CN102979617A - 双顶对置活塞发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双顶对置活塞发动机，包括气缸，所述气缸内滑动密封配合有两个单顶活塞和一个双顶活塞，所述双顶活塞设在两个所述单顶活塞之间，两个所述单顶活塞分别与所述双顶活塞对置设置，每个所述单顶活塞分别与所述双顶活塞、所述气缸围成一个流体工作区；两个所述单顶活塞通过做往复运动的A类连接件固定连接，所述双顶活塞与做往复运动的B类连接件固定连接，所述A类连接件和所述B类连接件分别通过连杆与曲轴的不同相位的连杆轴颈转动连接。本发明能够大幅度提高流体工作区在整机中所占的比例且平衡性能好，实现了在可靠性好的前提下提高效率的目的，且通过对活塞质量进一步限定，大幅度降低了活塞质量对发动机性能的影响。
Description
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种发动机。
背景技术
在活塞式发动机领域，活塞惯性力的影响是限制这类机械的设计和制造的重要因素，为此，在传统设计和制造过程中往往尽可能地把活塞的质量压到最低，这样就必定影响活塞的强度。换句话说，从一方面讲是需要把活塞的质量做轻，而从另外一方面讲是需要提高活塞的承载能力而需要把活塞做重，这个矛盾一直影响着发动机的设计、制造和性能。因此，需要发明一种性能受活塞质量影响小或能够消除活塞质量对性能影响的发动机。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
一种双顶对置活塞发动机，包括气缸，所述气缸内滑动密封配合有两个单顶活塞和一个双顶活塞，所述双顶活塞设在两个所述单顶活塞之间，两个所述单顶活塞分别与所述双顶活塞对置设置，每个所述单顶活塞分别与所述双顶活塞、所述气缸围成一个流体工作区；两个所述单顶活塞通过做往复运动的A类连接件固定连接，所述双顶活塞与做往复运动的B类连接件固定连接，所述A类连接件和所述B类连接件分别通过连杆与曲轴的不同相位的连杆轴颈转动连接。
在每一个活塞的行程中，两个所述流体工作区完成一个二冲程工作循环。
一种双顶对置活塞发动机，包括两个并排设置的气缸，每个所述气缸内滑动密封配合有两个单顶活塞和一个双顶活塞，所述双顶活塞设在两个所述单顶活塞之间，两个所述单顶活塞分别与所述双顶活塞对置设置，每个所述单顶活塞分别与所述双顶活塞、所述气缸围成一个流体工作区；四个所述单顶活塞通过做往复运动的A类连接件固定连接，两个所述双顶活塞通过做往复运动的B类连接件固定连接，所述A类连接件和所述B类连接件分别通过连杆与曲轴的不同相位的连杆轴颈转动连接。
在每一个活塞的行程中，四个所述流体工作区完成一个四冲程工作循环。
一种双顶对置活塞发动机，包括气缸、活塞和流体工作区，所述气缸为并排设置的三个，两侧的所述气缸的横截面积相等，且为中间所述气缸的横截面积的一半；在每个所述气缸内设分别在上下位置的两个所述流体工作区，两侧所述气缸中相同位置的所述流体工作区在发动机的四冲程工作中冲程相同，且与中间所述气缸中相同位置的所述流体工作区在发动机的四冲程工作中的冲程相反。
在每个所述气缸内滑动密封配合有两个单顶活塞和一个双顶活塞，两个所述单顶活塞分别与所述双顶活塞对置设置；六个所述单顶活塞通过做往复运动的A类连接件固定连接，三个所述双顶活塞通过做往复运动的B类连接件固定连接，所述A类连接件和所述B类连接件分别通过连杆与曲轴的不同相位的连杆轴颈转动连接。
在每个所述气缸内设一个隔板和两个单顶活塞，两个所述单顶活塞对置设置并分别与所述气缸滑动密封配合，所述隔板设在两个所述单顶活塞之间，且与所述气缸密封连接；六个所述单顶活塞通过做往复运动的A类连接件固定连接，所述A类连接件经连杆与曲轴的连杆轴颈转动连接。
在每个所述气缸内设两个隔板和一个双顶活塞，所述双顶活塞与所述气缸滑动密封配合，两个所述隔板分别密封连接在所述气缸的两端；三个所述双顶活塞通过做往复运动的B类连接件固定连接，所述B类连接件经连杆与曲轴的连杆轴颈转动连接。
所述A类连接件经两根所述连杆与所述曲轴的连杆轴颈转动连接。
与所述A类连接件转动连接的所述连杆设为叉形连杆。
在上述所有设有所述A类连接件的结构中，都可以选择性的设置如下：所述A类连接件及其固定连接的所述单顶活塞的往复运动的最大惯性力的绝对值大于所述流体工作区内的气体的最大压力对所述单顶活塞所产生的作用力的绝对值的0.1倍，小于所述流体工作区内的气体的最大压力对此所述单顶活塞所产生的作用力的绝对值的2倍。
