上沿圓周均勻設(shè)置四個(gè)以上滑塊，將汽缸分隔成四個(gè)以上工作室，每個(gè)工作室設(shè)置有進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)和活塞；活塞連桿的一端與活塞連接，另一端與環(huán)形中心的主動(dòng)力軸連接；滑塊上設(shè)置有噴油點(diǎn)火裝置；進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)及滑塊的工作由控制系統(tǒng)控制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，制造容易，解決了現(xiàn)有往復(fù)活塞式內(nèi)燃所存在的功率損耗大、汽缸易磨損、曲軸受力不平衡，及轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)所存在的密封片易磨損、廢氣排放不徹

10、底、扭矩太小、只能采用點(diǎn)燃式、制造和維修困難的問(wèn)題。

11、該專(zhuān)利通過(guò)設(shè)置平衡裝置實(shí)現(xiàn)自平衡。

12、綜上，現(xiàn)有技術(shù)中為實(shí)現(xiàn)自平衡常用的解決方法是調(diào)整氣缸數(shù)、曲柄排列和曲柄布置方案（去除曲軸改用其他結(jié)構(gòu)）、在曲軸上設(shè)置平衡重或者采用專(zhuān)門(mén)的平衡機(jī)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)在工作過(guò)程中的自平衡，一方面，本發(fā)明提供了高速內(nèi)燃機(jī)的自平衡裝置，其通過(guò)在原有內(nèi)燃機(jī)曲軸的基礎(chǔ)上，去除平衡重（平衡塊），設(shè)置6個(gè)呈星型狀設(shè)置的氣缸（活塞），相鄰的兩個(gè)活塞間的角度為60°，工作過(guò)程中產(chǎn)生的離心慣性力和往復(fù)慣性力，能夠在各個(gè)方向上完全抵消，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)的自平衡過(guò)程。本發(fā)明不需要去除原有內(nèi)燃機(jī)的曲軸，不需要設(shè)置平衡重和平衡機(jī)構(gòu)，能夠很好地保證內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，提升內(nèi)燃機(jī)的工況覆蓋性，拓寬內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速工作區(qū)間，可長(zhǎng)時(shí)間工作在高轉(zhuǎn)速工況，保證內(nèi)燃機(jī)高效穩(wěn)定輸出。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

3、高速內(nèi)燃機(jī)的自平衡裝置，包括：

4、三組活塞內(nèi)燃機(jī)，安裝在同一根曲軸上，且呈星型布置；

5、每組活塞內(nèi)燃機(jī)包括兩個(gè)活塞和兩個(gè)連桿，每個(gè)連桿的一端連接活塞，另一端連接曲軸，相鄰的兩個(gè)活塞之間的夾角為60°，曲軸上不設(shè)置平衡重，每組活塞處在同一水平線(xiàn)上對(duì)稱(chēng)放置。

6、優(yōu)選地，每個(gè)活塞通過(guò)止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞按順時(shí)針或者逆時(shí)針順序發(fā)火，發(fā)火間隔為60°。

7、另一方面，本發(fā)明提供了一種高速內(nèi)燃機(jī)，包括上述的高速內(nèi)燃機(jī)的自平衡裝置。

8、再一方面，本發(fā)明還提供一種高速內(nèi)燃機(jī)的自平衡方法，包括如下步驟：

9、在內(nèi)燃機(jī)的曲軸上呈星型狀布置三組活塞內(nèi)燃機(jī)，每組活塞內(nèi)燃機(jī)包括兩個(gè)活塞和兩個(gè)連桿，每個(gè)連桿的一端連接活塞，另一端連接曲軸，相鄰的兩個(gè)活塞之間的夾角為60°，曲軸上不設(shè)置平衡重，每組活塞處在同一水平線(xiàn)上對(duì)稱(chēng)放置；

10、工作過(guò)程中產(chǎn)生的離心慣性力和往復(fù)慣性力，能夠在各個(gè)方向上完全抵消，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)的自平衡過(guò)程。

