CN106988870A - 影子换气发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种影子换气发动机，发动机缸体的顶部设置有燃油喷嘴和排气阀，下部内壁上设置有贯气凹槽和进气阀，在气缸盖上设置有回油阀门和机油喷嘴，T形推拉杆的小端穿过气缸盖并伸入发动机缸体内与缸体活塞相连，T形推拉杆的大端左右间隔设置有两个套接条形孔分别与短臂曲轴相连，每根短臂曲轴的轴心上套装有一个传动齿飞轮，两个传动齿飞轮位于动力输出齿轮的两侧并与动力输出齿轮啮合传动，两个传动齿飞轮在缸体活塞的带动下同步反向转动，并通过输出齿轮带动传动轴转动。上腔体为气体压燃做功区兼废气排放区，下腔体为自然吸气区兼高压贯气区，两个工作区同时工作且互不影响，无需外部循环和涡轮增压就能实现对废气和余热的内部高效循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及汽车发动机技术领域，具体涉及发动机的气动布局设计。
背景技术
目前，世界上最先进的汽车发动机技术，由于受传统的气动布局制约，仍有很多重大缺陷：(1)、现有发动机大多数采用单一的四冲程工作模式来满足环保排放要求，无法实现二冲程高效节能环保工作模式，从而直接导致废气余热无法充分利用，热功效率低下；(2)、现有发动机通常采用非对称力学结构设计，从而导致机械平衡难、活塞磨损大、机械效率低下；(3)、现有发动机大多数采用涡轮增压来实现汽车排量小型化，涡轮增压器生产制造成本高，使用寿命短，特别是在低转速状况下涡轮增压无法启动，不能实现高扭矩输出，因此严重制约了汽车排量小型化发展空间；(4)、现有发动机在废气利用方面，主要靠外部循环来实现，需要在外部另外加载特殊循环利用装置，无法实现对余热的直接利用，发动机类型通常是根据燃油类型进行分类设计，不能实现对新能源支持和通用化设计。
因此，要想从根本上解决上述缺陷，必须要对传统发动机的基本设计原理进行重大理论革新，对发动机的基本构造进行重大实际突破。
发明内容
本发明旨在提供一种影子换气发动机，拟达到以下三方面的效果：
(1)在充分满足动力需求的情况下，进一步简化发动机的构造；
(2)在充分满足环保排放的情况下，进一步实现排量小型化；
(3)在提升发动机使用寿命的同时，进一步提升节能减排效果。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种影子换气发动机，包括发动机缸体、缸体活塞、气缸盖、动力输出齿轮、传动齿飞轮、传动轴、T形推拉杆和短臂曲轴，所述发动机缸体的顶部设置有燃油喷嘴和排气阀，发动机缸体的下部内壁上设置有贯气凹槽和进气阀，所述气缸盖位于发动机缸体的底部，并在气缸盖上设置有回油阀门和机油喷嘴，所述缸体活塞将发动机缸体的内腔分割成上腔体和下腔体，当缸体活塞的上边缘低于贯气凹槽的上边缘时，上腔体与下腔体通过贯气凹槽实现气体贯通；所述T形推拉杆的小端穿过气缸盖并伸入发动机缸体内与缸体活塞相连，T形推拉杆的大端左右间隔设置有两个套接条形孔分别一一对应地与短臂曲轴相连，两根短臂曲轴互为对称，每根短臂曲轴的轴心上套装有一个所述传动齿飞轮，所述动力输出齿轮套装在传动轴上，两个传动齿飞轮位于动力输出齿轮的两侧并与动力输出齿轮啮合传动，两个传动齿飞轮在缸体活塞的带动下同步反向转动，并通过输出齿轮带动传动轴转动。
作为上述方案的优选，所述发动机缸体、缸体活塞、气缸盖、T形推拉杆、两个传动齿飞轮和两个短臂曲轴共同构成发动机加载单元，一个动力输出齿轮同时配备两个发动机加载单元构成发动机双加载单元。
