CN201212417Y - 单缸双塞内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单缸双塞内燃机，为解决现有内燃机能量转化率低的问题，其包括中间配有环装分布的配气机构和火花塞或喷油泵的气缸，在气缸两侧相对分布的两个活塞，活塞通过传动装置连接输出轴。两侧活塞分别通过对称的连杆、曲轴和其它传动部件连接中心轴；或一侧活塞通过活塞连接曲轴，另一侧活塞通过摇臂和其它传动机构连接前侧的连杆。具有进排气效率高，节能，点火做功时吸收能量火塞顶面积增加一倍，能量转化效率高，动力强劲，燃料消耗少，配气机构简化，比较适于多缸大功率内燃机的优点。

Description

单缸双塞内燃机

技术领域

本实用新型涉及一种内燃机，特别是涉及一种单缸双塞内燃机。

背景技术

在目前科技发达的今天，内燃机虽然已经实现诸多技术进步，但是，其能量转化率仍然远远低于理论值，尚有很大的提升空间。经本发明人长期观察研究发现，现有内燃机在点火做功过程中，由于活塞行程的限制，更确切是压缩比的限制，急剧膨胀的爆燃气体运行到活塞行程的终点时仍然会有相当高的气压存在(更确切地说，应是远高于大气压的气压存在)，不能转化为有用的机械能，不但造成能量浪费和余热污染，而且还会增加排气行程负担。尤其是配气系统耗能量大，即：凸轮轴要在内燃机一个工作循环中，要两次克服气门弹簧的弹力消耗能量，且结构复杂，即两个相同的机械传动的配气机构。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种能大大提高能量转化效率的单缸双塞内燃机。

为实现上述目的，本实用新型单缸双塞内燃机包括中间配有环装分布的配气机构和火花塞或喷油泵的气缸，在气缸两侧相对分布的两个活塞，活塞通过传动装置连接输出轴。如此设计，现有单塞内燃机，点火后，只有一个活塞顶面吸收高压气体能量，而本发明单缸双塞内燃机，点火后，同时有两个活塞顶面吸收高压气体能量，在理论上，其做功效率和速度可以提高一倍。其在不增加上止点(最高)压力的前提下，增大压缩比，点火做功时其多了一个做功面。即两塞共用一个燃烧室，故两塞同获一个压缩比。提高了燃气对外变力做功“最大值”的利用率。

最大值是指燃气在爆发瞬间，对外做功的极限值。即对置的两塞同时对外传递“渐弱”的动力“极大值”。

若同样的排量，同量的供油量，则单缸双塞机比单缸、单塞机燃气对外做功“有效值”利用率将提升一倍。有效值是指燃气在爆发冲程中，对外做功的实际值。

双塞机与同样排量的单塞机相比，在吸气冲程中，加速了气缸内的“真空”度形成，致使进气量增加，热机效率加大。尤其是在相继地进行排气冲程中，只要启动一次气门，进排气却靠配气室来完成(即节能)，且结构简单(只用了一个配气传动机构)。

双塞机与同排量的单塞机相比，可使内燃机转速加大。

缺点：横向体积增大，为卧式。

用途：可适用多缸大功率汽柴油内燃机，能大大提高能量转化效率。

作为优化，两侧活塞分别通过对称的连杆、曲轴和其它传动部件连接中心轴；或一侧活塞通过活塞连接曲轴，另一侧活塞通过摇臂和其它传动机构连接前侧的连杆。如此设计，两侧活塞分别通过对称的连杆、曲轴和其它传动部件连接中心轴，结构简单，方便实施，可靠性强；一侧活塞通过活塞连接曲轴，另一侧活塞通过杠杆和其它传动机构连接前侧的连杆，则有利于缩小体积和重量。

作为优化，一侧活塞通过固装横杆的十字主连杆连接曲轴，十字主连杆的横杆铰接上连接杆、上连接杆铰接S型摇臂、S型摇臂再铰接下连接杆、下连接杆铰接丁字副连杆的横杆，该横杆再通过丁字副连杆的滑柱固连另一侧的活塞。如此设计，传力效果可靠，简便易行。

作为优化，配气机构包括一个配置在气缸中间的进气道和排气道；或包括一个配置在气缸中间的进排气门。如此设计，配气机构包括一个配置在气缸中间的进气道和排气道方便沿用现有配气机构。包括一个配置在气缸中间的进排气门有利于充分利于有限的气缸空间。

