CN215804828U - 一种自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构，包括气缸体，所述进气活塞，所述排气活塞，进气道和排气道，整体结构相对气缸体中心轴线对称；所述进气活塞与所述排气活塞构成燃烧室，所述进气活塞，所述排气活塞在所述气缸体内做往复运动，控制所述进气道和所述排气道的开闭，所述气缸体的顶端安装有喷油器，所述气缸体的底部安装有火花塞，所述进气道和所述排气道设在所述喷油器侧，喷油器、所述火花塞、所述进气道和所述排气道在同一平面；本结构简单对称，缸内流动组织合理，有效提高燃油分布均匀度，燃油利用效率高，燃烧过程平稳，且可同时实现对燃油消耗率和污染排放的降低。

Description

一种自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构

技术领域

本实用新型涉及一种自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构，属于发动机技术领域。

背景技术

汽车在带来效益和便利的同时，也造成了能源环境等一系列不可避免的问题。探索新技术提高能源利用效率和减少污染物排放是未来汽车行业的发展趋势。汽车企业在改进的过程中，除了致力于传统内燃机的改进升级，另一方面也在探求新技术、新动力形式。在各种新兴技术中，自由活塞发动机以其结构紧凑、质量轻、燃料适用性强和热效率高等优点，成为近年来研究的热点。自由活塞式发动机的动力输出形式为：燃烧产生化学能通过对置活塞往复运动转换为机械能。目前，自由活塞式发动机内燃机已经在电动汽车的增程发电和大型车辆辅助发电方面得到广泛应用。

自由活塞式中央燃烧室取消了曲柄连杆、凸轮等机构，对置的进气活塞和排气活塞的顶面与气缸体壁面组成燃烧室。由于自由活塞式中央燃烧室长期工作于高速运转模式，且没有独立的换气冲程，导致换气效率很低。此外，自由活塞式发动机在排气道关闭前喷油，极易导致燃油短路。自由活塞发动机的进排气道设置在气缸体上，“气口-气口”直流扫气方式使得缸内湍流强烈。另外，侧喷导致的喷油器附近旋流水平过高，导致气体在喷管周围的切向速度过高，使得燃料无法到达汽缸中心，燃料分布很不均匀。由于油气混合时间短且混合气形成受缸内气流影响大，故对燃烧室进气道结构的合理设计，可以提高燃油利用率和降低排放，对自由活塞式中央燃烧室内燃机的发展有很大的促进作用。

实用新型内容

本实用新型提供一种自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构用来克服现有技术中自由活塞式中央燃烧室内燃机燃油利用率低和排放较大的缺陷。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型公开了一种自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构，包括气缸体，进气活塞，排气活塞，进气道和排气道，整体结构相对气缸体中心轴线对称；所述进气活塞与所述排气活塞构成燃烧室，所述进气活塞，所述排气活塞在所述气缸体内做往复运动，控制所述进气道和所述排气道的开闭，所述气缸体的顶端安装有喷油器，所述气缸体的底部安装有火花塞，所述进气道和所述排气道设在所述喷油器侧。

进一步的，所述喷油器、所述火花塞、所述进气道和所述排气道在同一平面，所述进气道、所述排气道与所述火花塞在同一侧，整体结构呈对称设计，燃烧室的气缸体沿轴线水平放置，喷油器与火花塞与进排气道在同一平面，进排气道与火花塞在同一侧。

进一步的，所述排气道与火花塞的距离小于进气道与火花塞的距离。

进一步的，所述气缸体的底部开设有转动腔，所述转动腔的底侧内壁上开设有转动孔，所述转动腔内安装有气量调节机构，所述气量调节机构用于调节所述进气道和所述排气道的通气量，所述转动孔内安装有同步机构，所述同步机构与所述气量调节机构配合安装。

进一步的，所述同步机构包括安装于所述转动孔内的转动套，所述转动套的内壁上安装有外螺纹，所述转动孔的内壁上开设有内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹相适配，所述转动套的顶部延伸至所述转动腔内并安装有三角盘状块，所述三角盘状块与所述气量调节机构配合安装，所述转动套的底部开设有多个均匀设置的调节插槽。

进一步的，所述气量调节机构包括开设于所述转动腔一侧内壁上的两个调节孔，两个所述调节孔分别与所述进气道、所述排气道相连通，两个所述调节孔内均滑动安装有调节板，两个所述调节板分别与两个所述三角盘状块的倾斜边相接触，两个所述调节板的顶部均安装有复位单元。

