CN109404084A - 一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构，属于内燃机技术领域，包括：机体、滑动缸套、活塞、缸套驱动装置、曲轴、第一连杆及离合装置；机体的两端分别设有环形凸起；两个滑动缸套分别安装在机体的两个开口端内部；所述滑动缸套上设有沿其周向分布的通孔；两个滑动缸套的一端同轴相对，另一端均连接有两个缸套驱动装置；两个活塞分别安装在两个滑动缸套内部；每个活塞远离燃烧室的所在端均通过第一连杆与曲轴的曲拐连接；每个曲轴的轴向两端分别通过两个离合装置与位于同一侧的两个缸套驱动装置连接；本发明能够实现滑动缸套与活塞运动解耦，极大地提高了配气相位调节的灵活性。

Description

一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，具体涉及一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构。

背景技术

与常规的四冲程发动机相比，对置活塞二冲程发动机取消了复杂的配气机构以及气缸盖，大幅减小了发动机的重量和体积，可以有效地提高发动机的功率密度，成为实现发动机小型化的重要技术途径之一。此外，取消配气机构可以明显减少摩擦损失，提高发动机的机械效率。取消气缸盖可以减小冷却系统的体积，减少向冷却系统的散热，提高发动机的热效率。对置活塞二冲程发动机具有功率密度高和热效率高的优点，作为应对能源危机和环境污染的技术途径之一受到广泛的关注与研究。由于在对置二冲程发动机中，通过活塞扫略布置在缸套两端的进、排气口完成换气过程，并且换气时间较短，所以对置二冲程发动机的换气性能较差、HC排放比较多。

可变气门正时技术(VVT)可以有效地提高发动机的换气性能，现阶段VVT技术广泛的应用在四冲程发动机上，对置二冲程发动机的可变配气技术应用不普遍。现有的对置二冲程发动机一般通过调整滑动缸套的位置来实现可变配气相位。但是换气过程与活塞运动耦合，气口的开闭依赖于活塞的运动，配气相位的调节无法独立于活塞的运动。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构，能够实现滑动缸套与活塞运动解耦，仅通过调节滑动缸套与机体上的排气腔和进气腔的相对位置来控制排气腔和进气腔的开闭，极大地提高了配气相位调节的灵活性。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构，包括：机体、滑动缸套、活塞、缸套驱动装置、曲轴、第一连杆及离合装置；

所述机体为两端开口的筒形壳体，且筒形壳体的两端分别设有环形凸起，筒形壳体的内圆周面在两个环形凸起处分别形成两个环形腔，一个环形腔为进气腔，另一个环形腔为排气腔，其中进气腔通过气管与外部的供气机构连接，排气腔与外部空气相通；

所述滑动缸套为两端开口的筒形壳体，两个滑动缸套分别安装在机体的两个开口端内部，与机体滑动配合，并可沿机体轴向进行往复运动；所述滑动缸套上设有沿其周向分布的通孔，位于进气腔所在侧的滑动缸套上的通孔为进气口，位于排气腔所在侧的滑动缸套上的通孔为排气口；

两个滑动缸套的一端同轴相对，另一端均连接有两个沿滑动缸套轴线对称布置的缸套驱动装置，缸套驱动装置用于驱动与之相连的滑动缸套沿机体轴向进行往复运动，且同一侧的两个缸套驱动装置的运动始终保持同步；

两个活塞分别安装在两个滑动缸套内部，并可沿滑动缸套轴向进行往复运动；两个活塞相对端之间的空腔即为发动机的燃烧室；

所述曲轴设有一个曲拐，每个活塞远离燃烧室的所在端均通过第一连杆与曲轴的曲拐连接，曲轴绕其自身轴线转动时，能够驱动活塞沿滑动缸套轴向进行往复运动；

每个曲轴的轴向两端分别通过两个离合装置与位于同一侧的两个缸套驱动装置连接；当离合装置处于分离状态时，通过转动曲轴，改变滑动缸套和该滑动缸套内的活塞之间的相对轴向位置，转动到设定的初始相对位置后，通过离合装置结合缸套驱动装置和曲轴，从而实现配气相位的调节。