作为优化，配气机构还包括一个与进排气门相配合的总气道，总气道通过横置的进排气控制缸连通并列的进气管和排气管，进排气控制缸内配有一对通过连接细杆相连的控制塞，控制塞两端各连接一个衔铁，衔铁外侧再配置电磁铁，电磁铁的线圈连接电源和分断器；两控制塞间距和控制塞长度大于进气管和排气管的宽度；进气行程时，分断器驱动一侧电磁铁和衔铁吸合，使一侧控制塞抵住排气管，使两控制塞之间对准进气管，而另一侧失电不工作；排气行程时，分断器使另一侧电磁铁和衔铁吸合，使另一侧控制塞抵住进气管两侧，使两控制塞之间对准排气管，且另一侧失电不工作；配气机构的进气门和排气门分别通过凸轮和传动机构连接一侧的曲轴。如此设计，方便选择适用。

作为优化，分断器包括安装在蜗杆上的塑料圆柱体，塑料圆柱体外周镶钳1/4圆周金属薄片，金属薄片通过塑料圆柱体内的导体、蜗杆与导电装置接地；一侧电磁铁连接蓄电池和位于塑料圆柱体一侧的金属弹片，另一侧电磁铁连接蓄电池和位于塑料圆柱体另一侧的金属弹片，金属弹片端部的触头在塑料圆柱体外周相对分布，并与1/4圆周金属薄片位于同一水平线上。如此设计，

作为优化，金属弹片配有支撑弹簧，所述蜗杆与连接曲轴的蜗轮相连，所述丁字副连杆的滑柱截面为三角形，并套装有内周有三棱柱形孔的支撑套，所述丁字副连杆的滑柱外端上方配有助压轴承。且两个金属弹片端部的触头相间1/4个圆周。如此设计，性能更稳定，可靠。

采用上述技术方案后，本发明单缸双塞内燃机具有进排气效率高，节能，点火做功时吸收能量火塞顶面积增加一倍，能量转化效率高，动力强劲，燃料消耗少，配气机构简化，比较适于多缸大功率内燃机的优点。

附图说明

图1是本发明单缸双塞内燃机第一种实施方式的结构示意图；

图2是本发明单缸双塞内燃机第二种实施方式的结构示意图；

图3是本发明单缸双塞内燃机第三种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

实施例一，如图1所示，本发明单缸双塞内燃机包括中间配有环装分布的配气机构和火花塞2的气缸1，在气缸1两侧相对分布的两个活塞3，两侧活塞3分别通过对称的连杆4、曲轴和其它传动部件连接中心轴。

实施例二，如图2所示，本发明单缸双塞内燃机包括中间配有环装分布的配气机构和喷油泵5的气缸1，在气缸1两侧相对分布的两个活塞3，两侧活塞3分别通过对称的连杆4、曲轴和其它传动部件连接中心轴。

实施例三，如图3所示，本发明单缸双塞内燃机包括中间配有环装分布的配气机构和喷油泵5的气缸1，在气缸1两侧相对分布的两个活塞3，一侧活塞3通过固装横杆31的十字主连杆41连接曲轴32，十字主连杆41的横杆31铰接上连接杆33、上连接杆33铰接S型摇臂35、S型摇臂35再铰接下连接杆34、下连接杆34铰接丁字副连杆42的横杆31，该横杆31再通过丁字副连杆41的滑柱固连另一侧的活塞3。所述丁字副连杆42的滑柱截面为三角形，并套装有内周有三棱柱形孔的支撑套43，所述丁字副连杆42的滑柱外端上方配有助压轴承44。

配气机构包括一个配置在气缸1中间的进排气门6，一个与进排气门6相配合的总气道61，总气道61通过横置的进排气控制缸62连通并列的进气管63和排气管64，进排气控制缸62内配有一对通过连接细杆相连的控制塞65，控制塞65两端各连接一个衔铁66，衔铁66外侧再配置电磁铁67，电磁铁67的线圈68连接蓄电池69和分断器；两控制塞65间距和控制塞65长度大于进气管63和排气管64的宽度；进气行程时，分断器驱动一侧电磁铁67和衔铁66吸合，使一侧控制塞65抵住排气管64，使两控制塞65之间连接细杆对准进气管63，此时，凸轮则凸起传动机构将气门6顶开，把总气道61打开；排气行程时，分断器使另一侧电磁铁67和衔铁66吸合，使另一侧控制塞65抵住进气管63两侧，使两控制塞65之间连接杆对准排气管64，此时，凸轮则凸起传动机构，将气门6顶开，把总气道61打开；进排气门6分别通过凸轮和传动机构连接一侧的曲轴32。

