CN107676176B - 一种滑阀气门式对置活塞汽油机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滑阀气门式对置活塞汽油机，包括气缸套、对置曲柄连杆机构和滑阀气门式配气机构，气缸套中部设计有进气口和排气口，通过滑阀式配气机构控制进气口和排气口的开启和关闭。对置曲柄连杆机构采用齿轮传动或齿形带传动，实现两侧曲轴的动力汇流和进气侧活塞和排气侧活塞的同步运动。本发明采用四冲程工作模式，进排气口的开启和关闭分别通过进排气侧滑阀机构进行控制，对置活塞采用相同的平顶结构设计，所述的火花塞和喷油器安装孔设计在气缸套中部的缸套侧壁位置，二者呈30°夹角。本发明的优点：1)可实现对置活塞汽油机的四冲程工作模式；2)通过优化滑阀的运动规律，提高充气效率；3)实现油耗率和排放的同时降低。

Description

一种滑阀气门式对置活塞汽油机
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，具体涉及一种滑阀气门式对置活塞汽油机，采用对置活塞四冲程工作模式和缸内直喷的燃油喷射方式。
背景技术
内燃机问世至今已经历了100多年的发展历程，现代内燃机无论在结构还是性能方面都已今非昔比，但仍在不断发展和完善。当前内燃机工业的发展主要是以节能为中心，充分兼顾排放和可靠性要求，从而实现内燃机性能的全面提高。内燃机燃烧消耗的石油燃料占石油消耗总量的60％以上，而因燃烧矿物燃料所产生的CO、HC和NOx的排放量几乎50％来自于内燃机。因此，在满足动力性能要求的前提下，降低内燃机的燃油消耗和减少对环境的有害排放，已经作为目前内燃机行业主要面临的问题。世界各国在节能环保动力的研究过程中，一方面在致力于传统内燃机的改进，另一方面也在不断探索新原理、新技术的动力形式以满足严格的排放法规和性能要求。在此背景下，对置活塞发动机以其结构紧凑、功率密度高和平衡性好等优势重新被重视起来。
对置活塞发动机取消了气缸盖结构，燃烧室由对置活塞顶面组成，火花塞和喷油器均采用在气缸套侧壁布置的形式，大多采用二冲程工作模式和“气口-气口”式直流扫气方式。对于对置活塞二冲程汽油机而言，当采用缸外预制混合气的燃油供给方式时，往往会在扫气过程造成燃油短路；当采用缸内直接喷射的燃油供给方式时，往往会由于混合气形成时间较短，影响油气混合的均匀性。滑阀气门式对置活塞汽油机采用四冲程工作模式，进气口和排气口的开启和关闭不再依靠对置活塞的运动进行控制，而是设计有专门的滑阀机构来控制其开启和关闭状态。因此，滑阀气门式对置活塞汽油机既具有对置活塞发动机的结构优点，又可有效避免二冲程工作模式的不足。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种滑阀气门式对置活塞汽油机，可实现对置活塞汽油机的四冲程工作模式，有效避免二冲程工作模式的燃油短路和换气不充分等问题；同时可通过优化滑阀的运动规律，提高充气效率，兼顾对置活塞发动机的结构优势和四冲程工作模式的组织优势。
