CN2265435Y - 双功单耗同步对动活塞式内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双功单耗同步对动活塞式内燃机。该机采用卧式气缸，在气缸中心两侧分别安装一对结构相同、位置对称的活塞(4)、连杆(13)及曲轴机构，两个曲轴箱分别安装在缸体两端。在缸体中心的上下方分别安装进、排气门机构，在靠进气门的前方安装火花塞或喷油嘴(7)，缸体的后壁有一个飞轮组。在相同的能耗前提下，该机能大大提高输出功率，降低废气污染。本实用新型可广泛应用于交通工具和其它动力机械。

Description

双功单耗同步对动活塞式内燃机

本实用新型涉及一种活塞式内燃机，属内燃机技术领域，其国际专利分类号为F02B。

随着现代交通业及现代农业机械化的迅速发展，各种类型的以活塞往复式内燃机为动力的交通工具及机械设备设施日益增多，这就使本来就有限的地球石油资源变得愈来愈紧张。同时，也使得本来就狭小的人类赖以生存的地球环境受到愈来愈严重的污染与破坏。为此，人们采用很多办法来弥补传统燃机的缺陷。例如：采用新工艺和新材料，最大限度减小活塞行程；运用涡轮增压技术；多气门进气结合电子控制的射流技术，使燃机的升功率获得成倍增长，同时燃油经济性指标也得到约为4％的提高。这些措施使得传统活塞往复式内燃机的技术性能日趋完善。但是采取这些手段在获得的高转速大功率输出的同时，实际耗油量以及废气排放量也成比例增长。由于传统燃机的气缸、活塞、曲轴等主要机件的设计构架还没有发生根本性变化，因此，对于60％左右的剩余能量只能作为有害功强加在机件上和白白排入大气，并且，传统燃机气缸内剩余能量在来不及转换和排除的情况下，形成很强的滞后冲击推力，强迫曲轴等机件承截这一有害的扭矩和弯矩。因此，为了使曲轴等机件不致损坏，只有将曲轴等机件的尺寸设计得较大时才能保证所需的抗扭性和抗弯性。

本实用新型的目的：为了克服现有各类内燃机存在的不足，本实用新型设计提供一种双功单耗同步对动活塞式内燃机。在同等能耗的前提下，该机应能将被现有内燃机浪费的能量最大限度地转化成有用功与整机同步输出，从而提高燃油利用率，降低废气对环境的污染，并获得高转速大功率输出。

为实现本实用新型所采取的技术措施：

根据理想气体的能量均分度原理，我们可以认为，在燃烧爆发叶心的两边沿活塞运动的方向上，作用在受力面积相等的活塞上的力是相等的。计算表明，在相等的力F作用下驱动活塞，连杆，曲轴等机构运动，并使活塞产生所需的线速度V_t和加速度a成正比，和时间t也成正比。而加速度a和运动机件的质量M成反比，时间t和活塞行程S的平方根成正比，和加速度a的平方根成反比。因此，在动力学原理允许值的范围内 ，在安全可靠的前提下，同时适当地减小M值和S值可以在满足a值增大和t值减小的情况下，获得所需的线速度V_t。在相同的力F作用下，使对动的活塞，连杆，曲轴运动，并使对动的活塞同时产生所需的线速度V₁。这个线速度和传统燃机的线速度是相等的，都是相对于气缸的速度，并以此得到对动的活塞，连杆，曲柄机构各自的有效输出功率(FV_t)₁、(FV₁)₂，并通过飞轮组来实现同步运转。因此，最后在大飞轮上，我们将可以得到相当于传统燃机的双倍功率。

