CN201184236Y - 强化的双头活塞压气发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种强化的双头活塞压气(进气增压)发动机，其特征在于一体的双头活塞组件在同轴的热汽缸和压气汽缸中运动，经过一双连杆带动两根曲轴旋转，输出动力。强化的双头活塞压气发动机的力学结构和谐对称、总体紧凑、实用而且可靠。其生产条件与一般内燃机高度吻合，具有优越的工业继承性。因此，它不但适用于装备轿车及其他机动车辆，而且很适合作为原动机装备各种用途的动力机械。

Description

强化的双头活塞压气发动机

技术领域

本实用新型涉及一种内燃式发动机，特别是一种强化的双头活塞压气发动机。

背景技术

内燃机问世已经一个半世纪。经过长期的工业化应用与发展，往复式活塞发动机及其增压技术均高度成熟。这种百年不衰的动力机械，凭借其特有的热效率优势、工业技术基础优势和巨大的产业惯性优势，至今仍在社会发展和国民经济建设中占据着极其重要的地位，被国家列为重要基础产业。

为了有效地应对全球石油资源危机，节约燃料(包括各类石油替代燃料)，现代发动机技术的发展更加重视能量利用效率的提升，采用增压技术成为现代高性能车用发动机的一大标志。不过，传统连杆曲柄的组合运动，使得活塞发动机结构原本便不够紧凑，而现有的车用发动机增压技术(无论是机械式增压、涡轮增压、复合式增压、气波式增压等等)，均只能采用某种附加的增压装置，这样虽然能够解决发动机增压问题，却必然会额外增加发动机体积，并导致发动机制造难度和生产成本的大幅度上升。

譬如，涡轮增压器的制造对产品质量及机械性能的要求非常高，需要现代工业制造的一流高技术支持。事实上，尽管它技术很成熟，但有能力制造者很少。涡轮增压器通常仅用于高档车用发动机。从使用与维护的成本出发，如今多数人的选择还是自然吸气发动机(汽车)。

此外，传统发动机一直存在着动力学结构带来的麻烦：一是活塞相对汽缸的运动受到侧向力影响，二者发生机械磨损而造成的经济损失总量是惊人的，对于这个问题，目前还只能通过一定的技术改进措施(比如对活塞环的改进)加以缓解；二是运动构件的惯性质量大。因为连杆(以及曲轴)承受的脉动式载荷巨大，强度要求高，质量大，所以发动机运动构件的平衡问题也十分棘手。

针对上述问题，人们提出过许多关于发动机的技术改进或替代方案。显然，人们特别希望发动机的压气装置能够由某种“内生”的方式产生，以解脱外加物的冗累。例如，法国的《增压的两冲程或四冲程内燃机》(专利00802595.9国家知识产权局2004年11月10日授权公告)、意大利的《具有平衡和增压功能的往复式内燃发动机》(发明专利申请00817537.3国家知识产权局2003年8月6日公开)、美国的《分开式四冲程循环内燃机》(发明专利02814537.2国家知识产权局2005年10月5日授权公告)等等。这些专利方案各有所长，能够达到发动机增压效果，也可以满足热机技术的实用要求，属于同类发明中的佼佼者。但是，这些方案都相当于增设了一套空气压缩机，显得有些臃肿，并且未能解决传统发动机存在的动力学结构缺陷。

中国的《双头活塞压气发动机》(发明专利申请200710048545X国家知识产权局2007年2月28日受理)提供了妥善的技术方案，可以实现增压并解决传统发动机存在的结构缺陷。新设计的双头活塞连杆平衡轴联动式组合机构，为发动机提供了同步工作的压气机、从根本上解决了活塞的侧向力问题，也在很大程度上消解了发动机轴系的平衡困难，使机构具有极好的运动平顺性。同时，新结构中主要构件形态及其运动形态均保持了传统发动机的简单特征。不足之处，一是圆管式活塞杆和活塞销座部位结构强度较弱；二是机体上下有两个分型面，对制造与装配不利。