在上述所有设有所述B类连接件的结构中，都可以选择性的设置如下：所述B类连接件及其固定连接的所述双顶活塞的往复运动的最大惯性力的绝对值大于所述流体工作区内的气体的最大压力对所述双顶活塞所产生的作用力的绝对值的0.1倍，小于所述流体工作区内的气体的最大压力对此所述双顶活塞所产生的作用力的绝对值的2倍。
在上述所有设有所述A类连接件的结构中，都可以选择性的设置如下：所述A类连接件及其固定连接的所述单顶活塞的往复运动的最大惯性力的绝对值大于所述流体工作区内的气体被压缩终了时的气体压力对所述单顶活塞所产生的作用力的绝对值的0.1倍，小于所述流体工作区内的气体被压缩终了时的气体压力对此所述单顶活塞所产生的作用力的绝对值的2倍。
在上述所有设有所述B类连接件的结构中，都可以选择性的设置如下：所述B类连接件及其固定连接的所述双顶活塞的往复运动的最大惯性力的绝对值大于所述流体工作区内的气体被压缩终了时的气体压力对所述双顶活塞所产生的作用力的绝对值的0.1倍，小于所述流体工作区内的气体被压缩终了时的气体压力对此所述双顶活塞所产生的作用力的绝对值的2倍。
本发明的原理是：通过在发动机里设置多个流体工作区，以及在活塞的一个单独行程中对每个所述流体工作区的工作状态进行调配，实现了在活塞的每一个单独行程中，所述流体工作区内被压缩的气体对活塞产生的作用力与活塞及其固定连接件的惯性力方向相反，从而减轻了所述惯性力以及气缸内的气体压力对活塞的运动连接件的冲击力，进而降低了对所述运动连接件的加工及材质要求，有效节约了发动机的生产成本并提高了发动机的使用寿命。
本发明中，所谓的双顶活塞是指两端都具有活塞顶的活塞。
本发明中，所谓的惯性力是指某一物体的质量与其加速度的乘积所得到的力，本发明中，所谓的所述A类连接件及其固定连接的所述单顶活塞的往复运动的最大惯性力是指所述A类连接件及其固定连接的所述单顶活塞以及连杆分量所构成的最大惯性力，所谓的所述B类连接件及其固定连接的所述双顶活塞的往复运动的最大惯性力是指所述B类连接件及其固定连接的所述双顶活塞以及连杆分量所构成的最大惯性力。
本发明中，所谓的固定连接是指两个部件之间没有任何位移、没有任何转动或摆动的连接方式，即经固定连接后的部件形成一体按照同一运动规律运动的连接方式。
本发明中，将活塞的最大惯性力的绝对值设定为某一个特定值，是为了尽最大可能地增大所述活塞的质量，即使所述活塞的质量与其本身的加速度的乘积所得到的力大于所述双顶对置活塞发动机的最大***压力的0.1倍，小于最大***压力的2倍，其目的是为了减少***压力对连杆、曲轴等运动部件的冲击力。
本发明中，增大所述活塞的质量的优越性在于：假设所述活塞及其固定连接结构体的质量为M1，其他运动部件的质量当量为M2，所述活塞和其他运动部件的共同加速度为a，最大***压力为F，则存在关系式F＝M1a+M2a，如果增大所述活塞的质量M1，则可以减小M2，则其他运动部件受到的力，即M2a减小。
在传统发动机中，由于活塞的质量设计得很小，活塞将燃烧***的能量的绝大部分经连杆传递给曲轴和飞轮，而当活塞需要能量时，再将能量从曲轴和飞轮回流，这样就增加了***的承载力，也增加了能量传递过程中的功耗，而本发明中所公开的双顶对置活塞发动机，在将活塞的质量设为较大的结构中（即满足上述关于力和关于能量的限定），燃烧***的能量的部分或大部分被储存在活塞中，当活塞需要能量时，可直接以减小自己的运动速度将能量释放出来，这样不仅可以减小与活塞连接的运动件的承载能力，也可以减少能量流动过程中的机械损失。
本发明所公开的双顶对置活塞发动机改变了传统发动机设计中尽可能将活塞轻量化的设计思想，与其相反，通过将活塞或其固定连接结构体重量化设计，从而对减少往复运动的惯性力以及缸内气体压力变化对运动件（例如连杆、曲轴等）的冲击。
本发明人认为，在传统活塞式发动机中，气缸内燃料燃烧产生的爆压作用在质量较轻的活塞及其连接件上，形成较大的加速度，最终将能量的一部分储存到飞轮中，当气缸活塞机构需要能量时，再由飞轮释放回到气缸活塞机构中，这样一个长距离的储存与释放经过了多个部件，更经过了多处滑动或转动界面，必定造成能量损失以及整个机构的重量化。与此相反，本发明中将爆压的作用力的一部分直接用作于其他所述流体工作区的压缩力，这就大大提高了机构的平稳性、效率和整机轻量化。不仅如此，通过将所述活塞及其固定连接件重量化设计，相当于将所述气缸内燃料燃烧的爆压中的能量一部分储存在所述活塞及其固定连接件内以备用，这样就进一步增加了机构的运行的平稳性，也提高了机构的效率。