分断器包括安装在蜗杆71上的塑料圆柱体72，塑料圆柱体72外周镶钳1/4圆周金属薄片73，金属薄片73通过塑料圆柱体72内的导体、蜗杆71与导电装置接地；一侧电磁铁67连接蓄电池69和位于塑料圆柱体72一侧的金属弹片74，另一侧电磁铁67连接蓄电池69和位于塑料圆柱体72另一侧的金属弹片74，金属弹片74端部的触头在塑料圆柱体72外周相对分布，并与同一个(且只有一个)1/4圆周金属薄片73位于同一水平线上。金属弹片73配有支撑弹簧。所述蜗杆71与连接曲轴32的蜗轮相连。

为更好地理解本发明技术方案，对具体实施方式作如下说明：

一、技术说明：除曲轴连杆机构，气缸、活塞和配气系统不同外，则其它的机构和系统均与单塞机相同；“S”型摇臂为两个，且对称于气缸。即分布在气缸前后两侧。配气系统为一个配气总成，且分断器是控制配气室上两个电磁铁线圈的“开关”，两个电磁铁控制中间为“细”杆联接的控制轴塞，两联体轴塞中间的细杆来控制“进”“排”气路与总气路联通。

二、工作原理：

单缸双塞内燃机完成一个工作循环，曲轴转两圈，主副两活塞在气缸内对置往返各两次，“S”摇臂杆往返摆动两次，喷油嘴或火花塞各工作一次，进排两气路各启闭一次，气门弹簧及气门顶杆套簧被压缩和反弹各一次。十字主连杆上下各摆动两次，而丁字副连杆在支撑套中往返“平动”两次。蜗轮杆转一圈，分断器上的1/4圆周弧形环片分别与两个金属弹片“接触”和“分离”各一次。两个电磁铁各联体轴塞往返一次。

三、动作原理：

1、吸气冲程：两塞同时由上止点向下止点运行。

十字主连杆的联体横杆，在曲轴旋转的作用下，将牵引上连接杆左行下移，于是驱动S型摇臂绕自身中间转动轴产生逆时针转动，继而迫使下连接杆右行上移，便导致于丁字副连杆及联体副塞向右移。此过程，进气道打开，电子化油器向燃烧室提供混合燃气排气道关闭，气门顶杆套簧被压缩，直到两塞同时到达各自的下止点为止。此时进气道关闭，电子化油器停止供气，气门顶杆上的套簧开始由压缩状态而反弹扩张。

2、压缩冲程：两塞同时由下止点向上止点运行。

十字主连杆的联体横杆，在曲轴旋转的作用下，将牵引上连接杆边右行上移，于是驱动S型摇臂绕自身中间转动轴产生顺时针旋转，继而迫使下连接杆边左行下移，便导致于丁字副连杆及联体的副塞向左移。此时进排两气道同时关闭，直到两塞同时到达各自上止点为止。

3、爆发冲程：两塞同时由上止点向下止点运行。

当且仅当两塞同时到达各自上止点时，喷油嘴和火花塞进行工作(喷油嘴向燃烧室喷出高压雾状柴油瞬间后，火花塞立即放电引爆)，随机两塞同时由各自的上止点，受到燃爆气体推挤，向各自的下止点运行，此时进排两气门同时关闭。主塞左行迫使十字主连杆及联体横杆边左行边下移，推动曲轴旋转。此时副塞右行迫使丁字副连杆向右平动、于是丁字副连杆上的联体横杆牵动下连接杆边右行边上升，继而将动力传递到S型摇臂上，使之S型摇臂绕自身的中间轴产生逆时针旋转，而S型摇臂将动力传递到上连接杆上使上连接杆边左行边下移，于是获取动力的上连接杆将动力传递给十字主连杆的联体横杆上，使之十字主连杆边左行边下移，将动力继而传递给曲轴上，使之曲轴旋转，直到两塞同时到达各自的下止点为点。

