CN104314684B - 同步双缸直列式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步双缸直列式发动机，关键改进在于两套活塞中心距为70‑80mm，曲轴的轴颈所在的竖向平面与两套活塞的轴线之间的间距为7‑9mm，活塞销的轴线所在的竖向平面与活塞的轴线之间的间距为8mm；其优点在于：将曲轴和活塞销与活塞偏心设置，结构紧凑，适用于小型内燃机结构，并能提高高速往复运动的驱动力；同时曲轴使用球墨铸铁材质，易于加工，使用大质量平衡块，使得发动机在运转过程中更加平稳；连杆使用铝合金材质，减小了曲柄连杆机构的总质量，使得发动机机械损耗更低；活塞组件采用铝合金材质，活塞中心线与销孔中心线具有偏心设计，并偏向主推力面一侧，其优点是减小活塞换向时的冲击，是使发动机运转自如。

Description

同步双缸直列式发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种同步双缸直列式发动机。

背景技术

当今世界，能源问题不仅是世界性的大课题，也是切实关系到我们老百姓生活的重要因素。油价上涨带动了新能源汽车的发展，目前混合动力技术已经越来越贴近我们的生活了。混合动力汽车有电动马达作为发动机的辅助，所以对发动机的排量以及额定功率及扭矩的要求就会降低。因此，双缸四冲程汽油发动机以排量小，体积小，能耗低的优势，特别适合混合动力汽车用。

所谓活塞同步工作模式是特指在双缸四冲程发动机中两个活塞同上同下的工作模式。相当于1-3-4-2点火顺序的四缸发动机中的1缸和4缸的工作模式。这种工作模式的优点是发动机任意两次做功间隔对应的曲轴转角均为360度，发动机工作状态更为平稳，双缸发动机在传统汽车中并没有得到广泛应用，但因为近年来新能源汽车的异军突起，双缸发动机以其体积小和排量小等优势获得新能源汽车领域的青睐，因此研究开发一种适用于混合动力汽车的发动机是目前汽车行业需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种同步双缸直列式发动机，将曲轴和活塞销与活塞偏心设置，结构紧凑，适用于小型内燃机结构，并能提高高速往复运动的驱动力。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种同步双缸直列式发动机，包括机体、曲柄连杆机构、配气机构、润滑系统、冷却系统、供给系统、点火系统、起动系统、电控燃油喷射系统，所述曲柄连杆机构包括曲轴、两根连杆和两套活塞，所述两根连杆下端均与曲轴铰接，所述两根连杆上端分别与两套活塞内侧的活塞销铰接，所述每根连杆上端和下端均设有分别和曲轴以及活塞销配合的轴瓦，所述每套连杆中部均设有通孔，所述通孔的长度方向与连杆长度方向相同，所述两套活塞中心距为70-80mm，所述曲轴的轴颈所在的竖向平面与两套活塞的轴线之间的间距为7-9mm，所述曲轴采用球墨铸铁材质，所述活塞和连杆均采用铝合金材质，所述活塞销水平穿设，活塞销的轴线所在的竖向平面与活塞的轴线之间的间距为8mm，所述活塞销的轴线与曲轴的旋转轴线位于同一竖向平面内，所述曲轴上的两处连杆颈设于曲轴旋转轴线同一侧、且两处连杆颈轴线同轴。

