專利名稱：雙頭活塞壓氣發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃式發(fā)動機，特別是一種雙頭活塞壓氣發(fā)動機。
技術(shù)背景經(jīng)過百余年之久的工業(yè)化應(yīng)用與發(fā)展，往復(fù)式活塞內(nèi)燃機及其增壓技術(shù)已經(jīng)高度成熟。如今，為r有 效地應(yīng)對全球石油資源危機，節(jié)約燃料(包括各類石油替代燃料)，提高熱機效率，采用增壓技術(shù)成為現(xiàn) 代高性能車用發(fā)動機的一大標(biāo)忐。不過，傳統(tǒng)連桿曲柄的組合運動，使得活塞發(fā)動機結(jié)構(gòu)原本便不夠緊湊，而現(xiàn)有的車用發(fā)動機增壓技術(shù)(無論是機械式增壓、禍輪增壓、復(fù)合式增壓還是正在發(fā)展中的氣波式灘jE等等，均只能采用某種附加的增壓裝置，這樣雖然能夠解決發(fā)動機增壓問題，卻必然會額外增加發(fā)動機 體積，并導(dǎo)致發(fā)動機制造難度和生產(chǎn)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(chǎn)品制造卻是相當(dāng)?shù)恼成顝?fù)雜，需要現(xiàn)代工業(yè)制造的一流高技術(shù)支持。禍輪增壓器的轉(zhuǎn)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(zhì)量耍求非常高。其內(nèi)部零配件必須精密配合，并且 它與發(fā)動機之間的匹配也必須嚴(yán)密，否則就會降低發(fā)動機效率甚至造成損壞。所以，盡管渦輪增]E器技術(shù) 十分成熟，f，制造商僅限于少數(shù)發(fā)達國家的知名企業(yè)，增壓裝置通常僅用于高檔車用發(fā)動機。事實上， 從使用與維護的成本出發(fā)，至今多數(shù)人的選擇還是自然吸氣發(fā)動機(汽車)。此外，傳統(tǒng)發(fā)動機一直存在著動力學(xué)結(jié)構(gòu)帶來的麻煩 一是活塞相對汽缸的運動受到側(cè)向力影響，二 者發(fā)生機械磨損而造成的經(jīng)濟損失總量是驚人的，對于這個問題，目前還只能通過一定的技術(shù)改進措施(比 如對活塞環(huán)的改進)加以緩解；二是發(fā)動機運動構(gòu)件的平衡問題十分棘手，必須采取曲拐配重以及多缸^乍 用角度分配等等設(shè)計和調(diào)試手段加以解決。針對上述問題，人們提出過許多關(guān)f發(fā)動機的技術(shù)改進成替代方案，但是，這類方案往往趨向兩個極 端耍么方案簡單卻不實用，其設(shè)計與實際熱機技術(shù)的應(yīng)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；要么方案可用卻很復(fù)雜，所形成的產(chǎn)品雖可達到熱機技術(shù)的實用耍 求，但因需要增設(shè)一系列不便制裝或不便實施的構(gòu)件，其工業(yè)化普及必然會受到生產(chǎn)成本和制造難度的限 制，例如著名的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(汪克爾發(fā)動機)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種雙頭活塞壓氣發(fā)動機。新設(shè)計的雙頭活塞連桿平衡軸聯(lián)動式組合機構(gòu)，不但為每一只 發(fā)動機汽缸配備了同步工作的壓氣機(增壓系統(tǒng))，并從根本上解決了活塞的側(cè)向力問題，也在很大程度 上消解了發(fā)動機軸系的平衡困難，使機構(gòu)具有極好的運動平順性，同時，新結(jié)構(gòu)中主耍構(gòu)件形態(tài)及其運動 形態(tài)均保持了活塞式發(fā)動機構(gòu)造(三桿機構(gòu))的簡單與實用特征。另外，新機構(gòu)還有一個特別適合熱機燃 燒理論的結(jié)構(gòu)性優(yōu)點，是傳統(tǒng)發(fā)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，從而有助于提高發(fā)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(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 一根活塞桿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(nèi)。在活塞桿的中段 對稱地安裝一雙連桿，連桿人頭端各連接一根曲軸。這一對曲軸由齒輪迮接，實現(xiàn)同步反向旋轉(zhuǎn)，輸出動 力。熱機的進氣管路與壓氣機的排氣管路聯(lián)通，共同構(gòu)成新的發(fā)動機進氣系統(tǒng)。本發(fā)明的實施與一般內(nèi)燃機的生產(chǎn)條件高度吻合，Jl有優(yōu)越的工:業(yè)繼承性。