CN110242414A - 一种基于气门换气的对置活塞四冲程发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于气门换气的对置活塞四冲程发动机，包括机体、曲柄连杆机构、驱动轴、配气机构、燃油供给系统和润滑系统；机体内部空腔作为气缸，外圆周面加工有沿其周向分布的配气机构气门安装孔，配气机构用于实现气门换气，两个曲柄连杆机构设置在机体两端，燃油供给系统用于向机体内供给燃油；润滑系统用于润滑曲柄连杆机构和机体内圆周面；曲柄连杆机构将动力传递至驱动轴上，经驱动轴上设置的机油泵齿轮、配气机构齿轮和供油凸轮分别驱动润滑系统、配气机构和燃油供给系统运转。本发明能够改善对置活塞发动机换气质量，提高发动机热效率。

Description

一种基于气门换气的对置活塞四冲程发动机

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，具体涉及一种基于气门换气的对置活塞四冲程发动机。

背景技术

对置活塞发动机具有一对在气缸内相对运动的活塞，相比传统四冲程发动机取消了气缸盖结构，大幅减小了发动机的体积与重量，具有更高的功率密度和热效率，成为实现发动机小型化的重要技术途径之一。对置活塞发动机活塞往复运动特性使其具有较好的自平衡性，振动小，运转噪声较小。取消气缸盖结构减小了对置活塞发动机的散热面积，减少了向冷却系统散失的热量，具有更高的热效率。相比同排量发动机对置活塞发动机具有更小的活塞平均速度，沿程摩擦损失小，机械效率高。基于以上优点对置活塞发动机作为应对当前能源危机与环境污染问题的技术途径之一受到广泛关注。

目前对置活塞发动机大都采用二冲程工作循环，通过活塞扫掠布置在气缸套两端的进、排气口实现换气过程，换气时间短和不可调控的特点使得对置二冲程发动机的换气性能较差，污染物排放量大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于气门换气的对置活塞四冲程发动机，能够改善对置活塞发动机换气质量，提高发动机热效率。

本发明采取的技术方案如下：

一种基于气门换气的对置活塞四冲程发动机，该四冲程发动机包括机体、曲柄连杆机构、驱动轴、配气机构、燃油供给系统和润滑系统；

机体内部空腔作为气缸，外圆周面加工有沿其周向分布的配气机构气门安装孔，配气机构用于实现气门换气，两个曲柄连杆机构设置在机体两端，燃油供给系统用于向机体内供给燃油；润滑系统用于润滑曲柄连杆机构和机体内圆周面；

曲柄连杆机构将动力传递至驱动轴上，经驱动轴上设置的机油泵齿轮、配气机构齿轮和供油凸轮分别驱动润滑系统、配气机构和燃油供给系统运转。

进一步地，所述机体为两端开口的筒状结构，机体两端设有曲轴箱盖；机体中部外侧设有散热片。

进一步地，所述曲柄连杆机构的活塞采用侧置燃烧室。

进一步地，所述两个曲柄连杆机构的曲轴一端安装有同步带轮，通过同步带传动将动力汇至一个曲轴作为动力输出端。

进一步地，所述配气机构包括齿带、凸轮轴、气门齿轮、气门凸轮、气门挺柱、进气道、气门和排气道；

所述齿带分别与配气机构齿轮及气门齿轮啮合，配气机构齿轮作为主动件带动齿带运动；所述凸轮轴固定在机体的凸轮轴安装支架上，凸轮轴上设置气门齿轮和气门凸轮，由齿带带动气门齿轮转动，进而驱动气门凸轮转动，实现对气门的运动控制；所述气门挺柱安装在进气道和排气道上，借助气门挺柱内的气门弹簧提供气门回位的动力，气门挺柱与气门之间采用挡圈限位；所述进气道或排气道侧的气门对应设置两个以上。