本发明中，当所述双顶对置活塞发动机中的活塞与曲轴连接，曲轴所承受的最大作用力等于气缸内气体对所述活塞的作用力和往复运动最大惯性力之差，这就大大减轻了曲轴主轴颈、曲轴连杆轴颈、连杆小端连接轴颈等处的冲击力。
本发明中，所谓的连接件是指与一个或多个所述单顶活塞或所述双顶活塞连接的只做往复运动的结构体，为了区别起见，分为A类连接件和B类连接件，其中所述A类连接件与发动机中的多个所述单顶活塞连接在一起，所述B类连接件与发动机中的一个或多个所述双顶活塞连接在一起。
所谓的结构体是指具有一定结构形状和结构强度的物体。
本发明中，所谓的流体工作区是指流体可以进入和排出的区域，即根据所述活塞运动而容积变化的区域，其中的一部分为燃烧室。
本发明中，所谓的叉形连杆是指连杆的端部设有多个分支连接体的连杆，从而实现连杆的一端通过多个连接体与多个被连物同步转动连接，或通过多个连接体与一个被连物的多个连接处同步转动连接。
本发明中，所谓的冲程相反是指在两个所述气缸中相同位置的所述活塞的运动方向一致时，两个所述气缸中相同位置所述流体工作区在各自的四冲程循环中处于相反的工作过程，如一个所述气缸中所述流体工作区处于进气冲程阶段，另一个所述气缸中相同位置的所述流体工作区则处于做功冲程；或一个处于压缩冲程，另一个处于排气冲程。同理所谓的冲程相同是指在各自的四冲程循环中处于相同的工作过程。
本发明中，所谓的双顶对置活塞发动机应根据内燃机领域的公知技术，在必要的地方设进气口和排气口，或设进气口、排气口和供气口，以及燃料入口等。
本发明中，根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或***等。
本发明的有益效果如下：
本发明所公开的双顶对置活塞发动机能够大幅度提高流体工作区在整机中所占的比例且机构的平衡性能好，实现了在可靠性好的前提下提高效率的目的；通过在发动机里设置多个所述流体工作区，并使所述流体工作区内被压缩的气体对活塞产生的作用力与活塞及其固定连接件的惯性力方向相反，减轻了所述惯性力以及气缸内的气体压力对活塞的运动连接件的冲击力，进而降低了对所述运动连接件的加工及材质要求，有效节约了发动机的生产成本并提高了发动机的使用寿命；通过对活塞质量进一步限定，从而大大减少了***压力对连杆、曲轴等运动部件的冲击力，大幅度降低活塞质量对发动机性能的影响的同时，还降低了对各运动部件的结构强度的要求，节约了生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图；
图3是本发明实施例3的结构示意图；
图4是本发明实施例4的结构示意图；
图5是本发明实施例5的结构示意图；
图6是本发明实施例6的结构示意图；
图7是本发明实施例7的结构示意图；
图8是本发明实施例8的结构示意图；
图9是本发明实施例9的结构示意图；
图10是本发明实施例10的结构示意图；
图中：
1气缸、2单顶活塞、3双顶活塞、4流体工作区、5A类连接件、6连杆、7曲轴、8B类连接件、10叉形连杆、11隔板。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的双顶对置活塞发动机，包括气缸1，所述气缸1内滑动密封配合有两个单顶活塞2和一个双顶活塞3，所述双顶活塞3设在两个所述单顶活塞2之间，两个所述单顶活塞2分别与所述双顶活塞3对置设置，每个所述单顶活塞2分别与所述双顶活塞3、所述气缸1围成一个流体工作区4，所述双顶对置活塞发动机的燃烧室设置在所述流体工作区4内；两个所述单顶活塞2通过做往复运动的A类连接件5固定连接，所述双顶活塞3与做往复运动的B类连接件8固定连接，所述A类连接件5通过一根连杆6与曲轴7的一类连杆轴颈（所谓一类连杆轴颈是指相位相同的若干连杆轴颈）转动连接，所述B类连接件8通过两根连杆6与所述曲轴7上的与上述连杆轴颈相位差为180度的一类连杆轴颈转动连接；所述双顶对置活塞发动机为二冲程发动机，在所述单顶活塞2和所述双顶活塞3的每一个工作行程中，两个所述流体工作区4分别处于不同的冲程，即完成一个二冲程工作循环；所述连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的0.1倍，所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的0.1倍。
