CN106812603A - 一种水平对置式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平对置式发动机，包括水平对置的四个气缸及设于气缸内的活塞，以及连杆组件和齿轮传动机构，连杆组件包括连杆一和连杆二，连杆一的两端分别连接活塞一和活塞二，连杆二的两端分别连接活塞三和活塞四；齿轮传动机构包括棘轮一、棘轮二、齿轮一、齿轮二和传动齿轮，棘轮一与齿轮一同轴设置，棘轮二与齿轮二同轴设置，且棘轮一与棘轮二的方向相同，传动齿轮设于齿轮一和齿轮二之间，并分别与齿轮一和齿轮二啮合；连杆一和连杆二上分别设有齿条，且连杆上的齿条与棘轮分别啮合；传动齿轮连接动力输出轴。本发明所应用的连杆机构与传统曲柄连杆结构相比，简化了气缸的设计要求，一定程度上抵消了高压气体对活塞的冲击力。

Description

一种水平对置式发动机

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种新型水平对置式发动机。

背景技术

水平对置发动机最早由著名车企斯巴鲁集团研发制成，目前水平对置发动机主要应用于斯巴鲁和保时捷两大集团的部分车型。水平对置发动机(SUBARU BOXER) 自1966 年问世以来，集低重心、顺畅的线性加速度、精确的发动机响应和低转速区域充沛的扭矩输出于一身，通过不断加以改善和提升，成就了斯巴鲁出色的操控表现并传递出特有的运动体验。

水平对置发动机，发动机活塞平均分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动，能够使发动机的整体高度降低、长度缩短、整车的重心降低，车辆行驶更加平稳。同时，发动机安装在整车的中心线上，两侧活塞产生的力矩相互抵消，大大降低车辆在行驶中的振动，使发动机转速得到很大提升，减少噪音。

水平对置发动机最大的优点是重心低。由于它的气缸为“平放”，不仅降低了汽车的重心，还能让车头设计得又扁又低，这些因素都能增强汽车的行驶稳定性。同时，水平对置的气缸布局是一种对称稳定结构，这使得发动机的运转平顺性比V型发动机更好，运行时的功率损耗也是最小。当然更低的重心和均衡的分配也为车辆带了更好的操控性。

虽然水平对置发动机具有它发动机所不具有的突出优点，但也同样存在着一些突出的缺陷。除了因为水平对置结构较为复杂外，还有如机油润滑等问题很难解决。横置的气缸因为重力的原因，会使机油流到底部，使一边气缸得不到充分的润滑。高精度的制造带来更高的养护成本，并且由于机体较宽，因而并不利于布局。同时，由于活塞水平放置和其自身重力的作用，其水平往返运行中的顶部和底部与缸套的摩擦程度就不一样，这会使得缸套的上下两个内面出现不同的磨损，底部会磨损的要多一些。此外，水平对置能够抵消横向的振动，只是一种理想状况，如果由于积碳等原因导致气门不能完全闭合，也会造成缸压不等，这就会造成横向力不等，这种情况下同样会造成左右抖动。

发明内容

针对上述的传统水平对置发动机的缺陷，本发明提供了一种新型的齿轮连杆传动的水平对置发动机，在保证输出动力的同时，降低了气缸的设计要求，简化了发动机的设计，降低了发动机的制作成本。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种水平对置式发动机，包括水平对置的四个气缸及设于气缸内的活塞一、活塞二、活塞三和活塞四，还包括连杆组件和齿轮传动机构，所述连杆组件包括连杆一和连杆二，所述连杆一的两端分别连接活塞一和活塞二，所述连杆二的两端分别连接活塞三和活塞四；所述齿轮传动机构包括棘轮一、棘轮二、齿轮一、齿轮二和传动齿轮，所述棘轮一与齿轮一同轴设置，所述棘轮二与齿轮二同轴设置，且棘轮一与棘轮二的方向相同，所述传动齿轮设于齿轮一和齿轮二之间，并分别与齿轮一和齿轮二啮合；所述连杆一和连杆二上分别设有齿条，且连杆一上的齿条与棘轮一啮合，连杆二上的齿条与棘轮二啮合；所述传动齿轮连接动力输出轴。

进一步的，所述连杆一和连杆二之间设有连杆衔接梁。

上述的水平对置式发动机的工作方法如下：

当发动机工作时，每个活塞于对应的气缸内依次完成进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、排气过程；发动机的每个循环包括如下四个阶段：

第一阶段，活塞一对应的气缸进气，活塞二对应的气缸排气，活塞三对应的气缸点火燃烧，活塞四对应的气缸压缩混合气；

第二阶段，活塞一对应的气缸压缩混合气，活塞二对应的气缸进气，活塞三对应的气缸排气，活塞四对应的气缸点火燃烧；

第三阶段，活塞一对应的气缸点火燃烧，活塞二对应的气缸压缩混合气，活塞三对应的气缸进气，活塞四对应的气缸排气；

第四阶段，活塞一对应的气缸排气，活塞二对应的气缸点火燃烧，活塞三对应的气缸压缩混合气，活塞四对应的气缸进气；

活塞带动连杆一和连杆二往复直线运动，棘轮一和棘轮二将连杆的直线运动转化为齿轮的转动，齿轮一和齿轮二带动传动齿轮，传动齿轮通过动力输出轴输出动力。

本发明的有益效果在于：该新型水平对置式发动机在秉承传统水平对置发动机优秀性能的基础上，通过改进传动方式，采用齿轮、连杆齿条取代曲柄连杆机构，简化了气缸的设计要求，一定程度上抵消了高压气体对活塞的冲击力。另外，该发动机的制作相对简单，成本也较低。