本发明的技术方案是：一种滑阀气门式对置活塞汽油机，包括气缸套、进气侧滑阀气门式配气机构、排气侧滑阀气门式配气机构以及对置曲柄连杆机构，所述气缸套的侧壁中部设置火花塞安装孔和喷油器安装孔，火花塞安装于火花塞安装孔中，喷油器安装于喷油器安装孔中；所述火花塞安装孔和喷油器安装孔位于气缸套的同一个横截面上，所述气缸套的侧壁中部还设置有位于左侧的进气口以及位于右侧的排气口；所述进气侧滑阀气门式配气机构设于气缸套的左端，进气侧滑阀气门式配气机构包括套设于所述气缸套左端的进气侧滑阀，进气侧滑阀与进气侧拨叉下端相铰接，进气侧拨叉的上端设有轴线与气缸套纵向方向相垂直的拨叉滚轮，该拨叉滚轮与进气侧凸轮轴之间凸轮传动连接，所述进气侧拨叉的中部铰接于发动机机体上；所述排气侧滑阀气门式配气机构设于气缸套的右端，排气侧滑阀气门式配气机构包括套设于所述气缸套右端的排气侧滑阀，排气侧滑阀与排气侧拨叉下端相铰接，排气侧拨叉的上端也设有轴线与气缸套纵向方向相垂直的拨叉滚轮，该拨叉滚轮与排气侧凸轮轴之间凸轮传动连接，所述排气侧拨叉的中部铰接于发动机机体上；所述气缸套的两端安装有对置曲柄连杆机构，所述对置曲柄连杆机构包括一对分别安装于气缸套两端的曲柄连杆机构；安装于气缸套左端的曲柄连杆机构包括进气侧曲轴、位于气缸套内的进气侧活塞以及连接所述进气侧曲轴和进气侧活塞的进气侧连杆；安装于气缸套右端的曲柄连杆机构包括排气侧曲轴、位于气缸套内的排气侧活塞以及连接所述排气侧曲轴和排气侧活塞的排气侧连杆。
上述火花塞安装孔和喷油器安装孔位于气缸套的同一个横截面上，且火花塞安装孔和喷油器安装孔分别与该横截面的中心连线之间的夹角为30°。
上述进气口包括多个绕气缸套周向分布的子进气口。
上述排气口包括多个绕气缸套周向分布的子排气口。
上述火花塞安装孔和喷油器安装孔均设置为固定于所述气缸套侧壁上的圆筒结构；所述进气侧滑阀的端头以及排气侧滑阀的端头分别开设有吻合所述火花塞安装孔侧壁弧形面的半圆形的火花塞避让口以及吻合所述喷油器安装孔侧壁弧形面的半圆形的喷油器避让口。
本发明的有益效果：本发明提供了一种滑阀气门式对置活塞汽油机，采用四冲程工作模式，气缸套的中部设计有进气口和排气口，进排气口的开启和关闭分别通过进排气侧滑阀进行控制。
本发明的滑阀气门式对置活塞汽油机的结构特点如下：
(1)本发明采用四冲程工作模式，既具有对置活塞发动机的结构优点，又可有效避免二冲程工作模式的不足；
(2)进排气口高度和滑阀运动规律共同决定了滑阀气门式对置活塞汽油机的换气正时和气口开启的角面值；
(3)通过优化燃烧室结构，可以促进混合气形成，稳定和加速燃烧过程，并有效抑制爆震，该型式燃烧室能够实现油耗和排放的同时降低；
(4)火花塞和喷油器安装孔位于气缸套中部的侧壁位置，二者呈30°夹角布置。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的进气侧或排气侧滑阀气门式配气机构的结构示意图；
图3是本发明的滑阀零件结构示意图；
图4是本发明的拨叉零件结构示意图；
图5是本发明的气缸套零件结构示意图；
图6是本发明的对置曲柄连杆机构结构示意图。
其中：1.进气侧曲轴，2.进气侧连杆，3.气缸套，4.进气侧凸轮轴，5.进气侧拨叉，6.进气侧滑阀，7.排气侧滑阀，8.排气侧拨叉，9.排气侧凸轮轴，10.排气侧曲轴，11.排气侧滑阀弹簧，12排气口，13.进气口，14.进气侧滑阀弹簧，15.火花塞避让口，16.喷油器避让口，17.拨叉滚轮，18.滚轮安装轴孔，19.滑阀安装轴孔，20.拨叉旋转轴孔，21.铰接孔，22.火花塞安装孔，23.喷油器安装孔，24.进气侧活塞，25.排气侧活塞，26.排气侧连杆。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
