強化的雙頭活塞壓氣發動機的製作方法

2023-10-09 07:49:19

專利名稱：強化的雙頭活塞壓氣發動機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種內燃式發動機，特別是一種強化的雙頭活塞壓氣發動機。
背景技術：
內燃機問世已經一個半世紀,，經過長期的工業化應用與發展，往復式活塞發動機及其增壓技術均高度
成熟。這種百年不衰的動力機械，憑藉其特有的熱效率優勢、工業技術基礎優勢和巨大的產業慣性優勢， 至今仍在社會發展和國民經濟建設中佔據著極其重要的地位，被國家列為重要基礎產業。
為了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)，現代發動機技術的發展更 加重視能量利用效率的提升，採用增壓技術成為現代高性能車用發動機的一大標誌。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、 渦輪增壓、複合式增壓、氣波式增壓等等)，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。
替如，渦輪增壓器的製造對產品質量及機械性能的要求非常高，需要現代工業製造的一流髙技術支持。 事實上，儘管它技術很成熟，但有能力製造者很少。渦輪增壓器通常僅用於商檔車用發動機。從使用與維 護的成本出發，如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，— 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；二是運動構件的慣性質量大。因為連杆(以及曲軸)承受的脈動式載荷巨 大，強度要求高，質量大，所以發動機運動構件的平衡問題也十分棘手。
針對上述問題，人們提出過許多關於發動機的技術改進或替代方案。顯然，人們特別希望發動機的壓 氣裝置能夠由某種"內生"的方式產生，以解脫外加物的冗累。例如，法國的《增壓的兩衝程或四衝程內 燃機》(專利00802595. 9國家知識產權局2004年11月10日授權公告)、義大利的《具有平衡和增壓功能 的往復式內燃發動機》(發明專利申請00817537.3國家知識產權局2003年8月6日公開)、美國的《分開 式四衝程循環內燃機》(發明專利02814537. 2國家知識產權局2005年10月5日授權公告)等等。這些專 利方案各有所長，能夠達到發動機增壓效果，也可以滿足熱機技術的實用要求，屬於同類發明中的佼佼者。 但是，這些方案都相當於增設了一套空氣壓縮機，顯得有些臃腫，並且未能解決傳統發動機存在的動力學 結構缺陷。
中國的《雙頭活塞壓氣發動機》(發明專利申請200710048545X國家知識產權局2007年2月28日受 理)提供了妥善的技術方案，可以實現增壓並解決傳統發動機存在的結構缺陷。新設計的雙頭活塞連杆平 衡軸聯動式組合機構，為發動機提供了同步工作的壓氣機、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，新結構中主要構件形態及其 運動形態均保持了傳統發動機的簡單特徵。不足之處， 一是圓管式活塞杆和活塞銷座部位結構強度較弱； 二是機體上下有兩個分型面，對製造與裝配不利。
實用新型內容
本實用新型涉及一種強化的雙頭活塞發動機。新的設計用一個縱向的分型面取代了兩個橫向的分型 面，彌補了原方案的不足；加強了原方案的活塞銷座部位，並採用工字型活塞杆截面改善了組件強度，能 夠達到壓燃機循環的高壓縮比要求，從而可以更好地實現雙頭活塞壓氣發動機的功能與性能目標採用雙 頭活塞連杆平衡軸聯動式組合機構，使發動機具備增壓功能、消除活塞的側向力、消解發動機軸系的一部 分平衡問題、分解活塞力(一分為二)使連杆和曲軸的受力減半、改善機構運動的平順性、保持傳統發動 機構造的特徵。新機構還有一個特別適合熱機燃燒理論的結構性優點熱機的做功和吸氣行程時間超過了 壓縮和排氣行程時間，十分有利於熱機燃料的燃燒過程。
本實用新型的目的是這樣實現的
至少有一個熱汽缸(3)和一個同軸的壓氣汽缸(7);與所述汽缸相配的活塞杆(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。雙頭活塞組件與熱汽 缸(3)和壓氣汽缸(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。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)裙部以下段的位置，有兩個對稱凸起的活塞銷孔座， 配合有兩隻活塞銷(4),對稱地連接一雙連杆(6)，臥式汽缸體(15)有一個縱向的分型面(12)，在分 型面(12)上安裝兩根曲軸(5),每一一根曲軸(5)由一隻連杆(6)連接，在位於缸體上方的曲軸一端 加裝飛輪(14〉，曲軸(5)對稱地布置在臥式汽缸體(15)上下兩側，兩根曲軸(5)之間的運動由一對 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。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。壓氣汽缸(7)缸徑略大於熱汽缸(3)缸徑。
本實用新型的實施與一般內燃機的生產條件高度吻合，具有優越的工業繼承性。由於對稱運動的要求， 新方案比一般內燃機(單缸)多了一根連杆和一根曲軸，但機構實質不變。新方案的特點是力學結構和諧 對稱、結構緊湊、實用而且可靠。另外，在現代的熱機領域，完全能夠應用計算機輔助設計技術對新的機 構細節進行再優化，使方案更加完善，並迅速實行工業化生產。新產品將不但適用於裝備轎車及其他機動 車輛，而且適合作為各種用途的動力機械。