11、優(yōu)選地，每個(gè)活塞通過(guò)止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞按順時(shí)針或者逆時(shí)針順序發(fā)火，發(fā)火間隔為60°。

12、本發(fā)明提供的高速內(nèi)燃機(jī)的自平衡裝置和自平衡方法不需要去除原有內(nèi)燃機(jī)的曲軸，不需要設(shè)置平衡重和平衡機(jī)構(gòu)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的有益效果：

13、1）兩缸（兩個(gè)活塞）為一組，處在一個(gè)水平線(xiàn)上對(duì)稱(chēng)放置，此種內(nèi)燃機(jī)可以消除曲軸端的振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的自平衡運(yùn)轉(zhuǎn)，振動(dòng)小。能夠很好地保證內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，提升內(nèi)燃機(jī)的工況覆蓋性，拓寬內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速工作區(qū)間，可長(zhǎng)時(shí)間工作在高轉(zhuǎn)速工況，保證內(nèi)燃機(jī)高效穩(wěn)定輸出。

14、2）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)；

15、3）運(yùn)行過(guò)程可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的自平衡效果；

16、4）不需要改變內(nèi)燃機(jī)原本的結(jié)構(gòu)，能夠保證設(shè)計(jì)的最優(yōu)性，降低內(nèi)燃機(jī)的復(fù)雜程度，降低加工難度和制造成本。

17、5）本發(fā)明適應(yīng)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況，不需要額外的平衡機(jī)構(gòu)，能夠很好地保證內(nèi)燃機(jī)地穩(wěn)定運(yùn)行，提升內(nèi)燃機(jī)的工況覆蓋性，拓寬內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速工作區(qū)間，可長(zhǎng)時(shí)間工作在高轉(zhuǎn)速工況，保證內(nèi)燃機(jī)高效穩(wěn)定輸出。

技術(shù)特征：

1.高速內(nèi)燃機(jī)的自平衡裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速內(nèi)燃機(jī)的自平衡裝置，其特征在于，每個(gè)活塞（2）通過(guò)止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞（2）按順時(shí)針或者逆時(shí)針順序發(fā)火，發(fā)火間隔為60°。

3.一種高速內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，包括權(quán)利要求1或2所述的高速內(nèi)燃機(jī)的自平衡裝置。

4.一種高速內(nèi)燃機(jī)的自平衡方法，其特征在于，包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高速內(nèi)燃機(jī)的自平衡方法，其特征在于，每個(gè)活塞通過(guò)止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞按順時(shí)針或者逆時(shí)針順序發(fā)火，發(fā)火間隔為60°。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了高速內(nèi)燃機(jī)的自平衡裝置，屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括三組活塞內(nèi)燃機(jī)，安裝在同一根曲軸上，呈星型布置；每組活塞內(nèi)燃機(jī)包括兩個(gè)活塞和兩個(gè)連桿，每個(gè)連桿的一端連接活塞，另一端連接曲軸，相鄰的兩個(gè)活塞之間的夾角為60°，曲軸上不設(shè)置平衡重，每組活塞處在同一水平線(xiàn)上對(duì)稱(chēng)放置。本發(fā)明在原有內(nèi)燃機(jī)曲軸的基礎(chǔ)上，去除平衡重，設(shè)置6個(gè)呈星型狀設(shè)置的氣缸，工作過(guò)程中產(chǎn)生的離心慣性力和往復(fù)慣性力在各個(gè)方向上完全抵消，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)的自平衡過(guò)程。不需要去除原有內(nèi)燃機(jī)的曲軸，不需要設(shè)置平衡重和平衡機(jī)構(gòu)，能夠保證內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，提升內(nèi)燃機(jī)的工況覆蓋性，可長(zhǎng)時(shí)間工作在高轉(zhuǎn)速工況，保證內(nèi)燃機(jī)高效穩(wěn)定輸出。

技術(shù)研發(fā)人員：章振宇,張玉東,崔濤,謝禮江
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)長(zhǎng)三角研究院（嘉興）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15