进一步的，所述复位单元包括安装于所述调节板顶部的复位块、安装于所述复位块侧部的复位弹簧，所述复位弹簧远离所述复位块的一端与所述转动腔的内壁相连接。

进一步的，所述转动套、所述转动孔的圆心位于所述进气道、所述排气道距离的中心线上。

本实用新型所达到的有益效果是：

(1)结构简单、油气混合均匀度好、燃油利用效率高，该燃烧室整体结构相对气缸体中心轴线呈对称分布，取消了曲柄连杆、凸轮等机械装置；

(2)单侧进气，降低喷油器附近的切向速度，有利于燃油在缸内发展，充分与空气混合，提高燃油利用效率，降低排放；

(3)燃烧效率高，点火装置采用火花塞直接点火，且火花塞设置在喷油器对侧，有效避免“失火”现象；

(4)燃烧室压缩比可变，燃料的适应性强，能满足不同燃料的工作要求，具有更好的燃油经济性和动力性。

(5)通过气量调节机构的设置，可以调节进排气量以满足不同的使用需求，且通过同步机构的设置，可以同步进行调节。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是实施例1的活塞外止点示意图；

图2是实施例1的活塞内止点示意图；

图3是实施例1的换气过程气流运动示意图；

图4是实施例2的活塞外止点示意图；

图5是图4中A处放大结构示意图。

图中：1A、进气活塞；1B、排气活塞；2、气缸体；3、进气道；4、喷油器；5、排气道；6、燃烧室；7、火花塞；8、转动套；9、外螺纹；10、三角盘状块；11、调节板； 12、复位块；13、调节插槽。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1-2所示，一种自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构，包括气缸体2，气缸体2腔内的两侧设有进气活塞1A与排气活塞1B，进气活塞1A与排气活塞1B之间燃烧室6，气缸体2的顶端设有喷油器4，其底部设有火花塞7；

同一铅垂线上的火花塞7的两侧分别设有进气道3与排气道5。

进气活塞1A和排气活塞1B同时到达外止点时(进气活塞1A与排气活塞1B同时向两端运动到有效行程的极限位置为外止点，如图1所示)，进气道3与排气道5完全开启；其二者同时到达内止点时(进气活塞1A与排气活塞1B同时向气缸体2的铅垂线运动到有效行程的极限位置为内止点，如图2所示。)，进气道3与排气道5完全关闭。

进气活塞1A和排气活塞1B沿气缸体2的轴线运动并控制进气道3、排气道5的关闭和开启程度。

整体结构呈对称设计，燃烧室6的气缸体2沿轴线水平放置，燃烧室6设置在气缸体2的中间位置。

如图1所示，自由活塞在外止点位置。此时，新鲜空气由进气道3进入气缸内，当两个活塞运动到进气道3、排气道5完全关闭后，位于中央燃烧室气缸体2中心轴线上方的喷油器4，由上往下向燃烧室6内喷射燃料，缸内气流的运动促使燃料与空气均匀混合。在自由活塞到达上止点之前，火花塞7点燃缸内的混合气并完成整个燃烧过程；该燃烧室通过燃烧燃料释放的能量直接转化为自由活塞的机械能向外输出，具有结构简单对称、利用效率高、动平衡特性好、排放低等优点。

如图2所示，自由活塞在内止点位置。此时，两活塞顶面和气缸体2内壁面组成燃烧室6的最小容积，喷油器4和火花塞7位于燃烧室6内。当燃烧室6内的混合气燃烧膨胀后，推动进气活塞1A和排气活塞1B由内向外运动；此时活塞杆推动负载，向外输出机械动力并整体结构保持良好的动平衡特性；当排气活塞1B运动到经过排气道5上沿，排气道5开启，燃烧室6内的部分废气由排气道5排出；进气活塞1A继续运动到进气道3 开始打开，此时新鲜空气由进气道3进入燃烧室6后形成涡流气流,完成了燃烧室6内的直流扫气和进气过程。进气道3和排气道5的开启和关闭分别通过进气活塞1A和排气活塞1B运动到不同位置来控制的，进、排气道位置、开度和进、排气活塞运动规律共同决定了自由活塞式中央燃烧室的配气相位。

如图3所示，在自由活塞向外止点运动的过程中，进气道3和排气道5打开，新鲜空气从进气道3进入缸内，推动燃烧废气从排气道5排出，在进排气道平面内形成滚流。同时，在垂直于气缸轴线的圆形截面内形成两个方向相反的涡流。喷油器4喷出的燃油，在滚流和涡流的作用下与新鲜空气充分混合，达到降低燃油消耗率和污染物排放的目的。

实施例2

与实施例1不同的是，参考图4-5所示，气缸体2的底部开设有转动腔，转动腔的底侧内壁上开设有转动孔，转动腔内安装有气量调节机构，气量调节机构用于调节进气道3和排气道5的通气量，转动孔内安装有同步机构，同步机构与气量调节机构配合安装。通过气量调节机构的设置，可以调节进排气量以满足不同的使用需求，且通过同步机构的设置，可以同步进行调节。

