CN113006932A - 一种缸内直喷旋转对置活塞发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，包括：缸体、动力输出轴、活塞、喷油器和火花塞；缸体内部设有活塞轨道，且开有进气通道、排气通道、喷油器通道和火花塞通道；喷油器和火花塞对应安装在喷油器通道和火花塞通道内；活塞成对设置在活塞轨道内，每对活塞固定在动力输出轴相对的两侧，相邻活塞的端面与动力输出轴对应的侧壁和活塞轨道对应的侧壁共同形成燃烧室；通过设置相邻活塞的初始位置，依靠相邻活塞特定的相对运动实现发动机的运转过程，带动动力输出轴转动，实现功率的输出，能够显著提高发动机的功率密度、减小发动机的质量和体积，可作为混合动力汽车、增程式电动汽车的动力源，进一步降低汽车的碳排放、提高能源利用率。

Description

一种缸内直喷旋转对置活塞发动机
技术领域
本发明涉及汽油机技术领域，更具体的说是涉及一种缸内直喷旋转对置活塞发动机。
背景技术
由于传统内燃机汽车的碳排放、污染物排放高，能源利用率低；纯电动汽车技术，尤其是电池相关的关键技术尚未完全突破。混合动力汽车、增程式电动汽车作为由传统内燃机汽车向纯电动汽车的过渡车型，能有效缓解传统内燃机汽车的缺点。混合动力汽车、增程式电动汽车在汽车市场占有相当的比重。
目前混合动力汽车、增程式电动汽车的动力源为常规的强化四冲程内燃机。受制于常规内燃机的结构和工作原理，传统四冲程内燃机的功率密度已经达到瓶颈阶段，在一定程度上极大的限制了混合动力汽车、增程式电动汽车性能的进一步改善。新型的旋转对置活塞发动机受益于特殊的结构，无曲柄连杆机构、运转平稳、功率密度高，是混合动力汽车、增程式电动汽车的理想动力源。与传统内燃机相比优点在于：相同转速下，传统的四冲程内燃机做功频率低，导致功率密度低、体积大，而且结构复杂、运动部件多、维修成本高；二冲程内燃机换气质量差、热效率低，极大的限制了二冲程内燃机的使用；转子发动机燃烧室的面容比大、压缩比小，造成热效率偏低。内燃机的轻量化、小型强化要同时满足发动机的高功率密度输出和低的燃油消耗率，是内燃机的主要发展方向之一。
因此，如何提供一种结构简单、体积小、质量轻、功率密度高且运行平稳的发动机是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，以至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，包括：包括：缸体、动力输出轴、活塞、喷油器和火花塞；
所述缸体内部设有环状的活塞轨道，且开有连通所述活塞轨道的进气通道、排气通道、喷油器通道和火花塞通道；所述缸体的侧壁对应所述活塞轨道的中部位置开有安装孔，所述喷油器和所述火花塞对应安装在所述喷油器通道和火花塞通道内；
所述动力输出轴贯穿所述安装孔，且一端自所述安装孔内穿出；
所述活塞成对设置在所述活塞轨道内，每对所述活塞固定在所述动力输出轴相对的两侧，相邻两个所述活塞的端面与动力输出轴对应的侧壁和活塞轨道对应的侧壁共同形成燃烧室。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，在发动机运行过程中，燃烧室随活塞的运动而转动，同时体积不断变化，当燃烧室经过排气通道时，燃烧室的体积持续减小，燃烧室内的高压废气经排气通道从燃烧室排出，燃烧室的体积在排气通道和进气通道之间达到最小值；
当燃烧室继续转动经过进气通道时，燃烧室的体积持续增大，新鲜空气经过进气通道进入燃烧室，燃烧室经过进气通道后，燃烧室体积持续减小燃烧室内的新鲜空气开始被压缩；
当燃烧室经过喷油器时，喷油器开始喷油，与燃烧室内的新鲜空气形成可燃混合气，燃烧室继续转动，经过火花塞时，火花塞开始点火，可燃混合气被点燃，燃烧室内压力、温度急剧上升，并开始膨胀做功，直至经过排气通道，完成一个做功循环；通过设置相邻活塞的初始位置，并且依靠相邻活塞特定的相对运动实现了发动机的运转过程，带动动力输出轴转动，实现功率的输出，能够显著提高发动机的功率密度、减小发动机的质量和体积，可作为混合动力汽车、增程式电动汽车的动力源，进一步降低汽车的碳排放、提高能源利用率。