进一步，沿所述传动轴的延伸方向间隔设置两个及两个以上的发动机双加载单元。
本发明的有益效果：
(1)T形推拉杆的左右两侧分别设置套接条形孔与短臂曲轴相连，从而构成T形全对称双“回”形孔推拉杆，T形推拉杆推动两个互为对称的短臂曲轴带动传动齿飞轮做功，整体全对称的机械结构，克服了活塞在运动中的左右晃动和侧压力磨损，极大地改善了活塞在运动中的气闭性和使用寿命，机械效能明显提升；
(2)通过采用带有T形推拉杆的缸体活塞，从物理上将传统的单个发动机缸体自动分隔成上腔体、下腔体两个工作区，上腔体为气体压燃做功区兼废气排放区，下腔体为自然吸气区兼高压贯气区；由于在一个冲程内，两个工作区如影随形地同时工作且互不影响，因此将该气动布局的发动机称为影子换气发动机。
(3)通过设置贯气凹槽和相对独立的上下两个进排气腔体，极大的简化了对进排气门的协同控制难度，在无需外部循环和涡轮增压器的情况下实现了较涡轮增压大得多的高压贯气和废气余热利用效果，较好的克服了因上止点限制造成的废气排放不充分导致的进排气不畅，进排气短路等难题，大幅简化了发动机的构造，为发动机的小型化制造提供了便利；
(4)本案中由于进气与排气相对独立，可直接实现对废气和余热的高效应用，若结合高低压双燃油喷嘴来同时支持多种燃料供给，将为发动机的通用化设计和对压燃式新能源的支持提供了较好解决方案；
(5)在充分满足环保排放的情况下，本方案通过同时支持二/四冲程工作模式，不仅能实现高转速低油耗(四冲程工作模式)，还能实现低转速高扭矩(二冲程工作模式)输出性能，从而更好地实现了汽车排量小型化发展，节能减排效果明显提升。
附图说明
图1为影子换气发动机的发动机加载单元。
图2为配备双发动机加载单元的影子换气发动机的俯视图(不包括T形推拉杆上部的零件)。
图3为发动机加载单元在不同工作状态时的示意。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
结合图1—图2所示，一种影子换气发动机，主要由发动机缸体1、缸体活塞2、气缸盖3、动力输出齿轮4、传动齿飞轮5、传动轴6、T形推拉杆7、短臂曲轴8组成。
发动机缸体1的顶部设置有燃油喷嘴10和排气阀9。排气阀9用于控制发动机缸体1的排气孔的开闭；通过燃油喷嘴10向发动机缸体1内喷燃油，如缸体活塞2上下来回运动一次，高压贯气一次，燃油喷嘴10喷一次油，压燃作功一次，则该影子换气发动机为二冲程工作模式；如缸体活塞2上下来回运动两次，高压贯气二次，燃油喷嘴10喷一次油，压燃作功一次，则该影子换气发动机为四冲程工作模式。该结构不仅能实现高转速低油耗(四冲程工作模式进气时间短，需要高压贯气二次)，还能实现低转速高扭矩(二冲程工作模式进气时间长，只需高压贯气一次)输出性能，从而更好地实现了汽车排量小型化发展，节能减排效果明显提升。
发动机缸体1的下部内壁上设置有贯气凹槽1和进气阀11，进气阀11用于控制控制发动机缸体的进气孔的开闭。传统发动机缸体的进气孔和排气孔均设置在发动机缸体顶部，该影子换气发动机将排气孔设置在发动机缸体的顶部，进气孔设置在发动机缸体的下部，通过缸体活塞2隔开，上腔体1为气体压燃做功区兼废气排放区，下腔体1c为自然吸气区兼高压贯气区。
气缸盖3位于发动机缸体1的底部，并在气缸盖3上设置有回油阀门12和机油喷嘴13。缸体活塞2将发动机缸体1的内腔分割成上腔体1和下腔体1c，当缸体活塞2的上边缘低于贯气凹槽1的上边缘时，上腔体1与下腔体1c通过贯气凹槽1实现气体贯通。
T形推拉杆7的小端穿过气缸盖3并伸入发动机缸体1内与缸体活塞2相连，T形推拉杆7的大端左右间隔设置有两个套接条形孔7分别一一对应地与短臂曲轴8相连。
