CN103382894A

CN103382894A - 对向活塞结构的内燃发动机

Info

Publication number: CN103382894A
Application number: CN2012101354714A
Authority: CN
Inventors: 李德杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2013-11-06

Abstract

对向活塞结构的内燃发动机，采用往复活塞式结构，属于发动机制造和节能减排技术领域。每个汽缸中对称设置两个活塞，可采用双曲轴动力输出结构和单曲轴动力输出结构。进气门、进气门座、排气门、排气门座、汽油机的火花塞等设置在汽缸侧壁的中间位置。工作中，两个活塞对称朝相反方向运动，带动曲轴顺着一个方向旋转。结构与普通往复活塞式内燃发动机类似，可以应用已有的生产线和技术进行加工。本发明适合包括汽油机、柴油机在内的各类往复活塞式内燃发动机。由于效率大幅度提高，对于汽车工业的发展和节能减排将起到重要的作用。

Description

对向活塞结构的内燃发动机

技术领域

对向活塞结构的内燃发动机，属于发动机制造和节能减排技术领域。

背景技术

汽车整车运行效率低于10%，多数发动机效率低于15%，提高效率是节能减排的关键。发动机效率低的原因是多方面的，但主要是缸体散热导致的。汽缸的散热体主要包括缸盖、侧壁和活塞。由于气体分子冲击活塞而失去的动能有相当比例转化成有用功，因此散热相对较小，尤其是采取多种措施提高效率后，活塞散热可进一步降低。虽然往复式活塞发动机的汽缸侧壁的最大面积几乎为活塞面积的4倍，但不是散热的主体。一般情况下，散热最大时汽缸的体积还很小，侧壁所占的面积比也小，而当汽缸膨胀后，缸内温度已经大幅度降低了，而且由于气体密度的降低，散热也变得相对小了。还有一点需要指出的是，汽缸侧壁散掉的热量，有相当的比例是低温废热。与侧壁相比，缸盖的散热情况则是非常严重，比活塞和侧壁散热都多，而且主要是高温时散掉的有用热量。

降低气缸盖上热量耗散的最好办法是让燃烧腔不接触气缸盖，这是本发明的核心点。去除缸盖散热后，发动机效率至少可以提高30%。

发明内容

对向活塞结构的内燃发动机，采用往复活塞式结构，如图1和图3所示，每个汽缸中对称设置两个活塞（111、121）（311、321）。工作过程中，两个活塞朝相反方向运动。进气门(11)（31)、进气门座(12)（32)、排气门(13)（33)、排气门座(14)（34)、汽油机的火花塞等设置在汽缸侧壁(10)（30)的中间位置上。

动力输出采用双曲轴结构，如图1和图2所示。相反方向运动的活塞（111、121）通过连杆(112、122)连接到各自的曲轴（113、123）上。两个曲轴的转动方向相同，并通过各自设置的齿轮（211、221）共同驱动减速齿轮（20）输出动力。

动力输出也可采用单曲轴结构，如图3所示。连杆由两部分构成，包括与活塞（311、321）固定连接的弯曲的平动连杆（312、322）和与曲轴（35）活动连接的扭动连杆（313、323），平动连杆和扭动连杆之间通过转轴（314、324）连接。工作中，两个活塞对称朝相反方向运动，带动曲轴顺着一个方向旋转。设置汽缸端盖（315、325），平动连杆从中穿过，端盖上设置机油进口（316、326）和机油排口（317、327）。端盖的功能主要是稳定平动连杆的运动。

如图1和图3所示，在进气门座（12）（32）、排气门座（14）（34）等对应的位置上，活塞内端面上设置缺口空间（118、128）（318、328），使得进气和压缩冲程结束时，气门座与活塞内端面不相互影响。如果气门座设置在汽缸侧壁中，则不必设置该缺口空间。

所述的对向活塞中的每个活塞可采用双活塞结构，对于单曲轴输出结构，如图5所示。内活塞（511、521）和外活塞（512、522）由储能弹簧（513、523）进行连接，其中与弯曲的平动连杆（514、524）固定连接的外活塞（512、522）采用非密封结构，便于弹簧和内外活塞之间的固定安装，减轻重量，并且让润滑油顺利通过，润滑与燃烧腔相邻的内活塞（511、521）。扭动连杆（515、525）与平动连杆（514、524）和曲轴（50）之间活动连接。关于储能弹簧的功能，在另一专利（2112101140359）中有详细说明。

如图5所示，在进气门座、排气门座等对应的位置上，内活塞的内端面上设置缺口空间（515、525），使得排气行程结束后，两个内活塞的内端面能够相接，消除汽缸排气时的死空间。如果气门座设置在汽缸侧壁中，则不必设置该缺口空间。

