CN104454160A - 双配对置式发动机 - Google Patents

Abstract

一种双配对置式发动机，它是以现有活塞式发动机的工作原理为基础，将两组相同的曲柄连杆机构相对安装在配气总成上，每个气缸内设有两只活塞做功，其具有动力输出范围广、输出功率大、动力性强，耗油量低、起速快、运行平稳等特点，并能适用现有发动机使用的各种燃料，在发动机设计制造方面，可延长活塞行程、减小气缸直径，设计选择空间大，并改善了原发动机为提高性能而在设计上的局限性，降低了能量损失，增加了能量利用率，同时水平放置也降低了发动机的高度，这种结构是活塞式发动机的最佳结构。

Description

双配对置式发动机

技术领域

本发明所涉及的是一种双配对置式发动机，它是以现有活塞式发动机的工作原理为基础，将两组相同的曲柄连杆机构相对安装在配气总成上，每个气缸内设有两只活塞做功，其具有动力输出范围广、输出功率大、动力性强，耗油量低、起速快、运行平稳等特点，并能适用现有发动机使用的各种燃料，在发动机设计制造方面，可延长活塞行程、减小气缸直径，设计选择空间大，并改善了原发动机为提高性能而在设计上的局限性，降低了能量损失，增加了能量利用率，同时水平放置也降低了发动机的高度，这种结构是活塞式发动机的最佳结构。

背景技术

目前，普遍使用的是顶置气门式直立安装的发动机。这种发动机主要是由机体、曲柄连杆机构、配气机构、润滑系、燃料供给系、冷却系、点火系等几部分组成。发动机做功时，每个气缸内的爆发力推动一只活塞，由一根连杆带动一根曲轴旋转产生动力。但是发动机做功时，气缸内受到爆发力作用的有三个部位：第一是活塞，第二三处是气缸壁和气缸盖，这三处只有活塞能将爆发力直接转变成动力，其它二处只能维持作用力不被消耗，而不能把爆发力直接变成动力，再者，发动机高速做功时，气缸内膨胀气体不能被充分转化成动力就被排出，所以，这种结构的发动机不能将爆发力充分的转变成动力。这种结构的发动机不但浪费燃料，而且功率小、起速慢、转速低、运行时单方产生的振动力大，运行不平稳，气缸内爆发力受力部位多，利用率低，未能将更多的爆发力转变成发动机的动力，能量损失高，利用率低，在设计方面，需要不同性能发动机时，调整活塞行程与气缸直径之间配比的选择性差，并且，在汽车上安装的发动机大部分采用直立安装，造成整车的重心高，使汽车的稳定性和制动性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种双配对置式发动机。这种发动机既能增加功率，又能增加扭力，而且，能使气缸内的爆发力更多的转变成动力，增加了能量利用率，降低能量的流失，使其更省油，采用水平安装，降低了整车的重心，提高了汽车的行驶平稳性和制动性，振动力小，并且在设计方面，根据不同性能发动机的需求，改善了活塞的行程与气缸直径之间配比的选择范围，同时可制成单缸或多缸发动机。此发明从本质上改变了结构型式，克服了原发动机的所有缺点，是发动机的最佳结构型式。涉及范围包括交通运输、军事、航海等采用发动机作为动力的行业，具有超强的国际及社会影响力。

本发明是这样实现的。发动机主要由以下部分组成，配气总成、气门组合件、两组相同的曲柄连杆机构，以及其它附属结构等。配气总成是本发动机的核心部分，近似长方体结构，设有多个气门组合座，上下方内部分别设进排气道，火花塞安装在配气总成上，此核心部分既达到了配气需求，又起到了和气缸套的密封作用，也是本发动机的必备组成部分。中间透空作为发动机的燃烧室，上下分别设有两个或多个与燃烧室相通的安装座，用以安装气门组合件。气门组合件是由几个支撑立柱上下分别与空心管件连接，形成一个空心圆柱体，上方封闭并安装气门导管，下方开口安装气门口，中间装有气门，支撑柱的作用是利用上方的压力将下方的外壁与配气总成下端接口压紧密封，并且四周通透，组装好的组合件安装于配气总成上，气门口对准燃烧室位置，立柱透空部位对准进排气道，气门组合件与配气总成上下密闭组合，气道内的空气就可以由气门组合件的外围进入内孔，经气门控制进入燃烧室，或由燃烧室经气门组合件排出。发动机的火花塞设在配气总成上气门的一侧，在配气总成的两相对平面分别相对配装一组相同的曲柄连杆机构，使两活塞相对并使用同一个燃烧室做功，两只相同并相对的活塞用活塞销分别连接两连杆，并对应安装在平行设置的两曲轴上，两根曲轴按对应角度啮合在中间的定位齿轮上，以确定两曲轴能够同时相对运转。发动机的气缸体的两端各有一个曲轴箱，两个曲轴箱内各设有一个机油泵，分别使用两个曲轴箱内的机油润滑，燃料供给采用定量喷射的供油方式，本发动机主要是采用水冷却形式，发动机做功时，气缸内的爆发力直接推动两只活塞，由两连杆带动两根曲轴旋转，然后，由两曲轴相对端的定位齿轮将两曲轴的旋转力连在一起，由输出轴输出，成为发动机的总动力，这样，气缸内的爆发力由原来的一只活塞传出变成两只活塞传出，本设计符合四行程发动机工作原理，能充分将爆发力转换成动力。