具体的技术方案是：这种内燃机主要包括气缸、燃烧室、活塞、连杆、曲轴机构、曲轴箱、火花塞或喷油嘴以及气缸的进、排气门机构和一个飞轮组。缸体卧式安装在气缸中心位置沿缸体左右两侧分别安装一对结构相同、位置对称的活塞、连杆及曲轴机构，两个曲轴箱分别安装在缸体两端的对应位置。在缸体中心的上下方对应位置开口，用以安装圆柱形气门座及进、排气门机构，其基本结构和工作原理与传统内燃机一致。火花塞或喷油嘴安装在靠近进气门的前方位置的开有内镙纹的孔中，并与气门杆成一定夹角，根据需要火花塞或喷油嘴伸进气缸内的部分可延长到主凹槽中心位置。在缸体的后壁安装一个飞轮组，使曲轴与飞轮组间构成力矩的传递关系。进、排气门机构分别由曲轴按传统的齿轮和皮带驱动方式提供动力配置，其它诸如机油泵、燃油泵、冷却水泵、分电器、充电机等部分亦为传统设计配置，而本实用新型的两根曲轴提供了较为充足的动力源。

气缸由缸体和气缸套组成，其长度比单活塞式内燃机的缸体长约0.3～0.4倍，以适应活塞连杆及曲轴机构的正常运行，后壁上开有三个轴孔，三个轴孔的孔心处于同一直线上，轴孔的位置、大小与飞轮组的齿轮位置和轴径相匹配。

本实用新型的内燃机所采用的活塞的顶面上各有一个半圆柱面主凹槽，槽的口径与气门座的外径相等，另外，在活塞端面靠近火花塞孔或喷油嘴孔的位置也各开有一个凹槽，凹槽的水平截面为半圆形或近似为矩形，其大小以能容纳火花塞或喷油嘴伸入缸内的部分为准，并且贯通活塞顶面至半圆柱面主凹槽中心位置。上述凹槽以及进、排气门座在缸体内形成的空间构成了内燃机的燃烧室。两气门座之间的燃烧室容积可根据实际需要合理配置。

与此同时，本实用新型还将连杆尺寸和曲轴轴颈作了以下改变：

d_2-1≈0.7d_1-1≈0.42D；d_2-2≈0.7d_1-2≈0.525D；L₂≈0.6L₁；m₂≈m₁。其中d_2-1为本实用新型的连杆轴经，d_1-1为传统燃机的连杆轴径；d_2-2为本实用新型主轴径，d_1-2为传统燃机的主轴径；D为气缸直径(本实用新型气缸直经与传统燃机气缸直径基本相同)；L₂为本实用新型连杆长度，L₁为传统燃机连杆长度；m₂为本实用新型的活塞、连杆、曲轴、飞轮组的总质量，m₁为传统燃机活塞、连杆、曲轴、飞轮的总质量。

另外，在本实用新型中采用一个飞轮组代替传统内燃机上的单飞轮，此飞轴组由一个大飞轮，一个中间齿轮、两个传动齿轮和两个曲轴后齿轮组成，五个齿轮的直径和质量均相等。传动齿轮和中间齿轮由缸体后壁上的轴孔及飞轮箱盖上对应的轴孔定位，传动齿轮在中间齿轮的两侧，曲轴后齿轮安装在主轴颈上，并与传动齿轮啮合装配。传动齿轮起传递力矩的作用，叶间齿轮的作用是接受传动齿轮力矩，并将飞轮起动力矩传递给传动齿轮。然后，大飞轮同轴安装在中间齿轮轴的法兰上，并置于飞轮箱外，作为离合器的主动盘和起动装置。

飞轮箱由飞轮箱盖和缸体后壁组合而成，飞轮箱盖长度和两主轴的中心孔距相等，两端面与两曲轴箱端面分别在一个平面上，以便油罩的装配，飞轮箱主要用作装配和密封传动齿轮及中间齿轮。

本实用新型的其它辅助部件与传统内燃机相应部件的结构和安装方式基本相同。

各部件具体的配置程序如下：

1.将气缸套按传统方法正确压入气缸体。

2.将两副活塞(含活塞环)、连杆、活塞梢按传统方法正确连接好，分别从气缸两头对顶装入。

3.将两个曲轴箱分别用固定镙栓固定安装在气缸两头，将两根主轴分别安装在各自曲轴箱的轴孔内，装好各自盖瓦，拧紧各自的固定镙栓，分别装好各自的连杆轴颈及曲柄，拧紧镙栓。

