CN201255038Y - 一种双缸无侧压发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双缸无侧压发动机，包括缸体，缸体上安装缸盖，缸体上设置进气口及排气口，缸盖上安装燃料喷射器，缸盖与缸体结合部开设燃烧室，缸体内安装第一活塞缸和第二活塞缸，第一活塞缸内安装第一活塞，第一活塞上安装第一直杆，第一直杆一端安装第一滑动部件，第二活塞缸内安装第二活塞，第二活塞上安装第二直杆，第二直杆一端安装第二滑动部件，第一滑动部件和第二滑动部件间设置支撑轮。本实用新型的贡献在于：通过连杆和支撑轮等结构，使发动机活塞侧压力完全消失，从而降低了发动机运行噪音，并大幅提高了发动机的使用寿命；降低燃油消耗，减少尾气排放，具有高效、节能、环保的特点。

Description

一种双缸无侧压发动机

技术领域

本实用新型涉及发动机领域，具体是一种双缸无侧压发动机。

背景技术

双缸发动机的结构经过不断改进，各项技术性能均有较大的提高，特别是有些国家生产的双缸发动机，其噪音及燃烧效率等技术指标，均已达到较高水准。但是无论何种结构双缸发动机均存在不足，例如，在运行中都会对发动机缸壁产生一个较强的侧压力，这种侧压力主要影响发动机的使用寿命，特别是在高速运转的情况下，对发动机的使用寿命影响更大，并且易产生较大噪音。因此消除发动机运转时产生的侧压力是本领域技术人员一直在研究的主要课题之一。由已公开的信息可知，消除侧压力有较多技术方案，但是均存在结构复杂，消除侧压力效果较差，同时易影响发动机工作效率等不足，至今不能推广应用。双缸发动机的另一个不足是：压缩比调节结构较难有一个合理结构。由于调节压缩比，可使液体燃料大幅提高燃烧效率，降低尾气排放。因此，本领域提供了较多种调节压缩比的技术方案，然而这些技术方案均存在不足，例如：启动困难，结构复杂，定位性差及工作稳定性差等。

发明内容

本实用新型的目的之一是提供一种双缸无侧压发动机，它可解决公知技术中存在的不足，达到消除发动机侧压力，增加发动机使用寿命的目的。

本实用新型的目的之二是在双缸无侧压发动机内安装压缩比调整装置，并通过调整发动机的压缩比，实现提高发动机燃烧效率、降低尾气排放等目的。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种双缸无侧压发动机，包括缸体，缸体上安装缸盖，缸体上设置进气口及排气口，缸盖上安装燃料喷射器，缸盖与缸体结合部开设燃烧室，缸体内安装第一活塞缸和第二活塞缸，第一活塞缸和第二活塞缸分别与燃烧室相通，第一活塞缸内安装第一活塞，第一活塞上安装第一直杆，第一直杆一端安装第一滑动部件，第一滑动部件与第一连杆一端连接，第二活塞缸内安装第二活塞，第二活塞上安装第二直杆，第二直杆一端安装第二滑动部件，第二滑动部件与第二连杆一端连接，缸体内安装第一转轴和第二转轴，第一转轴上安装第一曲柄，第一曲柄与第一连杆一端连接，第二转轴上安装第二曲柄，第二曲柄与第二连杆一端连接，第一滑动部件和第二滑动部件间设置支撑轮，支撑轮外沿设置传动齿，第一滑动部件和第二滑动部件靠近支撑轮的一侧分别开设传动齿，传动齿与支撑轮上的传动齿啮合，缸体侧壁上安装第一滑轨和第二滑轨，第一滑轨与第一滑动部件一侧接触，第二滑轨与第二滑动部件一侧接触。缸体内安装压缩比调整装置，压缩比调整装置由齿轮、连接臂及控制装置组成，齿轮有第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮及第四齿轮，第一齿轮和第一连接臂安装在第一转轴上，第一连接臂一端安装第三齿轮，第二齿轮和第二连接臂安装在第二转轴上，第二连接臂一端安装第四齿轮，第三齿轮与第四齿轮间安装第三连接臂，第一齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第二齿轮依次啮合，第二连接臂或第一连接臂上安装控制装置。所述控制装置由蜗轮、蜗杆和电机组成，电机安装在缸体上，电机输出轴上安装蜗杆，蜗轮与第二连接臂或第一连接臂连接，蜗杆与蜗轮啮合。燃烧室内安装蓄热器，燃料喷射器的喷料口与蓄热器相对应。蓄热器设置多个通孔，各通孔在水平方向相通。缸体上开设多个进气口和排气口，进气口分别于第一活塞缸相通，排气口分别与第二活塞缸相通，缸体上设置进气通道和排气通道，进气通道与进气口相通，排气通道与排气口相通。进气通道和排气通道与缸体是一体结构。

