CN1477295A

CN1477295A - 对置活塞布置二冲程内燃发动机

Info

Publication number: CN1477295A
Application number: CNA021364893A
Authority: CN
Inventors: 杨锡尧; 徐正好
Original assignee: JIYI SCI-TECH INDUSTRY Co Ltd SHANGHAI
Current assignee: Shanghai University of Engineering Science
Priority date: 2002-08-14
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2004-02-25

Abstract

一种对置活塞布置的二冲程内燃发动机，涉及热机技术领域。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个曲轴上的两个连杆；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。这种结构的发动机其热工转换效率高，发动机散热面可降低到最低限度，特别适合用陶瓷材料制造的发动机。此外，它还可使用各种醇类燃料及植物油燃料，以及可再生的清洁燃料，是一种有发展潜力的新型发动机。

Description

对置活塞布置二冲程内燃发动机

技术领域

本发明涉及到一种二冲程内燃发动机，特别是一种活塞呈对置布置的二冲程内燃发动机。

背景技术

现有技术曾经使用过的一种两冲程内燃发动机，其技术方案是在同一个汽缸内有二个活塞，活塞在汽缸内呈对置布置，并呈直线排列，两个活塞各有一根连杆，采用两根曲轴。这种对置活塞布置二冲程内燃发动机没有进、排气阀门，也不用进、排气阀门弹簧。由于这种发动机可在变工况条件下工作，其热效率极高，输出功率大，因此在军事上，例如坦克、军舰等一类需要大功率输出发动机的军械上获得广泛运用，但终因其结构过于复杂而遭淘汰。

现代热机对提高热效率提出更高要求，因此陶瓷材料制造的发动机的研究课题被提到议事日程上来，而没有进、排气阀门和弹簧的发动机更适合陶瓷发动机，因此对置活塞布置二冲程内燃发动机又重新引起人们兴趣。正因如此，简化现有技术的对置活塞布置的二冲程内燃发动机机械结构，乃当今陶瓷发动机获得商业应用的关键所在。

发明内容

本发明的目的是设计采用一根曲轴的对置活塞布置二冲程内燃发动机，以简化现有技术发动机的结构使其更为合理。进一步，通过对压缩比值可调，以最大限度地提高对置活塞布置的二冲程内燃发动机的热效率。

本发明的目的这样实现：同一气缸内安置的两个可往复运动的活塞，采用对置的方式布置，按照进、排气口的位置区分，分别称为排气端活塞和进气端活塞。进气端活塞和排气端活塞各自与进气小连杆和排气小连杆连接。两根小连杆各自通过一个杠杆，实现作用力反向后，在杠杆的另外一端输出，输出端再各自通过一根大连杆，最终共同连接在同一根曲轴上。本发明双活塞直线对称布置二冲程发动机，其两根小连杆、两根杠杆、和安装在同一根曲轴上的两根大连杆、完全呈对称布置。而杠杆的支点又是可以被调节的，支点的调节是通过一个所谓偏心轴完成的。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：a：燃烧室散热面积缩小到最低限度，大大减少了冷却液带走的能量，是热机效率能明显提高；b：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；c：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的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；d：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；e：由于不用气缸盖、汽门、汽门弹簧，本发明很适合用陶瓷材料来制造。

附图说明

附图1是本发明对置活塞布置二冲程内燃发动机原理图。

附图2是本发明对置活塞布置二冲程内燃发动机可调节杠杆支点的调节装置工作原理图。

附图3是本发明对置活塞布置二冲程内燃发动机总图。

图中，1飞轮、2曲轴、3排气大连杆、4进气大连杆、5排气杠杆、6进气杠杆、7排气端活塞、8进气端活塞、9排气小连杆、10进气小连杆、11汽缸、12排气偏心轴、13进气偏心轴、14排气轮辐、15进气轮辐、16排气端蜗轮、17进气端蜗轮、18排气端蜗杆、19进气端蜗杆、20控制电机、21扫气口、22进气口。