4.将曲轴后齿轮安装在曲轴的主轴颈上，固定好，此时，将两组对顶对动活塞、连杆、曲柄机构调整到相同的工作相位角，务必准确。

5.将两个传动齿轮分别安装在各自的齿轮轴上，并且将其安装在缸体后壁上传动齿轮轴孔相应的位置上。

6.将大飞轮与中间齿轮轴法兰正确连接并紧固好，将装好中间轴油封的飞轮箱盖套装在中间轴上，再将中间齿轮正确装在中间轴上，将飞轮箱盖的另外两轴孔对准传动齿轮轴并合在缸体上，用镙栓紧固好。

7.将进、排气门座圈按传统方法冷却后，压入气门座中，再将进、排气门正确插入各自的气门座中并压入气缸体上气门座底孔中。进、排气门正时齿轮轴分别由两根曲轴配给动力，进、排气机构的外壳座压住各自气门座上口，其它诸如弹簧、摇臂、齿轮机构及外壳结构装配方法和传统方法相同，注意务必使气门装置相位与曲柄机构相位一致。

8.将火花塞或喷油嘴正确装入缸体火花塞孔或喷油嘴孔中。

9.本实用新型改进部分安装完毕，再将其它辅助部件逐一安装好，并将整个系统调到准备工作状态。

与现有技术比较，本实用新型达到的技术效果：

与传统燃机相比，在使用相同的能耗标准下，能将有效输出功率大幅度提高，节约了燃料；本实用新型有很多部件都可以分开铸造，这样就减少了加工难度，降低了生产成本，同时，也便于安装和维修；由于本实用新型采用活塞对动式，这样就减小了机件的振动，同时也减小了机件的承受力；因为本实用新型将以往被传统燃机废弃的能量得到合理的充分的利用，所以它还相应地将排放的有害气体大大受到遏制，减小了对环境的污染。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1是本实用新型的水平剖面的仰视图。

图2是本实用新型的纵向垂直剖面图。

图3是本实用新型的横向垂直剖面图。

图中1是连杆轴颈，2是主轴颈，3是活塞梢，4是活塞，5是气门座圈，6是气门座，7是火花塞或喷油嘴，8是活塞主凹槽，9是气缸套，10是活塞凹槽，11是气缸体，12是活塞环，13是连杆，14是曲柄，15是曲轴后齿轮，16是传动齿轮，17是传动齿轮轴，18是大飞轮，19是法兰，20是中间齿轮轴，21是中间齿轮，22是曲轴箱，23是飞轮箱盖，24是主轴颈孔，25是活塞梢孔，26是燃烧室，27是气门座上口，28是气门杆，29是进、排气门。

实施例：

设计一个气缸工作容积为0.9266升，压缩比为7∶1的“双功同步单耗对动活塞式内燃机”。

首先，铸造出本实用新型所需的全部零部件(与传统燃机一样的部件不单独说明)，具体要求如下：

缸体(11)：缸体长284.3mm，气缸体孔直径为105.6mm，气缸体外形是一个近似的长方体，缸体上、下方从外壁到缸套内壁的距离均为25mm，缸体前方由外壁到缸套内壁的蹴为13mm，缸体后方由外壁到缸套内壁的距离为25mm，缸体前方在距离缸体两端30mm处与缸体外套成30度角向外突出，使得靠近曲轴箱部位外壁到内壁距离为25mm，便于安装曲轴箱。在以气缸体的中心为基准的上、下方的缸壁位置上各开一直径为50mm的圆孔作为进、排气门座的定位底孔。在靠近缸体外壁表面的气门座底孔止口深5mm，止口直径60mm，在缸体上孔止口处编缸体前方25mm处与气门杆方面成15度角开一孔作为火花塞装配镙孔。缸体后壁上分别有三个轴孔以及固定飞轮箱的镙孔，轴孔深16mm，轴孔直径与所对应的齿轮轴直径相匹配，三个轴孔的孔心在一条直线上，中间轴孔位置在缸体后壁正中间，另外两个轴孔孔心距离中间轴孔孔心的距离为106.78mm。

气缸套(9)：气缸套长284.3mm，外径为105.6mm与缸体孔紧配合，内径为101.56mm，以气缸套的中心为基准的下方和下方对应位置各开一直径为50mm的圆孔作为进、排气门座的定位底孔，并在上孔偏前方约18mm处开一个与缸体上装配火花塞孔相吻合的孔。