由于對稱運動的耍求，新 方案比一般內(nèi)燃機(爭缸)多了一根連桿和一根曲軸，但其機械實質(zhì)卻依然是典型的^桿機構(gòu)，其特點是 力學(xué)結(jié)構(gòu)和諧對稱、簡單可靠，便于制裝，尤其是，現(xiàn)代熱機領(lǐng)域能夠應(yīng)用專業(yè)輔助設(shè)計技術(shù)對新的機構(gòu) 細(xì)節(jié)進行再優(yōu)化，可使方案更加完善，并迅速實行工業(yè)化生產(chǎn)。閃此，它不但適用于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(fā)明的機構(gòu)示意圖，主要對發(fā)動機(臥式)的新結(jié)構(gòu)進行概略描述。其中，A-A是熱機^f勾 件及其結(jié)構(gòu)形態(tài)的剖面示意圖，B-B是活塞-連桿連接部位的剖面示意圖。圖2是本發(fā)明的機構(gòu)運動示意圖。 以上構(gòu)圖對創(chuàng)新所涉及各個運動構(gòu)件的形狀、位置關(guān)系和幾何尺寸的安排，均參照了相關(guān)的專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，就本發(fā)明的具體實施方案作進一步描述。圖1是本發(fā)明基本方案的機構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的機構(gòu)運動示意圖。參照圖1、圖2，雙頭活塞壓氣發(fā)動機的運動部分在活塞桿(11)兩端各有一個活塞頭，位于圖1 左端熱機的熱活塞頭(1)和位于圖1右端壓氣機的壓氣活塞頭(10),它們構(gòu)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，并且互為導(dǎo)向。在活塞桿(11)靠近熱活塞(1)的 裙部位置，并排布置兩個活塞銷孔配合兩只活塞銷(4),對稱地連接一雙連桿(6),連桿(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(lián) 動齒輪(13)連接，實現(xiàn)同步反向旋轉(zhuǎn)，輸出動力。聯(lián)動齒輪(13)也可以用來替代飛輪(14)調(diào)蓄動能， 讓發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。新機構(gòu)的運動構(gòu)件形態(tài)及運動形態(tài)與傳統(tǒng)發(fā)動機基本一致，核心的區(qū)別是采W雙頭活 塞連桿平衡軸聯(lián)動方式，使作用在雙頭活塞組件上的側(cè)向力被完全平衡(相互抵消)。活塞銷(4)成迕桿(6)小頭的軸線與活塞組件的軸線之間，存在一個偏置量，以保證對稱安裝兩只迮桿(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(zhuǎn)軌跡圓分割成兩段位f圖2上方的一段對應(yīng) 熱機的壓縮沖程和排氣沖程，小于-半周(大約166.5° );位于圖2下方的一段對應(yīng)熱機的做功沖程和吸氣 ^§，大于周(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(fā)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，則有利于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(fā)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(lián)通，形成新的發(fā)動機進氣 系統(tǒng)。對應(yīng)熱機的一個工作循環(huán)(四個工作沖程)，壓氣機耍完成兩個工作循環(huán)。其具體對應(yīng)關(guān)系如下 壓氣機的吸氣行程與熱機的壓縮沖程和排氣沖程相對應(yīng)，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(fā)動機進氣系統(tǒng)壓力無變化；壓氣機的排氣行程與熱機的做 功沖程和進氣沖程相對應(yīng)，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(guān)而排氣閥(9)開，壓氣汽缸(7)排氣，發(fā)動機進氣系統(tǒng)的變化有兩種情況 一種是對應(yīng)熱機的做功沖程，從壓氣 機排出的氣體進入發(fā)動機進氣系統(tǒng)，預(yù)使系統(tǒng)壓力增高；另一種是對應(yīng)熱機的進氣沖程，從壓氣機排出的 氣體，和上一個排氣行程排入發(fā)動機進氣系統(tǒng)的氣體暨加，形成高壓，左熱機進氣門(2)開啟之后，沖入燃燒室，于是，新的四沖程熱機就能十分可靠地獲得至少雙倍于自然吸氣^動機的進氣效率(由常規(guī)的機械泄露導(dǎo)致的氣損不超過10%,稍許增大壓氣汽缸(7)缸徑即可補足)。.
