雙頭活塞壓氣發動機的製作方法

2023-10-05 18:51:39 1

專利名稱：雙頭活塞壓氣發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種內燃式發動機，特別是一種雙頭活塞壓氣發動機。
技術背景經過百餘年之久的工業化應用與發展，往復式活塞內燃機及其增壓技術已經高度成熟。如今，為r有 效地應對全球石油資源危機，節約燃料(包括各類石油替代燃料)，提高熱機效率，採用增壓技術成為現 代高性能車用發動機的一大標忐。不過，傳統連杆曲柄的組合運動，使得活塞發動機結構原本便不夠緊湊，而現有的車用發動機增壓技術(無論是機械式增壓、禍輪增壓、複合式增壓還是正在發展中的氣波式灘jE等等，均只能採用某種附加的增壓裝置，這樣雖然能夠解決發動機增壓問題，卻必然會額外增加發動機 體積，並導致發動機製造難度和生產成本的大幅度上升。譬如，渦輪增壓器的^f乍原理雖然簡單，但其產品製造卻是相當的粘深複雜，需要現代工業製造的一流高技術支持。禍輪增壓器的轉速可達l Q Q 0 0 0 rpm以j二，對零配件(例如高速軸承)的機械性能及質量耍求非常高。其內部零配件必須精密配合，並且 它與發動機之間的匹配也必須嚴密，否則就會降低發動機效率甚至造成損壞。所以，儘管渦輪增]E器技術 十分成熟，f，製造商僅限於少數發達國家的知名企業，增壓裝置通常僅用於高檔車用發動機。事實上， 從使用與維護的成本出發，至今多數人的選擇還是自然吸氣發動機(汽車)。此外，傳統發動機一直存在著動力學結構帶來的麻煩 一是活塞相對汽缸的運動受到側向力影響，二 者發生機械磨損而造成的經濟損失總量是驚人的，對於這個問題，目前還只能通過一定的技術改進措施(比 如對活塞環的改進)加以緩解；二是發動機運動構件的平衡問題十分棘手，必須採取曲拐配重以及多缸^乍 用角度分配等等設計和調試手段加以解決。針對上述問題，人們提出過許多關f發動機的技術改進成替代方案，但是，這類方案往往趨向兩個極 端耍麼方案簡單卻不實用，其設計與實際熱機技術的應用耍求相距甚遠，例如專利中諾9 4 1 0 9 3 5 9. X; 9 6 1 0 8 7 5. 0…等等；要麼方案可用卻很複雜，所形成的產品雖可達到熱機技術的實用耍 求，但因需要增設一系列不便制裝或不便實施的構件，其工業化普及必然會受到生產成本和製造難度的限 制，例如著名的轉子發動機(汪克爾發動機)。 發明內容本發明涉及一種雙頭活塞壓氣發動機。新設計的雙頭活塞連杆平衡軸聯動式組合機構，不但為每一隻 發動機汽缸配備了同步工作的壓氣機(增壓系統)，並從根本上解決了活塞的側向力問題，也在很大程度 上消解了發動機軸系的平衡困難，使機構具有極好的運動平順性，同時，新結構中主耍構件形態及其運動 形態均保持了活塞式發動機構造(三桿機構)的簡單與實用特徵。另外，新機構還有一個特別適合熱機燃 燒理論的結構性優點，是傳統發動機不曾具備的熱機做功行程或吸氣行程的時間較長，而壓縮行程或排 氣行程時間較短，從而有助於提高發動機燃料燃燒時的等容度，降低吸氣損失，增加熱效率及進氣效率， 也有利f燃料氣體在燃燒室的混合，縮短燃燒時間，減少壓縮熱損失。本發明的目的是這樣實現的 一根活塞杆的兩端各有一個活塞頭，形成一體的雙頭活塞(一頭是熱機 的熱活塞，另一頭適壓氣機的壓氣活塞)，它們分別運動在同軸的熱汽缸和壓氣汽缸內。在活塞杆的中段 對稱地安裝一雙連杆，連杆人頭端各連接一根曲軸。這一對曲軸由齒輪迮接，實現同步反向旋轉，輸出動 力。熱機的進氣管路與壓氣機的排氣管路聯通，共同構成新的發動機進氣系統。本發明的實施與一般內燃機的生產條件高度吻合，Jl有優越的工:業繼承性。由於對稱運動的耍求，新 方案比一般內燃機(爭缸)多了一根連杆和一根曲軸，但其機械實質卻依然是典型的^杆機構，其特點是 力學結構和諧對稱、簡單可靠，便於制裝，尤其是，現代熱機領域能夠應用專業輔助設計技術對新的機構 細節進行再優化，可使方案更加完善，並迅速實行工業化生產。閃此，它不但適用於裝備轎車及其他機動 ，，而且很適合作為原動機裝備各種用途的動力機械。