优选的，在上述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机中，所述缸体包括镜像设置的分体缸体一和分体缸体二；
所述分体缸体一和所述分体缸体二的拼接面一侧分别设置进气槽和排气槽，拼接形成所述进气通道和所述排气通道；所述分体缸体一和所述分体缸体二均设有相对应的所述喷油器通道、所述火花塞通道和所述安装孔；此方案便于缸体的生产和加工，提升生产效率，且能够方便的对发动机进行组装，降低组装难度。
优选的，在上述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机中，所述分体缸体一和所述分体缸体二上的所述喷油器和所述火花塞镜像设置，所述喷油器向所述燃烧室内喷油形成可燃混合气，所述火花塞用于将所述燃烧室内的可燃混合气点燃；此方案能够提升可燃混合气的混合效率和均匀度，并且提升点火效率，保证运转的稳定性和有效性。
优选的，在上述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机中，所述进气通道包括分支通道一和分支通道二；
所述排气通道、所述分支通道一、所述分支通道二、所述喷油器通道和所述火花塞通道依次间隔排列在所述缸体上，采用此方案能够提升空气的进气量，提高燃烧室内的充量系数。
优选的，在上述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机中，所述活塞呈扇环形；所述活塞设置在所述活塞轨道内并与之滑动连接，其圆心与所述动力输出轴的轴心重合，此方案中活塞在缸体的限制下在活塞轨道内往复旋转运动，运行稳定性高，且节约空间，做功频率高。
优选的，在上述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机中，所述动力输出轴包括分体轴一和分体轴二；
所述分体轴一靠近其一端的位置设置发动机轴肩一；所述分体轴二为套筒形，并在一端设置发动机轴肩二，所述分体轴二套设在所述分体轴一外部与所述分体轴一同轴且转动连接，所述发动机轴肩一和所述发动机轴肩二抵接；
所述分体轴一和所述分体轴二组合后贯穿所述分体缸体一和所述分体缸体二对应侧的所述安装孔，且与对应侧的所述安装孔的内壁转动连接。
优选的，在上述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机中，所述活塞包括活塞一、活塞二、活塞三和活塞四；所述活塞一和所述活塞三固定在所述发动机轴肩一相对的两侧；所述活塞二和所述活塞四固定在所述发动机轴肩二相对的两侧，依次形成第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室和第四燃烧室，且所述第一燃烧室和所述第三燃烧室体积一致，所述第二燃烧室和所述第四燃烧室体积一致；此方案使本发明中四冲程发动机的实施例，质量轻，体积小，功率密度高，可广泛运用在汽车领域。
优选的，在上述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机中，所述活塞一、所述活塞二、所述活塞三和所述活塞四的每个端面的两侧均开有活塞凹槽；
在运行过程中，所述喷油器通道和火花塞通道依次朝向所述第一燃烧室、所述第二燃烧室、所述第三燃烧室和所述第四燃烧室，且能够朝向每个所述活塞凹槽。
优选的，在上述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机中，所述活塞一、所述活塞二、所述活塞三和所述活塞四的形状和尺寸均相同。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的正视图；
图2附图为本发明的侧视图；
图3附图为本发明中分体缸体一的正视图；
图4附图为本发明中分体缸体一的侧视图；
图5附图为本发明中动力输出轴的结构示意图；
图6附图为本发明中活塞一、活塞三与分体轴一的连接示意图；
图7附图为本发明中活塞二、活塞四与分体轴二的连接示意图；
