CN105317544A - 一种水平对置活塞二冲程汽油发动机及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平对置活塞二冲程汽油发动机及其运行方法，水平设置的气缸两侧分别连接进气侧曲轴箱和排气侧曲轴箱，气缸内对称设置进气活塞和排气活塞，对应进排气活塞的气缸体的周围分布设置进排气口，进气口与气缸中间线的距离小于排气口与气缸中间线的距离，气缸体的中间位置安装喷油器和火花塞，进气活塞通过第一连杆与第一曲轴连接，排气活塞通过第二连杆与第二曲轴连接，第一曲轴和第二曲轴分别安装在进排气侧曲轴箱体上，第一曲轴与第二曲轴之间利用链条连接。采用了本发明技术方案，能够实现二冲程汽油发动机的良好的平衡性、高效、洁净循环的特点，同时保留了二冲程发动机功率密度高、结构紧凑、结构简单等优点。

Description

一种水平对置活塞二冲程汽油发动机及其运行方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种水平对置活塞二冲程汽油发动机及其运行方法。

背景技术

对置活塞二冲程发动机具有结构简单、功率密度高、平衡性好等优点，尤其是该结构的发动机省去了传统发动机的气缸盖、配气机构等复杂零部件，大大简化了制造和维修成本。

但是，长期以来由于汽油发动机混合气的形成方式，导致二冲程汽油发动机的排放和油耗较四冲程发动机要高，于是在当前的能源危机和环境恶化大背景下，该结构的汽油发动机遇到了发展瓶颈难题，市面上的对置活塞发动机绝大多数是柴油发动机。

然而，由于柴油发动机的工作特性和燃烧特性导致其无法做成小缸径小功率的发动机，一般小功率的也接近100kW左右，而很多场合需要功率在20kW左右的小功率范围。比如作为纯电动汽车的增程器发动机，一般需要15kW的小发动机即可满足需求。另外，柴油发动机排放也很难满足日益严格的法规要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种水平对置活塞二冲程汽油发动机及其运行方法，能够实现二冲程汽油发动机的高效、洁净循环的特点，有效克服二冲程汽油发动机排放差、经济性差的缺点，同时保留了二冲程发动机功率密度高、结构紧凑、结构简单等优点。

本发明提供了一种水平对置活塞二冲程汽油发动机，水平设置的气缸两侧分别连接进气侧曲轴箱和排气侧曲轴箱，气缸内对称设置进气活塞和排气活塞，对应进气活塞的气缸体的周围分布设置进气口，对应排气活塞的气缸体的周围分布设置排气口，气缸体的中间位置安装喷油器和火花塞，进气活塞通过第一活塞销与第一连杆的小头连接，第一连杆的大头与第一曲轴连接，第一曲轴安装在进气侧曲轴箱体上，排气活塞通过第二活塞销与第二连杆的小头连接，第二连杆的大头与第二曲轴连接，第二曲轴安装在排气侧曲轴箱体上，第一曲轴与第二曲轴之间用链条连接。

进气口与进气道连接，排气口与排气道连接，进气道与压气机连接，压气机固定在进气侧曲轴箱体上，压气机与第一曲轴的一端连接，用于驱动压气机旋转。

第一曲轴与第二曲轴之间通过以下方式连接：第一曲轴一端连接第一齿轮，第一齿轮与安装在进气侧曲轴箱体上的第二齿轮啮合，第一齿轮直径小于第二齿轮，第一链轮通过第一链轮轴安装在进气侧曲轴箱体上，第一链轮与第二齿轮同轴，第二曲轴一端连接第三齿轮，第三齿轮与安装在排气侧曲轴箱体上的第四齿轮啮合，第三齿轮直径小于第四齿轮，第二链轮通过第二链轮轴安装在排气侧曲轴箱体上，第二链轮与第四齿轮同轴，第一链轮与第二链轮之间通过链条连接，用于通过链条将第一曲轴和第二曲轴的输出动力进行汇合，由第二曲轴的一端输出。

进气活塞和排气活塞的运动相位存在预设的相位差，用于进气活塞和排气活塞向外止点运动时，首先排气活塞打开排气口，燃烧后的废气排出气缸，预设时间后进气活塞打开进气口，被压气机增压后的新鲜气体进入气缸将残余废气扫除，而当进气活塞和排气活塞由外止点向内止点运动时，首先排气活塞关闭排气口，预设时间后进气活塞关闭进气口，新鲜气体充入气缸。