圖1是本發明的機構示意圖，主要對發動機(臥式)的新結構進行概略描述。其中，A-A是熱機^f勾 件及其結構形態的剖面示意圖，B-B是活塞-連杆連接部位的剖面示意圖。圖2是本發明的機構運動示意圖。 以上構圖對創新所涉及各個運動構件的形狀、位置關係和幾何尺寸的安排，均參照了相關的專業設計數據。
具體實施方式
以下結合附圖，就本發明的具體實施方案作進一步描述。圖1是本發明基本方案的機構示意圖，圖2是本發明的機構運動示意圖。參照圖1、圖2，雙頭活塞壓氣發動機的運動部分在活塞杆(11)兩端各有一個活塞頭，位於圖1 左端熱機的熱活塞頭(1)和位於圖1右端壓氣機的壓氣活塞頭(10),它們構成了一體的雙頭活塞組件， 分別在同軸的熱汽缸(3)和壓氣汽缸(7)中運動，並且互為導向。在活塞杆(11)靠近熱活塞(1)的 裙部位置，並排布置兩個活塞銷孔配合兩隻活塞銷(4),對稱地連接一雙連杆(6),連杆(6)大頭端各 連接一根曲軸(5)。這一對曲軸(5)布置在平臥的汽缸體(15)的上下兩個分型面(12)上，由一對聯 動齒輪(13)連接，實現同步反向旋轉，輸出動力。聯動齒輪(13)也可以用來替代飛輪(14)調蓄動能， 讓發動機運轉平穩。新機構的運動構件形態及運動形態與傳統發動機基本一致，核心的區別是採W雙頭活 塞連杆平衡軸聯動方式，使作用在雙頭活塞組件上的側向力被完全平衡(相互抵消)。活塞銷(4)成迕杆(6)小頭的軸線與活塞組件的軸線之間，存在一個偏置量，以保證對稱安裝兩隻迮杆(6)小頭的仝間。 活塞組件運動的"上止點"和"下點"把曲軸(5)旋轉軌跡圓分割成兩段位f圖2上方的一段對應 熱機的壓縮衝程和排氣衝程，小於-半周(大約166.5° );位於圖2下方的一段對應熱機的做功衝程和吸氣 ^§，大於周(約193.5° )。 一方面，活塞在壓縮或排氣行程的g動時間較短，有助丁-提高發動機燃料 燃燒時的等容度，增加熱效率及進氣效率，降低吸氣損火；另一方面，活塞在做功或吸氣行程的運動時間 較長，則有利於燃料氣體在燃燒室的混合，縮短燃燒時間，減少壓縮熱損。雙頭活塞壓氣發動機的配氣部分新的熱機進氣管路與壓氣機的排氣管路聯通，形成新的發動機進氣 系統。對應熱機的一個工作循環(四個工作衝程)，壓氣機耍完成兩個工作循環。其具體對應關係如下 壓氣機的吸氣行程與熱機的壓縮衝程和排氣衝程相對應，此時，圖1中的雙頭活塞組件自右向左運動，壓 氣機進氣閥(8)開啟，壓氣汽缸(7)吸氣，發動機進氣系統壓力無變化；壓氣機的排氣行程與熱機的做 功衝程和進氣衝程相對應，此時，圖1中的雙頭活塞組件自左向右運動，壓氣機進氣閥(8)關而排氣閥(9)開，壓氣汽缸(7)排氣，發動機進氣系統的變化有兩種情況 一種是對應熱機的做功衝程，從壓氣 機排出的氣體進入發動機進氣系統，預使系統壓力增高；另一種是對應熱機的進氣衝程，從壓氣機排出的 氣體，和上一個排氣行程排入發動機進氣系統的氣體暨加，形成高壓，左熱機進氣門(2)開啟之後，衝入燃燒室，於是，新的四衝程熱機就能十分可靠地獲得至少雙倍於自然吸氣^動機的進氣效率(由常規的機械洩露導致的氣損不超過10%,稍許增大壓氣汽缸(7)缸徑即可補足)。.