本实用新型的贡献在于：通过连杆和支撑轮等结构，使发动机活塞侧压力完全消失，从而降低了发动机运行噪音，并大幅提高了发动机的使用寿命；设置压缩比调整装置，可以通过调整发动机压缩比提高燃烧效率，降低燃油消耗，减少尾气排放，经实验表明，相同功率下，相对普通发动机其热效率提高40％—50％，燃油消耗减少20％—30％，废气排放降低60％—70％，具有高效、节能、环保的特点。

本实用新型进一步的优点：进气方式合理，进气均匀，提高了发动机工作效率；设置蓄热器，具有启动加热功能，保证启动的顺畅性，同时促进燃油气化，提高燃油燃烧效率；通过合理布置传动装置，使活塞与滑动部件的运动轨迹延长线与曲柄连杆轴颈中心旋转轨迹相切，从而使活塞在转轴上做功角度大于180度转角，使得活塞缸内燃烧压力对活塞的作用力通过转轴可以转化为更大的扭矩，产生更大的功率；压缩比调节方便、精确，调节范围广；结构简洁合理，系统内摩擦力小，能量损耗少；制造工艺简单，成本低等。

附图说明

附图1是本实用新型的主视结构示意图；附图2是附图1的左视结构示意图；附图3是本实用新型的使用状态结构示意图。

具体实施方式

本实用新型为实现第一实用新型目的，提供的实施方案是：有一个缸体27，缸体27上安装缸盖2。缸体27上设置进气口30及排气口35，缸盖2上安装燃料喷射器3。缸盖2与缸体27结合部开设燃烧室6。缸体27内安装第一活塞缸37和第二活塞缸38，第一活塞缸37和第二活塞缸38分别与燃烧室6相通。第一活塞缸37内安装第一活塞1，第一活塞1上安装第一直杆28，第一直杆28一端安装第一滑动部件31，第一滑动部件31与第一连杆25一端连接。第二活塞缸38内安装第二活塞7，第二活塞7上安装第二直杆8，第二直杆8一端安装第二滑动部件32，第二滑动部件32与第二连杆12一端连接。缸体27内安装第一转轴34和第二转轴39。第一转轴34上安装第一曲柄24，第一曲柄24与第一连杆25一端连接。第二转轴39上安装第二曲柄15，第二曲柄15与第二连杆12一端连接。支撑轮10外沿设置传动齿，第一滑动部件31和第二滑动部件32靠近支撑轮10的一侧分别开设传动齿，传动齿与支撑轮10上的传动齿啮合，这使支撑轮10随第一滑动部件31和第二滑动部件32同步上下移动。缸体27侧壁上安装第一滑轨26和第二滑轨11，第一滑轨26与第一滑动部件31一侧接触，第二滑轨11与第二滑动部件32一侧接触。第一滑轨26和第二滑轨11分别限定了第一滑动部件31和第二滑动部件32的水平位移。如图1所示，由于活塞与直杆连接，因此活塞在运动时其力的传递方向为图示的垂直方向，不会在水平方向产生分力，因此可以完全消除活塞对缸壁的侧压力，提高发动机使用寿命，减少发动机运行噪音。第一滑动部件31和第二滑动部件32处产生的侧压力，则通过支撑轮10将其大部分直接抵消，进一步提高了发动机使用寿命。而且在第一滑动部件31和第二滑动部件32产生相对位移时，由于中间支撑轮10转动，大大降低了其相对移动时的摩擦力。本实用新型中所述滑动部件可以是滑块、滑杆等各种部件。为了减少支撑轮10移动带来的能量损耗，一般将支撑轮10做成如图1所示的扇形齿轮，降低支撑轮10的重量，减少能量损耗。支撑轮10两侧缸壁上可以开设凹槽9，凹槽9内放置支撑轮10，凹槽9对支撑轮10移动起到限定作用，防止支撑轮10出现偏移或倾斜。本实施方案中，为了保证第一活塞1和第二活塞7同步运转，第一转轴34和第二转轴39间可通过齿轮组耦联，使它们具有相同的转速。

