CN1464184A - 可调压缩比值高增压两冲程对置活塞布置的往复式发动机 - Google Patents

Abstract

一种可调压缩比值高增压两冲程对置活塞布置的往复式发动机，其特征在于：在同一汽缸内含有两个可往复运动的对置活塞、并采用一根与两个对置活塞相连的曲轴，曲轴的一组连杆轴颈夹角呈小偏角非对称布置，其夹角在192－195度之间；还含有一组两个活塞杆、一组两个连杆摇臂和一组安装在同一根曲轴上的两个连杆；含有两组完全对称布置的偏心轴主轴和偏心轴摇臂及含有两组与一个可控电机相连的对称布置的蜗轮蜗杆。这种重新排列组合方式的发动机其运作方式更为科学、更为合理。它可使热工转换技术的散热面降低到最低限度，非常适合用陶瓷材料制造。本发明除了能使用常规的石化燃料之外，还可使用各种醇类燃料及植物油燃料，特别适合使用可再生的清洁燃料。

Description

可调压缩比值高增压两冲程对置活塞布置的往复式发动机

本发明涉及内燃动力装置。

现有广泛使用的各种内燃机具有体积小、功率大、使用携带方便、技术成熟和工作可靠等优点，但仍是一种高能耗大污染的机器。譬如在某些车用往复式发动机中，约有30-40％可利用的能量未被利用而作为废气被排放，还有25-35％的能量被冷却液带走，其原因之一是因为在变工况条件下涡轮机的动力与从曲轴输出的往复式发动机的动力无法匹配而难以利用；其原因之二是发动机的组合结构及运作方式不尽合理，使相当一部位能量不能转化为有效功而被冷却液带走。

本发明的目的是要提供一种组合结构及运作方式更为合理的可调压缩比值的发动机。

本发明的目的这样实现：在同一汽缸内安置两个可往复运动的对置活塞，并利用一组两个活塞杆、一组两个连杆摇臂和一组安装在同一根曲轴上的两个连杆、两组完全对称布置的偏心轴主轴及偏心轴摇臂和两组与一个可控电机相连的对称布置的蜗轮蜗杆，并采用一根与两个对置活塞相连的曲轴；该曲轴的一组连杆轴颈夹角呈小偏角非对称布置，其夹角在192-195度之间制成一台通过可控电机自动调节压缩比值的高增压两冲程对置活塞布置的往复式发动机。

本发明由于采用对置活塞布置，具有下列重要优点：1)燃烧室的散热面积缩小到最低限度，大大减少了冷却液带走的能量，使热机效率能明显提高：2)克服了两冲程发动机换气质量不高、换气能量损失巨大的缺陷：3)采用对置活塞布置和采用一根与两个对置活塞相连的曲轴能令人满意地解决可调压缩比值难题；还可解决起动困难，并能使用各种燃料，特别适合使用可再生清洁燃料；4)由于解决可调压缩比值难题，因此可以提高发动机的进气增压，这样既可提高发动机的输出动力，还能提高热机效率；还能提供出更多、质量更高的可被涡轮发动机利用的低压燃气以利于第二次热转换技术利用，为制造先被往复式发动机利用，再被涡轮发动机利用的联合循环内燃机组创造了条件；5)由于不用汽缸盖、汽门、汽门弹簧，本发明很适合用陶瓷材料来制造。

以下结合附图进一步进行说明。

附图1、2和3共同给出本发明的一个实施例，它们是一台可调压缩比值高增压两冲程对置活塞布置的往复式发动机的有关结构示意图。图中，与飞轮(1)相连的曲轴(2)上装有一组连杆即排气连杆(3)和进气连杆(4)，排气连杆摇臂(5)与排气连杆(3)相连；进气连杆摇臂(6)与进气连杆(4)相连。汽缸套(11)内装有排气活塞(7)和进气活塞(8)。排气活塞(7)通过排气活塞杆(9)与排气连杆摇臂(5)相连；进气活塞(8)通过进气活塞杆(10)与进气连杆摇臂(6)相连。结构及运作方式完全对称的一组两个偏心轴主轴(12)、(13)各与一组两个偏心轴摇臂(14)、(15)相连。装在一组两个偏心轴摇臂(14)、(15)上的蜗轮(16)、(17)与由可控电机(20)同步驱动的蜗杆(18)、(19)相啮合。汽缸套(11)上还有扫气口(21)和排气口(22)。