实用新型内容

本实用新型涉及一种强化的双头活塞发动机。新的设计用一个纵向的分型面取代了两个横向的分型面，弥补了原方案的不足；加强了原方案的活塞销座部位，并采用工字型活塞杆截面改善了组件强度，能够达到压燃机循环的高压缩比要求，从而可以更好地实现双头活塞压气发动机的功能与性能目标：采用双头活塞连杆平衡轴联动式组合机构，使发动机具备增压功能、消除活塞的侧向力、消解发动机轴系的一部分平衡问题、分解活塞力(一分为二)使连杆和曲轴的受力减半、改善机构运动的平顺性、保持传统发动机构造的特征。新机构还有一个特别适合热机燃烧理论的结构性优点：热机的做功和吸气行程时间超过了压缩和排气行程时间，十分有利于热机燃料的燃烧过程。

本实用新型的目的是这样实现的：

至少有一个热汽缸(3)和一个同轴的压气汽缸(7)；与所述汽缸相配的活塞杆(11)的一端是热机的热活塞头(1)，另一端是压气机的压气活塞头(10)，构成一体的双头活塞组件。双头活塞组件与热汽缸(3)和压气汽缸(7)同轴，而活塞销(4)或连杆(6)小头的安装轴线与活塞组件轴线之间有一个偏置量。双头活塞组件安装在同轴的热汽缸(3)和压气汽缸(7)中，热活塞头(1)和压气活塞头(10)互起导向作用。在活塞杆(11)靠近热活塞头(1)裙部以下段的位置，有两个对称凸起的活塞销孔座，配合有两只活塞销(4)，对称地连接一双连杆(6)，卧式汽缸体(15)有一个纵向的分型面(12)，在分型面(12)上安装两根曲轴(5)，每一一根曲轴(5)由一只连杆(6)连接，在位于缸体上方的曲轴一端加装飞轮(14)，曲轴(5)对称地布置在卧式汽缸体(15)上下两侧，两根曲轴(5)之间的运动由一对联动齿轮(13)连接。发动机工作时，双头活塞组件在热汽缸(3)和压气汽缸(7)中作直线往复运动，通过连杆(6)带动曲轴(5)旋转，输出动力。热机进气管路与压气机的排气管路联通成一体，共同构成发动机进气系统。压气汽缸(7)缸径略大于热汽缸(3)缸径。

本实用新型的实施与一般内燃机的生产条件高度吻合，具有优越的工业继承性。由于对称运动的要求，新方案比一般内燃机(单缸)多了一根连杆和一根曲轴，但机构实质不变。新方案的特点是力学结构和谐对称、结构紧凑、实用而且可靠。另外，在现代的热机领域，完全能够应用计算机辅助设计技术对新的机构细节进行再优化，使方案更加完善，并迅速实行工业化生产。新产品将不但适用于装备轿车及其他机动车辆，而且适合作为各种用途的动力机械。

附图说明

图1是本实用新型的机构示意图。图2是图1的A向剖视图。

具体实施方式

以下结合附图，就本实用新型的具体实施方案作进一步描述。

参照图1、图2，本实用新型的运动部分：在截面为工字型的活塞杆(11)两端各有一个活塞头，位于图1左端热机的热活塞头(1)和位于图1右端压气机的压气活塞头(10)，它们构成了一体的双头活塞组件，分别在同轴的热汽缸(3)和压气汽缸(7)中运动，并且互为导向。在活塞杆(11)靠近热活塞(1)裙部以下段的凸起位置，并排布置两个活塞销孔配合两只活塞销(4)，对称地连接一双连杆(6)，连杆(6)大头端各连接一根曲轴(5)。这一对曲轴(5)布置在卧式汽缸体(15)的纵向分型面(12)上，由一对联动齿轮(13)连接，实现同步反向旋转，输出动力。联动齿轮(13)也可以用来替代飞轮(14)调蓄动能，让发动机运转平稳。新机构与传统发动机核心区别，是采用了双头活塞连杆平衡轴联动方式，使作用在双头活塞组件上的侧向力被完全平衡(相互抵消)。活塞销(4)或连杆(6)小头的轴线与活塞组件的轴线之间，存在一个偏置量，以保证对称安装两只连杆(6)小头的空间。活塞组件运动的“上止点”和“下止点”把曲轴(5)旋转轨迹圆分割成两段：位于图2上方的一段对应热机的压缩冲程和排气冲程，小于半周；位于图2下方的一段对应热机的做功冲程和吸气冲程，大于半周。一方面，活塞在压缩或排气行程的运动时间较短，有助于提高发动机燃料燃烧时的等容度，增加热效率及进气效率，降低吸气损失；另一方面，活塞在做功或吸气行程的运动时间较长，则有利于燃料气体在燃烧室的混合，缩短燃烧时间，减少压缩热损。

