CN101737147B - 对置活塞发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于内燃机领域，特别涉及一种对置活塞发动机，包括汽缸、做功活塞、曲轴等部件，所述汽缸内还设有一个与所述做功活塞相对并且运动方向相反的压气活塞；位于所述压气活塞一侧的缸体端面设有进气门和出气门，所述进气门与大气连通，所述压气活塞上设有能使其复位的机构；所述出气门通过油气分离装置与一个用于储存高压气体的储气机构连接；所述汽缸中部为燃烧室，所述燃烧室设有进气口、排气口以及喷油装置和点火装置，所述进气口通过第一电磁阀与所述储气机构连接。本发明大幅度降低燃油消耗率和震动程度，可以造出比四缸汽车震动更小的摩托车或者是单缸的汽车，也可以用做混合动力车的辅助动力。
Description
【技术领域】
本发明属于内燃机领域，特别涉及一种对置活塞发动机。
【背景技术】
传统的内燃机运行过程由四部分组成：一.进气行程，活塞被曲轴带动由上止点向下上止点移动，同时，进气门开启，排气门关闭。当活塞由上止点向下止点移动时，活塞上方的容积增大，汽缸内的气体压力下降，形成一定的真空度。由于进气门开启，汽缸与进气管相通，混合气被吸入汽缸。当活塞移动到下止点时，汽缸内充满了新鲜混合气以及上一个工作循环未排出的废气。二.压缩行程，活塞由下止点移动到上止点，进排气门关闭。曲轴在飞轮等惯性力的作用下带动旋转，通过连杆推动活塞向上移动，汽缸内气体容积逐渐减小，气体被压缩，汽缸内的混合气压力与温度随着升高。三.燃烧膨胀行程，进排气门同时关闭，火花塞点火，混合气剧烈燃烧，汽缸内的温度、压力急剧上升，高温、高压气体推动活塞向下移动，通过连杆带动曲轴旋转。在发动机工作的四个行程中，只有这个在行程才实现热能转化为机械能，所以，这个行程又称为作功行程。四.排气行程，排气门打开，活塞从下止点移动到上止点，废气随着活塞的上行，被排出汽缸。由于排气系统有阻力，且燃烧室也占有一定的容积，所以在排气终了地，不可能将废气排净，这部分留下来的废气称为残余废气。残余废气不仅影响充气，对燃烧也有不良影响。排气行程结束时，活塞又回到了上止点。也就完成了一个工作循环。随后，曲轴依靠飞轮转动的惯性作用仍继续旋转，开始下一个循环。现有的四冲程汽油机的四个冲程只有一个是有效做功冲程。其他三个冲程都需要靠外力输入能量维持运转，特别是压缩过程需要靠外力推动。传统内燃机设计中，需要飞轮储能然后推动活塞压缩空气，需要耗费相当一部分能量，从而造成内燃机的燃油做功效率一直难以提高。
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明提供一种对置活塞发动机，将高压气体压缩储存起来，在扫气时才喷出，这样不需要飞轮提供压缩空气用的动能，飞轮的重量可以大幅降低，进而减少机械零部件的振动。同时还可以降低最低稳定转速，大幅度提高低转速时的输出扭矩。
本发明的技术方案如下：
对置活塞发动机，包括汽缸、做功活塞、曲轴等部件，所述做功活塞安装在所述汽缸内，并通过连杆与所述曲轴铰接，所述汽缸内还设有一个与所述做功活塞相对并且运动方向相反的压气活塞；位于所述压气活塞一侧的缸体端面设有进气门和出气门，所述进气门与大气连通，所述压气活塞上设有能使其复位的机构；所述出气门通过油气分离装置与一个用于储存高压气体的储气机构连接；所述汽缸中部为燃烧室，所述燃烧室设有进气口、排气口以及喷油装置和点火装置，所述进气口通过第一电磁阀与所述储气机构连接。
做功活塞与压气活塞质量相近，运转方向相反，这样内燃机工作时可以抵消大部分的机械震动；压气活塞带有一根较细的杆部，二者中心轴重合。
本发明的工作原理是：内燃机燃烧室的油气混合燃烧后，体积会增加到原始体积数十倍。而现有的四冲程汽油机的燃烧做功冲程的容积与进气冲程的容积比值是相等的，比值为1；也就是说，现有四冲程汽油机只利用了一小部分能量，而大部分能量被浪费掉了。本设计由于两个活塞反向运动，可以提高油气燃烧做功的可用膨胀容积，容积比值大约在1.8至3之间，大幅度提高燃油做功效率。
现有的四冲程汽油机的四个冲程只有一个是有效做功冲程。其他三个冲程都需要靠外力输入能量维持运转，特别是压缩过程需要靠外力推动。传统内燃机设计中，需要飞轮储能然后推动活塞压缩空气，而本设计是空气压缩过程是在油气燃烧做功时，推动压气活塞，将新鲜气体压缩储存在储气机构中，这样不需要飞轮提供压缩空气用的动能，只需提供做功活塞回到上止点位置的动能，这样飞轮的重量可以大幅降低，进而减少机械零部件的振动。同时还可以降低最低稳定转速，大幅度提高低转速时的输出扭矩，适合于做车用动力。由于燃油喷射是在排气口关闭之后，可以避免未燃烧的燃料浪费问题。