圖1是本實用新型的機構示意圖。圖2是圖1的A向剖視圖。
具體實施方式

以下結合附圖，就本實用新型的具體實施方案作進一步描述。
參照圖1、圖2，本實用新型的運動部分在截面為工字型的活塞杆(11)兩端各有一個活塞頭，位 於圖l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) 裙部以下段的凸起位置，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)布置在臥式汽缸體(15)的縱向分型面(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。新機構與傳統發動機核心區別，是採用了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)或連杆(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連杆(6)小頭的空間。活塞組件運動的"上止點"和 "下止點"把曲軸(5)旋轉軌跡圓分割成兩段位於圖2上方的一段對應熱機的壓縮衝程和排氣衝程，小 於半周；位於圖2下方的一段對應熱機的做功衝程和吸氣衝程，大於半周。 一方面，活塞在壓縮或排氣 行程的運動時間較短，有助於提高發動機燃料燃燒時的等容度，增加熱效率及進氣效率，降低吸氣損失； 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。
本實用新型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-個工作循環(四個衝程)，壓氣機要完成兩個工作循環。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l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，預使系統壓力增髙；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疊加，形成高壓，在熱機進氣門(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式發動機的進氣效率(所述壓氣機進氣閥(8) 和排氣閥(9)採用舌簧閥類型，效率較高。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。)
本實用新型的可以有其他的具體實施方式
。構件材料、尺寸、選型可以不同，比如氣閥(8)、 (9)可 用非舌簧閥類型等等，但在技術上是等同的。並不脫離本方案確定的法律範圍。
權利要求1.一種強化的雙頭活塞壓氣發動機，其特徵在於至少有一個熱汽缸(3)和一個同軸的壓氣汽缸(7)；與所述汽缸相配的活塞杆(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，在活塞杆(11)靠近熱活塞頭(1)裙部以下段的位置，有兩個對稱凸起的活塞銷孔座，配合有兩隻活塞銷(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。
2. 根據權利要求1所述的強化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 汽缸(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。
3. 根據權利要求1所述的強化的雙頭活塞壓氣發動機，其特徵是臥式汽缸體(15)有一個縱向的分型 面(12)，在分型面(12)上安裝兩根曲軸(5)，每一一根曲軸(5)由一隻連杆(6)連接，在位於缸體 上方的曲軸一端加裝飛輪(14)，兩根曲軸(5)之間的運動由一對聯動齒輪(13)連接。
4. 根據權利要求1所述的強化的雙頭活塞壓氣發動機,其特徵是熱機迸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。
5. 根據權利要求1所述的雙頭活塞壓氣發動機，其特徵是壓氣汽缸(7)缸徑略大於熱汽缸(3)缸徑。
專利摘要本實用新型提供一種強化的雙頭活塞壓氣(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。強化的雙頭活塞壓氣發動機的力學結構和諧對稱、總體緊湊、實用而且可靠。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F02B33/02GK201184236SQ20072007957
公開日2009年1月21日 申請日期2007年5月21日 優先權日2007年5月21日
發明者張軒榮 申請人:張軒榮