本发明的工作原理可简述为：当发动机起动时，由飞轮(1)从起动电机获取能量开始旋转，通过曲轴(2)、排气连杆(3)、进气连杆(4)、排气连杆摇臂(5)、进气连杆摇臂(6)、排气活塞杆(9)和进气活塞杆(10)将飞轮(1)的旋转运动变为排气活塞(7)和进气活塞(8)的往复对置运动。当排气活塞(7)和进气活塞(8)由下止点向上止点作第一冲程运动时，空气从扫气口(21)进入，废气从排气口(22)溢出。由于排气活塞(7)比进气活塞(8)先行12-15度，因此，先由排气活塞(7)将排气口(22)先关闭。此时扫气口(21)仍在继续充气；接着进气活塞(8)将扫气口(21)关住。由于进气活塞(8)和排气活塞(7)同时上行，压气工作正式开始。当排气活塞(7)接近上止点时，燃烧室喷油工作已完成，高速旋转的压缩气流与瞬间形成的雾状燃油进行充分混合。此时排气活塞(7)已经越过上止点，开始向下运行。第一冲程结束，第二冲程开始。当排气活塞(7)下行12-15度时，进气活塞(8)位于上止点上，与空气充分混合的燃油已开始燃烧并进气活塞(8)、排气活塞(7)同时作功，当进气活塞(8)下行5-10度，排气活塞(7)下行15-20度时，汽缸套(11)内开始激剧燃烧，这种激剧燃烧可以持续20-30度，然后燃烧变得缓慢；当两个活塞下行40-50度时，燃烧基本结束。由于排气活塞(7)比进气活塞(8)先行12-15度，所以当排气活塞(7)先打开排气口(22)12-15度时，进气活塞(8)刚好到扫气口(21)位置。由于汽缸套(11)内燃气对活塞(7)做功后仍有较高的温度和压力，因此大量废气高速从排气口(22)溢出。当排气活塞(7)和进气活塞(8)继续下行，排气口(22)会开得更大，此时扫气口(21)也开始被打开，由于高速气流的惯性，不会发生扫气口(21)倒流现象。事实是，扫气口(21)被打开时，汽缸套(11)内的压力已低于进气增压压力，因此扫气开始正式进行。当排气活塞(7)移至下止点而要开始上行，此时扫气口(21)、排气口(22)几乎全部开足，扫气工作进入峰值阶段，从扫气口(21)进入汽缸套(11)内的高速旋转气流将废气强行从排气口(22)中急速赶出，此时排气口(22)开始变小，而扫气口(21)则仍在变大，第二冲程结束，当排气活塞(7)继续上行，先将排气口(22)关闭，此时进气活塞(8)仍离关闭扫气口(21)有12-15度，仍在继续充气。到进气活塞(8)上行至扫气口(21)关闭时，压气工作又开始连续进行。由此循环往复完成两冲程发动机运行全过程。由于一组在同一缸内的对置活塞采用非对称往复运动，其获得的实际功率也不尽相同，其中排气活塞(7)产生约57％的功率，进气活塞(8)产生约43％的功率。

本发明的压缩比值调整过程为：通过可控电机(20)同步驱动蜗杆(18)、(19)和蜗轮(16)、(17)带动偏心轴摇臂(14)、(15)使偏心轴主轴(12)、(13)发生前/后转向并改变排气连杆摇臂(5)、进气连杆摇臂(6)的支点，使连杆摇臂(5)、(6)的支点发生前/后位移并使活塞(7)、(8)的行程也发生前/后移动。由于活塞(7)、(8)的位移不改变曲轴(2)和连杆的尺寸，因此活塞(7)、(8)的有效行程不变，改变的只是活塞(7)、(8)行程的起迄点；而上止点的变化可改变燃烧室容积的大小达到改变压缩比值的目的；下止点的变化可改变扫气口(21)截面积和开启角度，达到在改变压缩比值的同时理想地改变使用气口的高度和角度，使两冲程发动机的换气过程变得非常优秀甚至可远远超过四冲程发动机的换气过程，克服了两冲程发动机换气质量差、换气能量损失巨大的缺陷。

本发明在布置曲轴(2)的位置上稍微向内进行位移，连杆摇臂(5)、(6)也稍微向内弯曲些，这样既保证了排气活塞(7)先行12-15度的技术要求，又使对置活塞(7)、(8)的连杆(3)、(4)在曲轴(2)上保持180度的传统角度，避免了加工不对称曲轴的麻烦。

Claims (1)

1，一种可调压缩比值高增压两冲程对置活塞布置的往复式发动机，其特征在于：

A.在同一汽缸内含有两个可往复运动的对置活塞；

B.含有一根与两个对置活塞相连的曲轴；曲轴的一组连杆轴颈夹角呈小偏

  角非对称布置，其夹角在192-195度之间；

C.含有一组两个活塞杆、一组两个连杆摇臂和一组安装在同一根曲轴上的

  两个连杆；

D.含有两组完全对称布置的偏心轴主轴及偏心轴摇臂；

E.含有两组与一个可控电机相连的对称布置的蜗轮蜗杆。

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