还包括链条盒，用于容纳第一齿轮、第二齿轮、第一链轮、第三齿轮、第四齿轮、第二链轮和链条。

第一端盖通过周布螺栓与进气侧曲轴箱体连接，用于密封进气侧曲轴箱，第二端盖通过周布螺栓与排气侧曲轴箱体连接，用于密封排气侧曲轴箱。

第一曲轴通过第一轴承和第一主轴承盖安装在进气侧曲轴箱体上，第二曲轴通过第二轴承和第二主轴承盖安装在进气侧曲轴箱体上。

气缸体的外部设置有散热片组，散热片组两端设置厚挡板。

喷油器安装在气缸体上的第一安装孔座内，火花塞安装在气缸体上的第二安装孔座内，第一安装孔座与第二安装孔座呈现夹角。

本发明还提供了一种水平对置活塞二冲程汽油发动机的运行方法，包括以下步骤：

进气活塞和排气活塞的运动相位存在预设的相位差；

进气活塞和排气活塞位于各自的外止点，进气口和排气口处于打开状态；

压气机增压后的新鲜气体通过进气口进入气缸，将气缸内燃烧废气从排气口排出气缸；

进气活塞和排气活塞向内止点方向运动，排气活塞将排气口关闭，进气口仍未关闭，新鲜气体继续进入气缸；

喷油器将汽油喷入气缸，进行油气混合；

进气活塞将进气口关闭，进气活塞和排气活塞压缩气缸内气体；

当进气活塞和排气活塞接近内止点时，火花塞跳火点燃气缸内油气混合气，产生高温高压气体，推动进气活塞和排气活塞分别向各自的外止点运动，进气活塞和排气活塞通过连杆将直线运动转化成第一曲轴和第二曲轴的旋转运动，第一曲轴和第二曲轴的输出动力通过链条进行动力汇合后通过第二曲轴的一端对外输出；

进气活塞和排气活塞向外止点方向运动，排气活塞将排气口打开，进气口仍未打开，气缸内燃烧废气从排气口排出；

进气活塞将进气口打开，新鲜气体通过进气口进入气缸，将残余的燃烧废气从气缸扫除，进气活塞和排气活塞回到各自的外止点，重复上述步骤。

本发明的技术方案中，两个相对运动的活塞布置在同一气缸内，两个活塞分别与各自的曲柄连杆机构相连，两个曲轴分别布置在发动机的两端，两个曲轴输出动力通过链条将其汇总一并输出，通过采用气口-气口直流扫气方式，配合汽油发动机缸内直喷技术，实现了二冲程汽油发动机的高效、洁净循环的特点，有效克服了二冲程汽油发动机排放差、经济性差的缺点，同时保留了二冲程发动机功率密度高、结构紧凑、结构简单等优点。

附图说明

图1为本发明实施例中水平对置活塞二冲程汽油发动机的横向剖面图。

图2为本发明实施例中水平对置活塞二冲程汽油发动机的纵向剖面图。

图3为本发明实施例中水平对置活塞二冲程汽油发动机的总体结构示意图。

图4为本发明实施例中水平对置活塞二冲程汽油发动机的曲柄连杆机构及曲轴同步结构示意图。

图5为本发明实施例中水平对置活塞二冲程汽油发动机的输出端结构示意图。

图6为本发明实施例中水平对置活塞二冲程汽油发动机的链轮端结构示意图。

图7为本发明实施例中水平对置活塞二冲程汽油发动机的气缸结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。但本发明的实施方式不限于此。

本发明技术方案中的水平对置活塞二冲程汽油发动机主要应用对象是纯电动汽车增程器动力，解决目前的纯电电动汽车所面临的由于蓄电池储能有限而导致的续驶里程短、充电基础设施不完善等严重制约纯电动汽车进一步普及的瓶颈问题，本发明技术方案中的水平对置活塞二冲程汽油发动机是一种15-20kW级的平衡式高紧凑型增程器用发动机，配置在纯电动汽车上，作为纯电动汽车蓄电池在线充电的动力，具有灵活安装、灵活启动的特点，可以配合车载动力电池在不同工况下工作，有效地增加纯电动汽车的续驶里程，实现蓄电池的在线充电，同时解决了纯电动汽车对基础充电设施的依赖。