所述配气机构包括两套进气机构和两套排气机构，所述曲轴为双拐曲轴，曲轴的两根曲柄销同轴设置，所述配气机构包括进气凸轮机构、排气凸轮机构以及用于驱动进气凸轮机构和排气凸轮机构的正时机构，所述进气凸轮机构包括进气凸轮轴和安装在进气凸轮轴上的凸轮组，所述排气凸轮机构包括排气凸轮轴和安装在排气凸轮轴上的凸轮组，所述两套气缸对应进气机构顶端与进气凸轮轴上的凸轮组滑动接触，所述两套气缸对应排气机构顶端与排气凸轮轴上的凸轮组滑动接触，所述进气凸轮轴上的凸轮组包括四套凸轮，所述四套凸轮分为两组，两组凸轮相对于进气凸轮轴的轴线呈180度夹角，所述排气凸轮轴上的凸轮组包括四套凸轮，所述四套凸轮分为两组，两组凸轮相对于排气凸轮轴的轴线呈180度夹角，所述正时机构包括曲轴上设置的曲轴正时链轮、进气凸轮轴端部设置的进气正时链轮和排气凸轮轴端部设置的排气正时链轮，所述曲轴正时链轮、进气正时链轮和排气正时链轮借助于正时链连接，所述进气正时链轮与排气正时链轮直径相同，所述进气正时链轮的直径是曲轴正时链轮直径的两倍。

所述每套气缸对应的两套进气机构和两套排气机构均设于气缸顶端，且两套进气机构和两套排气机构分设于气缸顶端两侧，所述进气机构和排气机构结构相同，均包括气门挺杆、气门弹簧和气门弹簧座，所述气门弹簧座与机体固定连接，所述气门弹簧下端与气门弹簧座连接，所述气门挺杆穿过气门弹簧设置、且气门弹簧上端与气门挺杆上端卡接，所述气门挺杆顶端与对应凸轮接触。

所述进气机构对应的气门挺杆的轴线与活塞轴线之间的夹角为16.4度，所述排气机构对应的气门挺杆的轴线与活塞轴线之间的夹角为17.1度。

所述点火系统为独立点火系统，每套气缸配套安装独立的点火线圈。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：将曲轴和活塞销与活塞偏心设置，结构紧凑，适用于小型内燃机结构，并能提高高速往复运动的驱动力；同时曲轴使用球墨铸铁材质，易于加工，使用大质量平衡块，使得发动机在运转过程中更加平稳；连杆使用铝合金材质，减小了曲柄连杆机构的总质量，使得发动机机械损耗更低；活塞组件采用铝合金材质，活塞中心线与销孔中心线具有偏心设计，并偏向主推力面一侧，其优点是减小活塞换向时的冲击，使发动机运转自如。

附图说明

图1是本发明结构示意图一；

图2是本发明结构示意图二；

图3是本发明结构示意图三；

图4是本发明结构示意图四；

图5是本发明配气机构结构示意图；

图6是本发明外特性图；

在附图中：1气缸体、2气缸盖、3油底壳、4节气门体、5进气歧管、6机油滤清器、7气缸盖罩、8排气歧管、9发电机、10空调压缩机、11正时链罩、12水泵组件、13驱动皮带、14点火线圈、15曲轴、16连杆、17活塞、18曲轴正时链轮、19正时链、20进气凸轮轴、21排气凸轮轴、22进气正时链轮、23排气正时链轮、24气门挺杆、25气门弹簧、26气门弹簧座、27进气门、28排气门。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明涉及一种同步双缸直列式发动机(参见附图1-4)，其为一种立式直列双缸四冲程发动机，本发明是在现有双缸发动机上进行的改进，其具体包括机体1、曲柄连杆机构(参见附图5)、配气机构、润滑系统、冷却系统、供给系统、点火系统、起动系统、电控燃油喷射系统，本发明中的冷却系统中使用的水泵为离心式水泵，布置在在发动机前端，安装在正时链罩上，由曲轴皮带轮驱动，其中皮带为多楔带结构，传动效率高，不易打滑；润滑系统主要发明内容在机油泵为转子式机油泵，依靠曲轴前端驱动工作，传动效率高，工作可靠；油底壳内设有机油粗滤器，发动机外部设有机油滤清器，采用整体旋装式结构，整体旋装式对于发动机后期保养时的机油滤清器的更换非常便利；点火系统主要发明内容在采用独立点火系统，每缸设置一个点火线圈，独立点火系统，点火能量高，且能量损耗小；发电机采用14V 60A交流发电机，由驱动皮带驱动；火花塞采用K6RTM2类型的，点火性能好，明显提高发动机的点火性能，供给系统主要发明内容在于节气门体、进气歧管、排气歧管和进气歧管采用PA6-GF材质，减轻发动机整机质量，本发明的关键改进在于曲柄连杆机构包括曲轴、两根连杆16和两套活塞17，两根连杆16下端均与曲轴铰接，两根连杆16上端分别与两套活塞17内侧的活塞17销铰接，每根连杆16上端和下端均设有分别和曲轴以及活塞17销配合的轴瓦，每套连杆16中部均设有通孔，通孔的长度方向与连杆16长度方向相同，两套活塞17中心距为70-80mm，曲轴的轴颈所在的竖向平面与两套活塞17的轴线之间的间距为7-9mm，曲轴采用球墨铸铁材质，活塞17和连杆16均采用铝合金材质，活塞17销水平穿设，活塞17销的轴线所在的竖向平面与活塞17的轴线之间的间距为8mm，活塞17销的轴线与曲轴的旋转轴线位于同一竖向平面内。