参见图1-图6，本发明提供了一种滑阀气门式对置活塞汽油机，包括气缸套3、进气侧滑阀气门式配气机构、排气侧滑阀气门式配气机构以及对置曲柄连杆机构，其特征在于，所述气缸套3的侧壁中部设置火花塞安装孔22和喷油器安装孔23，火花塞安装于火花塞安装孔22中，喷油器安装于喷油器安装孔23中；所述火花塞安装孔22和喷油器安装孔23位于气缸套3的同一个横截面上，所述气缸套3的侧壁中部还设置有位于左侧的进气口13以及位于右侧的排气口12；所述进气侧滑阀气门式配气机构设于气缸套3的左端，进气侧滑阀气门式配气机构包括套设于所述气缸套3左端的进气侧滑阀6，进气侧滑阀6通过铰接孔21与进气侧拨叉5下端的滑阀安装轴孔19相铰接，进气侧拨叉5的上端设有轴线与气缸套3纵向方向相垂直的拨叉滚轮17，该拨叉滚轮17与进气侧凸轮轴4之间凸轮传动连接，所述进气侧拨叉5的中部铰接于发动机机体上；所述排气侧滑阀气门式配气机构设于气缸套3的右端，排气侧滑阀气门式配气机构包括套设于所述气缸套3右端的排气侧滑阀7，排气侧滑阀7通过铰接孔21与排气侧拨叉8下端的滑阀安装轴孔19相铰接，排气侧滑阀7与排气侧拨叉8下端相铰接，排气侧拨叉8的上端也设有轴线与气缸套3纵向方向相垂直的拨叉滚轮17，该拨叉滚轮17与排气侧凸轮轴9之间凸轮传动连接，所述排气侧拨叉8的中部铰接于发动机机体上；所述气缸套3的两端安装有对置曲柄连杆机构，所述对置曲柄连杆机构包括一对分别安装于气缸套3两端的曲柄连杆机构；安装于气缸套3左端的曲柄连杆机构包括进气侧曲轴1、位于气缸套3内的进气侧活塞24以及连接所述进气侧曲轴1和进气侧活塞24的进气侧连杆2；安装于气缸套3右端的曲柄连杆机构包括排气侧曲轴10、位于气缸套3内的排气侧活塞25以及连接所述排气侧曲轴10和排气侧活塞25的排气侧连杆26。
进一步地，所述火花塞安装孔22和喷油器安装孔23位于气缸套3的同一个横截面上，且火花塞安装孔22和喷油器安装孔23分别与该横截面的中心连线之间的夹角为30°。
进一步地，所述进气口13包括多个绕气缸套3周向分布的子进气口。
进一步地，所述排气口12包括多个绕气缸套3周向分布的子排气口。
进一步地，所述火花塞安装孔22和喷油器安装孔23均设置为固定于所述气缸套3侧壁上的圆筒结构；所述进气侧滑阀6的端头以及排气侧滑阀7的端头分别开设有吻合所述火花塞安装孔22侧壁弧形面的半圆形的火花塞避让口15以及吻合所述喷油器安装孔23侧壁弧形面的半圆形的喷油器避让口16。
综上，本发明的滑阀气门式对置活塞汽油机其总体结构部件包括：
(1)滑阀气门式对置活塞汽油机总体特征
滑阀气门式对置活塞汽油机采用四冲程工作模式，既具有对置活塞发动机的结构优点，又可有效避免二冲程工作模式的不足。
气口高度和滑阀运动规律共同决定了对置活塞汽油机的换气正时和气口开启的角面值。
进气侧曲轴和排气侧曲轴可以通过齿轮传动或齿形带传动，实现两侧曲轴的动力汇流和进气侧活塞和排气侧活塞的同步运动。