工作时，当所述单顶活塞2达到上止点、所述双顶活塞3达到下止点时，所述单顶活塞2具有继续向上运动的惯性，所述双顶活塞3具有继续向下运动的惯性，对于传统发动机，为该克服该惯性的产生的作用力完全由所述曲轴7承担，对于本实施例的所述双顶对置活塞发动机，通过对每个所述流体工作区4的工作状态进行调配，使所述双顶活塞3下方的所述流体工作区4的气体压缩终了被点燃***做功，***的气体对所述双顶活塞3产生向上的推力，对位于所述双顶活塞3下方的所述单顶活塞2产生向下的推力，该推力分别与两个活塞的惯性力方向相反，可以部分抵消，从而减少了所述曲轴7的受力。同理，当所述单顶活塞2达到下止点、所述双顶活塞3达到上止点时，所述单顶活塞2具有继续向下运动的惯性，所述双顶活塞3具有继续向上运动的惯性，此时，通过对每个所述流体工作区4的工作状态进行调配使得所述双顶活塞3上方的所述流体工作区4的气体压缩终了被点燃***做功，对所述双顶活塞3产生向下的推力，对位于所述双顶活塞3上方的所述单顶活塞2产生向上的推力，该推力分别与两个活塞的惯性力方向相反，可以部分抵消，从而减少了所述曲轴7的受力。从而本发明的所述双顶对置活塞发动机的性能受活塞质量影响较小，甚至能够消除受活塞质量的影响。
作为可以变换的实施方式，两类连杆轴颈的相位差还可以是0度到180度之间的其他值，只要满足使得所述双顶活塞3和所述单顶活塞2不同步运动即可；
作为可以变换的实施方式，所述双顶对置活塞发动机还可以是四冲程发动机；
作为可以变换的实施方式，所述A类连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值还可设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的0.1倍到2倍之间的任意值，同时，所述B类连接件8及其固定连接的所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值还可设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的0.1倍到2倍之间的任意值。其目的是为了减少***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力，当然，在不考虑***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力的情况下，可以不对活塞及其固定连接件的往复运动的最大惯性力进行限制。也可以采用气体被压缩终了时的气体压力代替所述气体的最大压力作为比较对象，也能起到减少***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力的作用。
作为可以变换的实施方式，所述A类连接件5可以通过两根连杆6与所述曲轴7的一类连杆轴颈转动连接，或者将与所述A类连接件5动连接的所述连杆6设为叉形连杆10。
实施例2
如图2所示的双顶对置活塞发动机，包括两个并排设置的气缸1，每个所述气缸1内滑动密封配合有两个单顶活塞2和一个双顶活塞3，所述双顶活塞3设在两个所述单顶活塞2之间，且两个所述单顶活塞2分别与所述双顶活塞3对置设置，每个所述单顶活塞2分别与所述双顶活塞3、所述气缸1围成一个流体工作区4，所述双顶对置活塞发动机的燃烧室设置在所述流体工作区4内；四个所述单顶活塞2通过做往复运动的A类连接件5固定连接，两个所述双顶活塞3通过做往复运动的B类连接件8固定连接，所述A类连接件5通过一根连杆6与曲轴7的一类连杆轴颈（所谓一类连杆轴颈是指相位相同的若干连杆轴颈）转动连接，所述B类连接件8通过两根连杆6与所述曲轴7上的与上述连杆轴颈相位差为180度的一类连杆轴颈转动连接；所述双顶对置活塞发动机设为四冲程发动机，在所述单顶活塞2和所述双顶活塞3的每一个工作行程中，四个所述流体工作区4分别处于不同的冲程，即完成一个四冲程工作循环，其中，当位于两个所述气缸1的同一端的两个所述流体工作区4同时分别处于吸气冲程和***做功冲程时，两个所述气缸1的另一端的两个所述流体工作区4同时分别处于压缩冲程和排气冲程，以此来实现在满足活塞运动规律的情况下，四个所述流体工作区分别处于不同冲程；所述A类连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的0.2倍；所述B类连接件8及其固定连接的所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的0.2倍。