进一步地，所述配气机构进一步包括辅动轴及辅动齿轮，辅动轴安装在与驱动轴相对的机体一侧，辅动齿轮固定在辅动轴上同时与齿带啮合。

进一步地，所述曲柄连杆结构的曲轴通过锥齿轮组与驱动轴转动连接，锥齿轮组包括锥齿齿套和锥齿轮；

锥齿齿套与曲轴采用平键连接实现周向固定，通过曲轴轴肩和挡圈实现轴向固定；锥齿轮固定在驱动轴上，锥齿齿套与驱动轴上的锥齿轮配合，传动比为2。

进一步地，所述润滑系统包括机油泵动力轴、集滤器、机油滤清器、冷却喷嘴和对丝接头；

机油储存在集滤器中，集滤器设置在机体底部，机油泵动力轴在机油泵齿轮的带动下转动为吸出机油提供动力；机油从集滤器吸出后经过机油滤清器过滤输送至发动机需要润滑的部位；输送至机体底部的机油通过对丝接头润滑曲柄连杆机构；冷却喷嘴设在机体两端，输送至发动机顶部的机油通过冷却喷嘴润滑气缸壁面与活塞。

有益效果：

1、本发明采用曲轴动力驱动发动机附件运转，结构紧凑；通过气门换气方式改善了发动机换气质量，提高了发动机热效率，具有较强的可实现性和耐久性。

2、本发明活塞采用侧置燃烧室，能够增大燃油空气利用率，选择更大的喷雾锥角。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图；

图2为本发明的曲柄连杆机构的结构示意图；

图3为本发明的附件驱动装置的结构示意图；

图4为本发明的配气机构的结构示意图；

图5为本发明的燃油供给系统的结构示意图；

图6为本发明的润滑系统的结构示意图；

图7(1)、图7(2)、图7(3)、图7(4)为本发明的气门位置改变示意图；

其中，1-机体，2-曲柄连杆机构，3-附件驱动装置，4-配气机构，5-燃油供给系统，6-润滑系统，7-活塞组，8-连杆组，9-曲轴组，10-锥齿齿套，11-驱动轴，12-机油泵动力轴，13-机油泵齿轮，14-配气机构齿轮，15-供油凸轮，16-凸轮轴，17-气门挺柱，18-进气道，19-气门，20-辅动齿轮，21-排气道，22-喷油泵，23-喷油器，24-燃油滤清器，25-油箱，26-集滤器，27-机油滤清器，28-冷却喷嘴，29-对丝接头。

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基于气门换气的对置活塞四冲程发动机，如图1所示，包括机体1、曲柄连杆机构2、附件驱动装置3、配气机构4、燃油供给系统5和润滑系统6。

机体1主体为两端开口的筒状结构，内部空腔作为气缸，锥齿轮箱与机体1主体合并置于一侧，机体1主体两端设有曲轴箱盖，机体1主体外圆周面的中部加工有沿其周向分布的气门安装孔，并在气门19安装位置两侧设有凸轮轴安装支架，机体1主体中部加工成引导活塞运动的缸套。发动机采用风冷冷却，机体1中部设有多列散热片，可在发动机侧面安装电驱动或机械驱动的风扇，以吹风扫掠散热片的方式进行冷却。

如图2所示，曲柄连杆机构2包括活塞组7、连杆组8和曲轴组9；曲柄连杆机构2用于将活塞组7的直线运动转变为曲轴组9的转动。活塞组7由活塞环、活塞体和活塞销组成，活塞组7采用侧置燃烧室，即在活塞体顶部的两侧各设有一凹坑型燃烧室，两个活塞相对形成的空腔作为混合气的燃烧区域；连杆组8由连杆体、连杆衬套、连杆大头盖及连杆螺栓组成，按连杆两端筒状结构的尺寸大小分为小头端和大头端，小头端通过活塞销与活塞体销接，大头端通过曲柄销与曲轴相接；曲轴组9由曲轴和同步带轮组成，曲轴安装在机体两端，并与外部的支撑部件销接，同步带轮通过螺栓与机体1两端曲轴同一侧端部相连，将动力汇至一个曲轴作为动力输出端。