如图1到图7所示，本实施方式中的水平对置活塞二冲程汽油发动机主要包括气缸11、进气侧曲轴箱4、排气侧曲轴箱15、第一端盖2、第二端盖17、链条盒25和压气机24等部分。水平设置的气缸体与进气侧曲轴箱体和排气侧曲轴箱体分别通过四根通心螺栓连接，第一端盖通过周布螺栓与进气侧曲轴箱体连接，用于密封进气侧曲轴箱，第二端盖通过周布螺栓与排气侧曲轴箱体连接，用于密封排气侧曲轴箱。

在水平设置的气缸内对称设置进气活塞6和排气活塞13，对应进气活塞的气缸体的周围分布设置进气口7，对应排气活塞的气缸体的周围分布设置排气口12，进气活塞控制进气口，排气活塞控制排气口。进气口与进气道8连接，排气口与排气道10连接。进气道与压气机24连接，压气机通过周布螺栓固定在进气侧曲轴箱体上，压气机与第一曲轴1的一端连接，用于驱动压气机旋转。

气缸体的中间位置安装喷油器22和火花塞9，喷油器通过螺纹安装在气缸体上的第一安装孔座29内，火花塞通过螺纹安装在气缸体上的第二安装孔座32内，第一安装孔座与第二安装孔座呈现一定夹角。喷油器用于向气缸内喷射汽油，火花塞用于点燃可燃的油气混合气，保证发动机的正常燃烧。

进气活塞通过第一活塞销5与第一连杆3的小头连接，第一连杆的大头与第一曲轴1连接，第一曲轴通过第一轴承261和第一主轴承盖271安装在进气侧曲轴箱体上，排气活塞通过第二活塞销14与第二连杆16的小头连接，第二连杆的大头与第二曲轴18连接，第二曲轴通过第二轴承262和第二主轴承盖272安装在排气侧曲轴箱体上。进气活塞和排气活塞分别带动各自的曲柄连杆机构运动。

第一曲轴与第二曲轴之间连接，连接方式为：第一曲轴一端连接第一齿轮191，第一齿轮与安装在进气侧曲轴箱体上的第二齿轮201啮合，第一齿轮直径小于第二齿轮，第一链轮211通过第一链轮轴281安装在进气侧曲轴箱体上，第一链轮与第二齿轮同轴，第二曲轴一端连接第三齿轮192，第三齿轮与安装在排气侧曲轴箱体上的第四齿轮202啮合，第三齿轮直径小于第四齿轮，第二链轮212通过第二链轮轴282安装在排气侧曲轴箱体上，第二链轮与第四齿轮同轴，第一链轮与第二链轮之间通过啮合链条23进行连接，用于通过啮合链条将第一曲轴和第二曲轴的输出动力进行汇合，由第二曲轴的一端输出，同时实现第一曲轴和第二曲轴的同步运动，保证进气活塞和排气活塞在气缸内的正确运动。

进气活塞和排气活塞通过链条使得两者的运动相位存在预设的相位差，用于进气活塞和排气活塞向外止点运动时，首先排气活塞打开排气口，一部分燃烧后的废气由于自身的压力排出气缸，预设时间后进气活塞打开进气口，被压气机增压后的新鲜气体进入气缸进一步将残余废气扫除，而当进气活塞和排气活塞由外止点向内止点运动时，首先排气活塞关闭排气口，预设时间后进气活塞关闭进气口，使得新鲜气体尽可能多地充入气缸。

链条传动部分安装有链条盒25，链条盒用于容纳第一齿轮、第二齿轮、第一链轮、第三齿轮、第四齿轮、第二链轮和链条。

在气缸体31的外部设置有散热片组30，气缸体为铸铁或者钢材料通过铸造或机械加工成型，气缸的中间部位通过铸造方式铸有若干薄片式铝质散热片，散热片组的两端有厚挡板，用于提高散热片组件的刚度。