进一步的，所述缸套驱动装置包括：第二曲轴和第二连杆，第二连杆的一端与第二曲轴的曲拐活动连接，另一端与滑动缸套活动连接，第二曲轴的一端通过离合装置与曲轴的一端同轴对接；当离合装置处于分离状态时，调节曲轴的曲拐与第二曲轴的曲拐的相对角度后，使离合装置结合缸套驱动装置和曲轴。

进一步的，所述缸套驱动装置包括：安装轴、凸轮和第二连杆；第二连杆的一端与凸轮的圆周面活动连接，另一端与滑动缸套活动连接，凸轮固定在安装轴上，安装轴的一端通过离合装置与曲轴的一端同轴对接；当离合装置处于分离状态时，调节凸轮的轴线与第二曲轴的曲拐的相对角度后，使离合装置结合缸套驱动装置和曲轴。

进一步的，所述缸套驱动装置包括：安装轴、第一齿轮、第二齿轮、中间轴、凸轮和第二连杆；第一齿轮同轴固定在安装轴上，第二齿轮同轴固定中间轴上，且第一齿轮和第二齿轮啮合，凸轮固定在中间轴上，第二连杆的一端与凸轮的圆周面活动连接，另一端与滑动缸套活动连接；其中，安装轴的一端通过离合装置与曲轴的一端同轴对接；当离合装置处于分离状态时，调节凸轮的轴线与第二曲轴的曲拐的相对角度后，使离合装置结合缸套驱动装置和曲轴。

进一步的，与滑动缸套贴合的机体的内圆周面设有沿其周向的润滑油槽，润滑油槽及气腔的两侧分别安装有密封环。

进一步的，所述活塞的顶部设有气环和第一油环，底部设有第二油环。

有益效果：本发明通过使离合装置处于分离状态，通过转动曲轴，改变滑动缸套和该滑动缸套内的活塞之间的相对轴向位置；进而调节滑动缸套与机体上的排气腔和进气腔的相对位置来控制排气腔和进气腔的开闭，实现换气过程与活塞运动解耦，提高了配气相位调节的灵活性；且通过离合装置的离合，实现配气相位的调节，通过配气相位的变化，使发动机在不同工况下得到最佳的进气量，最终优化油气混合和燃烧过程，改善发动机的性能。

附图说明

图1为本发明的结构组成图；

图2为活塞安装示意图；

图3为第一种缸套驱动装置的结构示意图；

图4为第二种缸套驱动装置的结构示意图；

图5为第三种缸套驱动装置的结构示意图；

图6为本发明的换气过程图；

其中，1-滑动缸套，2-进气腔，3-缸套驱动装置，4-机体，5-曲轴，6-离合装置，7-排气腔，8-进气口，9-排气口，10-第二曲轴，11-第一连杆，12-安装轴，13-凸轮，14-第二连杆，15-第一齿轮，16-中间轴，17-活塞，18-气环，19-第一油环，20-第二油环，21-润滑油槽，22-密封环，23-第二齿轮，24-喷油器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构，参见附图1，包括：机体4、滑动缸套1、活塞17、缸套驱动装置3、曲轴5、第一连杆11及离合装置6；

所述机体4为两端开口的筒形壳体，且筒形壳体的两端分别设有环形凸起，筒形壳体的内圆周面在两个环形凸起处分别形成两个环形腔，一个环形腔为进气腔2，另一个环形腔为排气腔7，其中进气腔2通过气管与外部的供气机构连接，排气腔7与外部空气相通；

所述滑动缸套1为两端开口的筒形壳体，两个滑动缸套1分别安装在机体4的两个开口端内部，与机体4滑动配合，可沿机体4轴向进行往复运动；所述滑动缸套1上设有沿其周向均匀分布的通孔，位于进气腔2所在侧的滑动缸套1上的通孔为进气口8，位于排气腔7所在侧的滑动缸套1上的通孔为排气口9；与滑动缸套1贴合的机体4的内圆周面设有沿其周向的润滑油槽21，润滑油槽21、排气腔7及进气腔2的两侧分别安装有密封环22，防止气体从滑动缸套1与机体4之间的缝隙流出；