曲轴上的两处连杆颈设于曲轴旋转轴线同一侧、且两处连杆颈的轴线同轴设置，理论上的双缸发动机，1缸—2缸的点火时刻对应的曲轴转角有0度—180度和0度—360度两种，本发明为了满足曲轴720度旋转的过程中(发动机一个工作循环)，两套气缸能够均匀点火和做功，选用0度—360度这种点火模式，那么与此点火时刻相对应的曲轴设计就要求两个曲柄销同轴设置，与此相对应的活塞的运动形式就是同上同下的设计，这种形式的设计不可以简单理解为两个单缸发动机并列组合在一起，因为两个气缸的点火时刻相差360度的曲轴转角，而并非同时点火，同时做功，这种设计的优点是，发动机一个工作循环，点火时刻均匀分布，做功间隔时间也是相同的，不存在做功间隔时间长能量损失大，具有头做功间隔时间短，能量损失小的特性。同样，在进气歧管里进气压力的波动也是均衡的，那么对于采集进气压力传感器信号的的电控燃油喷射闭环控制系统来说，燃油喷射量的控制会更加精确，理论上发动机工作的平稳程度堪比四缸发动机，燃油经济性以及排放控制方面也具有很大的优势。

配气机构包括两套进气机构和两套排气机构，曲轴为双拐曲轴，曲轴的两根曲柄销同轴设置，配气机构包括进气凸轮机构、排气凸轮机构以及用于驱动进气凸轮机构和排气凸轮机构的正时机构，进气凸轮机构包括进气凸轮轴20和安装在进气凸轮轴20上的凸轮组，排气凸轮机构包括排气凸轮轴21和安装在排气凸轮轴21上的凸轮组，两套气缸对应进气机构顶端与进气凸轮轴20上的凸轮组滑动接触，两套气缸对应排气机构顶端与排气凸轮轴21上的凸轮组滑动接触，进气凸轮轴20上的凸轮组包括四套凸轮，四套凸轮分为两组，两组凸轮相对于进气凸轮轴20的轴线呈180度夹角，排气凸轮轴21上的凸轮组包括四套凸轮，四套凸轮分为两组，两组凸轮相对于排气凸轮轴21的轴线呈180度夹角，正时机构包括曲轴上设置的曲轴正时链轮18、进气凸轮轴20端部设置的进气正时链轮22和排气凸轮轴21端部设置的排气正时链轮23，曲轴正时链轮18、进气正时链轮22和排气正时链轮23借助于正时链19连接，进气正时链轮22与排气正时链轮23直径相同，进气正时链轮22的直径是曲轴正时链轮18直径的两倍，在具体应用过程中，曲轴15前端装配有曲轴正时链轮18，依靠半圆键传动运动；当曲轴15旋转时，会带动曲轴正时链轮18旋转，曲轴正时链轮18依靠正时链条19将运动传递给进气正时链轮22、排气正时链轮23；曲轴正时链轮18、正时链条19、进气正时链轮22、排气正时链轮23之间有相对确定的运动关系，即曲轴正时链轮18转动两圈、进气正时链轮22、排气正时链轮23各转动一圈，进气正时链轮22、排气正时链轮23将运动分别传递给进气凸轮轴20和排气凸轮轴21，凸轮轴上的凸轮在旋转过程中推动气门挺杆24压缩气门弹簧25，最终推动进气门27和排气门28运动，由此进气门27和排气门28就会配合活塞的运动有规律的进行开启和闭合，实现配气。