上述实施方案的进一步特征在于：如图1所示，将第一转轴34与第一直杆28运动轨迹的延长线间水平距离设置为与第一曲柄24的转动半径相等，将第二转轴39与第二直杆8运动轨迹的延长线间水平距离设置为与第二曲柄15的转动半径相等，这使本实用新型中活塞与滑动部件的运动轨迹延长线与曲柄连杆轴颈中心旋转轨迹相切，使得活塞做功行程大于180度曲轴转角，缸内燃烧压力对活塞作用力通过转轴转化为更大的扭矩，产生更大的功率。同时，活塞在压缩行程时，曲轴转角小于180度，这使活塞运动速度更快，提高了密封性。本实施例所述水平距离为图1所示的水平方向的距离。本实施例为本发明最佳传动方案。

本实用新型为实现第二发明目的，提供的实施方案是：在缸体27内安装压缩比调整装置。压缩比调整装置由齿轮、连接臂及控制装置组成，齿轮有第一齿轮23、第二齿轮17、第三齿轮21及第四齿轮19，第一齿轮23和第一连接臂22安装在第一转轴34上，第一连接臂22一端安装第三齿轮21，第二齿轮17和第二连接臂40安装在第二转轴39上，第二连接臂40一端安装第四齿轮19，第三齿轮21与第四齿轮19间安装第三连接臂20，第一齿轮23、第三齿轮21、第四齿轮19、第二齿轮17依次啮合，第二连接臂40或第一连接臂22上安装控制装置。本实施例所述控制装置可以采用丝杠、手柄、液压气动装置等，在此，发明人提供一种结构简单、控制方便、定位准确的控制装置，其结构由蜗轮16、蜗杆13和电机14组成，缸体27上安装电机14，电机14上安装蜗杆13，蜗轮16与第二连接臂40或第一连接臂22连接，蜗杆13与蜗轮16啮合。蜗轮16可以与第二连接臂40或第一连接臂22做成一体，即带齿的扇形连接臂。使用中，在电机14停止时，蜗杆13静止使第二连接臂40定位，第二齿轮17与第一齿轮23的传动便固定于某一相位，从而使第一活塞缸37和第二活塞缸38保持一个固定的压缩比；在需要改变发动机压缩比时，电机14启动，蜗杆13转动使第二连接臂40摆动到另一角度，带动第四齿轮19和第三齿轮21改变位置，使得第一齿轮23的转动相位相对于与第二齿轮17的转动相位发生变化，即第一转轴34的转动相位相对于第二转轴39的转动相位发生滞后或超前的变化。本实用新型可以采用多种自动控制装置进行控制，例如电子控制单元ECU，ECU通过控制电机14可以带动第二连接臂40发生角度变化来改变压缩比。由于两个转轴之间相对相位是连续变化，因此本实用新型所述发动机工作时两个转轴之间在保持动力连续传送的同时发动机压缩比可以连续调整变化。本实施例所述结构还可达到使第一转轴34和第二转轴39偶联的效果，保证第一活塞1和第二活塞7同步运转。为了便于安装调试压缩比调整装置，可以将本实施例所述压缩比调整装置安装在一个箱体18内，然后将箱体18安装在缸体27下部，与第一转轴34和第二转轴39分别连接。本实施例所述压缩比调整装置，具有简单可靠、制造工艺方便、传递功率大、控制精确方便等优点，是压缩比调整装置的优选方案。压缩比调整装置还可以是通过改变燃烧室容积、可变活塞压缩高度、可移动的气缸盖和气缸体、可变长度连杆、偏心主轴承和可变的曲柄连杆机构等多种方法来改变气缸压缩比，但是其效果均不如本实施例效果明显。