工作时，当所述单顶活塞2达到上止点、所述双顶活塞3达到下止点时，所述单顶活塞2具有继续向上运动的惯性，所述双顶活塞3具有继续向下运动的惯性，对于传统发动机，为该克服该惯性的产生的作用力完全由所述曲轴7承担，对于本实施例的所述双顶对置活塞发动机，通过对每个所述流体工作区4的工作状态进行调配使得至少有一个所述气缸1内的所述双顶活塞3下方的所述流体工作区4的气体压缩终了被点燃***做功，***的气体对所述双顶活塞3产生向上的推力，对位于所述双顶活塞3下方的所述单顶活塞2产生向下的推力，该推力和分别与两组活塞的惯性力方向相反，可以部分抵消，从而减少了所述曲轴7的受力。同理，当所述单顶活塞2达到下止点、所述双顶活塞3达到上止点时，所述单顶活塞2具有继续向下运动的惯性，所述双顶活塞3具有继续向上运动的惯性，通过对每个所述流体工作区4的工作状态进行调配使得至少有一个所述气缸1内所述双顶活塞3上方的所述流体工作区4的气体压缩终了被点燃***做功，对所述双顶活塞3产生向下的推力，对位于所述双顶活塞3上方的所述单顶活塞2产生向上的推力，该推力分别与两组活塞的惯性力方向相反，可以部分抵消，从而减少了所述曲轴7的受力。从而本发明的所述双顶对置活塞发动机的性能受活塞质量影响较小，甚至能够消除受活塞质量的影响。
作为可以变换的实施方式，两类连杆轴颈的相位差还可以是0度到180度之间的其他值，只要满足使得所述双顶活塞3和所述单顶活塞2不同步运动即可；
作为可以变换的实施方式，所述双顶对置活塞发动机还可以是二冲程发动机，在所述单顶活塞2和所述双顶活塞3的每一个工作行程中，四个所述流体工作区4中至少有两个分别处于不同的冲程，即完成一个二冲程工作循环；
作为可以变换的实施方式，所述A类连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值还可设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的0.1倍到2倍之间的任意值，同时，所述B类连接件8及其固定连接的所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值还可设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的0.1倍到2倍之间的任意值。其目的是为了减少***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力，当然，在不考虑***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力的情况下，可以不对活塞及其固定连接件的往复运动的最大惯性力进行限制。也可以采用气体被压缩终了时的气体压力代替所述气体的最大压力作为比较对象，也能起到减少***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力的作用。
实施例3
如图3所示的双顶对置活塞发动机，其与实施例2的区别在于：所述A类连接件5经两根所述连杆6与曲轴7上相应的连杆轴颈转动连接；所述A类连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的2倍；所述B类连接件8及其固定连接的所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的2倍。
实施例4
如图4所示的双顶对置活塞发动机，其与实施例2的区别在于：所述A类连接件5经叉形连杆10与曲轴7上相应的连杆轴颈转动连接；所述A类连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的1倍；所述B类连接件8及其固定连接的所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的1倍。
实施例5
如图5所示的双顶对置活塞发动机，其与实施例2的区别在于：所述A类连接件5经两根连杆6与曲轴7上相应的连杆轴颈转动连接，所述A类连接件5还包括两端分别固定连接于两个“连接两个分别位于两个所述气缸1内的所述单顶活塞2的横向连接件”上的纵向连接件，所述纵向连接件可以使所述单顶活塞2之间的连接更加牢固；所述A类连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的1.8倍；所述B类连接件8及其固定连接的所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的1.8倍。