權利要求
1. 一種雙頭活塞壓氣發動機，其特徵在於活塞杆(11)的一端是熱機的熱活塞頭(1)，另一端是壓氣機的壓氣活塞頭(10)，構成一體的雙頭活塞組件。雙頭活塞組件安裝在同軸的熱汽缸(3)和壓氣汽缸(7)中，熱活塞頭(1)和壓氣活塞頭(10)互起導向作用。在活塞杆(11)靠近熱活塞頭(1)的裙部位置，有兩個並排的活塞銷孔配合兩隻活塞銷(4)，對稱地連接一雙連杆(6)，連杆(6)大頭端各連接一根曲軸(5)。曲軸(5)對稱地布置在臥式汽缸體(15)上下兩側，並由一對聯動齒輪(13)連接。發動機工作時，雙頭活塞組件在熱汽缸(3)和壓氣汽缸(7)中作直線往復運動，通過連杆(6)帶動曲軸(5)旋轉，輸出動力。
2. 根據權利要求1所述的雙頭活塞壓氣發動機，其特徵是雙頭活塞組件與熱汽缸(3)和壓氣^缸(7) 同軸，而活塞銷(4)或連杆(6)小頭的安裝軸線與活塞組件軸線之間有一個偏置量，活塞組件運動的"上 止點"和"下止點"分曲軸(5)旋轉軌跡圓為兩段 一段對應熱機的壓縮衝程和排氣衝程,小於半周；另一段對應熱機的做功衝程和吸氣衝程，大於半周，即熱機的壓縮衝程時間小於做功衝程時間。
3. 根據權利要求1所述的雙頭活塞壓氣發動機，其特徵是臥式汽缸體(15)有上下兩個分型面(12)， 每一個分型面(12)上安裝一根曲軸(5)，每一一根曲軸(5)由一隻連杆(6)連接，在位丁-缸體上方的 曲軸一端可按需要加裝飛輪(14)。兩根曲軸(5)的運動由一對聯動齒輪(13)連接起來，實現同步進行 的反向旋轉。這一對聯動齒輪(13)同時兼有飛輪的作用。
4. 根據權利要求1所述的雙頭活塞壓氣發動機，其特徵是熱機進氣管路與壓氣機的排氣管路聯通成一 體，共同構成發動機進氣系統，壓氣機的排氣直接轉化為熱機的進氣。進入壓氣機的外氣可以是空氣(對 應狄塞爾循環)，也可以是混合燃料氣體(對應奧託循環)。
5. 根據權利要求1所述的雙頭活塞壓氣發動機，其特徵是壓氣機的兩個工作循環，對應熱機的一個工 作循環(四個工作衝程)，產生雙倍於自然吸氣式發動機的進氣效率，壓氣汽缸(7)缸徑可略大於熱汽缸(3)缸徑以彌補氣損。
6. 根據權利要求1所述的雙頭活塞壓氣發動機，其特徵是壓氣機的兩個吸氣行程對應於熱機的壓縮衝 程和排氣衝程，壓氣機進氣閥(8)開啟，壓氣汽缸(7)吸氣，熱機進氣門(2)關，發動機進氣系統壓 力無變化。
7. 根據權利要求1所述的雙頭活塞壓氣發動機，其特徵是壓氣機的一個排氣行程與熱機的做功衝程相 對應時，進氣閥(8)關，排氣閥(9)開，壓氣汽缸(7)排氣，從壓氣機排出的氣體進入發動機進氣系 統，預使系統壓力增高。 .
8. 根據權利要求1所述的雙頭活塞壓氣發動機，其特徵是壓氣機的一個排氣行程與熱機的進氣衝程相 對應時，從壓氣機排出的氣體，和上一個排氣行程排出的氣體疊加，使發動機進氣系統的壓力倍增。高壓 氣體衝入燃燒室的時間由熱機進氣門(2)控制。
全文摘要
本發明提供一種雙頭活塞壓氣(進氣增壓)發動機，其特徵在於一體的雙頭活塞組件在同軸的熱汽缸和壓氣汽缸中運動，經過一雙連杆帶動兩根曲軸旋轉，輸出動力。雙頭活塞壓氣發動機的力學結構和諧對稱、簡單可靠，便於制裝，其生產條件與一般內燃機高度吻合，具有優越的工業繼承性。因此，它不但適用於裝備轎車及其他機動車輛，而且很適合作為原動機裝備各種用途的動力機械。
文檔編號F02B33/02GK101255813SQ20071004854
公開日2008年9月3日 申請日期2007年2月28日 優先權日2007年2月28日
發明者張軒榮 申請人:張軒榮