附图说明

图1为本发明的水平对置式发动机较佳实施例的结构示意图。

图2是图1中实施例的俯视图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例

一种水平对置式发动机，包括缸盖、进气道、排气道、喷油器、缸体、缸套及活塞等。如图1和图2所示，为了简单起见，图中只画出了缸体、活塞和传动及动力输出部分，其余部分省略未画出。

如图所示，一种水平对置式发动机，其缸体10具有水平对置的四个气缸，四个气缸内分别设置有活塞一11、活塞二12、活塞三13和活塞四14。还包括连杆组件和齿轮传动机构，其中，连杆组件包括连杆一21和连杆二22，连杆一21的两端分别通过活塞销与活塞一11和活塞二12连接，连杆二22的两端分别通过活塞销与活塞三13和活塞四14连接。为了进一步提高连杆的同步性，连杆一21和连杆二22之间通过连杆衔接梁23连接。

齿轮传动机构包括同轴设置的棘轮一31和齿轮一33，同轴设置的棘轮二32和齿轮二34，以及传动齿轮35。齿轮一33和齿轮二34固定于轴上，棘轮一31与棘轮二32的作用方向相同，当棘轮一31和棘轮二32作用于轴旋转时，分别带动齿轮一33和齿轮二34旋转。传动齿轮35设置在齿轮一33和齿轮二34之间，分别与齿轮一33和齿轮二34啮合，其中心与动力输出轴36固定连接。

为了将活塞的直线运动转化为齿轮的转动，连杆一21和连杆二22上分别设有齿条，且连杆一21上的齿条与棘轮一31啮合，连杆二22上的齿条与棘轮二32啮合。当连杆作直线往复运动时，带动棘轮旋转；当棘轮的旋转方向与其作用方向相同时，棘轮通过轴带动齿轮旋转，进而带动传动齿轮旋转，通过动力输出轴36对外做功；当棘轮的旋转方向与其作用方向相反时，棘轮自身进行空转，不影响轴的转动。

本发明实施例所提供的运行冲程与传统四冲程的发动机的运行过程相同，具体的，发动机的每个循环包括如下四个阶段：

第一阶段，活塞一对应的气缸进气，活塞二对应的气缸排气，活塞三对应的气缸点火燃烧，活塞四对应的气缸压缩混合气；

第二阶段，活塞一对应的气缸压缩混合气，活塞二对应的气缸进气，活塞三对应的气缸排气，活塞四对应的气缸点火燃烧；

第三阶段，活塞一对应的气缸点火燃烧，活塞二对应的气缸压缩混合气，活塞三对应的气缸进气，活塞四对应的气缸排气；

第四阶段，活塞一对应的气缸排气，活塞二对应的气缸点火燃烧，活塞三对应的气缸压缩混合气，活塞四对应的气缸进气。

当连杆运动到一端的最大限度，气缸内的油气混合物被点燃，燃气膨胀做功，推动活塞使得连杆向另一端方向运动；连杆齿条的平移运动带动棘轮转动最终转变为齿轮的转动，随之做功冲程完成，此刻对侧气缸开始点火，推动连杆朝另一端运动，同时本侧气缸排气门打开，进入排气冲程，然后进行第二次吸气、压缩、做功及排气冲程，如此循环往复。

本实施例中的新型水平对置发动机的特点在于单侧气缸的做功冲程促进了临侧气缸的进气以及对侧气缸的排气与压缩过程，同时整个过程形式简单，简化了发动机的设计。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种水平对置式发动机，包括水平对置的四个气缸及设于气缸内的活塞一（11）、活塞二（12）、活塞三（13）和活塞四（14），其特征在于：还包括连杆组件和齿轮传动机构，所述连杆组件包括连杆一（21）和连杆二（22），所述连杆一（21）的两端分别连接活塞一（11）和活塞二（12），所述连杆二（22）的两端分别连接活塞三（13）和活塞四（14）；所述齿轮传动机构包括棘轮一（31）、棘轮二（32）、齿轮一（33）、齿轮二（34）和传动齿轮（35），所述棘轮一（31）与齿轮一（33）同轴设置，所述棘轮二（32）与齿轮二（34）同轴设置，且棘轮一（31）与棘轮二（32）的方向相同；所述传动齿轮（35）设于齿轮一（33）和齿轮二（34）之间，并分别与齿轮一（33）和齿轮二（34）啮合；所述连杆一（21）和连杆二（22）上分别设有齿条，且连杆一（21）上的齿条与棘轮一（31）啮合，连杆二（22）上的齿条与棘轮二（32）啮合；所述传动齿轮（35）连接动力输出轴（36）。

2.如权利要求1所述的水平对置式发动机，其特征在于：所述连杆一（21）和连杆二（22）之间设有连杆衔接梁（23）。

3.如权利要求1或2所述的水平对置式发动机的工作方法，其特征在于：

当发动机工作时，每个活塞于对应的气缸内依次完成进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、排气过程；发动机的每个循环包括如下四个阶段：

第一阶段，活塞一对应的气缸进气，活塞二对应的气缸排气，活塞三对应的气缸点火燃烧，活塞四对应的气缸压缩混合气；

第二阶段，活塞一对应的气缸压缩混合气，活塞二对应的气缸进气，活塞三对应的气缸排气，活塞四对应的气缸点火燃烧；

第三阶段，活塞一对应的气缸点火燃烧，活塞二对应的气缸压缩混合气，活塞三对应的气缸进气，活塞四对应的气缸排气；

第四阶段，活塞一对应的气缸排气，活塞二对应的气缸点火燃烧，活塞三对应的气缸压缩混合气，活塞四对应的气缸进气；

活塞带动连杆一和连杆二往复直线运动，棘轮一和棘轮二将连杆的直线运动转化为齿轮的转动，齿轮一和齿轮二带动传动齿轮，传动齿轮通过动力输出轴输出动力。