本实用新型的配气部分：新的热机进气管路与压气机的排气管路联通，形成新的发动机进气系统。对应热机的一个工作循环(四个冲程)，压气机要完成两个工作循环。其具体对应关系如下：压气机的吸气行程与热机的压缩冲程和排气冲程相对应，此时，图1中的双头活塞组件自右向左运动，压气机进气阀(8)开启，压气汽缸(7)吸气，发动机进气系统压力无变化；压气机的排气行程与热机的做功冲程和进气冲程相对应，此时，图1中的双头活塞组件自左向右运动，压气机进气阀(8)关而排气阀(9)开，压气汽缸(7)排气，发动机进气系统的变化有两种情况：一种是对应热机的做功冲程，从压气机排出的气体进入发动机进气系统，预使系统压力增高；另一种是对应热机的进气冲程，从压气机排出的气体，和上一个排气行程排入发动机进气系统的气体叠加，形成高压，在热机进气门(2)开启之后，冲入燃烧室，于是，新的四冲程热机就能十分可靠地获得至少双倍于自然吸气式发动机的进气效率(所述压气机进气阀(8)和排气阀(9)采用舌簧阀类型，效率较高。由常规的机械泄露导致的气损不超过10％，稍许增大压气汽缸(7)缸径即可补足。)

本实用新型的可以有其他的具体实施方式。构件材料、尺寸、选型可以不同，比如气阀(8)、(9)可用非舌簧阀类型等等，但在技术上是等同的。并不脱离本方案确定的法律范围。

Claims (5)

1.一种强化的双头活塞压气发动机，其特征在于：至少有一个热汽缸(3)和一个同轴的压气汽缸(7)；与所述汽缸相配的活塞杆(11)的一端是热机的热活塞头(1)，另一端是压气机的压气活塞头(10)，构成一体的双头活塞组件，双头活塞组件安装在同轴的热汽缸(3)和压气汽缸(7)中，在活塞杆(11)靠近热活塞头(1)裙部以下段的位置，有两个对称凸起的活塞销孔座，配合有两只活塞销(4)，对称地连接一双连杆(6)，连杆(6)大头端各连接一根曲轴(5)，曲轴(5)对称地布置在卧式汽缸体(15)上下两侧，并由一对联动齿轮(13)连接。

2.根据权利要求1所述的强化的双头活塞压气发动机，其特征是双头活塞组件与热汽缸(3)和压气汽缸(7)同轴，而活塞销(4)或连杆(6)小头的安装轴线与活塞组件轴线之间有一个偏置量。

3.根据权利要求1所述的强化的双头活塞压气发动机，其特征是卧式汽缸体(15)有一个纵向的分型面(12)，在分型面(12)上安装两根曲轴(5)，每一一根曲轴(5)由一只连杆(6)连接，在位于缸体上方的曲轴一端加装飞轮(14)，两根曲轴(5)之间的运动由一对联动齿轮(13)连接。

4.根据权利要求1所述的强化的双头活塞压气发动机，其特征是热机进气管路与压气机的排气管路联通成一体，共同构成发动机进气系统。

5.根据权利要求1所述的双头活塞压气发动机，其特征是压气汽缸(7)缸径略大于热汽缸(3)缸径。

Images