每套气缸对应的两套进气机构和两套排气机构均设于气缸顶端，且两套进气机构和两套排气机构分设于气缸顶端两侧，进气机构和排气机构结构相同，均包括气门挺杆24、气门弹簧25和气门弹簧座26，气门弹簧座26与机体1固定连接，气门弹簧25下端与气门弹簧座26连接，气门挺杆24穿过气门弹簧25设置、且气门弹簧25上端与气门挺杆24上端卡接，气门挺杆24顶端与对应凸轮接触。

进气机构对应的气门挺杆24的轴线与活塞17轴线之间的夹角为16.4度，排气机构对应的气门挺杆24的轴线与活塞17轴线之间的夹角为17.1度，。

本发明中使用的,点火系统为独立点火系统，每套气缸配套安装套独立的点火线圈14，点火能量高，且能量损耗较低。

总之，本发明采用双顶置凸轮轴机构，缩短了凸轮轴与气门之间的距离，气门传动机构较少，结构简单，将发动机的结构变得更加紧凑。更重要的是，这种安装可以减少整个系统往复运动的质量，提高了传动效率，每套气缸采用两个进气门和两个排气门的四气门布置形式，能够在发动机工作过程中，吸进更多的空气来混合燃油燃烧做功，节省燃油，更快地排出废气，排放污染少，能够提高发动机功率和降低噪声，符合优化环境和节省能源的发展方向。气门布置在气缸燃烧室中心两侧倾斜的位置上，尽量扩大气门头的直径，加大气流通过面积，改善换气性能，形成一个火花塞位于中央的紧凑型燃烧室，有利于混合器迅速燃烧。凸轮轴采用正时链条驱动，使用寿命长，故障率低。

采用电子控制燃油喷射系统，控制发动机的喷油量，使得发动机达到最大的效率以及最新的燃油消耗率，经台架试验测试发动机的外特性曲线如图6所示，从图中可以看出，发动机在5000rpm时以及达到kw，转速进一步提高，功率还可以进一步提升，升功率可以达到50kw。由此可见，该双缸发动机在国内双缸发动机领域属于领先水平。从图中可以看出，得益于发动机活塞84mm的长行程，发动机在3500rpm—3800rpm发出最大扭矩，这一转速区间在混合动力汽车发动机中是常用区间，故以该发动机搭载混合动力汽车是极为合适的。

总之，本发明通过将曲轴和活塞销与活塞偏心设置，结构紧凑，适用于小型内燃机结构，并能提高高速往复运动的驱动力；同时曲轴使用球墨铸铁材质，易于加工，使用大质量平衡块，使得发动机在运转过程中更加平稳；连杆使用铝合金材质，减小了曲柄连杆机构的总质量，使得发动机机械损耗更低；活塞组件采用铝合金材质，活塞中心线与销孔中心线具有偏心设计，并偏向主推力面一侧，其优点是减小活塞换向时的冲击，是使发动机运转自如。

Claims (5)