滑阀驱动机构主要是通过进排气侧曲轴分别驱动进排气侧凸轮轴。
(2)气缸套
气缸套水平布置且中间设计有火花塞和喷油器安装孔。气缸套中部设计有进气口和排气口。进气口用于向气缸内输送新鲜空气，排气口用于将已燃废气经排气总管排出；同时进气口设计有相对气缸半径方向的径向倾角，可实现缸内涡流运动的组织。进气口和排气口的开启和关闭分别通过进排气侧滑阀机构进行控制。气口高度和滑阀运动规律共同决定了对置活塞汽油机的换气正时和气口开启的角面值。
火花塞和喷油器安装孔，通过布置在同一气缸套内对置活塞的相对运动构成燃烧室结构，由于取消了气缸盖结构，对置活塞汽油机的火花塞和喷油器均布置在气缸套的侧壁。为保证燃油在较短的时间内喷入气缸，并在点火时刻缸内形成均匀混合气，采用多孔喷油器结构进行燃油喷射。喷油器根据发动机循环，定时、定量将高压燃油喷入气缸；火花塞的位置根据缸内混合气的分布进行合理布置。火花塞和喷油器安装孔布置在气缸套中部的侧壁位置，二者呈30°夹角布置。
(3)滑阀气门机构
通过曲轴驱动凸轮轴转动，凸轮轴推动拨叉转动，拨叉连接滑阀，最终由滑阀来控制气口的开闭。
与传统的发动机的气门机构相比较，滑阀气门机构更加的简单，通过凸轮轴的型线设计来控制气口的换气相位。
对置活塞发动机的滑阀驱动机构通过控制凸轮，经过拨叉的传动控制滑阀沿气缸主轴颈的滑动。
控制凸轮的转速、升程来控制滑阀的移动速度以及位移的大小。
以下结合附图对本发明结构做进一步详细介绍：
如图1所示，为本发明的滑阀气门对置活塞汽油机的总体结构。滑阀气门式对置活塞汽油机气缸套3水平布置(见图5)，气缸套的中间布置有进气口13和排气口12。气缸套3两侧安装有对置曲柄连杆机构(见图6)，包括：进气侧曲轴1、进气侧连杆2和排气侧曲轴10、排气侧连杆26。进气口13和排气口12的开启和关闭主要依靠滑阀机构(见图3)，进气侧滑阀气门机构包括：进气侧凸轮轴4、进气侧拨叉5、进气侧滑阀6和进气侧滑阀弹簧14；排气侧滑阀气门机构包括：排气侧凸轮轴9、排气侧拨叉8、排气侧滑阀7和排气侧滑阀弹簧11。
滑阀气门对置活塞汽油机采用四冲程工作模式，进气口13和排气口12的开启和关闭不再依靠对置活塞的运动进行控制，而是设计有专门的滑阀机构来控制其开启和关闭状态。
(1)进气行程：排气终了时，对置活塞位于内止点(距离最近点)，排气侧滑阀7关闭排气口12，进气侧滑阀6打开进气口13，随着对置活塞向外止点(距离最远点)的运动，新鲜空气通进气口13进入气缸，并在进气后期伴随着缸内直接喷射的汽油喷射过程，与进气气流相混合，在缸内行程油气之间的宏观混合。
(2)压缩行程：当进气终了时，对置活塞运动到外止点，此时进气侧滑阀6关闭进气口13，对置活塞开始向到内止点运动，开始压缩，即压缩行程。
(3)做功行程：在压缩行程，对置活塞向内止点运动，缸内混合气进一步混合并在对置活塞到达内止点前开始点火，混合气燃烧。当对置活塞到达内止点后，缸内高温燃气分别通过进气侧连杆2和排气侧连杆26推动进气侧曲轴1和排气侧曲轴10旋转运动对外输出功率，即做功行程。
(4)排气行程：当做功终了时，对置活塞运动到外止点，气缸工作容积最大，此时缸内充满已然废气，而后对置活塞向内止点运动，此时排气侧滑阀7打开排气口12，随着对置活塞向内止点的运动，缸内已然废气经由排气口12排出缸外，即排气冲程。然后，当对置活塞运动到内止点后，排气侧滑阀7关闭排气口12，进气侧滑阀6打开进气口13，开始下一循环的进气过程。