对向活塞中的每个活塞都采用双活塞结构，并且采用双曲轴输出时，如图6所示。内活塞（611、621）和外活塞（612、622）由储能弹簧（613、623）进行连接，其中外活塞（612、622）采用非密封结构，便于弹簧和内外活塞之间的固定安装，减轻重量，并且让润滑油顺利通过，润滑与燃烧腔相邻的内活塞（611、621）。连杆（614、624）与曲轴（615、625）和外活塞（612、622）之间活动连接。

在进气门座、排气门座等对应的位置上，内活塞的内端面上设置缺口空间（618、628），使得排气行程结束后，两个内活塞的内端面能够相接，消除汽缸排气时的死空间。如果气门座设置在汽缸侧壁中，则不必设置该缺口空间。

对于图5和图6所示的结构，弹簧的长度和弹力设置使得排气冲程结束时，两个内活塞刚好相接触，弹簧处于自然不受力状态，或者当两个内活塞相接时，弹簧上有一定的压应力。

所述的内燃发动机可以组合成多缸结构。

缸体、端盖、火花塞、进排气口、正时齿轮、凸轮、润滑系统等都属于传统技术，由于不属于本发明保护范围，所以在权利要求和说明书中不详细说明，有些也没有在附图中专门标注。

本发明结构与普通往复活塞式内燃发动机结构相似，可以应用已有的生产线和技术进行加工，无需增加设备，适合大规模生产。本发明适合包括汽油机、柴油机在内的各类往复活塞式内燃发动机。由于效率大幅度提高，对于汽车工业的发展和节能减排将起到重要作用。

附图说明

图1为本发明双曲轴动力输出的发动机结构示意图。

其中10为缸体侧壁，11为进气门，12为进气门座，13为排气门，14为排气门座，111、121为活塞，112、122为连杆，113、123为曲轴。118、128为活塞内端面上的缺口空间，119、129为活塞环。

图2为双曲轴动力输出结构的动力输出齿轮结构。

其中211、221为设置在两个曲轴上的齿轮，20为公共减速齿轮。

图3为单曲轴动力输出的发动机结构示意图。

其中30为缸体侧壁，31为进气门，32为进气门座，33为排气门，34为排气门座，35为曲轴，311、321为活塞，312、322为弯曲的平动连杆，313、323为扭动连杆，314、324为平动连杆与扭动连杆之间的转轴，315、325为缸盖，316、326为机油进口，317、327为机油排口，318、328为活塞内端面上的缺口空间，319、329为活塞环。

图4为四冲程过程示意图。

其中a到c为吸气冲程，c到e为压缩冲程，e到g为燃烧膨胀冲程，g到a为排气冲程。

图5为对向活塞中的每个活塞都采用双活塞结构，并且单曲轴动力输出的发动机结构示意图。

其中50为曲轴，511、521为内活塞，512、522为外活塞、513、523为储能弹簧，514、524为平动连杆，515、525为扭动连杆。其它部件名称与图3类似，不详细注明。

图6为对向活塞中的每个活塞都采用双活塞结构，并且双曲轴动力输出的发动机结构示意图。

其中611、621为内活塞，612、622为外活塞、613、623为储能弹簧，614、624为连杆，615、625为曲轴。其它部件名称与图1类似，不详细注明。

图7为双活塞结构发动机的四冲程过程示意图。

图8为单曲轴四缸发动机中活塞、曲轴、连杆之间的连接示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1和图2所示的结构，单缸排气量0.2升，每个活塞的最大行程5厘米，汽缸有效长度为19厘米，其中最小压缩长度为1厘米，截面积20平方厘米。连同活塞内端面上的缺口空间，整体压缩空间0.021升，压缩比10.5：1。活塞厚度4厘米，连杆长度10厘米，曲轴半径2.5厘米，发动机总长42厘米。两个曲轴的中心轴间距为34厘米，各自的齿轮半径为5厘米，齿高1厘米，减速齿轮半径13厘米，齿高1厘米。

实施例2：如图3所示的结构，单缸排气量0.2升，每个活塞的最大行程5厘米，汽缸有效长度为19厘米，其中最小压缩长度为1厘米，截面积20平方厘米。连同活塞内端面上的缺口空间，整体压缩空间0.021升，压缩比10.5：1。活塞厚度4厘米，平动连杆长度6厘米，扭动连杆长度13厘米，曲轴半径2.5厘米，发动机总长30厘米。

实施例3：如图5所示的结构，单缸排气量0.2升，每个活塞的最大行程5厘米，汽缸有效长度为27厘米，其中最小压缩长度为1厘米，截面积20平方厘米。连同活塞内端面上的缺口空间，整体压缩空间0.021升，压缩比10.5：1。双活塞最大厚度8厘米，可压缩长度为2厘米，平动连杆长度6厘米，扭动连杆长度17厘米，曲轴半径2.5厘米，发动机总长40厘米。