1.一种同步双缸直列式发动机，包括机体(1)、曲柄连杆机构、配气机构、润滑系统、冷却系统、供给系统、点火系统、起动系统、电控燃油喷射系统，其特征在于：所述曲柄连杆机构包括曲轴、两根连杆(16)和两套活塞(17)，所述两根连杆(16)下端均与曲轴铰接，所述两根连杆(16)上端分别与两套活塞(17)内侧的活塞(17)销铰接，每根连杆(16)上端和下端均设有分别和曲轴以及活塞(17)销配合的轴瓦，每套连杆(16)中部均设有通孔，所述通孔的长度方向与连杆(16)长度方向相同，所述两套活塞(17)中心距为70-80mm，所述曲轴的轴颈所在的竖向平面与两套活塞(17)的轴线之间的间距为7-9mm，所述曲轴采用球墨铸铁材质，所述活塞(17)和连杆(16)均采用铝合金材质，所述活塞(17)销水平穿设，活塞(17)销的轴线所在的竖向平面与活塞(17)的轴线之间的间距为8mm，所述活塞(17)销的轴线与曲轴的旋转轴线位于同一竖向平面内；所述曲轴上的两处连杆颈设于曲轴旋转轴线同一侧、且两处连杆颈的轴线同轴。

2.根据权利要求1所述的同步双缸直列式发动机，其特征在于：所述配气机构包括两套进气机构和两套排气机构，所述曲轴为双拐曲轴，曲轴的两根曲柄销同轴设置，所述配气机构包括进气凸轮机构、排气凸轮机构以及用于驱动进气凸轮机构和排气凸轮机构的正时机构，所述进气凸轮机构包括进气凸轮轴(20)和安装在进气凸轮轴(20)上的凸轮组，所述排气凸轮机构包括排气凸轮轴(21)和安装在排气凸轮轴(21)上的凸轮组，两套气缸对应进气机构顶端与进气凸轮轴(20)上的凸轮组滑动接触，两套气缸对应排气机构顶端与排气凸轮轴(21)上的凸轮组滑动接触，所述进气凸轮轴(20)上的凸轮组包括四套凸轮，所述四套凸轮分为两组，两组凸轮相对于进气凸轮轴(20)的轴线呈180度夹角，所述排气凸轮轴(21)上的凸轮组包括四套凸轮，所述四套凸轮分为两组，两组凸轮相对于排气凸轮轴(21)的轴线呈180度夹角，所述正时机构包括曲轴上设置的曲轴正时链轮(18)、进气凸轮轴(20)端部设置的进气正时链轮(22)和排气凸轮轴(21)端部设置的排气正时链轮(23)，所述曲轴正时链轮(18)、进气正时链轮(22)和排气正时链轮(23)借助于正时链(19)连接，所述进气正时链轮(22)与排气正时链轮(23)直径相同，所述进气正时链轮(22)的直径是曲轴正时链轮(18)直径的两倍。

3.根据权利要求2所述的同步双缸直列式发动机，其特征在于：每套气缸对应的两套进气机构和两套排气机构均设于气缸顶端，且两套进气机构和两套排气机构分设于气缸顶端两侧，所述进气机构和排气机构结构相同，均包括气门挺杆(24)、气门弹簧(25)和气门弹簧座(26)，所述气门弹簧座(26)与机体(1)固定连接，所述气门弹簧(25)下端与气门弹簧座(26)连接，所述气门挺杆(24)穿过气门弹簧(25)设置、且气门弹簧(25)上端与气门挺杆(24)上端卡接，所述气门挺杆(24)顶端与对应凸轮接触。

4.根据权利要求3所述的同步双缸直列式发动机，其特征在于：所述进气机构对应的气门挺杆(24)的轴线与活塞(17)轴线之间的夹角为16.4度，所述排气机构对应的气门挺杆(24)的轴线与活塞(17)轴线之间的夹角为17.1度。

5.根据权利要求4所述的同步双缸直列式发动机，其特征在于：所述点火系统为独立点火系统，每套气缸配套安装独立的点火线圈(14)。