如图2所示，滑阀气门机构的装配结构示意。以排气侧滑阀气门机构为例，对滑阀驱动机构工作原理进行说明。滑阀驱动机构主要是由排气侧滑阀7、排气侧拨叉8、排气侧凸轮轴9、排气侧滑阀弹簧11组成和拨叉滚子17。滑阀驱动机构主要是通过排气侧曲轴10驱动排气侧凸轮轴9，排气侧凸轮轴9的旋转使的与之相接触的拨叉滚轮17旋转，因为拨叉滚轮17是安装在排气侧拨叉8上的滚轮安装轴孔18，所以传递过来的动力带动排气侧拨叉8以拨叉旋转轴孔20为中心进行摆动(见图4)。排气侧拨叉8的下端通过滑阀安装轴孔19与排气侧滑阀7相铰接，从而将动力传动到排气侧滑阀7，使其左右移动，完成排气口12的开启和关闭。因为进气口13与排气口12的高度不同，所以进气侧凸轮轴4和排气侧凸轮轴9的升程也不同，从而进气侧滑阀6和排气侧滑阀7的位移也有所不同，在相同的转速下，二者速度也会不同。由于气缸套3的中心布置有火花塞安装孔22和喷油器安装孔23(见图5)，所以在进气侧滑阀6和排气侧滑阀7上面均设计有火花塞避让口15和喷油器避让口16(见图3)。此外，排气侧滑阀7上面还设计有与滑阀安装轴孔19相配合铰接孔21，二者相互铰接进行驱动工作。
如图3所示，为滑阀的零件结构示意。火花塞避让15和喷油器避让口16孔是防止排气侧滑阀7左右移动的过程与火花塞安装孔22和喷油器安装孔23发生干涉。铰接孔21与滑阀安装轴孔19相铰接配合。
如图4所示，为拨叉的零件结构示意。排气侧拨叉8顶部设计有滚轮安装轴孔18，中部设计有拨叉旋转轴孔20，下部设计有滑阀安装轴孔19。滚轮安装轴孔18内装有拨叉滚轮17，与排气侧凸轮轴9接触；拨叉旋转轴孔20用来固定拨叉8的旋转位置；滑阀安装轴孔19与滑阀7的铰接孔21相铰接配合。
如图5所示，为气缸套的零件结构示意。气缸套3的中心布置有火花塞安装孔22和喷油器安装孔23；气缸套3的中部设计有进气口13和排气口12。由于取消了气缸盖结构，对置活塞汽油机的火花塞安装孔22和喷油器安装孔23布置在气缸套3的侧壁，呈30°分布。为保证燃油在较短的时间内喷入气缸，并在点火时刻缸内形成均匀混合气，喷油器采用多孔喷油器结构进行燃油喷射。喷油器根据发动机循环，定时、定量将高压燃油喷入气缸；火花塞的位置根据缸内混合气的分布进行合理布置。当滑阀滑过气口上沿时气口关闭，反之则气口打开。气口高度和滑阀的运动规律共同决定了对置活塞汽油机的换气正时和气口开启的角面值。
如图6所示，为对置曲柄连杆机构结构示意。对置曲柄连杆机构采用传统发动机的曲柄连杆机构，水平对称安装在气缸套3两端。位于进气口13左侧的曲柄连杆机构称为进气侧曲柄连杆机构，包括：进气侧曲轴1，进气侧连杆2和进气侧活塞24；位于排气口12右侧的曲柄连杆机构称为排气侧曲柄连杆机构，包括：排气侧曲轴10，排气侧连杆26和排气侧活塞25。进气侧曲轴1和排气侧曲轴10可以通过齿轮传动或齿形带传动，实现两侧曲轴的动力汇流和进气侧活塞24和排气侧活塞25的同步运动。
