CN114263531A - 一种双活塞四冲程内燃机汽缸系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双活塞四冲程内燃机汽缸系统，一种双活塞四冲程内燃机汽缸系统，缸套、位于缸套外的动力传动机构、现有的动力活塞、辅助活塞以及配合使用的气门与引燃器，其中辅助活塞、动力活塞分别位于缸套上、下端，动力传动机构包括与动力活塞相连的曲柄连杆机构，所述辅助活塞分为上、中、下部，其中辅助活塞下部通过活塞环与缸套密封连结，辅助活塞中部内设有一中空区域，辅助活塞上部连接有弹性元件。本发明克服了以往技术中功率损失大以及相关改进中应用领域受限的技术缺陷，增大了内燃机的输出功率，实现了对燃料的有效利用。

Description

一种双活塞四冲程内燃机汽缸系统

技术领域

本发明属于一种具有特殊形状或结构的燃烧室以改进运行性能的内燃机系统,具体涉及一种双活塞内燃机汽缸系统。

背景技术

当今各种动力设备所用的发动机许多是内燃机，而内燃机大多是由气缸内的燃料燃烧推动圆筒活塞往复运动，该往复运动通过连杆机构的曲轴变为旋转运动，从而输出动力。由于此结构活塞水平推力须分解为动力传动轮的切向力，存在着当燃气压力最大时，恰逢扭矩最小。当扭矩变大时，燃气压力却大大减小，所以，功率损失很大。

为解决上述技术问题，现有技术中提供了一种对置的双活塞发动机，包括共用一个燃烧室的两个对置活塞以及与两个活塞分别对应的曲柄连杆结构，由于这种方案并非针对燃气压力或扭矩的改变，而是增加动力输出的作用力臂的数量，同时两倍的传动机构会影响与发动机配合的受动件，所以该方案应用受限的缺陷。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是提供一种由单个活塞进行动力输出，相对于单活塞汽缸系统在作功冲程中减小燃烧室容积、延迟引燃的四冲程内燃机汽缸系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种双活塞四冲程内燃机汽缸系统，其技术方案为：所述双活塞四冲程内燃机汽缸系统包括缸套、位于缸套外的动力传动机构、现有的动力活塞、辅助活塞以及配合使用的气门与引燃器，其中辅助活塞、动力活塞分别位于缸套上、下端，动力传动机构包括与动力活塞相连的曲柄连杆机构，所述辅助活塞分为上、中、下部，其中辅助活塞下部通过活塞环与缸套密封连结，辅助活塞中部内设有一中空区域，辅助活塞上部连接有弹性元件；所述动力传动机构还包括配合辅助活塞的往复运动对辅助活塞进行限位的凸轮传动机构，该凸轮传动机构包括位于所述中空区域内的下限位凸轮与位于辅助活塞上部上方相应位置的上限位凸轮；其中所述往复运动包括于动力活塞到达上止点后与其一同开始的纵向下行，引燃时刻后的止位以及依靠缸压实现的复位，该复位的初始时刻所对应的曲柄角度其取值范围为50°～80°，所述引燃器其预设引燃时刻对应曲柄角度的取值范围为0°～20°，所述弹性元件始终处于压缩状态，其下端与辅助活塞上部固定连接，上端与固定件连接。

现以弹簧与火花塞为例，说明所述汽缸系统的工作流程A:动力活塞下行，吸入气体燃料，旋转的下限位凸轮其上端即其较长端与辅助活塞相抵，辅助活塞处于限位状态，无法运行；B:动力活塞上行，压缩气体燃料，下限位凸轮较长端依旧与辅助活塞相抵，辅助活塞处于限位状态，无法运行；C: 动力活塞下行，下限位凸轮较长端转动至相应位置，使下限位凸轮上端与辅助活塞之间留出一段空隙，辅助活塞在处于压缩状态的弹簧的作用下，与动力活塞同步下行，使得动力活塞下行前、后的燃烧室体积基本一致。随后火花塞于预设时刻点火，进而辅助活塞与下限位凸轮上端即其较短端相抵，即辅助活塞到达自身的下止点，且上限位凸轮较长端旋转至下端与辅助活塞上部相抵。