具体实施方式

附图1是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，即排气大连杆3和进气大连杆4。排气杠杆5和排气大连杆3相连；进气杠杆6和进气大连杆4相连。气缸11内装有排气端活塞7和进气端活塞8，排气端活塞7通过排气小连杆9与排气杠杆5相连；进气端活塞8通过进气小连杆10与进气杠杆6相连。排气偏心轴12与排气轮辐14相连；进气偏心轴13与进气轮辐15相连。排气轮辐14上的排气端蜗轮16以及进气轮辐15上的进气端蜗轮17，分别与排气端蜗杆18、进气端蜗杆19啮合。控制电机20通过离合器驱动排气端蜗杆18、进气端蜗杆19。气缸11上还有扫气口21和排气口22。当启动电机驱动发动机发动，飞轮旋转，通过曲轴2、排气大连杆3、进气大连杆4、排气杠杆5、进气杠杆6、排气小连杆9和进气小连杆10，将飞轮1的旋转运动变为排气端活塞7和进气端活塞8的往复运动。由下止点向上止点作第一冲程运动，空气从扫气口21进入，废气从排气口22溢出。由于排气端活塞7比进气端活塞8先行12°-15°度，因此，先由排气端活塞7将排气口22关闭。此时扫气口21仍在继续进气；接着进气端活塞8将扫气口21关闭。由于进气端活塞8和排气端活塞7同时上行，压气工作正式开始。当排气端活塞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。此时排气端活塞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。当排气端活塞7下行12°-15°度时，进气端活塞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端活塞8、排气端活塞7同时作功，当进气端活塞8下行5°-10°度，排气端活塞7下行12°-15°度时，气缸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。由于排气端活塞7比进气端活塞8先行12°-15°度，所以当排气端活塞7先打开排气口22在12°-15 °度时，进气端活塞8刚好到扫气口21位置。由于气缸11内燃气对排气端活塞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。当进气端活塞7和进气端活塞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，气缸11内的压力已低于进气增压压力，因此扫气开始正式进行。当进气端活塞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仍在变大，第二冲程结束，当进气端活塞7继续上行，先将排气口22关闭，此时进气端活塞8仍离关闭扫气口21有12°-15°度，仍在继续充气。到进气端活塞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，其中进气端活塞7产生约57％的功率，进气端活塞8产生约43％的功率。

本发明的压缩比值调整过程参见图2：通过可控电机20同步驱动排气端蜗杆18、进气端蜗杆19和排气端蜗轮16、进气端蜗轮17，带动排气轮辐14、进气轮辐15，使排气偏心轴12、进气偏心轴13发生前、后转向并改变排气杠杆5、进气杠杆6的支点，使排气杠杆5、进气杠杆6的支点发生前、后位移并使排气端活塞7、进气端活塞8的行程也发生前、后移动。由于排气端活塞7、进气端活塞8的位移不改变曲轴2和进、排气大连杆的尺寸，因此排气端活塞7、进气端活塞8的有效行程不变，改变的只是排气端活塞7、进气端活塞8行程的起讫点；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的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，排气杠杆5、进气杠杆6也稍微向内弯曲些，这样既保证了进气端活塞7先行12°-15°度的技术要求，又使对置的两只排气端活塞7、进气端活塞8的排气大连杆3、进气大连杆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。图3是本发明对置活塞布置二冲程内燃发动机总图。

Claims

1.一种对置活塞布置的二冲程内燃发动机，包括一个汽缸(11)，排气小连杆(9)和进气小连杆(10)，曲轴(2)，排气端活塞(7)和进气端活塞(8)，排气端活塞(7)和进气端活塞(8)安装在汽缸(11)内呈对置布置，进气端活塞(8)和排气端活塞(7)各自与进气小连杆(10)和排气小连杆(9)连接，气缸11上有扫气口(21)和排气口(22)。其特征是：两根小连杆各自通过一个杠杆，实现作用力反向，在杠杆的另外一端输出，输出端再各自通过一根大连杆，最终共同连接在同一根曲轴上。

2.根据权利要求1所述的一种对置活塞布置的二冲程内燃发动机，其特征是：大、小连杆、进、排气杠杆呈对称布置。

3.根据权利要求2所述的一种对置活塞布置的二冲程内燃发动机，其特征是：所述的进、排气杠杆的支点，通过偏心轴主轴，及进、排气轮辐，与一个可控电机相连的对称布置的蜗轮蜗杆，实现对进、排气偏心轴的调节。

4.根据权利要求3所述的一种对置活塞布置的二冲程内燃发动机，其特征是：排气端活塞(7)比进气端活塞(8)先行12°-15°度。

5.根据权利要求4所述的一种对置活塞布置的二冲程内燃发动机，其特征是：所述的进气端活塞7产生约57％的功率，所述的进气端活塞8产生约43％的功率。

6.根据权利要求5所述的一种对置活塞布置的二冲程内燃发动机，其特征是：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。

7.根据权利要求6所述的一种对置活塞布置的二冲程内燃发动机，其特征是：通过可控电机(20)同步驱动排气端蜗杆(18)、进气端蜗杆(19)和排气端蜗轮(16)、进气端蜗轮(17)，带动排气轮辐(14)、进气轮辐(15)，使排气偏心轴(12)、进气偏心轴(13)发生前、后转向并改变排气杠杆(5)、进气杠杆(6)的支点，改变排气端活塞(7)、进气端活塞(8)的行程。