本发明提供了一种滑阀气门式对置活塞汽油机，采用四冲程工作模式，气缸套的中部设计有进气口和排气口，进排气口的开启和关闭分别通过进排气侧滑阀进行控制。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种滑阀气门式对置活塞汽油机，包括气缸套(3)、进气侧滑阀气门式配气机构、排气侧滑阀气门式配气机构以及对置曲柄连杆机构，其特征在于，所述气缸套(3)的侧壁中部设置火花塞安装孔(22)和喷油器安装孔(23)，火花塞安装于火花塞安装孔(22)中，喷油器安装于喷油器安装孔(23)中；所述火花塞安装孔(22)和喷油器安装孔(23)位于气缸套(3)的同一个横截面上，所述气缸套(3)的侧壁中部还设置有位于左侧的进气口(13)以及位于右侧的排气口(12)；所述进气侧滑阀气门式配气机构设于气缸套(3)的左端，进气侧滑阀气门式配气机构包括套设于所述气缸套(3)左端的进气侧滑阀(6)，进气侧滑阀(6)与进气侧拨叉(5)下端相铰接，进气侧拨叉(5)的上端设有轴线与气缸套(3)纵向方向相垂直的拨叉滚轮(17)，该拨叉滚轮(17)与进气侧凸轮轴(4)之间凸轮传动连接，所述进气侧拨叉(5)的中部铰接于发动机机体上，进气侧滑阀(6)还与用于使进气侧滑阀(6)复位的进气侧滑阀弹簧(14)连接；所述排气侧滑阀气门式配气机构设于气缸套(3)的右端，排气侧滑阀气门式配气机构包括套设于所述气缸套(3)右端的排气侧滑阀(7)，排气侧滑阀(7)与排气侧拨叉(8)下端相铰接，排气侧拨叉(8)的上端也设有轴线与气缸套(3)纵向方向相垂直的拨叉滚轮(17)，该拨叉滚轮(17)与排气侧凸轮轴(9)之间凸轮传动连接，所述排气侧拨叉(8)的中部铰接于发动机机体上，排气侧滑阀(7)还与用于使排气侧滑阀(7)复位的排气侧滑阀弹簧(11)连接；所述气缸套(3)的两端安装有对置曲柄连杆机构，所述对置曲柄连杆机构包括一对分别安装于气缸套(3)两端的曲柄连杆机构；安装于气缸套(3)左端的曲柄连杆机构包括进气侧曲轴(1)、位于气缸套(3)内的进气侧活塞(24)以及连接所述进气侧曲轴(1)和进气侧活塞(24)的进气侧连杆(2)；安装于气缸套(3)右端的曲柄连杆机构包括排气侧曲轴(10)、位于气缸套(3)内的排气侧活塞(25)以及连接所述排气侧曲轴(10)和排气侧活塞(25)的排气侧连杆(26)。
2.如权利要求1所述的一种滑阀气门式对置活塞汽油机，其特征在于，所述火花塞安装孔(22)和喷油器安装孔(23)位于气缸套(3)的同一个横截面上，且火花塞安装孔(22)和喷油器安装孔(23)分别与该横截面的中心连线之间的夹角为30°。
3.如权利要求1所述的一种滑阀气门式对置活塞汽油机，其特征在于，所述进气口(13)包括多个绕气缸套(3)周向分布的子进气口。
4.如权利要求1所述的一种滑阀气门式对置活塞汽油机，其特征在于，所述排气口(12)包括多个绕气缸套(3)周向分布的子排气口。
5.如权利要求1所述的一种滑阀气门式对置活塞汽油机，其特征在于，所述火花塞安装孔(22)和喷油器安装孔(23)均设置为固定于所述气缸套(3)侧壁上的圆筒结构；所述进气侧滑阀(6)的端头以及排气侧滑阀(7)的端头分别开设有吻合所述火花塞安装孔(22)侧壁弧形面的半圆形的火花塞避让口(15)以及吻合所述喷油器安装孔(23)侧壁弧形面的半圆形的喷油器避让口(16)。
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