下面描述本实施方式中的水平对置活塞二冲程汽油发动机的运行过程：

进气活塞和排气活塞在气缸体内相对往复运动，当两个活塞相对运动到最接近位置时，称为内止点，两个活塞顶部及气缸形成的空间构成燃烧室，实现发动机燃料点火与燃烧过程；当两个活塞分别运动到最远离位置时，称为外止点。

进气活塞和排气活塞通过链条使得两者的运动相位存在预设的相位差。

当进气活塞和排气活塞位于各自的外止点，进气口和排气口处于打开状态。

经过压气机增压后的新鲜气体通过进气口被压进入气缸，在新鲜气体的推动下，将气缸内上一个循环产生的燃烧废气从排气口、排气道排出气缸。

进气活塞和排气活塞向内止点方向运动，排气活塞先将排气口关闭，这时进气口仍未关闭，新鲜气体继续进入气缸。

此时，喷油器将汽油喷入气缸，进行油气混合，保证有足够的时间进行油气混合。

进气活塞将进气口关闭后，进气活塞和排气活塞压缩气缸内气体。

当进气活塞和排气活塞接近内止点位置时，火花塞跳火点燃气缸内油气混合气，产生高温高压气体，推动进气活塞和排气活塞分别向各自的外止点运动，进气活塞和排气活塞通过连杆将直线运动转化成第一曲轴和第二曲轴的旋转运动，第一曲轴和第二曲轴的输出动力通过链条进行动力汇合后通过第二曲轴的一端对外输出。

当进气活塞和排气活塞向外止点方向运动，排气活塞先将排气口打开，进气口仍未打开，气缸内燃烧废气在自身压力作用下迅速从排气口排出。

进气活塞和排气活塞继续向外止点方向运动，进气活塞将进气口打开，新鲜气体通过进气口进入气缸，将残余的燃烧废气从气缸扫除，进气活塞和排气活塞回到各自的外止点，重复上述步骤。

如此循环，从而实现发动机的连续运行，在此过程中，进气活塞和排气活塞带动各自的曲轴旋转，两个曲轴通过各自的齿轮和链轮，经过链条进行同步与动力汇合。

本实施方式中的水平对置活塞二冲程汽油发动机采用从气缸体侧面布置喷油器的方式实现汽油机缸内直喷，在喷油器所在圆周上，结合进气气流方向和燃烧室配合，实现高效的燃烧和良好排放。

水平对置活塞二冲程汽油发动机的两个曲轴之间采用链条进行动力汇合与曲轴同步。采用一对齿轮进行减速后再通过链轮和链条传输，可以降低链条运动速度，在保证动力汇合和曲轴同步与相位的前提下实现了可靠的动力传输。

水平对置活塞二冲程汽油发动机采用气口-气口直流扫气方式进行气体更换，利用发动机的曲轴直接驱动一个机械压气机实现进气压力提升，达到良好的扫气效果。

水平对置活塞二冲程汽油发动机的两个曲轴分别与各自的第一齿轮、第二齿轮安装连接时有固定的相位要求，用以保证两个曲轴之间存在错相位方式运动，实现进气活塞与排气活塞在气缸内的运动不对称，在发动机运行过程中保证排气活塞比进气活塞提前的运动规律，实现了对置二冲程发动机的非对称扫气方式，实现了提前排气和后充气功能，有效改善发动机的扫气效率。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水平对置活塞二冲程汽油发动机，其特征在于，水平设置的气缸两侧分别连接进气侧曲轴箱和排气侧曲轴箱，气缸内对称设置进气活塞和排气活塞，对应进气活塞的气缸体的周围分布设置进气口，对应排气活塞的气缸体的周围分布设置排气口，气缸体的中间位置安装喷油器和火花塞，进气活塞通过第一活塞销与第一连杆的小头连接，第一连杆的大头与第一曲轴连接，第一曲轴安装在进气侧曲轴箱体上，排气活塞通过第二活塞销与第二连杆的小头连接，第二连杆的大头与第二曲轴连接，第二曲轴安装在排气侧曲轴箱体上，第一曲轴与第二曲轴之间用链条连接。

2.根据权利要求1所述的一种水平对置活塞二冲程汽油发动机，其特征在于，进气口与进气道连接，排气口与排气道连接，进气道与压气机连接，压气机固定在进气侧曲轴箱体上，压气机与第一曲轴的一端连接，用于驱动压气机旋转。