如图3所示，附件驱动装置3包括锥齿轮组、驱动轴11和机油泵动力轴12；附件驱动装置3用于将曲轴处的动力传递至驱动轴11上，驱动发动机润滑系统、配气机构和燃油供给系统工作。锥齿轮组包括锥齿齿套10和锥齿轮，锥齿轮固定在驱动轴11上，锥齿齿套10与曲轴采用平键连接实现周向固定，通过曲轴轴肩和挡圈实现轴向固定；锥齿齿套10与驱动轴11上的锥齿轮配合，传动比固定为2，使动力传递路线中曲轴转速与凸轮轴转速之比始终为2；驱动轴11上设有机油泵齿轮13、配气机构齿轮14和供油凸轮15，机油泵齿轮13设置在机油泵内，与机油泵动力轴12配合由齿轮旋转吸入机油进入润滑管路；配气机构齿轮14和供油凸轮15设在机油泵外，机油泵壳体侧壁延长将其包裹在内，配气机构齿轮14带动齿带驱动气门19运动，供油凸轮15驱动机油泵将燃油压入油管，由此曲轴动力传递至润滑系统、配气机构和燃油供给系统。

如图4所示，配气机构4包括配气机构齿轮14、凸轮轴16、气门齿轮、气门凸轮、气门挺柱17、进气道18、气门19、齿带、辅动轴20、辅动齿轮20和排气道21；配气机构4用于随发动机工作过程改变气门开闭状态，控制发动机进排气。齿带分别与配气机构齿轮14、气门齿轮及辅动齿轮20啮合。驱动轴11上的配气机构齿轮14作为主动件带动齿带运动；凸轮轴16固定在机体1的凸轮轴安装支架上，凸轮轴16上安装气门齿轮及气门凸轮，由齿带带动气门齿轮转动，进而驱动气门凸轮转动，实现对气门19的运动控制；气门挺柱17安装在进气道18和排气道21上，借助气门弹簧提供气门19回位的动力，气门挺柱17与气门19之间采用挡圈限位；气门19可根据发动机换气需求选用二气门或三气门方案，气门19轴线夹角与发动机选用活塞燃烧室的结构相关；辅动轴安装在与驱动轴11相对的机体1一侧，辅动齿轮20固定在辅动轴上，起到调节齿带形状，提高传动可靠性的作用。

如图5所示，燃油供给系统5包括供油凸轮15、喷油泵22、喷油器23、燃油滤清器24和油箱25；燃油供给系统5用于向发动机气缸内以适当规律供给燃油，使发动机适应不同运转工况。喷油泵22由驱动轴11上的供油凸轮15驱动工作，将油箱25内的燃油输送至燃油滤清器24中过滤，燃油过滤后进入喷油泵22内，随气门凸轮上升段泵内柱塞运动使燃油加压输送至喷油器23内，根据发动机运行情况向气缸内适量喷油；多余燃油从喷油器回油阀流出，与经油管和燃油滤清器24处流出的多余燃油一同流回油箱25中。

如图6所示，润滑系统6包括机油泵动力轴12、机油泵齿轮13、集滤器26、机油滤清器27、冷却喷嘴28和对丝接头29；发动机机油储存在机体1底部，在驱动轴11上机油泵齿轮13和机油泵动力轴12的驱动下将机油从集滤器26吸出并输送至机油滤清器27中过滤，过滤后的洁净机油随油管输送至发动机需要润滑的各个部位；发动机底部的机油油路自机油滤清器27连至机体1底部的对丝接头29上，经机体内部油路流至机体1主轴承座润滑曲轴主轴颈；发动机顶部的机油油路自机油滤清器27连至冷却喷嘴28，冷却喷嘴28设在机体1两端，机油经冷却喷嘴28喷至气缸内润滑气缸壁面并冷却活塞。

如图7所示，配气机构4改变气门19开闭状态的工作过程如下：

发动机运行产生的动力自附件驱动装置3传递至配气机构4，由驱动轴11上配气机构齿轮14带动齿带运动来驱动凸轮轴16旋转运动，气门凸轮顶面的不同高度段与气门挺柱17顶面接触，从而改变了气门升程；