图8附图为本发明提中活塞与动力输出轴的连接示意图；
图9附图为本发明中活塞一的结构示意图。
附图标记
缸体1、活塞轨道10、进气通道11、分支通道一110、分支通道二111、排气通道12、喷油器通道13、火花塞通道14、安装孔15、分体缸体一16、进气槽、排气槽、分体缸体二17；
动力输出轴2、分体轴一20、发动机轴肩一200、分体轴二21、发动机轴肩二210；
燃烧室3；
活塞一40、活塞二41、活塞三42、活塞四43、活塞凹槽44。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实例1
请参阅附图1-9为本发明的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，包括：
缸体1、动力输出轴2、活塞、喷油器和火花塞；
缸体1包括镜像设置的分体缸体一16和分体缸体二17；
分体缸体一16和分体缸体二17的拼接面一侧分别设置设有环状槽、进气槽160和排气槽161，拼接形成活塞轨道10、进气通道11和排气通道12；分体缸体一16和分体缸体二17均设有相对应的喷油器通道13、火花塞通道14和安装孔15；
且活塞轨道10连通进气通道11、排气通道12、喷油器通道13和火花塞通道14；喷油器和火花塞对应安装在喷油器通道13和火花塞通道14内；
动力输出轴2贯穿安装孔15，且一端自安装孔15内穿出；
活塞成对设置在活塞轨道10内，每对活塞固定在动力输出轴2相对的两侧，相邻两个活塞的端面与动力输出轴2对应的侧壁和活塞轨道10对应的侧壁共同形成燃烧室3。
为了进一步优化上述技术方案，分体缸体一16和分体缸体二17上的喷油器和火花塞镜像设置，喷油器向燃烧室3内喷油形成可燃混合气，火花塞用于将燃烧室3内的可燃混合气点燃。
为了进一步优化上述技术方案，进气通道11包括分支通道一110和分支通道二111；
排气通道12、分支通道一110、分支通道二111、喷油器通道13和火花塞通道14依次间隔排列在缸体1上。
为了进一步优化上述技术方案，活塞呈扇环形；活塞设置在活塞轨道10内并与之滑动连接，其圆心与动力输出轴2的轴心重合。
为了进一步优化上述技术方案，动力输出轴2包括分体轴一20和分体轴二21；
分体轴一20靠近其一端的位置设置发动机轴肩一200；分体轴二21为套筒形，并在一端设置发动机轴肩二210，分体轴二21套设在分体轴一20外部与分体轴一20同轴且转动连接，发动机轴肩一200和发动机轴肩二210抵接；
分体轴一20和分体轴二21组合后贯穿分体缸体一16和分体缸体二17对应侧的安装孔15，且与对应侧的安装孔15的内壁转动连接。
为了进一步优化上述技术方案，活塞包括活塞一40、活塞二41、活塞三42和活塞四43；活塞一40和活塞三42固定在发动机轴肩一200相对的两侧；活塞二41和活塞四43固定在发动机轴肩二210相对的两侧，依次形成第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室和第四燃烧室，且第一燃烧室和第三燃烧室体积一致，第二燃烧室和第四燃烧室体积一致。
为了进一步优化上述技术方案，活塞一40、活塞二41、活塞三42和活塞四43的每个端面的两侧均开有活塞凹槽44；
在运行过程中，喷油器通道13和火花塞通道14依次朝向第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室和第四燃烧室，且能够朝向每个活塞凹槽44。
为了进一步优化上述技术方案，活塞一40、活塞二41、活塞三42和活塞四43的形状和尺寸均相同。
实例2
一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，包括：
缸体1、动力输出轴2、活塞、喷油器和火花塞；
缸体1内部设有环状的活塞轨道10，且开有连通活塞轨道10的进气通道11、排气通道12、喷油器通道13和火花塞通道14；缸体1的侧壁对应活塞轨道10的中部位置开有安装孔15，喷油器和火花塞对应安装在喷油器通道13和火花塞通道14内；
动力输出轴2贯穿安装孔15，且一端自安装孔15内穿出；