3.根据权利要求1所述的一种水平对置活塞二冲程汽油发动机，其特征在于，第一曲轴与第二曲轴之间通过以下方式连接：第一曲轴一端连接第一齿轮，第一齿轮与安装在进气侧曲轴箱体上的第二齿轮啮合，第一齿轮直径小于第二齿轮，第一链轮通过第一链轮轴安装在进气侧曲轴箱体上，第一链轮与第二齿轮同轴，第二曲轴一端连接第三齿轮，第三齿轮与安装在排气侧曲轴箱体上的第四齿轮啮合，第三齿轮直径小于第四齿轮，第二链轮通过第二链轮轴安装在排气侧曲轴箱体上，第二链轮与第四齿轮同轴，第一链轮与第二链轮之间通过链条连接，用于通过链条将第一曲轴和第二曲轴的输出动力进行汇合，由第二曲轴的一端输出。

4.根据权利要求3所述的一种水平对置活塞二冲程汽油发动机，其特征在于，进气活塞和排气活塞的运动相位存在预设的相位差，用于进气活塞和排气活塞向外止点运动时，首先排气活塞打开排气口，燃烧后的废气排出气缸，预设时间后进气活塞打开进气口，被压气机增压后的新鲜气体进入气缸将残余废气扫除，而当进气活塞和排气活塞由外止点向内止点运动时，首先排气活塞关闭排气口，预设时间后进气活塞关闭进气口，新鲜气体充入气缸。

5.根据权利要求4所述的一种水平对置活塞二冲程汽油发动机，其特征在于，还包括链条盒，用于容纳第一齿轮、第二齿轮、第一链轮、第三齿轮、第四齿轮、第二链轮和链条。

6.根据权利要求1所述的一种水平对置活塞二冲程汽油发动机，其特征在于，第一端盖通过周布螺栓与进气侧曲轴箱体连接，用于密封进气侧曲轴箱，第二端盖通过周布螺栓与排气侧曲轴箱体连接，用于密封排气侧曲轴箱。

7.根据权利要求1所述的一种水平对置活塞二冲程汽油发动机，其特征在于，第一曲轴通过第一轴承和第一主轴承盖安装在进气侧曲轴箱体上，第二曲轴通过第二轴承和第二主轴承盖安装在进气侧曲轴箱体上。

8.根据权利要求1所述的一种水平对置活塞二冲程汽油发动机，其特征在于，气缸体的外部设置有散热片组，散热片组两端设置厚挡板。

9.根据权利要求1所述的一种水平对置活塞二冲程汽油发动机，其特征在于，喷油器安装在气缸体上的第一安装孔座内，火花塞安装在气缸体上的第二安装孔座内，第一安装孔座与第二安装孔座呈现夹角。

10.根据权利要求1所述的一种水平对置活塞二冲程汽油发动机的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

进气活塞和排气活塞的运动相位存在预设的相位差；

进气活塞和排气活塞位于各自的外止点，进气口和排气口处于打开状态；

压气机增压后的新鲜气体通过进气口进入气缸，将气缸内燃烧废气从排气口排出气缸；

进气活塞和排气活塞向内止点方向运动，排气活塞将排气口关闭，进气口仍未关闭，新鲜气体继续进入气缸；

喷油器将汽油喷入气缸，进行油气混合；

进气活塞将进气口关闭，进气活塞和排气活塞压缩气缸内气体；

当进气活塞和排气活塞接近内止点时，火花塞跳火点燃气缸内油气混合气，产生高温高压气体，推动进气活塞和排气活塞分别向各自的外止点运动，进气活塞和排气活塞通过连杆将直线运动转化成第一曲轴和第二曲轴的旋转运动，第一曲轴和第二曲轴的输出动力通过链条进行动力汇合后通过第二曲轴的一端对外输出；

进气活塞和排气活塞向外止点方向运动，排气活塞将排气口打开，进气口仍未打开，气缸内燃烧废气从排气口排出；

进气活塞将进气口打开，新鲜气体通过进气口进入气缸，将残余的燃烧废气从气缸扫除，进气活塞和排气活塞回到各自的外止点，重复上述步骤。