实施例6
如图6所示的双顶对置活塞发动机，包括三个并排设置的气缸1，两侧的所述气缸1的横截面积相等，且为中间所述气缸1的横截面积的一半；每个所述气缸1内滑动密封配合有两个单顶活塞2和一个双顶活塞3，所述双顶活塞3设在两个所述单顶活塞2之间，两个所述单顶活塞2分别与所述双顶活塞3对置设置，每个所述单顶活塞2分别与所述双顶活塞3、所述气缸1围成一个流体工作区4；六个所述单顶活塞2通过做往复运动的A类连接件5固定连接，三个所述双顶活塞3通过做往复运动的B类连接件8固定连接，所述A类连接件5通过一根连杆6与曲轴7的一类连杆轴颈（所谓一类连杆轴颈是指相位相同的若干连杆轴颈）转动连接，所述B类连接件8通过两根连杆6与曲轴7上的与上述连杆轴颈相位差为180度的一类连杆轴颈转动连接；所述双顶对置活塞发动机的燃烧室设置在所述流体工作区4内。
工作时，两侧所述气缸1中相同位置的所述流体工作区4在发动机的四冲程工作中冲程相同，且与中间所述气缸1中相同位置的所述流体工作区4在发动机的四冲程工作中的冲程相反。
本实施例的所述双顶对置活塞发动机，采用“三个所述气缸1并排设置，两侧的所述气缸1横截面积相等，且为中间所述气缸1的横截面积的一半；两侧所述气缸1中相同位置的所述流体工作区4的工作相位相同，且与中间所述气缸1中相同位置的所述流体工作区4的相位相反”的技术方案，在减轻了所述惯性力以及气缸内的气体压力对活塞的运动连接件的冲击力的基础上，确保了整个机构的平衡性，实现了在可靠性好的前提下提高效率的目的。
将所述双顶对置活塞发动机设为四冲程发动机，在所述单顶活塞2和所述双顶活塞3的每一个工作行程中，由于两侧所述气缸1中相同位置的所述流体工作区4的工作相位相同，即相同的冲程，而与中间所述气缸1相同位置的所述流体工作区4的工作相位相反，六个所述流体工作区4正好处于发动机的不同冲程，即完成一个四冲程工作循环，其中，当位于两侧所述气缸1上方的两个所述流体工作区4同时处于吸气冲程时，中间所述气缸1上方的所述流体工作区4处于***做功冲程，而两侧所述气缸1下方的两个所述流体工作区4同时处于压缩冲程时，中间所述气缸1上方的所述流体工作区4处于排气冲程，以此来实现在满足活塞运动规律的情况下，所述流体工作区4分别处于不同冲程；所述A类连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的0.2倍；所述B类连接件8及其固定连接的所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的0.2倍。
作为可以变换的实施方式，两类连杆轴颈的相位差还可以是大于0度到小于180度之间的其它值，只要满足使得所述双顶活塞3和所述单顶活塞2不同步运动即可；
作为可以变换的实施方式，所述A类连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值还可设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的0.1倍到2倍之间的任意值，同时，所述B类连接件8及其固定连接的所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值还可设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的0.1倍到2倍之间的任意值；其目的是为了减少***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力，当然，在不考虑***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力的情况下，可以不对活塞及其固定连接件的往复运动的最大惯性力进行限制。也可以采用气体被压缩终了时的气体压力代替所述气体的最大压力作为比较对象，也能起到减少***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力的作用。
作为可以变换的实施方式，连接六个所述单顶活塞2的所述A类连接件5还可设为销轴结构，或类似地设为使所述单顶活塞2可做微小转动的非固定连接结构。