4、排气冲程：两塞同时由下止点向上止点运行。

当且仅当两塞同时到达各自的下止点时，排气道立即打开，于是两塞同时由各自的下止点向上止点运行，此时进气道关闭。而十字主连杆的联体横杆，在曲轴旋转作用下，将牵引上连接杆边右行边上移，于是驱动S型摇臂绕自身中间转动轴产生顺时针旋转，继而迫使下连接杆边左行边下移，便导致丁字副连杆及联体的副塞平动左移，此时进气道关闭，而排气道打开。气门顶杆套簧被压缩，直到两塞同时到达各自的上止点为止，气门顶杆上的套簧受凸轮的凸起传动机构继续被压缩，直到两塞同时达到上下点完成，吸气冲程为止，此时凸轮在凸起传动机构。总的工作过程，请见下表：

四、补充说明

1、S型摇臂，是用于缓冲联杆的上下左右移动，使之能及时准确地传递动力。

2、内孔为三棱柱的丁字副连杆固定支撑套，是用于平稳地使平动的副塞不发生旋转。其孔内臂上镶钳有三个滚珠，是用于降低平动的副连杆因传递动力产生扭曲“犯别”(即旋转趋式)之机械磨擦及动力消耗。

3、助压轴承是用于副塞在爆发冲程中丁字副连杆向上撬起，产生能量损失。

4、上述说明中关于进气门、排气门的描述，并不特指本发明实施例中的实际部件，而只是用于说明进排气状态。

5、凸轮轴在相继地“进气”与“排气”冲程中，一直为凸起传动机构使之气门打开，此过程又恰好是分断器上的两个弹性薄片分别与本圆周金属薄片充分接触的过程，而在相继地“压缩”和“爆发”冲程中则不凸起传动机构，使气门关闭。

Claims (7)

1、一种单缸双塞内燃机，其特征在于包括中间配有环装分布的配气机构和火花塞或喷油泵的气缸，在气缸两侧相对分布的两个活塞，活塞通过传动装置连接输出轴。

2、根据权利要求1所述单缸双塞内燃机，其特征在于两侧活塞分别通过对称的连杆、曲轴和其它传动部件连接中心轴；或一侧活塞通过活塞连接曲轴，另一侧活塞通过摇臂和其它传动机构连接前侧的连杆。

3、根据权利要求2所述单缸双塞内燃机，其特征在于一侧活塞通过固装横杆的十字主连杆连接曲轴，十字主连杆的横杆铰接上连接杆、上连接杆铰接S型摇臂、S型摇臂再铰接下连接杆、下连接杆铰接丁字副连杆的横杆，该横杆再通过丁字副连杆的滑柱固连另一侧的活塞。

4、根据权利要求1或2所述单缸双塞内燃机，其特征在于配气机构包括配置在气缸中间的进气道和排气道；或包括一个配置在气缸中间的进排气门。

5、根据权利要求4所述单缸双塞内燃机，其特征在于配气机构还包括一个与进排气门相配合的总气道，总气道通过横置的进排气控制缸连通并列的进气管和排气管，进排气控制缸内配有一对通过连接细杆相连的控制塞，控制塞两端各连接一个衔铁，衔铁外侧再配置电磁铁，电磁铁的线圈连接电源和分断器；两控制塞间距和控制塞长度大于进气管和排气管的宽度；进气行程时，分断器驱动一侧电磁铁和衔铁吸合，使一侧控制塞抵住排气管，使两控制塞之间对准进气管；排气行程时，分断器使另一侧电磁铁和衔铁吸合，使另一侧控制塞抵住进气管两侧，使两控制塞之间对准排气管；配气机构的进气道和排气道分别通过凸轮和传动机构连接一侧的曲轴。

6、根据权利要求5所述单缸双塞内燃机，其特征在于分断器包括安装在蜗杆上的塑料圆柱体，塑料圆柱体外周镶钳1/4圆周金属薄片，金属薄片通过塑料圆柱体内的导体、蜗杆与导电装置接地；一侧电磁铁连接蓄电池和位于塑料圆柱体一侧的金属弹片，另一侧电磁铁连接蓄电池和位于塑料圆柱体另一侧的金属弹片，金属弹片端部的触头在塑料圆柱体外周相对分布，并与1/4圆周金属薄片位于同一水平线上。

7、根据权利要求6所述单缸双塞内燃机，其特征在于金属弹片配有支撑弹簧，所述蜗杆与连接曲轴的蜗轮相连，所述丁字副连杆的滑柱截面为三角形，并套装有内周有三棱柱形孔的支撑套，所述丁字副连杆的滑柱外端上方配有助压轴承。

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