本发明的有益效果是：普通四冲程发动机由于做功冲程和压缩冲程活塞对汽缸壁的侧向力相反，会造成缸壁和活塞环磨损，影响寿命。而本发明没有压缩冲程的侧向力，可以采用较大的活塞中心与曲轴中心偏置量，大幅度延长活塞、活塞环和缸套的寿命。采用缸内直接喷油和电火花点火，配合微电脑控制可以实现可变压缩比，以满足节油提高效率的要求。还可以适应各种标号的汽油，气体燃料甚至柴油。另外，按一定排列结构就可以设计多缸内燃机，提供不同功率需求。本发明大幅度降低燃油消耗率和震动程度，可以造出比四缸汽车震动更小的摩托车或者是单缸的汽车；也可以用做混合动力车的辅助动力。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明工作原理图。
【具体实施方式】
如图1所示，对置活塞发动机，包括汽缸11、做功活塞6、曲轴8等部件，做功活塞6安装在汽缸内，并通过连杆与曲轴8铰接，汽缸内还设有一个与做功活塞6相对并且运动方向相反的压气活塞7；位于压气活塞7一侧的缸体端面设有进气门1和出气门2，进气门1与大气连通，压气活塞7与所述缸体端面构成气室15，汽缸11上设有能使压气活塞7复位的机构；出气门2通过油气分离装置10与一个用于储存高压气体的储气机构5连接；汽缸中部为燃烧室13，燃烧室13设有进气口4、排气口14以及喷油装置和点火装置，进气口通过第一电磁阀3与储气机构5连接。
压气活塞7的复位机构，包括一个设置在压气活塞7一侧的缸体端面上，与压气活塞7的杆部匹配的柱形空腔体12，与压气活塞7的杆部构成气动部件，柱形空腔12体端部通过第二电磁阀9与储气机构5连接。
汽缸可以是在缸体端面设置端盖，进气门1和出气门2，以及柱形空腔体12设置在端盖上，也可以由两个半截缸体通过法兰盘连接。所述运行过程如下：
第一冲程：进气门1打开，出气门2关闭，第二电磁阀9打开；储气机构5中储存的高压空气进入柱形空腔体12，推动压气活塞7向右移动，气室15在负压作用下由进气门1吸入新鲜空气，同时对做功活塞6施加外力，使做功活塞6向左运动，排气口14打开；当做功活塞6移动至行程的80％左右时，第一电磁阀3打开，储气机构5释放高压空气进入燃烧室13进行扫气，燃烧室13中的残余的废气排在高压空气的作用下被扫出汽缸；当压气活塞7达到止点时，做功活塞6到达上止点(最左边)附近时，排气口14关闭，第二电磁阀9关闭，喷油阀打开喷射燃油，储气机构5继续释放高压空气，直至到油气混合物燃烧需要的压力值。
第二冲程：进气门1关闭，油气混合物点燃，做功活塞6受油气混合物燃烧膨胀产生的高压向右移并推动曲轴8旋转，同时也推动压气活塞7向左移动，把气室15中新鲜空气压缩，由出气门2经油气分离装置10，至储气机构5中储存，同时柱形空腔12的空气也在压气活塞7的杆部作用下压缩，经油气分离装置10至储气机构5中，这样完成一次循环。
第一电磁阀3、第二电磁阀9由计算机控制，需要根据不同的转速、油门开度、负荷状态等，精确控制打开和关闭的时间。采用计算机精确控制第一电磁阀3的打开和关闭时间和燃油的喷入量就可以改变发动机输出功率和转速。
做功活塞6与压气活塞7质量相近，运转方向相反，这样内燃机工作时可以抵消大部分的机械震动；压气活塞7的杆部的直径与压气活塞7直径的比值取决于吸气力和吸气量，增大直径可以提高吸气力但会降低吸气量。
本发明的润滑方式与现有技术相同，向两个活塞裙边和底部喷射润滑油；在储气机构5前设置一个油气分离装置10，以减少润滑油进入燃烧室13。
在启动开始时，需要外力帮助曲轴8旋转，并不打开排气口14，随着储气机构5中的空气压力逐渐升高，在燃烧室直接喷入的燃油，被电火花点燃，就可以完成启动过程。
Claims (2)
1.对置活塞发动机，包括汽缸、做功活塞、曲轴，所述做功活塞安装在所述汽缸内，并通过连杆与所述曲轴铰接，其特征在于：所述汽缸内还设有一个与所述做功活塞相对并且运动方向相反的压气活塞；位于所述压气活塞一侧的缸体端面设有进气门和出气门，所述进气门与大气连通，所述压气活塞上设有能使其复位的机构；所述出气门通过油气分离装置与一个用于储存高压气体的储气机构连接；所述汽缸中部为燃烧室，所述燃烧室设有进气口、排气口以及喷油装置和点火装置，所述进气口通过第一电磁阀与所述储气机构连接。
2.根据权利要求1所述的对置活塞发动机，其特征在于：所述压气活塞的复位机构，包括一个设置在所述压气活塞一侧的缸体端面上，与所述压气活塞杆部匹配的柱形空腔体，所述压气活塞带有一根比该压气活塞直径较细的杆部，所述柱形空腔体与所述压气活塞杆部构成气动部件，所述柱形空腔体端部通过第二电磁阀经所述油气分离装置与所述储气机构连接。
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