辅助活塞在上、下限位凸轮和弹簧的共同作用下实现止位，即便缸压上升甚至大于弹簧压缩弹力，辅助活塞也将处于止位状态。待上限位凸轮旋转至相应位置，使上限位凸轮下端与辅助活塞之间留出一段空隙，辅助活塞在缸压的推动下克服弹簧作功，进一步压缩弹簧，到达辅助活塞的上止点，下限位凸轮其较长端再次旋转至上端，于缸压小于弹簧弹力前与辅助活塞相抵，而动力活塞继续下行并到达其自身的下止点；D: 动力活塞上行,排出废气，辅助活塞处于限位状态。其中进气门与出气门的开闭设置采用现有技术，辅助活塞的中空区域应与下限位凸轮的下端一直留有空隙。

采用本发明的技术方案，有以下的好处:在引燃时刻后进行止位且引燃器其预设引燃时刻对应的曲柄角度大于0°，即引燃器于同步下行过程中引燃，该过程压缩比适宜，无论采用喷油嘴的压燃或是火花塞的点燃均可实现 ；预设引燃时刻对应的曲柄角度大于0°，比现有的-8°相对延后，实现了延迟引燃，考虑到弹性元件在下行过程中其弹力逐渐变小而压缩比也随之变小，辅助活塞其同步下行的距离不宜过长，故引燃时刻以及辅助活塞的下止点均受到限制，现以20°作为引燃时刻对应曲柄角度的可行性上阈值；根据对应关系，辅助活塞于引燃后止位且于50°至80°之间复位，该过程相对于单活塞汽缸系统燃烧室容积较小，在一定程度上增大了缸压；复位的初始时刻过早会增大做功时的燃烧室容积从而影响做功时缸压，过晚则会由于缸压不足难以复位，故复位初始时刻对应的曲柄角度其取值范围定在做功冲程基本完成的50°～80°；辅助活塞在没有附加动力的前提下，适时利用了缸压进行复位，增大燃料利用率；本发明所述汽缸系统只由单个活塞进行功率输出，比起双活塞双输出的结构，其应用领域广泛；本发明相对于单活塞汽缸系统在做功冲程中减小燃烧室容积，增大了缸压，延迟引燃时刻，及至燃烧室内形成最大缸压，其缸压所对应的曲柄角度也将相对增大，于是整个系统的输出扭矩及功率得以提高。

附图说明

图1是本发明中未绘出气门与引燃器的结构示意图；

图2是图1中辅助活塞的局部放大示意图（绘出气门）。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：缸套1、辅助活塞下部2、辅助活塞中部3、辅助活塞上部4、下限位凸轮5、上限位凸轮6、弹簧7、气门8。

实施例基本如图1、图2所示，本发明所述双活塞四冲程内燃机汽缸系统包括缸套1、位于缸套1外的动力传动机构、现有的动力活塞、辅助活塞，其中辅助活塞、动力活塞分别位于缸套1上、下端，动力传动机构包括与动力活塞相连的曲柄连杆机构，所述辅助活塞分为上、中、下部，其中辅助活塞下部2通过活塞环与缸套1密封连结，辅助活塞中部3内设有一中空区域，辅助活塞上部4连接有弹簧7；所述动力传动机构还包括配合辅助活塞的往复运动对辅助活塞进行限位的凸轮传动机构，该凸轮传动机构包括位于所述中空区域内的下限位凸轮5与位于辅助活塞上部上方相应位置的上限位凸轮6。弹簧7下端与辅助活塞上部4固定连接，上端与固定件连接。

两凸轮与曲柄连杆机构通过链传动/带传动/蜗杆传动机构成一定比例的传动连接。其中凸轮的结构以及辅助活塞中部的中空区域的具体形状尺寸可按照要求进行工业设计。

现以弹簧7与火花塞为例，说明所述汽缸系统的工作流程A:动力活塞下行，吸入气体燃料，旋转的下限位凸轮5其上端即其较长端与辅助活塞相抵，辅助活塞处于限位状态，无法运行；B:动力活塞上行，压缩气体燃料，下限位凸轮5较长端依旧与辅助活塞相抵，辅助活塞处于限位状态，无法运行；C: 动力活塞下行，下限位凸轮5较长端转动至相应位置，使下限位凸轮5上端与辅助活塞之间留出一段空隙，辅助活塞在处于压缩状态的弹簧7的作用下，与动力活塞同步下行，使得动力活塞下行前、后的燃烧室体积基本一致。随后火花塞于预设时刻点火，进而辅助活塞与下限位凸轮5上端即其较短端相抵，即辅助活塞到达自身的下止点，且上限位凸轮6较长端旋转至下端与辅助活塞上部4相抵。