權(quán)利要求
1. 一種雙頭活塞壓氣發(fā)動機，其特征在于活塞桿(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(gòu)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(dǎo)向作用。在活塞桿(11)靠近熱活塞頭(1)的裙部位置，有兩個并排的活塞銷孔配合兩只活塞銷(4)，對稱地連接一雙連桿(6)，連桿(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(cè)，并由一對聯(lián)動齒輪(13)連接。發(fā)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(fù)運動，通過連桿(6)帶動曲軸(5)旋轉(zhuǎn)，輸出動力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頭活塞壓氣發(fā)動機，其特征是雙頭活塞組件與熱汽缸(3)和壓氣^缸(7) 同軸，而活塞銷(4)或連桿(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(zhuǎn)軌跡圓為兩段 一段對應(yīng)熱機的壓縮沖程和排氣沖程,小于半周；另一段對應(yīng)熱機的做功沖程和吸氣沖程，大于半周，即熱機的壓縮沖程時間小于做功沖程時間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頭活塞壓氣發(fā)動機，其特征是臥式汽缸體(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)由一只連桿(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(lián)動齒輪(13)連接起來，實現(xiàn)同步進行 的反向旋轉(zhuǎn)。這一對聯(lián)動齒輪(13)同時兼有飛輪的作用。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頭活塞壓氣發(fā)動機，其特征是熱機進氣管路與壓氣機的排氣管路聯(lián)通成一 體，共同構(gòu)成發(fā)動機進氣系統(tǒng)，壓氣機的排氣直接轉(zhuǎn)化為熱機的進氣。進入壓氣機的外氣可以是空氣(對 應(yīng)狄塞爾循環(huán))，也可以是混合燃料氣體(對應(yīng)奧托循環(huán))。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頭活塞壓氣發(fā)動機，其特征是壓氣機的兩個工作循環(huán)，對應(yīng)熱機的一個工 作循環(huán)(四個工作沖程)，產(chǎn)生雙倍于自然吸氣式發(fā)動機的進氣效率，壓氣汽缸(7)缸徑可略大于熱汽缸(3)缸徑以彌補氣損。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頭活塞壓氣發(fā)動機，其特征是壓氣機的兩個吸氣行程對應(yīng)于熱機的壓縮沖 程和排氣沖程，壓氣機進氣閥(8)開啟，壓氣汽缸(7)吸氣，熱機進氣門(2)關(guān)，發(fā)動機進氣系統(tǒng)壓 力無變化。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頭活塞壓氣發(fā)動機，其特征是壓氣機的一個排氣行程與熱機的做功沖程相 對應(yīng)時，進氣閥(8)關(guān)，排氣閥(9)開，壓氣汽缸(7)排氣，從壓氣機排出的氣體進入發(fā)動機進氣系 統(tǒng)，預(yù)使系統(tǒng)壓力增高。 .
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頭活塞壓氣發(fā)動機，其特征是壓氣機的一個排氣行程與熱機的進氣沖程相 對應(yīng)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(fā)動機進氣系統(tǒng)的壓力倍增。高壓 氣體沖入燃燒室的時間由熱機進氣門(2)控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雙頭活塞壓氣(進氣增壓)發(fā)動機，其特征在于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(jīng)過一雙連桿帶動兩根曲軸旋轉(zhuǎn)，輸出動力。雙頭活塞壓氣發(fā)動機的力學(xué)結(jié)構(gòu)和諧對稱、簡單可靠，便于制裝，其生產(chǎn)條件與一般內(nèi)燃機高度吻合，具有優(yōu)越的工業(yè)繼承性。因此，它不但適用于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(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者張軒榮 申請人:張軒榮