活塞成对设置在活塞轨道10内，每对活塞固定在动力输出轴2相对的两侧，相邻两个活塞的端面与动力输出轴2对应的侧壁和活塞轨道10对应的侧壁共同形成燃烧室3。
为了进一步优化上述技术方案，缸体1的两侧镜像设置有成对的喷油器和火花塞镜像，喷油器向燃烧室3内喷油形成可燃混合气，火花塞用于将燃烧室3内的可燃混合气点燃。
为了进一步优化上述技术方案，进气通道11包括分支通道一110和分支通道二111；
排气通道12、分支通道一110、分支通道二111、喷油器通道13和火花塞通道14依次间隔排列在缸体1上。
为了进一步优化上述技术方案，活塞呈扇环形；活塞设置在活塞轨道10内并与之滑动连接，其圆心与动力输出轴2的轴心重合。
为了进一步优化上述技术方案，动力输出轴2包括分体轴一20和分体轴二21；
分体轴一20靠近其一端的位置设置发动机轴肩一200；分体轴二21为套筒形，并在一端设置发动机轴肩二210，分体轴二21套设在分体轴一20外部与分体轴一20同轴且转动连接，发动机轴肩一200和发动机轴肩二210抵接；
分体轴一20和分体轴二21组合后贯穿分体缸体一16和分体缸体二17对应侧的安装孔15，且与对应侧的安装孔15的内壁转动连接。
为了进一步优化上述技术方案，活塞包括活塞一40、活塞二41、活塞三42和活塞四43；活塞一40和活塞三42固定在发动机轴肩一200相对的两侧；活塞二41和活塞四43固定在发动机轴肩二210相对的两侧，依次形成第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室和第四燃烧室，且第一燃烧室和第三燃烧室体积一致，第二燃烧室和第四燃烧室体积一致。
为了进一步优化上述技术方案，活塞一40、活塞二41、活塞三42和活塞四43的每个端面的两侧均开有活塞凹槽44；
在运行过程中，喷油器通道13和火花塞通道14依次朝向第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室和第四燃烧室，且能够朝向每个活塞凹槽44。
为了进一步优化上述技术方案，活塞一40、活塞二41、活塞三42和活塞四43的形状和尺寸均相同。
具体的，本发明实例2的运行原理为：
在发动机运行过程中，每个燃烧室3都随活塞的运动而转动，同时体积不断变化；
以第一燃烧室的运动过程为例：当第一活塞40和第四活塞43运动时，第一燃烧室位置进行伴随移动，当第一燃烧室运动至排气通道位置时，第一燃烧室的体积持续减小，第一燃烧室内的高压废气经排气通道12从第一燃烧室排出；第一燃烧室的体积在脱离排气通道12连通分支通道一110时达到最小值。
当第一燃烧室继续转动依次经过分支通道一110和分支通道二111时，第一燃烧室的体积持续增大，新鲜空气经过分支通道一110和分支通道二111进入第一燃烧室，直至第一燃烧室脱离分支通道二111，其体积达到最大值，燃烧室的体积开始持续减小，内部的新鲜空气开始被压缩；
当第一燃烧室经过喷油通道13时，喷油器开始喷油，使油雾与第一燃烧室内的新鲜空气混合形成可燃混合气，第一燃烧室继续转动；
当第一燃烧室经过火花塞通道14时，火花塞开始点火，将第一燃烧室内的可燃混合气点燃，第一燃烧室内的压力、温度急剧上升，并开始膨胀做功，直至经过排气通道12，将第一燃烧室内的废气排出；
每个燃烧室3不断重复上述的工作流程，实现了发动机的持续运转，带动动力输出轴转动，实现功率的输出。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，其特征在于，包括：缸体(1)、动力输出轴(2)、活塞、喷油器和火花塞；
所述缸体(1)内部设有环状的活塞轨道(10)，且开有连通所述活塞轨道(10)的进气通道(11)、排气通道(12)、喷油器通道(13)和火花塞通道(14)；所述缸体(1)的侧壁对应所述活塞轨道(10)的中部位置开有安装孔(15)，所述喷油器和所述火花塞对应安装在所述喷油器通道(13)和火花塞通道(14)内；
所述动力输出轴(2)贯穿所述安装孔(15)，且一端自所述安装孔(15)内穿出；