在燃烧室6内安装蓄热器4，燃料喷射器3的喷料口与蓄热器4相对应。蓄热器4设置多个通孔，各通孔在水平方向相通。当燃料喷射器3喷料口位于蓄热器4垂直方向上时，蓄热器4各通孔在垂直方向相通。蓄热器4由于是多孔状结构，可以对经过其中的燃油快速气化，提高燃油利用率。在启动过程中，提前对蓄热器4进行加热，然后燃料喷射器3再喷出燃油，燃油经过蓄热器4，快速提高温度进行气化，从而保证发动机启动的顺畅性。而在正常运行时关闭外部能量对蓄热器4的加热，蓄热器4直接利用缸内热量储蓄热量，在燃油经过其时，再利用自身热量对燃油进行气化，从而可以提高发动机燃油利用率。缸盖2上安装传感器5，传感器5一端位于燃烧室6内。传感器5用于检测缸内爆燃现象，并将信号传递给控制装置。

为了提高进气和排气的均匀性，在缸体27上设置多个进气口30和排气口35，进气口30分别于第一活塞缸37相通，排气口35分别与第二活塞缸38相通，缸体27上设置进气通道29和排气通道36，进气通道29与进气口30相通，排气通道36与排气口35相通。进气通道29与进气装置连接。排气通道36与排气装置连接。为了可以对缸体27内爆燃情况进行监控，防止出现爆燃，在缸盖2上安装传感器5，传感器5一端位于缸体27内，传感器5与控制装置连接，传感器5位置以不对燃料喷射器3产生阻碍为准。本实施方案中，为了提高气体流动顺畅性，防止出现乱流，进气口30和排气口35分别只与一个活塞缸相通。本实施例中，进气通道29和排气通道36可以做成单独的部件安装在缸体27上，也可以与缸体27直接做成一个整体，由于直接做成一个整体更利于生产，一般将，进气通道29和排气通道36直接与缸体27做成一个整体。

本实用新型运行过程中可以采用压燃或者点燃方式。现以压燃方式说明本实用新型的工作过程。启动前，首先将蓄热体4预热，ECU检测机体、机油、进气温度、燃料种类等，然后经ECU计算、比对，输出控制信号控制电机14调整发动机至适合该情况的压缩比。待蓄热体4温度达到要求时，发动机启动，第一活塞1和第二活塞7下行，行至进气口30时，新鲜空气被压气机压入活塞缸内。第一转轴34和第二转轴39继续旋转，关闭进气口30、排气口35，ECU控制燃料喷射器3喷出定量燃料，燃料遇到被预热的蓄热体4迅速气化并与空气混合，形成均质燃气。双活塞继续上行，均质燃气被压缩，活塞至上止点前相应位置，均质燃气被压燃。燃烧气体推动活塞下行做功。此时ECU如果检测到传感器4发出的爆燃信号，则经ECU计算，输出控制信号控制电机14调整发动机至适合该情况的压缩比。活塞继续下行，分别打开排气口35、进气口30完成排气、扫气过程。此后，由于蓄热体4被燃烧气体加热至合适温度，预热电流被ECU终止。如此循环往复发动机将连续工作。本实用新型发动机加负荷工作时，势必加大燃料喷射量，且转速将随之提高，易发生爆燃。此时，ECU随时检测相关参数，形成闭环控制及时降低压缩比至消除爆燃，在降低压缩比的同时进气相位滞后，利于发动机的扫气、换气。本实用新型发动机减负荷工作时，情形与加负荷工作时相反。