辅助活塞在上、下限位凸轮和弹簧7的共同作用下实现止位，即便缸压上升甚至大于弹簧7压缩弹力，辅助活塞也将处于止位状态。待上限位凸轮6旋转至相应位置，使上限位凸轮6下端与辅助活塞之间留出一段空隙，辅助活塞在缸压的推动下克服弹簧7作功，进一步压缩弹簧7，到达辅助活塞的上止点，下限位凸轮5其较长端再次旋转至上端，于缸压小于弹簧7弹力前与辅助活塞相抵，而动力活塞继续下行并到达其自身的下止点；D: 动力活塞上行,排出废气，辅助活塞处于限位状态。其中进气门与出气门的开闭设置采用现有技术，辅助活塞的中空区域应与下限位凸轮的下端一直留有空隙。

本系统还包括配合使用的气门8与引燃器，两者在本系统中的安装位置可以是在辅助活塞下部2（如图2），或是在缸套相应位置处，亦或是通过其他方式实现安装连接，本发明对此不作具体限定，在不影响本发明实施的效果和专利的实用性的前提下均可实现。

现选取火花塞作为引燃器，介绍曲柄角度与各部件预设工作状态的对应关系：

0°时火花塞点火，12°时辅助活塞到达其下止点，50°时辅助活塞复位。（约在18°燃烧室形成最大缸压）

15°时火花塞点火，30°时辅助活塞到达其下止点，65°时辅助活塞复位。（约在37°燃烧室形成最大缸压）

20°时火花塞点火，34°时辅助活塞到达其下止点，80°时辅助活塞复位。（约在38°燃烧室形成最大缸压）

7°时火花塞点火，20°时辅助活塞到达其下止点，68°时辅助活塞复位。（约在25°燃烧室形成最大缸压）

现以连杆长度为122㎜，曲柄长37㎜的汽缸系统为例，辅助活塞其初始位置与下止点间的距离应设为2.89㎜，作为一种优化方案若采用上述7°时点火的对应关系，则本系统其最大输出扭矩将是单活塞汽缸系统的2倍。

其中火花塞可等同替换为喷油嘴，弹簧7可等同替换为波纹管。

如上所述，本领域的技术人员亦可知，本发明中曲柄角度与各部件预设工作状态有多种对应关系，各部件的具体尺寸亦可根据实际情况进行相应调整，在此不一一详述。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (3)

1.一种双活塞四冲程内燃机汽缸系统，包括缸套、位于缸套外的动力传动机构、现有的动力活塞、辅助活塞以及配合使用的气门与引燃器，其中辅助活塞、动力活塞分别位于缸套上、下端，动力传动机构包括与动力活塞相连的曲柄连杆机构，其特征在于：所述辅助活塞分为上、中、下部，其中辅助活塞下部通过活塞环与缸套密封连结，辅助活塞中部内设有一中空区域，辅助活塞上部连接有弹性元件；所述动力传动机构还包括配合辅助活塞的往复运动对辅助活塞进行限位的凸轮传动机构，该凸轮传动机构包括位于所述中空区域内的下限位凸轮与位于辅助活塞上部上方相应位置的上限位凸轮；其中所述往复运动包括于动力活塞到达上止点后与其一同开始的纵向下行，引燃时刻后的止位以及依靠缸压实现的复位，该复位的初始时刻所对应的曲柄角度其取值范围为50°～80°，所述引燃器其预设引燃时刻对应曲柄角度的取值范围为0°～20°，所述弹性元件始终处于压缩状态，其下端与辅助活塞上部固定连接，上端与固定件连接。

2.如权利要求1所述双活塞四冲程内燃机汽缸系统，其特征在于：所述弹性元件包括弹簧与波纹管。

3.如权利要求1所述双活塞四冲程内燃机汽缸系统，其特征在于：所述引燃器包括火花塞与喷油嘴。

Images