所述活塞成对设置在所述活塞轨道(10)内，每对所述活塞固定在所述动力输出轴(2)相对的两侧，相邻两个所述活塞的端面与动力输出轴(2)对应的侧壁和活塞轨道(10)对应的侧壁共同形成燃烧室(3)。
2.根据权利要求1所述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，其特征在于，所述缸体(1)包括镜像设置的分体缸体一(16)和分体缸体二(17)；
所述分体缸体一(16)和所述分体缸体二(17)的拼接面一侧分别设置进气槽(160)和排气槽(161)，拼接形成所述进气通道(11)和所述排气通道(12)；所述分体缸体一(16)和所述分体缸体二(17)均设有相对应的所述喷油器通道(13)、所述火花塞通道(14)和所述安装孔(15)。
3.根据权利要求2所述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，其特征在于，所述分体缸体一(16)和所述分体缸体二(17)上的所述喷油器和所述火花塞镜像设置，所述喷油器向所述燃烧室(3)内喷油形成可燃混合气，所述火花塞用于将所述燃烧室(3)内的可燃混合气点燃。
4.根据权利要求3所述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，其特征在于，所述进气通道(11)包括分支通道一(110)和分支通道二(111)；
所述排气通道(12)、所述分支通道一(110)、所述分支通道二(111)、所述喷油器通道(13)和所述火花塞通道(14)依次间隔排列在所述缸体(1)上。
5.根据权利要求4所述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，其特征在于，所述活塞呈扇环形；所述活塞设置在所述活塞轨道(10)内并与之滑动连接，其圆心与所述动力输出轴(2)的轴心重合。
6.根据权利要求5所述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，其特征在于，所述动力输出轴(2)包括分体轴一(20)和分体轴二(21)；
所述分体轴一(20)靠近其一端的位置设置有发动机轴肩一(200)；所述分体轴二(21)为套筒形，并在一端设置有发动机轴肩二(210)，所述分体轴二(21)套设在所述分体轴一(20)外部与所述分体轴一(20)同轴且转动连接，所述发动机轴肩一(200)和所述发动机轴肩二(210)抵接；
所述分体轴一(20)和所述分体轴二(21)组合后贯穿所述分体缸体一(16)和所述分体缸体二(17)对应侧的所述安装孔(15)，且与对应侧的所述安装孔(15)的内壁转动连接。
7.根据权利要求6所述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，其特征在于，所述活塞包括活塞一(40)、活塞二(41)、活塞三(42)和活塞四(43)；所述活塞一(40)和所述活塞三(42)固定在所述发动机轴肩一(200)相对的两侧；所述活塞二(41)和所述活塞四(43)固定在所述发动机轴肩二(210)相对的两侧，依次形成第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室和第四燃烧室，且所述第一燃烧室和所述第三燃烧室体积一致，所述第二燃烧室和所述第四燃烧室体积一致。
8.根据权利要求7所述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，其特征在于，所述活塞一(40)、所述活塞二(41)、所述活塞三(42)和所述活塞四(43)的每个端面的两侧均开有活塞凹槽(44)；
在运行过程中，所述喷油器通道(13)和火花塞通道(14)依次朝向所述第一燃烧室、所述第二燃烧室、所述第三燃烧室和所述第四燃烧室，且能够朝向每个所述活塞凹槽(44)。
9.根据权利要求8所述的一种缸内直喷旋转对置活塞发动机，其特征在于，所述活塞一(40)、所述活塞二(41)、所述活塞三(42)和所述活塞四(43)的形状和尺寸均相同。
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