如图7(1)所示，发动机做功冲程结束后排气门挺柱逐渐与气门凸轮高轮缘段接触，随气门凸轮转动排气门逐渐打开，燃烧后的残余废气通过排气门排出气缸；如图7(2)所示，随着排气过程进行凸轮轴16逐渐转至发动机排气门挺柱与气门凸轮基圆段接触，排气门逐渐关闭，排气过程结束；如图7(3)所示，发动机排气冲程结束后进气门挺柱逐渐与气门凸轮高轮缘段接触，随气门凸轮转动发动机进气门逐渐打开，新鲜空气开始通过进气门进入气缸；如图7(4)所示，随着进气过程进行凸轮轴16逐渐转至发动机进气门挺柱与气门凸轮基圆段接触，进气门逐渐关闭，进气过程结束。

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 (8)

1.一种基于气门换气的对置活塞四冲程发动机，其特征在于，该四冲程发动机包括机体、曲柄连杆机构、驱动轴、配气机构、燃油供给系统和润滑系统；

机体内部空腔作为气缸，外圆周面加工有沿其周向分布的配气机构气门安装孔，配气机构用于实现气门换气，两个曲柄连杆机构设置在机体两端，燃油供给系统用于向机体内供给燃油；润滑系统用于润滑曲柄连杆机构和机体内圆周面；

曲柄连杆机构将动力传递至驱动轴上，经驱动轴上设置的机油泵齿轮、配气机构齿轮和供油凸轮分别驱动润滑系统、配气机构和燃油供给系统运转。

2.如权利要求1所述的基于气门换气的对置活塞四冲程发动机，其特征在于，所述机体为两端开口的筒状结构，机体两端设有曲轴箱盖；机体中部外侧设有散热片。

3.如权利要求1所述的基于气门换气的对置活塞四冲程发动机，其特征在于，所述曲柄连杆机构的活塞采用侧置燃烧室。

4.如权利要求1所述的基于气门换气的对置活塞四冲程发动机，其特征在于，所述两个曲柄连杆机构的曲轴一端安装有同步带轮，通过同步带传动将动力汇至一个曲轴作为动力输出端。

5.如权利要求1所述的基于气门换气的对置活塞四冲程发动机，其特征在于，所述配气机构包括齿带、凸轮轴、气门齿轮、气门凸轮、气门挺柱、进气道、气门和排气道；

所述齿带分别与配气机构齿轮及气门齿轮啮合，配气机构齿轮作为主动件带动齿带运动；所述凸轮轴固定在机体的凸轮轴安装支架上，凸轮轴上设置气门齿轮和气门凸轮，由齿带带动气门齿轮转动，进而驱动气门凸轮转动，实现对气门的运动控制；所述气门挺柱安装在进气道和排气道上，借助气门挺柱内的气门弹簧提供气门回位的动力，气门挺柱与气门之间采用挡圈限位；所述进气道或排气道侧的气门对应设置两个以上。

6.如权利要求5所述的基于气门换气的对置活塞四冲程发动机，其特征在于，所述配气机构进一步包括辅动轴及辅动齿轮，辅动轴安装在与驱动轴相对的机体一侧，辅动齿轮固定在辅动轴上同时与齿带啮合。

7.如权利要求1所述的基于气门换气的对置活塞四冲程发动机，其特征在于，所述曲柄连杆结构的曲轴通过锥齿轮组与驱动轴转动连接，锥齿轮组包括锥齿齿套和锥齿轮；

锥齿齿套与曲轴采用平键连接实现周向固定，通过曲轴轴肩和挡圈实现轴向固定；锥齿轮固定在驱动轴上，锥齿齿套与驱动轴上的锥齿轮配合，传动比为2。

8.如权利要求1所述的基于气门换气的对置活塞四冲程发动机，其特征在于，所述润滑系统包括机油泵动力轴、集滤器、机油滤清器、冷却喷嘴和对丝接头；

机油储存在集滤器中，集滤器设置在机体底部，机油泵动力轴在机油泵齿轮的带动下转动为吸出机油提供动力；机油从集滤器吸出后经过机油滤清器过滤输送至发动机需要润滑的部位；输送至机体底部的机油通过对丝接头润滑曲柄连杆机构；冷却喷嘴设在机体两端，输送至发动机顶部的机油通过冷却喷嘴润滑气缸壁面与活塞。