两个滑动缸套1的一端同轴相对，另一端均连接有两个沿滑动缸套1轴线对称布置的缸套驱动装置3，缸套驱动装置3用于驱动与之相连的滑动缸套1沿机体4轴向进行往复运动，且同一侧的两个缸套驱动装置3的运动始终保持同步；

参见附图2，两个活塞17分别安装在两个滑动缸套1内部，并可沿滑动缸套1轴向进行往复运动；两个活塞17相对端之间的空腔即为发动机的燃烧室，该燃烧室内安装有喷油器24；两个活塞17相对端的端部均设有气环18和第一油环19，另一端的端部设有第二油环20；气环18起到密封作用，第一油环19和第二油环20用于将飞溅到机体4内表面上的润滑油均匀的分布在机体4内表面上；

所述曲轴5设有一个曲拐，每个活塞17第二油环20所在端均通过第一连杆11与曲轴5的曲拐连接，曲轴5绕其自身轴线转动时，能够带动活塞17沿滑动缸套1轴向进行往复运动；

每个曲轴5的轴向两端分别通过两个离合装置6与位于同一侧的两个缸套驱动装置3连接；当离合装置6处于分离状态时，通过转动曲轴5，改变滑动缸套1和该滑动缸套1内的活塞17之间的相对轴向位置，转动到设定的初始相对位置后，通过离合装置6结合缸套驱动装置3和曲轴5，从而实现配气相位的调节；

其中，所述缸套驱动装置3有三种结构形式：

第一种，参见附图3，所述缸套驱动装置3包括：第二曲轴10和第二连杆14，第二连杆14的一端与第二曲轴10的曲拐活动连接，另一端与滑动缸套1活动连接，第二曲轴10的一端通过离合装置6与曲轴5的一端同轴对接；当离合装置6处于分离状态时，调节曲轴5的曲拐与第二曲轴10的曲拐的相对角度后，使离合装置6结合缸套驱动装置3和曲轴5；工作时，燃烧室内的气体驱动活塞17沿滑动缸套1轴向运动，活塞17通过第一连杆11带动曲轴5转动，进而驱动第二曲轴10转动，同时，第二曲轴10的曲拐通过第二连杆14驱动滑动缸套1沿机体4轴向运动；

第二种，参见附图4，所述缸套驱动装置3包括：安装轴12、凸轮13和第二连杆14；第二连杆14的一端与凸轮13的圆周面活动连接，另一端与滑动缸套1活动连接，凸轮13固定在安装轴12上，安装轴12的一端通过离合装置6与曲轴5的一端同轴对接；当离合装置6处于分离状态时，调节凸轮13的轴线与第二曲轴10的曲拐的相对角度后，使离合装置6结合缸套驱动装置3和曲轴5；工作时，燃烧室内的气体驱动活塞17沿滑动缸套1轴向运动，活塞17通过第一连杆11带动曲轴5转动，进而驱动安装轴12转动，同时，安装轴12上的凸轮13通过第二连杆14驱动滑动缸套1沿机体4轴向运动；

第三种，参见附图5，所述缸套驱动装置3包括：安装轴12、第一齿轮15、第二齿轮23、中间轴16、凸轮13和第二连杆14；第一齿轮15同轴固定在安装轴12上，第二齿轮23同轴固定中间轴16上，且第一齿轮15和第二齿轮23啮合，凸轮13固定在中间轴16上，第二连杆14的一端与凸轮13的圆周面活动连接，另一端与滑动缸套1活动连接；其中，安装轴12的一端通过离合装置6与曲轴5的一端同轴对接；当离合装置6处于分离状态时，调节凸轮13的轴线与第二曲轴10的曲拐的相对角度后，使离合装置6结合缸套驱动装置3和曲轴5；工作时，燃烧室内的气体驱动活塞17沿滑动缸套1轴向运动，活塞17通过第一连杆11带动曲轴5转动，进而驱动安装轴12转动，同时，第一齿轮15通过第二齿轮23带动凸轮13转动，凸轮13通过第二连杆14驱动滑动缸套1沿机体4轴向进行反复运动；