主轴(2)：主轴颈前长56mm，主轴颈后长59.2mm，主轴颈直径52mm，主轴承孔宽35mm。

连杆(13)：，连杆截面为“1”字形，活塞梢孔至连杆轴孔的中心距为110mm，活塞梢孔宽20mm，连杆轴承孔宽30mm，连杆轴颈(1)长38mm，连杆轴颈直径43mm。

曲柄(14)：曲柄半径28.575mm，曲柄臂宽80.426mm，曲柄臂厚(从前向后)20.50mm，20.70mm。

活塞(4)：活塞上装有活塞环(12)，活塞长度为100mm，在活塞顶部与两气门座平行的方向开有一直径为50mm的半圆柱面主凹槽贯通活塞顶面，同时，以火花塞或喷油嘴为中心向活塞各开深度为15mm，宽为30mm的凹槽，以便容纳火花塞或喷油嘴伸入缸内的部分，并且与半圆柱面主凹槽连通，凹槽与气门座形成的燃烧室容积约为152cm³，活塞梢孔直径为22mm。

曲轴后齿轮(15)，两个曲轴后齿轮的大小完全一样，厚度为18mm，摩擦圆的直径为106.78mm，齿轮的轴孔直径与对应的齿轮轴颈直径相匹配。

传动齿轮(16)，两个传动齿轮大小完全一样，厚度为18mm，摩擦圆的直径为106.78mm，齿轮的轴孔直径与对应的齿轮轴颈直径相匹配，传动齿轮轴(17)轴长55mm，轴颈直径52mm。

中间齿轮(21)，中间齿轮厚度为18mm，摩擦圆的直径为106.78mm，齿轮的轴孔直径与对应的齿轮轴颈直径相匹配，中间齿轮轴(20)轴长90mm，轴颈直径为52mm，中间轴的一端有法兰(19)，法兰直径为100mm，厚8mm。

大飞轮(18)：大飞轮直径约为252mm，厚20mm，上面有与法兰连接的镙孔。

气门座(6)：外径50mm，内径42mm，长51.6mm，止口厚5mm，止口直径60mm；气门座圈(5)外径43.5mm。

飞轮箱盖(23)：飞轮箱盖上开有三个与缸体后壁上的轴孔相对应的轴孔，轴孔直径为52mm，除中间轴孔为以穿加工外，其余两轴孔深度均为15mm，飞轮箱盖厚20mm。

曲轴箱(22)，曲轴箱的作用原理以及配置与传统燃机基本一致，其各部分尺寸略有变化，曲轴箱高度为71.425mm，与缸体连接面尺寸为长200mm，宽155.6mm，内腔(龙门)长120mm，宽35mm，深度55.425mm。

将上述各部件铸造好后，再按下列步骤进行安装：

1.将气缸套(9)按传统方法正确压入气缸体(11)；

2.将两副活塞(4)[含活塞环(12)]、连杆(13)、活塞梢(3)按传统方法正确接好，并分别从缸体两头对顶装入；

3.将两个曲轴箱(22)分别用固定镙栓固定安装在气缸两头，将两根主轴颈(2)分别安装在各自曲轴的轴孔内，装好各自盖孔，拧紧各自的固定镙栓，分别装好各自的连杆轴颈(1)及曲柄(14)并拧紧镙栓；

4.将曲轴后齿轮(15)安装在曲轴的主轴(2)颈上，固定好，此时，将两组对顶、对动活塞(4)、连杆(13)、曲柄机构调整到相同的工作相位角，务必准确；

5.将两个传动齿轮(16)分别安装在各自的齿轮轴(17)上，并且将其安装在缸体上传动齿轮轴孔相应的位置上；

6.将大飞轮(18)与中间轴法兰(19)正确连接并紧固好，将装好中间轴油封的飞轮箱盖(23)套装在中间齿轮轴(20)上，再将中间齿轮(21)正确装在中间齿轮轴(20)上，将飞轮箱盖(23)的另外两轴孔对准传动齿轮轴(17)并合在缸体后壁上，用镙栓紧固好，使得齿轮与缸体和飞轮箱盖之间的距离均为3mm；