多缸双配对置式发动机是：将单缸双配对置式发动机机体并列连接在一起，形成一个多缸平行排列，水平放置的发动机体，机体两侧各装有一个连成整体的曲轴箱，里面各有一根曲轴连接多个气缸，并且两曲轴使用同一组定位齿轮，各个气缸内均对应装有两只相同并相对的活塞和曲柄连杆机构，每个气缸对应的配气总成上方装有进气组合件，下面装有排气组合件，进气和排气组合件各使用一根凸轮轴，用正时齿轮与定位齿轮吻合，多缸双配对置式发动机做功时，发动机的两根曲轴同时相对旋转两周，发动机的各缸按单缸对置式发动机的做功原理，并按原多缸发动机的作功顺序各做功一次，两曲轴将各缸做功发出的动力连在一起，由定位齿轮传给输出轴，成为发动机的总动力。

由于上述方案，相比较而言本发动机有如下特点：

第一：发动机工作时，两只活塞使用同一燃烧室做功，将原气缸盖承受的被动力直接转换成发动机的转动力，这就增加了发动机的动力转换范围，使发动机的动力输出迅速，起速快。

第二：如果两种发动机的排量、压缩比和气缸直径相同时，本发动机的活塞行程总和与原发动机的相同，每只活塞的行程将是原发动机的一半，两活塞同时做功，使每只活塞的运行距离变短，形成大直径小行程，发动机转速自然加快，使本发动机的功率加大，转速提高。

第三：如果两种发动机的排量和压缩比相同，新型发动机的每只活塞行程与原发动机也相同，那么新型发动机的气缸截面积将是原发动机的一半，两只活塞行程的总和将是原发动机的两倍。形成了大行程小缸径。当原发动机加速时，爆发力加大，发动机活塞行至下止点时，气缸内仍有相当大的推动力未被充分转换利用，随着排气门的开启，气缸内的膨胀气体被强行排出，动能瞬间消失，未被利用造成浪费，本发动机具有双倍的活塞行程距离，在原距离的基础上，将流失的能量转换成了发动机的新动力，增加了能量利用率，从本质上增加了发动机的动力，使发动机的动力加大，并且不会降低发动机的极限转速。

第四：在同等负荷的情况下，本发动机的动力范围大，扭力增加，传出迅速快，能量利用率高，同时降低了能量流失，比原发动机更加节省燃料。

第五：本发动机采用分体设计，整体组装，更能体现结构合理，便于安装。

第六：所需功率或马力不同的发动机时，本发动机在活塞行程与气缸直径的配比有更多的选择，解决了设计上想利用大缸径小行程高转速就会降低扭力，而使用大行程小缸径就会降低转速的难题。并且可轻易将两台发动机组合在一起，设计出大排量高压缩比的发动机。因此各种性能都优于原发动机。

第七：本发动机采用两组相同的曲柄连杆机构，对称设置，运转时，同时同步产生的相对或相反的振动力大小相同，作用在同一整体上则相互抵消，使振动力减小，运行平稳，并且，与原发动机排量相同而气缸截面积不小于原发动机一半时，新型发动机每个活塞的运行距离都会小于原发动机，减小了活塞与气缸壁之间的磨损，同时延长发动机的使用寿命。

第八：本发动机水平放置，降低了发动机的高度，使汽车重心降低，行驶平稳。

附图说明

本发动机做功时，气缸内的活塞同样有两个止点。分别是上止点和下止点。

上止点是本发动机的两活塞相对最近处，

下止点是本发动机的两活塞相对最远处，

以下结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1是本发动机的结构示意图。

图2是本发动机的工作原理图。

图3是配气总成示意图。

具体实施方式

图中：

1.曲轴箱  2.齿轮壳  3.输出轴  4.定位齿轮  5.定位齿轮

6.曲轴    7.连杆    8.活塞销  9.火花塞    10.活塞

11.气缸体    12.进气门  13.进气道  14.排气门  15.排气道

16.配气总成  17.气门组合件  18.接口

结合图1、图2、图3：本发动机主要由配气总成(16)和两组气缸体(11)三部分组成，气缸体(11)两端各装有一个曲轴箱(1)，气缸体(11)内的每个气缸里面装有两只相同并相对的活塞(10)和两个相同的连杆(7)，并分别用活塞销(8)连接，曲轴箱(1)内各装有二根相同的曲轴(6)，两曲轴(6)的曲径轴与相对气缸内的连杆(7)分别轴连接，两曲轴(6)相对应的一端的轴头上各装一只相同齿数的定位齿轮(5)，两定位齿轮(5)与中间的定位齿轮(4)相吻合，以确定两曲轴(6)能按同一角度，同时相对运转，中间的定位齿轮(4)的轮轴作为发动机的动力输出轴(3)，输出轴(3)的一端安装在气缸体(11)上，另一端穿过齿轮壳(2)。发动机的配气总成(16)的上侧设有气门组合件(17)、进气门(12)、进气道(13)、下侧设有气门组合件(17)、排气门(14)、排气道(15)，利用上方的压力将下方的气门组合件(17)与配气总成(16)下端接口(18)压紧密封，火花塞(9)设在两活塞(10)的相对处的配气总成(16)上。