回看图5，同步机构包括安装于转动孔内的转动套8，转动套8的内壁上安装有外螺纹9，转动孔的内壁上开设有内螺纹，内螺纹与外螺纹9相适配，转动套8的顶部延伸至转动腔内并安装有三角盘状块10，三角盘状块10与气量调节机构配合安装，转动套8的底部开设有多个均匀设置的调节插槽13，转动套8、转动孔的圆心位于进气道3、排气道 5距离的中心线上，这样设置的好处是，转动套8在转动时，可以同时对进气道3、排气道5进行调节

通过调节插槽13的设置，可以借用U形插杆进行操作，操作时将U形插杆插入相对应的两个调节插槽13内，从而可以进行调节，且调节过程中，转动套8也不会漏出，不会影响使用，通过内螺纹和外螺纹9的设置，便于调节后自行锁定，且内螺纹和外螺纹9 相互配合，调节的更加精细。

回看图5，气量调节机构包括开设于转动腔一侧内壁上的两个调节孔，两个调节孔分别与进气道3、排气道5相连通，两个调节孔内均滑动安装有调节板11，两个调节板11 分别与两个三角盘状块10的倾斜边相接触，两个调节板11的顶部均安装有复位单元，复位单元包括安装于调节板11顶部的复位块12、安装于复位块12侧部的复位弹簧，复位弹簧远离复位块12的一端与转动腔的内壁相连接，通过单元的设置，可以进行复位。

通过气量调节机构的设置，调节时，三角盘状块10的倾斜边挤压两个调节板11使其相互远离，进而使得进气道3、排气道5的道口变小，从而可以进行调节。

转动套8、转动孔的圆心位于进气道3、排气道5距离的中心线上。

这样设置的好处是，转动套8在转动时，可以同时对进气道3、排气道5进行调节。

本实施例工作原理：需要调节进排气量以满足不同的使用需求时，可以借用U形插杆进行操作，操作时将U形插杆插入相对应的两个调节插槽13内，转动U形插杆使其挤压两个调节插槽13的内壁进而使得转动套8转动，转动套8螺旋向上移动带动三角盘状块 10向上移动，三角盘状块10的倾斜边挤压两个调节板11使其相互远离，进而使得进气道 3、排气道5的道口变小，从而可以进行调节，且通过气量调节机构的设置，可以同时进行调节。

最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述的实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构，其特征在于：包括气缸体(2)，进气活塞(1A)，排气活塞(1B)，进气道(3)和排气道(5)，所述进气活塞(1A)与所述排气活塞(1B)构成燃烧室(6)，所述进气活塞(1A)，所述排气活塞(1B)在所述气缸体(2)内做往复运动，控制所述进气道(3)和所述排气道(5)的开闭，所述气缸体(2)的顶端安装有喷油器(4)，所述气缸体(2)的底部安装有火花塞(7)，所述进气道(3)和所述排气道(5)设在所述喷油器(4)侧。

2.根据权利要求1所述的自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构，其特征在于：所述喷油器(4)、所述火花塞(7)、所述进气道(3)和所述排气道(5)在同一平面，所述进气道(3)、所述排气道(5)与所述火花塞(7)在同一侧。

3.根据权利要求2所述的自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构，其特征在于：所述排气道(5)与火花塞(7)的距离小于进气道(3)与火花塞(7)的距离。

4.根据权利要求1所述的自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构，其特征在于：所述气缸体(2)的底部开设有转动腔，所述转动腔的底侧内壁上开设有转动孔，所述转动腔内安装有气量调节机构，所述气量调节机构用于调节所述进气道(3)和所述排气道(5)的通气量，所述转动孔内安装有同步机构，所述同步机构与所述气量调节机构配合安装。

5.根据权利要求4所述的自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构，其特征在于：所述同步机构包括安装于所述转动孔内的转动套(8)，所述转动套(8)的内壁上安装有外螺纹(9)，所述转动孔的内壁上开设有内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹(9)相适配，所述转动套(8)的顶部延伸至所述转动腔内并安装有三角盘状块(10)，所述三角盘状块(10)与所述气量调节机构配合安装，所述转动套(8)的底部开设有多个均匀设置的调节插槽(13)。

6.根据权利要求5所述的自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构，其特征在于：所述气量调节机构包括开设于所述转动腔一侧内壁上的两个调节孔，两个所述调节孔分别与所述进气道(3)、所述排气道(5)相连通，两个所述调节孔内均滑动安装有调节板(11)，两个所述调节板(11)分别与两个所述三角盘状块(10)的倾斜边相接触，两个所述调节板(11)的顶部均安装有复位单元。

7.根据权利要求6所述的自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构，其特征在于：所述复位单元包括安装于所述调节板(11)顶部的复位块(12)、安装于所述复位块(12)侧部的复位弹簧，所述复位弹簧远离所述复位块(12)的一端与所述转动腔的内壁相连接。

8.根据权利要求5所述的自由活塞式发动机中央燃烧室单通道进气结构，其特征在于：所述转动套(8)、所述转动孔的圆心位于所述进气道(3)、所述排气道(5)距离的中心线上。

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