实施例4：如图6所示结构，单缸排气量0.2升，每个活塞的最大行程5厘米，汽缸有效长度为27厘米，其中最小压缩长度为1厘米，截面积20平方厘米。连同活塞内端面上的缺口空间，整体压缩空间0.021升，压缩比10.5：1。双活塞总厚度8厘米，可压缩长度2厘米，连杆长度10厘米，曲轴半径2.5厘米，发动机总长50厘米。两个曲轴的中心轴间距为42厘米，各自的齿轮半径为6厘米，齿高1厘米，减速齿轮半径16厘米，齿高1厘米。

Claims

1.对向活塞结构的内燃发动机，采用往复活塞式结构，其特征在于，每个汽缸中对称设置两个活塞（111、121）（311、321）；工作过程中，两个活塞朝相反方向运动；进气门(11)（31)、进气门座(12)（32)、排气门(13)（33)、排气门座(14)（34)、汽油机的火花塞等设置在汽缸侧壁(10)（30)的中间位置上。

2.根据权利要求1所述的对向活塞结构的内燃发动机，其特征在于，采用双曲轴结构，即相反方向运动的活塞通过连杆(112、122)连接到各自的曲轴（113、123）上；两个曲轴的转动方向相同，并通过各自设置的齿轮（211、221）共同驱动减速齿轮（20）输出动力。

3.根据权利要求1所述的对向活塞结构的内燃发动机，其特征在于，采用单曲轴结构，连杆由两部分构成，包括与活塞（311、321）固定连接的弯曲的平动连杆（312、322）和与曲轴（35）活动连接的扭动连杆（313、323），平动连杆和扭动连杆之间通过转轴（314、324）连接；工作中，两个活塞对称朝相反方向运动，带动曲轴顺着一个方向旋转；设置汽缸端盖（315、325），平动连杆（312、322）从中穿过，端盖上设置机油进口（316、326）和机油排口（317、327）。

4.根据权利要求1所述的对向活塞结构的内燃发动机，其特征在于，在进气门座（12）（32）、排气门座（14）（34）等对应的位置上，活塞内端面上设置缺口空间（118、128）（318、328），使得进气和压缩冲程结束时，气门座与活塞内端面不相互影响；如果气门座设置在汽缸侧壁中，则不必设置该缺口空间。

5.根据权利要求1和3所述的对向活塞结构的内燃发动机，其特征在于，所述的对向活塞中的每个活塞可采用双活塞结构，内活塞（511、521）和外活塞（512、522）由储能弹簧（513、523）进行连接，其中与弯曲的平动连杆（514、524）固定连接的外活塞（512、522）采用非密封结构，便于弹簧和内外活塞之间的固定安装，减轻重量，并且让润滑油顺利通过，润滑与燃烧腔相邻的内活塞（511、521）；扭动连杆（515、525）与曲轴（50）和平动连杆（514、524）之间活动连接。

6.根据权利要求1和5所述的对向活塞结构的内燃发动机，其特征在于，在进气门座、排气门座等对应的位置上，内活塞的内端面上设置缺口空间（518，528），使得排气行程结束后，两个内活塞的内端面能够相接，消除汽缸排气时的死空间；如果气门座设置在汽缸侧壁中，则不必设置该缺口空间。

7.根据权利要求1和2所述的对向活塞结构的内燃发动机，其特征在于，所述的对向活塞中的每个活塞可采用双活塞结构，内活塞（611、621）和外活塞（612、622）由储能弹簧（613、623）进行连接，其中外活塞（612、622）采用非密封结构，便于弹簧和内外活塞之间的固定安装，减轻重量，并且让润滑油顺利通过，润滑与燃烧腔相邻的内活塞（611、621）；连杆（614、624）与曲轴（615、625）和外活塞（612、622）之间活动连接。

8.根据权利要求1和7所述的对向活塞结构的内燃发动机，其特征在于，在进气门座、排气门座等对应的位置上，内活塞的内端面上设置缺口空间（618、628），使得排气行程结束后，两个内活塞的内端面能够相接，消除汽缸排气时的死空间；如果气门座设置在汽缸侧壁中，则不必设置该缺口空间。

9.根据权利要求5和7所述的对向活塞结构的内燃发动机，其特征在于，弹簧的长度和弹力设置使得排气冲程结束时，两个内活塞刚好相接触，弹簧处于自然不受力状态，或者当两个内活塞相接时，弹簧上有一定的压应力。

10.根据权利要求1所述的对向活塞结构的内燃发动机，其特征在于，所述的内燃发动机可以组合成多缸结构。