参加附图6，所述可变配气相位机构的换气过程如下：

初始状态时，进气口8和排气口9均位于机体4的进气腔2和排气腔7之间，且均不与对应的气腔相通；且两个活塞17分别将对应的滑动缸套1的进气口8或排气口9封闭，使得两个活塞17之间的燃烧室封闭；

以下为表述清楚将进气腔2所在侧的滑动缸套1、活塞17、离合装置6、缸套驱动装置3、曲轴5对应表述为进气滑动缸套、进气活塞、进气离合装置、进气缸套驱动装置、进气曲轴；将排气腔7所在侧的滑动缸套1、活塞17、离合装置6、缸套驱动装置3、曲轴5对应表述为排气滑动缸套、排气活塞、排气离合装置、排气缸套驱动装置、排气曲轴；

根据发动机的运行工况，通过进气离合装置调节进气缸套驱动装置与进气曲轴的曲拐的相对角度，即改变进气滑动缸套和进气活塞之间的相对轴向位置，通过排气离合装置调节排气缸套驱动装置与排气曲轴的曲拐的相对角度，即改变排气滑动缸套和排气活塞之间的相对轴向位置；使得发动机工作时，虽然进气活塞和排气活塞同时向内/外移动，进气滑动缸套和排气滑动缸套也同时向内/外移动，但是进气滑动缸套和排气滑动缸套运动过程不同步，即有相位差，以调整配气相位，调整完之后进行如下步骤：

第一步，燃烧室内通过燃烧产生的高压气体推动进气活塞和排气活塞向外移动，进气活塞通过第一连杆11驱动进气曲轴转动，排气活塞通过第一连杆11驱动排气曲轴转动，对外输出动力；排气曲轴通过排气缸套驱动装置驱动排气滑动缸套向外移动，直到排气活塞不封闭排气滑动缸套上的排气口9，且排气口9与排气腔7相通，此时，燃烧室内的气体通过排气口9和排气腔7进行自由排气；

第二步，进气活塞向外移动的过程中，进气曲轴和进气缸套驱动装置驱动进气滑动缸套向外移动，直到进气活塞不封闭进气滑动缸套上的进气口8，且进气口8与进气腔2相通，此时，外部的供气机构通过进气腔2和进气口8给燃烧室充气，同时，燃烧室内的气体通过排气口9和排气腔7排出，直到将燃烧室内气体全部替换为供气机构提供的气体；

第三步，进气活塞和排气活塞向内移动，排气曲轴通过排气缸套驱动装置驱动排气滑动缸套向内移动，直到排气口9不与排气腔7相通，不能进行排气；此时，进气曲轴同样通过进气缸套驱动装置驱动进气滑动缸套向内移动，但是进气腔2和进气口8仍然有一部分相通，外部的供气机构通过进气腔2和进气口8继续给燃烧室充气，增大燃烧室内气体质量，直到进气口8不与进气腔2相通，不能进行进气。

第四步，进气曲轴和排气曲轴分别驱动进气活塞和排气活塞向内移动，压缩进入燃烧室内的气体，直到回到初始状态。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构，其特征在于，包括：机体(4)、滑动缸套(1)、活塞(17)、缸套驱动装置(3)、曲轴(5)、第一连杆(11)及离合装置(6)；

所述机体(4)为两端开口的筒形壳体，且筒形壳体的两端分别设有环形凸起，筒形壳体的内圆周面在两个环形凸起处分别形成两个环形腔，一个环形腔为进气腔(2)，另一个环形腔为排气腔(7)，其中进气腔(2)通过气管与外部的供气机构连接，排气腔(7)与外部空气相通；