Claims (7)

1、一种双缸无侧压发动机，包括缸体(27)，缸体(27)上安装缸盖(2)，缸体(27)上设置进气口(30)及排气口(35)，缸盖(2)上安装燃料喷射器(3)，其特征在于：缸盖(2)与缸体(27)结合部开设燃烧室(6)，缸体(27)内安装第一活塞缸(37)和第二活塞缸(38)，第一活塞缸(37)和第二活塞缸(38)分别与燃烧室(6)相通，第一活塞缸(37)内安装第一活塞(1)，第一活塞(1)上安装第一直杆(28)，第一直杆(28)一端安装第一滑动部件(31)，第一滑动部件(31)与第一连杆(25)一端连接，第二活塞缸(38)内安装第二活塞(7)，第二活塞(7)上安装第二直杆(8)，第二直杆(8)一端安装第二滑动部件(32)，第二滑动部件(32)与第二连杆(12)一端连接，缸体(27)内安装第一转轴(34)和第二转轴(39)，第一转轴(34)上安装第一曲柄(24)，第一曲柄(24)与第一连杆(25)一端连接，第二转轴(39)上安装第二曲柄(15)，第二曲柄(15)与第二连杆(12)一端连接，第一滑动部件(31)和第二滑动部件(32)间设置支撑轮(10)，支撑轮(10)外沿设置传动齿，第一滑动部件(31)和第二滑动部件(32)靠近支撑轮(10)的一侧分别开设传动齿，传动齿与支撑轮(10)上的传动齿啮合，缸体(27)侧壁上安装第一滑轨(26)和第二滑轨(11)，第一滑轨(26)与第一滑动部件(31)一侧接触，第二滑轨(11)与第二滑动部件(32)一侧接触。

2、根据权利要求1所述的一种双缸无侧压发动机，其特征在于：缸体(27)内安装压缩比调整装置，压缩比调整装置由齿轮、连接臂及控制装置组成，齿轮有第一齿轮(23)、第二齿轮(17)、第三齿轮(21)及第四齿轮(19)，第一齿轮(23)和第一连接臂(22)安装在第一转轴(34)上，第一连接臂(22)一端安装第三齿轮(21)，第二齿轮(17)和第二连接臂(40)安装在第二转轴(39)上，第二连接臂(40)一端安装第四齿轮(19)，第三齿轮(21)与第四齿轮(19)间安装第三连接臂(20)，第一齿轮(23)、第三齿轮(21)、第四齿轮(19)、第二齿轮(17)依次啮合，第二连接臂(40)或第一连接臂(22)上安装控制装置。

3、根据权利要求2所述的一种双缸无侧压发动机，其特征在于：所述控制装置由蜗轮(16)、蜗杆(13)和电机(14)组成，电机(14)安装在缸体(27)上，电机(14)输出轴上安装蜗杆(13)，蜗轮(16)与第二连接臂(40)或第一连接臂(22)连接，蜗杆(13)与蜗轮(16)啮合。

4、根据权利要求1或3所述的一种双缸无侧压发动机，其特征在于：燃烧室(6)内安装蓄热器(4)，燃料喷射器(3)的喷料口与蓄热器(4)相对应。

5、根据权利要求4所述的一种双缸无侧压发动机，其特征在于：蓄热器(4)设置多个通孔，各通孔在水平方向相通。

6、根据权利要求5所述的一种双缸无侧压发动机，其特征在于：缸体(27)上开设多个进气口(30)和排气口(35)，进气口(30)分别于第一活塞缸(37)相通，排气口(35)分别与第二活塞缸(38)相通，缸体(27)上设置进气通道(29)和排气通道(36)，进气通道(29)与进气口(30)相通，排气通道(36)与排气口(35)相通。

7、根据权利要求6所述的一种双缸无侧压发动机，其特征在于：进气通道(29)和排气通道(36)与缸体(27)是一体结构。

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