实施例7
如图7所示的双顶对置活塞发动机，其与实施例6的区别在于：所述A类连接件5经两根所述连杆6与曲轴7上相应的连杆轴颈转动连接；所述A类连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的2倍；所述B类连接件8及其固定连接的所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的2倍。
实施例8
如图8所示的双顶对置活塞发动机，其与实施例6的区别在于：所述A类连接件5经叉形连杆10与曲轴7上相应的连杆轴颈转动连接；所述A类连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值与所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的相同；所述B类连接件8及其固定连接的所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值与所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的相同。
实施例9
如图9所示的双顶对置活塞发动机，其与实施例6的区别在于，采用两个隔板11配合一个双顶活塞3的结构代替实施例6中的两个单顶活塞2配合一个双顶活塞3的结构，具体如下：在每个所述气缸1内设两个隔板11和一个双顶活塞3，所述双顶活塞3与所述气缸1滑动密封配合，两个所述隔板11分别密封连接在所述气缸1的两端，每个所述隔板11分别与所述双顶活塞3、所述气缸1围成一个流体工作区4；三个所述双顶活塞3通过做往复运动的B类连接件8固定连接，所述B类连接件8通过连杆6与曲轴7的连杆轴颈转动连接。所述B类连接件8及其固定连接的所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的1.95倍，所述双顶对置活塞发动机为自由活塞发动机。
作为可以变换的实施方式，所述B类连接件8及其固定连接的所述双顶活塞3的往复运动的最大惯性力的绝对值还可设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述双顶活塞3所产生的作用力的绝对值的0.1倍到2倍之间的任意值；其目的是为了减少***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力，当然，在不考虑***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力的情况下，可以不对活塞及其固定连接件的往复运动的最大惯性力进行限制。也可以采用气体被压缩终了时的气体压力代替所述气体的最大压力作为比较对象，也能起到减少***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力的作用。
实施例10
如图10所示的双顶对置活塞发动机，其与实施例6的区别在于，采用一个隔板11配合两个单顶活塞2的结构代替实施例6中的两个单顶活塞2配合一个双顶活塞3的结构，具体如下：在每个所述气缸1内设一个隔板11和两个单顶活塞2，两个所述单顶活塞2对置设置并分别与所述气缸1滑动密封配合，所述隔板11设在两个所述单顶活塞2之间，且与所述气缸1密封连接，每个所述单顶活塞2分别与所述隔板11、所述气缸1围成一个流体工作区4；六个所述单顶活塞2通过做往复运动的A类连接件5固定连接，所述A类连接件5通过连杆6与曲轴7的连杆轴颈转动连接；所述A类连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的1.9倍。
作为可以变换的实施方式，所述A类连接件5及其固定连接的所述单顶活塞2的往复运动的最大惯性力的绝对值还可设为所述流体工作区4内的气体的最大压力对所述单顶活塞2所产生的作用力的绝对值的0.1倍到2倍之间的任意值；其目的是为了减少***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力，当然，在不考虑***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力的情况下，可以不对活塞及其固定连接件的往复运动的最大惯性力进行限制。也可以采用气体被压缩终了时的气体压力代替所述气体的最大压力作为比较对象，也能起到减少***压力对所述连杆6、所述曲轴7等运动部件的冲击力的作用。