两根短臂曲轴8互为对称，每根短臂曲轴8的轴心上套装有一个传动齿飞轮5。动力输出齿轮4套装在传动轴6上，两个传动齿飞轮5位于动力输出齿轮4的两侧并与动力输出齿轮4啮合传动，两个传动齿飞轮5在缸体活塞2的带动下同步反向转动，并通过输出齿轮4带动传动轴6转动。
发动机缸体1、缸体活塞2、气缸盖3、T形推拉杆7、两个传动齿飞轮5和两个短臂曲轴8共同构成发动机加载单元。一个动力输出齿轮4可同时配备两个发动机加载单元，从而构成发动机双加载单元。既可以是双列垂直加载的结构形式(如图2所示)；也可也是水平对置加载的结构形式，即一个动力输出齿轮4同时配备图3(a)和图3(b)两种状态的发动机加载单元，从而节省一对短臂曲轴。但第一种结构形式比第二种结构形式更好。
另外，沿传动轴6的延伸方向间隔设置两个及两个以上的发动机双加载单元(图中未示出)。
安装在发动机缸体1顶部的燃油喷嘴10可以是一个，也可以是两个不同的燃油喷嘴，结合程序控制来同时支持多种燃料供给，这种高低压双燃油喷嘴将为发动机的通用化设计和对压燃式新能源的支持提供较好的解决方案，不仅同时支持多种新能源，而且能实现产业化低度成本制造。
如图3所示：(a)所示为缸体活塞2处于上止点的状态，此时排气阀9关闭，进气阀11打开；
(b)所示为缸体活塞2由上向下的运动过程，向下运动为活塞做功的过程，进气阀11关闭，靠近贯气凹槽1a时，排气阀9打开，下腔体1c的气体通过贯气凹槽1a到达上腔体1b；
(c)所示为缸体活塞2处于下止点的状态，此时气体全部进入上腔体1b；
(d)所示为缸体活塞2由下向上的运动过程，为进气的过程，越过贯气凹槽1a后，排气阀9关闭。
Claims (3)
1.一种影子换气发动机，其特征在于：包括发动机缸体(1)、缸体活塞(2)、气缸盖(3)、动力输出齿轮(4)、传动齿飞轮(5)、传动轴(6)、T形推拉杆(7)和短臂曲轴(8)，所述发动机缸体(1)的顶部设置有燃油喷嘴(10)和排气阀(9)，发动机缸体(1)的下部内壁上设置有贯气凹槽(1a)和进气阀(11)，所述气缸盖(3)位于发动机缸体(1)的底部，并在气缸盖(3)上设置有回油阀门(12)和机油喷嘴(13)，所述缸体活塞(2)将发动机缸体(1)的内腔分割成上腔体(1b)和下腔体(1c)，当缸体活塞(2)的上边缘低于贯气凹槽(1a)的上边缘时，上腔体(1b)与下腔体(1c)通过贯气凹槽(1a)实现气体贯通；所述T形推拉杆(7)的小端穿过气缸盖(3)并伸入发动机缸体(1)内与缸体活塞(2)相连，T形推拉杆(7)的大端左右间隔设置有两个套接条形孔(7a)分别一一对应地与短臂曲轴(8)相连，两根短臂曲轴(8)互为对称，每根短臂曲轴(8)的轴心上套装有一个所述传动齿飞轮(5)，所述动力输出齿轮(4)套装在传动轴(6)上，两个传动齿飞轮(5)位于动力输出齿轮(4)的两侧并与动力输出齿轮(4)啮合传动，两个传动齿飞轮(5)在缸体活塞(2)的带动下同步反向转动，并通过输出齿轮(4)带动传动轴(6)转动。
2.根据权利要求1所述的影子换气发动机，其特征在于：所述发动机缸体(1)、缸体活塞(2)、气缸盖(3)、T形推拉杆(7)、两个传动齿飞轮(5)和两个短臂曲轴(8)共同构成发动机加载单元，一个动力输出齿轮(4)同时配备两个发动机加载单元构成发动机双加载单元。
3.根据权利要求2所述的影子换气发动机，其特征在于：沿所述传动轴(6)的延伸方向间隔设置两个及两个以上的发动机双加载单元。
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