7.将进、排气门座圈(5)按传统方法冷却后压入气门座(6)中，再将进、排气门(29)正确插入各自的气门座(6)中，并压入缸体上气门座底孔中。进、排气门正时齿轮轴分别由两根曲轴配给动力，进、排气机构的外壳座压住各自气门座止口(27)，其它诸如弹簧、摇臂、齿轮机构及外壳结构装配方法和传统方法相同，注意务必使气门配置相位与曲柄相位一致；

8.将火花塞(7)正确装入缸体上火花塞孔中；

9.本燃机的革新部件已全部安装完毕，此时，再将其它辅助部件逐一安装好，并将整个系统调到准备工作状态。

这样，一个气缸工作容积为0.9266升，压缩比为7∶1的“双功单耗同步对动活塞式内燃机”就做好了。

Claims (7)

1.一种双功单耗同步对动活塞式内燃机，它包括气缸、燃烧室(26)、活塞(4)、连杆(13)、曲轴机构、曲轴箱(22)、火花塞或喷油嘴(7)以及进、排气门机构，其特征在于缸体采用卧式安装，在气缸的中心位置沿缸体左有两侧分别安装一对结构相同、位置对称的活塞(4)、连杆(13)和曲轴机构，两个曲轴箱分别安装在缸体两端的对应位置；在缸体中心的上、下方对应位置开口并分别安装进气门机构和排气门机构，火花塞或喷油嘴(7)安装在靠进气门的前方位置的开有内镙纹的孔中，并与气门杆(28)成一定夹角；该机还包括一个飞轮组和飞轮箱，飞轮组和飞轮箱安装在缸体的后壁。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于气缸后壁有三个轴孔，轴孔的位置和大小与飞轮组的齿轮位置和轴径相适应；缸体长度比单活塞式内燃机缸体长0.3～0.4倍，以适应活塞、连杆及曲轴机构的正常运行。

3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于所述的活塞(1)的顶面各有一个半圆柱面主凹槽(8)并贯通活塞顶面，其直径与气门座(6)的外径相等，同时，在顶面靠近火花塞孔或喷油嘴孔的位置也各开有一个凹槽(10)，凹槽的水平截面为半圆形或近似为矩形，其大小以能容纳火花塞或喷油嘴伸入缸内的部分为准，凹槽贯通活塞顶面至半圆柱面主凹槽中心位置。

4.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于所述的飞轮组包括一个中间齿轮(21)、两个传动齿轮(16)、两个曲轴后齿轮(15)和一个大飞轮(18)，五个齿轮的磨擦圆直径及厚度相等；中间齿轮(21)和传动齿轮(16)由缸体后壁上的轴孔及飞轮箱盖(23)上对应的轴孔定位，且中间齿轮(21)在缸体后壁的正中位置，传动齿轮(16)在其两侧，三个轴孔的孔心在同一直线上；曲轴后齿轮(15)连接在曲轴后主轴颈上，并与传动齿轮啮合装配；大飞轮(18)同轴安装在中间齿轮轴的法兰(19)上，并置于飞轮箱外，作为离合器的主动盘和起动装置。

5.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于所述的连杆(13)、主轴轴颈(2)和连杆轴颈(1)的尺寸如下：

①d_2-1≈0.7d_1-1≈0.42D

②d_2-2≈0.7d_1-2≈0.525D

③L₂≈0.6L₁

其中，d_2-1为本实用新型的连杆轴径，d_1-1为传统内燃机的连杆轴径，d_2-2为本实用新型主轴径，d_1-2为传统内燃机的主轴径，D为气缸直径，L₂为本实用新型的连杆长度，L₁为传统内燃机的连杆长度。

6.根据权利要求1或4所述的内燃机，其特征在于所述的飞轮箱由飞轮箱盖(23)和缸体后壁组合而成，飞轮箱盖两端面与两曲轴箱端面分别在一个平面上，长度和两主轴的中心孔距相等。

7.根据权利要求1、2或3所述的内燃机，其特征在于活塞顶面的两个凹槽(8、10)以及进、排气门座在缸内形成的空间构成内燃机的燃烧室(26)，两个活塞共用一个燃烧室，共用一个火花塞或喷油嘴。

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