所述滑动缸套(1)为两端开口的筒形壳体，两个滑动缸套(1)分别安装在机体(4)的两个开口端内部，与机体(4)滑动配合，并可沿机体(4)轴向进行往复运动；所述滑动缸套(1)上设有沿其周向分布的通孔，位于进气腔(2)所在侧的滑动缸套(1)上的通孔为进气口(8)，位于排气腔(7)所在侧的滑动缸套(1)上的通孔为排气口(9)；

两个滑动缸套(1)的一端同轴相对，另一端均连接有两个沿滑动缸套(1)轴线对称布置的缸套驱动装置(3)，缸套驱动装置(3)用于驱动与之相连的滑动缸套(1)沿机体(4)轴向进行往复运动，且同一侧的两个缸套驱动装置(3)的运动始终保持同步；

两个活塞(17)分别安装在两个滑动缸套(1)内部，并可沿滑动缸套(1)轴向进行往复运动；两个活塞(17)相对端之间的空腔即为发动机的燃烧室；

所述曲轴(5)设有一个曲拐，每个活塞(17)远离燃烧室的所在端均通过第一连杆(11)与曲轴(5)的曲拐连接，曲轴(5)绕其自身轴线转动时，能够驱动活塞(17)沿滑动缸套(1)轴向进行往复运动；

每个曲轴(5)的轴向两端分别通过两个离合装置(6)与位于同一侧的两个缸套驱动装置(3)连接；当离合装置(6)处于分离状态时，通过转动曲轴(5)，改变滑动缸套(1)和该滑动缸套(1)内的活塞(17)之间的相对轴向位置，转动到设定的初始相对位置后，通过离合装置(6)结合缸套驱动装置(3)和曲轴(5)，从而实现配气相位的调节。

2.如权利按要求1所述的一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构，其特征在于，所述缸套驱动装置(3)包括：第二曲轴(10)和第二连杆(14)，第二连杆(14)的一端与第二曲轴(10)的曲拐活动连接，另一端与滑动缸套(1)活动连接，第二曲轴(10)的一端通过离合装置(6)与曲轴(5)的一端同轴对接；当离合装置(6)处于分离状态时，调节曲轴(5)的曲拐与第二曲轴(10)的曲拐的相对角度后，使离合装置(6)结合缸套驱动装置(3)和曲轴(5)。

3.如权利按要求1所述的一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构，其特征在于，所述缸套驱动装置(3)包括：安装轴(12)、凸轮(13)和第二连杆(14)；第二连杆(14)的一端与凸轮(13)的圆周面活动连接，另一端与滑动缸套(1)活动连接，凸轮(13)固定在安装轴(12)上，安装轴(12)的一端通过离合装置(6)与曲轴(5)的一端同轴对接；当离合装置(6)处于分离状态时，调节凸轮(13)的轴线与第二曲轴(10)的曲拐的相对角度后，使离合装置(6)结合缸套驱动装置(3)和曲轴(5)。

4.如权利按要求1所述的一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构，其特征在于，所述缸套驱动装置(3)包括：安装轴(12)、第一齿轮(15)、第二齿轮(23)、中间轴(16)、凸轮(13)和第二连杆(14)；第一齿轮(15)同轴固定在安装轴(12)上，第二齿轮(23)同轴固定中间轴(16)上，且第一齿轮(15)和第二齿轮(23)啮合，凸轮(13)固定在中间轴(16)上，第二连杆(14)的一端与凸轮(13)的圆周面活动连接，另一端与滑动缸套(1)活动连接；其中，安装轴(12)的一端通过离合装置(6)与曲轴(5)的一端同轴对接；当离合装置(6)处于分离状态时，调节凸轮(13)的轴线与第二曲轴(10)的曲拐的相对角度后，使离合装置(6)结合缸套驱动装置(3)和曲轴(5)。

5.如权利按要求1所述的一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构，其特征在于，与滑动缸套(1)贴合的机体(4)的内圆周面设有沿其周向的润滑油槽(21)，润滑油槽(21)及气腔(7)的两侧分别安装有密封环(22)。

6.如权利按要求1所述的一种对置活塞二冲程发动机的可变配气相位机构，其特征在于，所述活塞(17)的顶部设有气环(18)和第一油环(19)，底部设有第二油环(20)。