显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种双顶对置活塞发动机，其特征在于：包括气缸（1），所述气缸（1）内滑动密封配合有两个单顶活塞（2）和一个双顶活塞（3），所述双顶活塞（3）设在两个所述单顶活塞（2）之间，两个所述单顶活塞（2）分别与所述双顶活塞（3）对置设置，每个所述单顶活塞（2）分别与所述双顶活塞（3）、所述气缸（1）围成一个流体工作区（4）；两个所述单顶活塞（2）通过做往复运动的A类连接件（5）固定连接，所述双顶活塞（3）与做往复运动的B类连接件（8）固定连接，所述A类连接件（5）和所述B类连接件（8）分别通过连杆（6）与曲轴（7）的不同相位的连杆轴颈转动连接。
2.如权利要求1所述双顶对置活塞发动机，其特征在于：在每一个活塞的行程中，两个所述流体工作区（4）完成一个二冲程工作循环。
3.一种双顶对置活塞发动机，其特征在于：包括两个并排设置的气缸（1），每个所述气缸（1）内滑动密封配合有两个单顶活塞（2）和一个双顶活塞（3），所述双顶活塞（3）设在两个所述单顶活塞（2）之间，两个所述单顶活塞（2）分别与所述双顶活塞（3）对置设置，每个所述单顶活塞（2）分别与所述双顶活塞（3）、所述气缸（1）围成一个流体工作区（4）；四个所述单顶活塞（2）通过做往复运动的A类连接件（5）固定连接，两个所述双顶活塞（3）通过做往复运动的B类连接件（8）固定连接，所述A类连接件（5）和所述B类连接件（8）分别通过连杆（6）与曲轴（7）的不同相位的连杆轴颈转动连接。
4.如权利要求3所述双顶对置活塞发动机，其特征在于：在每一个活塞的行程中，四个所述流体工作区（4）完成一个四冲程工作循环。
5.一种双顶对置活塞发动机，包括气缸（1）、活塞和流体工作区（4），其特征在于：所述气缸（1）为并排设置的三个，两侧的所述气缸（1）的横截面积相等，且为中间所述气缸（1）的横截面积的一半；在每个所述气缸（1）内设分别在上下位置的两个所述流体工作区（4），两侧所述气缸（1）中相同位置的所述流体工作区（4）在发动机的四冲程工作中冲程相同，且与中间所述气缸（1）中相同位置的所述流体工作区（4）在发动机的四冲程工作中的冲程相反。
6.如权利要求5所述的双顶对置活塞发动机，其特征在于：在每个所述气缸（1）内滑动密封配合有两个单顶活塞（2）和一个双顶活塞（3），两个所述单顶活塞（2）分别与所述双顶活塞（3）对置设置；所述流体工作区（4）由每个所述单顶活塞（2）分别与所述双顶活塞（3）、所述气缸（1）围成；六个所述单顶活塞（2）通过做往复运动的A类连接件（5）固定连接，三个所述双顶活塞（3）通过做往复运动的B类连接件（8）固定连接，所述A类连接件（5）和所述B类连接件（8）分别通过连杆（6）与曲轴（7）的不同相位的连杆轴颈转动连接。
7.如权利要求5所述的双顶对置活塞发动机，其特征在于：在每个所述气缸（1）内设一个隔板（11）和两个单顶活塞（2），两个所述单顶活塞（2）对置设置并分别与所述气缸（1）滑动密封配合，所述隔板（11）设在两个所述单顶活塞（2）之间，且与所述气缸（1）密封连接；所述流体工作区（4）由每个所述单顶活塞（2）分别与所述隔板（11）、所述气缸（1）围成；六个所述单顶活塞（2）通过做往复运动的A类连接件（5）固定连接，所述A类连接件（5）经连杆（6）与曲轴（7）的连杆轴颈转动连接。
8.如权利要求5所述的双顶对置活塞发动机，其特征在于：在每个所述气缸（1）内设两个隔板（11）和一个双顶活塞（3），所述双顶活塞（3）与所述气缸（1）滑动密封配合，两个所述隔板（11）分别密封连接在所述气缸（1）的两端；所述流体工作区（4）由每个所述隔板（11）分别与所述双顶活塞（3）、所述气缸（1）围成；三个所述双顶活塞（3）通过做往复运动的B类连接件（8）固定连接，所述B类连接件（8）经连杆（6）与曲轴（7）的连杆轴颈转动连接。
9.如权利要求1、2、3、4、6或7所述双顶对置活塞发动机，其特征在于：所述A类连接件（5）经两根所述连杆（6）与所述曲轴（7）的连杆轴颈转动连接。
10.如权利要求1、2、3、4、6或7所述双顶对置活塞发动机，其特征在于：与所述A类连接件（5）转动连接的所述连杆（6）设为叉形连杆（10）。
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