两曲轴(6)相对同时运转，由两连杆(7)带动两活塞(10)，压缩两活塞(10)之间的可燃混合气，当两活塞(10)接近上止点时，火花塞(9)发生电火花，被压缩的混合气开始燃烧爆发，推动两活塞(10)迅速向下止点运行，由两连杆(7)推动两曲轴(6)继续旋转，这种旋转力通过定位齿轮(5)，由中间的定位齿轮(4)连在一起，再由输出轴(3)输出，成为发动机的总动力。

参照图2a-b-c-d说明本发动机的工作循环。

第一行程：进气行程，结合图2a-b进气门(12)开启，排气门(14)关闭。两活塞(10)开始由上止点向下止点移动，可燃混合气由进气道(13)被吸入气缸(11)内，当两活塞(10)行至下止点时，进气门(12)关闭，完成进气过程。

第二行程：压缩行程，结合图2b-c两曲轴(6)带动两活塞(10)由下止点向上止点移动，进气门(12)和排气门(14)关闭，气缸(11)内的可燃混合气被压缩，当两活塞(10)同时相对达到上止点时，压缩行程结束。

第三行程：做功行程，结合图2c-d当两只活塞(10)到达上止点时，已被压缩的可燃混合气被火花塞(9)点燃，混合气迅速燃烧、膨胀，产生强烈的爆发力，迅速推动两活塞(10)由上止点向下止点移动，通过两连杆(7)带动两曲轴(6)旋转，完成做功行程。

第四行程：排气行程，结合图2d-a做功行程结束，排气门(14)打开，两只活塞(10)在两曲轴(6)及定位齿轮(4)、(5)继续转动的作用下，由下止点继续向上止点移动，将气缸(11)内的废气通过排气道(15)排出，当两活塞(10)到达上止点时，排气门(14)关闭，进气门(12)开启，开始下一个工作循环。

结合图1、2说明多缸双配对置式发动机。

以两个气缸的发动机为例：

两曲轴(6)同时相对运转，第一气缸的进气门(12)开启，排气门(14)关闭，两活塞(10)开始由上止点向下止点移动，可燃混合气被吸入一缸，同时，第二气缸的两活塞(10)受到爆发力的作用，同样由上止点向下止点移动，完成做功行程，两曲轴(6)受到第二气缸两活塞(10)的推动作用继续旋转，带动第一气缸的两活塞(10)同时由下止点向上止点移动，进气门(12)和排气门(14)关闭，完成压缩行程，此时，第二气缸的排气门(14)开启，两活塞(10)由下止点向上止点移动，完成排气行程。当第一气缸的两活塞(10)压缩到上止点时，火花塞(9)点燃被压缩的可燃混合气做功。并且，在两曲轴的作用下，使第二气缸的两活塞(10)完成吸气行程。第一气缸的两活塞(10)在曲轴(6)继续转动的作用下，由下止点向上止点移动，排气门(14)打开，完成排气行程，则第二气缸的进气门(12)和排气门(14)关闭，同时完成压缩行程。

Claims (4)

1.一种双配对置式发动机，其特征是本发动机主要由配气总成和两组气缸体组成，气缸体两端各装有一个曲轴箱，气缸体内的每个气缸里面装有两只相同并相对的活塞和两组相同的曲柄连杆机构，并分别相应连接，两曲轴箱内各装有一根相同的曲轴，两曲轴的曲径轴与相对气缸内的连杆分别轴连接，两曲轴相对应的一端的轴头上各装一只相同齿数的定位齿轮，两定位齿轮与中间的定位齿轮相吻合，以确定两曲轴能按同一角度，同时相对运转，中间的定位齿轮的轮轴作为发动机的动力输出轴，输出轴的一端安装在气缸体上，另一端穿过齿轮壳，发动机的核心部分设计有配气总成，近似长方体结构，上下方内部分别设进排气道，火花塞安装在配气总成上，中间透空作为发动机的燃烧室，上下分别设有两个或多个与燃烧室相通的安装座，用以安装气门组合件。气门组合件是由几个支撑立柱上下分别与空心管件连接，形成一个空心圆柱体，上方封闭并安装气门导管，下方开口安装气门口，中间装有气门。

2.根据权利要求1所述的双配对置式发动机，其特征是：这种发动机的气缸和配气总成分体设计，整体组装在一起。

3.根据权利要求1所述的双配对置式发动机，其特征是：这种发动机可以制成单缸双配对置式，也可以制成多缸双配对置式。

4.根据权利要求1所述的双配对置式发动机，其特征是：这种发动机的气缸和机体水平放置，两条输出轴平行设置，并联驱动一条输出轴。